本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件制備技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種晶圓表面的鍵合工藝及半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在晶圓制造過程中，由于基底Si界面成鍵Si原子缺少以及界面Si原子未成鍵電子的存在，在Si界面形成具有電學(xué)活性的懸掛鍵(一般晶體因晶格在表面處突然終止，在表面的最外層的每個原子將有一個未配對的電子，即有一個未飽和的鍵，這個鍵稱為懸掛鍵，簡稱Traps)，該懸掛鍵的鍵合程度較低，現(xiàn)有技術(shù)中與懸掛鍵形成鍵合的原子來源較少且缺乏鍵合動力，造成Si界面間懸掛鍵的鍵合程度較低，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件的Dark Current(暗電流)，BLC(BlackLight Compensation，背光補償功能)等性能較差，并且，半導(dǎo)體器件的表面厚度不均一，導(dǎo)致半導(dǎo)體器件表面的外觀出現(xiàn)顏色不均勻的異?，F(xiàn)象。

因此，如何提高懸掛鍵的鍵合程度，使半導(dǎo)體器件的Dark Current，BLC等性能較高，同時改善半導(dǎo)體器件表面的外觀一致性成為本領(lǐng)域技術(shù)人員面臨的一大難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種晶圓表面的鍵合工藝及半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，可以提高晶圓表面的懸掛鍵的鍵合程度，提高半導(dǎo)體器件的電性能，以及改善半導(dǎo)體器件表面的外觀問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的一種晶圓表面的鍵合工藝，包括：

提供一基底，所述基底的上表面包含有懸掛鍵；

沉積一薄膜層，所述薄膜層覆蓋所述基底的上表面；

沉積一柵格層，所述柵格層覆蓋所述薄膜層；

沉積一包含氫離子的第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層覆蓋所述柵格層的表面；

采用退火工藝，使所述第一介質(zhì)層的氫離子與所述基底表面的懸掛鍵鍵合。

進一步的，所述鍵合工藝還包括在所述退火工藝后進行溝槽形成及平坦化，所述溝槽形成及平坦化的步驟包括：在所述柵格層和第一介質(zhì)層中形成若干個溝槽，所述溝槽貫穿所述柵格層和第一介質(zhì)層；沉積一第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層填充并覆蓋所述溝槽以及所述第一介質(zhì)層；以所述第一介質(zhì)層作為停止層，對所述第二介質(zhì)層進行化學(xué)機械平坦化。

進一步的，所述第一介質(zhì)層的硬度大于所述第二介質(zhì)層的硬度。

可選的，所述第二介質(zhì)層為氧化物層。

可選的，所述第一介質(zhì)層為氮化硅層。

進一步的，所述薄膜層包括第一薄膜層和第二薄膜層。

可選的，所述第一薄膜層為高K介質(zhì)層，所述第二薄膜層為二氧化硅層。

進一步的，所述基底為硅基底。

根據(jù)本發(fā)明的另一面，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)包括：

一基底；

一薄膜層，所述薄膜層覆蓋所述基底的上表面；

一柵格層，所述柵格層覆蓋所述薄膜層；

一第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層覆蓋所述柵格層的表面。

進一步的，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)還包括在所述柵格層和第一介質(zhì)層中形成若干個溝槽，所述溝槽貫穿所述柵格層和第一介質(zhì)層；一第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層填充并覆蓋所述溝槽以及所述第一介質(zhì)層。

進一步的，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中所述第一介質(zhì)層的硬度大于所述第二介質(zhì)層的硬度。

可選的，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中所述第二介質(zhì)層為氧化物層。

可選的，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中所述第一介質(zhì)層為氮化硅層。

進一步的，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中所述薄膜層包括第一薄膜層和第二薄膜層。

可選的，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中所述第一薄膜層為高K介質(zhì)層，所述第二薄膜層為二氧化硅層。

進一步的，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中所述基底為硅基底。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：

本發(fā)明通過在所述柵格層上沉積一包含氫離子的第一介質(zhì)層，經(jīng)過退火工藝，促進所述第一介質(zhì)層中氫離子與晶圓表面的Si的懸掛鍵進行鍵合，提高晶圓Si界面懸掛鍵的鍵合程度，使半導(dǎo)體器件的Dark Current和BLC性能明顯得到改善。

進一步的，所述第一介質(zhì)層的硬度大于第二介質(zhì)層的硬度，并采用氮化硅層作為第一介質(zhì)層，有利于后續(xù)化學(xué)機械平坦化制程中以氮化硅層作為停止層，使半導(dǎo)體器件表面更加平坦，優(yōu)化所述第二介質(zhì)層的厚度均一性，減小入射光損耗的差異性，從而可以消除半導(dǎo)體器件表面的外觀顏色異常的問題。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例中所述鍵合工藝的流程圖；

圖2-圖7為本發(fā)明實施例中所述鍵合工藝中各步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合流程圖和示意圖對本發(fā)明的一種晶圓表面的鍵合工藝及半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。

本發(fā)明的核心思想在于，本發(fā)明提供一種晶圓表面的鍵合工藝，如圖1所示，所述鍵合工藝包括如下步驟：

S1、提供一基底，所述基底的上表面包含有懸掛鍵；

S2、沉積一薄膜層，所述薄膜層覆蓋所述基底的上表面；

S3、沉積一柵格層，所述柵格層覆蓋所述薄膜層；

S4、沉積一包含氫離子的第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層覆蓋所述柵格層的表面；

S5、采用退火工藝，使所述第一介質(zhì)層的氫離子與所述基底表面的懸掛鍵鍵合。

相應(yīng)的，根據(jù)本發(fā)明的另一面，本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)包括：

一基底；

一薄膜層，所述薄膜層覆蓋所述基底的上表面；

一柵格層，所述柵格層覆蓋所述薄膜層；

一第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層覆蓋所述柵格層的表面。

本發(fā)明通過在所述柵格層上沉積一包含氫離子的第一介質(zhì)層，經(jīng)過退火工藝，促進所述第一介質(zhì)層中氫離子與晶圓表面的Si的懸掛鍵進行鍵合，提高晶圓Si界面懸掛鍵的鍵合程度，使半導(dǎo)體器件的Dark Current和BLC性能明顯得到改善。

以下例舉晶圓表面的鍵合工藝及半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的實施例，詳細介紹本發(fā)明的一種晶圓表面的鍵合工藝及半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，應(yīng)當(dāng)明確的是，本發(fā)明的內(nèi)容并不限制于以下實施例，其他通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的常規(guī)技術(shù)手段的改進亦在本發(fā)明的思想范圍之內(nèi)。

請參閱圖2-圖7，其中示出了本發(fā)明實施例的所述鍵合工藝中各個步驟對應(yīng)的結(jié)構(gòu)示意圖，用于簡要示出整個制造工藝的流程和最終形成的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)圖。

首先，步驟S1，請參閱圖2，提供一基底10，所述基底10為半導(dǎo)體材料，如Si基底，所述基底10的上表面(Si界面)包含有懸掛鍵(圖中省略)。

接著，執(zhí)行步驟S2，如圖2所示，在所述基底10上沉積一薄膜層，所述薄膜層包括第一薄膜層11和第二薄膜層12，優(yōu)選的，所述第一薄膜層11為高K(介電常數(shù))介質(zhì)層11，所述高K介質(zhì)層11的材料與所述基底10(Si基底)間有良好界面和高熱穩(wěn)定性，所述高K介質(zhì)層11的材料可以為氮化物，如Si₃N₄，SiON等，所述第二薄膜層12為二氧化硅層12。

然后，執(zhí)行步驟S3，如圖3所示，在所述第二薄膜層12上沉積一柵格層13，所述柵格層13為一金屬柵格層，所述金屬柵格層用于后續(xù)形成柵格圖案。

接下來，執(zhí)行步驟S4，如圖4所示，在所述柵格層13上沉積一包含有氫離子的第一介質(zhì)層，較佳的，所述第一介質(zhì)層為氮化硅層14，所述氮化硅層14中包含有氫離子，又因為氮化硅具有很高的機械強度，有利于后續(xù)化學(xué)機械平坦化工藝。

接著，執(zhí)行步驟S5，采用退火工藝，通過退火工藝可以使所述氮化硅層14中的氫離子與所述基底10的表面的懸掛鍵鍵合。在一定的退火溫度和退火時間下，促進所述氫離子和所述懸掛鍵的運動，直至鍵合。

優(yōu)選的，所述鍵合工藝還包括在執(zhí)行完步驟S5后進行溝槽形成及平坦化，所述溝槽形成及平坦化的步驟包括：

首先，如圖5所示，在所述柵格層13和氮化硅層14中形成若干個溝槽a，所述溝槽a貫穿所述柵格層13和氮化硅層14。所述溝槽a可以通過本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的光刻和蝕刻工藝來實現(xiàn)，例如，光刻和蝕刻工藝包括以下連續(xù)步驟。首先，在圖4所示的結(jié)構(gòu)上，通過旋涂將光致抗蝕劑涂覆在所述氮化硅層14上，例如，光致抗蝕劑層可以具有幾個微米的厚度，并且可以是由可以用作光致抗蝕劑的任意合適的聚合物(例如聚乙烯肉桂酸酯、或基于熱塑性酚醛樹脂的聚合物)構(gòu)成。接著，通過UV光經(jīng)過施加的掩膜照射所述光致抗蝕劑層。在照射之后，對光致抗蝕劑顯影，依賴于所使用光致抗蝕劑的類型，引起光致抗蝕劑的已照射部分(正抗蝕劑)或未照射部分(負抗蝕劑)的去除。然后使用已顯影的光致抗蝕劑層作為掩膜對所述柵格層13和氮化硅層14進行刻蝕，其后典型地通過使用有機溶劑去除光致抗蝕劑層的剩余部分，形成所述溝槽a，所述溝槽a側(cè)壁留下來的所述柵格層和氮化硅層構(gòu)成一柵格圖案，所述柵格圖案包括所述柵格層13的第一柵格圖案131和所述氮化硅層14的第二柵格圖案141，所述第二柵格圖案141在所述第一柵格圖案131的正上方。

接著，如圖6所示，沉積一第二介質(zhì)層15，所述第二介質(zhì)層15填充并覆蓋所述溝槽a以及所述氮化硅層14的第二柵格圖案141，較佳的，為了便于后續(xù)化學(xué)機械平坦化過程，所述氮化硅層14的硬度大于所述第二介質(zhì)層15的硬度，常用的，所述第二介質(zhì)層15為氧化物層15，其材料可以為二氧化硅，通常采用化學(xué)氣相沉積法得到二氧化硅，所述二氧化硅用來隔離所述柵格圖案。

最后，以所述氮化硅層14的第二柵格圖案141作為停止層，對所述氧化物層15進行化學(xué)機械平坦化，所述化學(xué)機械平坦化在半導(dǎo)體器件制造過程中廣泛使用，是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的技術(shù)，在此不作贅述，以所述氮化硅層14的第二柵格圖案141作為停止層，因其具有很高的機械強度，且其硬度大于所述二氧化硅的硬度，于是可以獲得表面均勻的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，如圖7所示，從而優(yōu)化了所述氧化物層15的厚度均一性，減小入射光損耗的差異性，可以消除半導(dǎo)體器件表面的外觀顏色異常的問題。

最終形成的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)，如圖7所示，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)包括：一基底10；一薄膜層，所述薄膜層包括高K介質(zhì)層11和二氧化硅層12，所述高K介質(zhì)層覆蓋所述基底10的上表面，所述二氧化硅層12覆蓋所述高K介質(zhì)層11的表面；一柵格層13，所述柵格層13覆蓋所述二氧化硅層12；一氮化硅層14，所述氮化硅層14覆蓋所述柵格層13的表面。進一步的，所述半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)還包括在所述柵格層13和氮化硅層14中形成若干個溝槽a，所述溝槽a貫穿所述柵格層13和氮化硅層14；一氧化物層15，所述氧化物層15填充并覆蓋溝槽a以及所述氮化硅層14的第二柵格圖案141。

綜上，本發(fā)明通過在所述柵格層上沉積一包含氫離子的第一介質(zhì)層，經(jīng)過退火工藝，促進所述第一介質(zhì)層中氫離子與晶圓表面的Si的懸掛鍵進行鍵合，提高晶圓Si界面懸掛鍵的鍵合程度，使半導(dǎo)體器件的Dark Current和BLC性能明顯得到改善。

進一步的，所述第一介質(zhì)層的硬度大于第二介質(zhì)層的硬度，并采用氮化硅層作為第一介質(zhì)層，有利于后續(xù)化學(xué)機械平坦化制程中以氮化硅層作為停止層，使半導(dǎo)體器件表面更加平坦，優(yōu)化所述第二介質(zhì)層的厚度均一性，減小入射光損耗的差異性，從而可以消除半導(dǎo)體器件表面的外觀顏色異常的問題。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。