一种低翘曲度键合片的键合方法技术

本发明专利技术公开了一种低翘曲度键合片的键合方法，涉及半导体制造领域，包括以下步骤：在外延层、硅衬底的预键合面形成第一、第二键合材料，对准后置入具有弧面的石墨盘中进行键合；使其升温至第一温度并对其施加第一压力，保持第一时间以使键合材料熔化融合；使温度从第一温度按温度差值以等差数列的形式分段递减降至预设温度，同时将压力从第一压力按压力差值以等差数列的形式分段递减降至预设压力，且每阶段按照预设时间值保持一段时间。本发明专利技术的方法通过使用具有弧面的石墨盘进行键合，而且控制温度与压力阶段性同时降低且每阶段保持一定时间，能减小键合结构中的应力，降低键合结构的翘曲度，获得具有低翘曲度的键合片。获得具有低翘曲度的键合片。获得具有低翘曲度的键合片。

【技术实现步骤摘要】
一种低翘曲度键合片的键合方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造领域，具体涉及一种低翘曲度键合片的键合方法。

技术介绍

[0002]垂直LED芯片的制作工序中需要用到键合工艺实现外延层从蓝宝石衬底转移到硅衬底，图1示出了现有键合结构的示意图，包括蓝宝石衬底10、外延层20、键合层30和硅衬底40，其中蓝宝石衬底10的厚度为500～700um，硅衬底40的厚度为450～550um，这两种衬底的大小为2寸或者4寸；键合前，需要分别在外延层20、硅衬底40上蒸镀金属材料作为键合材料，然后使用带平坦石墨盘100的键合机将其键合在一起(如图2所示)，键合材料形成键合层30。
[0003]但由于蓝宝石衬底10和硅衬底40之间的热膨胀系数相差比较大，键合后冷却时会产生比较大的内应力，导致键合结构产生翘曲且翘曲度在400um以上，会导致后续加工困难，而且翘曲度过大会容易导致硅衬底40破裂。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种低翘曲度键合片的键合方法，通过使用具有一定弧面的石墨盘进行键合处理，而且控制温度与压力阶段性同时降低且每阶段保持一定时间，减小键合片中的应力，降低键合片的翘曲度。
[0005]本专利技术提供了一种低翘曲度键合片的键合方法，包括以下步骤：
[0006]提供硅衬底和蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底上生长有外延层；
[0007]在所述外延层的预键合面形成第一键合材料，在所述硅衬底的预键合面形成第二键合材料；
[0008]将所述第一键合材料与所述第二键合材料对准贴合组成预键合结构，置入具有一定弧面的石墨盘中进行键合处理；
[0009]在键合处理的过程中，使所述预键合结构升温至第一温度并对所述预键合结构施加第一压力，保持第一时间以使所述第一键合材料与所述第二键合材料熔化融合形成键合层；
[0010]所述键合层形成后，使所述预键合结构的温度从所述第一温度按温度差值以等差数列的形式分段递减降至预设温度，同时对所述预键合结构施加的压力从所述第一压力按压力差值以等差数列的形式分段递减降至预设压力，且每阶段按照预设时间值保持一段时间，获得键合结构。
[0011]具体的，所述硅衬底的厚度为H1，所述蓝宝石衬底的厚度为H2，所述H1和所述H2的关系为：H1≥2H2。
[0012]具体的，所述硅衬底的厚度为800～1500um；所述蓝宝石衬底的厚度为250～400um。
[0013]具体的，在所述外延层的预键合面蒸镀形成1～2um厚的所述第一键合材料；在所
述硅衬底的预键合面蒸镀形成1～2um厚的所述第二键合材料。
[0014]具体的，所述第一键合材料为金、镍、锡、金锡或镍锡；所述第二键合材料为金、镍、锡、金锡或镍锡；所述第一键合材料为金或镍时，所述第二键合材料为锡；所述第一键合材料为锡时，所述第二键合材料为金或镍；所述第一键合材料为金锡时，所述第二键合材料为金锡；所述第一键合材料为镍锡时，所述第二键合材料为镍锡。
[0015]具体的，将所述第一键合材料与所述第二键合材料对准贴合组成预键合结构，置入具有一定弧面的石墨盘中进行键合处理包括：将所述硅衬底与所述石墨盘的上凸盘接触，所述上凸盘的中心凸起高度为50～100um；将所述蓝宝石衬底与所述石墨盘的下凹盘接触，所述下凹盘的中心凹陷深度为50～100um。
[0016]具体的，所述第一温度为250～320℃。
[0017]具体的，所述第一压力为2000～5000kgf。
[0018]具体的，所述第一时间为5～30min。
[0019]具体的，所述预设温度为40～80℃，所述预设压力为0kgf，所述预设时间值为5～20min；
[0020]所述使所述预键合结构的温度从所述第一温度按温度差值以等差数列的形式分段递减降至预设温度包括：通过公式计算温度差值和各阶段温度，所述公式为：
[0021]ɑ
＝(T0‑
T
N
)/N；
[0022]T
n
＝T0‑
n
ɑ
；
[0023]其中：
ɑ
为温度差值，T0为第一温度，T
N
为预设温度，N为总阶段数，N为自然数且4≤N≤6，n表示总阶段数N中的第n个阶段，T
n
表示第n个阶段的温度；
[0024]所述对所述预键合结构施加的压力从所述第一压力按压力差值以等差数列的形式分段递减降至预设压力包括：通过公式计算压力差值和各阶段压力，所述公式为：
[0025]β＝(P0‑
P
N
)/N；
[0026]P
n
＝P0‑
nβ；
[0027]其中：β为压力差值，P0为第一压力，P
N
为预设压力，N为总阶段数，N为自然数且4≤N≤6，n表示总阶段数N中的第n个阶段，P
n
为第n个阶段的压力。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0029]通过调整硅衬底和蓝宝石衬底的厚度，使硅衬底的厚度≥2倍蓝宝石衬底的厚度，能有效降低键合结构的翘曲度，也能有效降低硅衬底破裂的风险；
[0030]在具有一定弧面的石墨盘中对预键合结构进行键合处理，使预键合结构先形成和翘曲方向相反的球形弯曲，预先补偿键合结构的翘曲量，降低获得的键合结构的翘曲度；
[0031]在键合层形成后，控制温度与压力按照一定差值以等差数列的形式阶段性同时降低并且每阶段保持一定时间，能释放和减小键合结构中的应力，从而降低键合结构的翘曲度；
[0032]使用本专利技术的方法能降低键合结构的翘曲度，获得具有低翘曲度的键合片，便于后续蓝宝石衬底的剥离、硅衬底的抛光研磨等加工处理。
附图说明
[0033]图1是现有键合结构的示意图；
[0034]图2是使用平坦石墨盘进行键合的过程示意图；
[0035]图3是本专利技术实施例中一种低翘曲度键合片的键合方法的流程图；
[0036]图4是本专利技术实施例中键合结构的示意图；
[0037]图5是本专利技术实施例中使用具有一定弧面的石墨盘进行键合的过程示意图；
[0038]图6是本专利技术实施例中键合过程的时间
‑
温度曲线及时间
‑
压力曲线示意图。
[0039]附图中，10、蓝宝石衬底；11、减薄蓝宝石衬底；20、外延层；30、键合层；40、硅衬底；41、加厚硅衬底；100、平坦石墨盘；200、具有一定弧面的石墨盘；210、上凸盘；220、下凹盘。
具体实施方式
[0040]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低翘曲度键合片的键合方法，其特征在于，包括以下步骤：提供硅衬底和蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底上生长有外延层；在所述外延层的预键合面形成第一键合材料，在所述硅衬底的预键合面形成第二键合材料；将所述第一键合材料与所述第二键合材料对准贴合组成预键合结构，置入具有一定弧面的石墨盘中进行键合处理；在键合处理的过程中，使所述预键合结构升温至第一温度并对所述预键合结构施加第一压力，保持第一时间以使所述第一键合材料与所述第二键合材料熔化融合形成键合层；所述键合层形成后，使所述预键合结构的温度从所述第一温度按温度差值以等差数列的形式分段递减降至预设温度，同时对所述预键合结构施加的压力从所述第一压力按压力差值以等差数列的形式分段递减降至预设压力，且每阶段按照预设时间值保持一段时间，获得键合结构。2.如权利要求1所述的低翘曲度键合片的键合方法，其特征在于，所述硅衬底的厚度为H1，所述蓝宝石衬底的厚度为H2，所述H1和所述H2的关系为：H1≥2H2。3.如权利要求1所述的低翘曲度键合片的键合方法，其特征在于，所述硅衬底的厚度为800～1500um；所述蓝宝石衬底的厚度为250～400um。4.如权利要求1所述的低翘曲度键合片的键合方法，其特征在于，在所述外延层的预键合面蒸镀形成1～2um厚的所述第一键合材料；在所述硅衬底的预键合面蒸镀形成1～2um厚的所述第二键合材料。5.如权利要求1所述的低翘曲度键合片的键合方法，其特征在于，所述第一键合材料为金、镍、锡、金锡或镍锡；所述第二键合材料为金、镍、锡、金锡或镍锡；所述第一键合材料为金或镍时，所述第二键合材料为锡；所述第一键合材料为锡时，所述第二键合材料为金或镍；所述第一键合材料为金锡时，所述第二键合材料为金锡；所述第一键合材料为镍锡时，所述第二键合材料为镍锡。6.如权利要求1所述的低翘曲度键合片的键合方法，其特征在于，将所述第一键合材料与所述第二键合材料对准贴合组成预键合结构，置入具有一定弧面的石...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑洪仿，旷明胜，陈慧秋，
申请(专利权)人：佛山市国星半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：