一种晶圆的键合方法与流程

1.本技术涉及晶圆键合的技术领域，尤其涉及一种晶圆的键合方法。背景技术：2.多晶圆键合技术作为一种新的工艺方法，可以将表面硅加工和体硅加工有机地结合在一起，成为mems(micro-electro-mechanical systems，微机电系统)加工工艺的研究热点。其中，永久键合技术作为一种新型的半导体制造技术，在材料制备器件集成和产品封装上都有广阔的应用前景，因此国内外众多研究机构和生产单位均对这种键合技术开展了深入地研究。现在主流的键合工艺按照工艺原理的不同注意分成两种：硅-硅键合和共晶键合。3.硅-硅键合技术是所有键合技术中最困难的，它要求被键合硅片表面必须要具备极高的表面能和极低的表面粗糙度。共晶键合与其他键合技术相比，中介层键合具有键合温度低、工艺条件容忍性好、材料适用性高、键合强度高、低成本等优点，其对被键合片的表面不平整情况也有极强的容忍性。但是同时，很多中介层材料与键合圆片材料的热膨胀系数不同，导致了键合体在外界温度波动时会出现较大的热应力，使其长期可靠性难以保障，中介层键合一般用在对键合质量要求不太高的应用中。4.因此，如何提高晶圆键合的工艺质量，是目前亟待解决的技术问题。技术实现要素：5.本发明的一种晶圆的键合方法，提高了晶圆键合的工艺质量。6.本发明实施例提供了以下方案一种晶圆的键合方法，包括：7.提供第一晶圆和第二晶圆；8.在所述第一晶圆和所述第二晶圆的电极端面上分别制备键合面；9.在所述第一晶圆的所述电极端面上喷涂含有导电粒子的胶剂；10.将所述第一晶圆和所述第二晶圆粘合紧固，使所述第一晶圆和所述第二晶圆的所述键合面通过所述导电粒子电性导通。11.在一种可选的实施例中，所述导电粒子为包覆有绝缘膜层的导电球，在所述第一晶圆和所述第二晶圆粘合紧固时压爆所述导电粒子，使所述导电球产生各向异性的导电性能。12.在一种可选的实施例中，所述在所述第一晶圆的电极端面上喷涂含有导电粒子的胶剂之前，还包括：13.对所述电极端面进行清洗、甩干和等离子处理。14.在一种可选的实施例中，对所述电极端面进行等离子处理，包括：15.将所述第一晶圆置入真空腔中，控制通入的氧气流量为180-220sccm，氮气流量为70-900sccm；16.将射频功率调整至4.5-5.5kw，处理所述电极端面的时长达到25-35s后结束。17.在一种可选的实施例中，所述在所述第一晶圆的电极端面上喷涂含有导电粒子的胶剂，包括：18.将所述第一晶圆置于涂布台上；19.控制所述涂布台以280-320rpm转动并喷涂胶剂至所述电极端面，待喷涂时长达到25-35s后停止。20.在一种可选的实施例中，所述待喷涂时长达到25-35s后停止之后，还包括：21.控制所述涂布台加速以1000-3000rpm转动，待时长大于60s后，停止旋转静置55-65s后结束。22.在一种可选的实施例中，所述胶剂的粘度小于50cp，所述导电粒子的直径为3-5 μm。23.在一种可选的实施例中，所述胶剂的喷涂厚度为所述导电粒子直径的1.3-1.5 倍。24.在一种可选的实施例中，所述胶剂的喷涂厚度为4-9μm。25.在一种可选的实施例中，所述将所述第一晶圆和所述第二晶圆粘合紧固，包括：26.将所述第一晶圆和所述第二晶圆分别置于键合载台，并对所述键合面进行光学定位；27.控制所述键合载台转动，对所述第一晶圆和所述第二晶圆施加5-100n的压合压力，压合时长小于300s。28.本发明提供的一种晶圆的键合方法与现有技术相比，具有以下优点：29.本发明通过将第一晶圆的电极端面上喷涂含有导电粒子的胶剂，再将第一晶圆和第二晶圆粘合紧固，使第一晶圆和第二晶圆在被粘合紧固后，晶圆上器件的键合面能够通过导电粒子电性导通，与硅-硅键合和共晶键合相比整体过程更简单快捷，整个键合过程无需对晶圆进行抛光处理，也无需在键合的过程中进行高温退火处理，进而提高了晶圆键合的工艺质量。附图说明30.为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。31.图1为本发明实施例提供的一种晶圆的键合方法的流程图；32.图2为本发明实施例提供的第一晶圆制备键合面后的结构示意图；33.图3为本发明实施例提供的第一晶圆和胶剂的示意图；34.图4为本发明实施例提供的胶剂喷涂于第一晶圆后的示意图；35.图5为本发明实施例提供的第一晶圆和第二晶圆的粘合结构示意图；36.图6为本发明实施例提供的施加压合压力前导电粒子的示意图；37.图7为本发明实施例提供的施加压合压力后导电粒子的示意图。38.附图标记说明：1-第一晶圆、2-键合面、3-胶剂、4-导电粒子、5-第二晶圆、6‑ꢀ键合载台、7-绝缘膜层、8-导电球。具体实施方式39.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明实施例保护的范围。40.硅-硅键合工艺是目前所有键合工艺中最困难的，它要求被键合硅片表面必须要具备极高的表面能和极低的表面粗糙度。硅-硅键合主要分为四个理论阶段，如下：41.第一阶段：室温到200℃其表面吸附的氢氧根在接触区产生氢键，随温度的升高，氢氧根获得热能增加迁移率，硅产生弹性形变，氢键数量增加使键合强度增加。42.第二阶段：200℃到400℃之间，硅醇键聚合的两片晶片形成氢键，为水合硅氢键，键强度迅速增加。43.si-oh+ho-si——si-o-si+h2o44.第三阶段：500℃到800℃之间，氢氧根损伤桥连的氧原子，并使其进入桥氧原子键合表面负电荷。45.hoh+si-o-si——2h++2si-o-46.第四阶段：800℃以上，水扩散明显，水扩散进入氧化硅，形成局部真空腔体，硅塑性变形消除空洞，氧化硅产生粘性流动，微间隙消除，超过1000℃，近距离原子产生共价键，完全成键。47.共晶键合与其他键合技术相比，中介层键合具有键合温度低、工艺条件容忍性好、材料适用性高、键合强度高、低成本等优点，其对被键合片的表面不平整情况也有极强的容忍性。但是同时，很多中介层材料与键合圆片材料的热膨胀系数不同，导致了键合体在外界温度波动时会出现较大的热应力，使其长期可靠性难以保障，因此，中介层键合一般用在对键合质量要求不太高的应用中。48.如前所述，键合技术有着广阔的应用前景，但其在实现上也面临着诸多难点，其中之一就是键合面的缺陷控制。多晶圆键合比双晶圆键合难度更大，主要原因有三：首先，由于整个工艺流程总时间增加，导致硅片抛光面在空气中暴露的时间增长，增加了被污染的概率；其次，在双层硅硅片键合中，两硅片可以通过微量变形以互相适应，达到紧密结合，而多层硅硅片键合中，中间的双面抛光硅片，难以同时适应上下两片，因此对其粗糙度及翘曲度提出了很高的要求，硅片表面必须足够平整，并且表面能足够高，才可能获得大面积的良好键合界面；最后；但在多层键合中，位于中间的硅片是双面抛光，若仍采用真空吸附的固定方法，则会破坏被吸附面表面性能，并极易引入杂质颗粒，不利于键合。49.本发明实施例提出的晶圆键合方法能够适用于多晶圆键合，也能适用于双晶圆键合，下面本发明实施例将以双晶圆键合为例，具体阐述如何实施本发明实施例的晶圆键合方法。50.请参阅图1，图1为本发明实施例提供了的一种晶圆的键合方法的流程图，包括：51.s11、提供第一晶圆和第二晶圆。52.请参阅图2，本图2只示出了第一晶圆。在本实施例中，第一晶圆包括衬底，衬底为硅衬底，在其他实施例中，衬底还可以为锗硅衬底或绝缘体上硅衬底等其它半导体衬底，对此本发明不做任何限制，提供第一晶圆和第二晶圆后进入步骤 s12。53.s12、在所述第一晶圆和所述第二晶圆的电极端面上分别制备键合面。54.具体的，电极端面为第一晶圆和第二晶圆上制备器件的端面，电极端面上通过半导体刻蚀、沉积和掺杂等制备工艺，制备出多个器件，晶圆与另一晶圆的器件上需要相互接触的面为键合面(或称导电电极)。通过键合后能够使第一晶圆和第二晶圆的器件电性导通，以达到半导体器件的制备要求，制备键合面后进入步骤s13。55.s13、在所述第一晶圆的所述电极端面上喷涂含有导电粒子的胶剂。56.具体的，喷涂方式可以是雾化喷涂，胶剂被压缩在储罐内，随着喷涂过程中的压力释放，胶剂可以被喷涂于第一晶圆的电极端面上。请参阅图3，喷涂后胶剂中的导电粒子沉降于电极端面上，胶剂可以采用光刻胶，导电粒子可以为导电性能优良的金属粉末，例如银粉和铜粉。57.在具体实施时，由于导电粒子是通过胶剂中的液态胶作为载体附着于电极端面的，直接喷涂将导致附着的均匀性存在差异。58.在一种具体的实施方式中，在第一晶圆的电极端面上喷涂含有导电粒子的胶剂之前，还包括：对电极端面进行清洗、甩干和等离子处理。59.具体的，处理过程可以使用去离子水进行清洗，然后使用甩干机进行甩干处理；之后将去放置在具有等离子体的真空腔中进行氧气等离子体处理，其目的为去除键合面上的有机物杂质，并且活化晶圆表面化学键，降低胶液与晶圆的接触角。60.在一种具体的实施方式中，对电极端面进行等离子处理，包括：61.将第一晶圆置入真空腔中，控制通入的氧气流量为180-220sccm，氮气流量为 70-900sccm；将射频功率调整至4.5-5.5kw，处理电极端面的时长达到25-35s后结束。62.具体的，等离子处理使用等离子处理设备实施，将第一晶圆置入真空腔后，抽真空处理，待真空度达到预设值后，控制通入氧气和氮气，并控制设备的射频功率达到预设值进行等离子处理，处理时长达到后结束。本实施例中，所用的射频功率5kw，氧气气体流量200sccm，氮气气体流量800sccm，处理时长30s。63.喷涂胶剂时，由于存在雾化飞扬，易导致喷涂的胶剂不能均匀涂布于第一晶圆的电极端面上。64.在一种具体的实施方式中，在第一晶圆的电极端面上喷涂含有导电粒子的胶剂，包括：65.将第一晶圆置于涂布台上；控制涂布台以280-320rpm转动并喷涂胶剂至电极端面，待喷涂时长达到25-35s后停止。66.具体的，涂布台设定为可旋转结构，通过一可调速的电机驱动涂布台转动，控制涂布台达到预设转速后，在旋转过程中涂布胶剂至电极端面，能够使胶剂更均匀涂布，通过喷涂时长控制涂布厚度。需要说明的是，上述涂布过程可以通过涂布机设定好相应参数后自动完成胶剂的均匀涂布，转速优选设置为300rpm，喷涂时长优选为30s。胶剂的喷涂厚度为导电粒子直径的1.3-1.5倍；67.或者胶剂的喷涂厚度为4-9μm。68.在一种具体的实施方式中，待喷涂时长达到25-35s后停止之后，还包括：69.控制涂布台加速以1000-3000rpm转动，待时长大于60s后，停止旋转静置 55-65s后结束。70.具体的，请参阅图4，由于导电粒子是通过液态的胶剂作为载体涂布的，控制涂布台加速转动，可以促进分布不均的胶剂进一步产生流动，静置可以使导电粒子的位置固化，以进一步提高导电粒子涂布的均匀性和稳定性。71.通过实施发现胶剂的粘度和导电粒子的大小对涂布的效果具有一定的影响，通过实施论证后，确定胶剂的粘度小于50cp，导电粒子的直径为3-5μm，导电粒子的外形为球形。在上述参数内可以保证导电粒子均匀涂布于第一晶圆的电极端面上，涂布胶剂后进入步骤s14。72.s14、将所述第一晶圆和所述第二晶圆粘合紧固，使所述第一晶圆和所述第二晶圆的所述键合面通过所述导电粒子电性导通。73.具体的，请参阅图5，第一晶圆和第二晶圆的电极端面通过胶剂相对粘合紧固，粘合过程中胶剂会流动至导电粒子之间的空隙中，由于导电粒子的存在，第一晶圆和第二晶圆的键合面实现了电性导通，即完成第一晶圆和第二晶圆的键合。74.在一种具体的实施方式中，将第一晶圆和第二晶圆粘合紧固，包括：75.将第一晶圆和第二晶圆分别置于键合载台，并对键合面进行光学定位；控制键合载台转动，对第一晶圆和第二晶圆施加5-100n的压合压力，压合时长小于300s。76.具体的，键合面根据半导体器件的制备要求分布于第一晶圆和第二晶圆的电极端面上，通过光学定位可以使第一晶圆和第二晶圆的键合面相互对准，减小键合偏差，光学定位可以通过激光对准技术完成。对第一晶圆和第二晶圆施加压合压力后，使键合更加牢固、紧密，且不容易在键合面上产生空隙，即不容易产生键合空隙，提高了键合工艺的质量，使晶圆之间能够良好的电连接。77.在一种具体的实施方式中，导电粒子为包覆有绝缘膜层的导电球，在第一晶圆和第二晶圆粘合紧固时压爆导电粒子，使导电球产生各向异性的导电性能。78.具体的，请参阅图7，绝缘膜层随着第一晶圆和第二晶圆的挤压出现形变，与晶圆接触位置绝缘膜层的厚度逐步减小，达到形变极限后即被压爆，导电球与第一晶圆和第二晶圆的键合面贴合，再进一步挤压的过程中，贴合面的面积逐步增大，使导电球产生各向异性的导电性能。79.本发明提供的一种晶圆的键合方法与现有技术相比，具有以下优点：80.本发明通过将第一晶圆的电极端面上喷涂含有导电粒子的胶剂，再将第一晶圆和第二晶圆粘合紧固，使第一晶圆和第二晶圆在被粘合紧固后，晶圆上器件的键合面能够通过导电粒子电性导通，与硅-硅键合和共晶键合相比整体过程更简单快捷，整个键合过程无需对晶圆进行抛光处理，也无需在键合的过程中进行高温退火处理，进而提高了晶圆键合的工艺质量。81.最后所应说明的是，尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明实施例的精神和范围。这样，倘若本发明实施例的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。