[发明专利]共晶键合的方法及半导体器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种共晶键合的方法及半导体器件的制造方法。

背景技术

圆片级键合技术是将两片晶圆互相结合，并使得表面原子相互反应，让表面间的键合能达到一定的强度，从而使两片晶圆结合在一体。圆片级键合有多种方法，如熔融键合、热压键合、低温真空键合、阳极键合及共晶键合等。其中，共晶键合以其键合温度低、键合强度高的特点在圆片级键合领域得到了广泛的应用。

共晶键合是利用共晶材料熔融温度较低的特点、将其作为中间介质层，在较低的温度下，通过加热使共晶材料熔融并在加压下实现键合，该技术能够有效降低键合面对平整度和清洁度的要求，有利于生产效率的提高。共晶键合工艺通常在待键合的两晶圆表面的键合区域分别制作铝键合层和锗键合层，该两种材料在其后的工艺过程中形成共晶合金，利用该共晶合晶作为中间层将将两晶圆连接起来。

然而，现有技术中的共晶键合的方法不能控制键合后形成的共晶合金的厚度。并且，某些晶圆结构设计限制了键合工艺窗口以及均匀性控制，因为存在不同的热传递/分布差异。这就导致了键合时的溢出以及挤出问题，由此进一步导致器件的故障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共晶键合的方法及半导体器件的制造方法，以解决现有的共晶键合工艺中出现的溢出以及挤出问题，并且键合工艺窗口小的问题。

为了达到上述目的，本发明提供了一种共晶键合的方法，所述共晶键合的方法包括：

提供第一晶圆，在所述第一晶圆的表面形成介质层；

刻蚀部分厚度的介质层以形成一凹槽；

在所述凹槽内形成铝材料层；

提供第二晶圆，所述第二晶圆的表面形成有锗材料层；

将所述第一晶圆和所述第二晶圆进行共晶键合；

可选的，刻蚀部分厚度的介质层以形成一凹槽之后，所述共晶键合的方法还包括：

刻蚀所述凹槽部分底壁的介质层直至暴露出所述第一晶圆的表面，形成一接触孔；

可选的，在所述凹槽内形成铝材料层，所述铝材料层覆盖所述凹槽的底壁并填充所述接触孔；

可选的，所述铝材料层的厚度大于所述凹槽的深度；

可选的，所述铝材料层的侧壁与所述凹槽的侧壁之间有间隙；

可选的，对所述铝材料层和所述锗材料层的接触面进行加热和加压以进行共晶键合；

可选的，共晶键合施加的温度在400摄氏度-450摄氏度之间，施加的压力在30KN-40KN之间；

可选的，所述锗材料在所述第一晶圆上的投影覆盖所述铝材料层在所述第一晶圆上的投影；

可选的，所述第一晶圆包括CMOS晶圆，所述第二晶圆包括MEMS晶圆；

可选的，所述第一晶圆中形成有CMOS集成电路，所述第二晶圆中形成有MEMS器件。

发明人研究发现，在现有的共晶键合的过程中，由于不能精确控制施加在锗材料层和铝材料层接触面上的压力分布，通常为了使得所述铝材料层和所述锗材料层键合的牢固，以使得所述锗材料层中的锗原子充分的进入所述铝材料层中，施加的压力/温度会偏大大，导致在共晶键合的过程中，形成的铝锗合金会发生溢出的现象，可造成铝锗合金厚度变化(进而导致器件总的高度变化)，流动的合金还会导致器件结构短路。在键合的过程中，所述锗材料层的键合表面与所述铝材料层的键合表面边缘对准，所述锗材料层整个键合表面和所述铝材料层的整个键合表面均发生键合，使得所述锗材料层和所述铝材料层均处于熔融状态，形成的铝锗合金的厚度在对所述锗材料层和所述铝材料层的接触面施加压力的作用下变化，导致不能精确控制键合后形成的铝锗合金的厚度，为了确保最后的铝锗合金厚度的一致，对铝锗键合工艺要求很高，工艺窗口很小。

在本发明提供的共晶键合的方法及半导体器件的制造方法中，在所述第一晶圆的表面形成介质层；刻蚀部分厚度的介质层以形成一凹槽，在所述凹槽内形成铝材料层；将所述第一晶圆和所述第二晶圆进行共晶键合，由于所述铝材料层在凹槽内，共晶键合后铝锗合金也被限制在所述凹槽内，所述凹槽的侧壁可以阻挡铝锗合金的流动，避免器件出现短路或其他故障；并且，因为凹槽的侧壁限制了铝锗合金的流动范围，可以减少和避免铝锗合金内形成孔洞，避免孔洞太多形成通道，破坏铝锗共晶键合形成的密闭空腔的气密性，造成器件功能和可靠性的问题；此外，本发明提供的共晶键合的方法也不用考虑铝锗合金厚度变化对器件总高度的影响，这样铝锗键合工艺的窗口可以扩大，同时提升铝锗键合工艺的稳定性和产品的良率。

附图说明