[发明专利]一种键合晶圆的结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶圆键合技术领域，特别涉及到一种键合晶圆的结构及其制备方法。

背景技术

随着集成电路的发展，晶圆键合被证明是一种直接有效的组装、加工、制造基底材料的方法，并且在半导体领域、微电子领域、MEMS以及光电器件的制造领域得到了广泛的应用，特别是低温直接键合的方式在绝缘硅(SOI)制造工艺中得到了更加深入的体现。

晶圆键合是指两个表面平整洁净的晶圆在一定条件下可以通过表面的化学键互相连接起来。晶圆键合具有半导体工艺的兼容性和灵活性，在键合过程中一般采用BCB(苯并环丁烯)为键合介质材料，这种键合材料的存在散热性差的缺点，因此键合界面处会产生较多气泡，导致键合强度低的键合键合质量问题；这些键合质量问题容易产生引起光耦合散射或损失的界面空隙。因此现有的晶圆键合技术中仍然存在空隙率高以及键合强度低的问题。

研究中表明Al₂O₃的散热性质和扩散阻挡层性质是优异的。因此，对于粘合以及3D集成电路应用而言，Al₂O₃的众多优点正在越来越受欢迎。已经在硅上的III-V绝缘体上绝缘体(SOI)结构中证明了使用原子层沉积(AlD)Al₂O₃，以在In0.53Ga0.47As-OI和Al₂O₃掩埋氧化物的底界面处获得优异的性能。

然而，键合质量仍然受到可能引起光耦合散射或损失的界面空隙的限制。这些空隙是由界面聚合反应产生的气体副产物(主要由H₂和H₂O分子组成)在残余键合界面已经研究了几种方法来抑制界面空隙密度。有研究表明InP-on-SOI在结合中使用垂直排气通道(VOC)，以将气体副产物吸收并扩散到多孔埋入的SiO₂层中。虽然已经实现了无空隙的粘合，但是发现这些吸收的气体在高温后粘合过程中会导致严重的膜分层。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有技术中存在的空隙率高以及键合强度低的技术问题，提供一种新的键合晶圆的结构及其制备方法，该技术方法具有降低空隙率以及提高键合强度的技术特点。

为解决上述技术问题，采用的技术方案如下：

一种键合晶圆的结构，包括第一晶圆和第二晶圆，所述第二晶圆位于第一晶圆的上方，所述第一晶圆与第二晶圆之间设置有中间层，所述中间层包括气体通道和三氧化二铝层，所述气体通道设置在三氧化二铝层内，且气体通道横向贯穿三氧化二铝层。

进一步的：所述气体通道为三氧化二铝层经过混合气体刻蚀形成的等间距气体通道。

进一步的：所述等间距气体通道为凹槽状通道。

上述键合晶圆的结构的制备方法，包括以下步骤：

A.将第一晶圆和第二晶圆均进行清洗，吹干；

B.将所述第一晶圆和所述第二晶圆的表面均沉积金属铝；

C.将所述第一晶圆或所述第二晶圆的表面采用旋涂法均匀涂抹光刻胶；

D.将涂抹光刻胶的第一晶圆或第二晶圆依次进行软烘烤、添加掩模版、紫外光曝光以及光刻胶显影工艺；所述软烘烤的条件为置于真空热板内，烘烤温度为80℃-120℃，烘烤时间为30s-60s；

E.对有光刻胶的第一晶圆或第二晶圆进行刻蚀形成气体通道，将所述第一晶圆的键合面和所述第二晶圆的键合面相互接触，进行预键合，所述第一晶圆的键合面和所述第二晶圆的键合面均为步骤B形成的金属铝层；

F.通过湿法腐蚀去除残留的光刻胶；

G.将所述第一晶圆和所述第二晶圆放入键合机在氧气环境下进行低温键合，氧气分子通过所述气体通道进入所述第一晶圆的键合面和所述第二晶圆的键合面将所述金属铝层自然氧化成三氧化二铝；键合温度为100℃-400℃，键合压力为100Kg-1000Kg；

H.低温退火处理；退火温度为100℃-400℃。

进一步的：步骤A中的清洗为采用RCA湿式化学清洗法，所述RCA湿式化学清洗法所采用的清洗液包括有机溶剂、硫酸和双氧水的混合溶液以及氨水、双氧水和去离子水的混合溶液；在硫酸和双氧水的混合溶液中，所述硫酸浓度为96％，所述双氧水的浓度为30％，所述硫酸和所述双氧水的体积比为4:1；在所述氨水、双氧水和去离子水的混合溶液中，所述氨水的浓度为29％，所述双氧水的浓度为30％，三种液体的体积比为：氨水:双氧水:去离子水为1:1:5；