半导体材料的键合方法及键合结构技术

本发明专利技术提供一种半导体材料的键合方法及键合结构，通过在至少一片半导体材料上形成半导体介质和绝缘介质的混合表面，使得键合界面既包括半导体介质与半导体介质的接触区域，又包括半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域。半导体介质与半导体介质的接触区域用于电荷转移，避免电荷累积造成的电弧效应、产品失效、机台污染等问题；半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域用于在较低温度下实现较强的键合强度，减少键合缺陷，保证器件性能，提高产品可靠性。提高产品可靠性。提高产品可靠性。

【技术实现步骤摘要】
半导体材料的键合方法及键合结构


[0001]本专利技术涉及一种半导体材料的键合方法及键合结构。

技术介绍

[0002]为满足电子产品进一步小型化、多功能化的需求，集成电路制造技术随之高速发展，制造过程中越来越多地利用到半导体材料之间的键合工艺。
[0003]图1
‑
图3示出现有的半导体材料（以硅晶圆为例）之间的三种主要键合方式。
[0004]如图1所示，第一晶圆110与第二晶圆120分别进行平坦化处理之后，直接彼此键合，形成硅与硅接触的键合界面；如图2所示，先在第二晶圆120表面沉积形成氧化硅、氮化硅或碳氮化硅等绝缘介质薄膜130，再与第一晶圆110彼此键合（优选的，可于键合步骤前对待键合表面进行预处理），形成硅与绝缘介质接触的键合界面；如图3所示，分别在第一晶圆110、第二晶圆120表面形成绝缘介质薄膜140、130，然后彼此键合（优选的，可于键合步骤前对待键合表面进行预处理），形成绝缘介质与绝缘介质接触的键合界面。
[0005]其中，图1所示键合方式的缺点是键合强度较弱，对键合后热处理温度要求较高（>950℃），影响器件性能，并且容易产生气泡、空洞等键合缺陷。图2、图3所示的键合方式可以在较低温度（<400℃）就可以达到较强的键合强度(>2J/m2)，并且由于硅化物等绝缘介质对气体的吸收作用，减少了气泡、空洞等键合缺陷，但是由于键合界面的绝缘介质隔离作用，后续工艺过程中产生的电荷无法转移消除，会累积在衬底表面，可能会造成电弧效应，或者带来一些缺陷导致产品失效、机台污染等问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种半导体材料的键合方法及键合结构，既能避免电荷累积造成的电弧效应、产品失效、机台污染等问题；又能在较低温度下实现较强的键合强度，减少键合缺陷，保证器件性能，提高产品可靠性。
[0007]基于以上考虑，本专利技术的一个方面提供一种半导体材料的键合方法，包括：提供两片半导体材料，于其中至少一片半导体材料表面形成半导体介质和绝缘介质的混合表面；将所述两片半导体材料彼此键合，使得键合界面既包括半导体介质与半导体介质的接触区域，又包括半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域。
[0008]优选的，所述形成半导体介质和绝缘介质的混合表面的步骤包括：刻蚀所述半导体材料的半导体介质以形成凹槽，于所述凹槽中填充绝缘介质以形成所述混合表面。
[0009]优选的，所述形成半导体介质和绝缘介质的混合表面的步骤包括：于所述半导体材料上沉积绝缘介质，刻蚀所述绝缘介质以形成凹槽，于所述凹槽中填充半导体介质以形成所述混合表面。
[0010]优选的，所述半导体介质包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟中的任意一种或组合。
[0011]优选的，所述半导体介质包括单晶半导体或多晶半导体中的任意一种或组合。
[0012]优选的，所述硅材质的半导体介质包括纯硅或掺杂硅中的任意一种或组合。
[0013]优选的，所述绝缘介质包括氧化硅、氮化硅、碳氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅中的任意一种或组合。
[0014]优选的，所述绝缘介质的厚度大于3nm。
[0015]优选的，所述键合步骤及后处理的温度小于450
°
C。
[0016]本专利技术的另一方面提供一种半导体材料的键合结构，包括彼此键合的两片半导体材料，其中至少一片半导体材料具有半导体介质和绝缘介质的混合表面；键合界面既包括半导体介质与半导体介质的接触区域，又包括半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域。
[0017]优选的，所述半导体介质包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟中的任意一种或组合。
[0018]优选的，所述半导体介质包括单晶半导体或多晶半导体中的任意一种或组合。
[0019]优选的，所述硅材质的半导体介质包括纯硅或掺杂硅中的任意一种或组合。
[0020]优选的，所述绝缘介质包括氧化硅、氮化硅、碳氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅中的任意一种或组合。
[0021]优选的，所述绝缘介质的厚度大于3nm。
[0022]本专利技术的半导体材料的键合方法及键合结构，通过在至少一片半导体材料上形成半导体介质和绝缘介质的混合表面，使得键合界面既包括半导体介质与半导体介质的接触区域，又包括半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域。半导体介质与半导体介质的接触区域用于电荷转移，避免电荷累积造成的电弧效应、产品失效、机台污染等问题；半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域用于在较低温度下实现较强的键合强度，减少键合缺陷，保证器件性能，提高产品可靠性。
附图说明
[0023]通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。
[0024]图1
‑
图3为现有技术的半导体材料的键合方法的示意图；图4为本专利技术的半导体材料的键合方法的流程图；图5为根据本专利技术实施例一的半导体材料的键合方法的示意图；图6为根据本专利技术实施例二的半导体材料的键合方法的示意图；图7为根据本专利技术实施例三的半导体材料的键合方法的示意图；图8为图7中区域A的局部俯视示意图；图9为根据本专利技术实施例四的半导体材料的键合方法的示意图；图10为根据本专利技术实施例五的半导体材料的键合方法的示意图；图11为根据本专利技术实施例六的半导体材料的键合方法的示意图；
图12为图11中区域B的局部俯视示意图；图13为根据本专利技术实施例七的半导体材料的键合方法的示意图；图14为根据本专利技术实施例八的半导体材料的键合方法的示意图。
[0025]在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。
具体实施方式
[0026]为解决上述现有技术中的问题，本专利技术提供一种半导体材料的键合方法及键合结构，通过在至少一片半导体材料上形成半导体介质和绝缘介质的混合表面，使得键合界面既包括半导体介质与半导体介质的接触区域，又包括半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域。半导体介质与半导体介质的接触区域用于电荷转移，避免电荷累积造成的电弧效应、产品失效、机台污染等问题；半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域用于在较低温度下实现较强的键合强度，减少键合缺陷，保证器件性能，提高产品可靠性。
[0027]在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本专利技术一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本专利技术的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本专利技术的所有实施例。可以理解，在不偏离本专利技术的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本专利技术的范围由所附的权利要求所限定。
[0028]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细阐述。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体材料的键合方法，其特征在于，包括：提供两片半导体材料，于其中至少一片半导体材料表面形成半导体介质和绝缘介质的混合表面；将所述两片半导体材料彼此键合，使得键合界面既包括半导体介质与半导体介质的接触区域，又包括半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域。2.如权利要求1所述的半导体材料的键合方法，其特征在于，所述形成半导体介质和绝缘介质的混合表面的步骤包括：刻蚀所述半导体材料的半导体介质以形成凹槽，于所述凹槽中填充绝缘介质以形成所述混合表面。3.如权利要求1所述的半导体材料的键合方法，其特征在于，所述形成半导体介质和绝缘介质的混合表面的步骤包括：于所述半导体材料上沉积绝缘介质，刻蚀所述绝缘介质以形成凹槽，于所述凹槽中填充半导体介质以形成所述混合表面。4.权利要求1所述的半导体材料的键合方法，其特征在于，所述半导体介质包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟中的任意一种或组合。5.如权利要求4所述的半导体材料的键合方法，其特征在于，所述半导体介质包括单晶半导体或多晶半导体中的任意一种或组合。6.如权利要求4所述的半导体材料的键合方法，其特征在于，所述硅材质的半导体介质包括纯硅或掺杂硅中的任意一种或组合。7.如权利要求1所述的半导体材料的键合方法，其特征在于，所述绝缘介质包括氧化硅、氮化硅、碳...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵立新，李朝勇，胡杏，邹文，邱裕明，
申请(专利权)人：格科微电子上海有限公司，
类型：发明
国别省市：