用于键合的铝材料的预处理方法及键合方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种用于键合的铝材料的预处理方法及键合方法。
【背景技术】
[0002]铝材料与其他半导体材料(例如锗)在低温下熔合可以得到共晶金属键合的欧姆接触，且铝作为键合材料具有以下独特的性质:(I)可形成气密密封；(2)可形成两个基板之间的导电电路；(3)与CMOS制造完全兼容，铝是一种标准CMOS后端工艺粘结；(4)这一过程可以提供高密度电互连。由于上述优点，使得铝材料成为业界关注的热点。
[0003]但是，铝材料的一个问题是避免铝薄膜的氧化。铝在空气中的自然氧化会形成氧化铝，这层氧化铝薄膜会影响共晶键合性能。现在业界的处理方法是在键合机台中通入还原性气体，例如，氢气，来还原氧化铝中的氧原子，但这样提高了键合机台的使用成本，另外氢气是一种可然气体，需要特别的安全性处理。
【发明内容】
[0004]本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于键合的铝材料的预处理方法及键合方法，它能够去除铝表面的氧化铝，提高铝键合的性能，提高键合安全性，降低键合成本。
[0005]为了解决上述问题，本发明提供了一种用于键合的铝材料的预处理方法，包括如下步骤:提供一表面具有铝层的第一衬底；对所述铝层实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷。
[0006]进一步，所述氯气和三氟甲烷的比例范围为10:Γ3:1:
进一步，所述等离子体处理步骤的偏置功率的范围为200瓦~1000瓦。
[0007]进一步，所述等离子体处理的温度小于40摄氏度。
[0008]本发明还提供一种键合方法，包括如下步骤:提供一表面具有铝层的第一衬底及一第二衬底；对所述铝层实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷；以铝层为中间层，对第二衬底和等离子体处理后的所述第一衬底进行键合。
[0009]进一步，氯气和三氟甲烷的比例范围为10:Γ3:1。
[0010]进一步，所述等离子体处理步骤的偏置功率的范围为200瓦~1000瓦。
[0011]进一步，所述等离子体处理步骤的刻蚀温度小于40摄氏度。
[0012]本发明的优点在于，对铝层实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷。由于没有还原性气体的使用，提高了去除氧化层的安全性，降低了键合的成本。
【附图说明】
[0013]图1为本发明用于键合的铝材料的预处理方法的步骤示意图； 图2A~图2B为本发明用于键合的铝材料的预处理方法的工艺流程图；
图3为本发明键合方法的步骤示意图；
图4A~图4C为本发明键合方法的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0014]下面结合附图对本发明提供的一种用于键合的铝材料的预处理方法及键合方法的【具体实施方式】做详细说明。
[0015]参见图1，本发明一种用于键合的铝材料的预处理方法，包括如下步骤:步骤S10，提供一表面具有铝层的第一衬底；步骤S11，对所述铝层实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷。
[0016]图2A和图2B为本发明用于键合的铝材料的预处理方法的工艺流程图。
[0017]参见图2A及步骤S10，提供一表面具有铝层201的第一衬底200。所述第一衬底可以为CMOS基板。进一步，所述铝层201为图形化的铝层，以满足器件的需求。由于铝在空气中会被自然氧化，所以在铝层201表面具有一层氧化层202。所述氧化层202会影响铝材料的共晶键合性能。
[0018]参见图2B及步骤S11，对所述铝层201实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层202，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷。所述氯气和三氟甲烷的比例范围为10:Γ3:1。向进行等离子体处理的腔室施加一偏置功率若干时间，使等离子体的源物质形成各向异性等离子体，以去除所述铝层201表面的氧化层202。所述氯气和三氟甲烷在偏置功率下形成各向异性的等离子体，从而可以刻蚀所述氧化层202，使氧化层202消失。该反应的化学方程式如下:
A1203+C12+CHF3 — A1C13+C0/C02+HF
在上述等离子体处理步骤中，偏置功率的范围为200~1000瓦。等离子体处理的刻蚀温度小于40摄氏度。等离子体处理的刻蚀时间小于lmin。
[0019]参见图3，本发明还提供一种键合方法，所述方法包括如下步骤:步骤S30，提供一表面具有铝层的第一衬底及一第二衬底；步骤S31，对所述铝层实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷；步骤S32，以铝层为中间层，对第二衬底和等离子体处理后的所述第一衬底进行键合。
[0020]图4A~图4C为本发明铝锗键合的方法的工艺流程图。
[0021]参见图4A及步骤S30，提供一表面具有铝层401的第一衬底400及一第二衬底410。在本【具体实施方式】中，所述第一衬底400为CMOS衬底，所述第二衬底410为MEMS衬底。所述第二衬底410的表面具有一锗层411。进一步，所述铝层401为图形化的铝层，所述锗层411为图形化的锗层，以满足器件的需求。由于铝在空气中会被自然氧化，所以在铝层401表面具有一层氧化层402。所述氧化层402会影响铝材料的共晶键合性能。
[0022]为了使附图能更清楚地显示本发明，铝层401及锗层411的尺寸在附图中被夸大。在本【具体实施方式】中，所述铝层401及锗层411通过金属沉积的方式形成。所述铝层401的厚度为5000 A ~2 μ m，所述锗层411的厚度为3500Α~1 μ m。优选地，所述铝层401的厚度大于所述锗层411的厚度。所述锗层411的图形的尺寸为ΙΟμπΓ?ΟΟμπι，所述铝层401的图形的尺寸为ΙΟμπΓ?ΟΟμπι。优选地，所述铝层401的图形的尺寸大于所述锗层411的图形的尺寸。优选地，所述锗层411的图形的宽度及所述铝层401的图形的宽度大于15μπι。
[0023]参见图4Β及步骤S31，对所述铝层401实施等离子体处理，以去除所述铝层401表面的氧化层402，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷。所述氯气和三氟甲烷的比例范围为10:Γ3:1。向进行等离子体处理的腔室施加一偏置功率若干时间，使等离子体的源物质形成各向异性等离子体，以去除所述铝层401表面的氧化层402。所述氯气和三氟甲烷在偏置功率下形成各向异性的等离子体，从而可以刻蚀所述氧化层402，使氧化层402消失。该反应的化学方程式如下:
A1203+C12+CHF3 — A1C13+C0/C02+HF
在上述等离子体处理步骤中，偏置功率的范围为200瓦~1000瓦。等离子体处理的刻蚀温度小于40摄氏度。等离子体处理的刻蚀时间小于lmin。
[0024]参见图4C及步骤S32，以铝层401为中间层，对第二衬底410和等离子体处理后的所述第一衬底400进行键合。在本【具体实施方式】中，以铝层401及锗层411为中间层，对第二衬底410和等离子体处理后的所述第一衬底400进行键合。所述铝层401与所述锗层411在低温下熔合得到共晶金属键合的欧姆接触，形成铝锗共晶键合层420。本步骤中，所述键合过程在真空中进行，键合温度为400摄氏度左右。所述第一衬底的铝层401经过上述的刻蚀处理后，氧化层402被去除，提高了铝材料的键合性能。
[0025]本发明没有采用还原性气体，例如，氢气，来去除氧化层，而是对铝层实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷，所以，本发明在去除氧化层不需要额外的特别的安全性的保护，提高安全性，降低了键合成本。
[0026]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种用于键合的铝材料的预处理方法，其特征在于，包括如下步骤:提供一表面具有铝层的第一衬底；对所述铝层实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷。2.根据权利要求1所述的用于键合的铝材料的预处理方法，其特征在于，所述氯气和三氟甲烷的比例范围为10:Γ3:1。3.根据权利要求1所述的用于键合的铝材料的预处理方法，其特征在于，所述等离子体处理步骤的偏置功率的范围为200瓦~1000瓦。4.根据权利要求1所述的用于键合的铝材料的预处理方法，其特征在于，所述等离子体处理的温度小于40摄氏度。5.一种键合方法，其特征在于，包括如下步骤:提供一表面具有铝层的第一衬底及一第二衬底；对所述铝层实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷；以铝层为中间层，对第二衬底和等离子体处理后的所述第一衬底进行键合。6.根据权利要求5所述的键合方法，其特征在于，所述氯气和三氟甲烷的比例范围为10:1?3:1。7.根据权利要求5所述的键合方法，其特征在于，所述等离子体处理步骤的偏置功率的范围为200瓦~1000瓦。8.根据权利要求5所述的键合方法，其特征在于，所述等离子体处理步骤的刻蚀温度小于40摄氏度。
【专利摘要】本发明提供一种用于键合的铝材料的预处理方法及键合方法，所述预处理方法包括如下步骤：提供一表面具有铝层的第一衬底；对所述铝层实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷。本发明的优点在于，对铝层实施等离子体处理，以去除所述铝层表面的氧化层，所述等离子体的源物质中含有氯气和三氟甲烷。由于没有还原性气体的使用，提高了去除氧化层的安全性，降低了键合的成本。
【IPC分类】H01L21/02, H01L21/60
【公开号】CN105225923
【申请号】CN201410231355
【发明人】邱鹏, 王宇翔, 顾佳烨, 段立帆
【申请人】上海矽睿科技有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年5月29日