一种用于硅晶圆键合的方法

技术领域

本发明涉及LED芯片的技术领域，尤其涉及一种用于硅晶圆键合的方法。

背景技术

晶圆的键合技术是通过外场的作用力使两个同质或异质的晶圆键合成一个整体。随着LED技术的不断发展，对产品的性能要求越来越高，芯片结构也呈现出越来越多样性，更多的芯片制程需进行键合作业以实现更好的器件结构，晶圆键合的重要性也越来越高。现有晶圆键合选用加压键合，但由于键合不紧密且对位难度大，难以施加均匀的压力，容易造成晶圆破损，现有键合设备采用的是点压式的键合设备，采用单点加压的工艺进行键合，每片耗时在20分钟以上，良率低于90％，产能和良率都无法达到较高的水平。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种用于硅晶圆键合的方法，设置了一套专属于硅晶圆键合的容器和治具，能在压合时使晶圆均匀受力，从而有效提升键合的良率和产能。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种用于硅晶圆键合的方法，包括以下步骤：

1)对基板和晶圆的键合面进行图形化处理，并镀上金属结构；

2)制造治具和透明容器，透明容器设有腔体和腔门，腔体内可拆卸地放置有治具、加热加压装置和用于固定治具的固定机构，治具的尺寸与基板和外延片相对应；

3)将至少一组基板的金属结构面与外延片对准放置在步骤2)的治具内；

4)打开腔门，将步骤3)的治具用固定机构固定在腔体内，再将加热加压装置放置在治具的上方；

5)关闭腔门，对腔体内进行抽真空操作，开启加热加压装置，使治具内升温加压，完成基板与外延片的键合；其中，加热加压装置与治具的接触面的表面积相同。

进一步，在所述治具的底层和顶层设有石墨垫片。

再进一步，所述固定机构包括固定卡座和固定栓，固定卡座设置在腔体的内部，所述治具放置在固定卡座上，再通过固定栓固定。

进一步，步骤5)中，抽真空至真空度为-0.1～0.1Torr。

再进一步，所述加热加压装置为加热器、受压板和压力杆组合装置，加热器设置在受压板上，受压板连接压力杆，受压板的表面积与所述治具的接触面的表面积相同。

进一步，步骤5)中，所述加热加压装置的温度为250～270℃，压力为500～600MPa。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的用于硅晶圆键合的方法，包括以下步骤：将基板和晶圆的键合面进行图形化处理并镀上金属结构；制造治具和透明的容器，该治具的外形与基板和外延片基本一致，可以形成双面对准固定好在治具中；将基板和外延片的金属结构面对准放置于治具中；将放好芯片的治具放置在封闭的容器腔体内；对腔体进行抽真空，使其达到合适的真空度；通过加热加压装置对治具实行加热和加压，使基板与外延片完成键合。本发明中通过设置治具，使其可以形成双面对准固定好在治具中，基板和外延片能否对准并固定键合良率的关键。加热加压装置通过挤压治具，能使压力均匀分布，从而提高晶圆键合的良率和产能。

(2)在治具的底层和顶层中有石墨垫片，起到缓冲作用，减少键合过程中压力波动导致的破片风险。同时可将治具适当增厚，可一次性放入两组芯片和基板，大幅提升产能。

附图说明

图1为实施例1的容器和治具的结构示意图；

图中：1、腔体；2、基板；3、晶圆；4、治具；5、加热加压装置。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例1

1)对基板2和晶圆3的键合面进行图形化处理，并镀上金属结构；

2)如图1所示，制造治具4和透明容器，透明容器设有腔体1和腔门，腔体1内可拆卸地放置有治具4、加热加压装置5和用于固定治具4的固定机构，治具4的尺寸与基板2和外延片相对应，在所述治具4的底层和顶层设有石墨垫片；其中，所述固定机构包括固定卡座和固定栓；

3)将至少一组基板2的金属结构面与外延片对准放置在步骤2)的治具4内；

4)打开腔门，将步骤3)的治具4放置在腔体1内的固定卡座上，再由固定卡座上的固定栓固定，放置治具4在键合过程中偏移，再将加热加压装置5放置在治具4的上方；其中，加热加压装置5为加热器、受压板和压力杆组合装置，加热器设置在受压板上，受压板连接压力杆，受压板的表面积与所述治具4的接触面的表面积相同；

5)关闭腔门，对腔体1内进行抽真空操作，使腔体1内的真空度在0.1Torr以下，开启加热加压装置5，设置温度为260℃和压力为550MPa，使治具4内升温加压，完成基板2与外延片的键合。

对比例1

对比例1采用点压装置进行晶圆3键合，压力与实施例1相同。

性能测试

选取实施例1和实施例1同时处理20片LED晶圆键合，记录键合时间和良率，具体如表1。

表1利用实施例1和实施例1的方法的键合时间和良率

由表1可知，对比例1由于点压的方法，压头与待键合晶圆3的接触面积很小，压力集中，而且电压装置还是刚性压头，压头无缓冲地接触待键合晶圆3至压力达到峰值，导致冲量过大，易造成键合晶圆3表面划伤甚至破碎，所以良率下降，原材料成本提高。而本发明的方法中由于设置了治具4，治具4与加热加压装置5的受压板面积相同，受压面积比较大，还能有效固定住待键合晶圆3，从而提高良率。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。