[发明专利]一种片上单晶材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种片上单晶材料的制备方法，包括以下步骤：提供半导体衬底，其具有第一键合互连面；于第一键合互连面，对半导体衬底进行热氧化处理，在半导体衬底上形成热氧化层；提供芯片；其中，芯片具有第二键合互连面；对半导体衬底的热氧化层与芯片的第二键合互连面进行低温键合处理；对半导体衬底的另一面进行减薄处理，以在芯片上保留预设厚度的半导体衬底。本发明提供的片上单晶材料的制备方法，在进行键合互连前，于第一键合互连面，对后续与芯片进行键合的半导体衬底进行热氧化处理，在半导体衬底的上表面形成热氧化层，这样在后续进行热氧化层与芯片的第二键合互连面进行低温键合处理时，可以大幅度的提升氢键成键比例、提升键合强度。

技术领域

本发明涉及半导体制备技术领域，具体涉及一种片上单晶材料的制备方法。

背景技术

随着CMOS集成电路微缩持续发展，同时，基于CMOS集成电路的微系统集成也从三维封装、系统级封装、多芯片三维系统集成向单芯片三维集成方向发展，以持续减少微系统体积、电路延迟和电路功耗，大幅提升系统性能。

现有实现单片3D-IC（Three-dimensional integrated circuit，三维集成电路）集成的片上材料的制备方法有如下几种：

1.通过芯片与SOI或GOI等高迁移率锗基材料低温键合实现片上材料的制备；这种方式制备的材料质量好、迁移率较高，但是制备工艺成本高，并且制备控制难度大、键合强度较低，使得制备得到的片上材料品质得不到保障。

2.通过在芯片上低温沉积多晶硅等材料实现片上材料的制备；这种方式虽然成本低，但是其制备的材料多晶态、缺陷多且迁移率较低，使得最终制备出的三维集成电路性能较差。

3.通过在芯片的表面上选择性开孔，再在已形成的结构上低温选择型横向外延实现片上材料的制备；这种方式形成的片上材料缺陷较多，有晶界，并且制备过程中的工艺温度较高对底层的芯片电路影响较大，同样会使得最终制备出的三维集成电路性能较差。

CMOS集成电路的持续发展，对片上材料的制备提出了越来越高的要求，因此，如何高质量的实现片上材料的制备成了一个亟待解决的问题。

发明内容

为了克服现有片上材料的制备方法的控制难度大、键合强度较低，或者，制备出的片上材料存在缺陷多、迁移率低、多晶态等的技术问题，本发明提供一种片上单晶材料的制备方法。

本发明提供的片上单晶材料的制备方法，包括以下步骤：

提供半导体衬底；其中，半导体衬底具有第一键合互连面；

于第一键合互连面，对半导体衬底进行热氧化处理，以在半导体衬底上形成热氧化层；

提供芯片；其中，芯片具有第二键合互连面；

对半导体衬底的热氧化层与芯片的第二键合互连面进行低温键合处理；

对与热氧化层相对的半导体衬底的另一面进行减薄处理，以在芯片上保留预设厚度的半导体衬底。

优选地，半导体衬底为SOI（绝缘体上硅）衬底、GOI（绝缘体上锗）衬底或sSOI（应变绝缘体上硅）衬底中的任意一种。

优选地，热氧化层的厚度为1至5000nm。

优选地，热氧化处理的氧化温度为：800至1300℃，氧气的流量为：1至5000sccm。

优选地，在提供芯片后，并在进行低温键合处理前；对热氧化层与第二键合互连面进行等离子体活化处理。

优选地，在将热氧化层与第二键合互连面进行低温键合处理中，在与热氧化层相对的半导体衬底的另一面进行机械施压处理。