專利名稱：起動分子鍵合的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過將由初始襯底形成的至少一個層轉(zhuǎn)移到最終襯底上而制造多層 半導(dǎo)體晶片或襯底的領(lǐng)域，其中被轉(zhuǎn)移的層對應(yīng)于初始襯底的一部分。被轉(zhuǎn)移的層還可 以包括部件的全部或一部分，或者多個微部件。
背景技術(shù)：
更具體而言，本發(fā)明涉及在層從被稱為“施主襯底”的襯底轉(zhuǎn)移到被稱為“接 收襯底”的最終襯底上的過程中出現(xiàn)的各向異性變形問題。特別是在需要將一層或多層 微部件轉(zhuǎn)移到最終支撐襯底上的三維部件合成技術(shù)(3-D合成)中已經(jīng)觀察到這樣的變 形，此外，在電路轉(zhuǎn)移或者背光成像器的制造中也觀察到這樣的變形。被轉(zhuǎn)移的一個或 多個層包括至少部分地制造在初始襯底上的微部件(電子器件、光電器件等)，所述層之 后被堆疊在自身也可能包括部件的最終襯底上。首先，由于單層上出現(xiàn)的微部件的極小 尺寸和巨大數(shù)量，每個被轉(zhuǎn)移的層都必須以高精度定位在最終襯底上，以便與下方的層 嚴(yán)格對準(zhǔn)。此外，還需要在層被轉(zhuǎn)移之后對其進行處理，例如形成其他微部件、暴露微 部件的表面、產(chǎn)生互連等。但是申請人已發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)移之后，在有些情況下雖然可以但是很難形成與轉(zhuǎn)移之 前形成的微部件對準(zhǔn)的額外的微部件。下面參考顯示三維結(jié)構(gòu)的示例性實施例的圖IA至IE來描述這種非對準(zhǔn)現(xiàn)象， 其中該三維結(jié)構(gòu)包括形成在初始襯底上的微部件層至最終襯底上的轉(zhuǎn)移，以及鍵合之后 在初始襯底的暴露表面上形成額外的微部件層。圖IA和圖IB顯示初始襯底10，初始襯 底10上形成有第一系列微部件11。通過光刻法利用能夠定義與待制造的微部件11相對 應(yīng)的圖案形成區(qū)的掩膜來形成微部件11。從圖IC可見，包括微部件11的初始襯底10的表面再與最終襯底20的一個表面 緊密接觸。通常通過分子鍵合來實現(xiàn)初始襯底10和最終襯底20之間的鍵合。這樣，在 襯底10和20之間的鍵合界面處形成微部件11的埋入層。鍵合之后，如圖ID所示，初 始襯底10被減薄以便去除微部件11的層上出現(xiàn)的材料的一部分。這樣，通過最終襯底 20和對應(yīng)于初始襯底10的剩余部分的層IOa形成復(fù)合結(jié)構(gòu)30。從圖IE可以看出，制造三維結(jié)構(gòu)的下一步驟包括在減薄的初始襯底10的暴露表 面上形成第二層微部件12，或者執(zhí)行額外的技術(shù)步驟以使暴露的表面與層IOa中包含的 部件(觸點、互連等)對準(zhǔn)。出于簡化的目的，在本文的剩余部分中，術(shù)語“微部件” 用于定義通過在必須精確定位的層上或?qū)又袌?zhí)行的技術(shù)步驟而獲得的器件或任何其他圖 案。因此，微部件可以是有源部件或無源部件，或者僅僅是觸點或互連。為了形成與埋入的微部件11對準(zhǔn)的微部件12，使用與用于形成微部件11的光刻 掩膜類似的掩膜。類似于層10a，被轉(zhuǎn)移的層通常在微部件和形成層的部分上包括標(biāo)記， 在諸如光刻法所執(zhí)行的技術(shù)處理步驟中，所述標(biāo)記特別被定位和對準(zhǔn)工具所使用。但是，即使使用定位工具，在一些微部件11和12之間仍然會出現(xiàn)偏移，例如圖IE中顯示的偏移Δη，Δ22，Δ 33, Δ44(分別對應(yīng)于微部件對ll/A、112/122、113/123 和114/124之間觀察到的偏移)。這些偏移并不是可能來自于襯底的非準(zhǔn)確組裝的基本變換(平移、旋轉(zhuǎn)或其組 合)的結(jié)果。這些偏移來自于在初始襯底與最終襯底組裝時初始襯底的層中出現(xiàn)的非均 勻變形。實際上，這樣的變形涉及某些微部件11的局部及非均勻位移。此外，形成在 轉(zhuǎn)移后的襯底的暴露表面上的某些微部件12表現(xiàn)出相對于微部件11的位置變化，該位置 變化可以在幾百納米的數(shù)量級，甚至達到毫米的數(shù)量級。兩層微部件11和12之間的非對準(zhǔn)現(xiàn)象(也被稱為“覆蓋”)可能引起兩層微部 件之間的短路、堆疊扭曲或連接缺陷。因此，當(dāng)被轉(zhuǎn)移的微部件是由像素形成的成像器 時，轉(zhuǎn)移后處理步驟用于在每個像素上形成彩色濾光器，而在某些像素上觀察到色彩功 能受損(loss of colorizing function)。因此，覆蓋現(xiàn)象導(dǎo)致所制造的多層半導(dǎo)體晶片的質(zhì)量和價值下降。由于對于微 部件小型化的需求不斷增長以及由于微部件每層的集成密度增大，該現(xiàn)象的影響增大。三維結(jié)構(gòu)制造過程中的對準(zhǔn)問題是已知的。Burns等的文獻〃 AWafer-Scale 3-D Circuit Integration Technology “， IEEE Transactions On Electron Devices， vol 53, No 10，Oct 2006描述了一種檢測鍵合襯底之間的對準(zhǔn)變化的方法。Haisma等的文 獻“Silicon-Wafer Fabrication and (Potential) Applications of Direct-Bonded Silicon ", Philips Journal of Research, vol 49，No 1/2，1995強調(diào)了晶片平面度的重要性，特別是在 拋光步驟中，為了獲得高質(zhì)量的最終晶片，要盡可能地減小微部件之間的偏移。但是， 這些文獻僅涉及組裝晶片時晶片的定位問題。如上所述，申請人已發(fā)現(xiàn)即使兩個晶片在 接觸時完全相互對準(zhǔn)(使用為此設(shè)置的標(biāo)記)，但是在鍵合波起動之后仍會出現(xiàn)某些微部 件的非均勻位移。發(fā)明目的本發(fā)明用于提供一種方案，其能夠限制一個襯底轉(zhuǎn)移到另一襯底上時該一個襯 底中出現(xiàn)的非均勻變形。為此，本發(fā)明提出一種起動分子鍵合(initiating molecular bonding)的方法，包
括使第一晶片或襯底的一個表面面對第二晶片或襯底的一個表面，并起動兩個面對的 表面之間的接觸點，所述方法的特征在于，通過對兩個晶片之一施加機械壓力起動接觸 點，所述壓力在O.lMPa(兆帕)至33.3MPa的范圍內(nèi)。這樣，在起動接觸點的過程中，通過限制施加在兩個襯底之一上的壓力，減小 晶片中產(chǎn)生的非均勻變形，同時通過分子鍵合執(zhí)行接觸的兩個晶片的整個表面的鍵合。通過最小化通常由應(yīng)用接觸點而引起的變形從而通過分子鍵合來產(chǎn)生鍵合，可 以顯著減小隨后形成微部件的附加層的過程中出現(xiàn)覆蓋的風(fēng)險。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，機械壓力施加在Imm2(平方米)或更小的表面積上。根據(jù)本發(fā)明的特別方面，通過在兩個襯底之一上應(yīng)用工具來實現(xiàn)接觸點的起 動，所述工具在襯底上的接觸表面積在0.3mm2到Imm2的范圍內(nèi)，且工具施加在襯底上 的支承力在0.1N(牛頓)至10N的范圍內(nèi)。本發(fā)明還提供一種制造復(fù)合三維結(jié)構(gòu)的方法，包括以下步驟在第一晶片或襯 底的一個表面上制造第一層微部件，將包括該層微部件的第一晶片的表面鍵合到第二晶片或襯底上，所述方法的特征在于，在鍵合步驟中，根據(jù)本發(fā)明的分子鍵合起動方法起 動分子鍵合。本發(fā)明的分子鍵合起動方法的使用可以在轉(zhuǎn)移微部件層的過程中消除或限制覆 蓋現(xiàn)象，從而制造高質(zhì)量的多層半導(dǎo)體晶片。特別地，微部件層可以包括圖像傳感器。


圖IA至IE是顯示現(xiàn)有技術(shù)的三維結(jié)構(gòu)的制造的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的分子鍵合起動方法的示意圖；圖3A至3D是顯示利用本發(fā)明的分子鍵合起動方法制造三維結(jié)構(gòu)的示意圖；圖4是圖3A至3D中顯示的三維結(jié)構(gòu)的制造過程中執(zhí)行的步驟的流程圖；圖5至圖7顯示本發(fā)明的分子鍵合起動方法的實施方式的高度簡化圖。
具體實施例方式本發(fā)明通常應(yīng)用于復(fù)合結(jié)構(gòu)的制造，其至少包括通過分子鍵合將第一襯底或晶 片鍵合到第二襯底或晶片上。通過分子鍵合進行鍵合的技術(shù)實際上是已知的?？梢曰叵耄ㄟ^分子鍵合進行 鍵合的原理是基于不使用特殊材料(粘合劑、蠟、釬焊材料等)使兩個表面直接接觸。 這樣的操作需要鍵合表面足夠光滑，不存在顆?；蛭廴疚?，從而鍵合表面足夠接近能夠 起動接觸，通常距離小于幾納米。然后，兩個表面之間的吸引力很高足以引起分子鍵合 (待鍵合的兩個表面的原子或分子之間的電子相互作用的一組吸引力(范德瓦爾斯力)引 起的鍵合)。在與另一個晶片緊密接觸的一個晶片上起動接觸點以便觸發(fā)來自于該接觸點的 鍵合波的傳播，從而執(zhí)行分子鍵合。在此使用的術(shù)語“鍵合波”是從起動點傳播以及對 應(yīng)于吸引力(范德瓦爾斯力)從接觸點向緊密接觸的兩個晶片之間的整個表面積(鍵合交 界面)擴散的鍵合或分子鍵合波前(bonding or molecular bonding front)。通過在兩個晶片 之一上施加機械壓力起動接觸點。申請人:已經(jīng)證實，同一晶片中的某些圖案或微部件之間的相對位移是由該晶片 在另一晶片上的分子鍵合步驟導(dǎo)致的。更具體而言，申請人進行的試驗證實在接觸點 (即施加機械壓力的區(qū)域)產(chǎn)生(拉伸和/或壓縮)應(yīng)力。這些應(yīng)力導(dǎo)致在晶片中出現(xiàn)非 均勻變形，并且這些應(yīng)力是某些圖案或微部件的彼此的相對及不等位移的結(jié)果。申請人:已發(fā)現(xiàn)，變形主要位于接觸點處和附近，且這些變形是彈性的。這些變 形的半徑可以環(huán)繞壓力施加點延伸15cm(厘米)。因此，本發(fā)明提出控制施加在接觸點的機械壓力，以便限制該區(qū)域中的應(yīng)力， 同時允許鍵合波在接觸的兩個晶片之間起動和傳播。根據(jù)本發(fā)明，施加在接觸點的壓力 在O.lMPa到33.3MPa的范圍內(nèi)。起動點可以位于晶片上的任何位置。優(yōu)選地，起動點 靠近晶片的邊緣。壓力施加區(qū)的表面積通常小于幾平方毫米，例如1mm2。更大的施加 表面積也可能不會產(chǎn)生風(fēng)險，但是太大的接觸表面積(例如超過5mm2)會導(dǎo)致變形(覆 蓋)加劇。施加這樣的機械壓力足以起動兩個晶片之間的接觸點，并因此允許鍵合波在晶片之間的整個接觸表面上傳播而不引起太高的應(yīng)力。因此，通過控制施加的機械壓力來 起動接觸點，可以減小晶片中出現(xiàn)的變形。優(yōu)選地，施加在接觸點的壓力小于IOMPa ； 更優(yōu)選地，該壓力在O.lMPa到5MPa的范圍內(nèi)。施加機械壓力的周期至少對應(yīng)于能夠觸發(fā)鍵合波的傳播現(xiàn)象的最小周期。該最 小周期基本上對應(yīng)于鍵合波在晶片之間的接觸表面上傳播所需的周期。機械壓力施加周 期通常在1到10秒之間，通常是5秒，以便組裝直徑為200mm的晶片?？梢允褂霉ぞ邎?zhí)行機械壓力的受控施加。在圖2中，第一晶片或襯底60被放置 在包括襯底支撐設(shè)備40的鍵合機中。襯底支撐設(shè)備40包括支撐盤40a，支撐盤40a的平 面度缺陷優(yōu)選地小于15微米(μ m)。支撐盤40a例如通過靜電或與支撐盤40a相連的吸 取系統(tǒng)或者僅通過重力支撐第一晶片60，以便通過分子鍵合將其與第二晶片或襯底70組 裝。只要能夠確定用于支撐晶片的相關(guān)系統(tǒng)(靜電或通過吸取)不會導(dǎo)致晶片變形從而 不會加重覆蓋問題，就可以使用所述的系統(tǒng)。如上所述以及如現(xiàn)有技術(shù)中已知，分別制備(拋光、清潔、疏水/親水處理等) 晶片60和70的待鍵合表面61和71以便允許分子鍵合。然后，使晶片60和70的表面61和71彼此緊密接觸。通過工具50執(zhí)行用于分 子鍵合的接觸點的起動。如圖2中以高度簡化的方式所顯示的，工具50包括諸如觸針的 支承元件51和測力計53。支承元件51與測力計53相連并包括自由端52，通過自由端 52，機械壓力被施加在晶片70上從而起動兩個晶片60和70之間的接觸點。端52具有 在0.3mm2到Imm2范圍內(nèi)的接觸表面積52a。已知工具50與晶片70的接觸表面52a的 面積，就可以通過控制由工具施加在晶片上的支承力F來施加在O.lMPa到33.3MPa范圍 內(nèi)的機械壓力(支承力=機械壓力X支承表面積)。端52施加在晶片70上的支承力由 測力計53控制。該力在0.1N到ION的范圍內(nèi)。例如，如果通過一端的接觸表面積為Imm2的工具施加3.5MPa的機械壓力(足 以起動接觸點以及由此起動兩個晶片之間的鍵合波的壓力)，3.5N的支承力被施加例如大 約6秒。支承元件，更具體而言，支承元件將與晶片接觸的一端可以通過例如Teflon 、 硅樹脂或聚合物的材料制成，或者被這樣的材料覆蓋。通常，支承元件的上述端由具有 足夠高的剛性從而能夠以受控方式施加壓力的材料制成或覆蓋。太柔軟的材料會變形， 并由于施加的壓力精度不高而導(dǎo)致不精確的接觸表面。相反，太硬的材料將導(dǎo)致在晶片 的表面上形成缺陷(壓痕)?？梢栽阪I合機中自動執(zhí)行本發(fā)明的分子鍵合起動方法。該鍵合機包括連接到致 動器(例如氣缸或機械臂)的支承元件。在一些實施例中，鍵合機能夠在晶片表面上的 任何位置或者沿著由鍵合晶片形成的堆疊的直徑或半徑定位支承元件。鍵合機還包括力 傳感器(測力計、應(yīng)力計等)和用于驅(qū)動致動器的伺服控制裝置。伺服控制裝置通過控 制支承元件施加的機械壓力的方式驅(qū)動致動器。更具體而言，伺服控制裝置從力傳感器 接收數(shù)據(jù)，并比較該數(shù)據(jù)與支承力的預(yù)定值，所述支承力的預(yù)定值是應(yīng)施加的機械壓力 和支承元件的端部的表面積的函數(shù)。鍵合機還可以包括用于確定晶片變形(例如彎曲和 纏繞測量值)的測量系統(tǒng)。通過以下的討論可以理解，如果起動位置位于預(yù)定的特定位 置，可以獲得用于起動鍵合波的較低壓力(例如低于IMPa)。
優(yōu)選地，晶片具有有限的彎曲變形。通過本發(fā)明的有限的壓力(特別是當(dāng)選擇 的壓力小于IOMPa或者在0.1至5MPa的范圍內(nèi)時)，可能難以以可重復(fù)的方式起動鍵合 波的傳播。使用接觸表面積大約為Imm2的觸針在晶片邊緣附近施加3.7N的力而執(zhí)行的 測試顯示，為了保證良好的鍵合，對于直徑為200mm的最終襯底或晶片(支撐襯底)， 晶片或襯底的可接受的變形應(yīng)在-10 μ m到+10 μ m的范圍內(nèi)，對于包括部件的初始襯底 或晶片，晶片或襯底的可接受的變形應(yīng)在_45μιη到+45μιη的范圍內(nèi)(為了促進分子鍵 合步驟，在部件上沉積氧化物或具有任何其他性質(zhì)的物質(zhì)，從而引入額外的變形，因此 這種晶片具有更寬范圍的容許變形)。通過使用來自于KLA-Tencor公司的ADE型設(shè)備 的電容測量來執(zhí)行上述測量。保證良好鍵合的有限的變形值對應(yīng)于恒定的彎曲與晶片直 徑的比值。因此，對于具有較大直徑的晶片(例如300mm)，通過考慮較大直徑值的適 當(dāng)校正，所述有限的變形值也是有效的。當(dāng)一個或兩個晶片變形時，有利地，以相接觸的晶片的形狀為函數(shù)選擇起動接 觸點的位置(施加機械壓力的位置)，以便進一步使分子鍵合所需的機械壓力最小化。如 果待鍵合的兩個晶片不是嚴(yán)格的平面，面對晶片的表面的局部相互分離不是不變的。因 此，如圖5中以高度簡化方式顯示的，晶片520(例如具有凹入變形的電路板)必須通過 分子鍵合被鍵合到平面晶片510上(例如已被氧化的體晶片)。因此，通過施加機械壓力 Pm起動的接觸點優(yōu)選地位于點A，即位于凹入變形的中心，而不是點B，因為為了起動 鍵合而必須施加的機械壓力的絕對值在點B高于點A，以及因此將產(chǎn)生更大的變形。通 過類似于圖5所示的晶片或襯底執(zhí)行測試。在該測試中，在與基本上為平面的晶片或襯 底510接觸的基本上為凹入的晶片或襯底520的中心施加0.3N的力大約2秒鐘。基本上 為平面的晶片或襯底510自定位在鍵合機的平面晶片/襯底支撐設(shè)備上。在該特別配置 中，有限的力足以起動鍵合波，同時最小化晶片變形。還可以選擇接觸點使其對應(yīng)于晶片支撐設(shè)備與被支撐的晶片緊密接觸或彼此距 離最短的位置，特別是當(dāng)被支撐的晶片表現(xiàn)出至少凹入變形或凸起變形時。上述最后兩個要求保證起動鍵合而需要施加的壓力將導(dǎo)致晶片的最小垂直位 移，從而導(dǎo)致最小的晶片變形。類似地，如圖6所示，當(dāng)晶片620(例如電路晶片)具有復(fù)雜變形時，即具有相 對于另一個平面晶片610的多個凹入和凸起部分，則優(yōu)選地，在晶片620的凹入?yún)^(qū)域的中 心起動接觸點以及機械壓力Pm的施加。凹入?yún)^(qū)域的中心對應(yīng)于晶片的如下區(qū)域這些 區(qū)域和平面晶片610之間的距離最小，從而要求比晶片上的其他區(qū)域施加更低的機械壓 力。優(yōu)選地，在如下位置施加機械壓力襯底支撐設(shè)備與晶片610緊密相鄰，從而在鍵 合波移動時避免鍵合的堆疊的垂直位移。在圖7中，待組裝的兩個晶片710和720均具有自身變形。以兩個晶片彼此相 對放置時兩個晶片的位置為函數(shù)確定用于起動兩個晶片之間的接觸點的機械壓力Pm的施 加點的選擇?？梢允褂脧木冃螠y量系統(tǒng)采集的晶片形狀信息來確定最合適的位置。在變化例中，例如，當(dāng)用于起動接觸點的工具(觸針)不能相對于晶片移動時， 可能在一個或兩個晶片上出現(xiàn)預(yù)定變形，從而工具下方出現(xiàn)的晶片區(qū)域?qū)?yīng)于需要最小 機械壓力的點。在這種情況下，通過其中工具位于晶片中心上方的固定位置的鍵合機，能夠例如在上晶片上產(chǎn)生類似于圖5的變形。本發(fā)明的過程適用于組裝適合分子鍵合的任何類型的材料，特別是半導(dǎo)體 材料，例如硅、鍺、玻璃、石英、藍寶石等。待組裝的晶片的直徑特別是100mm， 150mm，200mm或300mm。晶片還可以在其大部分表面上或者僅在有限的區(qū)域內(nèi)包括微 部件。本發(fā)明的組裝方法的一個特別但是非專用領(lǐng)域是制造三維結(jié)構(gòu)的領(lǐng)域。 參考圖3A至3D以及圖4描述根據(jù)本發(fā)明的實施例的通過將形成在初始襯底上 的微部件層轉(zhuǎn)移到最終襯底上而制造三維結(jié)構(gòu)的方法。對于三維結(jié)構(gòu)的制造，首先在晶片或初始襯底100的表面上形成第一系列微部 件110(圖3A，步驟Si)。微部件110可以是完整的部件和/或僅是其一部分。初始襯 底100可以是單層結(jié)構(gòu)，例如硅層，或者多層結(jié)構(gòu)，例如SOI型結(jié)構(gòu)。利用能夠定義與 待制造的微部件110相對應(yīng)的圖案形成區(qū)的掩膜、通過光刻法形成微部件110。在通過光 刻法形成微部件110的過程中，初始襯底100被固定在襯底支撐設(shè)備120上。襯底支撐 設(shè)備包括支撐盤120a，例如通過靜電或與支撐盤120a相關(guān)聯(lián)的吸取系統(tǒng)，初始襯底100 與支撐盤120a平齊。然后，包括微部件110的初始襯底100的表面與最終晶片或襯底200的一個表面 接觸(步驟S2)，從而通過分子鍵合進行鍵合。還可以在包括微部件110的初始襯底100 的表面上和/或?qū)⒕o密接觸的最終襯底200的表面上形成氧化物(例如SiO2)層。根據(jù)本發(fā)明，通過在襯底200上(優(yōu)選地在其邊緣附近)施加機械壓力Pm起動 兩個襯底之間的接觸點(圖3B，步驟S3)。如上所述，壓力Pm在O.lMPa到33.3MPa的 范圍內(nèi)，并被施加到面積為Imm2或更小的支承表面上。接觸點的起動涉及在初始襯底100和最終襯底200之間的交界面上傳播鍵合波。 然后，通過它們的整個接觸表面(鍵合交界面)上的分子鍵合，兩個襯底被鍵合在一起， 包括微部件110的初始襯底100中沒有或幾乎沒有變形。從而這在襯底100和200之間 的鍵合交界面處產(chǎn)生了微部件110的埋入層。鍵合之后，如圖3C可見，初始襯底100被減薄，以便去除微部件110層上方出 現(xiàn)的材料的一部分(步驟S4)。當(dāng)襯底100是SOI型襯底時，有利地，可以使用埋入的絕 緣層來限定剩余層IOOa的厚度。這樣，制造由最終襯底200和對應(yīng)于初始襯底100的剩 余部分的層IOOa形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)300。特別地，可以通過化學(xué)機械拋光(CMP)、化學(xué)蝕 刻、或者通過沿著由原子注入在襯底中形成的弱化平面分離或斷裂來減薄初始襯底100。如圖3D所示，制造三維結(jié)構(gòu)的下一步驟包括在減薄的初始襯底100的暴露表面 上形成第二層微部件140 (圖3D，步驟S5)。微部件140可以對應(yīng)于微部件110的互補部 分，以便形成完整的部件和/或?qū)⑴c微部件140 —起工作的不同部件。為了形成與埋入 的微部件110對準(zhǔn)的微部件140，使用與形成微部件110所使用的光刻掩膜類似的掩膜。 在形成微部件110的過程中，由最終襯底200和層IOOa形成的復(fù)合結(jié)構(gòu)300固定在與設(shè) 備120相同的襯底支撐設(shè)備130的支撐盤130a上。然后光刻掩膜被應(yīng)用到層IOOa的自 由表面。在變化例中，通過層的堆疊形成三維結(jié)構(gòu)，其中每個層通過本發(fā)明的組裝方法 被轉(zhuǎn)移，并且每個層與直接相鄰的層對準(zhǔn)。
9
通過使用本發(fā)明的分子鍵合起動方法，初始襯底100可以被鍵合到最終襯底 上，而沒有或至少減小了變形，換言之，在初始襯底100轉(zhuǎn)移到最終襯底200之前和之 后，不再能觀察到微部件110的顯著偏移。這樣，可以在晶片的整個表面上以均勻的方 式將殘留的偏移限制為小于200納米(nm)或者甚至IOOnm的值。即使在初始襯底轉(zhuǎn)移 之后，微部件140，即使其具有極小的尺寸(例如< Iym)，也能夠容易地與微部件110 對準(zhǔn)。這例如意味著可以通過金屬連接互連兩層中出現(xiàn)的微部件或者單層的兩個不同表 面上出現(xiàn)的微部件，從而最小化不良互連的風(fēng)險。因此，本發(fā)明的組裝方法可以消除在一個電路層轉(zhuǎn)移到另一個電路層上或者支 撐襯底上的過程中出現(xiàn)的覆蓋現(xiàn)象，并且制造很高質(zhì)量的多層半導(dǎo)體晶片。
權(quán)利要求
1.一種起動分子鍵合的方法，包括使第一晶片(30)的一個表面(31)面對第二晶片 (20)的一個表面(21)，并起動兩個面對的表面之間的接觸點，其特征在于，通過向兩個 晶片之一施加機械壓力起動接觸點，所述壓力在O.lMPa到33.3MPa的范圍內(nèi)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所施加的機械壓力小于lOMPa。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所施加的機械壓力在2MPa到5MPa 的范圍內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的方法，其特征在于，機械壓力被施加在Imm2 或更小的接觸表面積上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，通過在兩個襯底之一上應(yīng)用工具(51) 來執(zhí)行接觸點的起動，所述工具在襯底上的接觸表面積(52a)在0.3mm2到Imm2的范圍 內(nèi)，且工具施加在襯底上的支承力在0.1N至ION的范圍內(nèi)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，待支承在兩個襯底之一上的工具(51) 的至少一端(52)包括位于其表面(52a)上的至少選自Teflon 、硅樹脂或聚合物的材料。
7.—種制造復(fù)合三維結(jié)構(gòu)(300)的方法，包括以下步驟在第一襯底(100)的一個表 面上制造第一層微部件(110)，通過分子鍵合將包括該層微部件的第一襯底的表面鍵合到 第二襯底(200)上，其特征在于，在鍵合步驟中，通過根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述 的分子鍵合起動方法起動分子鍵合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法包括鍵合步驟之后的減薄第一 襯底(100)的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述方法進一步包括在第一襯底的 與包括第一層微部件的表面相對的表面上制造第二層微部件(140)的步驟。
10.根據(jù)權(quán)利要求7至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述方法包括鍵合步驟 之前的在第一襯底(100)的包括第一層微部件(110)的表面上形成氧化物層的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項所述的方法，其特征在于，第一襯底(100)是SOI 型結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求7至11中任一項所述的方法，其特征在于，至少第一層微部件包括 圖像傳感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求10至12中任一項所述的方法，其特征在于，包括第一層微部件 (110)和氧化物層的第一襯底(100)的變形在-40μιη到+40μιη的范圍內(nèi)。
14.根據(jù)權(quán)利要求7至13中任一項所述的方法，其特征在于，第二襯底(200)的變形 在-ΙΟμιη到+10 μ m的范圍內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的方法，其特征在于，以至少一個晶片的變形 為函數(shù)確定施加機械壓力的區(qū)域。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，第一襯底具有凹入變形，接觸點位于 所述凹入變形的中心，以及第二晶片是平面晶片。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，第二晶片至少表現(xiàn)出凹入或凸出變 形，所述第二晶片位于晶片支撐設(shè)備上，以及接觸點位于晶片支撐設(shè)備與第二晶片緊密 接觸或者彼此距離最短的位置。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，在一個或兩個晶片上施加預(yù)定變形，從而出現(xiàn)在工具下方的晶片區(qū)域?qū)?yīng)于需要最小機械壓力的點。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種起動分子鍵合的方法，包括使第一晶片(30)的一個表面(31)面對第二晶片(20)的一個表面(21)，并起動兩個面對的表面之間的接觸點。例如使用工具(50)的支承元件(51)，通過向兩個晶片之一施加在0.1MPa到33.3MPa的范圍內(nèi)的機械壓力起動接觸點。
文檔編號H01L21/762GK102017125SQ200980115232
公開日2011年4月13日 申請日期2009年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月28日
發(fā)明者A·卡斯泰, M·布魯卡特 申請人:S.O.I.Tec絕緣體上硅技術(shù)公司