[發(fā)明專利]一種鍵合晶圓的結(jié)構(gòu)及其制備方法

在審

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• 申請日: 2017-10-30
• 公開（公告）號: CN107742606A
• 公開（公告）日: 2018-02-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李海鷗;吳磊;劉洪剛;李琦;陳永和;張法碧;高喜;肖功利;首照宇;傅濤;翟江輝
• 申請（專利權(quán)）人: 桂林電子科技大學(xué)
• 主分類號: H01L21/20
• 分類號: H01L21/20
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專利代理有限公司11429
• 代理人: 石燕妮

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及晶圓鍵合技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及到一種鍵合晶圓的結(jié)構(gòu)及其制備方法。

背景技術(shù)

隨著集成電路的發(fā)展，晶圓鍵合被證明是一種直接有效的組裝、加工、制造基底材料的方法，并且在半導(dǎo)體領(lǐng)域、微電子領(lǐng)域、MEMS以及光電器件的制造領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，特別是低溫直接鍵合的方式在絕緣硅(SOI)制造工藝中得到了更加深入的體現(xiàn)。

晶圓鍵合是指兩個表面平整潔凈的晶圓在一定條件下可以通過表面的化學(xué)鍵互相連接起來。晶圓鍵合具有半導(dǎo)體工藝的兼容性和靈活性，在鍵合過程中一般采用BCB(苯并環(huán)丁烯)為鍵合介質(zhì)材料，這種鍵合材料的存在散熱性差的缺點，因此鍵合界面處會產(chǎn)生較多氣泡，導(dǎo)致鍵合強度低的鍵合鍵合質(zhì)量問題；這些鍵合質(zhì)量問題容易產(chǎn)生引起光耦合散射或損失的界面空隙。因此現(xiàn)有的晶圓鍵合技術(shù)中仍然存在空隙率高以及鍵合強度低的問題。

研究中表明Al₂O₃的散熱性質(zhì)和擴(kuò)散阻擋層性質(zhì)是優(yōu)異的。因此，對于粘合以及3D集成電路應(yīng)用而言，Al₂O₃的眾多優(yōu)點正在越來越受歡迎。已經(jīng)在硅上的III-V絕緣體上絕緣體(SOI)結(jié)構(gòu)中證明了使用原子層沉積(AlD)Al₂O₃，以在In0.53Ga0.47As-OI和Al₂O₃掩埋氧化物的底界面處獲得優(yōu)異的性能。

然而，鍵合質(zhì)量仍然受到可能引起光耦合散射或損失的界面空隙的限制。這些空隙是由界面聚合反應(yīng)產(chǎn)生的氣體副產(chǎn)物(主要由H₂和H₂O分子組成)在殘余鍵合界面已經(jīng)研究了幾種方法來抑制界面空隙密度。有研究表明InP-on-SOI在結(jié)合中使用垂直排氣通道(VOC)，以將氣體副產(chǎn)物吸收并擴(kuò)散到多孔埋入的SiO₂層中。雖然已經(jīng)實現(xiàn)了無空隙的粘合，但是發(fā)現(xiàn)這些吸收的氣體在高溫后粘合過程中會導(dǎo)致嚴(yán)重的膜分層。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中存在的空隙率高以及鍵合強度低的技術(shù)問題，提供一種新的鍵合晶圓的結(jié)構(gòu)及其制備方法，該技術(shù)方法具有降低空隙率以及提高鍵合強度的技術(shù)特點。

為解決上述技術(shù)問題，采用的技術(shù)方案如下：

一種鍵合晶圓的結(jié)構(gòu)，包括第一晶圓和第二晶圓，所述第二晶圓位于第一晶圓的上方，所述第一晶圓與第二晶圓之間設(shè)置有中間層，所述中間層包括氣體通道和三氧化二鋁層，所述氣體通道設(shè)置在三氧化二鋁層內(nèi)，且氣體通道橫向貫穿三氧化二鋁層。

進(jìn)一步的：所述氣體通道為三氧化二鋁層經(jīng)過混合氣體刻蝕形成的等間距氣體通道。

進(jìn)一步的：所述等間距氣體通道為凹槽狀通道。

上述鍵合晶圓的結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟：

A.將第一晶圓和第二晶圓均進(jìn)行清洗，吹干；

B.將所述第一晶圓和所述第二晶圓的表面均沉積金屬鋁；

C.將所述第一晶圓或所述第二晶圓的表面采用旋涂法均勻涂抹光刻膠；

D.將涂抹光刻膠的第一晶圓或第二晶圓依次進(jìn)行軟烘烤、添加掩模版、紫外光曝光以及光刻膠顯影工藝；所述軟烘烤的條件為置于真空熱板內(nèi)，烘烤溫度為80℃-120℃，烘烤時間為30s-60s；

E.對有光刻膠的第一晶圓或第二晶圓進(jìn)行刻蝕形成氣體通道，將所述第一晶圓的鍵合面和所述第二晶圓的鍵合面相互接觸，進(jìn)行預(yù)鍵合，所述第一晶圓的鍵合面和所述第二晶圓的鍵合面均為步驟B形成的金屬鋁層；

F.通過濕法腐蝕去除殘留的光刻膠；

G.將所述第一晶圓和所述第二晶圓放入鍵合機(jī)在氧氣環(huán)境下進(jìn)行低溫鍵合，氧氣分子通過所述氣體通道進(jìn)入所述第一晶圓的鍵合面和所述第二晶圓的鍵合面將所述金屬鋁層自然氧化成三氧化二鋁；鍵合溫度為100℃-400℃，鍵合壓力為100Kg-1000Kg；

H.低溫退火處理；退火溫度為100℃-400℃。

進(jìn)一步的：步驟A中的清洗為采用RCA濕式化學(xué)清洗法，所述RCA濕式化學(xué)清洗法所采用的清洗液包括有機(jī)溶劑、硫酸和雙氧水的混合溶液以及氨水、雙氧水和去離子水的混合溶液；在硫酸和雙氧水的混合溶液中，所述硫酸濃度為96％，所述雙氧水的濃度為30％，所述硫酸和所述雙氧水的體積比為4:1；在所述氨水、雙氧水和去離子水的混合溶液中，所述氨水的濃度為29％，所述雙氧水的濃度為30％，三種液體的體積比為：氨水:雙氧水:去離子水為1:1:5；