书籍：《炬丰科技-半导体工艺》

文章：等离子体增强化学气相沉积氧化物晶片键合

编号：JFKJ-21-

作者：炬丰科技

摘要

本文讲述了低温直接等离子体增强化学气相沉积氧化物与热氧化物的结合。PECVD氧化物在℃下致密化，并进行化学机械抛光，以获得相当光滑的粘合表面。在食人鱼清洗后，PECVD氧化物晶片在室温下结合到热氧化物晶片上，使晶片表面亲水。℃的键合后退火完成键合。从红外成像观察到无空隙结合界面，结合强度估计为mJ/m2.这种结合方法可用于多种应用，包括三维集成。

介绍

以几个器件(具有互连)层的垂直堆叠形式的三维(3-D)集成相对于传统的水平平面集成具有许多潜在的优势。有研究致力于开发实现三维结构的可能技术选择，使用重结晶或晶片键合。我们最近提出了一种使用直接铜-铜晶片键合的三维集成方法。在该方案中，减薄的绝缘体上硅(SOI)器件层以背对背的方式结合到衬底器件晶片。这需要将SOI晶片键合到处理晶片上，然后进行SOI晶片回蚀。然后，使用铜作为结合介质，将减薄的SOI层结合到衬底器件晶片。本文描述了一种直接热氧化物对等离子体增强化学气相沉积(PECVD)氧化物晶圆键合的应用。

实验

实验中使用的所有晶片都是电阻率为10-20ω-cm的p型4"Si()晶片。准备两组晶片:一组是处理晶片，另一组是模拟SOI晶片。由于沉积的等离子体化学气相沉积氧化物显示出相对较高的表面粗糙度，使用这种晶片的直接键合通常不成功。因此，SOI晶片在致密化之后被化学机械抛光，以增加表面光滑度和结合产率。为了确保这种键合方法在实际器件晶片中有用，低温工艺对于避免不希望的热损伤是必不可少的。因此，选择了亲水结合。键合后，晶片对在大气N2环境中分别在℃和℃下退火6小时，以增强键合强度。

结果与讨论

由于键合晶片对之间的氢键相对较弱，因此可以使用热处理来加强键合。在晶片键合过程中，截留的气泡会导致不希望的界面空隙，这将影响键合晶片对的界面质量。图5显示了键合退火前后键合晶片对的红外图像。图5(a)和5(b)是没有预键合的PECVD氧化物致密化的晶片对的红外图像。很明显，在这对晶片中形成了空隙。空隙的形成可能是由于键合后退火过程中未敏化的PECVD氧化物的脱气。然而，具有致密化PECVD氧化物的晶片对结合得非常好，并且从红外图像中没有发现可观察到的空隙。该晶片对在键合后致密化之前和之后的红外图像显示在图1和2中。分别为5(c)和5(d)。这表明致密化对成功粘合的重要性。

结论

通过适当的表面处理，PECVD氧化物与热氧化物的低温结合是可以实现的。为确保成功粘合，需要对PECVD氧化物进行致密化处理以防止漏气，并对其进行抛光以平滑其表面。通过键合后退火可以进一步提高室温键合的晶片对的键合强度。这种键合方法可以应用于三维技术，例如基于铜晶片键合的薄膜转移。

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