用于晶圆键合的表面包封制造技术

公开了用于将晶圆与包封层键合的技术。提供第一半导体衬底。随后在第一半导体衬底的顶部上形成包封层。包封层由在被暴露于氧化剂时产生稳定的氧化物的包封材料形成。在包封层的顶部上形成第一键合层。接下来，提供第二半导体衬底。在第二键合层的顶部上形成第二键合层。此后，通过将第一键合层附接到第二键合层，来将第一半导体衬底键合至第二半导体衬底。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施例总体上涉及半导体晶圆键合工艺。具体而言，本专利技术的实施例涉及用于半导体晶圆键合工艺的表面包封层。
技术介绍
硅已经成为普遍采用的半导体材料，以用于制造诸如平板电脑、手机和膝上型/笔记本计算机之类的现代电子设备中的半导体器件。然而，在这个产业中的技术进步已经发展到一个点，其中作为用于制造半导体器件的基础材料的硅的能力在给定现代消费者的需求和期望(例如更低的功耗和更高的性能)的情况下变得不足。因此，正在努力探索替代材料以找到硅的适当替代物或补充物。研究表明，锗是最有希望的这种半导体材料之一。附图说明图1A例示了具有第一衬底和第二衬底的常规异质键合晶圆结构的横截面视图。图1B例示了由常规异质键合晶圆结构形成的常规鳍部的横截面视图。图2A例示了根据本专利技术的实施例的具有包封层的异质键合晶圆结构的横截面视图。图2B例示了根据本专利技术的实施例的由具有包封层的异质键合晶圆结构形成的鳍部的横截面视图。图3A-3D例示了根据本专利技术的实施例制备用于与第二衬底键合的第一衬底的方法的横截面视图。图4A-4C例示了根据本专利技术的实施例制备用于与第一衬底键合的第二衬底的方法的横截面视图。图5A-5B例示了根据本专利技术的实施例将第一衬底与第二衬底键合的方法的横截面视图。图6A例示了根据本专利技术的实施例的包括具有包封层的鳍部的非平面finFET器件的等距视图，该包封层通过氧化物层异质地附接到衬底。图6B例示了根据本专利技术的实施例的包括具有包封层的鳍部的非平面finFET器件的横截面视图，该包封层通过氧化物层异质地附接到衬底。图7例示了实施本专利技术的一个或多个实施例的内插器。图8例示了根据本专利技术的实施例构建的计算设备。具体实施方式本文描述了包括包封层的键合衬底叠置体及其制造方法。在以下说明中，使用本领域技术人员通常采用的术语来描述说明性实施方式的各个方面，以将他们工作的实质传达给本领域的其他技术人员。但对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以仅利用所描述的方面中的一些方面来实践。出于解释的目的，阐述了具体数字、材料和配置，以便提供对说明性实施方式的透彻理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本专利技术。在其它实例中，省略或简化了公知的特征，以避免使得说明性实施方式模糊不清。以最有助于理解本专利技术的方式依次将各个操作描述为多个分立操作，然而，描述的顺序不应被解释为暗示这些操作必须是顺序相关的。具体而言，这些操作不需要以呈现的顺序来执行。本专利技术的实施例针对并入用于将第一衬底键合至第二衬底的包封层的方法。在本专利技术的一个实施例中，提供第一衬底。在实施例中，第一衬底由当被氧化时产生低氧化物的半导体材料形成。在实施例中，半导体材料是锗。然后在第一衬底的顶部表面上形成包封层。随后，在包封层上沉积第一键合氧化物层。包封层通过阻止第一键合氧化物层与第一衬底接触来防止第一衬底的氧化。在实施例中，包封层由当被氧化时产生稳定氧化物的材料形成。在实施例中，材料是硅。提供第二衬底，例如硅衬底。将第二键合氧化物层沉积在第二衬底的顶部表面上。然后通过将第一键合氧化物层附接到第二键合氧化物层，来将第二衬底和第一衬底键合在一起。包封层防止在键合期间第一衬底的氧化，因此通过使第一衬底从第二衬底剥离(delamination)的可能性基本上最小化来在第一衬底与第二衬底之间产生牢固的键合。如图1A所示，用于晶圆键合的技术利用薄氧化物层106将锗衬底102与由不同半导体材料(例如，硅)形成的另一衬底104附接。当将氧化物层106沉积在裸锗上时，在氧化物层106与锗衬底102之间的界面处可以自然地发生氧化，从而形成氧化锗的薄层108。另外，当氧化物层106将半导体衬底104化学键合至锗衬底102时，产生作为化学键合的副产物的水分子。水分子进一步氧化锗衬底以及溶解由沉积工艺形成的氧化锗层。下游半导体工艺还可以导致锗衬底的进一步氧化。例如，如图1B所示，可以通过图案化锗衬底102来形成鳍部111。通过形成鳍部111，锗衬底102与氧化物层106之间的暴露的界面区域112可以允许在下游半导体工艺期间锗衬底102的进一步氧化。氧化锗层108是不稳定的氧化物层，其引起锗衬底102与硅衬底104之间的差的粘附。另外，氧化锗层108易于溶解在水中。因此，锗衬底102易于通过从氧化物层106剥离而与硅衬底104分离。图2A例示了根据本专利技术的实施例的具有包封层208的异质键合衬底叠置体200的横截面视图。在实施例中，第一衬底202是缺少稳定氧化物相的半导体材料。亦即，当半导体材料暴露于诸如氧气(O2)和/或水(H2O)之类的氧化剂时，半导体材料形成不稳定的氧化物材料。在实施例中，第一半导体材料是锗。提供第二衬底204。第二衬底204可以是用于半导体制造的任何适当的衬底。在实施例中，第二衬底204是体单晶硅衬底。键合氧化物层206设置在第一衬底202与第二衬底204之间。在实施例中，键合氧化物层206直接设置在第二衬底204与包封层208之间。键合氧化物层206将包封层208和第一衬底202附接到第二衬底204以形成异质结构，例如异质键合衬底叠置体200。然后异质键合衬底叠置体200可以用于形成半导体器件或多个半导体器件，例如图6所示的非平面finFET器件。键合氧化物层206可以由能够将衬底键合在一起的任何适当的材料形成。在实施例中，键合氧化物层206由氧化硅(SiOx)形成。在特定实施例中，键合氧化物层206由二氧化硅(SiO2)形成。键合氧化物层206可以由通过键合工艺(例如，氧化物扩散键合工艺)融合在一起的两个单独的键合氧化物层组成。包封层208直接设置在第一衬底202的顶部表面203上。包封层208防止在沉积氧化物材料期间第一衬底202(例如，锗衬底)的氧化。另外，包封层208吸收在氧化物扩散键合工艺期间产生的水副产物。包封层208还可以最小化由于下游半导体工艺而引起的第一衬底202的氧化。例如，如图2B所示，可以通过图案化第一衬底202来形成鳍部211。通过形成鳍部211，靠近鳍部211的边缘的暴露出的界面区域213易受到暴露于因下游半导体工艺而产生的水的影响。然而，因为在第一衬底202与包封层208之间的界面处不存在不稳定的氧化物，所以鳍部211不容易剥离。本质上，包封层208充当钝化层以防止和/或最小化第一衬底202在界面处的氧化。防止和/或最小化第一衬底的氧化允许在第二衬底204与第一衬底202之间形成牢固的键合。在实施例中，包封层208由当被暴露于诸如O2和/或H2O之类的氧化剂时形成稳定的氧化物相的材料形成。包封层可以形成为具有足以防止第一衬底202氧化的厚度。在实施例中，包封层208具有在2至6nm范围内的厚度。在特定实施例中，包封层208具有约4nm的厚度。另外，在实施例中，包封层208由可在第一衬底202上异质外延生长的材料形成。在实施例中，包封层208由当被氧化时形成稳定氧化物的材料形成。在实施例中，包封层由硅形成。在特定实施例中，包封层208是外延硅。图3A-5B例示了根据本专利技术实施例形成异质键合衬底叠置体200的方法。具体而言，图3A-3D例示了根据本专利技术实施例形成用于与第二键合衬底400键合的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使衬底键合的方法，包括：提供第一半导体衬底；在所述第一半导体衬底的顶部上形成包封层，所述包封层由当被暴露于氧化剂时产生稳定的氧化物的包封材料形成；在所述包封层的顶部上形成第一键合层，所述第一键合层具有第一顶部表面；提供第二半导体衬底；在所述第二半导体衬底的顶部上形成第二键合层，所述第二键合层具有第二顶部表面；以及通过将所述第一顶部表面键合至所述第二顶部表面，来将所述第一半导体衬底附接到所述第二半导体衬底。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种使衬底键合的方法，包括：提供第一半导体衬底；在所述第一半导体衬底的顶部上形成包封层，所述包封层由当被暴露于氧化剂时产生稳定的氧化物的包封材料形成；在所述包封层的顶部上形成第一键合层，所述第一键合层具有第一顶部表面；提供第二半导体衬底；在所述第二半导体衬底的顶部上形成第二键合层，所述第二键合层具有第二顶部表面；以及通过将所述第一顶部表面键合至所述第二顶部表面，来将所述第一半导体衬底附接到所述第二半导体衬底。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一半导体衬底包括第一半导体材料，所述第一半导体材料在被暴露于氧化剂时产生不稳定的氧化物。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一半导体材料包括锗。4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述氧化剂是氧气和水至少其中之一。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述包封材料包括硅。6.根据权利要求1所述的方法，还包括对所述第一顶部表面和所述第二顶部表面进行表面处理。7.根据权利要求6所述的方法，其中，对所述第一顶部表面和所述第二顶部表面进行的表面处理在所述第一顶部表面和所述第二顶部表面处生成羟基端。8.根据权利要求1所述的方法，其中，通过所述第一键合层和所述第二键合层的扩散键合来执行将所述第一半导体衬底附接到所述第二半导体衬底。9.根据权利要求8所述的方法，还包括实施热退火。10.根据权利要求1所述的方法，其中，通过沉积工艺来执行形成所述第一键合层和所述第二键合层。11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述沉积工艺是沉积氧化硅材料的CVD工艺。12.根据权利要求1所述的方法，其中，通过氧化来执行形成所述第一键合层。13.一种键合半导体结构，包括：第一半导体衬底；...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·俊，W·拉赫马迪，G·格拉斯，A·默西，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US