铝锗共晶键合的方法技术

一种铝锗共晶键合的方法，包括：提供第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有第一中央区域和第一边缘区域，所述第二晶圆具有第二中央区域和第二边缘区域；在所述第一晶圆的第一边缘区域上形成铝键合层；在所述铝键合层中形成贯穿铝键合层厚度的第一环状凹槽和环绕第一环状凹槽的第二环状凹槽，所述第一环状凹槽和第二环状凹槽之间的铝键合层为中心铝键合层；在所述第二晶圆的第二边缘区域上形成锗键合层，且所述锗键合层的键合表面面积小于等于所述中心铝键合层的键合表面面积；将所述锗键合层的表面与所述中心铝键合层的表面进行键合。所述方法能够控制键合后形成的共晶合金的厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种。
技术介绍
圆片级键合技术是将两片晶圆互相结合，并使得表面原子相互反应，让表面间的键合能达到一定的强度，从而使两片圆片结合在一体。圆片级键合有多种方法，如熔融键合、热压键合、低温真空键合、阳极键合及共晶键合等。其中，共晶键合以其键合温度低、键合强度高的特点在圆片级键合领域得到了广泛的应用。共晶键合是利用共晶材料熔融温度较低的特点、将其作为中间介质层，在较低的温度下，通过加热使共晶材料熔融并在加压下实现键合，该技术能够有效降低键合面对平整度和清洁度的要求，有利于生产效率的提高。通常在待键合的两圆片表面的键合区域分别制作铝键合层和锗键合层，该两种材料在其后的工艺过程中形成共晶合金，利用该共晶合晶作为中间层将将两圆片连接起来。然而，现有技术中的不能控制键合后形成的共晶合金的厚度。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，能够控制键合后形成的共晶合金的厚度。为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括：提供第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有第一中央区域和第一边缘区域，所述第二晶圆具有第二中央区域和第二边缘区域；在所述第一晶圆的第一边缘区域上形成铝键合层；在所述铝键合层中形成贯穿铝键合层厚度的第一环状凹槽和环绕第一环状凹槽的第二环状凹槽，所述第一环状凹槽和第二环状凹槽之间的铝键合层为中心铝键合层；在所述第二晶圆的第二边缘区域上形成锗键合层，且所述锗键合层的键合表面面积小于等于所述中心铝键合层的键合表面面积；将所述锗键合层的表面与所述中心铝键合层的表面进行键合。可选的，所述第一环状凹槽的横截面面积与所述中心铝键合层的键合表面面积的比值为1:10?1:15 ;所述第二环状凹槽的横截面面积与所述中心铝键合层的键合表面面积的比值为1:10?1:15。可选的，所述锗键合层的键合表面的面积与所述中心铝键合层的键合表面的面积的比值为0.6?1。可选的，还包括，在所述第一晶圆和所述铝键合层之间形成阻挡层。可选的，所述阻挡层的材料为氮化钛。可选的，对所述锗键合层和所述铝键合层的接触面加热加压进行键合。可选的，所述锗键合层和所述铝键合层进行键合时，施加的温度为425摄氏度?432摄氏度，施加的压强为0. 95E6帕?1. 15E6帕。可选的，所述锗键合层的厚度为0.65 μ m?0.8 μ m。可选的，所述招键合层的厚度为0.9 μ m?1.5 μ m。本专利技术还提供一种半导体器件，包括:第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有第一中央区域和第一边缘区域，所述第二晶圆具有第二中央区域和第二边缘区域；铝键合层，位于所述第一晶圆的第一边缘区域上；第一环状凹槽，贯穿所述铝键合层的厚度；第二环状凹槽，贯穿所述铝键合层的厚度且环绕第一环状凹槽，所述第一环状凹槽和第二环状凹槽之间的铝键合层为中心铝键合层；锗键合层，位于所述第二晶圆的第二边缘区域上，且所述锗键合层的键合表面面积小于等于所述中心铝键合层的键合表面面积。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点:(1)由于所述锗键合层的键合面积小于等于所述中心铝键合层的键合表面的面积，在将所述锗键合层的表面与所述中心铝键合层的表面进行键合的过程中，所述锗键合层中的锗原子进入中心铝键合层中进行键合；而对于第一环状凹槽内周的铝键合层和第二环状凹槽外周的铝键合层，第一环状凹槽和第二环状凹槽将其和所述中心铝键合层隔离开，在键合的过程中锗原子不会进入第一环状凹槽内周和第二环状凹槽外周的铝键合层，且由于第一环状凹槽内周、第二环状凹槽外周的铝键合层和所述第二晶圆接触后发生键合需要的温度比中心铝键合层和锗键合层进行键合的共晶温度高，因此，第一环状凹槽内周、第二环状凹槽外周的铝键合层在中心铝键合层和锗键合层进行键合的过程中不会熔化，能够起到支撑第一晶圆和第二晶圆的作用，从而使得键合后形成的共晶合金的厚度与第一环状凹槽内周和第二环状凹槽外周的铝键合层的厚度一致，能够控制键合后形成的共晶合金的厚度。(2)进一步的，所述第一环状凹槽的横截面面积与所述中心铝键合层的键合表面面积的比值为1:10?1:15 ;所述第二环状凹槽的横截面面积与所述中心铝键合层的键合表面面积的比值为1:10?1:15。在此值范围内，所述第一环状凹槽内周和第二环状凹槽外周的铝键合层能够充分的支撑对所述中心铝键合层和所述锗键合层的接触面施加的压力，且使得第一环状凹槽和第二环状凹槽具有足够的空间容纳溢出的共晶合金，从而精准的控制键合后形成的共晶合金的厚度。【附图说明】图1至图5是现有技术中铝锗共晶键合过程的示意图；图6是现有技术中铝锗共晶键合后的扫描电子显微镜图；图7至图14是本专利技术一实施例中铝锗共晶键合过程的示意图。【具体实施方式】正如
技术介绍
所述，现有技术中难以控制键合后形成的共晶合金的厚度。图1至图5是现有技术中铝锗共晶键合过程的示意图。参考图1，提供第一晶圆100，所述第一晶圆100具有第一中央区域(I区域)和与所述第一中央区域相邻的第一边缘区域(II区域)；在第一晶圆100的第一边缘区域上形成铝键合层130。所述铝键合层130和第一晶圆100之间还形成有氮化钛层120。参考图2，图2为图1中铝键合层130的立体示意图，所述铝键合层130呈中空环状结构。参考图3，提供第二晶圆110，所述第二晶圆110具有第二中央区域(III区域)和与所述第二中央区域相邻第二边缘区域(IV区域)；在所述第二晶圆110的第二边缘区域上形成锗键合层140，所述锗键合层140的键合表面的面积等于所述铝键合层130的键合表面的面积。参考图4，图4为图3中锗键合层140的立体示意图，所述锗键合层140呈中空环状结构。所述锗键合层140的位置和第一晶圆100上所述铝键合层130的位置对应，以便与后续的键合。参考图5，将所述锗键合层140的键合表面与所述铝键合层130的键合表面接触，且边缘对准，并对所述锗键合层140和所述铝键合层130的接触面加热加压进行键合。键合后形成共晶合金150，溢出的共晶合金150为溢料151。研究发现，在现有技术中铝锗共晶键合的过程中，由于不能精确控制施加在锗键合层和铝键合层接触面上的压力分布，通常为了使得所述铝键合层和所述锗键合层键合的牢固，以使得所述锗键合层中的锗原子充分的进入所述铝键合层中，施加的压力会较大，导致在共晶键合的过程中，形成的共晶合金会发生溢出的现象(参考图5中溢料151)，溢出的部分流向所述锗键合层和铝键合层的外周，且由于所述锗键合层的键合表面的面积等于和所述铝键合层的键合表面的面积一致，在键合的过程中，所述锗键合层的键合表面与所述铝键合层的键合表面边缘对准，所述锗键合层整个键合表面和所述铝键合层的整个键合表面均发生键合，使得所述锗键合层和所述铝键合层均处于熔融状态，形成的共晶合金的厚度在对所述锗键合层和所述铝键合层的接触面施加压力的作用下变化，导致不能精确控制键合后形成的共晶合金的厚度。参考图6，图6为现有技术中所述铝键合层和所述锗键合层进行键合之后进行的扫描电子显微镜观察得到的扫描电子显微镜图，显示出键合后的共晶合金溢出现象严重，存在较多的溢料151。在此基础上，本专利技术一实施例提供一种，通过在铝键合层中形成贯穿铝键合层厚度的第一环状凹槽和环绕第一环状凹槽的第二环状凹槽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝锗共晶键合的方法，其特征在于，包括：提供第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆具有第一中央区域和第一边缘区域，所述第二晶圆具有第二中央区域和第二边缘区域；在所述第一晶圆的第一边缘区域上形成铝键合层；在所述铝键合层中形成贯穿铝键合层厚度的第一环状凹槽和环绕第一环状凹槽的第二环状凹槽，所述第一环状凹槽和第二环状凹槽之间的铝键合层为中心铝键合层；在所述第二晶圆的第二边缘区域上形成锗键合层，且所述锗键合层的键合表面面积小于等于所述中心铝键合层的键合表面面积；将所述锗键合层的表面与所述中心铝键合层的表面进行键合。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄锦才，刘玮荪，
申请(专利权)人：上海华虹宏力半导体制造有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31