本申请涉及热释电晶圆等离子体激活技术领域，具体涉及一种提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法。
背景技术：
随着信息技术的发展，单一材料已经很难满足技术的发展需求，异质集成不同材料以发挥不同材料的优势成为技术发展的重要方向。键合是实现不同材料异质集成的一个重要方式，特别是等离子体激活键合(plasmaactivebonding)可以在室温下实现较高强度的键合而受到广泛应用。但是该种键合方式应用于具有热释电性质的材料如铌酸锂(热释电系数0.4-0.5×10-8c·cm-1·k-1)和钽酸锂(热释电系数1.8-2.3×10-8c·cm-1·k-1)的键合时，由于热释电效应，会导致晶圆上各处激活不均匀，造成键合强度差异。同时可能引起晶片的击穿和变形等，产生键合孔洞，降低键合晶圆的质量和良率。具体原因解释如下：由于等离子体对晶圆表面的轰击作用，会促使晶圆表面的温度升高，由于热释电效应，被轰击表面自发极化降低，会在晶圆表面产生剩余负电荷(如图1所示)，从而吸引等离子体中的正离子轰击表面；正离子对表面的轰击会进一步升高表面温度，使负电荷增多，从而进一步增加正离子对表面的轰击，由此形成正反馈过程。由于等离子的不均匀性与非定向性，会使各部分受到的影响不同，热释电效应的存在会更进一步增加这种非定向性与不均匀性。受正离子轰击的地方表面粗糙度增大，并且电荷的积累可能造成材料表面的介电击穿，增加了形成键合孔洞的几率，降低了晶圆的键合质量。
申请内容
针对背景技术中的技术问题，本申请提供了一种提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法。
本申请是通过以下技术方案实现的：
一种提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，包括：通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活；所述对热释电晶圆表面进行激活的总时长为10秒至60秒，每次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间为2秒至10秒，每相邻两次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间间隔为2秒至10秒；所述对热释电晶圆表面进行激活的功率为25瓦至300瓦。
进一步地，所述通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活之前，还包括：在所述热释电晶圆表面沉积一层金属层。
进一步地，所述在所述热释电晶圆表面沉积一层金属层之前，还包括：在所述热释电晶圆中注入氧或氮，从而使得所述金属层被氧化或氮化。
进一步地，所述对热释电晶圆表面进行激活之后，还包括：退火处理；所述退火处理的过程中通入氧气或者氨气，从而使得所述金属层被氧化或氮化。
进一步地，所述对热释电晶圆表面进行激活的功率为200瓦至300瓦，从而利用等离子体的刻蚀作用去除所述金属层。
进一步地，所述对热释电晶圆表面进行激活的次数由所述对热释电晶圆表面进行激活的总时长和每次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间决定。
进一步地，所述对热释电晶圆表面进行激活的次数为小于等于5次。
进一步地，每次对所述对热释电晶圆表面激活之后，包括：所述热释电晶圆表面电荷的释放过程。
进一步地，所述表面电荷的释放方法包括：激活形成导电气态离子，或，在每相邻两次对所述热释电晶圆表面激活的间隙，通入气体，并在通入气体的通路中加入正负离子发生器。
进一步地，所述热释电晶圆为铌酸锂linbo3晶圆或钽酸锂litao3晶圆。
进一步地，所述金属层的厚度小于5纳米，所述金属层为钛ti、铝al、铁fe或铜cu。
采用上述技术方案，本发明提供的一种提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法具有如下有益效果：
通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活，预设每次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间和每相邻两次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间间隔，以及预设对热释电晶圆表面的激活功率；从而中断连续激活过程中的正反馈恶性循环，即采用多次短时间等离子体激活的方式，释放表面积累的电荷，提高等离子体激活的均匀性；同时可通过在热释电晶圆被激活表面沉积金属层，促进剩余电荷的释放与均匀化，进一步优化等离子激活的效果，提升键合的质量。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为现有技术中，等离子体激活过程中晶圆表面产生剩余负电荷的示意图；
图2为本发明具体实施方式一的键合流程图；
图3为本发明具体实施方式二的键合流程图；
图4为本发明具体实施方式三的键合流程图；
图5为本发明具体实施方式四的键合流程图；
图6为本发明具体实施方式五的键合流程图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本申请至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
如图1所示，本申请实施例公开了一种提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，包括：通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活；所述对热释电晶圆表面进行激活的总时长为10秒至60秒，每次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间为2秒至10秒，每相邻两次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间间隔为2秒至10秒；所述对热释电晶圆表面进行激活的功率为25瓦至300瓦。其中，具体的激活时间和间隔时间的选择视采用的热释电晶圆的热释电系数和介质的导电性能而定。
本申请实施例通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活，预设每次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间和每相邻两次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间间隔，以及预设对热释电晶圆表面的激活功率；从而中断连续激活过程中的正反馈恶性循环，即采用多次短时间等离子体激活的方式，释放表面积累的电荷，提高等离子体激活的均匀性，从而提高后续键合的质量。且根据等离子体激活的随机性，每次激活所产生的局部不均匀性恶化点不同，多次激活后，由于每次产生的不均匀点的随机性，可以获得更加均匀的激活效果。
在本申请另一实施例中，所述通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活之前，还包括：在所述热释电晶圆表面沉积一层金属层。所述金属层的厚度通常小于5纳米，所述金属层可以为钛ti、铝al、铁fe或铜cu。通过在热释电晶圆被激活表面沉积金属层，促进表面剩余电荷的释放与均匀化，进一步优化等离子激活的效果，提升键合的质量。在一个具体的实施例中，可以采用电子束蒸发法在热释电晶圆表面沉积一层金属层。
在本申请另一实施例中，所述在所述热释电晶圆表面沉积一层金属层之前，还包括：在所述热释电晶圆中注入氧或氮，从而使得所述金属层被氧化或氮化；具体地，注入方式采用低能注入，随后在整个工序最后通过氮和氧的扩散作用将金属层氮化或氧化。
在本申请另一实施例中，所述对热释电晶圆表面进行激活之后，还包括：退火处理；所述退火处理的过程中通入氧气或者氨气，从而使得所述金属层被氧化或氮化，形成金属的氧化物或者氮化物。
在本申请另一实施例中，所述对热释电晶圆表面进行激活的功率为200瓦至300瓦，从而利用高能量的等离子体的刻蚀作用去除所述金属层。
在本申请另一实施例中，表面剩余电荷的释放和平均化过程还可通过采用低功率激发等离子体，形成不对表面产生轰击作用的导电气态物质，从而使表面电荷释放中和，激活腔体的间隔时间的气体种类以及间隔时间充入气体时加入正负离子发生器；具体地，激活形成导电气态离子，或，在每相邻两次对所述对热释电晶圆表面激活的间隙，往腔内充入n2,o2，co2或h2o，并在进气通道内加入正负离子发生器，使充入的气体带电。
在本申请另一实施例中，所述对热释电晶圆表面进行激活的次数由所述对热释电晶圆表面进行激活的总时长和每次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间决定。在一个具体的实施例中，所述对热释电晶圆表面进行激活的次数为小于等于5次。
在本申请另一实施例中，所述通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活，包括：采用氮气、氩气或氧气对所述热释电晶圆表面进行激活。
在本申请另一实施例中，每次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间为2秒至5秒，每相邻两次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间间隔为5秒至10秒。
在本申请另一实施例中，激活的腔体真空度为0.001～1.0mbar；激活间隔的腔体真空度为0.5～1000mbar；激活间隔的腔体可以包括o2、n2、ar、o2/n2混合气体、co2和水蒸气；充气通道可以增加正/负离子发生器，使充气气体带电，从而中和晶片表面电荷。
在本申请另一实施例中，所述热释电晶圆为铌酸锂linbo3晶圆或钽酸锂litao3晶圆。
在本申请另一实施例中，所述通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活，包括：对所述金属层进行氧化或氮化处理。具体地，金属层的氧化或氮化可通过在等离子体激活过程中，通过氧气或氮气的作用实现，这里，需要说明的是，对所述金属层的氧化或氮化处理也可以在键合后通过在o2，n2或者nh3气氛中对键合晶圆进行退火实现。
在本申请另一实施例中，所述通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活之后，还包括：通过等离子体激活法对待键合晶圆进行激活；将所述热释电晶圆与所述待键合晶圆进行键合，在一个具体的实施例中，键合全程的表面温度升高值小于1℃。以使激活表面产生的剩余负电荷(约1×10-8c·cm-2)不超过一定值，从而使等离子对表面的激活不存在显著差异。
基于上述多种实施方式，下面通过一个几个具体的实施方式对本申请涉及的一种提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法做出更为详细的说明。
具体实施方式一：
如图2所示，采用等离子体激活的方式键合钽酸锂晶圆和si晶圆：
步骤s1：采用多次短时间激活的方式激活钽酸锂晶圆，激活参数设置如下：采用o2气激活，激活功率为100w，o2气压保持0.5mbar，单次激活时间设置为5s，每次激活时间间隙设置为5s，激活次数为5次，总激活时间为25s。
步骤s2：si晶圆采用连续激活的方式进行激活：激活参数设置如下：采用o2激活，激活功率为100w，o2气压保持0.5mbar，激活总时间为25s。
步骤s3：将两个晶圆在常温常压下进行键合。
具体实施方式二：
如图3所示，采用等离子体激活的方式键合铌酸锂晶圆和si晶圆：
首先在铌酸锂晶圆表面通过电子束蒸发的方式沉积一层ti金属层，然后采用多次短时间激活的方式激活铌酸锂晶圆，激活参数设置如下：采用n2激活，激活功率为120w，n2气压保持为0.6mbar，单次激活时间设置为7.5s，每次激活时间间隙设置为5s，激活次数为4次，总激活时间为30s。
si晶圆采用连续激活的方式进行激活：激活参数设置如下：采用n2激活，激活功率为120w，n2气压保持为0.6mbar，激活总时间为30s。
将两个晶圆在常温常压下进行键合。
将形成的键合结构在氧气氛围下进行退火，退火温度为200℃，以使界面的金属ti层氧化形成tio2层。
具体实施方式三：
如图4所示，采用等离子体激活的方式键合铌酸锂晶圆和si晶圆：
首先在铌酸锂晶圆表面通过电子束蒸发的方式沉积一层al金属层，然后采用多次短时间激活的方式激活铌酸锂晶圆，激活参数设置如下：采用ar激活，激活功率为75w，ar气压保持为0.6mbar，单次激活时间设置为6s，每次激活时间间隙设置为5s，激活次数为5次，总激活时间为30s。
si晶圆采用连续激活的方式进行激活：激活参数设置如下：采用ar激活，激活功率为75w，ar气压保持为0.6mbar，激活总时间为30s。
将两个晶圆在常温常压下进行键合。
将形成的键合结构在nh3氛围下进行退火，退火温度为200℃，以使界面的金属al层氮化形成aln层。
具体实施方式四：
如图5所示，采用等离子体激活的方式键合铌酸锂晶圆和si晶圆：
首先在铌酸锂晶圆表面通过电子束蒸发的方式沉积一层al金属层，然后采用多次短时间激活的方式激活铌酸锂晶圆，激活参数设置如下：采用ar激活，但激活功率调整为300w，以增加等离子体能量，使金属层能够被刻蚀掉，ar气压保持为0.6mbar，单次激活时间设置为10s，每次激活时间间隙设置为5s，激活次数为3次，总激活时间为30s，总激活时间完成时，沉积的al金属层可被完全刻蚀掉。
si晶圆采用连续激活的方式进行激活：激活参数设置如下：采用ar激活，激活功率为100w，ar气压保持为0.6mbar，激活总时间为30s。
将两个晶圆在常温常压下进行键合。
具体实施方式五：
如图6所示，采用等离子体激活的方式键合钽酸锂晶圆和si晶圆：
首先通过低能离子注入n离子，在钽酸锂晶圆表面形成富n区，其中氮原子含量≥30％，然后在钽酸锂表面通过电子束蒸发的方式沉积al金属层。
采用多次短时间激活的方式激活钽酸锂晶圆：激活参数设置如下：采用ar激活，激活功率设置为100w，ar气压保持为0.6mbar，单次激活时间设置为5s，激活时间间隔设置为3s，激活次数设置为5次，总激活时间为25s。
si晶圆采用连续激活的方式进行激活：激活参数设置如下：采用ar激活，激活功率为75w，ar气压保持为0.6mbar，激活总时间为30s。
将两个晶圆在常温常压下进行键合。
通过退火是离子注入的n离子与al反应，生成aln层。
以上所述是本申请的优选实施例和实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。
1.一种提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，包括：
通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活；
所述对热释电晶圆表面进行激活的总时长为10秒至60秒，每次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间为2秒至10秒，每相邻两次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间间隔为2秒至10秒；
所述对热释电晶圆表面进行激活的功率为25瓦至300瓦。
2.根据权利要求1所述的提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，所述通过多次等离子体激活法对热释电晶圆表面进行激活之前，还包括：在所述热释电晶圆表面沉积一层金属层。
3.根据权利要求2所述的提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，所述在所述热释电晶圆表面沉积一层金属层之前，还包括：
在所述热释电晶圆中注入氧或氮，从而使得所述金属层被氧化或氮化。
4.根据权利要求2所述的提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，所述对热释电晶圆表面进行激活之后，还包括：退火处理；
所述退火处理的过程中通入氧气或者氨气，从而使得所述金属层被氧化或氮化。
5.根据权利要求2所述的提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，所述对热释电晶圆表面进行激活的功率为200瓦至300瓦，从而利用等离子体的刻蚀作用去除所述金属层。
6.根据权利要求1所述的提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，所述对热释电晶圆表面进行激活的次数由所述对热释电晶圆表面进行激活的总时长和每次所述对热释电晶圆表面进行激活的时间决定。
7.根据权利要求6所述的提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，所述对热释电晶圆表面进行激活的次数为小于等于5次。
8.根据权利要求1所述的提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，每次对所述对热释电晶圆表面激活之后，包括：所述热释电晶圆表面电荷的释放过程。
9.根据权利要求8所述的提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，所述表面电荷的释放方法包括：激活形成导电气态离子，或，在每相邻两次对所述热释电晶圆表面激活的间隙，通入气体，并在通入气体的通路中加入正负离子发生器。
10.根据权利要求1所述的提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，所述热释电晶圆为铌酸锂linbo3晶圆或钽酸锂litao3晶圆。
11.根据权利要求2所述的提升热释电晶圆等离子体激活均匀性的方法，其特征在于，所述金属层的厚度小于5纳米，所述金属层为钛ti、铝al、铁fe或铜cu。
技术总结