鋁鍺共晶鍵合的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造領(lǐng)域,尤其涉及一種鋁鍺共晶鍵合的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]圓片級(jí)鍵合技術(shù)是將兩片晶圓互相結(jié)合,并使得表面原子相互反應(yīng),讓表面間的鍵合能達(dá)到一定的強(qiáng)度,從而使兩片圓片結(jié)合在一體。圓片級(jí)鍵合有多種方法,如熔融鍵合、熱壓鍵合、低溫真空鍵合、陽(yáng)極鍵合及共晶鍵合等。其中,共晶鍵合以其鍵合溫度低、鍵合強(qiáng)度高的特點(diǎn)在圓片級(jí)鍵合領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[〇〇〇3]共晶鍵合是利用共晶材料熔融溫度較低的特點(diǎn)、將其作為中間介質(zhì)層,在較低的溫度下,通過(guò)加熱使共晶材料熔融并在加壓下實(shí)現(xiàn)鍵合,該技術(shù)能夠有效降低鍵合面對(duì)平整度和清潔度的要求,有利于生產(chǎn)效率的提高。
[0004]通常在待鍵合的兩圓片表面的鍵合區(qū)域分別制作鋁鍵合層和鍺鍵合層,該兩種材料在其后的工藝過(guò)程中形成共晶合金,利用該共晶合晶作為中間層將將兩圓片連接起來(lái)。
[0005]然而,現(xiàn)有技術(shù)中的鋁鍺共晶鍵合的方法不能控制鍵合后形成的共晶合金的厚度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明解決的問(wèn)題是提供一種鋁鍺共晶鍵合的方法,能夠控制鍵合后形成的共晶合金的厚度。
[0007]為解決上述問(wèn)題,本發(fā)明提供一種鋁鍺共晶鍵合的方法,包括:提供第一晶圓和第二晶圓,所述第一晶圓具有第一中央?yún)^(qū)域和第一邊緣區(qū)域,所述第二晶圓具有第二中央?yún)^(qū)域和第二邊緣區(qū)域;在所述第一晶圓的第一邊緣區(qū)域上形成鋁鍵合層;在所述鋁鍵合層中形成貫穿鋁鍵合層厚度的第一環(huán)狀凹槽和環(huán)繞第一環(huán)狀凹槽的第二環(huán)狀凹槽,所述第一環(huán)狀凹槽和第二環(huán)狀凹槽之間的鋁鍵合層為中心鋁鍵合層;在所述第二晶圓的第二邊緣區(qū)域上形成鍺鍵合層,且所述鍺鍵合層的鍵合表面面積小于等于所述中心鋁鍵合層的鍵合表面面積;將所述鍺鍵合層的表面與所述中心鋁鍵合層的表面進(jìn)行鍵合。
[0008]可選的,所述第一環(huán)狀凹槽的橫截面面積與所述中心鋁鍵合層的鍵合表面面積的比值為1:10?1:15 ;所述第二環(huán)狀凹槽的橫截面面積與所述中心鋁鍵合層的鍵合表面面積的比值為1:10?1:15。
[0009]可選的,所述鍺鍵合層的鍵合表面的面積與所述中心鋁鍵合層的鍵合表面的面積的比值為0.6?1。
[〇〇1〇]可選的,還包括,在所述第一晶圓和所述鋁鍵合層之間形成阻擋層。
[〇〇11]可選的,所述阻擋層的材料為氮化鈦。
[0012]可選的,對(duì)所述鍺鍵合層和所述鋁鍵合層的接觸面加熱加壓進(jìn)行鍵合。
[0013]可選的,所述鍺鍵合層和所述鋁鍵合層進(jìn)行鍵合時(shí),施加的溫度為425攝氏度?432攝氏度,施加的壓強(qiáng)為0. 95E6帕?1. 15E6帕。
[0014]可選的,所述鍺鍵合層的厚度為0.65 μ m?0.8 μ m。
[0015]可選的,所述招鍵合層的厚度為0.9 μ m?1.5 μ m。
[0016]本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件,包括:第一晶圓和第二晶圓,所述第一晶圓具有第一中央?yún)^(qū)域和第一邊緣區(qū)域,所述第二晶圓具有第二中央?yún)^(qū)域和第二邊緣區(qū)域;鋁鍵合層,位于所述第一晶圓的第一邊緣區(qū)域上;第一環(huán)狀凹槽,貫穿所述鋁鍵合層的厚度;第二環(huán)狀凹槽,貫穿所述鋁鍵合層的厚度且環(huán)繞第一環(huán)狀凹槽,所述第一環(huán)狀凹槽和第二環(huán)狀凹槽之間的鋁鍵合層為中心鋁鍵合層;鍺鍵合層,位于所述第二晶圓的第二邊緣區(qū)域上,且所述鍺鍵合層的鍵合表面面積小于等于所述中心鋁鍵合層的鍵合表面面積。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018](1)由于所述鍺鍵合層的鍵合面積小于等于所述中心鋁鍵合層的鍵合表面的面積,在將所述鍺鍵合層的表面與所述中心鋁鍵合層的表面進(jìn)行鍵合的過(guò)程中,所述鍺鍵合層中的鍺原子進(jìn)入中心鋁鍵合層中進(jìn)行鍵合;而對(duì)于第一環(huán)狀凹槽內(nèi)周的鋁鍵合層和第二環(huán)狀凹槽外周的鋁鍵合層,第一環(huán)狀凹槽和第二環(huán)狀凹槽將其和所述中心鋁鍵合層隔離開(kāi),在鍵合的過(guò)程中鍺原子不會(huì)進(jìn)入第一環(huán)狀凹槽內(nèi)周和第二環(huán)狀凹槽外周的鋁鍵合層,且由于第一環(huán)狀凹槽內(nèi)周、第二環(huán)狀凹槽外周的鋁鍵合層和所述第二晶圓接觸后發(fā)生鍵合需要的溫度比中心鋁鍵合層和鍺鍵合層進(jìn)行鍵合的共晶溫度高,因此,第一環(huán)狀凹槽內(nèi)周、第二環(huán)狀凹槽外周的鋁鍵合層在中心鋁鍵合層和鍺鍵合層進(jìn)行鍵合的過(guò)程中不會(huì)熔化,能夠起到支撐第一晶圓和第二晶圓的作用,從而使得鍵合后形成的共晶合金的厚度與第一環(huán)狀凹槽內(nèi)周和第二環(huán)狀凹槽外周的鋁鍵合層的厚度一致,能夠控制鍵合后形成的共晶合金的厚度。
[0019](2)進(jìn)一步的,所述第一環(huán)狀凹槽的橫截面面積與所述中心鋁鍵合層的鍵合表面面積的比值為1:10?1:15 ;所述第二環(huán)狀凹槽的橫截面面積與所述中心鋁鍵合層的鍵合表面面積的比值為1:10?1:15。在此值范圍內(nèi),所述第一環(huán)狀凹槽內(nèi)周和第二環(huán)狀凹槽外周的鋁鍵合層能夠充分的支撐對(duì)所述中心鋁鍵合層和所述鍺鍵合層的接觸面施加的壓力,且使得第一環(huán)狀凹槽和第二環(huán)狀凹槽具有足夠的空間容納溢出的共晶合金,從而精準(zhǔn)的控制鍵合后形成的共晶合金的厚度。
【附圖說(shuō)明】
[0020]圖1至圖5是現(xiàn)有技術(shù)中鋁鍺共晶鍵合過(guò)程的示意圖;
[0021]圖6是現(xiàn)有技術(shù)中鋁鍺共晶鍵合后的掃描電子顯微鏡圖;
[0022]圖7至圖14是本發(fā)明一實(shí)施例中鋁鍺共晶鍵合過(guò)程的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]正如【背景技術(shù)】所述,現(xiàn)有技術(shù)中鋁鍺共晶鍵合的方法難以控制鍵合后形成的共晶合金的厚度。
[0024]圖1至圖5是現(xiàn)有技術(shù)中鋁鍺共晶鍵合過(guò)程的示意圖。
[0025]參考圖1,提供第一晶圓100,所述第一晶圓100具有第一中央?yún)^(qū)域(I區(qū)域)和與所述第一中央?yún)^(qū)域相鄰的第一邊緣區(qū)域(II區(qū)域);在第一晶圓100的第一邊緣區(qū)域上形成鋁鍵合層130。
[0026]所述鋁鍵合層130和第一晶圓100之間還形成有氮化鈦層120。
[0027]參考圖2,圖2為圖1中鋁鍵合層130的立體示意圖,所述鋁鍵合層130呈中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0028]參考圖3,提供第二晶圓110,所述第二晶圓110具有第二中央?yún)^(qū)域(III區(qū)域)和與所述第二中央?yún)^(qū)域相鄰第二邊緣區(qū)域(IV區(qū)域);在所述第二晶圓110的第二邊緣區(qū)域上形成鍺鍵合層140,所述鍺鍵合層140的鍵合表面的面積等于所述鋁鍵合層130的鍵合表面的面積。
[0029]參考圖4,圖4為圖3中鍺鍵合層140的立體示意圖,所述鍺鍵合層140呈中空環(huán)狀結(jié)構(gòu)。
[0030]所述鍺鍵合層140的位置和第一晶圓100上所述鋁鍵合層130的位置對(duì)應(yīng),以便與后續(xù)的鍵合。
[0031]參考圖5,將所述鍺鍵合層140的鍵合表面與所述鋁鍵合層130的鍵合表面接觸,且邊緣對(duì)準(zhǔn),并對(duì)所述鍺鍵合層140和所述鋁鍵合層130的接觸面加熱加壓進(jìn)行鍵合。
[0032]鍵合后形成共晶合金150,溢出的共晶合金150為溢料151。
[0033]研究發(fā)現(xiàn),在現(xiàn)有技術(shù)中鋁鍺共晶鍵合的過(guò)程中,由于不能精確控制施加在鍺鍵合層和鋁鍵合層接觸面上的壓力分布,通常為了使得所述鋁鍵合層和所述鍺鍵合層鍵合的牢固,以使得所述鍺鍵合層中的鍺原子充分的進(jìn)入所述鋁鍵合層中,施加的壓力會(huì)較大,導(dǎo)致在共晶鍵合的過(guò)程中,形成的共晶合金會(huì)發(fā)生溢出的現(xiàn)象(參考圖5中溢料151),溢出的部分流向所述鍺鍵合層和鋁鍵合層的外周,且由于所述鍺鍵合層的鍵合表面的面積等于和所述鋁鍵合層的鍵合表面的面積一致,在鍵合的過(guò)程中,所述鍺鍵合層的鍵合表面與所述鋁鍵合層的鍵合表面邊緣對(duì)準(zhǔn),所述鍺鍵合層整個(gè)鍵合表面和所述鋁鍵合層的整個(gè)鍵合表面均發(fā)生鍵合,使得所述鍺鍵合層和所述鋁鍵合層均處于熔融狀態(tài),形成的共晶合金的厚度在對(duì)所述鍺鍵合層和所述鋁鍵合層的接觸面施加壓力的作用下變化,導(dǎo)致不能精確控制鍵合后形成的共晶合金的厚度。
[0034]參考圖6,圖6為現(xiàn)有技術(shù)中所述鋁鍵合層和所述鍺鍵合層進(jìn)行鍵合之后進(jìn)行的掃描電子顯微鏡觀察得到的掃描電子顯微鏡圖,顯示出鍵合后的共晶合金溢出現(xiàn)象嚴(yán)重,存在較多的溢料151。
[0035]在此基礎(chǔ)上,本發(fā)明一實(shí)施例提供一種鋁鍺共晶鍵合的方法,通過(guò)在鋁鍵合層中形成貫穿鋁鍵合層厚度的第一環(huán)狀凹槽和環(huán)繞第一環(huán)狀凹槽的第二環(huán)狀凹槽,第一環(huán)狀凹槽和第二環(huán)狀凹槽之間的鋁鍵合層為中