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1、(10)申请公布号 CN 103964375 A (43)申请公布日 2014.08.06 C N 1 0 3 9 6 4 3 7 5 A (21)申请号 201310041873.2 (22)申请日 2013.02.01 B81C 3/00(2006.01) (71)申请人中芯国际集成电路制造（上海）有限 公司 地址 201203 上海市浦东新区张江路18号 (72)发明人黄平 (74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务 所(普通合伙) 31237 代理人屈蘅 李时云 (54) 发明名称 芯片键合方法 (57) 摘要 本发明公开了一种芯片键合方法，在加热待 键合硅片至一定温度后，进行多次气。
2、体填充和抽 真空的过程，使得芯片本身附着的气体被排出，从 而避免键合后空洞的形成，另外，在加热前使用中 心定位器固定所述待键合芯片，能够有效的限制 芯片的位置偏移，减少了由于温度压强等变动所 导致的芯片位置变动，从而大大的改善了芯片键 合后的质量，提高了良率。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103964375 A CN 103964375 A 1/1页 2 1.一种芯片键合方法，其特征在于，包括： 将待键合芯片设置于加热基板上，使用中心定位。
3、器固定所述待键合芯片； 加热所述待键合芯片至第一温度； 循环多次气体填充和抽真空过程； 继续加热所述待键合芯片至第二温度，进行芯片键合。 2.如权利要求1所述的芯片键合方法，其特征在于，在使用中心定位器固定所述待键 合芯片之前，还包括如下步骤： 对所述中心定位器进行预检处理。 3.如权利要求2所述的芯片键合方法，其特征在于，所述预检处理为设定临近值为 9999，在50N100N的气压力作用下使得所述中心定位器伸出并缩回原位置。 4.如权利要求1所述的芯片键合方法，其特征在于，所述第一温度为200350。 5.如权利要求1所述的芯片键合方法，其特征在于，所述填充的气体为氢气和氮气的 混合气体。 。
4、6.如权利要求5所述的芯片键合方法，其特征在于，所述氢气的体积含量为4%。 7.如权利要求1所述的芯片键合方法，其特征在于，所述抽真空过程为使得压强在第 一时间段内从第一压强降至第二压强，在第二时间段内从第二压强降至第三压强。 8.如权利要求7所述的芯片键合方法，其特征在于，所述第一时间段为2min，所述第二 时间段为3min。 9.如权利要求7所述的芯片键合方法，其特征在于，所述气体填充过程为使得压强在 第三时间段内从所述第三压强升至所述第二压强，在第四时间段内从所述第二压强升至所 述第一压强。 10.如权利要求9所述的芯片键合方法，其特征在于，所述第三时间段为2min，所述第 四时间段为3。
5、min。 11.如权利要求9所述的芯片键合方法，其特征在于，所述第一压强 为1000mBar600mBar，所述第二压强为10mBar1E-1mBar，所述第三压强为 5E-3mBar1E-6mBar。 12.如权利要求1所述的芯片键合方法，其特征在于，所述芯片键合为Al-Ge键合。 13.如权利要求1所述的芯片键合方法，其特征在于，所述循环次数大于等于3次。 14.如权利要求1所述的芯片键合方法，其特征在于，所述第二温度大于等于430。 权 利 要 求 书CN 103964375 A 1/4页 3 芯片键合方法 技术领域 0001 本发明涉及集成电路制造领域，特别涉及一种芯片键合（bonde。
6、r）方法。 背景技术 0002 微机电系统（Micro-Electro-Mechanical Systems，MEMS）是在融合多种微细加工 技术，并应用现代信息技术的最新成果的基础上发展起来的高科技前沿学科，相对于传统 的机械，它们的尺寸更小，电气性能优良，性价比相对于传统机械制造大幅度提高。 0003 在MEMS工艺中，最常用的是硅-硅直接键合和硅-玻璃静电键合技术，最近又发 展了多种新的键合技术，例如金属-金属键合技术，然而尽管各种技术不断出现，但是MEMS 还不算成熟，各个技术都有着一定的缺陷。 0004 德国SUSS MicroTec公司制造的CB8芯片键合机一定程度上促进了MEMS。
7、工艺的 发展，然而，在制造过程中却经常发生键合不良或者晶片破碎等问题，经研究发现，现有技 术中是将待键合的芯片加热至所需温度时即进行键合，并利用中心定位器（center pin）固 定键合的芯片。这种芯片键合过程会在芯片之间产生气体，而由于芯片之间间距较小，且受 到较高的压力，那么所述气体就在键合的芯片之间形成空洞，从而使键合的质量变差，影响 了产品的Q-factor值，从而影响了产品的良率。另外，由于设备本身的问题，中心定位器容 易出现卡死现象，这通常是改变中心定位器的驱动力使其恢复运作，则在键合时这样操作 容易使得中心定位器对芯片产生撞击，从而打碎芯片。此外，对于金属与金属键合，键合偏 移。
8、（shift）是业界普遍存在的问题，键合偏移大的话会影响键合的质量，因此怎么样把键合 的偏移减小在一定允许范围内是非常重要的。 0005 因此，现有的制造工艺需要得到改善和优化，以尽可能的降低研发和制造成本。 发明内容 0006 本发明的目的在于提供一种芯片键合方法，以解决现有技术中芯片键合产生偏移 或者碎片的问题，从而提高键合的质量。 0007 为解决上述技术问题，本发明提供一种芯片键合方法，包括： 0008 将待键合芯片设置于加热基板上，使用中心定位器固定所述待键合芯片； 0009 加热所述待键合芯片至第一温度； 0010 循环多次气体填充和抽真空过程； 0011 继续加热所述待键合芯片至。
9、第二温度，进行芯片键合。 0012 可选的，对于所述的芯片键合方法，在所述使用中心定位器固定所述待键合芯片 之前，还包括如下步骤： 0013 对所述中心定位器进行预检处理。 0014 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述预检处理为设定临近值为9999，在80N的 气压力作用下使得所述中心定位器伸出并缩回原位置。 0015 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述第一温度为200350。 说 明 书CN 103964375 A 2/4页 4 0016 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述填充的气体为氢气和氮气的混合气体。 0017 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述氢气的体积含量为4%。 0018。
10、 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述抽真空过程为使得压强在第一时间段内 从第一压强降至第二压强，在第二时间段内从第二压强降至第三压强。 0019 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述第一时间段为2min，所述第二时间段为 3min。 0020 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述气体填充过程为使得压强在第三时间段 内从所述第三压强升至所述第二压强，在第四时间段内从所述第二压强升至所述第一压 强。 0021 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述第三时间段为2min，所述第四时间段为 3min。 0022 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述第一压强为1000mBar600mBar，所述第二 压。
11、强为10mBar1E-1mBar，所述第三压强为5E-3mBar1E-6mBar。 0023 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述芯片键合为Al-Ge键合。 0024 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述循环次数大于等于3次。 0025 可选的，对于所述的芯片键合方法，所述第二温度为大于等于430。 0026 与现有技术相比，在本发明提供的芯片键合方法中，在加热待键合硅片至一定温 度后，进行多次气体填充和抽真空的过程，使得芯片本身附着的气体被排出，从而避免键合 后空洞的形成；另外，在加热前使用中心定位器固定所述待键合芯片，能够有效的限制芯片 的位置偏移，减少了由于温度压强等变动所导致的芯片位置。
12、变动，从而大大的改善了芯片 键合后的质量，提高了良率。 附图说明 0027 图1为本发明实施例的芯片键合方法的流程图； 0028 图2a图2f为本发明实施例的芯片键合方法的原理图。 具体实施方式 0029 以下结合附图和具体实施例对本发明提供的芯片键合方法作进一步详细说明。根 据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简 化的形式，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。 0030 请参考图1所提供的流程图，本实施例的芯片键合方法包括如下步骤： 0031 步骤S101，将待键合芯片设置于加热基板上，使用中心定位器固定所述待键合芯 片； 0032 步骤S。
13、102，加热所述待键合芯片至第一温度； 0033 步骤S103，循环多次气体填充和抽真空过程； 0034 步骤S104，继续加热所述待键合芯片至第二温度，进行芯片键合。 0035 为了避免设备本身而导致的中心定位器撞击芯片，在所述待键合芯片设置在加热 基板上后，对所述中心定位器进行预检处理。请参考图2a，设定所述中心定位器2的临近值 （Proximity）为9999，这将使得所述中心定位器2在远离所述待键合芯片1的位置处进行 说 明 书CN 103964375 A 3/4页 5 上下微动，即使得所述中心定位器2伸出并缩回原位置，可调节驱动力，例如在50100N之 间，本实施例采用80N，这可防。
14、止动力过小使得中心定位器2不能够被驱动，也能防止较大 时对中心定位器2的损坏。即，所述预检处理能够有效的防止气动驱动的中心定位器2在 初始运作时由于气压可能的异常而产生的异常运动对待键合芯片1的影响，从而使得所述 中心定位器2能够顺滑的运动。 0036 请参考图2b，在所述预检处理后，缓慢的将所述中心定位器2移动至接触所述待 键合芯片1，从而使得所述待键合芯片1保持稳定。上述过程能够有效的减少所述待键合芯 片1在升温后由于温度和压强的变动而带来的偏移，经过实际测试，与现有技术相比较，能 够改善约2m的偏移量，从而降低了次品率。 0037 之后，移动所述待键合芯片1至适当的位置，例如可以是移动承。
15、载下方待键合芯 片1的加热基板上升以使得两个待键合芯片1靠近。然后对所述待键合芯片1加热至第一 温度，所述第一温度为200350，本实施例中采用250。请参考图2c，在过程a加热 待键合芯片1后，在第一温度下所述待键合芯片1在生产过程中附着的气体3将会散发出 来，通常包括Ar和水蒸气，那么所述附着的气体3的存在将会造成如图2d所示的情况，在 过程b的高压下，上方待键合芯片1的边缘部分将先与下方待键合芯片1接触，那么在中间 区域将会形成一个包含气体的空洞，这会影响键合工艺，从而导致MEMS器件的性能不良。 0038 请参考图2e，为了排除加热后产生的气体的影响，本实施例在加热至250后，保 持该。
16、温度，进行过程c，向所述待键合芯片1位于的腔室中填充气体，由上述分析可知，在 250的情况下，上下两个待键合芯片1之间产生了附着的气体3，为了便于将其引导出去， 通入的气体优选为氢气（H 2 ）体积含量为4%的氢气和氮气（N 2 ）的混合气体，这是利用氮气 易于被涡轮吸出，而少量的氢气则是为了将待键合芯片1的Al和Ge表面被氧化处还原，从 而提高键合效率。 0039 具体的，首次通入气体前由于腔室中的压强可能不是键合所需的压强（通常会 是大于1E-4mBar），则可在5分钟内通过通入上述气体使得压强升至第一压强，例如可以 为1000mBar600mBar，在本实施例中采用800mBar，在其他。
17、的优选实施例中，也可以采用 650mBar、900mBar等。之后，请参考图2f，进行过程d的抽真空操作，所述抽真空过程为使 得压强在第一时间段内从800mBar降至第二压强，例如可以为10mBar1E-1mBar，本实施例 中采用1mBar，在其他的优选实施例中，也可以采用5.5mBar、0.2mBar等，在第二时间段内 从1mBar降至第三压强，例如可以为5E-3mBar1E-6mBar，本实施例中采用1E-4mBar，在其 他的优选实施例中，也可以采用1E-5mBar，6E-4mBar等，优选的，所述第一时间段为2min， 所述第二时间段为3min。经过该过程，产生的附着的气体3将会部分。
18、被排除，为了使得附 着的气体3尽可能的去除，避免对键合过程的影响，继续进行气体填充操作，此时所述气体 填充过程为使得压强在第三时间段内从第三压强升至第二压强，在第四时间段内从第二压 强升至第一压强，即在第三时间段内从1E-4mBar升至1mBar，在第四时间段内从1mBar升 至800mBar，具体的，所述第三时间段为2min，所述第四时间段为3min。如此进行多次，为 了达到较佳的效果，优选为3次以上，就能够保证键合过程不会受到待键合芯片1产生的附 着的气体3的干扰，就能够有效的防止键合偏移现象发生。需要说明的是，若初始时腔室中 的压强较高，例如本实施例中，若接近或者大于800mBar，则可。
19、直接进行抽真空操作，若低于 或者接近1E-4mBar，则可直接在2min内将压强升至1mBar，接着在3min内从1mBar升至 说 明 书CN 103964375 A 4/4页 6 800mBar，即视情况灵活变动。 0040 经过上述排气过程后，继续加热所述待键合芯片1至第二温度，本实施例为 435，也可以为大于该温度的其他温度，例如在430440，或者更高的温度等，在适当 的压强下，例如为1E-4mBar，将上方待键合芯片1的Al端和下方待键合芯片1的Ge端键合 在一起，从而完成芯片键合操作。所述温度和压强的选择可视工艺要求及生产经验进行选 择，以达到较佳的效果。本发明不限于仅是Al-G。
20、e的键合工艺，涉及其他键合工艺的也可以 采用本方法进行操作，避免键合中空洞的出现以及减小键合的偏移或者芯片的破碎。 0041 上述实施例提供的芯片键合方法中，在加热待键合硅片至一定温度后，进行多次 气体填充和抽真空的过程，使得芯片本身附着的气体被排出，从而避免键合后空洞的形成， 另外，在加热前使用中心定位器固定所述待键合芯片，能够有效的限制芯片的位置偏移，减 少了由于温度压强等变动所导致的芯片位置变动，从而大大的改善了芯片键合后的质量， 提高了良率。 0042 显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神 和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之 内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。 说 明 书CN 103964375 A 1/3页 7 图1 说 明 书 附 图CN 103964375 A 2/3页 8 图2a 图2b 图2c 图2d 说 明 书 附 图CN 103964375 A 3/3页 9 图2e 图2f 说 明 书 附 图CN 103964375 A 。