專利名稱：用于鍵合兩個基板的工藝的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及兩個基板通過分子粘附而彼此鍵合的技術領域。
背景技術：
鍵合是兩個基板彼此貼附的一種方法，能夠在例如被稱作智能切割(Smart Cut ) 的絕緣體上硅制造技術中發(fā)現(xiàn)其應用。利用分子粘附的鍵合是使兩個基板彼此緊密接觸的 技術，其中基板的表面特性使得它們彼此粘附，而不需要使用另外的粘合劑。該鍵合工藝具 體地開始于向緊密接觸放置的兩個基板局部地施加壓力，然后鍵合前沿(bonding front) 傳播至兩個基板的整個界面。W02007/060145公開了這樣一種通過分子粘附的鍵合工藝。其中描述的鍵合方 法包括，在鍵合之前，由對一個基板和/或另一個基板的表面態(tài)進行修改以能夠控制鍵合 前沿的傳播速度構成的步驟。通過局部地或均勻地加熱要被鍵合的一個基板和/或另一 個基板的表面來修改表面態(tài)。加熱用于在鍵合之前從基板的表面上消除水，這樣可將鍵合 缺陷最小化。鍵合缺陷例如是所謂的由界面處出現(xiàn)水所導致的邊緣空穴缺陷(edge void defects) 0在智能切割(Smart Cut )工藝中，這種缺陷可導致最終產(chǎn)品(例如S0I晶片) 中出現(xiàn)非轉(zhuǎn)移區(qū)(non-transferred zones)。不過，即使使用W02007/060145的工藝，注意到，在生產(chǎn)線中，缺陷的數(shù)量隨著鍵 合工具內(nèi)被鍵合的基板的數(shù)量而增加。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種能降低鍵合缺陷增加的方法。利用根據(jù)權利要求1所述的方法來實現(xiàn)該目的。令人驚訝地，在鍵合之前，通過在 基板的鍵合表面上提供氣流，可以停止或者至少減少原來觀察到的鍵合缺陷的增加。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，在兩個基板之間可提供氣流。在這種情況下，可進行 表面的沖洗，恰好直到基板發(fā)生接觸。通過這樣做，甚至可以增強氣流的有益效果。優(yōu)選地，該氣流可為層流。相信通過提供氣流，可以從鍵合表面移除使鍵合用工具 的大氣飽和的水。通過提供層流，可防止由于湍流而造成的可能的水的再進入。有利地，該氣流可基本平行于基板的鍵合表面。由于該特征，將進一步增強移除水 的有益效果。根據(jù)有利的實施方式，在兩個基板的熱處理期間可提供氣流。通過這樣做，改善了 水移除效果，也因此改善了鍵合。優(yōu)選地，可加熱該氣流，使得利用被加熱的氣流來至少部分地進行熱處理。因此， 除了通過輻射或傳導手段加熱該基板，也可提供額外的對流加熱。根據(jù)優(yōu)選的變型例，利用被加熱的氣流可完全地進行熱處理。在這種情況下，進行 該熱處理和/或鍵合所需的設備不需要額外的加熱裝置。根據(jù)優(yōu)選的實施方式，該氣流在兩個基板接觸之前停止。換句話說，只要兩個基板
3還沒有接觸就提供該氣流，使得恰好直到鍵合之前能獲得有益的效果。一旦基板被鍵合，該 氣流就不再是必須的，并且停止該氣流以按照經(jīng)濟的方式進行處理。優(yōu)選地，該氣流的氣體可以具有優(yōu)于10*10_3W/m. K的熱傳導率。熱傳導率越高，氣 體越容易被加熱，此外，傳遞到基板的熱量進一步改善整個工藝。有利地，該氣流可包括氮氣和/或惰性氣體，具體為氬氣。具體地，該氣流由一個 或更多個這些元素的至少10%構成。此外，氮氣具有24*10_3W/m.K的足夠高的熱傳導率，氬 氣具有Tc(Ar) = 16*10_3W/m.K的熱傳導率。此外，取決于氣體混合物，例如H2/Ar、Cl2/Ar 或&/^1~，疏水表面也能以缺陷減少的方式被鍵合。疏水的Si表面應當由Si懸掛鍵和/或 Si-H(低極性鍵)終止，又例如在Ar/F2(10% F2)氣體的情況下，由Si_F或=Si 鍵的小部 分終止。通過=Si:...F-Si,= Si-F... H-Si或Si:tH-FmF ...H-Si橋，這些鍵盡管有 很大極性，但允許不用水來鍵合。根據(jù)優(yōu)選的變型例，氣流處理可在從數(shù)秒開始到幾分鐘的時段中進行。在提供額 外的熱源的情況下，僅幾秒的氣流就足以獲得期望的結(jié)果。因而，該工藝可以按照快速而可 靠的方式進行。另一方面，該工藝的優(yōu)點還可以不用額外的熱源而通過應用該工藝達足夠 長的時間來實現(xiàn)，典型地為分鐘級。優(yōu)選地，氣流可具有從室溫(典型地為19-24°c )直到100°C的范圍內(nèi)的溫度。利 用在該溫度范圍內(nèi)的氣流，隨著時間可實現(xiàn)最佳結(jié)果。有利地，可在氧化氣氛中，具體為在空氣或含20%的02的N2中，和/或具有低濕 度的干燥大氣中提供該氣流。本發(fā)明的目的還可利用根據(jù)權利要求14所述的將兩個基板彼此鍵合的設備來實 現(xiàn)。本發(fā)明的用于鍵合兩個基板的設備包括用于提供氣流的裝置，使得可以獲得如上述權 利要求1已經(jīng)描述的相同優(yōu)點。優(yōu)選地，用于提供氣流的裝置可包括通風系統(tǒng)和/或吸氣(aspiration)系統(tǒng)和/ 或一個或更多個進氣口。利用這樣的系統(tǒng)，能以簡單可靠的方式來提供必要的氣流。優(yōu)選地，用于提供氣流的裝置可被構造為提供層流氣流。通過這樣做，如上述提及 的，能防止最終導致不需要的水分子再進入基板鍵合表面的區(qū)域中的湍流。根據(jù)有利的實施方式，用于提供氣流的裝置可被構造為與基板表面基本平行地提 供氣流。在這種結(jié)構中，可獲得優(yōu)化結(jié)果。優(yōu)選地，用于提供氣流的裝置還包括加熱氣流的裝置，具體為加熱到100°C的溫度 的裝置。通過這樣做，甚至可從鍵合表面移除更多的水。


現(xiàn)在參照如下附圖詳細描述本發(fā)明的有利實施方式。圖1A-1C示出了根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的工藝步驟，圖2是示出了本發(fā)明的原理的3D示意圖，以及圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的鍵合設備。
具體實施例方式圖1A-1C示出了本發(fā)明的用于鍵合兩個基板的工藝的三個實施方式。圖1A示出的第一步驟包括在鍵合室5中提供兩個基板1和3。在本實施方式中，基板1和3是半導體 晶片，具體為其上設有其它層或沒有其它層的硅晶片。它們具有半導體表面或絕緣表面，如 原生氧化物(native oxide)。在進入鍵合室5之前對兩個基板1和3進行處理，以使其具有能夠進行鍵合的必 要表面特性。在室5中，兩個基板1和3利用它們各自的鍵合表面7和9彼此相對。它們 相互平行地保持一定距離。為了能將它們鍵合，鍵合室5包括用于彼此相對地移動兩個基 板1和3的裝置(未示出)，使得它們能彼此發(fā)生接觸。圖1B示出本發(fā)明的方法的下一個步驟。圖1B的部分I示出第一實施方式，圖1B 的部分II示出第二實施方式，圖1B的部分III示出第三實施方式。根據(jù)第一實施方式，在提供兩個基板的步驟之后(圖1A)，例如使用燈11或任何 其它適合的加熱裝置(例如提供在基板保持臺(未示出)內(nèi)部的裝置)來加熱該基板。根 據(jù)本發(fā)明的該實施方式，在兩個基板1、3之間提供由箭頭表示的氣流13，并且該氣流13掃 過各表面7和9。圖2以三維的方式示意性地示出了這種情形。圖2示出了兩個基板1和 3以鍵合表面7和9彼此相對。在中間，提供氣流13使得在兩個基板之間產(chǎn)生未封閉大氣 (non confined atmosphere)。提供未封閉大氣具有這樣的優(yōu)點，從表面7和9釋放的水(desorbed water)被氣 流13捕集，并從基板傳送走。這防止了由于從晶片到晶片積聚水分子而產(chǎn)生的鍵合室5內(nèi) 大氣的飽和。因此，當從晶片到晶片可實現(xiàn)從表面7和9對水分子的必需移除時，鍵合質(zhì)量 能保持恒定。一般地，提供幾秒鐘的氣流可獲得期望的效果。在本實施方式中，氣流是層流，其可防止能使已經(jīng)被運走的水再進入的湍流 (turbulence)。為了進一步優(yōu)化本發(fā)明的工藝，如圖2所示，與基板1和3的表面7和9平 行地提供該氣流。根據(jù)實施方式的該氣流由氬氣、氮氣和/或任何其它惰性氣體或其混合 物構成。在本實施方式中，氣流的溫度約為室溫，一般在19°C _24°C的范圍內(nèi)。為了提供疏水鍵合，在壓力和溫度受控的室內(nèi)可使用H2/Ar、Cl2/Ar或F2/Ar混合 物。圖1B的部分II示出本發(fā)明的第二實施方式。具有與部分I中相同標號的部件不 再具體描述，在此以引證的方式并入它們的描述。第一和第二實施方式之間的區(qū)別在于在第二實施方式中，鍵合室5不再包括加 熱裝置11。在這種情況下，仍在室溫下的施加氣流13達較長時間，具體為幾分鐘，從而能從 晶片1和3的表面7和9消除大約與第一實施方式相同的水量。因而在本實施方式中，可 使用不需要額外的加熱裝置的簡化鍵合室5。圖1B的部分III示出本發(fā)明的方法的第三實施方式。再次，之前使用的具有相同 標號的特征不再詳細解釋，但是在此以引證的方式并入它們的描述。與第二實施方式相比第三實施方式的區(qū)別在于代替在室溫下使用氣流13，本實 施方式的氣流13’具有比室溫更高的溫度，具體為高至100°C。通過這樣做，再次可以從基 板1和3的表面7和9移除水，同時相比于第二實施方式施加氣流13’的時間更短，并且同 時，不需要類似于第一實施方式中的額外的加熱裝置。為了最佳的結(jié)果，氣流由具有高熱傳導率的惰性氣體或其混合物組成(至少10% 的百分比)，使得可以優(yōu)化從氣體到基板1、3的必要熱傳遞。除此之外，氣流13’的特征與氣流13的特征相對應，具體來講，氣流是與表面7和9平行的層流。當然，可自由組合實施方式1-3，例如，具有比室溫更高的溫度的氣流13’可與另 外的加熱裝置11結(jié)合使用，使得通過氣流在鍵合之前提供部分的加熱處理，并且通過加熱 裝置11提供剩余部分的加熱處理。圖1C示出了本發(fā)明的方法的第三步驟，其包括將兩個基板1和3彼此緊密接觸以 由此開始鍵合。一般地，通過局部施加輕壓力來開始鍵合，然后鍵合前沿傳播至整個界面。就在基板1、3彼此接觸的情形之前，可以停止基板1、3之間的氣流。本發(fā)明的方法具有如下優(yōu)點允許將在基板表面上吸收的水移除，并與現(xiàn)有技術 相比以可靠和可重復的方式進行鍵合。由于在鍵合界面上減少的水量，鍵合缺陷出現(xiàn)的越 少，這樣轉(zhuǎn)而致使鍵合基板的質(zhì)量越好。本發(fā)明的工藝特別關注于所謂的智能切割型工藝， 該工藝用于例如形成電子工業(yè)的絕緣體上硅基板，并且由從施主基板向操作基板轉(zhuǎn)移層的 步驟組成，其中施主基板和操作基板之間的貼附可通過鍵合來實現(xiàn)。在上面描述的實施方式1-3中，在鍵合室5的內(nèi)部在彼此相對的兩個基板1和3 之間提供氣流13、13’。根據(jù)本發(fā)明的變型例(未示出)，利用氣流沖洗鍵合表面7、9也可 在將基板1和3送進室5之前在鍵合室5的外部進行。在這種構造中，也可以按照單獨的、 平行的或一個接一個的方式掃過表面7、9。此外，也可通過在惰性氣體中移動兩個基板來實 現(xiàn)未封閉大氣。圖3示出本發(fā)明的用于鍵合兩個基板的設備的一個實施方式。所例示的鍵合設備 21可用作如以上參照實施方式1-3而描述的鍵合室5。鍵合設備21包括室23。在該室內(nèi)，提供基板保持臺25來保持基板1和3，使得鍵 合表面7和9彼此相對。根據(jù)本發(fā)明，鍵合設備21包括裝置25a和25b來在兩個基板1和3之間提供氣 流。在本實施方式中，提供氣流的裝置包括通風系統(tǒng)25a，其提供氣流13，然后通過吸氣系 統(tǒng)25b吸入該氣流13，以移除包含從基板1和3的表面釋放的水分子的氣流。另選地，代替使用通風系統(tǒng)25a，還可提供一個或更多個進氣口，其與對應的氣體 供應連接。需要重點提及的是提供氣流的裝置被優(yōu)選地布置并構造，使得氣流13是層流， 其優(yōu)點已在上面描述。此外，提供氣流的裝置被優(yōu)選地構造，使得該氣流13與基板表面平 行。根據(jù)變型例，通風系統(tǒng)25a還可被設計為具有來自幾個方向的兩個或更多個氣流。根據(jù)所執(zhí)行的工藝(參見圖1B的部分I)，鍵合設備還可包括加熱裝置27 (例如 燈)，其可位于晶片的中心或邊緣上方，以局部地或整體地對要被鍵合的晶片的表面進行加 熱。
權利要求
一種用于將兩個基板進行彼此鍵合的方法，具體為兩個半導體基板，其中在鍵合之前在基板(1，3)的鍵合表面(7，9)上提供氣流(13)，其中在兩個基板(1，3)之間提供所述氣流(13)直到所述基板發(fā)生接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其中所述氣流(13)是層流。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其中所述氣流(13)基本上與所述基板(1，3)的所 述表面(7，9)平行。
4.根據(jù)權利要求1至3之一所述的方法，其中所述氣流(13，13’)具有從室溫至100°C 的范圍內(nèi)的溫度。
5.根據(jù)權利要求1至3之一所述的方法，其中在對所述兩個基板(1，3)進行熱處理期 間提供所述氣流(13，13’)。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其中加熱所述氣流(13’)，使得利用被加熱的氣流 (13’ )來至少部分地進行所述熱處理。
7.根據(jù)權利要求6所述的方法，其中利用被加熱的氣流(13’)來完全地進行所述熱處理。
8.根據(jù)權利要求1至7之一所述的方法，其中所述氣流(13)的氣體具有10*10_3W/m.K 的熱傳導率。
9.根據(jù)權利要求1至8之一所述的方法，其中所述氣流(13)包括氮氣和/或惰性氣 體，具體為氬氣。
10.根據(jù)權利要求1至9之一所述的方法，其中在從數(shù)秒開始至幾分鐘的時段中進行氣 流處理。
11.根據(jù)權利要求1至10之一所述的方法，其中在氧化氣氛中提供所述氣流，具體為在 空氣或含20%的02的N2、和/或具有低濕度的干燥大氣中提供所述氣流。
12.一種用于將兩個基板(1，3)進行彼此鍵合的設備，該設備包括用于在兩個基板(1， 3)之間提供氣流(13)的裝置(25a，25b)，其中用于提供氣流的所述裝置(25a，25b)被構造 為提供層流氣流。
13.根據(jù)權利要求12所述的設備，其中用于提供氣流的所述裝置包括通風系統(tǒng)(25a) 和/或吸氣系統(tǒng)(25b)和/或一個或更多個進氣口。
14.根據(jù)權利要求12至13之一所述的設備，其中用于提供氣流的所述裝置(25a，25b) 被構造為與基板表面(7，9)基本平行地提供所述氣流(13)。
15.根據(jù)權利要求12至14之一所述的設備，其中用于提供氣流的所述裝置(25a，25b) 還包括用于將所述氣流加熱至具體為100°C的裝置(27)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鍵合兩個基板的方法，具體為兩個半導體基板，為了能提高工藝的可靠性，該方法提供了在基板的鍵合表面上提供氣流的步驟。本發(fā)明還涉及相應的鍵合設備。
文檔編號H01L21/18GK101925978SQ200980102881
公開日2010年12月22日 申請日期2009年1月23日 優(yōu)先權日2008年2月15日
發(fā)明者帕斯卡爾·吉爾德, 格維塔茲·戈丹, 法布里斯·拉勒門特, 西里爾·科納特 申請人:硅絕緣體技術有限公司