一種晶圓級鍵合方法
【專利摘要】本發(fā)明揭露了一種晶圓級鍵合方法，所述方法的對上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟包括：將上熱板溫度升到150℃，下熱板溫度升到100℃，保持10分鐘~20分鐘;將下熱板溫度升到150℃，保持10分鐘~20分鐘;將上熱板和下熱板溫度都升到200℃，保持10分鐘~20分鐘;將上熱板和下熱板溫度都升到250℃，保持30分鐘~60分鐘。在升溫過程中兼顧了粘結劑的流動性和粘結性，提高了鍵合強度和鍵合效果，提高了成品率。
【專利說明】—種晶圓級鍵合方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及集成電路制造領域，尤其涉及一種晶圓級鍵合方法。
【背景技術】
[0002]微機電系統(tǒng)(MEMS )是將微機械兀件、微型傳感器、微型執(zhí)行器、信號處理與控制電路等集成于一體的微系統(tǒng)，是隨著半導體集成電路、微細加工技術和超精密機械加工技術的發(fā)展而發(fā)展起來的。鍵合技術是將MEMS器件中不同材料的部件永久地連結為一體，生產僅用硅難以制作的新型器件和微型元件的一種技術。鍵合技術用于MEMS器件的制作、組裝和封裝，使許多新技術和新應用在MEMS中得以實現。近年來鍵合技術發(fā)展迅速，已成為MEMS器件開發(fā)和實用化的關鍵技術之一。用于MEMS器件的鍵合技術主要包括四種:直接鍵合、陽極鍵合、粘結劑鍵合和共晶鍵合。
[0003]其中，粘結劑鍵合工藝因其鍵合溫度低，鍵合強度高，可用于不同材料間的鍵合，并且成本低，工藝簡單被廣泛用于微電子和MEMS封裝領域中。通常用來進行粘結劑鍵合的機臺，例如SUSS的晶圓鍵合機SB6，包括反應腔，反應腔中設有上熱板和下熱板，分別用于貼合待鍵合的器件，在鍵合過程中起到對待鍵合器件施加鍵合壓力以及進行加熱和冷卻的作用。苯并環(huán)丁烯(benzocyclobutene,簡稱BCB)是一種目前較常用的晶圓級(waferlevel)有機粘結劑，因其具有低的介電常數，出色的熱學、化學和力學穩(wěn)定性、高度的平整化能力、固化溫度較低、固化過程中不需要催化劑、沒有副產品以及良好的粘結性能，被廣泛用于集成電路的重布線以及MEMS器件中的鍵合工藝中。
[0004]通常粘結劑鍵合工藝步驟包括:上熱板和下熱板與晶圓貼合的步驟，施加鍵合壓力的步驟，對上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟，冷卻降溫的步驟，卸載鍵合壓力的步驟和晶圓與熱板分離的步驟。具體的，將旋涂有粘結劑的晶圓置于反應腔，上熱板和下熱板貼合晶圓；將反應腔抽真空，施加鍵合壓力；對上熱板和下熱板同步加熱以進行鍵合；上熱板和下熱板冷卻；以及，卸載鍵合壓力并分離上熱板和下熱板。一方面，粘結劑對被粘結物體表面的浸潤是實現粘結劑鍵合的前提條件，對物體表面浸潤的越充分，鍵合效果越好，而熱板的溫度過高則不利于粘結劑充分浸潤晶圓的表面。另一方面，粘結劑的粘合性越高鍵合強度越好，而熱板的溫度越高則粘合劑的粘合性越理想。然而，現有的粘結劑鍵合工藝中，對上熱板和下熱板的加熱過程包括四個階段，在這四個階段中上熱板和下熱板溫度都相等，這就無法兼顧粘結劑的浸潤效果和粘合性。無法得到較好的鍵合強度和鍵合效果。
[0005]另外，傳統(tǒng)工藝在真空條件下進行，由于晶圓本身存在變形，在抽真空的過程中會加大其變形量，對其對準精度產生影響。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于，提供一種晶圓級鍵合方法，以提高鍵合強度和鍵合效果。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于，解決晶圓變形導致的對準精度低的問題。
[0008]為解決上述問題，本發(fā)明披露了一種晶圓級鍵合方法，包括:上熱板和下熱板與晶圓貼合的步驟，施加鍵合壓力的步驟，對上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟，冷卻降溫步驟，卸載鍵合壓力步驟和晶圓與熱板分離的步驟，所述對上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟包括:
[0009]將上熱板溫度升到150°C，下熱板溫度升到100°C，保持10~20分鐘；
[0010]將下熱板溫度升到150°C，保持10分鐘~20分鐘；
[0011]將上熱板和下熱板溫度都升到200°C，保持10分鐘~20分鐘；
[0012]將上熱板和下熱板溫度都升到250°C，保持30分鐘飛O分鐘。
[0013]可選的，所述施加鍵合壓力的步驟在對上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟之前，所述卸載鍵合壓力步驟在冷卻降溫步驟之后。
[0014]可選的，所述鍵合方法在常壓下進行。
[0015]可選的，所述鍵合壓力為1000曠2000N。
[0016]與現有技術相比，本發(fā)明的晶圓級鍵合方法在上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟包括:將上熱板溫度升到150°C，下熱板溫度升到100°C，保持10-20分鐘；將下熱板溫度升到150°C，保持10分鐘~20分鐘；將上熱板和下熱板溫度都升到200°C，保持10分鐘~20分鐘；將上熱板和下熱板溫度都升到250°C，保持30分鐘飛O分鐘。能兼顧了粘結劑的流動性和粘結性，提高了鍵合強度和鍵合效果。
[0017]進一步的，所述晶圓級鍵合方法中，所述鍵合方法在常壓下進行，避免了在抽真空的過程中加大晶圓本身的變形量，消除其對對準精度的影響。
【專利附圖】

【附圖說明】`
[0018]圖1為本發(fā)明實施例的晶圓級鍵合方法的流程圖；
[0019]圖2~3為本發(fā)明實施例的鍵合過程的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]根據【背景技術】所述，在傳統(tǒng)的晶圓級鍵合工藝中，加熱過程中上熱板和下熱板的溫度都相等，這就無法兼顧粘結劑的浸潤效果和粘合性。導致鍵合工藝無法獲得較好的鍵合強度和鍵合效果。因此，本發(fā)明提出一種晶圓級鍵合方法，在上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟中，將上熱板溫度升到150°C，下熱板溫度升到100°C，保持10-20分鐘。這樣的設置兼顧了粘結劑的流動性和粘結性，提高了鍵合強度和鍵合效果。
[0021]請參考圖1，其為本發(fā)明實施例所提供的晶圓級鍵合方法的流程圖，結合圖1，該方法中對上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟包括以下步驟:
[0022]步驟SlOl，將上熱板溫度升到150°C，下熱板溫度升到100°C，保持10分鐘~20分鐘；
[0023]步驟S102，將下熱板溫度升到150°C，保持10分鐘~20分鐘；
[0024]步驟S103，將上熱板和下熱板溫度都升到200°C，保持10分鐘~20分鐘；
[0025]步驟S104，將上熱板和下熱板溫度都升到250°C，保持30分鐘飛O分鐘。
[0026]下面將結合剖面示意圖對本發(fā)明進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應所述理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。
[0027]為了清楚，不描述實際實施例的全部特征。在下列描述中，不詳細描述公知的功能和結構，因為它們會使本發(fā)明由于不必要的細節(jié)而混亂。應當認為在任何實際實施例的開發(fā)中，必須做出大量實施細節(jié)以實現開發(fā)者的特定目標，例如按照有關系統(tǒng)或有關商業(yè)的限制，由一個實施例改變?yōu)榱硪粋€實施例。另外，應當認為這種開發(fā)工作可能是復雜和耗費時間的，但是對于本領域技術人員來說僅僅是常規(guī)工作。
[0028]在下列段落中參照附圖1至3以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據下面說明和權利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0029]參考步驟S101，將上熱板溫度升到150°C，下熱板溫度升到100°C，保持10分鐘?20分鐘。
[0030]優(yōu)選的，在該步驟之前，還包括對待鍵合晶圓做預處理的步驟，具體的，提供第一晶圓205第二晶圓204，所述第一晶圓205和第二晶圓204均包括待鍵合面和自由面，所述第二晶圓204的鍵合面旋涂有粘結劑。粘結劑優(yōu)選為非光敏型的苯并環(huán)丁烯預聚體膠水，其聚合度為40%-50%，呈液體狀態(tài)。在旋涂苯并環(huán)丁烯前對所述第一晶圓205和第二晶圓204進行清潔，以去除表面的顆粒和有機物污染。本實施例中，先對第一晶圓205和第二晶圓204進行化學試劑的清洗，然后甩干，隨后再進行一次行兆聲清洗，然后再次甩干。旋涂工藝時，轉速例如在3000rpnT4000rpm，時間例如為30s?50s。在旋涂工藝結束后，對第二晶圓204的邊緣進行清理，防止鍵合時旋涂苯并環(huán)丁烯外溢，對鍵合機產生污染；然后，對所述第二晶圓204片進行預烘處理；然后，對所述第一晶圓205和第二晶圓204進行預對準，保證鍵合時的精度。
[0031]參考圖2，將第一晶圓205第二晶圓204置于鍵合機臺中，所述鍵合機臺包括反應腔室201、下熱板203和上熱板202，所述下熱板203與第一晶圓205的自由面貼合，所述上熱板202與第二晶圓204的自由面貼合，在所述上熱板202和下熱板203之間施加一定的鍵合壓力，鍵合壓力優(yōu)選在1000曠2000N之間，第一晶圓205和第二晶圓204更好的貼合。所述反應腔室201的腔室壓力為常壓，優(yōu)選常壓下的氮氣環(huán)境，以避免在抽真空的過程中加大晶圓本身的變形量，防止對對準精度產生影響。
[0032]繼續(xù)參考圖2，因為上熱板溫度升到150°C，下熱板溫度升到100°C，使得BCB材料在第一晶圓205與第二晶圓204之間有著不同的溫度，表現出不同的流動性和粘結性。
[0033]具體的，上熱板202溫度為150°C，該溫度下BCB的開環(huán)速率為9.6E-7(l/SeC)，半衰期為2.2E2 (h)，半衰期較短，代表其原子不穩(wěn)定，發(fā)生聚合的機會率也越高，提高其聚合能力和粘附能力，使得其能更好地與第二晶圓205粘合，下熱板203設置為100°C，該溫度下BCB的開環(huán)速率為1.7E-9(1/Sec)，半衰期為1.1E5 (h)，處于比較穩(wěn)定的液體狀態(tài)，具有較佳的流動性。在壓力和熱學作用下能充分浸潤第一晶圓205的表面，使得后續(xù)的鍵合效果的到提聞。
[0034]繼續(xù)參考圖2，并結合步驟S102，將下熱板203溫度升到150°C，保持10分鐘?20分鐘。該階段苯并環(huán)丁烯更好地與晶圓粘合，另一方面為下階段的開環(huán)以及后續(xù)的鍵合固化做準備。
[0035]繼續(xù)參考圖2，并結合步驟S103，將上熱板202和下熱板203溫度都升到200°C，保持10分鐘?20分鐘。該階段苯并環(huán)丁烯開環(huán)速率加快。
[0036]執(zhí)行步驟S104，將上熱板和下熱板溫度都升到250°C，保持30分鐘飛O分鐘。該階段苯并環(huán)丁烯迅速聚合固化，由于之前對上熱板和下熱板溫度的設置，分別兼顧了 BCB對第一晶圓和第二晶圓的流動性和粘結性，得到更好的鍵合強度與鍵合效果。
[0037]參考圖3，對所述第一晶圓305和第二晶圓304進行冷卻，此時上熱板302和下熱板303溫度降至60°C以下，然后卸載鍵合壓力，分離上熱板和下熱板，整個鍵合工藝過程結束。先降溫再卸載壓力可以有效的解決由應力產生的晶圓翹曲問題。
[0038]綜上所述，本發(fā)明提出一種晶圓級鍵合方法，所述晶圓級鍵合方法在上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟中兼顧了粘結劑的流動性和粘結性，提高了鍵合強度和鍵合效果，提高了成品率。同時，所述晶圓級鍵合方法中，反應腔室的壓力設置為常壓，避免了在抽真空的過程中加大晶圓本身的變形量，消除其對對準精度的影響。
[0039]顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權利要求及其等同技術的范圍之內，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內。
【權利要求】
1.一種晶圓級鍵合方法，包括:上熱板和下熱板與晶圓貼合的步驟、施加鍵合壓力的步驟、對上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟、冷卻降溫的步驟、卸載鍵合壓力的步驟以及晶圓與上熱板和下熱板分離的步驟，其特征在于， 所述對上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟包括: a.將上熱板溫度升到150°C，下熱板溫度升到100°C，保持10分鐘?20分鐘； b.將下熱板溫度升到150°C，保持10分鐘?20分鐘； c.將上熱板和下熱板溫度都升到200°C，保持10分鐘?20分鐘； d.將上熱板和下熱板溫度都升到250°C，保持30分鐘飛O分鐘。
2.如權利要求1所述的晶圓級鍵合方法，其特征在于，所述施加鍵合壓力的步驟在對上熱板和下熱板進行加熱升溫的步驟之前，所述卸載鍵合壓力步驟在冷卻降溫步驟之后。
3.如權力要求I所述的晶圓級鍵合方法，其特征在于，所述鍵合方法在常壓下進行。
4.如權利要求1所述的晶圓級鍵合方法，其特征在于，所述鍵合壓力為1000曠2000N。
【文檔編號】B81C3/00GK103832969SQ201210485157
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年11月23日 優(yōu)先權日:2012年11月23日
【發(fā)明者】馬林賢, 唐世弋, 聞人青青 申請人:上海微電子裝備有限公司