[发明专利]一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺

说明书

本发明提供一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺，其步骤如下：（1）将两片硅抛光晶圆浸入氢氟酸中，去除表面的氧化层。（2）将第一晶圆与第二晶圆在室温下叠置进行对准预键合。（3）将键合腔内部真空度提高至3x10^‑5Pa。（4）将键合腔内部温度逐渐升高至400‑‑600℃。（5）随后对叠置晶圆施加压力20‑‑100N进行键合2‑‑10分钟。（6）逐渐降低真空度至一个大气压，然后降温至25℃。（7）最后取出键合后的晶圆，工艺完成。本方法是将特定参数的P型硅片和N型硅片直接键合形成PN结，该PN结由于键合界面浓度梯度曲线绝对陡峭，高于外延片的浓度梯度，因此二极管的电学性能优于外延片工艺。

技术领域

本发明涉及二极管领域，尤其涉及一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺。

背景技术

随着信息社会的快速发展，作为信息产业的最基础的半导体器件也相应地朝着高性能、低成本方向发展。其中半导体二极管的市场规模、电性能大幅度提升。无论市场需求，还是器件制造商都迫切期待新的二极管芯片工艺的出现，以满足低成本、高性能的需要。

二极管的简化结构是由P型半导体和N型半导体形成的P-N结构成。二极管最普遍的功能就是单向导电性，应用于所有电子电路，根据不同用途分为整流二极管、稳压二极管、开关二极管、限幅二极管等。最初大规模生产始于上个世纪五十年代初，采用扩散工艺形成PN结。扩散工艺的问题是PN结界面浓度梯度过缓，过渡区太大，造成电学性能差。上个世纪六十年代初期，开始发展外延生长工艺制作PN结。外延生长是指在单晶衬底（基片）上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段。高性能二极管和三极管（MOSFET）都是以外延片为衬底片制作芯片的。经过数十年的发展，外延工艺日渐成熟，但由于掺杂浓度梯度不够陡峭、仍然存在一定厚度的过渡区，并且在后续工艺中杂质再分布等原因，外延工艺仍然不能满足应用要求发展的需要。

晶片键合工艺技术用于生产半导体器件始于上个世纪八十年代。所谓晶片键合技术是指将两片平整的晶片，通过表面清洁和表面处理后，经过晶向的对准，或者不经过晶向的对准，在室温下预键合在一起，最后通过高温热处理，使键合界面以化学键的形式，把两个晶片结合在一起的技术。该技术由于工艺复杂、成本高，多用于集成电路、微机械器件或光电器件，从未在普通二极管、三极管芯片制造中运用。近十年来，晶片键合工艺日渐成熟，工艺速度和成品率逐步提高。虽然不能马上运用在价格低廉的普通二极管芯片生产，但高端或特殊用途二极管如果采用晶片键合工艺，PN结界面无过渡区，将会产生极佳的器件性能和更低的制造成本。因此，研发一种新的用于制造二极管芯片的晶片键合工艺是个亟待解决的问题。

发明内容

本发明要解决以上技术问题，提供一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于制造二极管芯片的晶片键合工艺，其步骤如下：

（1）将两片硅抛光晶圆（P型和N型各一片，或者为不同结构的外延片）浸入氢氟酸中，去除表面的氧化层；

（2）将第一晶圆与第二晶圆在室温下叠置进行对准预键合；

（3）将键合腔内部真空度提高至3x10^-5Pa；

（4）将键合腔内部温度逐渐升高至400--600℃；

（5）随后对叠置晶圆施加压力20--100N进行键合2--10分钟；

（6）逐渐降低真空度至一个大气压，然后降温至25℃；

（7）最后取出键合后的晶圆，工艺完成。

进一步的，在步骤一中，所述氢氟酸的浓度为10%；浸泡时间为10--30秒。

进一步的，步在步骤四中，键合腔内部温度升速为1--20℃/分钟。