專利名稱：硅片直接鍵合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導體直接鍵合技術(shù)領(lǐng)域。
硅片直接鍵合(SDB)技術(shù)是由IBM公司及東芝公司首先開發(fā)的微電子和電力電子領(lǐng)域的重要新技術(shù)。它是將兩片氧化或未氧化的硅片，實現(xiàn)直接的化學鍵合而形成整體，兩硅片之間沒有任何粘接劑。目前，國內(nèi)外的硅片直接鍵合方法，通常需要對氧化或未氧化的硅片進行專門的表面結(jié)合鍵增強處理，使鍵合工藝帶來了復雜化。中國專利CN87108314提供了一種半導體直接鍵合的工藝方法，首先將經(jīng)過鏡面拋光好的氧化或未氧化過的兩硅片進行表面結(jié)合鍵增強處理，采用等離子體對硅片表面進行激活，將硅片浸入酸性、堿性或分子型表面活性劑溶液中，使硅片表面親水;然后將硅片清洗、烘干，再把硅片面對面地裝入夾具中夾緊后，在200～500℃溫度下烘焙30～60分鐘;最后把初步鍵合的硅片去掉夾具，在1000～1200℃高溫下恒溫30～60分鐘，實現(xiàn)擴散鍵合。這種鍵合工藝復雜，不僅需要化費大量的化學藥品和時間等，而且在初步鍵合過程中會使兩硅片之間產(chǎn)生空洞，這些空洞在高溫鍵合中很難消除，因此難以得到大面積無空洞的鍵合硅片。
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，其目的在于提供一種工藝簡單、操作方便的硅片直接鍵合方法，它可以實現(xiàn)大面積無空洞的鍵合硅片。
本發(fā)明將經(jīng)過鏡面拋光的硅片直接進行清洗甩干，再將清洗好的兩硅片在室溫下實現(xiàn)鏡面緊密接觸，使兩硅片重合在一起，然后快速投入高溫爐中進行熱處理，恒溫處理后再緩慢降溫即可實現(xiàn)硅片的直接鍵合。高溫熱處理的溫度可以為980-1050℃，恒溫時間為30～90分鐘。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點1.工藝極其簡單。在清洗過程中硅片表面不需要進行專門的活化處理，不僅省時、省力，而且可以節(jié)省大量的化學藥品。清洗甩干后的硅片只需在室溫下預重合，而不需在200-500℃下的預鍵合，更不需要夾具。
2.重合速度快。對于表面無凹坑和顆粒的硅片，清洗甩干后，只需幾秒鐘時間即可將兩硅片重合在一起，且無空洞。對于硅硅鍵合，由于表面呈疏水狀，鍵合后的硅片可得到良好的歐姆接觸。
3.鍵合周期短。重合好的硅片即可快速投入1000℃左右的爐中進行熱處理，且可以不出現(xiàn)空洞。
4.鍵合面積大。鍵合后的硅片，除了2～5mm的邊緣以外，可以實現(xiàn)整個面積的鍵合，其強度可達到體硅的強度。
5.可用于多種材料的鍵合。不僅可用于N+/N、P+/N-、N+N-/N-、N-P+/N+等的硅硅鍵合，而且可用于SOI材料的制備，還可以用于有圖形表面的硅片鍵合。
6.設備簡單，成本低廉，可以在大量生產(chǎn)中推廣應用。
本發(fā)明可采用以下實施方案實現(xiàn)首先檢查鏡面拋光后的硅片表面，將表面無凹坑或顆粒的硅片在H2SO4與H2O2的混合液中煮(或浸泡)，混合液比例可以為H2SO4∶H2O2＝(1～5)∶1，時間為5～10分鐘(也可以采用其它常規(guī)清洗方法)，用去離子水沖洗干凈后在(0.5-10)%的HF溶液中漂10秒～10分鐘(對于未氧化的硅片，其表面呈疏水狀)，用去離子水沖干凈，并在室溫下甩干后即可對準晶向重合。重合好的硅片快速投入1000℃爐中，恒溫40～60分鐘，然后緩慢降溫，即可實現(xiàn)硅片牢固地鍵合成一體。為了提高鍵合硅片的質(zhì)量，高溫處理過程中可通過氮氣等保護氣體。
權(quán)利要求
1.一種用于硅片之間實現(xiàn)直接化學鍵合的硅片直接鍵合方法，其特征在于將經(jīng)過鏡面拋光的硅片直接進行清洗甩干，再在室溫下實實現(xiàn)鏡面緊密接觸，使兩硅片重合在一起，然后快速投入高溫爐中進行熱處理，恒溫處理后再緩慢降溫即可實現(xiàn)硅片的直接鍵合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的硅片直接鍵合方法，其特征在于高溫熱處理的溫度為980～1050℃，恒溫時間為30～90分鐘。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的硅片直接鍵合方法，其特征在于硅片直接清洗采用H2SO4∶H2O2＝(1～5)∶1的混合液中煮5～10分鐘，用去離子水沖洗干凈后在(0.5～10)%的HF溶液中漂10秒～10分鐘，再用去離子水沖干凈并在室溫下甩干。
全文摘要
硅片直接鍵合方法適用于硅片之間的直接化學鍵合，它將經(jīng)過鏡面拋光的硅片在H
文檔編號H01L21/02GK1086926SQ9210781
公開日1994年5月18日 申請日期1992年11月10日 優(yōu)先權(quán)日1992年11月10日
發(fā)明者張會珍, 童勤義, 秦明, 陳大金, 黃慶安 申請人:東南大學