一种异质键合结构的制备方法及异质键合结构技术

本申请公开了一种异质键合结构的制备方法及异质键合结构，通过在第一晶圆的键合面刻蚀形成微流道结构，且微流道结构包括呈蜂巢状排布的多个正六边形微流道，从而形成优良的热、气输运网络，以在第二晶圆的键合面和第一晶圆的键合面键合时，使得正六边形微流道所包围的非流道区在键合过程中产生的气体可以非常容易地排放到周围的微流道中，继而排出，减少或防止异质晶圆键合过程中气泡的残留，并且，在后续对第一晶圆和第二晶圆键合后的复合结构进行退火处理时，微流道结构还可以为释放退火处理过程中产生的热应力提供空间余量，减小复合结构在退火过程中产生的热应力而带来的不良影响，整体上提高异质键合结构的质量。整体上提高异质键合结构的质量。整体上提高异质键合结构的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种异质键合结构的制备方法及异质键合结构


[0001]本申请涉及半导体材料
，尤其涉及一种异质键合结构的制备方法及一种异质键合结构。

技术介绍

[0002]随着摩尔定律的发展遇到瓶颈，单一材料硅衬底已经不能满足器件小型化和功能多样化的要求，异质集成技术提供了改进的新思路，异质集成技术是将不同功能的材料或器件异质集成，以开发出多功能集成的电子模块。
[0003]在众多异质集成技术中，晶圆键合技术已广泛应用于半导体材料与器件工艺领域中。由于晶圆键合技术对材料晶格匹配度要求较低，因此具有较高的灵活性和可靠性。通常，在异质晶圆键合前会对晶圆表面进行等离子体活化处理，形成悬挂件。在键合过程中，悬挂件(如对于亲水键合为羟基)发生键合反应生成气体分子(如水汽)，异质晶圆界面之间的气体分子如不能及时排出，将形成气泡。并且，由于异质材料存在热膨胀系数失配，使键合结构在高温退火及冷却过程中会产生巨大的热应力，热应力可能导致气泡聚集，甚至发生崩裂，严重影响键合质量。
[0004]因此，在异质晶圆键合过程中，促使键合产生气体高效排出，并减小在温变下产生的热应力影响实属必要。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种异质键合结构的制备方法及一种异质键合结构，以在异质晶圆键合过程中，促使键合产生气体高效排出，并减小在温变下产生的热应力影响。
[0006]为实现上述目的，本申请实施例提供了如下技术方案：
[0007]一种异质键合结构的制备方法，包括：
[0008]提供第一晶圆，所述第一晶圆具有第一表面，对所述第一晶圆的第一表面进行刻蚀形成微流道结构，所述微流道结构包括呈蜂巢状排布的多个正六边形微流道；
[0009]提供第二晶圆，所述第二晶圆具有第二表面，从所述第二晶圆的第二表面进行离子注入，在所述第二晶圆中距离所述第二表面的预设深度处形成缺陷层；
[0010]将所述第一晶圆的第一表面和所述第二晶圆的第二表面键合，形成第一复合结构，且键合过程中产生的气体从所述微流道结构中释放；
[0011]对所述第一复合结构进行第一次退火处理，以沿所述缺陷层将所述第二晶圆中位于所述缺陷层背离所述第一晶圆一侧的部分剥离掉，形成第二复合结构；
[0012]对所述第二复合结构进行第二次退火处理，以加固所述第一表面和所述第二表面的键合，且所述微流道结构为释放所述第二次退火处理过程中产生的热应力提供空间余量；
[0013]对进行所述第二次退火处理后的第二复合结构进行降温，形成异质键合结构。
[0014]可选的，从所述第二晶圆的第二表面进行离子注入，在所述第二晶圆中距离所述第二表面的预设深度处形成缺陷层包括：
[0015]对所述第二晶圆的第二表面进行氢离子注入，在所述第二晶圆中距离所述第二表面的预设深度处形成缺陷层。
[0016]可选的，将所述第一晶圆的第一表面和所述第二晶圆的第二表面键合，形成第一复合结构，且键合过程中产生的气体从所述微流道结构中释放包括：
[0017]对所述第一晶圆的第一表面进行等离子体活化处理，以在所述第一晶圆的第一表面形成悬挂件，并对所述第二晶圆的第二表面进行等离子体活化处理，以在所述第二晶圆的第二表面形成悬挂件；
[0018]将所述第一晶圆的第一表面和所述第二晶圆的第二表面相对，使所述第一晶圆的第一表面的悬挂件和所述第二晶圆的第二表面的悬挂件发生键合反应，从而使所述第一晶圆的第一表面和所述第二晶圆的第二表面键合，形成第一复合结构，且键合过程中产生的气体从所述微流道结构中释放。
[0019]可选的，在对所述第一复合结构进行第一次退火处理时，还使得所述微流道结构由所述第一晶圆的第一表面沿背离所述第一晶圆的方向延伸至所述第二复合结构背离所述第一晶圆的表面。
[0020]可选的，在对所述第一复合结构进行第一次退火处理时，所述微流道结构也为释放所述第一次退火处理过程中产生的热应力提供空间余量。
[0021]可选的，所述第二次退火处理的工艺条件包括在真空环境下进行，或者，在空气、氮气、氩气以及氦气中的至少一种气体所形成的保护气氛下进行；退火温度的取值范围为1000℃
‑
1200℃，包括端点值；退火时间的取值范围0.5h
‑
3h，包括端点值。
[0022]可选的，所述微流道结构中，所述正六边形微流道的线宽s满足：0.5μm≤s≤3.0μm。
[0023]可选的，所述微流道结构中，所述正六边形微流道由所述第一晶圆的第一表面嵌入所述第一晶圆的深度d满足：1.5μm≤d≤2.5μm。
[0024]可选的，所述微流道结构中，所述正六边形微流道的边长a满足：1.0cm≤a≤1.5cm。
[0025]一种异质键合结构，所述异质键合结构采用上述任一项所述的异质键合结构的制备方法制备得到。
[0026]与现有技术相比，上述技术方案具有以下优点：
[0027]本申请实施例所提供的异质键合结构的制备方法，首先在第一晶圆的第一表面刻蚀形成微流道结构，微流道结构包括呈蜂巢状排布的多个正六边形微流道，并在第二晶圆的第二表面进行离子注入，在第二晶圆中距离第二表面的预设深度处形成缺陷层，从而在将第一晶圆的第一表面和第二晶圆的第二表面键合形成第一复合结构时，微流道结构在异质晶圆键合界面构成输运管道，使得键合过程中产生的气体可以从微流道结构中释放，并且，在微流道结构中，各正六边形微流道呈蜂巢状密排，由于正六边形接近各向同性，且在一定面积下，正六边形具有较小的网络周长，因此，正六边形微流道所包围的非流道区在键合过程中产生的气体可以非常容易地排放到周围的微流道中，继而排出，即能够促使键合产生气体高效排出，减少或防止异质晶圆键合过程中气泡的残留。
[0028]进而，对第一复合结构进行第一次退火处理，以沿缺陷层将第二晶圆中位于缺陷层背离第一晶圆一侧的部分剥离掉，形成第二复合结构；然后，对第二复合结构进行第二次退火处理，以加固异质晶圆的键合，此时，微流道结构还可以为释放第二次退火处理过程中产生的热应力提供空间余量，减小第二复合结构在退火加固键合的过程中产生的热应力而带来的不良影响，提高最终得到的异质键合结构的质量。
[0029]由此可见，本申请实施例所提供的异质键合结构的制备方法，通过在第一晶圆的键合面(第一表面)刻蚀形成微流道结构，且微流道结构包括呈蜂巢状排布的多个正六边形微流道，从而在第一晶圆和第二晶圆的交界面形成优良的热、气输运网络，在异质晶圆键合过程中，促使键合产生气体高效排出，并减小在温变下产生的热应力影响，提高最终得到的异质键合结构的质量。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异质键合结构的制备方法，其特征在于，包括：提供第一晶圆，所述第一晶圆具有第一表面，对所述第一晶圆的第一表面进行刻蚀形成微流道结构，所述微流道结构包括呈蜂巢状排布的多个正六边形微流道；提供第二晶圆，所述第二晶圆具有第二表面，从所述第二晶圆的第二表面进行离子注入，在所述第二晶圆中距离所述第二表面的预设深度处形成缺陷层；将所述第一晶圆的第一表面和所述第二晶圆的第二表面键合，形成第一复合结构，且键合过程中产生的气体从所述微流道结构中释放；对所述第一复合结构进行第一次退火处理，以沿所述缺陷层将所述第二晶圆中位于所述缺陷层背离所述第一晶圆一侧的部分剥离掉，形成第二复合结构；对所述第二复合结构进行第二次退火处理，以加固所述第一表面和所述第二表面的键合，且所述微流道结构为释放所述第二次退火处理过程中产生的热应力提供空间余量；对进行所述第二次退火处理后的第二复合结构进行降温，形成异质键合结构。2.根据权利要求1所述的异质键合结构的制备方法，其特征在于，从所述第二晶圆的第二表面进行离子注入，在所述第二晶圆中距离所述第二表面的预设深度处形成缺陷层包括：对所述第二晶圆的第二表面进行氢离子注入，在所述第二晶圆中距离所述第二表面的预设深度处形成缺陷层。3.根据权利要求1所述的异质键合结构的制备方法，其特征在于，将所述第一晶圆的第一表面和所述第二晶圆的第二表面键合，形成第一复合结构，且键合过程中产生的气体从所述微流道结构中释放包括：对所述第一晶圆的第一表面进行等离子体活化处理，以在所述第一晶圆的第一表面形成悬挂件，并对所述第二晶圆的第二表面进行等离子体活化处理，以在所述第二晶圆的第二表面形成悬挂件；将所述第一晶圆的第一表面和所述第二晶圆的第二表面相对，使所述第一晶圆的第一表面的悬挂件和所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：周虹珊，王磊，李博，陆芃，李晓静，朱慧平，高林春，张学文，杨灿，
申请(专利权)人：中国科学院微电子研究所，
类型：发明
国别省市：