[发明专利]一种晶圆键合的结构及其制备方法

说明书

本发明属于微纳加工制造技术领域，具体涉及一种晶圆键合的结构的制备方法，包括如下步骤：S1.提供晶圆一和晶圆二，晶圆一具有待混合键合的上衬底，晶圆二具有待混合键合的下衬底，上衬底的底面形成有器件层；S2.分别在器件层底面、下衬底顶面镀上共晶混合层；S3.分别在所述器件层底面的共晶混合层的下表面、所下衬底顶面的共晶混合层的上表面镀上一层纯金层。本发明通过先镀其他金属(如Ge/In/Sn)，这些金属在200℃‑300℃与Au形成共晶混合物，然后再镀一层薄的金，提高键合强度，保证后续工艺表面不被氧化且不会出现脱落现象；另外，本发明降低了键合成本。

技术领域

本发明属于微纳加工制造技术领域，具体涉及一种晶圆键合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。晶圆键合是指两个表面平整洁净的晶圆在一定的条件下可以通过表面的化学键互相连接起来。晶圆键合的原理是通过晶圆界面处的原子在外界能量的作用下，通过范德华力、分子力甚至原子力使晶圆键合成为一体的技术。现有圆晶键合工艺手段可分为四大类：粘结剂和阳极键合、直接晶圆键合、金属键合、混合金属介质键合。其中直接晶圆键合技术由于适用于各种不同晶向的材料，且温度适用范围大，单位时间产出较高，且一般能保证一定的键合强度，因此应用范围广泛。针对厚度较厚或高度较高的金属柱子，因考虑到金属与金属之间的粘附性较差，现有技术一般采用同种金属，但是大部分金属容易氧化或者稳定性不够，而不得不选择贵重金属比如金，但金属Au质软且成本很高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种晶圆键合的结构及其制备方法，提高键合强度，保证键合后的晶圆在后续工艺中，其表面不被氧化且不会脱落。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种晶圆键合的结构，包括晶圆一和晶圆二，所述晶圆一位于所述晶圆二的上方，所述晶圆一具有待混合键合的上衬底，所述晶圆二具有待混合键合的下衬底，所述上衬底的底面形成有器件层，所述器件层的底面从上到下依次生长有一层共晶混合层、形成有一层纯金层，所述下衬底的顶面从下到上依次生长有一层共晶混合层、形成有一层纯金层。

进一步地，所述器件层包括交替分布的功能区和空腔区。

优选地，所述共晶混合层为金的共晶金属。

更进一步地，所述金的共晶金属选自金-锗合金、金-铟合金或金-锡合金中的一种。

基于一个总的发明构思，本发明的另一个目的在于提供上述晶圆键合的结构的制备方法，包括如下步骤：

S1.提供晶圆一和晶圆二，所述晶圆一具有待混合键合的上衬底，所述晶圆二具有待混合键合的下衬底，所述上衬底的底面形成有器件层；

S2.采用磁控溅射或蒸发镀膜的方法分别在所述器件层的底面、所述下衬底的顶面镀上共晶混合层，所述共晶混合层的厚度≤5μm；

或者，采用电镀的方法分别在所述器件层的底面、所述下衬底的顶面镀上共晶混合层，所述共晶混合层的厚度＞5μm；

S3.采用蒸发镀膜的方法分别在所述器件层底面的共晶混合层的下表面、所下衬底顶面的共晶混合层的上表面镀上一层纯金层。

优选地，所述共晶混合层为锗、铟或锡中的一种与金在200℃-300℃形成的共晶混合物。

优选地，所述纯金层的厚度≤200nm。

优选地，还包括S4.将晶圆一与晶圆二贴合，对贴合的晶圆一和晶圆二进行键合。

优选地，采用晶圆级键合设备键合，键合的温度为280℃-450℃。

优选地，在常压下，键合的温度为350℃。