[其他]半导体直接键合的表面处理方法

说明书

用于半导体片直接键合的表面处理方法，采用等离子体表面处理，不仅可以增加半导体表面的ＯＨ浓度，而且可以增加表面层内原子活性，从而显著增大键合强度。本方法可以在半导体表面生长绝缘层的同时完成，操作方便，成本低，便于在批量生产中应用。

本发明是一种用于半导体片直接键合的表面处理方法，属于半导体片直接键合技术。

利用半导体片直接键合制备SOI（Semiconductor on Insulator）、IOS或PN结材料的技术，首先是美国学者于1985年提出的。而日本学者于1986年使该技术实用化。在SDB（Semiconductor Direct Bonding）技术中，一项关键的工艺是对半导体片进行表面亲水处理。目前在公开发表的文献中只提到用某种酸或有机械进行表面处理，而没有公开具体的化学配方和工艺条件。

本发明的目的在于提供一种用于SDB技术中半导体片表面亲水处理的新方法。

本发明利用半导体片经适当气体的等离子体表面处理可以增加表面层的OH浓度和表面层原子活性的原理，对用于直接键合的半导体片进行表面处理。从而增加半导体片的键合强度。本发明的特点在于将清洗好的半导体片置于利用直流、直流弧、交流、高频或微波方法激发产生的等离子体中进行表面处理。处理温度为室温至1300℃，最好控制在500～1000℃;等离子体为O₂、H₂、N₂、HN₃、H₂O或其适当比例混合的气体。气体的混合比例可以为10∶1～1∶10。所处理的半导体片可以是本征型。也可以是掺杂型（N型或P型），还可以是在表面已生长绝缘层的半导体片。等离子处理的时间为5～140分钟。本处理方法既可以单独进行，也可以和适当的化学处理组合进行。

本发明和已有的化学亲水处理方法相比，具有以下优点：

1.化学亲水处理只是增加半导体片表面的OH浓度，而等离子体物理化学处理既可以增加半导体表面的OH浓度，又可以增加表面层内原子活性，从而显著增大键合强度。2.等离子体物理化学亲水处理可以在半导体表面生长绝缘层的同时完成。3.等离子体物理化学亲水处理是在真空中进行的。减少了半导体的沾污。4.等离子体物理化学亲水处理成本低，便于在批量生产中应用。

本发明可以采用下列实施例的方式实现：经镜面处理并用化学清洗液清洗后的硅片。放到等离子体处理系统中，先抽真空（真空度为10^-1～10^-5乇）。再加入用10MHZ高频电源激发的氧等离子体，衬底加热到900℃，使表面生长一定厚度的SiO₂膜后，再通以N₂和HN₃的混合气体，两者的比例可以为（N₂∶NH₃＝1∶1），硅片经过20分钟的等离子体处理即可。