[发明专利]用包含氮和氢的等离子体在接合铜-氧化物混合的表面之前的处理

说明书

技术领域

本发明涉及将第一表面接合到第二表面的方法，所述第一表面提供有由氧化硅区域围绕的至少一个铜区域。

背景技术

分子键合或者直接接合是将两个表面设置为直接接触，而不采用诸如胶水、蜡、低熔化温度的金属等的特定材料。要设置成接触的表面可为亲水的或疏水的。

疏水表面例如可为硅晶片（或基板）的没有氧化硅的暴露表面，而亲水表面例如可为硅晶片的包括薄氧化硅层的暴露表面。

分子键合方法还要求要键合的表面足够光滑、没有粒子或污染物，以使它们具有适配的表面化学性质，并且足以接近以发生接触。在此情况下，两个表面之间的吸引力足够强以导致分子键合。

通常在表面的化学清洗后在室温和室压下进行接合。然而，随后的热处理例如一般在1000℃的量级上执行以加强接合能量。现在，在非常大量的应用中，不允许在这个温度下进行热处理。

已经提出在将要接合的表面设置为接触后不需要在这样的高温下进行热处理的接合方法。这些方法通常包括在设置为接触之前的表面活化步骤，这能将热接合固结（consolidation）处理限制在200和400℃之间。

该接合方法可特别用于形成三维基板互连，以最小化电子部件。在此情况下，要接合的表面通常包括旨在彼此设置为接触的铜区域以提供电接触。这样的铜区域还通常由氧化硅区域围绕，以保证同一基板的数个区域之间的电绝缘和表面之间的接合。这样的表面更具体地称为Cu-氧化物的异质（或混合的）表面。

在设置接触的位置，可能有微小的位移不可避免地发生在要接合的表面的各铜区域之间。于是对于该位移，在接合时涉及三种类型的界面：

-一个铜表面和另一个氧化硅表面之间的界面（Cu-SiO₂界面）

-一个铜表面和另一个铜表面之间的界面（Cu-Cu界面）

-以及一个氧化硅表面和另一个氧化硅表面之间的界面（SiO₂-SiO₂界面）。

为了获得良好的接合和良好的电性能，必须为每个类型的界面执行具体的处理：

-需要在Cu/SiO₂界面的位置形成阻挡物，以阻挡铜从第二表面的铜区域扩散到第一表面的氧化硅区域，

-在SiO₂-SiO₂界面的位置，为了良好的接合必须活化氧化硅，

-在Cu-Cu界面，需要去除要接合的每个表面的铜区域的位置自然形成的氧化铜，以改善部件的电性能。

目前，对应于这些不同界面的问题仍是彼此独立地解决。

此外，考虑到Cu-氧化物混合表面的异质性，当这样的混合表面直接接合至另一表面时，例如与连续的氧化硅或金属或半导体材料层的暴露表面直接接合时，也因遇到的界面类型不同而会出现问题。

发明内容

本发明的目标是提供易于实现且经济可行的独特的解决方案，以在设置有由氧化硅区域围绕的至少一个铜区域的第一表面和第二表面之间实现高质量接合。

根据本发明，该目标通过将设置有由氧化硅区域围绕的至少一个铜区域的第一表面接合到第二表面的方法实现，

其特征在于，在第一和第二表面设置为接触前，第一表面经历等离子体处理操作，所述等离子体由包含氧化硅氮化剂和包含氢的氧化铜还原剂的气源形成。

根据本发明的第一进展，氮化剂是二氮，并且还原剂选自氨水和二氢。

根据本发明的第二进展，氮化剂是氧化亚氮，并且还原剂是二氢。

根据本发明的第三进展，还原剂是氨，氮化剂同样由氨形成。

根据一具体实施例，第二表面设置有由氧化硅区域围绕的至少一个铜区域，在设置为接触前，第二表面也经历等离子体处理操作，所述等离子体由包含氧化硅渗透剂和基于氢的氧化铜还原剂的气源形成。

附图说明

通过下面对本发明特定实施例的描述，其它的优点和特征将变得更明显，本发明的特定实施例仅出于非限定性示例的目的给出，并且表示在附图中，其中：

图1至4以截面图的方式示意性地示出了直接接合两个异质表面的特定实施例的不同步骤。

具体实施方式

图1至4示出了一具体实施例用于接合分别属于基板2和2’的两个异质的Cu-氧化物表面1和1’。

每个基板2（或2’）优选是由诸如硅晶片的半导体材料制造的基板。如图1所示，它包括优选为平面的表面1或1’，且该表面1或1’具有至少一个铜区域3或3’，由基板中形成的硅区域4或4’围绕。