本实用新型涉及一种半导体或集成电路制造技术领域，特别涉及一种晶圆低温键合系统。
背景技术：
伴随着对芯片功能的需求不断提高，通过缩小晶体管尺寸来提高性能的方式却愈发困难，物理极限、现有的显影技术极限和存储电子密度极限等制约了平面型集成电路的发展，同时随着工艺尺寸的减小，芯片内引线的寄生电阻和电容、延迟和功耗的增加对集成电路性能的影响也越来越大，因此集成电路技术逐渐由2d平面向3d集成方向发展，国际半导体技术路线图(itrs)已将3d集成方式作为解决互连引线瓶颈问题的一种优选方案。3d集成即是将多个芯片堆叠在一起，芯片间采用垂直通孔实现电连接的集成电路，已被广泛视为一种“超越摩尔”的途径。
实现3d集成一个最重要的手段就是晶圆键合，传统晶圆键合是在高温高压条件下完成键合的全过程，即通过高温熔融和高压把两张晶圆压紧实现晶圆键合，高温键合由此导致的热应力问题会造成器件工作不稳定和可靠性降低，同时过高的温度还会使晶圆材料中的功能成份再度扩散，致使电学特性劣化，高压容易造成晶圆的应力集聚，导致晶圆表面的图形塌陷甚至造成晶圆碎片。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种晶圆低温键合系统。
本实用新型的技术方案是：一种晶圆低温键合系统，包括：传输模块、等离子活化模块，清洗亲水模块，对准键合模块；所述传输模块，用于存放及传输晶圆，并与控制系统相连，实现自动化生产；所述等离子活化模块，用于采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键；所述清洗亲水模块，用于对经过等离子活化处理后的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，同时对晶圆表面进行清洗防止大颗粒污染；所述对准键合模块用于对经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行对准，完成对准之后进行晶圆键合，经过键合后的两张晶圆形成晶圆对。
进一步地，所述传输模块包括晶圆盒载台，前端传输机械手，晶圆暂存装置，预对准装置和后端转运机械手。
进一步地，还包括对准校验模块，所述对准校验模块，用于对所述晶圆对的对准精度进行检测，用以判定晶圆对的对准精度是否满足工艺要求。
进一步地，还包括解键合模块，所述解键合模块，用于将对准精度不满足工艺要求的晶圆对进行解键合处理。
进一步地，所述等离子活化模块和所述清洗亲水模块可为一个或多个。
本实用新型具有以下有益效果：(1)避免晶圆键合过程中产出的热应力问题，利用晶圆之间的表面分子间力实现低温键合，利用晶圆之间表面分子间力的方法需要对晶圆表面进行活化处理以尽可能多的增加硅悬挂键，同时通过亲水处理使悬挂架转换为羟基，这样就大大提高了晶圆之间的键合能，使得低温键合成为可能。不仅能够在低温退火下同时实现硅硅直接键合，也能实现sio2、si3n4和sicn的低温键合，同时还能实现电介质和金属在低温下的同时键合。本实用新型的晶圆低温键合系统中可以在低温低压的情况下完成键合所需的全部工艺，克服了高温键合工艺的缺陷。
(2)传输模块、等离子活化模块、清洗亲水模块、对准键合模块、对准校验模块、解键合模块进行了模块化的设计，可以根据不同用户的不同需求，对键合系统中的各模块单元进行灵活配置，使各模块单元的效能最大化，最终实现晶圆低温键合系统的最大产率。
附图说明
图1是晶圆低温键合系统的立体结构示意图。
图2是晶圆低温键合系统的平面结构示意图。
图3是晶圆低温键合系统的多种组合类型示意图。
图3-1是实施例1中的晶圆低温键合系统的结构示意图。
图3-2是实施例2中的晶圆低温键合系统的结构示意图。
图3-3是实施例3中的晶圆低温键合系统的结构示意图。
图3-4是实施例4中的晶圆低温键合系统的结构示意图。
其中，上述附图包括以下附图标记：100、传输模块；110、晶圆盒载台；120、前端传输机械手；130、晶圆暂存装置；140、预对准装置；150、后端转运机械手；200、等离子活化模块；300、清洗亲水模块；400、对准键合模块；500、对准校验模块；600、解键合模块。
具体实施方式
下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例1
本实施例提供的晶圆低温键合系统如图1-3所示。
如图3-1所示，一种晶圆低温键合系统，包括：传输模块100、等离子活化模块200，清洗亲水模块300，对准键合模块400；
传输模块100，用于存放及传输晶圆，并与控制系统相连，实现自动化生产；
等离子活化模块200，用于采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键；
清洗亲水模块300，用于对经过等离子活化处理后的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，同时对晶圆表面进行清洗防止大颗粒污染；
对准键合模块400，用于对经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行对准，完成对准之后进行晶圆键合，经过键合后的两张晶圆形成晶圆对。
传输模块100包括4个晶圆盒载台110，前端传输机械手120，晶圆暂存装置130，预对准装置140和后端转运机械手150。
传输模块100根据工艺菜单指令，由传输模块100内部的前端传输机械手120将晶圆从指定的晶圆盒中取出指定晶圆，放置在晶圆暂存装置130上，晶圆暂存装置130具有4个暂存位置，由软件记录每个位置上放置晶圆的种类，由后端转运机械手150将晶圆从晶圆暂存装置130中取出并放置在预对准装置140；预对准装置140对晶圆进行中心和角度的检测和调整，同时晶圆id模块读取晶圆id，晶圆id是晶圆生产厂商刻在晶圆边缘的一个标识号，用于在生产过程中对每个晶圆进行过程、工艺管理。后端转运机械手150将晶圆从预对准装置140中取出放置到等离子活化模块200上，采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键，为后面的亲水处理做准备。
后端转运机械手150将晶圆从等离子活化模块200中取出放置到清洗亲水模块300上，对经过等离子活化的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，为后面的晶圆预键合做准备，同时对可能造成的大颗粒污染进行清洗。
后端转运机械手150分别将两张晶圆从清洗亲水模块300中取出放置到预对准装置140上，对分别经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行预对准，预对准后通过后端转运机械手150将晶圆放置到对准键合模块400上进行晶圆键合，通过晶圆表面的分子间力是两张晶圆键合在一起，两张键合后的晶圆形成晶圆对。
实施例2
本实施例提供的晶圆低温键合系统如图3-2所示。
实施例2与实施例1的区别在于：一种晶圆低温键合系统还包括：对准校验模块500和解键合模块600；
对准校验模块500，用于晶圆对的对准精度进行检测，用以判定晶圆的对准精度是否满足工艺要求；
解键合模块600，用于将对准精度不满足工艺要求的晶圆对进行解键合处理。
后端转运机械手150将晶圆对从对准键合模块400中取出放置到对准校验模块500上,对准校验模块500对晶圆对的对准精度进行检测，用以判定晶圆的对准精度是否满足工艺要求。
经过对准校验模块500检测合格的晶圆对由后端转运机械手150传输到工艺达标晶圆盒，完成此晶圆对的键合工艺；经过对准校验模块500检测不合格的晶圆对由后端转运机械手150传输到解键合模块600。
解键合模块600对于经过对准校验模块500检测后达不到工艺要求的晶圆对，进行解键合处理把晶圆对分成两张晶圆，两张晶圆分别由后端转运机械手150传输到工艺未达标晶圆盒。
优选的，工艺达标晶圆盒和工艺未达标晶圆盒都设置在晶圆暂存装置130上，晶圆暂存装置130具有4个暂存位置，由软件记录每个位置上放置晶圆的种类来进行区分。
本实用新型提供的晶圆低温键合系统的多种配置方案见附图3，可根据不同用户的不同需求，该键合系统可以对各模块单元进行灵活配置，由用户根据自身需求进行灵活选择。在所有的配置方案中，传输模块100、等离子活化模块200、清洗亲水模块300、对准键合模块400、对准校验模块500、解键合模块600这六部分的不同组合以适合不同的用户需求。
实施例3
本实施例提供的晶圆低温键合系统如图3-3所示。
一种晶圆低温键合系统，包括：1个传输模块100、2个等离子活化模块200、2个清洗亲水模块300、1个对准键合模块400。
该晶圆低温键合系统没有配置对准校验模块和解键合模块，该类型晶圆低温键合系统的适用于厂家已有其它检测手段，不再需要对准校验模块，而且解键合采用手动方式。还适用于对键合精度要求不高，例如达到1微米级别时，就不再需要在线检测，抽检即可。所以这两种情况就不再配置对准校验模块和解键合模块。等离子活化模块200和清洗亲水模块300分别设置为两个，相对于实施例1的键合系统来说，提高了生产效率。
该晶圆低温键合系统的工作过程，后端转运机械手150将经晶圆从预对准模块140取出并放置在等离子活化模块200上，晶圆进行活化处理后由后端转运机械手150送至清洗亲水模块300进行亲水处理，处理完毕后，后端转运机械手150将晶圆送至预对准模块140进行晶圆中心和notch角度对准，然后再将晶圆送至对准键合模块400中实施晶圆的对准和键合。晶圆对准键合过程完成后，后端转运机械手将键合晶圆对送至暂存模块130，由前端机械手120转运至制定晶圆盒载台110.
实施例4
本实施例提供的晶圆低温键合系统如图3-4所示。
一种晶圆低温键合系统，包括：1个传输模块100、2个等离子活化模块200、2个清洗亲水模块300、1个对准键合模块400、1个对准校验模块500、1个解键合模块600。
本实施例中的晶圆低温键合系统是一个最完整的晶圆键合机台配置，不仅功能最齐备，而且在各单元产率的匹配度最高。这种晶圆低温键合系统适用于要求能够在线检测的高精度、高产率的晶圆生产厂。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。
1.一种晶圆低温键合系统，其特征在于，包括：传输模块、等离子活化模块，清洗亲水模块，对准键合模块；
所述传输模块，用于存放及传输晶圆，并与控制系统相连，实现自动化生产；
所述等离子活化模块，用于采用等离子体对晶圆表面进行活化处理，增加晶圆表面的悬挂键；
所述清洗亲水模块，用于对经过等离子活化处理后的晶圆表面进行亲水处理，使悬挂键转化为羟基，同时对晶圆表面进行清洗防止大颗粒污染；
所述对准键合模块，用于对经过等离子活化和亲水处理的两张晶圆进行对准，完成对准之后进行晶圆键合，经过键合后的两张晶圆形成晶圆对。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆低温键合系统，其特征在于，所述传输模块包括晶圆盒载台，前端传输机械手，晶圆暂存装置，预对准装置和后端转运机械手。
3.根据权利要求1所述的一种晶圆低温键合系统，其特征在于，还包括对准校验模块，所述对准校验模块，用于对所述晶圆对的对准精度进行检测，用以判定晶圆对的对准精度是否满足工艺要求。
4.根据权利要求1或3所述的一种晶圆低温键合系统，其特征在于，还包括解键合模块，所述解键合模块，用于将对准精度不满足工艺要求的晶圆对进行解键合处理。
5.根据权利要求1所述的一种晶圆低温键合系统，其特征在于，所述等离子活化模块和所述清洗亲水模块可为一个或多个。
技术总结