專利名稱：室溫共價粘結(jié)的方法
背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及室溫下晶片的直接粘結(jié)領(lǐng)域，和更特別地，涉及利用氟和銨的效果和組合效果制造工程基底用基底的粘結(jié)，包封，和在電介質(zhì)中，特別是在氧化硅層中三維器件整合。
相關(guān)領(lǐng)域的說明由于逼近常規(guī)CMOS器件的物理極限，和對高性能電子系統(tǒng)需求急切，因此，芯片上系統(tǒng)(system-on-a chip)(SOC)成為半導(dǎo)體工業(yè)的自然解決方法。對于芯片上系統(tǒng)的制備來說，要求在芯片上的各種功能。盡管硅技術(shù)是加工大量器件的主要支持技術(shù)，但現(xiàn)在可由除了硅以外的材料制造的單獨的器件和/或電路最佳地獲得許多所需的電路和光電功能。因此，將非硅基器件與硅基器件整合的雜化系統(tǒng)具有提供獨特的SOC功能的潛力，這種獨特的功能不可能獲自于單獨的純硅或者純的非硅器件。
混雜器件整合的一種方法是在硅上不相類似的材料的異質(zhì)外延生長(hetero-epitaxial)。迄今為止，認(rèn)識到這種異質(zhì)外延生長在異質(zhì)外延生長的膜內(nèi)的高密度缺陷，這主要是由于在非硅膜和基底之間晶格常數(shù)的錯配所致。
混雜器件整合的另一方法是晶片粘結(jié)技術(shù)。然而，在升高的溫度下熱膨脹系數(shù)不同的不相類似的材料的晶片粘結(jié)引入熱應(yīng)力，所述熱應(yīng)力可導(dǎo)致錯位生成、解粘結(jié)或龜裂。因此，希望低溫粘結(jié)。對于粘結(jié)不相類似的材料來說，若不相類似的材料包括具有低分解溫度的材料或者溫敏器件，例如InP異質(zhì)結(jié)雙極晶體管或具有超淺源極和漏極曲線(profile)的加工過的Si器件，低溫粘結(jié)也是所需的。
在含有不同材料的相同芯片上生產(chǎn)不同功能所需的工藝設(shè)計是困難的，且難以優(yōu)化。確實，許多所得SOC芯片(特別是較大的整合尺寸的那些)顯示出低的產(chǎn)率。一種方法是通過晶片粘合劑粘結(jié)和層的轉(zhuǎn)移，互連充分加工的IC。參見，例如Y.Hayashi，S.Wada，K.Kajiyana，K.Oyama，R.Koh，S.Takahashi和T.Kunio，Symp.VLSI Tech.Dig.95(1990)和美國專利5563084，這兩篇參考文獻(xiàn)的全部內(nèi)容在此通過參考引入。然而，晶片粘合劑粘結(jié)通常在升高的溫度下操作，且缺點是，產(chǎn)生熱應(yīng)力、脫氣、氣泡形成和粘合劑的不穩(wěn)定，從而導(dǎo)致在該工藝中降低的產(chǎn)率和隨著時間流逝可靠度差。粘合劑也可與典型的半導(dǎo)體制造工藝不兼容。此外，粘合劑粘結(jié)通常不是氣密的。
室溫晶片直接粘結(jié)是使得在沒有使用任何粘合劑的情況下，可在室溫下粘結(jié)晶片，從而導(dǎo)致氣密粘結(jié)的技術(shù)。在這種粘合劑粘結(jié)內(nèi)不容易引入應(yīng)力和不均勻度。此外，若低溫粘結(jié)的晶片對可耐受修磨(thinning)的話，則對于特定的材料組合來說，當(dāng)粘結(jié)對(bonded pair)中的一塊晶片被修磨到小于相應(yīng)臨界值的厚度時，避免了在該層內(nèi)生成不匹配位錯和在隨后的熱處理步驟期間粘結(jié)對的滑動或龜裂。參見，例如Q.-Y.Tong和U.Gsele，Semiconductor Wafer BondingScienceand Technology，John Wiley & Sons，New York，(1999)，其全文內(nèi)容在此通過參考引入。
發(fā)明概述本發(fā)明涉及粘結(jié)方法，其中包括在相應(yīng)的第一和第二元件上形成第一和第二粘結(jié)層，其中至少一層粘結(jié)層包括氟化氧化物層，使第一和第二粘結(jié)層在室溫下在環(huán)境中接觸，并在室溫下，在所述第一和第二層之間形成粘結(jié)。
形成所述至少一層含氟化氧化物層的粘結(jié)層可包括形成氧化物層并將該層暴露于含氟溶液、蒸汽或者氣體下。
形成本發(fā)明粘結(jié)結(jié)構(gòu)的方法也可包括粘結(jié)第一和第二粘結(jié)層，并在第一和第二粘結(jié)層之間的界面附近處，形成具有第一峰值的氟濃度，和獨立于第一峰值并且遠(yuǎn)離第一峰值處，在至少一層所述第一和第二層內(nèi)形成第二峰值。粘結(jié)層之一可以是氧化物層，該方法進(jìn)一步包括將氟引入到氧化物層內(nèi)，并在引入步驟之后，在第一氧化物層上形成第二氧化物層。
本發(fā)明還涉及具有第一和第二元件的粘結(jié)結(jié)構(gòu)體，其中分別在第一和第二元件上形成第一和第二粘結(jié)層，第一粘結(jié)層以非粘合劑的方式粘結(jié)到第二粘結(jié)層上，和第一粘結(jié)層包括氟化氧化物。在該結(jié)構(gòu)體中，第一粘結(jié)層可包括在第二氧化物層上形成的第一氧化物層，其中在第一粘結(jié)層內(nèi)的氟濃度具有位于第一和第二粘結(jié)層之間的界面附近的第一峰值，和第二峰值位于第一和第二氧化物層之間的界面處。
本發(fā)明的目的是在室溫下，在空氣中，在氧化硅覆蓋的各種材料的晶片的表面上，實現(xiàn)非常高密度的共價粘結(jié)。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是降低厚度為納米到微米的表面氧化硅層的密度。
本發(fā)明再一目的是提高雜質(zhì)和/或吸收的濕氣離開粘結(jié)界面的擴散速度。
本發(fā)明另一目的是獲得在表面上氟濃度大于1×1017cm-3的粘結(jié)層(厚度為納米到微米)。
本發(fā)明額外的目的是使用標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體方法，在集成電路或器件圖案的表面上改變共價粘結(jié)體的密度。
本發(fā)明另一目的是通過標(biāo)準(zhǔn)半導(dǎo)體方法，采用氟化處理，在氧化硅表面上局部或全部形成低-k電介質(zhì)。
本發(fā)明再進(jìn)一步的目的是生成其表面可用所需基團在原子水平上終止的材料，以便當(dāng)兩個這樣的表面在室溫下接觸時形成共價粘結(jié)體。
附圖簡述可容易獲得本發(fā)明的更全面理解和許多附帶的優(yōu)點，這是因為通過參考下述詳細(xì)說明，當(dāng)與附圖結(jié)合考慮時，可更好地理解它們，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施方案的流程圖；圖2A是具有相應(yīng)粘結(jié)層的一對解粘結(jié)基底的示意圖2B是一對彼此接觸的解粘結(jié)基底的示意圖；圖2C是在除去一部分基底之后，在圖2B中的一對基底的示意圖；圖2D是在粘結(jié)第三基底之后，在圖2C中的一對基底的示意圖；圖3是在粘結(jié)晶片對的氣氛中，在有和無含氟與銨的粘結(jié)層的情況下，室溫粘結(jié)能作為儲存時間函數(shù)的圖表；圖4是對于有和無等離子處理處理情況下加工的粘結(jié)晶片來說，粘結(jié)能作為儲存時間函數(shù)的圖表；圖5是對于有和無銨情況下處理的晶片對來說，在室溫下，粘結(jié)能作為儲存時間函數(shù)的圖表；圖6是室溫粘結(jié)能作為后-HF處理烘烤溫度函數(shù)的圖表；圖7是說明所測量的粘結(jié)能和儲存時間的均方根之間線性關(guān)系的圖表；圖8A-8C說明了其中在粘結(jié)層內(nèi)形成氟化層的本發(fā)明的實施方案；圖9A-9E圖示了在粘結(jié)晶片對內(nèi)局部充分地共價粘結(jié)的區(qū)域；圖10是描述在本發(fā)明的粘結(jié)界面下方斷裂的Si基底表面下的顯微照片；圖11是包埋的低-k氧化物結(jié)構(gòu)體的示意圖；圖12是SIMS(次級離子質(zhì)譜)測量結(jié)果；圖13說明了將多個器件粘結(jié)到較大的基底上；圖14A-14C圖示了本發(fā)明粘結(jié)方法在金屬對金屬粘結(jié)上的應(yīng)用；圖15說明了多個器件金屬對金屬地粘結(jié)到較大基底上；和圖16A-16E說明了本發(fā)明的氣密封裝應(yīng)用。
優(yōu)選實施方案的詳細(xì)說明現(xiàn)參考附圖，其中在數(shù)幅附圖中，類似的參考標(biāo)記表示類似或者相應(yīng)的部分，和更特別地描述圖1和圖2A-2B，其說明了本發(fā)明粘結(jié)方法的第一個實施方案。圖1用通用的術(shù)語說明了本發(fā)明的方法。在待粘結(jié)的元件，例如基底或者晶片上形成粘結(jié)層(步驟10)。通過例如將粘結(jié)層的表面暴露于氟或氟植入劑下，從而氟化至少一層粘結(jié)層(步驟11)。使各層直接接觸，從而形成粘結(jié)界面(步驟12)，并通過化學(xué)反應(yīng)導(dǎo)致形成共價鍵(步驟13)。隨著額外共價鍵形成和/或來自所述化學(xué)反應(yīng)的副產(chǎn)物擴散離開所述粘結(jié)界面，粘結(jié)強度會增加。優(yōu)選地，粘結(jié)工藝在室溫下，例如在約20-25℃下進(jìn)行。
圖2A示出了具有相應(yīng)粘結(jié)層201、204和相應(yīng)的相對表面202、205的兩塊晶片200、203。粘結(jié)層201和204由通過許多技術(shù)，其中包括，但不限于濺射、等離子加強的氣相沉積中的任何一種或其結(jié)合形成的氧化硅，或由熱氧化物形成。材料201和204的表面可以相對粗糙(＞20埃RMS)且要求在直接接觸之前變光滑。該膜也可具有足夠低的表面粗糙度，在沒有變光滑的情況下粘結(jié)?？墒褂蒙暾圵O01/61734、WO01/26137和WO01/71797中所述的技術(shù)制備表面202和205，產(chǎn)生光滑、活化的表面。
層201和204可以是使用化學(xué)氣相沉積(CVD)或者等離子加強的CVD(PECVD)、濺射或者通過氣化形成的絕緣體，例如SiO2、氮化硅、無定形硅。也可使用其它材料，例如聚合物，半導(dǎo)體或者燒結(jié)材料。層201和204的厚度應(yīng)當(dāng)大于相應(yīng)基底201和203的表面形貌。
使用例如化學(xué)-機械拋光，平面化層201和204的表面202和205并使之變光滑。優(yōu)選拋光表面202和205到約不大于3nm的粗糙度，和優(yōu)選不大于約0.1nm，且基本上是平坦的。表面粗糙度值典型地以均方根(RMS)值的形式給出。此外，表面粗糙度可以以平均值形式給出，它幾乎與RMS值相同。在拋光之后，清洗表面202和205，并干燥，以便從拋光步驟中除去任何殘渣。拋光的表面201和205優(yōu)選然后用溶液漂洗。
在拋光粘結(jié)層的表面到(如上所述的)小的表面粗糙度之后，視需要，將粘結(jié)層暴露于氟化處理下，例如稀釋的含水HF、CF4或SF6等離子處理、F+植入下，視需要，加熱，以氟化所有或所需部分的粘結(jié)層。如下所述，活化該層，并用所需基團在表面上終止?；罨徒K止步驟可一起進(jìn)行?？扇绱颂幚碚辰Y(jié)表面中的僅僅一個或者兩個。
表面201和205然后進(jìn)行活化工藝。這一活化工藝是蝕刻工藝，且優(yōu)選是非常輕微的蝕刻(VSE)工藝。術(shù)語VSE是指非常輕微蝕刻的表面的均方根微粗糙度(micro-roughness)(RMS)保持接近于未蝕刻的數(shù)值，典型地＜0.5nm，和優(yōu)選在0.1nm-3nm范圍內(nèi)。所除去的材料的最佳量取決于除去所使用的材料和方法。所除去的典型量從數(shù)埃變化到數(shù)納米。還可除去更多的材料。VSE還包括使在處理表面上的粘結(jié)斷裂，和可在沒有大量除去材料的情況下發(fā)生。VSE不同于通過例如在表面上引入電荷或者破壞表面層的簡單的表面改性。在本發(fā)明方法的第一個實施例中，VSE方法由在特定的功率電平下，經(jīng)特定時間的氣體或者混合氣體(例如氧氣、氬氣、氮氣、CF4、NH3)的等離子工藝組成。等離子工藝的功率和持續(xù)時間將隨獲得所需粘結(jié)能所使用的材料而變化。以下給出了實例，但一般來說，根據(jù)經(jīng)驗確定功率和持續(xù)時間。
可以按照不同模式進(jìn)行等離子工藝。可使用反應(yīng)性離子蝕刻(RIE)和等離子體模式這二者，以及電感耦合等離子體模式(ICP)。也可使用濺射。以下給出了RIE和等離子體模式中的數(shù)據(jù)和實例。
VSE工藝通過物理濺射和/或化學(xué)反應(yīng)非常輕微地蝕刻表面，且優(yōu)選控制VSE工藝，使粘結(jié)表面的表面粗糙度不劣化。取決于VSE和所蝕刻的材料，可甚至改進(jìn)表面粗糙度。對于本發(fā)明的室溫粘結(jié)方法來說，不過度蝕刻表面34的任何氣體或者氣體混合物可用于本發(fā)明的室溫粘結(jié)方法。
VSE起到清洗表面的作用并使晶片表面上的氧化物化學(xué)鍵斷裂。CSE方法因此可顯著提高表面活性。通過合適設(shè)計VSE，所需的粘結(jié)物種可用于在VSE過程中終止表面表面201和205。或者，可使用后VSE處理，其中在后VSE工藝過程中，用所需的終止物種活化并終止表面。
所需的物種進(jìn)一步優(yōu)選與表面原子層形成臨時粘結(jié)，從而有效地終止原子層，直到隨后這一表面可與通過相同或者另一粘結(jié)物種終止的表面結(jié)合在一起。在表面上的所需物種當(dāng)它們足夠接近時，進(jìn)一步優(yōu)選彼此反應(yīng)，從而使得在低溫或者室溫下在表面201和205之間提供化學(xué)粘結(jié)，其中所述化學(xué)粘結(jié)通過已反應(yīng)的所需物種擴散或者解離并擴散遠(yuǎn)離粘結(jié)界面來加強。
后VSE工藝優(yōu)選包括在含選擇化學(xué)品的溶液內(nèi)浸漬，產(chǎn)生表面反應(yīng)，所述表面反應(yīng)導(dǎo)致用所需物種終止粘結(jié)表面34。浸漬優(yōu)選就在VSE工藝之后進(jìn)行。后VSE工藝可在與進(jìn)行VSE工藝相同的裝置內(nèi)進(jìn)行。如果VSE和后VSE工藝二者是或者干燥工藝，即等離子體、RIE、ICP、濺射等工藝，或者濕工藝，即，溶液浸漬的話，這可最容易進(jìn)行。所需物種優(yōu)選由一層單層或數(shù)層單層原子或分子組成。
后VSE工藝也可由等離子體、RIE或者其它干燥工藝組成，其中合適的氣體化學(xué)品被引入，導(dǎo)致用所需物種終止該表面。后VSE工藝也可以是第二VSE工藝。終止工藝也可包括清洗工藝，其中在沒有VSE的情況下除去表面污染物。在此情況下，類似于以上所述的后VSE工藝的后清洗工藝導(dǎo)致所需的表面終止。
若通過清洗或者VSE工藝活化的表面粘結(jié)隨后足夠弱地表面再構(gòu)，且在粘結(jié)之前，可充分維持清潔，以便隨后與類似表面的粘結(jié)可形成化學(xué)鍵的話，則后VSE或者后清洗工藝可以需要或者可以不需要用所需的物種終止表面。
任選地漂洗晶片，然后干燥。(視需要)通過校準(zhǔn)兩塊晶片，并使之結(jié)合在一起，形成粘結(jié)界面，從而粘結(jié)它們。
如圖2B所示，表面202和205彼此直接接觸，形成粘結(jié)的結(jié)構(gòu)體。在室溫下，在兩個表面202和205之間的界面206上發(fā)生共價鍵合。然后典型地在粘結(jié)界面內(nèi)的一些位置處發(fā)生自發(fā)粘結(jié)，并在晶片上生長。隨著起始的化學(xué)鍵開始生長，當(dāng)表面足夠接近時，在終止表面202和205所使用的物種之間發(fā)生導(dǎo)致化學(xué)鍵的化學(xué)反應(yīng)，例如聚合。粘結(jié)能定義為在通過插入楔子(wedge)部分解粘結(jié)的粘結(jié)界面處獨立的表面之一的特定表面能。在所述粘結(jié)表面彼此接觸之后，隨著時間流逝，當(dāng)共價鍵的數(shù)量增加和/或來自于所述終止表面結(jié)合在一起形成的反應(yīng)副產(chǎn)物擴散離開所述粘結(jié)表面時，在所述粘結(jié)的結(jié)構(gòu)體內(nèi)的粘結(jié)強度增加。反應(yīng)副產(chǎn)物擴散離開粘結(jié)界面到晶片邊緣上或者被晶片吸收，典型地被周圍材料內(nèi)的晶片被吸收。該副產(chǎn)物也可轉(zhuǎn)化成擴散離開晶片或者被晶片吸收的其它副產(chǎn)物。可通過除去轉(zhuǎn)化的物種，來增加共價和/或離子鍵的數(shù)量，從而導(dǎo)致粘結(jié)強度的進(jìn)一步增加。
實施例在第一個實施方案的第一個實施例中，在200-250℃下，PECVD(等離子加強的化學(xué)清洗沉積)二氧化硅沉積在單側(cè)拋光的硅片上。PECVD氧化物的厚度不是關(guān)鍵的，和任意地選擇為～1.0微米。拋光用PECVD氧化物層覆蓋的晶片，使表面變光滑。使用AFM(原子力顯微術(shù))，測定表面微粗糙度的RMS(均方根)數(shù)值為1-3埃。通過改性的RCA1(H2O∶H2O2∶NH4OH＝5∶1∶0.25)溶液清洗晶片并旋轉(zhuǎn)干燥。
將晶片任意地分成數(shù)組，其中在粘結(jié)之前，在一組內(nèi)的每一晶片對以特定方式處理。在第I組中，在100mTorr下，氧化物覆蓋的晶片對在氧氣等離子體內(nèi)以反應(yīng)性離子蝕刻模式(RIE)處理30秒。等離子處理的晶片浸漬在含有35％氨水的CMOS級的氫氧化銨水溶液(下文稱為“NH4OH”)中，之后旋轉(zhuǎn)干燥，并在室溫下，在空氣中粘結(jié)。在第II組中，氧化物覆蓋的晶片浸漬在0.025％HF水溶液中30秒，并旋轉(zhuǎn)干燥?？筛鶕?jù)所使用的氧化硅的類型改變HF濃度，和可以是0.01％-0.5％。然后在空氣中，在250℃下加熱晶片2-10小時。再次在RCA1中清洗晶片，氧氣等離子體處理，在NH4OH中浸漬，并旋轉(zhuǎn)干燥，之后在室溫下在空氣中粘結(jié)。
圖3分別示出了在室溫下，在空氣中，第I組和第II組的粘結(jié)的晶片對的粘結(jié)能作為儲存時間的函數(shù)。在笫II組內(nèi)的晶片對的粘結(jié)能在3小時內(nèi)快速增加到1000mJ/m2，并在空氣中，在室溫下，～40小時儲存之后，達(dá)到本體硅的斷裂能(2500mJ/m2)且顯著高于第I組晶片對。這通過圖3上部的曲線示出。在室溫粘結(jié)之前，HF浸漬和隨后加熱在笫I組和第II組粘結(jié)晶片之間產(chǎn)生室溫粘結(jié)能的巨大差別。
為了測定氧氣等離子處理在提高室溫粘結(jié)能方面的效果，制備另一組(第III組)晶片。在與第II組晶片對相同的工藝條件下處理，所不同的是省去氧氣等離子處理步驟，之后在室溫下粘結(jié)第III組內(nèi)氧化物覆蓋的晶片對。對于有和無等離子處理的晶片對來說，在室溫下實現(xiàn)類似的粘結(jié)能，如圖4所示。圖4表明，若通過HF含水浸漬和烘烤，之后進(jìn)行晶片粘結(jié)，則對于在室溫下的充分化學(xué)鍵合來說，氧氣等離子處理不是重要的。
在進(jìn)一步的組，第IV組中，在與第II組晶片對相同的工藝條件下處理，所不同的是省去NH4OH浸漬并用去離子水漂洗替代，之后在室溫下粘結(jié)該氧化物覆蓋的晶片對。圖5表明，對于不含NH4OH浸漬的晶片對來說，在室溫下的粘結(jié)能下降60％，1051mJ/m2相對于2500mJ/m2。因此NH4OH浸漬顯著增加室溫下的粘結(jié)能。
NH4OH處理，用NH2基終止表面。因此，優(yōu)選在本發(fā)明的方法中，在表面上終止NH2基。這可通過暴露于含NH4OH的氣體下，暴露于含NH4OH的等離子體下，暴露于含NH4OH的液體蒸汽下或者暴露于含NH4OH的液體或者上述處理的結(jié)合，從而實現(xiàn)NH4OH處理。
與第II組中的那些一樣處理晶片對，但改變后-HF烘烤。當(dāng)不使用烘烤，且在空氣中，在室溫下儲存粘結(jié)晶片時，獲得～1000mJ/m2的粘結(jié)能。圖6示出了對于這些晶片對來說，作為10小時后-HF烘烤溫度函數(shù)室溫粘結(jié)能的增加。對于后-HF、預(yù)粘結(jié)烘烤來說，存在其中實現(xiàn)最大室溫粘結(jié)能的溫度范圍。對于在約250℃下的烘烤來說，獲得最佳結(jié)果。因此，在本發(fā)明的方法中，優(yōu)選在約250℃下進(jìn)行加熱。
上述結(jié)果表明，根據(jù)所得高的粘結(jié)強度，氧化物覆蓋的晶片的HF浸漬、后HF烘烤、和NH4OH浸漬有助于室溫下的化學(xué)鍵合。
本領(lǐng)域已知，添加氟到二氧化硅內(nèi)可降低氧化物密度且在氧化物網(wǎng)絡(luò)內(nèi)產(chǎn)生微孔隙(參見，例如Lee和J-W.Park，J.Appl.Phys.80(9)(1996)5260，其全文內(nèi)容在此通過參考引入)。最近，V.Pankov等，J.Appl.Phys.86(1999)275，和A.Kazor等，J.Phys.Lett.65(1994)1572(其全文內(nèi)容在此通過參考引入)報道了摻入氟引起Si-O-Si環(huán)斷裂且通過下述反應(yīng)，將二氧化硅網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)朝具有較低密度的大尺寸的環(huán)改變(1)這一改性結(jié)構(gòu)有助于雜質(zhì)較高的擴散速度和提高的濕氣吸收。此外，公知當(dāng)氟化二氧化硅(SiOF)暴露于潮濕氛圍下時，它有效地吸收水。V.Pankov，J.C.Alonso和A.Ortiz，J.Appl.Phys.86(1999)，p.275(其全文內(nèi)容在此通過參考引入)。
在HF浸漬，如在本發(fā)明的0.025％HF水溶液中浸漬的過程中，除了在二氧化硅表面上形成Si-F和Si-OH基以外，還如下所述生成一些F離子
(2)參見，例如H.Nielsen和D.Hackleman，J.Electrochem.Soc.Vol.130(1983)p.708(其全文內(nèi)容在此通過參考引入)。在升高的溫度下后HF烘烤有助于除去通過上述反應(yīng)生成的水并提高氟的擴散。氟原子擴散到氧化物內(nèi)，并根據(jù)方程式(1)與Si-O-Si鍵反應(yīng)，形成SiOF。
較高溫度的后HF烘烤可在氧化物表面上產(chǎn)生較厚的SiOF層，由于較高效率的吸水從而導(dǎo)致較高的室溫粘結(jié)能。然而，對于最多350℃的烘烤來說，圖6的結(jié)果表明，當(dāng)后HF烘烤溫度高于300℃時，所得粘結(jié)能實際上低于在較低溫度下的烘烤。Chang等，Appl.Phys.Lett.vol.69(1996)p.1238(其全文內(nèi)容在此通過參考引入)報道了若SiOF沉積溫度高于300℃，則由于在氧化物內(nèi)氟原子的損失導(dǎo)致該層的耐濕性開始增加。因此，對于在粘結(jié)之前，在350℃下后HF退火的晶片對來說，室溫粘結(jié)能的下降可歸因于下述事實在粘結(jié)界面處的SiOF層吸收的濕氣小于250℃退火的層，盡管SiOF層可能較厚。
在本發(fā)明的優(yōu)選工藝中，根據(jù)下述交換反應(yīng)，二氧化硅的最外層的表面終止從后HF退火的Si-F轉(zhuǎn)化成RCA1溶液清洗之后的Si-OH(3)在例如含水NH4OH浸漬(含有約65％的H2O)之后，大多數(shù)Si-OH基然后轉(zhuǎn)化成Si-NH2(4)然而，在NH4OH浸漬之后，由于在NH4OH內(nèi)的H2O含量導(dǎo)致表面仍部分OH基終止。
Si-NH2和Si-OH終止的表面在室溫下粘結(jié)，且當(dāng)兩種表面足夠接近時，發(fā)生下述反應(yīng)(5)(6)例如，Q.-Y.Tong和U.Goesele，J.Electroch.Soc.，142(1995)，p.3975報道了可在室溫下，在氫鍵鍵合到相反鍵合的親水表面上的兩個Si-OH之間形成Si-O-Si共價鍵。然而，上述聚合反應(yīng)在小于～425℃的溫度下是可逆的。參見，例如M.L.Hair，in SiliconChemistry，E.R.Corey，J.Y.Corey和P.P.Gaspar，Eds.，Wiley，NewYork(1987)，p.482(其全文內(nèi)容在此通過參考引入)。
若可在沒有加熱的情況下，除去通過上述反應(yīng)生成的水和氫氣，則根據(jù)上述反應(yīng)，共價鍵不具有可逆性，且導(dǎo)致室溫下永久的共價鍵合。根據(jù)本發(fā)明，通過在粘結(jié)之前，氟化氧化物，在遠(yuǎn)離粘結(jié)表面處氟摻入到氧化物內(nèi)，且上述聚合反應(yīng)的副產(chǎn)物可通過從粘結(jié)界面擴散到遠(yuǎn)離粘結(jié)界面的低密度的氟化氧化物內(nèi)，從而導(dǎo)致在室溫下在界面處高度的共價鍵合。圖7示出了對于使用與第II組中的那些相同的工藝條件下，在室溫下粘結(jié)的氧化物覆蓋的晶片對來說，在室溫下，作為儲存時間的均方根函數(shù)的粘結(jié)能。對于水的恒定總量S來說，在粘結(jié)界面Cs1處的水濃度與均方根時間t和水的擴散系數(shù)D1成反比，和在粘結(jié)界面處的氫氣濃度Cs2與均方根時間t和氫氣的擴散系數(shù)D2成反比Cs1＝S(πD1t)1/2(7.1)Cs2＝S(πD2t)1/2(7.2)參見，例如J.C.C.Tsai，VLSI Technology，S.M.Sze，Ed.，McGraw-Hill，Auckland，(1983)，p.147(其全文內(nèi)容在此通過參考引入)。
當(dāng)在粘結(jié)界面處，粘結(jié)能γ與水和氫氣濃度成反比時，粘結(jié)能應(yīng)當(dāng)與氫氣和水濃度的倒數(shù)成正比γ～(Cs1+Cs2)-1(8)
盡管NH2終止的濃度可大于OH終止?jié)舛?，從而?dǎo)致在粘結(jié)之后H2濃度比H2O高，但認(rèn)為氫氣的擴散性顯著高于水，這是因為其尺寸小得多(2.5埃相對于3.3埃)。粘結(jié)能的增加可能主要由水的擴散支配，且如果擴散系數(shù)恒定，則與時間的均方根成正比γ～1/Cs1＝(πD1t)1/2/S (9)與這一結(jié)論一致的是，如圖7所示，觀察到所測量的粘結(jié)能與時間的均方根之間接近線性的關(guān)系，這與水(和氫氣)擴散遠(yuǎn)離粘結(jié)界面進(jìn)入氟化氧化物層內(nèi)一致。因此，水(和氫氣)擴散遠(yuǎn)離粘結(jié)界面可能是在本發(fā)明中觀察到的粘結(jié)能提高的原因，但本發(fā)明不限于導(dǎo)致水副產(chǎn)物的反應(yīng)和所述水(和氫氣)副產(chǎn)物擴散遠(yuǎn)離所述粘結(jié)表面。
對于主要用OH基終止的粘結(jié)表面，例如與第IV組內(nèi)的晶片一樣的沒有用NH4OH處理的粘結(jié)表面來說，存在顯著較高濃度的水?dāng)U散離開該界面。因此，用NH4OH浸漬的晶片對的粘結(jié)能隨儲存時間快速增加，且與圖5所示的不用NH4OH浸漬處理的晶片對相比，達(dá)到高得多的數(shù)值。
圖8A-8C示出了在隨后的粘結(jié)中使用的氟化氧化物層的方法。在于待粘結(jié)的基底90上形成氧化物層81(圖9A)之后，或者通過濕法或者通過氣體法，將氧化物暴露于HF下。氣體工藝的實例是沒有在HF溶液中浸漬的情況下，將晶片表面暴露于HF蒸汽下，可以以許多方式形成氧化物，其中包括，但不限于，濺射、等離子加強的氣相沉積(PECVD)和熱生長。基底可以是有或無在其內(nèi)形成的器件的硅片。或者，F(xiàn)可以采用20-30keV的能量，通過1×1015到1×1016/cm2的氟離子植入，從而引入到氧化物層內(nèi)。
在于～250℃下退火之后，在層81的表面82內(nèi)形成厚度約0.5微米的SiOF表面粘結(jié)層83(圖8B)。注意，層83的尺寸沒有按比例畫出?；讉溆糜谡辰Y(jié)到具有第二粘結(jié)層85(其也具有在表面內(nèi)形成的SiOF層86)的另一基底84上，粘結(jié)能在環(huán)境中，在室溫下進(jìn)行，如圖8C所示。在室溫下在基底之間形成非常高密度的共價粘結(jié)，其比沒有使用HF浸漬和烘烤的晶片對高最多2.5倍(通過所測量的粘結(jié)強度來推導(dǎo))。
還可將SiOF表面層粘結(jié)到不具有SiOF表面層的另一粘結(jié)層上。還可通過F+植入和/或蝕刻(例如，使用SF6和/或CF4的干燥蝕刻)氧化硅，接著在升高的溫度下烘烤，形成SiOF表面層。另外，可通過PECVD(等離子加強的化學(xué)氣相沉積)形成SiOF表面層。例如，在室溫下，電子-共振PECVD氧化物沉積使用SiF4/Ar/N2O(S.P.Kim，S.K.Choi，Y.Park和I Chung，Appl.Phys.Lett.79(2001)，p.185，PECVD oxide deposition using Si2H6/CF4/N2O at 120℃，J.Song，P.K.Ajmera和G.S.Lee，Appl.Phys.Lett.69(1996)，p.1876or SiF4/O2/Ar at 300℃ S.Lee和J.Park，Appl.Phys.Lett.80(1996)，p.5260)。
HF浸漬和退火，以便在二氧化硅表面上形成SiOF表面粘結(jié)層具有獨特的應(yīng)用。圖9A-E圖示了可使用本發(fā)明生產(chǎn)局部變化的共價粘結(jié)，和因此局部變化的在表面上的粘結(jié)能。圖9A示出了在硅片上，在暴露的二氧化硅的選擇區(qū)域內(nèi)，在此情況下，硅器件區(qū)域內(nèi)，使用稀釋的HF(或緩沖的HF)溶液，從表面上蝕刻掉小量的氧化物?；?0具有二氧化硅層91和器件部分92。器件部分可以是離散的器件，電路或者集成電路。在具有孔隙94的氧化物91上形成光致抗蝕劑或掩膜層93。稀釋的HF溶液蝕刻通過孔隙94暴露的二氧化硅，生成下凹的區(qū)域95。下凹的區(qū)域可具有非常寬范圍的深度，從數(shù)納米到許多微米，但較厚的吹塑也是可能的(圖9B)。光致抗蝕劑或者掩膜層抗HF蝕刻。除去層93，接著如圖9C所示，在～250℃下在整個表面上沉積二氧化硅。250℃再沉積工藝模擬后HF烘烤處理的效果且包埋稀釋的HF處理過的表面。
CMP工藝步驟然后可用于平面化下凹的區(qū)域并改進(jìn)表面粗糙度。第I組表面處理然后用到層96上，和硅片在室溫下粘結(jié)到另一晶片，例如覆蓋晶片98的二氧化硅層97上，如圖9D所示。沿著本發(fā)明的粘結(jié)界面，在HF的蝕刻區(qū)域內(nèi)，室溫粘結(jié)能顯著高于非HF蝕刻的區(qū)域。
當(dāng)如此形成的粘結(jié)對被迫分離時，所得分離典型地不在HF浸漬的器件區(qū)域的粘結(jié)界面處。確實，一部分硅片或者硅片本身可在粘結(jié)界面下方處斷裂并從基底上剝離，如圖9D所圖示。基底90的部分99連接到器件或電路92上。層91的部分100和層96的部分101因斷裂而分離(圖9E)。
在圖10的顯微照片中示出了圖9圖示的實際實例，其表明，來自粘結(jié)對的晶片殘余物被迫分離。這一殘余物表明在其中表面暴露于HF下的粘結(jié)界面下方硅片內(nèi)的斷面。這與在這些位置內(nèi)氧化硅層之間的粘結(jié)能高于本體硅的斷裂能一致。在晶片對的粘結(jié)界面的其它位置上，同樣如圖10所示，表面沒有暴露于HF下。在這些位置內(nèi)，認(rèn)為粘結(jié)能低于本體硅的斷裂能。這與在這些區(qū)域內(nèi)缺少硅的剝離一致。
這種局部的氟化由于將F引入到氧化物內(nèi)，降低該材料的介電常數(shù)，也可導(dǎo)致形成較低k的電介質(zhì)。可利用本發(fā)明的這一特征，在集成電路或其它結(jié)構(gòu)體的設(shè)計中發(fā)揮優(yōu)勢。例如，可在VLSI器件內(nèi)，在金屬線之間，而不是在多層互連體的通路電平內(nèi)，通過蝕刻工藝，例如暴露于HF下，在其中希望低k電介質(zhì)的區(qū)域內(nèi)，形成低k電介質(zhì)，接著在～250℃下沉積氧化物。圖11示出了包埋的低k結(jié)構(gòu)體的一個實例。在圖11中，在氧化物層，例如SiO2，110、112和114之間形成低k材料層部分111和113。金屬層115和117通過通路116和118連接。
實施例使用圖8A-8C再次描述本發(fā)明方法的第二個實施例。在基底80上形成第一氧化物層81(圖8A)。通過以上所述的工序之一，亦即，暴露于HF下或者暴露于含氟氣體下，將氟引入到膜81內(nèi)。例如，在膜81上通過PECVD形成第二氧化物膜82(圖8B)。也可通過使用沉積所述氧化物膜82用的合適的含氟前體，將它引入到第二膜內(nèi)。注意，在該實施例中，膜81和82的尺寸沒有按比例畫出，這是因為該附圖還用于描述其中在膜81內(nèi)形成膜82的實施例，但該附圖確實準(zhǔn)確地代表了膜81和82的位置。在該實施例中，由于沉積溫度和/或與所述氧化物膜82有關(guān)的含氟前體導(dǎo)致不需要烘烤基底，以生成輔助除去反應(yīng)副產(chǎn)物的氟化層。然后將該用品備用于粘結(jié)另一晶片，如圖8C所示。
在圖10所示的樣品上，在其中形成氧化硅層，并暴露于HF溶液，接著在250℃下沉積氧化物這樣處理的樣品的HF暴露表面積內(nèi)，進(jìn)行SIMS(次級離子質(zhì)譜)測量。然后將該樣品浸漬在NH4OH溶液內(nèi)。圖12示出了測量結(jié)果。圖12所示的SIMS測量結(jié)果證明在粘結(jié)之前在NH4OH內(nèi)浸漬的粘結(jié)晶片的粘結(jié)界面處Si-N共價鍵的存在。此外，SIMS斷面測量清楚地證明在氧化物沉積的界面附近，在HF蝕刻的凹處存在高的氟濃度。由于在氧化物沉積之前，該樣品僅僅暴露于HF下，因此合理地將在粘結(jié)界面處的F信號歸因于F通過沉積的氧化物擴散并在250℃氧化物沉積過程中在氧化物表面處累積。在粘結(jié)界面處的氟濃度為約2×1018/cm3，和峰值氮濃度為～3.5×1020/cm3。遠(yuǎn)離粘結(jié)界面處的F有助于除去反應(yīng)副產(chǎn)物，例如HOH，從而導(dǎo)致增加濃度的永久共價鍵和粘結(jié)強度。
在250℃下后HF含水浸漬烘烤10小時可與反復(fù)PECVD氧化物沉積的溫度與持續(xù)時間相當(dāng)。因此在HF浸漬之后，通過在HF處理的表面上沉積PECVD氧化物，可避免獨立的退火步驟。這一優(yōu)點的實例是在晶片粘結(jié)的制備中，在非平面晶片的平面化中。例如，對于集成電路(IC)的粘結(jié)來說，室溫粘結(jié)可能非常有用。然而，IC典型地具有非平面表面，這不利于對于室溫直接晶片粘結(jié)來說優(yōu)選的平坦和光滑表面。改進(jìn)這一平坦度的方法是沉積氧化物層，接著CMP。這類似于以上提供的實施例，所不同的是，非平坦度可以是1微米或者更大。在非平坦度增加的這一情況下，沉積較厚的氧化物或者大于一次地反復(fù)沉積氧化物，并使用CMP實現(xiàn)所需的平坦度。在這一平面化工藝中，若在(最后)的氧化物沉積之前，采用HF處理，則隨后的氧化物沉積將具有增加的F濃度，和在氧化物沉積之后在其表面處具有F的累積。與若不使用HF處理所獲得的粘結(jié)能相比，例如如上所述，采用第I組預(yù)粘結(jié)處理，且沒有任何后氧化物生長熱處理的情況下，這一F濃度可導(dǎo)致較高的粘結(jié)能。
可在環(huán)境條件下，而不是限制到高或超高真空(UHV)條件下，進(jìn)行本發(fā)明的方法。因此，本發(fā)明的方法是成本低，可批量生產(chǎn)的制造技術(shù)。該方法也不限于晶片的類型、待粘結(jié)的基底或元件。晶片可以是本體材料，例如硅，具有在其內(nèi)形成的器件的晶片，處理器基底、散熱片等。
盡管圖2A和2B示出了粘結(jié)在一起的兩種器件，但該方法不限于粘結(jié)兩種器件。可除去基底200和203之一并反復(fù)處理，正如圖2C和2D所示。在圖2C中，通過包括粉碎、搭接、拋光和化學(xué)蝕刻中的一種或多種工藝在內(nèi)的工序，對圖2B所示結(jié)構(gòu)的基底203進(jìn)行基底除去，得到部分207?？苫谶M(jìn)行該方法的材料或者結(jié)構(gòu)體的類型決定合適的一種或多種方法。在其中基底203在其表面上含有器件或其它元件的情況下，除了其中器件或其它元件駐留的區(qū)域以外，可除去所有或基本上所有的基底203。基于材料、材料的蝕刻特征或者特定應(yīng)用的細(xì)節(jié)，可改變除去的量。
在部分207(如圖2C所示)上形成相同或者不同材料的另一粘結(jié)層208，例如沉積的氧化硅材料，和如上所述制備具有粘結(jié)層2-7的基底209，亦即，使層210的表面變光滑到以上所述范圍內(nèi)的表面粗糙度，并以與以上所述相同的方式在界面211處，粘結(jié)到層108上。圖2D示出了所得結(jié)構(gòu)體。該工藝可進(jìn)行N次，視需要產(chǎn)生(N+1)集成結(jié)構(gòu)體。
本發(fā)明可局部粘結(jié)到全部晶片表面積上或者可粘結(jié)在整個全部晶片表面積上。換句話說，較小的小片可粘結(jié)到較大的小片上。這在圖13中示出，其中具有相應(yīng)粘結(jié)層134、136和138的數(shù)個較小的小片133、135和137粘結(jié)到粘結(jié)層131的表面132上。
本發(fā)明還可用于室溫金屬的直接粘結(jié)，正如在申請序列號10/359608中所述(其內(nèi)容在此通過參考引入)。正如圖14A所示，兩個基底140和143具有各自的粘結(jié)層141和144以及金屬墊142和145。間隙146隔開墊片，和墊片的上表面在層141和144的上表面上延伸。制備層141和144的表面以供如上所述的粘結(jié)，然后使基底的金屬墊片接觸(圖14B)。至少一個基底彈性變形，且粘結(jié)層141和144接觸，并開始在層141和144之間的一個或多個點處粘結(jié)(圖14C)。粘結(jié)生長形成粘結(jié)體147。在室溫下，形成強的粘結(jié)(例如共價粘結(jié))。
圖15示出了較小的器件或小片151和152對較大基底150的金屬粘結(jié)。在器件151和152內(nèi)的結(jié)構(gòu)體153和154分別可以是有源器件或者接觸結(jié)構(gòu)體。在基底150內(nèi)，還可以是有源器件或者含有有源器件的結(jié)構(gòu)體156，具有接觸結(jié)構(gòu)體155。在基底150上的粘結(jié)層157和在較小器件151和152上的粘結(jié)層158之間的界面159處形成粘結(jié)。
金屬直接粘結(jié)提供許多優(yōu)點，其中包括省去磨光(grinding)和修磨小片，藉助蝕刻和金屬沉積形成電連接，如參考的現(xiàn)有技術(shù)中所述一樣互連相連的晶片。這消除了因這些小片磨光和修磨而引起的任何機械破壞。此外，省去深的通路蝕刻避免了臺階式覆蓋問題，使得該方法可按比例縮小到較小尺寸，從而導(dǎo)致較小的通路插塞(plug)接觸粘結(jié)的晶片。該方法與其它標(biāo)準(zhǔn)的半導(dǎo)體工藝兼容，且與VLSI兼容。
在進(jìn)一步的實施例中，本發(fā)明的方法可用于氣密封裝，如圖16A-16E所示。在載體上形成氟化的粘結(jié)層162，并在形成器件161，例如MEMS的過程中受到保護。圖16A示出了在載體160上形成粘結(jié)層162，接著在粘結(jié)層162上形成保護膜163，和在載體160上形成器件161的步驟。作為實例，載體160可以是硅基底，和粘結(jié)層162可以是具有合適的表面粗糙度和平坦度特征的沉積的氧化物層，以促進(jìn)室溫粘結(jié)。如圖16B所示，在形成器件161之后除去膜163，和在將粘結(jié)層162粘結(jié)到表面164上的位置處，制備具有合適的表面粗糙度和平坦度特征的覆蓋層165，所述覆蓋層165具有帶表面167的部分166。使表面167與表面164直接接觸并粘結(jié)，形成粘結(jié)體169，如圖16C所示。圖16D代表圖16A-16C所示的方法的改性，其中在部分166上形成具有合適的表面和平坦度特征的粘結(jié)層170。使膜170的表面與膜162的表面接觸并粘結(jié)，形成粘結(jié)體171。圖16E示出了圖16A-16C所示的方法的另一改性，其中覆蓋層由板172和在該板172上形成的部分173組成。如上所述制備部分173的表面，并粘結(jié)162形成粘結(jié)體174。圖16E的右手部分示出了進(jìn)一步的改性，其中采用膜174，將部分173粘結(jié)到板172上，并粘結(jié)到層162上，形成粘結(jié)體175。在任何一種情況下，部分173可以是氧化物或硅材料，和板172可以是硅板。
根據(jù)本發(fā)明，通過任何方法，例如沉積、濺射、熱或化學(xué)氧化，和玻璃上旋涂形成的二氧化硅可以以純或者摻雜的狀態(tài)使用。
在本發(fā)明的優(yōu)選實施方案中，在水化之后和在粘結(jié)之前，通過氟化表面二氧化硅層覆蓋的晶片的氨水溶液浸漬顯著增加室溫粘結(jié)能，這是由于形成Si-N鍵和氫鍵所致。
HF-浸漬和后HF烘烤可在晶片上的所需位置處，例如在二氧化硅層內(nèi)的蝕刻窗處產(chǎn)生局部的共價鍵合。或者F的植入和隨后退火可在所需位置處產(chǎn)生局部的共價鍵合。
根據(jù)本發(fā)明，HF-浸漬和后HF烘烤可在二氧化硅層內(nèi)局部形成低k電介質(zhì)。例如，可在VLSI器件內(nèi)，在多層互連體內(nèi)的金屬線之間，但不是在通路電平處形成低k電介質(zhì)。
本發(fā)明的方法可用于任何類型的基底，例如散熱片、處理器或代用基底，具有有源器件的基底，具有集成電路的基底等。不同技術(shù)的基底，即硅、III-V材料，II-VI材料等可在本發(fā)明中使用。
本發(fā)明的應(yīng)用包括，但不限于，用于3-D SOC的加工集成電路的垂直整合，微墊片封裝、倒裝片結(jié)合的低成本和高性能替代品，晶片級封裝，熱處理和獨特的器件結(jié)構(gòu)體，如金屬基礎(chǔ)器件。
鑒于上述教導(dǎo)，本發(fā)明的許多改性和改變是可能的。因此，要理解，可在此處具體地所述的以外在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)實踐本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種粘結(jié)方法，它包括在相應(yīng)的第一和第二元件上形成第一和第二粘結(jié)層，其中至少一層所述粘結(jié)層包括氟化層；使所述第一和第二粘結(jié)層在室溫下在環(huán)境中接觸；和在室溫下，在所述第一和第二層之間形成粘結(jié)。
2.權(quán)利要求1的方法，包括在室溫下形成至少600mJ/m2的結(jié)合力。
3.權(quán)利要求1的方法，包括在室溫下形成至少1000mJ/m2的結(jié)合力。
4.權(quán)利要求1的方法，包括在室溫下形成至少2500mJ/m2的結(jié)合力。
5.權(quán)利要求1的方法，包括所述第一和第二粘結(jié)層各自形成具有約0.1到1.5nm RMS范圍內(nèi)的表面粗糙度。
6.權(quán)利要求5的方法，包括激活所述第一和第二粘結(jié)層。
7.權(quán)利要求1的方法，包括激活所述第一和第二粘結(jié)層。
8.權(quán)利要求1的方法，其中形成所述氟化層包括形成氧化物層；和將所述氧化物層暴露于含氟溶液下。
9.權(quán)利要求8的方法，包括烘烤所述至少一層含氟化氧化物的所述層。
10.權(quán)利要求9的方法，包括在所述烘烤之后，將所述至少一層所述層暴露于RCA溶液下。
11.權(quán)利要求9的方法，包括在約100-300℃范圍內(nèi)的溫度下，烘烤所述至少一層含氟化氧化物的所述層。
12.權(quán)利要求9的方法，包括在約250℃的溫度下，烘烤所述至少一層含氟化氧化物的所述層。
13.權(quán)利要求9的方法，包括在所述烘烤之后，將所述至少一層所述層暴露于RCA溶液下。
14.權(quán)利要求8的方法，包括將所述層暴露于含HF的溶液下。
15.權(quán)利要求8的方法，包括將所述層暴露于含0.025％HF的溶液下。
16.權(quán)利要求1的方法，其中形成至少一層含氟化氧化物層的所述粘結(jié)層包括形成氧化物層；和將所述氧化物層暴露于含氟氣體下。
17.權(quán)利要求16的方法，包括將所述氧化物層暴露于HF蒸汽下。
18.權(quán)利要求16的方法，包括將所述氧化物層暴露于含SF6和CF4之一的等離子體下。
19.權(quán)利要求1的方法，其中形成至少一層含氟化氧化物層的所述粘結(jié)層包括使用含F(xiàn)的氣體沉積氧化物。
20.權(quán)利要求1的方法，其中形成至少一層含氟化氧化物層的所述粘結(jié)層包括使用含SiF4、CF4和Si2H6之一的氣體，沉積PECVD氧化物。
21.權(quán)利要求1的方法，其中形成至少一層含氟化氧化物層的所述粘結(jié)層包括形成氧化物層；和將含氟的物種植入到所述氧化物層內(nèi)。
22.權(quán)利要求21的方法，包括將含氟的物種以約1×1015-1×1016/cm2的劑量范圍植入到所述氧化物層內(nèi)。
23.權(quán)利要求1的方法，包括通過暴露于RIE工藝下蝕刻所述第一和第二粘結(jié)層。
24.權(quán)利要求1的方法，包括將所述粘結(jié)層暴露于NH4OH溶液和蒸汽之一下。
25.權(quán)利要求1的方法，包括覆蓋所述第一粘結(jié)層的第一部分；和氟化在所述覆蓋步驟中沒有被覆蓋的所述第一粘結(jié)層的第二部分；和將所述第二部分粘結(jié)到所述第二粘結(jié)層上。
26.權(quán)利要求1的方法，其中在所述第一和第二粘結(jié)層之一內(nèi)形成所述氟化氧化物包括將第一氧化物層暴露于氟下；和在所述暴露步驟之后，在所述第一氧化物層上形成第二氧化物層。
27.權(quán)利要求26的方法，包括在約100-300℃的溫度范圍內(nèi)形成所述第二氧化物層。
28.權(quán)利要求26的方法，包括在約250℃的溫度下形成所述第二氧化物層。
29.權(quán)利要求1的方法，包括形成氟濃度為至少1017/cm3的至少一層所述第一和第二粘結(jié)層。
30.權(quán)利要求1的方法，包括在所述第一和第二粘結(jié)層之間的界面附近，形成具有第一峰值的氟濃度，和獨立于所述第一峰值并在遠(yuǎn)離所述第一峰值的位置處，在至少一層所述第一和第二層內(nèi)形成具有第二峰值的氟濃度。
31.權(quán)利要求30的方法，其中形成所述第一和第二粘結(jié)層之一包括形成第一氧化物層；將氟引入到所述氧化物層內(nèi)；和在所述引入步驟以后，在所述第一氧化物層上形成第二氧化物層。
32.權(quán)利要求31的方法，包括氟從所述第一氧化物層擴散到所述第二氧化物層內(nèi)。
33.權(quán)利要求31的方法，包括將所述第一氧化物層暴露于各自含有氟的溶液、蒸汽和氣體之一下。
34.權(quán)利要求31的方法，其中形成所述第一氧化物層包括使用含氟氣體，沉積氧化物。
35.權(quán)利要求31的方法，其中將所述第一氧化物層暴露于含SF6和CF4之一的等離子體下。
36.權(quán)利要求31的方法，其中形成所述第一氧化物層包括使用含F(xiàn)氣體，沉積氧化物。
37.權(quán)利要求31的方法，其中形成所述第一氧化物層包括使用含SiF4、CF4和Si2H6之一的氣體，沉積PECVD氧化物。
38.一種粘結(jié)的結(jié)構(gòu)體，包括第一和第二元件；分別在第一和第二元件上形成第一和第二粘結(jié)層；所述第一粘結(jié)層以非粘合劑的方式粘結(jié)到所述第二粘結(jié)層上；和所述第一粘結(jié)層包括氟化氧化物。
39.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)體，其中所述第一粘結(jié)層包括在第二氧化物層上形成的第一氧化物層；和在所述第一粘結(jié)層內(nèi)的氟濃度具有位于所述第一和第二粘結(jié)層之間的界面附近的第一峰值，和位于所述第一和第二氧化物層之間的界面處的第二峰值。
40.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)體，其中所述第一粘結(jié)層包括植入氟的層。
41.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)體，其中所述第一粘結(jié)層包括具有用氟溶液蝕刻的表面的層。
42.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)體，其中所述第一粘結(jié)層包括具有用含HF溶液蝕刻的表面的層。
43.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)體，其中所述第一粘結(jié)層包括在含氟的第二氧化物層上，在約100-250℃的溫度范圍內(nèi)形成的第一氧化物層。
44.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)體，其中所述第一粘結(jié)層包括在含氟的第二氧化物層上，在約250℃下形成的第一氧化物層。
45.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)體，其中所述第一粘結(jié)層包括植入劑量范圍為約1×1015-1×1016/cm2的含F(xiàn)物種的氧化物層。
46.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)體，其中所述第一粘結(jié)層包括具有多個含氟的離散區(qū)域的層。
47.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)體，其中所述第一粘結(jié)層包括用Si-NH2和Si-OH中至少一個終止的表面。
48.權(quán)利要求38的結(jié)構(gòu)體，其中所述第一粘結(jié)層包括用Si-NH2和Si-OH終止的表面。
全文摘要
一種粘結(jié)方法，包括使用具有氟化氧化物的粘結(jié)層。通過暴露于含氟溶液、蒸汽或者氣體下或者通過植入，可將氟引入到粘結(jié)層內(nèi)。也可使用其中在粘結(jié)層的形成過程中將氟引入其內(nèi)的方法，從而形成粘結(jié)層。粘結(jié)層的表面用所需物種，優(yōu)選NH
文檔編號H01L29/04GK1860590SQ200480018125
公開日2006年11月8日 申請日期2004年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2003年5月19日
發(fā)明者童勤義 申請人:齊普特洛尼克斯公司