[發(fā)明專利]一種鍵合方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910450592.X
• 申請(qǐng)日: 2019-05-28
• 公開（公告）號(hào): CN110164894A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海華力微電子有限公司
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146;H01L21/50
• 代理公司: 上海思微知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅

本發(fā)明提供了一種鍵合方法，包括：提供第一襯底作為承載片，在所述第一襯底上沉積第一氧化物層；提供第二襯底，并在所述第二襯底表面沉積第二氧化物層，并通過化學(xué)機(jī)械研磨工藝進(jìn)行表面拋光；在所述第二氧化物層上沉積一層鈍化介質(zhì)層；在所述鈍化介質(zhì)層上沉積第三氧化物層；采用等離子體照射所述第一氧化物層和所述第三氧化物層表面，并且將所述第一氧化物層和所述第三氧化物層貼合到一起；將所述第一襯底、第一氧化物層、第二襯底、第二氧化物層、鈍化介質(zhì)層和第三氧化物層進(jìn)行退火工藝。使得在后續(xù)退火過程中不會(huì)與晶圓反應(yīng)而產(chǎn)生聚集在鍵合界面處的水汽，從而達(dá)到減少背照式CMOS光學(xué)傳感器鍵合工藝中殘余氣孔數(shù)量，提高鍵合強(qiáng)度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種鍵合方法。

背景技術(shù)

隨著CMOS工藝水平的提高，CMOS光學(xué)傳感器憑借功耗低、成本低、體積小、可隨機(jī)讀取等一系列優(yōu)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了在平板電腦、智能手機(jī)等消費(fèi)類電子領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。背面照射技術(shù)(BSI)是幫助CMOS光學(xué)傳感器實(shí)現(xiàn)性能突破的關(guān)鍵因素之一。在傳統(tǒng)的正照式(FSI)結(jié)構(gòu)中，入射光要達(dá)到光電二極管并被其吸收，首先需要穿過至少2～3層絕緣介質(zhì)組成的光路“隧道”及金屬布線層。在此期間，部分入射光子將受到正面絕緣層和金屬布線層的反射而返回空氣中，造成填充因子的降低及低光照下靈敏度的減弱。BSI技術(shù)正是相對(duì)于FSI結(jié)構(gòu)而提出的。該結(jié)構(gòu)通過將正照結(jié)構(gòu)中器件層與金屬層整體翻轉(zhuǎn)，將原本阻礙光路的金屬布線層挪至光路另一側(cè)，入射光可通過基板的背面直接到達(dá)光電二極管，如此大幅降低了金屬布線層對(duì)光子的衍射與串?dāng)_，這些性能的改善使得BSI日益成為CMOS光學(xué)傳感器中的主流像素結(jié)構(gòu)。

然而BSI結(jié)構(gòu)的工藝步驟比較復(fù)雜，其中一個(gè)步驟就是將具有光電二極管的器件晶圓片翻轉(zhuǎn)后，與光板承載片合二為一的鍵合工藝，以保障器件晶圓片在后繼減薄工藝中的機(jī)械強(qiáng)度。該工藝是把兩片鏡面拋光硅晶圓片(氧化或未氧化均可)經(jīng)表面清洗和預(yù)處理后，在室溫下直接貼合，再經(jīng)過退火處理提高鍵合強(qiáng)度，進(jìn)而將兩片晶圓結(jié)合成為一個(gè)整體的技術(shù)。其工藝性能指標(biāo)包括兩大方面：一.鍵合強(qiáng)度接近硅母材的斷裂能(2.5J/m2)；二.晶圓的鍵合界面間無殘余氣泡(孔洞)，這兩方面指標(biāo)將直接影響器件成品的最終性能。

目前晶圓鍵合最為主流的工藝方法是室溫等離子體活化鍵合法，該方法的特點(diǎn)是在上述兩片鏡面拋光晶圓片表面清洗后，利用等離子體照射晶圓表面(或稱之為活化)，而后將兩晶圓再預(yù)鍵合到一起，經(jīng)過低溫退火后達(dá)到足夠高的鍵合強(qiáng)度。由于等離子體的產(chǎn)生和全部的鍵合過程都可在低真空度環(huán)境或大氣下進(jìn)行，不需要高真空系統(tǒng)，操作方便且成本相對(duì)較低，受到了研究者和工業(yè)界的重視。但該工藝存在的問題是在低溫退火過程中，兩晶圓的鍵合界面中間往往出現(xiàn)大量的氣泡，這些退火氣泡嚴(yán)重降低了器件的質(zhì)量和可靠性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種鍵合方法，可以提供鍵合性能，從而提高CMOS光學(xué)傳感器的質(zhì)量和可靠性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種鍵合方法，包括：

提供第一襯底作為承載片，在所述第一襯底上沉積第一氧化物層；

提供第二襯底，并在所述第二襯底表面沉積第二氧化物層，并通過化學(xué)機(jī)械研磨工藝進(jìn)行表面拋光；

在所述第二氧化物層上沉積一層鈍化介質(zhì)層；

在所述鈍化介質(zhì)層上沉積第三氧化物層；

采用等離子體照射所述第一氧化物層和所述第三氧化物層表面，并且將所述第一氧化物層和所述第三氧化物層貼合到一起；

將所述第一襯底、第一氧化物層、第二襯底、第二氧化物層、鈍化介質(zhì)層和第三氧化物層進(jìn)行退火工藝。

可選的，在所述的鍵合方法中，所述鈍化介質(zhì)層為具有疏水性的介質(zhì)膜層。

可選的，在所述的鍵合方法中，所述鈍化介質(zhì)層的材料包括摻雜碳化硅薄膜。