用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法及鍵合方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法及鍵合方法。
【背景技術(shù)】
[0002]鋁材料與其他半導(dǎo)體材料(例如鍺)在低溫下熔合可以得到共晶金屬鍵合的歐姆接觸，且鋁作為鍵合材料具有以下獨(dú)特的性質(zhì):(I)可形成氣密密封；(2)可形成兩個(gè)基板之間的導(dǎo)電電路；(3)與CMOS制造完全兼容，鋁是一種標(biāo)準(zhǔn)CMOS后端工藝粘結(jié)；(4)這一過(guò)程可以提供高密度電互連。由于上述優(yōu)點(diǎn)，使得鋁材料成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。
[0003]但是，鋁材料的一個(gè)問(wèn)題是避免鋁薄膜的氧化。鋁在空氣中的自然氧化會(huì)形成氧化鋁，這層氧化鋁薄膜會(huì)影響共晶鍵合性能?，F(xiàn)在業(yè)界的處理方法是在鍵合機(jī)臺(tái)中通入還原性氣體，例如，氫氣，來(lái)還原氧化鋁中的氧原子，但這樣提高了鍵合機(jī)臺(tái)的使用成本，另外氫氣是一種可然氣體，需要特別的安全性處理。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法及鍵合方法，它能夠去除鋁表面的氧化鋁，提高鋁鍵合的性能，提高鍵合安全性，降低鍵合成本。
[0005]為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法，包括如下步驟:提供一表面具有鋁層的第一襯底；對(duì)所述鋁層實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷。
[0006]進(jìn)一步，所述氯氣和三氟甲烷的比例范圍為10:Γ3:1:
進(jìn)一步，所述等離子體處理步驟的偏置功率的范圍為200瓦~1000瓦。
[0007]進(jìn)一步，所述等離子體處理的溫度小于40攝氏度。
[0008]本發(fā)明還提供一種鍵合方法，包括如下步驟:提供一表面具有鋁層的第一襯底及一第二襯底；對(duì)所述鋁層實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷；以鋁層為中間層，對(duì)第二襯底和等離子體處理后的所述第一襯底進(jìn)行鍵合。
[0009]進(jìn)一步，氯氣和三氟甲烷的比例范圍為10:Γ3:1。
[0010]進(jìn)一步，所述等離子體處理步驟的偏置功率的范圍為200瓦~1000瓦。
[0011]進(jìn)一步，所述等離子體處理步驟的刻蝕溫度小于40攝氏度。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)鋁層實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷。由于沒(méi)有還原性氣體的使用，提高了去除氧化層的安全性，降低了鍵合的成本。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本發(fā)明用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法的步驟示意圖； 圖2A~圖2B為本發(fā)明用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法的工藝流程圖；
圖3為本發(fā)明鍵合方法的步驟示意圖；
圖4A~圖4C為本發(fā)明鍵合方法的工藝流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的一種用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法及鍵合方法的【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0015]參見(jiàn)圖1，本發(fā)明一種用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法，包括如下步驟:步驟S10，提供一表面具有鋁層的第一襯底；步驟S11，對(duì)所述鋁層實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷。
[0016]圖2A和圖2B為本發(fā)明用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法的工藝流程圖。
[0017]參見(jiàn)圖2A及步驟S10，提供一表面具有鋁層201的第一襯底200。所述第一襯底可以為CMOS基板。進(jìn)一步，所述鋁層201為圖形化的鋁層，以滿足器件的需求。由于鋁在空氣中會(huì)被自然氧化，所以在鋁層201表面具有一層氧化層202。所述氧化層202會(huì)影響鋁材料的共晶鍵合性能。
[0018]參見(jiàn)圖2B及步驟S11，對(duì)所述鋁層201實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層202，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷。所述氯氣和三氟甲烷的比例范圍為10:Γ3:1。向進(jìn)行等離子體處理的腔室施加一偏置功率若干時(shí)間，使等離子體的源物質(zhì)形成各向異性等離子體，以去除所述鋁層201表面的氧化層202。所述氯氣和三氟甲烷在偏置功率下形成各向異性的等離子體，從而可以刻蝕所述氧化層202，使氧化層202消失。該反應(yīng)的化學(xué)方程式如下:
A1203+C12+CHF3 — A1C13+C0/C02+HF
在上述等離子體處理步驟中，偏置功率的范圍為200~1000瓦。等離子體處理的刻蝕溫度小于40攝氏度。等離子體處理的刻蝕時(shí)間小于lmin。
[0019]參見(jiàn)圖3，本發(fā)明還提供一種鍵合方法，所述方法包括如下步驟:步驟S30，提供一表面具有鋁層的第一襯底及一第二襯底；步驟S31，對(duì)所述鋁層實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷；步驟S32，以鋁層為中間層，對(duì)第二襯底和等離子體處理后的所述第一襯底進(jìn)行鍵合。
[0020]圖4A~圖4C為本發(fā)明鋁鍺鍵合的方法的工藝流程圖。
[0021]參見(jiàn)圖4A及步驟S30，提供一表面具有鋁層401的第一襯底400及一第二襯底410。在本【具體實(shí)施方式】中，所述第一襯底400為CMOS襯底，所述第二襯底410為MEMS襯底。所述第二襯底410的表面具有一鍺層411。進(jìn)一步，所述鋁層401為圖形化的鋁層，所述鍺層411為圖形化的鍺層，以滿足器件的需求。由于鋁在空氣中會(huì)被自然氧化，所以在鋁層401表面具有一層氧化層402。所述氧化層402會(huì)影響鋁材料的共晶鍵合性能。
[0022]為了使附圖能更清楚地顯示本發(fā)明，鋁層401及鍺層411的尺寸在附圖中被夸大。在本【具體實(shí)施方式】中，所述鋁層401及鍺層411通過(guò)金屬沉積的方式形成。所述鋁層401的厚度為5000 A ~2 μ m，所述鍺層411的厚度為3500Α~1 μ m。優(yōu)選地，所述鋁層401的厚度大于所述鍺層411的厚度。所述鍺層411的圖形的尺寸為ΙΟμπΓ?ΟΟμπι，所述鋁層401的圖形的尺寸為ΙΟμπΓ?ΟΟμπι。優(yōu)選地，所述鋁層401的圖形的尺寸大于所述鍺層411的圖形的尺寸。優(yōu)選地，所述鍺層411的圖形的寬度及所述鋁層401的圖形的寬度大于15μπι。
[0023]參見(jiàn)圖4Β及步驟S31，對(duì)所述鋁層401實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層401表面的氧化層402，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷。所述氯氣和三氟甲烷的比例范圍為10:Γ3:1。向進(jìn)行等離子體處理的腔室施加一偏置功率若干時(shí)間，使等離子體的源物質(zhì)形成各向異性等離子體，以去除所述鋁層401表面的氧化層402。所述氯氣和三氟甲烷在偏置功率下形成各向異性的等離子體，從而可以刻蝕所述氧化層402，使氧化層402消失。該反應(yīng)的化學(xué)方程式如下:
A1203+C12+CHF3 — A1C13+C0/C02+HF
在上述等離子體處理步驟中，偏置功率的范圍為200瓦~1000瓦。等離子體處理的刻蝕溫度小于40攝氏度。等離子體處理的刻蝕時(shí)間小于lmin。
[0024]參見(jiàn)圖4C及步驟S32，以鋁層401為中間層，對(duì)第二襯底410和等離子體處理后的所述第一襯底400進(jìn)行鍵合。在本【具體實(shí)施方式】中，以鋁層401及鍺層411為中間層，對(duì)第二襯底410和等離子體處理后的所述第一襯底400進(jìn)行鍵合。所述鋁層401與所述鍺層411在低溫下熔合得到共晶金屬鍵合的歐姆接觸，形成鋁鍺共晶鍵合層420。本步驟中，所述鍵合過(guò)程在真空中進(jìn)行，鍵合溫度為400攝氏度左右。所述第一襯底的鋁層401經(jīng)過(guò)上述的刻蝕處理后，氧化層402被去除，提高了鋁材料的鍵合性能。
[0025]本發(fā)明沒(méi)有采用還原性氣體，例如，氫氣，來(lái)去除氧化層，而是對(duì)鋁層實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷，所以，本發(fā)明在去除氧化層不需要額外的特別的安全性的保護(hù)，提高安全性，降低了鍵合成本。
[0026]以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法，其特征在于，包括如下步驟:提供一表面具有鋁層的第一襯底；對(duì)所述鋁層實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法，其特征在于，所述氯氣和三氟甲烷的比例范圍為10:Γ3:1。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法，其特征在于，所述等離子體處理步驟的偏置功率的范圍為200瓦~1000瓦。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法，其特征在于，所述等離子體處理的溫度小于40攝氏度。5.一種鍵合方法，其特征在于，包括如下步驟:提供一表面具有鋁層的第一襯底及一第二襯底；對(duì)所述鋁層實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷；以鋁層為中間層，對(duì)第二襯底和等離子體處理后的所述第一襯底進(jìn)行鍵合。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍵合方法，其特征在于，所述氯氣和三氟甲烷的比例范圍為10:1?3:1。7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍵合方法，其特征在于，所述等離子體處理步驟的偏置功率的范圍為200瓦~1000瓦。8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的鍵合方法，其特征在于，所述等離子體處理步驟的刻蝕溫度小于40攝氏度。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于鍵合的鋁材料的預(yù)處理方法及鍵合方法，所述預(yù)處理方法包括如下步驟：提供一表面具有鋁層的第一襯底；對(duì)所述鋁層實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，對(duì)鋁層實(shí)施等離子體處理，以去除所述鋁層表面的氧化層，所述等離子體的源物質(zhì)中含有氯氣和三氟甲烷。由于沒(méi)有還原性氣體的使用，提高了去除氧化層的安全性，降低了鍵合的成本。
【IPC分類】H01L21/02, H01L21/60
【公開(kāi)號(hào)】CN105225923
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410231355
【發(fā)明人】邱鵬, 王宇翔, 顧佳燁, 段立帆
【申請(qǐng)人】上海矽?？萍加邢薰?br>【公開(kāi)日】2016年1月6日
【申請(qǐng)日】2014年5月29日