一種銅-銅金屬熱壓鍵合的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，所述方法至少包括步驟：先提供待鍵合的第一圓片和第二圓片，所述第一圓片包括第一襯底、第一鈍化層及第一Ti-Cu合金薄膜，所述第二圓片包括第二襯底、第二鈍化層及第二Ti-Cu合金薄膜；再將所述第一圓片的第一Ti-Cu合金薄膜表面和第二圓片的第二Ti-Cu合金薄膜表面進(jìn)行熱壓鍵合；最后在保護(hù)性氣體中進(jìn)行退火處理，使第一Ti-Cu合金薄膜中的Ti原子向第一鈍化層表面擴(kuò)散，第二Ti-Cu合金薄膜中的Ti原子向第二鈍化層表面擴(kuò)散，并最終在第一、第二鈍化層表面形成Ti粘附/阻擋層，而Cu原子向鍵合面擴(kuò)散，實(shí)現(xiàn)鍵合。本發(fā)明的方法在鍵合前僅需要對(duì)兩個(gè)襯底分別進(jìn)行一次共濺射，濺射次數(shù)減少了一半，工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，可靠性好，且工藝成本較低，最后經(jīng)過退火處理擴(kuò)散形成Ti粘附/阻擋層，并使銅的鍵合效果更佳。
【專利說明】—種銅-銅金屬熱壓鍵合的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體器件領(lǐng)域，涉及三維封裝領(lǐng)域中圓片的鍵合，特別是涉及一種銅-銅金屬熱壓鍵合的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著芯片尺寸減小以及集成度的提高，傳統(tǒng)的二維集成技術(shù)遇到難以克服的發(fā)展瓶頸。與二維集成技術(shù)相比，三維集成技術(shù)可實(shí)現(xiàn)芯片多功能化，提高芯片集成度、減小信號(hào)延時(shí)、降低功耗。三維集成技術(shù)一般可分為晶體管堆疊、管芯級(jí)鍵合、管芯-晶圓鍵合、晶圓級(jí)鍵合，其中晶圓級(jí)鍵合是最理想的實(shí)現(xiàn)形式，可用于異質(zhì)結(jié)集成，成本低產(chǎn)量高，各層芯片之間的互連是通過硅通孔(TSV)實(shí)現(xiàn)的。
[0003]圓片鍵合是指在外界能量的幫助下使圓片鍵合界面的原子反應(yīng)形成共價(jià)鍵而結(jié)合成一體，并達(dá)到一定鍵合強(qiáng)度的微加工技術(shù)。常用的鍵合技術(shù)有氧化物直接鍵合、金屬-金屬鍵合和粘膠鍵合。
[0004]如圖1所示，傳統(tǒng)的銅-銅金屬直接鍵合工藝步驟為:
[0005]首先，提供待處理的第一襯底101’和第二襯底201’，在所述第一襯底101’上形成第一鈍化層102’，在第二襯底201’上形成第二鈍化層202’ ；
[0006]然后，在所述第一鈍化層102’上依次濺射第一 Ti粘附/阻擋層104’和第一 Cu金屬層105’，在所述第二鈍化層202’上依次濺射第二 Ti粘附/阻擋層204’和第二 Cu金屬層205，；
[0007]最后，將第一襯底101’含有第一 Cu金屬層105’的表面與第二襯底201’含有第二 Cu金屬層205’的表面進(jìn)行接觸鍵合。如圖2所示為鍵合前的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0008]由上述步驟可知，傳統(tǒng)的銅-銅金屬直接鍵合工藝需要分別對(duì)待鍵合的兩個(gè)襯底濺射粘附/阻擋層和銅，之后進(jìn)行鍵合，濺射次數(shù)較多，工藝較為復(fù)雜。
[0009]為此，本發(fā)明提出一種新的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，在襯底表面共濺射T1-Cu金屬薄膜，鍵合后進(jìn)行一次額外的退火，退火過程中，Ti會(huì)向襯底方向積聚并最終形成粘附/阻擋層。本發(fā)明的方法鍵合效果良好，工藝簡(jiǎn)單，可靠性良好。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中鍵合前的濺射次數(shù)多、工藝復(fù)雜的問題。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，所述銅-銅金屬熱壓鍵合的方法至少包括以下步驟:
[0012]1)提供待鍵合的第一圓片和第二圓片，所述第一圓片包括第一襯底、制作在所述第一襯底表面的第一鈍化層及制作在所述第一鈍化層表面的第一 T1-Cu合金薄膜；所述第二圓片包括第二襯底、制作在所述第二襯底表面的第二鈍化層及制作在所述第二鈍化層表面的第二 T1-Cu合金薄膜；
[0013]2)將所述第一圓片和第二圓片進(jìn)行熱壓鍵合，第一圓片含有第一 T1-Cu合金薄膜的表面和第二圓片含有第二 T1-Cu合金薄膜的表面接觸形成鍵合面；
[0014]3)在保護(hù)性氣體中進(jìn)行退火處理，使第一 T1-Cu合金薄膜中的Ti原子向第一鈍化層表面擴(kuò)散形成第一 Ti粘附/阻擋層、Cu原子向鍵合面擴(kuò)散；第二 T1-Cu合金薄膜中的Ti原子向第二鈍化層表面擴(kuò)散形成第二 Ti粘附/阻擋層、Cu原子向鍵合面擴(kuò)散；第一 T1-Cu合金薄膜中的Cu原子和第二 T1-Cu合金-薄膜中Cu原子擴(kuò)散后形成共同的Cu金屬層，最終實(shí)現(xiàn)鍵合。
[0015]作為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法的一種優(yōu)選方案，所述第一 T1-Cu合金薄膜和第二 T1-Cu合金薄膜均采用共濺射工藝來制作。
[0016]作為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法的一種優(yōu)選方案，所述共濺射工藝在多靶腔體內(nèi)進(jìn)行，靶材為Ti和Cu，濺射時(shí)的工作壓強(qiáng)小于10_2托，Cu的濺射速率為Ti的濺射速率的5?8倍。
[0017]作為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法的一種優(yōu)選方案，制作形成的所述第一T1-Cu合金薄膜的厚度為0.2?10 μ m，所述第二 T1-Cu合金薄膜的厚度為0.2?10 μ m。
[0018]作為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)中進(jìn)行熱壓鍵合前還包括對(duì)所述第一 T1-Cu合金薄膜和第二 T1-Cu合金薄膜表面進(jìn)行乙酸清洗并甩干的步驟。
[0019]作為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法的一種優(yōu)選方案，進(jìn)行熱壓鍵合的溫度為350?450°C，時(shí)間為30?40分鐘，壓力為2000?4000N。
[0020]作為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法的一種優(yōu)選方案，在N2氣氛中進(jìn)行退火處理，退火處理的溫度范圍為350?450°C，退火的時(shí)間范圍為60?100分鐘。
[0021]作為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法的一種優(yōu)選方案，所述步驟1)中在制作第一鈍化層和第二鈍化層之前分別對(duì)第一襯底和第二襯底表面進(jìn)行清洗。
[0022]作為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法的一種優(yōu)選方案，所述第一鈍化層為二氧化硅、氮化硅、PI或BCB，所述第一鈍化層的厚度為0.2?5μ-- ;所述第二鈍化層為二氧化硅、氮化硅、ΡΙ或BCB，所述第二鈍化層的厚度為0.2?5 μ m。
[0023]作為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法的一種優(yōu)選方案，所述第一鈍化層和第二鈍化層采用熱氧化、化學(xué)氣相沉積或旋涂工藝來制作。
[0024]如上所述，本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，具有以下有益效果:先在兩個(gè)襯底上分別制備第一 T1-Cu合金薄膜和第二 T1-Cu合金薄膜，再將第一 T1-Cu合金薄膜和第二T1-Cu合金薄膜進(jìn)行鍵合，之后經(jīng)歷一次退火過程便可將Ti和Cu分離，其中，Ti向襯底端移動(dòng)并形成穩(wěn)定的粘附/阻擋層，而銅向鍵合接觸面擴(kuò)散，最終得到良好的鍵合效果。本發(fā)明的方法在鍵合前僅需要對(duì)兩個(gè)襯底分別進(jìn)行一次共濺射，濺射次數(shù)減少了一半，工藝相對(duì)較為簡(jiǎn)單，可靠性好，且工藝成本較低，由退火處理擴(kuò)散形成的銅鍵合效果也更佳。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有技術(shù)的銅-銅金屬鍵合的方法流程示意圖。
[0026]圖2為現(xiàn)有技術(shù)采用銅-銅金屬鍵合的方法進(jìn)行鍵合的圓片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法流程示意圖。
[0028]圖4?圖5為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法步驟1)中呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖6為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法進(jìn)行步驟2)鍵合前的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖7為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法進(jìn)行步驟2)鍵合中的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖8為本發(fā)明的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法進(jìn)行步驟3)退火后的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]元件標(biāo)號(hào)說明
[0033]S1 ?S3步驟
[0034]1第一圓片
[0035]101,101’第一襯底
[0036]102, 102’第一鈍化層
[0037]103第一 T1-Cu合金薄膜
[0038]104, 104’第一 Ti粘附/阻擋層
[0039]105Cu 金屬層
[0040]105’第一 Cu 金屬層
[0041]2第二圓片
[0042]201,201’第二襯底
[0043]202,202’第二鈍化層
[0044]203第二 T1-Cu合金薄膜
[0045]204, 204’第二 Ti粘附/阻擋層
[0046]205’第二 Cu 金屬層

【具體實(shí)施方式】
[0047]以下通過特定的具體實(shí)例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0048]請(qǐng)參閱附圖。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0049]本發(fā)明提供一種銅-銅熱壓鍵合的方法，如圖3所示，所述銅-銅熱壓鍵合的方法至少包括以下步驟:
[0050]首先執(zhí)行步驟S1，如圖4和圖5所示，提供待鍵合的第一圓片1和第二圓片2，所述第一圓片1包括第一襯底101、制作在所述第一襯底101表面的第一鈍化層102及制作在所述第一鈍化層102表面的第一 T1-Cu合金薄膜103 ;所述第二圓片2包括第二襯底201、制作在所述第二襯底201表面的第二鈍化層202及制作在所述第二鈍化層202表面的第二T1-Cu合金薄膜203。
[0051 ] 所述第一襯底101、第二襯底201可以是硅襯底或SOI，當(dāng)然，也可以是其他適合的襯底。本實(shí)施例中，所述第一襯底101和第二襯底201均為硅襯底。所述第一襯底101和第二襯底201中還可以包括外圍電路和平面存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)等，在此不限。
[0052]所述第一襯底101和第二襯底201的直徑包括但不限于4寸、8寸等。本實(shí)施例中，提供兩片4寸的硅片作為待處理的第一襯底101和第二襯底201。
[0053]在進(jìn)行第一鈍化層102和第二鈍化層202的制作前，需要對(duì)第一襯底101和第二襯底201表面進(jìn)行清洗，一般采用丙酮超聲+乙醇超聲+RC1+RC2的標(biāo)準(zhǔn)清洗工藝清洗。具體地，先采用丙酮與酒精溶液，在超聲波作用下各清洗襯底3?5分鐘，之后用RC1(ΝΗ40Η:Η202:H20)和 RC2 (HC1:H202:H20)分別清洗 15 分鐘。
[0054]采用熱氧化、化學(xué)氣相沉積(CVD)或者旋涂工藝來制作所述第一鈍化層102和第二鈍化層202。本實(shí)施例中，均采用化學(xué)氣相沉積工藝中的等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積工藝(PECVD)來制作所述第一鈍化層102和第二鈍化層202。制作形成的第一鈍化層102和第二鈍化層202的材料可以是無機(jī)材料類，比如，二氧化硅或者氮化硅等，也可以是有機(jī)類材料，比如，PI (聚酰亞胺，Polyimide，縮寫為PI，)或者BCB (苯并環(huán)丁烯)等，當(dāng)然，也可以是其他適合的材料。本實(shí)施例中，所述第一鈍化層102和第二鈍化層202均為二氧化硅，用于作為娃襯底的保護(hù)層，防止后續(xù)沉積的金屬向娃襯底擴(kuò)散，還可以防止娃襯底或娃襯底中的外圍電路等結(jié)構(gòu)在后續(xù)的清洗工藝中被腐蝕。為了使所述第一鈍化層102和第二鈍化層202最大限度起到保護(hù)作用，所述第一鈍化層102和第二鈍化層202的厚度可以制作在0.2?5 μ m范圍內(nèi)。本實(shí)施例中，所述第一鈍化層102和第二鈍化層202的厚度均為1 μ m。
[0055]采用共濺射或電鍍工藝來制作所述第一 T1-Cu合金薄膜103和第二 T1-Cu合金薄膜203，當(dāng)然，也可以采用其他適合的工藝來完成制備。本實(shí)施例中，均采用的是共濺射工藝制作第一 T1-Cu合金薄膜103和第二 T1-Cu合金薄膜203，工藝簡(jiǎn)單且合金薄膜的質(zhì)量高。共濺射工藝在多靶腔體內(nèi)進(jìn)行，先進(jìn)行第一 T1-Cu合金薄膜103的制備，再進(jìn)行第二 T1-Cu合金薄膜203的制備。采用的靶材分別為Ti和Cu，兩種靶材材料同時(shí)濺射到第一鈍化層102表面形成第一 T1-Cu合金薄膜103。第二 T1-Cu合金薄膜203的制備也采用同樣的方式。制備過程中，工作壓強(qiáng)小于10_2托，Cu的濺射速率為Ti的濺射速率的5?8倍。濺射時(shí)間根據(jù)濺射功率和合金薄膜所需濺射的厚度來定，一般來說，若濺射功率越小，濺射時(shí)間就越長(zhǎng)，反之則反；若合金薄膜所需濺射的厚度越小，濺射時(shí)間就越短，反之則反。作為本發(fā)明優(yōu)化的一種方案，制備形成的所述第一 T1-Cu合金薄膜103和第二 T1-Cu合金薄膜203的厚度范圍均為0.2?10 μ m，共濺射時(shí)的濺射功率為150?200瓦，所需濺射的時(shí)間范圍為60?100分鐘。所述第一 T1-Cu合金薄膜103和第二 T1-Cu合金薄膜203的厚度也可根據(jù)需要進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。
[0056]作為示例，共濺射時(shí)的工作壓強(qiáng)為5 X 10_3托，Cu和Ti的濺射速率分別為0.08nm/s和0.0lnm/s，濺射功率為160瓦，濺射時(shí)間為90分鐘，形成的所述第一 Ti_Cu合金薄膜103和第二 T1-Cu合金薄膜203的厚度分別為9 μ m。
[0057]然后執(zhí)行步驟S2，如圖6和圖7所示，將所述第一圓片1和第二圓片2進(jìn)行熱壓鍵合，第一圓片1含有第一 T1-Cu合金薄膜103的表面和第二圓片2含有第二 T1-Cu合金薄膜203的表面接觸形成鍵合面。
[0058]進(jìn)行熱壓鍵合前需要所述第一 T1-Cu合金薄膜103的表面和第二 T1-Cu合金薄膜203表面進(jìn)行清洗并甩干，清洗采用的清洗液包括但不限于乙酸、稀鹽酸或稀硫酸等。本實(shí)施例中，采用乙酸對(duì)所述第一 T1-Cu合金薄膜103的表面和第二 T1-Cu合金薄膜203表面進(jìn)行清洗。
[0059]將第一圓片1和第二圓片2進(jìn)行熱壓鍵合，鍵合前的結(jié)構(gòu)如圖6所示，將待鍵合的第一 T1-Cu合金薄膜103的表面和第二 T1-Cu合金薄膜203表面相對(duì)。如圖7所示為鍵合中的第一圓片1和第二圓片2，將該結(jié)構(gòu)置于350?450°C溫度范圍內(nèi)的鍵合裝置內(nèi)，并沿如圖7所示的箭頭方向上施加大小為2000?4000N的壓力，保持上述溫度和壓力約30?40分鐘的時(shí)間，獲得第一 T1-Cu合金薄膜103和第二 T1-Cu合金薄膜203鍵合為一體的鍵合結(jié)構(gòu)。
[0060]作為示例，熱壓鍵合的過程為:抽真空至0.0lmbar，并升溫至400°C，在待鍵合的第一圓片1和第二圓片2上施加3000N的壓力，鍵合時(shí)間為30分鐘，之后冷卻至室溫。
[0061]最后執(zhí)行步驟S3，在保護(hù)性氣體中進(jìn)行退火處理，使第一 T1-Cu合金薄膜103中的Ti原子向第一鈍化層102表面擴(kuò)散形成第一 Ti粘附/阻擋層104、Cu原子向鍵合面擴(kuò)散；第二 T1-Cu合金薄膜203中的Ti原子向第二鈍化層202表面擴(kuò)散形成第二 Ti粘附/阻擋層204、Cu原子向鍵合面擴(kuò)散；第一 T1-Cu合金薄膜103中的Cu原子和第二 Ti_Cu合金-薄膜203中Cu原子擴(kuò)散后形成共同的Cu金屬層105，最終實(shí)現(xiàn)鍵合。
[0062]進(jìn)行退火工藝的溫度可以在350?450°C范圍內(nèi)，處理時(shí)間在60?100分鐘以內(nèi)。作為示例，退火溫度為400°C，退火時(shí)間為90分鐘。進(jìn)一步地，退火工藝在N2氣氛中進(jìn)行，當(dāng)然，也可以用惰性氣體或其他不活潑氣體作為保護(hù)性氣體進(jìn)行退火，比如，Ar氣。
[0063]進(jìn)行退火之后，第一 T1-Cu合金薄膜103和第二 T1-Cu合金-薄膜203中的Cu原子和Ti原子會(huì)逐漸分離，其中，第一 T1-Cu合金薄膜中103的Ti原子向第一鈍化層102表面擴(kuò)散，在第一鈍化層102表面形成穩(wěn)定的第一 Ti粘附/阻擋層104 ;第二 T1-Cu合金203薄膜中的Ti原子向第二鈍化層202表面擴(kuò)散，在第二鈍化層202表面形成穩(wěn)定的第二 Ti粘附/阻擋層204 ;而第一 T1-Cu合金薄膜103和第二 T1-Cu合金薄膜203中的Cu原子都向鍵合接觸面擴(kuò)散，在鍵合面上形成共同的Cu金屬層105，該Cu金屬層105將第一圓片1和第二圓片2穩(wěn)固地鍵合在一起，如圖8所示。
[0064]第一 T1-Cu合金薄103膜和第二 T1-Cu合金薄膜203中的Ti原子和Cu原子分離之后的形成的第一 Ti粘附/阻擋層104和第二 Ti粘附/阻擋層204的厚度與濺射時(shí)Cu與Ti的濺射速率有關(guān)，比如，若Cu和Ti的濺射速率分別為0.08nm/s和0.01nm/s，形成的第一 T1-Cu合金薄膜103的厚度為9 μ m，則分離后，第一 Ti粘附/阻擋層204的厚度大約為1 μ m，第一 T1-Cu合金薄膜103分離出來的Cu層約8 μ m，同樣，第二 Ti_Cu合金薄膜分離后的Ti和Cu的厚度也可以用該方式來估算。當(dāng)然，由于分離前后原子密度有一定的改變，分離后的厚度可以在允許范圍內(nèi)存在一定的偏差。
[0065]Ti原子和Cu原子之所以可以向特定的方向擴(kuò)散，原因是:Ti和Cu的擴(kuò)散是通過原子的相對(duì)位移來實(shí)現(xiàn)的，在晶體點(diǎn)陣內(nèi)，任何原子要從一個(gè)位置遷移到另一個(gè)位置必須要獲得一定的擴(kuò)散激活能，由于Ti的熔點(diǎn)是Cu的1.53倍，Ti的原子結(jié)合能也是Cu的1.4倍，因此Ti的擴(kuò)散激活要能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Cu，且Cu和Ti的原子大小相當(dāng)，容易發(fā)生擴(kuò)散。此夕卜，位于合金薄膜表面(鍵合接觸面)位置的銅的擴(kuò)散激活能更小。因此，在鍵合后的退火過程中，Cu有向鍵合接觸面擴(kuò)散的趨勢(shì)，相應(yīng)的銅擴(kuò)散之后留下的空穴會(huì)由Ti原子來填充，宏觀上觀察到Ti會(huì)向襯底方向擴(kuò)散。
[0066]綜上所述，本發(fā)明提供一種銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，該方法在鍵合時(shí)采用先制備第一 T1-Cu合金薄膜和第二 T1-Cu合金薄膜，鍵合后經(jīng)歷一次退火過程，便可將Ti和Cu分離，其中，Ti向襯底端移動(dòng)并形成穩(wěn)定的阻擋層/粘附層，而銅向鍵合接觸面擴(kuò)散，最終得到良好的鍵合效果。
[0067]所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。
[0068]上述實(shí)施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行修飾或改變。因此，舉凡所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。
【權(quán)利要求】
1.一種銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，其特征在于，所述銅-銅金屬熱壓鍵合的方法至少包括步驟: 1)提供待鍵合的第一圓片和第二圓片，所述第一圓片包括第一襯底、制作在所述第一襯底表面的第一鈍化層及制作在所述第一鈍化層表面的第一 T1-CU合金薄膜；所述第二圓片包括第二襯底、制作在所述第二襯底表面的第二鈍化層及制作在所述第二鈍化層表面的第二 T1-Cu合金薄膜； 2)將所述第一圓片和第二圓片進(jìn)行熱壓鍵合，第一圓片含有第一T1-Cu合金薄膜的表面和第二圓片含有第二 T1-Cu合金薄膜的表面接觸形成鍵合面； 3)在保護(hù)性氣體中進(jìn)行退火處理，使第一T1-Cu合金薄膜中的Ti原子向第一鈍化層表面擴(kuò)散形成第一 Ti粘附/阻擋層、Cu原子向鍵合面擴(kuò)散；第二 T1-Cu合金薄膜中的Ti原子向第二鈍化層表面擴(kuò)散形成第二 Ti粘附/阻擋層、Cu原子向鍵合面擴(kuò)散；第一 T1-Cu合金薄膜中的Cu原子和第二 T1-Cu合金-薄膜中Cu原子擴(kuò)散后形成共同的Cu金屬層，最終實(shí)現(xiàn)鍵合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，其特征在于:所述第一T1-Cu合金薄膜和第二 T1-Cu合金薄膜均采用共濺射工藝來制作。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，其特征在于:所述共濺射工藝在多靶腔體內(nèi)進(jìn)行，靶材為Ti和Cu，濺射時(shí)的工作壓強(qiáng)小于10_2托，Cu的濺射速率為Ti的濺射速率的5?8倍。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，其特征在于:制作形成的所述第一 T1-Cu合金薄膜的厚度為0.2?10 μ m，所述第二 T1-Cu合金薄膜的厚度為0.2?10 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，其特征在于:步驟2)中進(jìn)行熱壓鍵合前還包括對(duì)所述第一 T1-Cu合金薄膜和第二 T1-Cu合金薄膜表面進(jìn)行乙酸清洗并甩干的步驟。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，其特征在于:進(jìn)行熱壓鍵合的溫度為350?450°C，時(shí)間為30?40分鐘，壓力為2000?4000N。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，其特征在于:在N2氣氛中進(jìn)行退火處理，退火處理的溫度范圍為350?450°C，退火的時(shí)間范圍為60?100分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，其特征在于:所述步驟I)中在制作第一鈍化層和第二鈍化層之前分別對(duì)第一襯底和第二襯底表面進(jìn)行清洗。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，其特征在于:所述第一鈍化層為二氧化硅、氮化硅、PI或BCB，所述第一鈍化層的厚度為0.2?5μ-- ;所述第二鈍化層為二氧化硅、氮化硅、PI或BCB，所述第二鈍化層的厚度為0.2?5μπι。
10.根據(jù)權(quán)利要求1、8或9中任一項(xiàng)所述的銅-銅金屬熱壓鍵合的方法，其特征在于:所述第一鈍化層和第二鈍化層采用熱氧化、化學(xué)氣相沉積或旋涂工藝來制作。
【文檔編號(hào)】H01L21/603GK104465428SQ201310423177
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】朱春生, 羅樂, 徐高衛(wèi), 寧文果 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所