[发明专利]半导体材料的键合方法及键合结构

说明书

本发明提供一种半导体材料的键合方法及键合结构，通过在至少一片半导体材料上形成半导体介质和绝缘介质的混合表面，使得键合界面既包括半导体介质与半导体介质的接触区域，又包括半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域。半导体介质与半导体介质的接触区域用于电荷转移，避免电荷累积造成的电弧效应、产品失效、机台污染等问题；半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域用于在较低温度下实现较强的键合强度，减少键合缺陷，保证器件性能，提高产品可靠性。

技术领域

本发明涉及一种半导体材料的键合方法及键合结构。

背景技术

为满足电子产品进一步小型化、多功能化的需求，集成电路制造技术随之高速发展，制造过程中越来越多地利用到半导体材料之间的键合工艺。

图1-图3示出现有的半导体材料（以硅晶圆为例）之间的三种主要键合方式。

如图1所示，第一晶圆110与第二晶圆120分别进行平坦化处理之后，直接彼此键合，形成硅与硅接触的键合界面；

如图2所示，先在第二晶圆120表面沉积形成氧化硅、氮化硅或碳氮化硅等绝缘介质薄膜130，再与第一晶圆110彼此键合（优选的，可于键合步骤前对待键合表面进行预处理），形成硅与绝缘介质接触的键合界面；

如图3所示，分别在第一晶圆110、第二晶圆120表面形成绝缘介质薄膜140、130，然后彼此键合（优选的，可于键合步骤前对待键合表面进行预处理），形成绝缘介质与绝缘介质接触的键合界面。

其中，图1所示键合方式的缺点是键合强度较弱，对键合后热处理温度要求较高（950℃），影响器件性能，并且容易产生气泡、空洞等键合缺陷。图2、图3所示的键合方式可以在较低温度（400℃）就可以达到较强的键合强度(2J/m²)，并且由于硅化物等绝缘介质对气体的吸收作用，减少了气泡、空洞等键合缺陷，但是由于键合界面的绝缘介质隔离作用，后续工艺过程中产生的电荷无法转移消除，会累积在衬底表面，可能会造成电弧效应，或者带来一些缺陷导致产品失效、机台污染等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体材料的键合方法及键合结构，既能避免电荷累积造成的电弧效应、产品失效、机台污染等问题；又能在较低温度下实现较强的键合强度，减少键合缺陷，保证器件性能，提高产品可靠性。

基于以上考虑，本发明的一个方面提供一种半导体材料的键合方法，包括：提供两片半导体材料，于其中至少一片半导体材料表面形成半导体介质和绝缘介质的混合表面；将所述两片半导体材料彼此键合，使得键合界面既包括半导体介质与半导体介质的接触区域，又包括半导体介质与绝缘介质的接触区域和/或绝缘介质与绝缘介质的接触区域。

优选的，所述形成半导体介质和绝缘介质的混合表面的步骤包括：

刻蚀所述半导体材料的半导体介质以形成凹槽，于所述凹槽中填充绝缘介质以形成所述混合表面。

优选的，所述形成半导体介质和绝缘介质的混合表面的步骤包括：

于所述半导体材料上沉积绝缘介质，刻蚀所述绝缘介质以形成凹槽，于所述凹槽中填充半导体介质以形成所述混合表面。

优选的，所述半导体介质包括硅、锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟中的任意一种或组合。

优选的，所述半导体介质包括单晶半导体或多晶半导体中的任意一种或组合。

优选的，所述硅材质的半导体介质包括纯硅或掺杂硅中的任意一种或组合。

优选的，所述绝缘介质包括氧化硅、氮化硅、碳氮化硅、氮氧化硅、碳氧化硅中的任意一种或组合。

优选的，所述绝缘介质的厚度大于3nm。

优选的，所述键合步骤及后处理的温度小于450°C。