晶圆键合方法及异质衬底制备方法技术

本发明专利技术提供一种晶圆键合方法及异质衬底制备方法，所述晶圆键合方法至少包括：S1：提供第一晶圆及第二晶圆，其中，所述第一晶圆具有第一键合面，所述第二晶圆具有第二键合面；S2：对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前预加热处理；S3：将所述第一晶圆的第一键合面与所述第二晶圆的第二键合面进行键合。通过上述方案，本发明专利技术对晶圆键合前预加热，可以有效降低异质键合结构在高温后退火中的热应变，进而扩大异质键合的使用范围，提高异质集成材料的可靠性；同时，解决异质键合结构在高温后退火工艺中，因为热应变而发生的解键合以及键合结构碎裂的问题。

Wafer bonding method and heterogeneous substrate preparation method

The invention provides a wafer bonding method and substrate preparation method, the wafer bonding method includes: providing a first wafer and two S1 wafer, wherein the first wafer has a first bonding surface of the second wafer with second bonding surface; S2: on the first wafer and the second wafer bonding pre heating treatment; S3: the bond will be the first key of the first wafer surface and the second surface of the second wafer bonding. Through the scheme, the invention of pre heating and wafer bonding, can effectively reduce the thermal strain of bonded structure after high temperature annealing, and expand the scope of use of bonded materials, improve the reliability of heterogeneous integration; at the same time, to solve the heterogeneous bonding structure in high temperature annealing process, because of the heat and strain the de bonding and bonding structure of fragmentation.

【技术实现步骤摘要】
晶圆键合方法及异质衬底制备方法
本专利技术属于材料结构工艺制备领域，特别涉及一种晶圆键合方法及异质衬底制备方法。
技术介绍
随着摩尔定律的发展遇到瓶颈，单一材料已经不能满足半导体技术的快速发展。超越摩尔的技术发展路线提出了对异质集成技术的迫切需求，异质集成技术是将具有不同性质的材料集成在一起，从而实现多种功能器件的高密度集成。例如，将GaN与Si集成实现GaN基高电子迁移率器件与硅基集成电路集成，将压电材料与Si集成实现滤波器件与集成电路集成等。目前，键合工艺广泛应用于半导体材料与器件工艺领域中，例如利用Smart-cut工艺制备绝缘体上硅(Silicon-on-Insulator,SOI)结构材料，利用键合工艺进行MEMS器件制备及封装等，以及利用键合工艺对集成电路进行高密度三维集成等。在众多异质集成技术中，由于键合技术对材料晶格匹配没有要求，因此具有较高的灵活性。然而，由于异质材料之间存在热膨胀系数失配，异质的键合结构在高温加固、缺陷恢复、材料薄膜转移等高温工艺下会产生巨大的热应变。热应变可能导致键合结构发生解键合甚至出现异质键合结构的碎裂，无法实现大范围的异质集成。因此，如何提供一种减小异质键合结构在高温后退火工艺中的热应变，以扩大异质集成的材料范围，提高异质集成材料的可靠性的键合方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种晶圆键合方法及异质衬底制备方法，用于解决现有技术中键合结构在后退火工艺中因热应变而发生解键合或碎裂的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种晶圆键合方法，所述方法至少包括：S1：提供第一晶圆及第二晶圆，其中，所述第一晶圆具有第一键合面，所述第二晶圆具有第二键合面；S2：对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前预加热处理；S3：将所述第一键合面与所述第二键合面进行键合。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S1中，所述第一晶圆的材料为Si、SiO2、Ge、GaN、AlN、SiC、铌酸锂、钽酸锂、III-V族化合物半导体、蓝宝石或金刚石；所述第二晶圆的材料为Si、SiO2、Ge、GaN、AlN、SiC、铌酸锂、钽酸锂、III-V族化合物半导体、蓝宝石或金刚石，且所述第二晶圆的材料与所述第一晶圆材料不同。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S2中，所述键合前预加热处理的温度为50℃～500℃，所述键合前预加热处理的时间为10s～12h。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S2中，所述键合前预加热处理在真空环境下或在空气、N2、O2、Ar、He、H2中至少一种气体形成的保护气氛下进行。作为本专利技术的一种优选方案，在步骤S3前还包括对所述第一键合面和/或所述第二键合面进行等离子体活化处理的过程。作为本专利技术的一种优选方案，在对所述第一键合面进行所述键合前预加热处理前对所述第一键合面进行等离子体活化处理或在对所述第一键合面进行所述键合前预加热处理后对所述第一键合面进行等离子体活化处理；在对所述第二键合面进行所述键合前预加热处理前对所述第二键合面进行等离子体活化处理或在对所述第二键合面进行所述键合前预加热处理后对所述第二键合面进行等离子体活化处理。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S3中，键合开始时，所述第一晶圆及所述第二晶圆的温度保持在各自进行所述键合前预加热处理的温度。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S3中，所述键合方式为直接键合、阳极键合、金属键合、介质层键合中的任意一种。作为本专利技术的一种优选方案，还包括步骤S4：将步骤S3得到的结构进行退火，所述退火在真空环境下或N2、O2、Ar、He、H2、空气中至少一种气体形成的保护气氛下进行，所述退火的温度为50℃～1300℃，所述退火的时间为10s～48h。作为本专利技术的一种优选方案，步骤S4中，所述后退火的温度为对所述第一晶圆与所述第二晶圆进行的所述键合前预加热处理的最低温度至1200℃。本专利技术还提供一种异质衬底制备的方法，所述制备方法至少包括：如上述方案中任意一种所述的晶圆键合方法所包含的步骤，还包括；所述键合前预加热处理前，于所述第一键合面或所述第二键合面进行离子注入，以在所述第一晶圆或所述第二晶圆的预设深度处形成缺陷层；将将经过所述晶圆键合方法得到的具有所述缺陷层的结构再进行第一次退火处理，以沿所述缺陷层剥离部分所述晶圆。作为本专利技术的一种优选方案，还包括将所述第一次退火处理得到的结构进行第二次退火处理，其中，所述第二次退火处理的温度大于所述第一次退火处理的温度。如上所述，本专利技术提供的晶圆键合方法及异质衬底制备方法，具有如下有益效果：1)本专利技术在键合前对晶圆加热，可以有效降低异质键合结构在后续退火中的热应变，进而扩大异质键合的使用范围，提高异质集成材料的可靠性；2)解决异质键合结构在后续退火工艺中，因为热应变而发生的解键合以及键合结构碎裂的问题。附图说明图1显示为本专利技术提供的晶圆键合方法的流程图。图2-图3显示为本专利技术提供的晶圆键合方法各步骤所对应的结构示意图。图4显示为本专利技术提供的实验结果的示意图。元件标号说明1第一晶圆11第一键合面2第二晶圆21第二键合面3晶圆键合结构具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1至图4。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，虽图示中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。实施例一请参阅图1，本专利技术提供一种晶圆键合方法，所述方法至少包括：S1：提供第一晶圆及第二晶圆，其中，所述第一晶圆具有第一键合面，所述第二晶圆具有第二键合面；S2：对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前预加热处理；S3：将所述第一晶圆的第一键合面与所述第二晶圆的第二键合面进行键合；下面结合具体附图详细介绍本专利技术的晶圆键合的方法。请参阅图1中的S1及图2，进行步骤S1，提供第一晶圆1及第二晶圆2，其中，所述第一晶圆1具有第一键合面11，所述第二晶圆2具有第二键合面21；具体的，所述第一晶圆1具有上表面及下表面，均可作为所述第一键合面11；所述第二晶圆2具有上表面及下表面，均可作为所述第二键合面21。本实施例中，均选取所述第一晶圆1及所述第二晶圆2的上表面分别作为所述第一键合面11及所述第二键合面21.作为示例，步骤S1中，所述第一晶圆1的材料为Si、SiO2、Ge、GaN、AlN、SiC、铌酸锂、钽酸锂、III-V族化合物半导体、蓝宝石或金刚石；所述第二晶圆2的材料为Si、SiO2、Ge、GaN、AlN、SiC、铌酸锂、钽酸锂、III-V族化合物半导体、蓝宝石或金刚石，且所述第二晶圆2的材料与所述第一晶圆1材料不同。具体的，所述第一晶圆1及所述第二晶圆2可以为但不限于以上材料，且可是以上材料的的晶体、多晶或者非晶材料。在本实施例中，优选为以上所述材料的单晶晶圆。请参阅图1中的S2，进行步骤S2，对所述第一晶圆1及所述第二晶圆2进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆键合方法，其特征在于，所述方法至少包括：S1：提供第一晶圆及第二晶圆，其中，所述第一晶圆具有第一键合面，所述第二晶圆具有第二键合面；S2：对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前预加热处理；S3：将所述第一键合面与所述第二键合面进行键合。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆键合方法，其特征在于，所述方法至少包括：S1：提供第一晶圆及第二晶圆，其中，所述第一晶圆具有第一键合面，所述第二晶圆具有第二键合面；S2：对所述第一晶圆及所述第二晶圆进行键合前预加热处理；S3：将所述第一键合面与所述第二键合面进行键合。2.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，步骤S1中，所述第一晶圆的材料为Si、SiO2、Ge、GaN、AlN、SiC、铌酸锂、钽酸锂、III-V族化合物半导体、蓝宝石或金刚石；所述第二晶圆的材料为Si、SiO2、Ge、GaN、AlN、SiC、铌酸锂、钽酸锂、III-V族化合物半导体、蓝宝石或金刚石，且所述第二晶圆的材料与所述第一晶圆材料不同。3.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，步骤S2中，所述键合前预加热处理的温度为50℃～500℃，所述键合前预加热处理的时间为10s～12h。4.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，步骤S2中，所述键合前预加热处理在真空环境下或在空气、N2、O2、Ar、He、H2中至少一种气体形成的保护气氛下进行。5.根据权利要求1所述的晶圆键合方法，其特征在于，在步骤S3前还包括对所述第一键合面和/或所述第二键合面进行等离子体活化处理的过程。6.根据权利要求5所述的晶圆键合方法，其特征在于，在对所述第一键合面进行所述键合前预加热处理前对所述第一键合面进行等离子体活化处理或在对所述第一键合面进行所述键合前预加热处理后对所述第一键合面进行等离子体活化处理；在对所述第二键合面进行所述键合前预加热处理前对所述第二键合...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄凯，欧欣，张润春，游天桂，王曦，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31