本发明是一种提高碳化硅直接键合强度的方法，属于半导体制造技术领域。
背景技术：
作为第三代宽禁带半导体材料sic由于具有宽的带隙、高击穿场强、高电子迁移率、高的热导率、抗辐照、高温稳定性以及机械性能好等特点，应用于高温、高频、大功率、光电子及抗辐射方面具有独特的材料优势。此外，sic材料的熔点高达2720℃，可以在1000℃甚至更高温度下保持力学性能稳定。相比传统半导体材料具有更高的硬度、断裂强度，且耐磨损、耐腐蚀。综上所述，sic材料是应用于极端环境下mems器件的首选材料。
晶片键合(waferbonding)是mems器件制造所必需的重要工艺，其可以将两个半导体材料晶片结合起来，以实现所需的相关功能结构。但是基于sic材料的化学稳定性，sic晶片的直接键合存在键合困难、键合强度低等问题。已知的碳化硅键合方法主要是中间介质层键合，然而，这种方法存在中间介质层，在高温环境下由于热膨胀系数不一致，存在失效风险，且受限于介质层材料的耐高温特性，键合后的样件无法发挥碳化硅材料耐高温特性的优势。因此，急需要开发一种碳化硅直接键合方法，以便发挥碳化硅材料的耐高温特性，使其尽早在半导体行业中得到广泛应用。
技术实现要素：
本发明正是针对上述现有技术中存在的不足而设计提供了一种提高碳化硅直接键合强度的方法，其目的是通过氢氟酸化学辅助sic直接键合，以实现sic晶片的高强度直接键合。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种提高碳化硅直接键合强度的方法，其特征在于：该方法的步骤如下：
步骤一、碳化硅晶片待键合面化学机械抛光；
利用化学机械抛光将碳化硅晶片待键合面抛光至表面粗糙度0.5nm以下；
步骤二、碳化硅晶片待键合面清洗；
利用乙醇、丙酮、去离子水、piranha溶液、rca1&rca2标准溶液对碳化硅晶片待键合面进行清洗，去除表面颗粒污染物、有机污染物以及离子污染物；
步骤三、碳化硅晶片待键合面氢氟酸表面预处理；
利用氢氟酸溶液对碳化硅晶片待键合面进行预处理，去除碳化硅晶片表面原生氧化层；
步骤四、氢氟酸溶液中预键合；
将两片碳化硅晶片待键合面对接在一起，放入氢氟酸溶液中完成碳化硅晶片的预键合，在预键合过程中，两片碳化硅晶片待键合面之间存在氢氟酸溶液层，将预键合后的样件整体取出，放置在热绝缘板的表面上；
步骤五、将热绝缘板放置在键合机的仓室中，对仓室抽真空，抽真空时，真空度小于50pa，然后对仓室内空间进行加热至1100℃～1300℃之后，对样件整体加载垂直于键合面的压力，该压力为30mpa～50mpa，保持3h以上，完成两片碳化硅晶片的键合，然后将仓室回压至标准大气压。
进一步，所述步骤五中所述的对样件整体加载的垂直于键合面的压力保持时间为3～5h。
本发明技术方案的特点及有益效果为：
(1)本发明可以有效的实现sic-sic的高强度直接键合，不存在金属中间层或回流中间层等其他异质中间层，消除了因sic材料与中间介质层材料热膨胀系数不匹配而产生应用限制；
(2)本发明利用氢氟酸溶液去除sic晶片表面的原生氧化层，可以大大增加键合强度，使碳化硅晶片之间形成的键具有大于20mpa的键合强度；
(3)本发明在氢氟酸溶液中进行预键合，键合界面存在的氢氟酸溶液层可以有效避免待键合面进一步氧化并保证待键合面污染，该氢氟酸溶液层在后续抽真空过程中通过分子泵排出并进行处理。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
采用本发明方法进行碳化硅直接键合的步骤如下：
步骤一、碳化硅晶片待键合面化学机械抛光；
利用化学机械抛光机将碳化硅晶片待键合面抛光至表面粗糙度0.5nm以下；
步骤二、碳化硅晶片待键合面清洗；
分别利用乙醇、丙酮对样件超声清洗5min，去除表面的杂质和氧化层；用去离子水冲洗样件表面残留的丙酮溶液；然后用piranha溶液对样件表面进行清洗，去除表面的有机污染物，在用rca1&rca2标准溶液对碳化硅晶片待键合面进行清洗，去除表面颗粒污染物、有机污染物以及离子污染物；最后再用去离子水冲洗干净待键合。
步骤三、碳化硅晶片待键合面氢氟酸表面预处理；
利用体积分数为10％的氢氟酸溶液对碳化硅晶片待键合面进行预处理10min，去除碳化硅晶片表面原生氧化层；
步骤四、氢氟酸溶液中预键合；
将两片碳化硅晶片待键合面叠放在一起，在氢氟酸溶液中完成碳化硅晶片的预键合，在预键合过程中，两片碳化硅晶片待键合面之间存在氢氟酸溶液层，氢氟酸要完全淹没碳化硅晶片，将预键合后的样件整体取出，放置在热绝缘板的表面上；
步骤五、将热绝缘板放置在自研键合机的仓室中，利用自带的抽真空系统对仓室抽真空，抽真空时，真空度小于50pa，然后利用键合机自带的加热系统对仓室内空间进行加热至1100℃～1300℃之后，利用键合机自带的加压系统对样件整体加载垂直于键合面的压力，该压力为30mpa～50mpa，保持3～5h，完成两片碳化硅晶片的键合，然后将仓室回压至标准大气压。
与现有技术相比，本发明技术方案实现了碳化硅晶片的高强度直接键合，平均键合强度为22.78mpa，比现有基于原生氧化层键合方法的平均键合强度17.04mpa提升了约33.7％，为碳化硅mems器件及相关器件封装性能的提升奠定基础。