晶圆键合方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造领域，特别是涉及一种晶圆键合方法。
【背景技术】
[0002]随着半导体技术的发展，3D封装技术得到了越来越多的重视。3D封装技术，是指在不改变封装体平面尺寸的前提下，在同一个封装体内于垂直方向叠放并连接两个以上芯片的封装技术，它起源于快闪存储器(N0R/NAND)及SDRAM的叠层封装。3D封装技术的主要特点包括:多功能、高效能；大容量高密度，单位体积上的功能及应用成倍提升以及低成本。
[0003]由于3D封装技术需要将两个以上的晶圆垂直叠放并连接，因此需要对两个以上的晶圆进行对准并连接。连接晶圆采用的键合技术，是利用两片表面平坦、互为相同或相异材质的晶圆表面原子间键合力，作初步面对面接合，再经过特殊处理，使此两片晶圆表面原子反应产生共价键合，让两平面彼此间的键合能达到一定强度，在不使用黏结媒介物的情况下仅靠原子键连接为一体。这种特性能使连接界面保持纯净，避免杂质污染，以符合现代微电子材料、光电材料及奈米等级微机电系统器件严格制作要求，常用的键合技术有阳极键合、共晶键合、熔融键合以及金属扩散键合等。目前随着半导体制造技术的发展，键合技术也面临着越来越多的挑战，其中就包括了键合失效以及晶圆破裂的问题。
【发明内容】
[0004]本发明解决的问题是通过先过载加热晶圆且在待连接晶圆表面之间预留间隔距离，以挥发晶圆表面上的残留化学物质及吸附水分并加以排除，再降低至预定温度，贴合并键合连接晶圆的方法，避免了晶圆表面的残留化学物质及吸附水分挥发为气体后，被封闭在连接面中，形成空洞，造成键合区剥离而导致器件失效的现象。
[0005]为解决上述问题，本发明提供了一种晶圆键合方法，包括:提供第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有第一表面，所述第二晶圆具有第二表面，所述第一表面与第二表面具有若干对应的键合区；固定第一晶圆和第二晶圆，使第一表面和第二表面面对面平行且间隔预定距离；加热第一晶圆和第二晶圆至第一温度，并使第一晶圆和第二晶圆保持第一温度；将第一晶圆和第二晶圆降温至第二温度；在所述第二温度下移动第一晶圆和第二晶圆直至第一表面和第二表面贴合，第一表面和第二表面上对应的键合区对准；在所述第二温度下，键合连接第一表面和第二表面上的对应键合区，使第一晶圆和第二晶圆相互连接。
[0006]可选的，所述第一表面和第二表面间隔的预定距离为50微米?1000微米。
[0007]可选的，所述第一表面和第二表面的间隔，适于在后续加热时排除第一表面和第二表面上挥发出的气体。
[0008]可选的，所述固定第一晶圆和第二晶圆使第一表面和第二表面面对面平行且间隔预定距离时，还包括对准第一表面和第二表面上对应的键合区。
[0009]可选的，所述第一温度为420°C?500°C。
[0010]可选的，所述加热第一晶圆和第二晶圆至第一温度的加热速率为2°C /分钟?60 °C /分钟。
[0011]可选的，所述使第一晶圆和第二晶圆保持第一温度的保温时间为15分钟?100分钟。
[0012]可选的，所述在第一温度下持续加热的方法，适于使第一表面和第二表面上的残留化学物质及吸附水分挥发为气体。
[0013]可选的，所述加热第一晶圆和第二晶圆至第一温度的过程在真空环境下进行，所述使第一晶圆和第二晶圆保持第一温度的过程在真空环境下进行。
[0014]可选的，所述第二温度为300°C?400°C。
[0015]可选的，所述将第一晶圆和第二晶圆降温的过程，降温速率为2°C /分钟?60°C /分钟，降温过程在真空环境下进行。
[0016]可选的，所述在第二温度下键合连接第一表面和第二表面上对应键合区的工艺为金属扩散键合、热压键合或者金属熔融键合。
[0017]可选的，所述在第二温度下键合连接第一表面和第二表面上对应键合区的工艺，还包括对第一晶圆和第二晶圆施加压力。
[0018]可选的，所述对第一晶圆和第二晶圆施加压力的压力大小为5千牛?100千牛。
[0019]可选的，所述在第二温度下键合连接第一表面和第二表面上对应键合区的工艺时间为5分钟?180分钟。
[0020]可选的，所述键合连接第一表面和第二表面上对应键合区的工艺过程在真空环境下进行。
[0021]与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点:
[0022]本发明提供一种晶圆键合方法的实施例，通过先过载加热第一晶圆和第二晶圆至第一温度，且在第一表面和第二表面之间预留间隔距离，使第一表面和第二表面上的化学残留物质及吸附水分得以挥发和排除，再降低至第二温度，贴合并键合连接第一表面和第二表面的方法，避免了第一表面和第二表面上的化学残留物质及吸附水分受热挥发，形成的气体被封闭在第一表面和第二表面之间形成空洞，导致第一键合区和第二键合区受力相互剥离，产品失效。
[0023]进一步地，过载加热第一晶圆和第二晶圆至第一温度可以使第一表面和第二表面上的化学残留物质及吸附水分得以挥发和排除，且在第一温度下不会造成器件电学性能退化；降低温度至第二温度进行键合工艺，也能够保证第一键合区和第二键合区牢固连接的情况下，不造成器件电学性能退化。
【附图说明】
[0024]图1至图6为本发明一实施例的晶圆键合方法过程示意图；
[0025]图7至图11为本发明另一实施例的晶圆键合方法过程示意图。
【具体实施方式】
[0026]由【背景技术】可知，在现有技术中，键合技术面临了一系列挑战，其中包括，由于晶圆表面存在未清除的残留化学物质及吸附水分，容易在受热之后封存在连接表面形成空洞，最终造成键合区的失效，甚至导致晶圆破裂的问题。
[0027]为了进一步说明，本发明提供了一个晶圆键合方法的实施例。
[0028]请参考图1，提供第一晶圆11和第—晶圆12,所述第一晶圆11具有第一表面13,所述第二晶圆12具有第二表面14，所述第一表面13与第二表面14具有若干对应的键合区15 ；
[0029]所述键合区15包括位于第一晶圆11第一表面13上的第一键合区15a和位于第二晶圆12第二表面14上的第二键合区15b。
[0030]请参考图2和图3，固定第一晶圆11和第二晶圆12，使第一表面13和第二表面14相贴合，所述第一表面13和第二表面14上对应的键合区15对准，图3为所述相贴合的第一晶圆11和第二晶圆12的俯视图，图2为图3沿切割线AA’方向的剖面结构示意图；
[0031]第一晶圆11与第二晶圆12边缘重合且第一晶圆11被第二晶圆12覆盖，因此第一晶圆11在图3中未7K出，第一表面13与第二表面14与第二晶圆12边缘重合且第一表面13与第二表面14被第二晶圆12覆盖，因此第一表面13与第二表面14在图3中未示出，键合区15被第二晶圆12覆盖，因此键合区15在图3中以虚线表示。
[0032]需要说明的是，在本实施例中，参考图3，仅示意性的画出了键合区15，实际情况会与图3有所不同，实际情况的键合区数目、剖面形状及分布位置必须满足第一晶圆11和第二晶圆12的版图设计要求。
[0033]请参考图4，键合连接第一表面13和第二表面14上的对应键合区15，使第一晶圆11和第二晶圆12相互连接。
[0034]在本实施例中，所述键合连接第一表面13和第二表面14上对应键合区15的工艺为金属扩散键合。作为一个实施例，所述金属扩散键合的工艺包括:对第一晶圆11和第二晶圆12施加压力P,所述压力垂直于第一晶圆11和第二晶圆12表面，方向沿第一晶圆11的第一表面13相对面指向第一表面13、沿第二晶圆12的第二表面14相对面指向第二表面14，压力的范围为5千牛?100千牛，所述压力适于金属扩散反应以键合第一键合区15a和第二键合区15b;加热第一晶圆11