一种晶圆表面的键合工艺及半导体器件结构制造技术

本发明专利技术公开了一种晶圆表面的键合工艺及半导体器件结构，所述键合工艺包括：提供一基底，所述基底的上表面包含有悬挂键；沉积一薄膜层，所述薄膜层覆盖所述基底的上表面；沉积一栅格层，所述栅格层覆盖所述薄膜层；沉积一包含氢离子的第一介质层，所述第一介质层覆盖所述栅格层的表面；采用退火工艺，使所述第一介质层的氢离子与所述基底表面的悬挂键键合。本发明专利技术通过在所述栅格层上沉积一包含氢离子的第一介质层，经过退火工艺，促进所述第一介质层中氢离子与晶圆表面的Si的悬挂键进行键合，提高晶圆Si界面悬挂键的键合程度，使半导体器件的Dark Current和BLC性能明显得到改善。

Wafer surface bonding technology and semiconductor device structure

The invention discloses a wafer bonding process and semiconductor device structure, the bonding process includes: providing a substrate, the substrate surface includes depositing a thin layer of dangling bonds; and the thin film on the surface layer covering the substrate; depositing a layer of grid, the grid layer covering the thin film layer; depositing a first dielectric layer containing hydrogen ions, the first dielectric layer covering the surface of the grid layer; the annealing process, the suspended bond hydrogen ion the first dielectric layer and the substrate surface alloy. The present invention by depositing a first dielectric layer containing a hydrogen ion in the grid layer. After annealing process, promote the dangling bonds of the first dielectric layer in a hydrogen ion and Si on the surface of the wafer bonding, improving wafer bonding interface of Si suspension, the semiconductor device of Dark Current and BLC the performance was improved significantly.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体器件制备
，特别涉及一种晶圆表面的键合工艺及半导体器件结构。
技术介绍
在晶圆制造过程中，由于基底Si界面成键Si原子缺少以及界面Si原子未成键电子的存在，在Si界面形成具有电学活性的悬挂键(一般晶体因晶格在表面处突然终止，在表面的最外层的每个原子将有一个未配对的电子，即有一个未饱和的键，这个键称为悬挂键，简称Traps)，该悬挂键的键合程度较低，现有技术中与悬挂键形成键合的原子来源较少且缺乏键合动力，造成Si界面间悬挂键的键合程度较低，导致半导体器件的Dark Current(暗电流)，BLC(BlackLight Compensation，背光补偿功能)等性能较差，并且，半导体器件的表面厚度不均一，导致半导体器件表面的外观出现颜色不均匀的异常现象。因此，如何提高悬挂键的键合程度，使半导体器件的Dark Current，BLC等性能较高，同时改善半导体器件表面的外观一致性成为本领域技术人员面临的一大难题。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种晶圆表面的键合工艺及半导体器件结构，可以提高晶圆表面的悬挂键的键合程度，提高半导体器件的电性能，以及改善半导体器件表面的外观问题。为解决上述技术问题，本专利技术提供的一种晶圆表面的键合工艺，包括：提供一基底，所述基底的上表面包含有悬挂键；沉积一薄膜层，所述薄膜层覆盖所述基底的上表面；沉积一栅格层，所述栅格层覆盖所述薄膜层；沉积一包含氢离子的第一介质层，所述第一介质层覆盖所述栅格层的表面；采用退火工艺，使所述第一介质层的氢离子与所述基底表面的悬挂键键合。进一步的，所述键合工艺还包括在所述退火工艺后进行沟槽形成及平坦化，所述沟槽形成及平坦化的步骤包括：在所述栅格层和第一介质层中形成若干个沟槽，所述沟槽贯穿所述栅格层和第一介质层；沉积一第二介质层，所述第二介质层填充并覆盖所述沟槽以及所述第一介质层；以所述第一介质层作为停止层，对所述第二介质层进行化学机械平坦化。进一步的，所述第一介质层的硬度大于所述第二介质层的硬度。可选的，所述第二介质层为氧化物层。可选的，所述第一介质层为氮化硅层。进一步的，所述薄膜层包括第一薄膜层和第二薄膜层。可选的，所述第一薄膜层为高K介质层，所述第二薄膜层为二氧化硅层。进一步的，所述基底为硅基底。根据本专利技术的另一面，本专利技术还提供一种半导体器件结构，所述半导体器件结构包括：一基底；一薄膜层，所述薄膜层覆盖所述基底的上表面；一栅格层，所述栅格层覆盖所述薄膜层；一第一介质层，所述第一介质层覆盖所述栅格层的表面。进一步的，所述半导体器件结构还包括在所述栅格层和第一介质层中形成若干个沟槽，所述沟槽贯穿所述栅格层和第一介质层；一第二介质层，所述第二介质层填充并覆盖所述沟槽以及所述第一介质层。进一步的，所述半导体器件结构中所述第一介质层的硬度大于所述第二介质层的硬度。可选的，所述半导体器件结构中所述第二介质层为氧化物层。可选的，所述半导体器件结构中所述第一介质层为氮化硅层。进一步的，所述半导体器件结构中所述薄膜层包括第一薄膜层和第二薄膜层。可选的，所述半导体器件结构中所述第一薄膜层为高K介质层，所述第二薄膜层为二氧化硅层。进一步的，所述半导体器件结构中所述基底为硅基底。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术通过在所述栅格层上沉积一包含氢离子的第一介质层，经过退火工艺，促进所述第一介质层中氢离子与晶圆表面的Si的悬挂键进行键合，提高晶圆Si界面悬挂键的键合程度，使半导体器件的Dark Current和BLC性能明显得到改善。进一步的，所述第一介质层的硬度大于第二介质层的硬度，并采用氮化硅层作为第一介质层，有利于后续化学机械平坦化制程中以氮化硅层作为停止层，使半导体器件表面更加平坦，优化所述第二介质层的厚度均一性，减小入射光损耗的差异性，从而可以消除半导体器件表面的外观颜色异常的问题。附图说明图1为本专利技术实施例中所述键合工艺的流程图；图2-图7为本专利技术实施例中所述键合工艺中各步骤对应的结构示意图。具体实施方式下面将结合流程图和示意图对本专利技术的一种晶圆表面的键合工艺及半导体器件结构进行更详细的描述，其中表示了本专利技术的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本专利技术，而仍然实现本专利技术的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本专利技术的限制。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本专利技术。根据下面说明和权利要求书，本专利技术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且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。本专利技术的核心思想在于，本专利技术提供一种晶圆表面的键合工艺，如图1所示，所述键合工艺包括如下步骤：S1、提供一基底，所述基底的上表面包含有悬挂键；S2、沉积一薄膜层，所述薄膜层覆盖所述基底的上表面；S3、沉积一栅格层，所述栅格层覆盖所述薄膜层；S4、沉积一包含氢离子的第一介质层，所述第一介质层覆盖所述栅格层的表面；S5、采用退火工艺，使所述第一介质层的氢离子与所述基底表面的悬挂键键合。相应的，根据本专利技术的另一面，本专利技术还提供一种半导体器件结构，所述半导体器件结构包括：一基底；一薄膜层，所述薄膜层覆盖所述基底的上表面；一栅格层，所述栅格层覆盖所述薄膜层；一第一介质层，所述第一介质层覆盖所述栅格层的表面。本专利技术通过在所述栅格层上沉积一包含氢离子的第一介质层，经过退火工艺，促进所述第一介质层中氢离子与晶圆表面的Si的悬挂键进行键合，提高晶圆Si界面悬挂键的键合程度，使半导体器件的Dark Current和BLC性能明显得到改善。以下例举晶圆表面的键合工艺及半导体器件结构的实施例，详细介绍本专利技术的一种晶圆表面的键合工艺及半导体器件结构的内容，应当明确的是，本专利技术的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本专利技术的思想范围之内。请参阅图2-图7，其中示出了本专利技术实施例的所述键合工艺中各个步骤对应的结构示意图，用于简要示出整个制造工艺的流程和最终形成的半导体器件结构图。首先，步骤S1，请参阅图2，提供一基底10，所述基底10为半导体材料，如Si基底，所述基底10的上表面(Si界面)包含有悬挂键(图中省略)。接着，执行步骤S2，如图2所示，在所述基底10上沉积一薄膜层，所述薄膜层包括第一薄膜层11和第二薄膜层12，优选的，所述第一薄膜层11为高K(介电常数)介质层11，所述高K介质层11的材料与所述基底10(Si基底)间有良好界面和高热稳定性，所述高K介质层11的材料可以为氮化物，如Si3N4，SiON等，所述第二薄膜层12为二氧化硅层12。然后，执行步骤S3，如图3所示，在所述第二薄膜层12上沉积一栅格层13，所述栅格层13为一金属栅格层，所述金属栅格层用于后续形成栅格图案。接下来，执行步骤S4，如图4所示，在所述栅格层13上沉积一包含有氢离子的第一介质层，较佳的，所述第一介质层为氮化硅层14，所述氮化硅层14中包含有氢离子，又因为氮化硅具有很高的机械强度，有利于后续化学机械平坦化工艺。接着，执行步骤S5，采用退火工艺，通过退火工艺可以使所述氮化硅层14中的氢离子与所述基底10的表面的悬挂键键合。在一定的退火温度和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆表面的键合工艺，其特征在于，所述键合工艺包括：提供一基底，所述基底的上表面包含有悬挂键；沉积一薄膜层，所述薄膜层覆盖所述基底的上表面；沉积一栅格层，所述栅格层覆盖所述薄膜层；沉积一包含氢离子的第一介质层，所述第一介质层覆盖所述栅格层的表面；采用退火工艺，使所述第一介质层的氢离子与所述基底表面的悬挂键键合。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆表面的键合工艺，其特征在于，所述键合工艺包括：提供一基底，所述基底的上表面包含有悬挂键；沉积一薄膜层，所述薄膜层覆盖所述基底的上表面；沉积一栅格层，所述栅格层覆盖所述薄膜层；沉积一包含氢离子的第一介质层，所述第一介质层覆盖所述栅格层的表面；采用退火工艺，使所述第一介质层的氢离子与所述基底表面的悬挂键键合。2.如权利要求1所述的晶圆表面的键合工艺，其特征在于，所述键合工艺还包括在所述退火工艺后进行沟槽形成及平坦化，所述沟槽形成及平坦化的步骤如下：在所述栅格层和第一介质层中形成若干个沟槽，所述沟槽贯穿所述栅格层和第一介质层；沉积一第二介质层，所述第二介质层填充并覆盖所述沟槽以及所述第一介质层；以所述第一介质层作为停止层，对所述第二介质层进行化学机械平坦化。3.如权利要求2所述的晶圆表面的键合工艺，其特征在于，所述第一介质层的硬度大于所述第二介质层的硬度。4.如权利要求3所述的晶圆表面的键合工艺，其特征在于，所述第二介质层为氧化物层。5.如权利要求1或2或3所述的晶圆表面的键合工艺，其特征在于，所述第一介质层为氮化硅层。6.如权利要求1所述的晶圆表面的键合工艺，其特征在于，所述薄膜层包括第一薄膜层和第二薄膜层。7.如权利要求6所述的晶圆表面的键合工艺，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙鹏，王喜龙，胡胜，王前文，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42