本發(fā)明屬于鍵合領域，涉及一種用于圖形化表面的金錫鍵合方法。

背景技術：

金屬鍵合技術是指通過純金屬或合金，依靠金屬鍵、金屬與晶片表面間的擴散、金屬熔融等作用使兩個晶片面對面地鍵合在一起。金屬鍵合可以代替厚外延薄膜材料的外延生長而直接把所需的外延層材料或器件鍵合到目標襯底上，從而可簡化器件工藝，降低成本，改善器件的導電導熱性能等。

金屬鍵合的關鍵是選擇合適的金屬膜，即選擇的金屬膜要與晶片材料保持良好的歐姆接觸，小的擴散系數(shù)，以及低的金屬熔點等。在光電器件的金屬鍵合中，有時還需考慮到選擇的金屬膜能改善光電器件的熱學、電學、光學等性能。目前國內(nèi)外金屬鍵合主要采用的金屬有ausn、ausi、auge、cusn、alge等。

其中，工業(yè)上最常用的共晶鍵和技術為金錫鍵合。晶片在進行金錫鍵合過程中，需要保持一定的溫度和壓力，在保證器件轉(zhuǎn)移至目標襯底時，需要綜合考慮鍵合溫度、壓力、時間等因素對鍵合質(zhì)量的影響。此外，還需要考慮晶片間的表面結(jié)合度問題，一般要求晶片表面平整光滑無顆粒，鍵合前需要進行清洗及去氧化和去有機物處理，確保鍵合后的金屬層緊密均勻無明顯空洞。但對于某些具有圖形化表面的晶片來說，當它與表面平滑的襯底貼合在一起時，就會形成陣列型的空洞。如采用常規(guī)的金錫配比為80％：20％的鍵合工藝，由于金的占比較高，整個金屬層流動性較差，較難填滿這種空洞陣列。而這種陣列型的空洞會對后續(xù)加工過程中的其他工藝如切割、劈裂等產(chǎn)生重要影響，并最終影響晶片的光電特性。

目前，工業(yè)上的金錫鍵合工藝主要指金錫質(zhì)量比為80％：20％，共晶點為278℃的共晶鍵合。如圖1所示，顯示為現(xiàn)有技術中常用金錫鍵合工藝示意圖，將一片晶片101和一片目標襯底102重疊擺放，其中，晶片101上方為上加熱基板103，目標襯底102下方為下加熱基板104，通過施加一定和溫度和壓力，將晶片101和目標襯底102鍵合在一起。在鍵合過程中，金錫兩種金屬在溫度大于278℃時熔合為金錫合金。這種工藝非常適合表面平整光滑的晶片鍵合，但很難將具有圖形化表面的晶片與目標襯底無縫連接。

因此，如何提供一種用于圖形化表面的金錫鍵合方法，以實現(xiàn)晶片與目標襯底間的無縫鍵合，成為本領域技術人員亟待解決的一個重要技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種用于圖形化表面的金錫鍵合方法，用于解決現(xiàn)有技術中很難將具有圖像化表面的晶片與目標襯底無縫連接，導致對后續(xù)工藝中產(chǎn)生不良影響，降低晶片的光電特性的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本發(fā)明提供一種用于圖形化表面的金錫鍵合方法，所述用于圖形化表面的金錫鍵合方法包括如下步驟：

s1：將目標襯底及晶片疊放于鍵合機的下加熱基板與上加熱基板之間，其中，所述晶片的待鍵合面設有至少一個凹槽；所述目標襯底的待鍵合面形成有用于金錫共晶鍵合的第一鍵合材料層，所述晶片的待鍵合面形成有用于金錫共晶鍵合的第二鍵合材料層；所述第一鍵合材料層與第二鍵合材料層中，總的錫質(zhì)量配比大于20％；

s2：通過所述上加熱基板及所述下加熱基板對所述晶片及所述目標襯底施加壓力，并將所述晶片及所述目標襯底加熱到預設溫度，使所述晶片與所述目標襯底鍵合。

可選地，所述第一鍵合材料層為sn層，所述第二鍵合材料層為au層。

可選地，所述第一鍵合材料層包括au層及sn層，所述第二鍵合材料層包括au層及sn層。

可選地，所述第一鍵合材料層及所述第二鍵合材料層均為ausn合金層。

可選地，所述第一鍵合材料層與第二鍵合材料層中，總的錫質(zhì)量配比范圍是25％～95％。

可選地，所述第一鍵合材料層與第二鍵合材料層中，總的錫質(zhì)量配比范圍是30％～50％。

可選地，所述第一鍵合材料層與第二鍵合材料層中，總的錫質(zhì)量配比范圍是55％～85％。

可選地，鍵合之后，由所述第一鍵合材料層及第二鍵合材料層熔合的ausn合金層部分填充進所述凹槽。

可選地，鍵合之后，由所述第一鍵合材料層及第二鍵合材料層熔合的ausn合金層填充滿所述凹槽。

可選地，所述凹槽的位置與切割道相對應。

可選地，所述目標襯底選自si、mo及cumocu襯底中的任意一種。

可選地，所述晶片包括基片及生長于所述基片上的三五族半導體化合物外延層。

可選地，所述基片選自藍寶石、si、sic及氮化鎵襯底中的任意一種。

可選地，所述第一鍵合材料層及第二鍵合材料層均采用蒸鍍法形成。

如上所述，本發(fā)明的用于圖形化表面的金錫鍵合方法，具有以下有益效果：本發(fā)明的金錫鍵合工藝中，錫的質(zhì)量占比大于20％，可將具有圖形化表面的晶片與表面光滑的目標襯底鍵合在一起，形成均勻無空洞的鍵合層。本發(fā)明主要利用錫的低熔點特性，通過增加錫的質(zhì)量占比，增強了鍵合過程中錫的流動性，并利用多出的液態(tài)錫來填充圖形化表面與平面襯底結(jié)合時形成的空洞陣列，實現(xiàn)晶片與目標襯底間的無縫鍵合，從而有效降低對后續(xù)工藝的影響，提高晶片的光電特性。

附圖說明

圖1顯示為現(xiàn)有技術中單層鍵合工藝示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明的用于圖形化表面的金錫鍵合方法的工藝流程圖。

圖3顯示為本發(fā)明的用于圖形化表面的金錫鍵合方法中所述晶片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4顯示為本發(fā)明的用于圖形化表面的金錫鍵合方法中所述目標襯底的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5顯示為本發(fā)明的用于圖形化表面的金錫鍵合方法中步驟s1所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6顯示為本發(fā)明的用于圖形化表面的金錫鍵合方法中步驟s2所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標號說明

101晶片

102目標襯底

103上加熱基板

104下加熱基板

s1～s2步驟

201晶片

202第二鍵合材料層

203目標襯底

204第一鍵合材料層

205下加熱基板

206上加熱基板

207ausn合金層

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領域技術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)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖2至圖6。需要說明的是，本實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)明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(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)也可能更為復雜。

本發(fā)明提供一種用于圖形化表面的金錫鍵合方法，請參閱圖2，顯示為該方法的工藝流程圖，包括如下步驟：

s1：將目標襯底及晶片疊放于鍵合機的下加熱基板與上加熱基板之間，其中，所述晶片的待鍵合面設有至少一個凹槽；所述目標襯底的待鍵合面形成有用于金錫共晶鍵合的第一鍵合材料層，所述晶片的待鍵合面形成有用于金錫共晶鍵合的第二鍵合材料層；所述第一鍵合材料層與第二鍵合材料層中，總的錫質(zhì)量配比大于20％；

s2：通過所述上加熱基板及所述下加熱基板對所述晶片及所述目標襯底施加壓力，并將所述晶片及所述目標襯底加熱到預設溫度，使所述晶片與所述目標襯底鍵合。

首先請參閱圖3，顯示為所述晶片201的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖所示，所述晶片201的待鍵合面形成有若干凹槽，構(gòu)成圖形化表面。所述晶片201的待鍵合面還形成有第二鍵合材料層202。

具體的，所述晶片201包括基片及生長于所述基片上的三五族半導體化合物外延層，例如氮化鎵外延層；所述基片包括但不限于藍寶石、si、sic及氮化鎵襯底中的任意一種。其中，所述第二鍵合材料層202形成于所述三五族半導體化合物外延層表面。

本實施例中，所述凹槽的位置與切割道的位置相對應，即在后續(xù)完成鍵合并去除所述基片后，將所述晶片切割為若干分立的晶粒的過程中，當切割至露出所述凹槽，即表示切割過程完成。當然，在其它實施例中，所述凹槽也可是用作其它用途，或者是由于工藝因素所造成，此處不應過分限制本發(fā)明的保護范圍。

然后請參閱圖4，顯示為所述目標襯底203的結(jié)構(gòu)示意圖，作為示例，所述目標襯底203的待鍵合面為光滑表面。所述目標襯底203的待鍵合面還形成有第一鍵合材料層204。

具體的，所述目標襯底203為導電導熱性能良好的半導體或金屬，包括但不限于si、mo及cumocu襯底中的任意一種。

所述第一鍵合材料層204與第二鍵合材料層202相配合，用于實現(xiàn)金錫共晶鍵合。作為示例，所述第一鍵合材料層204及第二鍵合材料層202均采用蒸鍍法形成，且所述第一鍵合材料層204優(yōu)選為sn層，所述第二鍵合材料層202優(yōu)選為au層。

在另一實施例中，所述第一鍵合材料層204可同時包括au層及sn層，所述第二鍵合材料層202可同時包括au層及sn層，且au層與sn層的疊加順序不限。

在另一實施例中，所述第一鍵合材料層204及所述第二鍵合材料層202也可均采用ausn合金層。

特別的，所述第一鍵合材料層204與第二鍵合材料層202中，總的錫質(zhì)量配比大于20％。需要指出的是，此處所述總的錫質(zhì)量配比指的是若將所述第一鍵合材料層204與第二鍵合材料層202合在一塊，其中所含錫的總質(zhì)量比例。

作為示例，所述第一鍵合材料層與第二鍵合材料層中，總的錫質(zhì)量配比范圍為25％～95％。當所述凹槽較淺時，總的錫質(zhì)量配比可設置為較低，例如30％～50％；當所述凹槽較深時，總的錫質(zhì)量配比可設置得更高，例如55％～85％。所述總的錫質(zhì)量配比可通過控制所述第一鍵合材料層與第二鍵合材料層中au層、sn層或ausn合金層的厚度來實現(xiàn)。當然，所述總的錫質(zhì)量配比也可根據(jù)需要采用其它數(shù)值，例如45％、60％、65％、70％、75％、80％，此處不應過分限制本發(fā)明的保護范圍。

再請參閱圖5，執(zhí)行步驟s1：將目標襯底203及晶片201疊放于鍵合機的下加熱基板205與上加熱基板206之間。

具體的，所述目標襯底203與所述晶片201的疊放順序不限。如圖所示，由于所述凹槽的存在，所述晶片與平面目標襯底之間形成了空洞陣列。

最后請參閱圖6，執(zhí)行步驟s2：通過所述上加熱基板206及所述下加熱基板205對所述晶片201及所述目標襯底203施加壓力，并將所述晶片201及所述目標襯底203加熱到預設溫度，使所述晶片201與所述目標襯底203鍵合。

具體的，所述預設溫度指的是鍵合溫度，其高于金錫共晶溫度(278℃)，優(yōu)選為高于金錫共晶溫度20～30℃。作為示例，所述預設溫度在298～308℃范圍內(nèi)。

由于錫的低熔點特性，在加熱鍵合過程中，由于錫的質(zhì)量占比較高，增強了鍵合過程中錫的流動性，多出的液態(tài)錫可填充進圖形化表面與平面襯底結(jié)合時形成的空洞陣列，實現(xiàn)晶片與目標襯底間的無縫鍵合，從而有效降低對后續(xù)工藝的影響，提高晶片的光電特性。

如圖6所示，本實施例中，鍵合之后，由所述第一鍵合材料層及第二鍵合材料層熔合的ausn合金層207填充滿所述凹槽。

在另一實施例中，鍵合之后，由所述第一鍵合材料層及第二鍵合材料層熔合的ausn合金層207也可僅部分填充進所述凹槽，填充的體積優(yōu)選為大于所述凹槽容積的30％。由于該部分填充進所述凹槽的ausn合金與所述凹槽側(cè)壁具有一定粘附力，同樣可以降低對后續(xù)工藝的影響。

綜上所述，本發(fā)明的用于圖形化表面的金錫鍵合方法在金錫鍵合工藝中，將錫的質(zhì)量占比設置為大于20％，可將具有圖形化表面的晶片與表面光滑的目標襯底鍵合在一起，形成均勻無空洞的鍵合層。本發(fā)明主要利用錫的低熔點特性，通過增加錫的質(zhì)量占比，增強了鍵合過程中錫的流動性，并利用多出的液態(tài)錫來填充圖形化表面與平面襯底結(jié)合時形成的空洞陣列，實現(xiàn)晶片與目標襯底間的無縫鍵合，從而有效降低對后續(xù)工藝的影響，提高晶片的光電特性。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實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。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本發(fā)明的權利要求所涵蓋。