晶圆处理方法及晶圆结构与流程

本申请涉及半导体领域，特别是涉及一种晶圆处理方法及晶圆结构。

背景技术：

1、互补型半导体图像传感器（cmos image sensors，简称cis）是相机中实现光-电信号转换的核心部件，直接决定了相机的成像质量。

2、为保证生产良率以及提高生产效率，cis器件的制备过程通常为：先于器件晶圆上制备逻辑器件以及感光器件，再通过晶圆键合工艺，将器件晶圆与承载晶圆键合为一体结构；如此，可以获得具备完整电器功能以及足够结构强度的cis产品。

3、然而，受制备工艺水平的限制，晶圆键合的质量往往不尽如人意，并可能进一步对键合后所获得的cis产品的性能稳定造成不利影响；因此，如何对晶圆处理方法及晶圆结构进行改进，以提高晶圆键合的质量，是亟需解决的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种晶圆处理方法及晶圆结构，可以提高晶圆键合的质量，进而可以确保键合后所获得的产品的性能稳定。

2、一方面，本申请实施例提供了一种晶圆处理方法，包括如下步骤。

3、提供晶圆；

4、形成覆盖晶圆一侧表面的非完全氧化硅层；

5、对非完全氧化硅层进行活化处理；

6、氧化非完全氧化硅层的活化表面，形成氧化硅层，以将氧化硅层作为晶圆的待键合表面。

7、本申请实施例中，先于晶圆表面形成非完全氧化硅层，并对非完全氧化硅层进行活化处理，以断开非完全氧化硅层表面较为稳定的si-o键，使得悬挂的si键表现出易于其它原子或离子结合的活性，从而将非完全氧化硅层原本疏水性的钝化表面转变为亲水性的活化表面。以利于将活化表面进一步氧化成氧化硅层。如此，在后形成的氧化硅层能够对非完全氧化硅层表面的沟壑形成较好的填充效果，从而大大改善了晶圆表面的粗糙度。

8、基于此，将氧化硅层作为晶圆的待键合表面，并执行后续晶圆键合工艺。形貌质量较佳的氧化硅层表面有利于消除或减少键合空隙，并缩短了键合距离，从而可以提高晶圆键合质量，进而可以确保键合后所获得的产品的性能稳定。

9、在一些实施例中，所述氧化非完全氧化硅层的活化表面的步骤包括：采用氧化性清洗剂对活化表面进行清洗。

10、在一些实施例中，氧化性清洗剂包括：臭氧化的去离子水。

11、本申请实施例中，通过向非完全氧化硅层的活化表面施加臭氧化的去离子水，可以使得臭氧随去离子水覆盖并浸润晶圆表面，以利于臭氧与非完全氧化硅的活化表面发生进一步氧化反应形成均匀的氧化硅层，从而进一步改善了晶圆表面的粗糙度。还利于借助臭氧的分解反应，获得更多的羟基（-oh），以提升形成于氧化硅层表面的si-oh键的富集度和均匀度。进而利于后续执行晶圆键合工艺时，可以减少键合空隙以及增加si-o-si键的数量，从而进一步提升了晶圆键合的质量。

12、在一些实施例中，臭氧化的去离子水中臭氧的质量浓度范围包括：5ppm~200ppm。对活化表面进行清洗的时长范围包括：5s~600s。

13、本申请实施例中，通过对氧化性清洗剂的质量浓度以及清洗时长等参数进行调节，可以控制所获得的氧化硅层的形貌质量，以利于确保氧化硅层对非完全氧化硅层表面沟壑的填充效果。

14、在一些实施例中，非完全氧化硅层包括：siox层；其中，x小于2。所述形成覆盖晶圆一侧表面的非完全氧化硅层的步骤包括：

15、将晶圆置于反应腔室内；

16、向反应腔室中持续通入硅源气体和氧源气体，以于晶圆一侧表面形成非完全氧化硅层；

17、其中，单位时间内通入反应腔室的硅源气体与氧源气体中，氧原子与硅原子的原子数比值小于2。

18、本申请实施例中，通过对单位时间内通入反应腔室的硅源气体与氧源气体中，氧原子与硅原子的原子数比值进行控制，以确保进入反应腔室中的硅源气体与氧源气体之间发生不完全氧化反应，从而可以于晶圆表面形成满足纯度要求的非完全氧化硅层。

19、在一些实施例中，硅源气体包括：硅烷、氯硅烷和甲基三氯硅烷中的至少一种；氧源气体包括：氧气和一氧化二氮中的至少一种。

20、本申请实施例中，采用硅烷、氯硅烷和甲基三氯硅烷中的至少一种作为硅源气体；采用氧气和一氧化二氮中的至少一种作为氧源气体，拓宽了反应原料的选择范围，有利于降低工艺难度以及生产成本。

21、在一些实施例中，所述对非完全氧化硅层进行活化处理的步骤包括：等离子体活化处理或紫外线照射活化处理。

22、本申请实施例中，可以采用等离子体活化、紫外线照射等活化处理方式，较为便捷且高效的完成对非完全氧化硅层的活化并获得活化表面，以利于后续步骤中可以基于活化表面继续形成均匀的氧化硅层。

23、另一方面，本申请一些实施例还提供了一种晶圆结构，作为前述一些实施例中提供的晶圆处理方法的实际运用。前述一些实施例中所述的晶圆处理方法所具备的技术优势，该晶圆结构也均具备，此处不再详述。

24、该晶圆结构包括：晶圆及层叠于晶圆一侧的非完全氧化硅层及氧化硅层。其中，非完全氧化硅层和氧化硅层采用如前述一些实施例中所述的晶圆处理方法形成。

25、在一些实施例中，晶圆一侧表面还形成有功能层，非完全氧化硅层覆盖功能层表面。其中，晶圆中和/或功能层中形成有半导体器件。

26、本申请实施例中，晶圆中和/或功能层中还形成有半导体器件，基于功能层表面执行前述一些实施例中所述的晶圆处理方法，可以于功能层表面形成具备较佳的形貌质量以及si-oh键分布均匀的待键合表面；基于此，可以将形成有半导体器件的晶圆进行良好的键合，拓宽了本申请的应用范围。

27、在一些实施例中，非完全氧化硅层的厚度取值范围包括：500å~30000 å；氧化硅层的厚度取值范围包括：1å~50 å。

28、本申请实施例中，通过对非完全氧化硅层以及氧化硅层的厚度进行限定，确保非完全氧化硅层可以具备较厚的厚度以利于对晶圆表面的沟壑进行覆盖，从而使得非完全氧化硅层表面的沟壑深度被降低，同时还设置在后形成的氧化硅层较薄，以利于使得氧化硅层能够更多地形成于非完全氧化硅层表面沟壑的底部，从而进一步改善晶圆表面的粗糙度。

29、如上所述，本申请实施例提供的晶圆处理方法及晶圆结构，先于晶圆表面形成非完全氧化硅层，并对非完全氧化硅层进行活化处理，从而将非完全氧化硅层原本疏水性的钝化表面转变为亲水性的活化表面，以利于将活化表面进一步氧化成氧化硅层。意想不到的技术效果是：在后形成的氧化硅层能够对非完全氧化硅层表面的沟壑形成较好的填充效果，从而大大改善了晶圆表面的粗糙度。如此，将氧化硅层作为晶圆的待键合表面，并执行后续晶圆键合工艺。形貌质量较佳的氧化硅层表面有利于消除或减少键合空隙，并缩短了键合距离，从而可以提高晶圆键合质量，进而可以确保键合后所获得的产品的性能稳定。

技术特征：

1.一种晶圆处理方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的晶圆处理方法，其特征在于，所述氧化所述非完全氧化硅层的活化表面的步骤包括：采用氧化性清洗剂对所述活化表面进行清洗。

3.根据权利要求2所述的晶圆处理方法，其特征在于，

4.根据权利要求3所述的晶圆处理方法，其特征在于，

5.根据权利要求1所述的晶圆处理方法，其特征在于，所述非完全氧化硅层包括：siox层；其中，x小于2；所述形成覆盖所述晶圆一侧表面的非完全氧化硅层的步骤包括：

6.根据权利要求5所述的晶圆处理方法，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的晶圆处理方法，其特征在于，所述对所述非完全氧化硅层进行活化处理的步骤包括：等离子体活化处理或紫外线照射活化处理。

8.一种晶圆结构，其特征在于，包括：晶圆及层叠于所述晶圆一侧的非完全氧化硅层及氧化硅层；其中，

9.根据权利要求8所述的晶圆结构，其特征在于，所述晶圆一侧表面还形成有功能层，所述非完全氧化硅层覆盖所述功能层表面；其中，

10.根据权利要求8或9所述的晶圆结构，其特征在于，

技术总结
本申请涉及一种晶圆处理方法及晶圆结构。该晶圆处理方法包括：提供晶圆；形成覆盖晶圆一侧表面的非完全氧化硅层；对非完全氧化硅层进行活化处理；对晶圆进行氧化清洗，以于非完全氧化硅层的活化表面形成氧化硅层，并将氧化硅层作为晶圆的待键合表面。采用本申请提供的晶圆处理方法可以提高晶圆键合的质量，以确保键合后晶圆所获得的产品的性能稳定。

技术研发人员：渠兴宇,林士闵,刘苏涛
受保护的技术使用者：合肥新晶集成电路有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15