使用多孔化表面用于制作堆栈结构的接合方法技术

本发明专利技术涉及一种使用多孔化表面用于制作堆栈结构的接合方法，其中，揭露有具有至少一多孔化表面的接合装置。多孔化工艺将纳米多孔性孔洞带进装置接合表面的微结构。多孔化材料的材料特性比非多孔化材料软。对于相同的接合条件，与非多孔化材料相比较，多孔化接合表面的使用得强化接合接口的接合强度。

【技术实现步骤摘要】
使用多孔化表面用于制作堆栈结构的接合方法
本专利技术涉及一种使用多孔化表面(porosifiedsurface)的接合方法。
技术介绍
近来三维(3D)芯片、晶粒以及晶圆整合（下面共称为堆栈结构）的创新己带来较多的装置微缩化以及速度与密度上的技术进步，功耗与成本也跟着降低。然而，结合影响3D集成电路(IC)堆栈结构可制造性及量产的相关议题目前正阻碍更具成本效益的微缩化。目前的接合工艺，例如铜对铜(Cu-Cu)接合、氧化物接合、焊接接合、或其它聚合物接合工艺，无法妥善解决产业界对于精密对齐、接合强度、电互连、以及可制造性持续增加的需求。例如，包含互补式金属氧化物半导体(CMOS)晶圆的晶圆接合必须将接合温度限制在大约400℃。另外，必须对晶圆施加高力量(highforce)以达到合理的接合强度。然而，将高接合力量施加于晶圆对晶圆层级接合可能会增加晶圆破坏。因此，存在一种对于能够以较低接合力量及较低温度制造具有改良式对齐、接合强度、电互连、以及可制造性的3DIC堆栈结构的接合方法论需求。
技术实现思路
一种用于接合半导体表面以通过具备具有第一装置与第一接合区的第一半导体表面以及具有第二接合区的半导体表面产生堆栈结构的方法。在第一或第二接合区上形成多孔化表面。通过施加压力及热量对齐并且接合第一与第二接合区。在另一具体实施例中，在于多孔化表面上方具有金属层的第一或第二接合区上形成多孔化表面。通过施加压力及热量对齐并且接合第一与第二接合区。在又一具体实施例中，在第一或第二接合区上形成多孔化表面。在其它接合区的表面上形成烧结金属(sinteredmetal)或金属纳米线(metalnanowire)的层件。通过施加压力及热量对齐并且接合第一与第二接合区。在第四具体实施例中，在于多孔化表面上方具有金属层的第一或第二接合区上形成多孔化表面。在其它接合区的表面上形成烧结金属或金属纳米线的层件。通过施加压力及热量对齐并且接合第一与第二接合区。这些具体实施例连同本文所述的其它优点及特征透过引用以下说明及附图将变得显而易知。另外，要理解的是本文所述各个具体实施例的特征不互斥并且可存在于各个组合及排列中。附图说明在图式中，相称的组件符号在所有图中普遍意指相同的部件。还有，图式不一定依照比例绘制，反而为了描述本专利技术的原理而普遍加以强调。在以下的说明中，本专利技术的各个具体实施例为引用以下的图式予以说明，其中：图1显示第一装置的一个具体实施例的剖面图；图2显示第一装置的另一具体实施例的剖面图；图3显示第二装置的一个具体实施例的剖面图；图4显示第二装置的另一具体实施例的剖面图；图5显示具有第一装置与第二装置的接合装置的一个具体实施例的剖面图；图6显示具有第一装置与第二装置的接合装置的第二具体实施例的剖面图；图7显示具有第一装置与第二装置的接合装置的第三具体实施例的剖面图；图8显示具有第一装置与第二装置的接合装置的第四具体实施例的剖面图；图9a至图9e显示根据本专利技术的一个具体实施例的用于形成第一装置的处理流程。图10a至图10c显示根据本专利技术的一个具体实施例的在第一装置上制造多孔化层的不同方法的流程图；以及图11a至图11c显示根据本专利技术的一个具体实施例的用于形成第二装置的处理流程。符号说明100第一装置105衬底110装置区、装置120阻挡层140保护层130多孔化层175凹槽180介电侧壁185移动部件200第一装置230多孔化层240金属层、保护层300第二装置310装置层、装置302顶部表面303底部表面305衬底350互连件365介电层370互连介电层400第二装置405衬底450互连件460金属层500装置503表面600装置603表面700装置703表面800装置803表面。具体实施方式在以下的说明中，具体实施例涉及微机电系统(MEMS)装置与半导体IC装置之间的晶圆接合（晶圆对晶圆）。一般而言，具体实施例进一步适用于晶圆对芯片以及芯片对芯片接合，包括MEMS、半导体IC或其它混合装置。MEMS装置可有各种类型，如射频(RF)MEMS、惯性MEMS或生医MEMS(BioMEMS)。也可使用其它种MEMS装置。半导体IC装置可有各种类型，如双载子晶体管(Bipolar)或互补式金属氧化物半导体(CMOS)。也可使用其它种半导体装置。具体实施例涉及制备待接合表面以对于施加低接合力量达到高接合强度。具体实施例可用于例如晶圆级接合、晶圆级封装或晶圆级封端(waferlevelcapping)。其它种应用也可有用。其它态样、特征、以及技术功效经由以下的详细说明对熟练本技术的人士将显而易知，其中，简单地通过经深思最佳模式的描述表示并且说明较佳具体实施例。本揭露能够有其它及不同的具体实施例，并且其许多细节能够有各种明显方面的改进。因此，图式及说明本质上要予以视为描述而非具有限制性。图1显示第一装置100的一个具体实施例的剖面图。提供的是衬底105。衬底，例如是半导体衬底，如硅衬底。衬底也可为其它种衬底，如硅锗(SiGe)、锗(Ge)、砷化镓(GaAs)、上覆硅绝缘体(SOI)或任何其它适用的半导体材料。在一具体实施例中，衬底包括p型掺杂硅衬底。p型掺杂衬底可为高度掺杂p型衬底。其它种包括未掺杂或掺有相同或其它类掺质的半导体衬底也可有作用。装置区110界定在衬底上。装置，例如可为CMOS装置、MEMS、或其它类半导体装置。在一具体实施例中，装置区110是MEMS装置。MEMS装置，例如可为RFMEMS、惯性MEMS或生医MEMS。也可用使其它种MEMS装置。阻挡层120界定在衬底上。阻挡层是用以防止底下主动面多孔化的介电材料。在一具体实施例中，介电材料可为氧化物、氮化物、氮氧化物或其组合。其它类介电材料也可有作用。阻挡层也可为用以形成例如介电堆栈或夹层(sandwich)的多个介电层。介电层的其它配置也可有作用。阻挡层界定一或多个第一接合区。描述性地，衬底上设置两个第一接合区。提供其它数量的接合区也可有作用。例如，可提供围绕衬底或装置外围而设置的接合区。接合区对应于阻挡层所曝露的区域。第一接合区的形状及尺寸取决于要予以接合的对端接触区，有考虑到如失准(misalignment)的工艺条件。例如，开口形状可为侧边尺寸大约50X50μm的正方形。提供其它形状或尺寸也可有作用。阻挡层应该厚到足以防止下方衬底多孔化。例如，阻挡层的厚度可为大约0.1μm到2μm。其它阻挡层厚度例如取决于于工艺要求也可有作用。在第一接合区中形成多孔化层130。在一具体实施例中，通过多孔化所曝露衬底区形成多孔化层。例如，可通过所曝露衬底区的染色蚀刻(stainetching)或阳极化形成多孔化层。其它用于形成多孔化层的工艺也可有作用。在一具体实施例中，多孔化工艺将纳米多孔性孔洞带进衬底，在主动区中产生例如硅的微结构。多孔性软化材料，使材料更容易变形。多孔化层在施加接合力量下增加接触区与另端(opposite)接合表面的有效接触面积。对于相同的接合力量，包含多孔材料的接合系统将具有与非多孔材料相比较大的有效接触面积及从而较强的接合强度。温度升高时，多孔材料内也可容易出现回流，进一步提升接合品质。在一具体实施例中，硅主动区遭受多孔化。多孔化层的厚度可为大约1nm到5μ本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于接合半导体表面的方法，其包含：提供具有第一接合区的第一衬底，其中，该接合区包含为多孔化表面的第一接合表面；提供具备具有第二接合表面的第二接合区的第二衬底；于高温通过施加压力对齐并且接合该第一接合表面与该第二接合表面。

【技术特征摘要】
2012.07.27 US 13/559,6261.一种用于接合半导体表面的方法，其包含：提供其表面具有第一接合区的第一衬底以及形成在该第一衬底上的阻挡层以界定该第一接合区，其中，该第一接合区包含为多孔化表面的第一接合表面；提供具备具有第二接合表面的第二接合区的第二衬底，其中，该第二接合表面由包含TSV接触的第二导电性接触的表面提供；对齐该第一接合区与该第二接合区；以及于高温通过施加压力接合该第二导电性接触至该第一接合区。2.根据权利要求1所述的方法，其中，该多孔化表面包含选自硅、锗或硅锗的材料。3.根据权利要求2所述的方法，其包含在该第一接合区中形成该多孔化表面，其中，形成该多孔化表面包含染色蚀刻或阳极化。4.根据权利要求1所述的方法，其包含在该第一接合区中形成该多孔化表面，其中，形成该多孔化表面包含染色蚀刻或阳极化。5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含在该第一接合区的该多孔化表面上方形成第一金属层，其中，该多孔化表面导致该第一金属层在接合之后保持与该多孔化表面直接接触。6.根据权利要求5所述的方法，其进一步包含在该第二导电性接触上方形成第二金属层，其中，该第二金属层接合至该第一接合区中的该第一金属层。7.根据权利要求6所述的方法，其中，该第一及第二金属层包含钛Ti、铜Cu或铝Al。8.根据权利要求6所述的方法，其中，该第一及第二金属层包含烧结金属或金属纳米线。9.根据权利要求4所述的方法，其进一步包含在该第二导电性接触上方形成第二金属层，其中，该第二金属层接合至该第一接合区的该多孔化表面。10.根据权利要求9所述的方法，其中，该第二金属层包含钛Ti、铜Cu、铝Al。11.根据权利要求1所述的方法，其进一步包含在该第一接合区的该多孔化表面上方形成第一金属层，其中，该多孔化表面导致该第一金属层以在接合之后保持与该多孔化表面直接接触。12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包含在该第二导电性接触上方形成第二金属层，其中，该第二金属层接合至该第一接合区中的该...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·K·科特兰卡，R·库马尔，P·奇拉亚瑞卡帝维度桑卡拉皮莱，H·林，P·耶勒汉卡，
申请(专利权)人：新加坡商格罗方德半导体私人有限公司，
类型：发明
国别省市：