CN114914261A - 一种锗器件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种锗器件的制造方法，其包括提供一锗供体晶圆且在锗供体晶圆的锗转移层上形成第一互连层，提供一硅电路晶圆且在硅电路晶圆形成包括用于控制和读取PIN光电二极管的电路和至少一个第二互连层，进行第一互连层和第二互连层的键合以连接锗硅混合晶圆和硅电路晶圆，通过抛光和刻蚀去除硅目标晶圆、缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层。本发明方法中，氢离子注入用于将锗转移层转移到硅目标晶圆上，以及在锗层中形成气泡层，使得PIN层的转移变得容易，互连层用于将硅电路晶圆和锗PIN层连接。本发明的工艺步骤简单，不会造成像锗外延可能导致产生的晶格失配。

Description

一种锗器件的制造方法
技术领域
本发明属于半导体器件制造技术领域，具体涉及一种锗器件的制造方法，尤其为一种在硅上形成锗器件的方法。
背景技术
图像传感器被越来越多地应用至汽车工业、工程机械、农业及生命科学等领域中。相较于可见光感测图像传感器而言，短波红外(SWIR，Short-Wavelength Infrared)图像传感器在夜视、雾天等低视觉环境下具有更好的穿透性和更高的灵敏度。
现有的一种短波红外CMOS图像传感器是基于砷化铟镓材料制成，其结构自下而上依次包括CMOS读出集成电路、连接使用的金属凸点(bumps，例如铟凸点)、与该金属凸点相连的砷化铟镓阵列、磷化铟衬底和防反射层。由于采用了金属凸点的键合工艺，导致像素间距较大、传感器的厚度较厚，不利于实现器件的小型化。并且晶圆尺寸有限、产量低、化合物匮乏等原因，砷化铟镓的制造成本较高。在制造过程中需要芯片对芯片/芯片对晶圆键合，以及由于以磷化铟为基底，砷化铟镓外延生长制作的CMOS图像传感器降低了对可见光的吸收，所以制造工艺复杂且昂贵导致量产难度提高。再者，砷化铟镓与硅在化学上不相容，这导致了基于砷化铟镓的图像传感器在制造工艺上难以与现有的硅CMOS制造工艺相兼容。
另一种现有的传感器就是基于硅衬底制作的图像传感器。但是硅传感器的光谱响应被限制在波长1μm以内，其在近红外光谱中有着较低的光吸收效率。而锗传感器则在0.4μm-1.6μm范围内有着较好的光响应。由此产生了不少关于硅基锗(Ge-on-Si)短波红外图像传感器的研究。
外延生长法是一种现有的制作硅基锗的方法，即直接在硅衬底上生长锗层。但是由于硅和锗之间晶格失配度(lattice mismatch)为4.2％，而失配能的累积会在二者界面之间产生失配位错(misfit dislocation)和穿透位错(threading dislocation)等缺陷。为了抑制失配位错和穿透位错这类缺陷，则需要提高其制造工艺的复杂度(例如，采用狭窄孔径的选择性生长)。
发明内容
基于现有技术中存在的问题，本发明公开一种锗器件的制造方法，其解决了现有技术中外延生长法制作硅基锗会产生位错且工艺复杂度较高的问题，并且实现了工艺简单、在硅上形成锗器件且没有晶格失配的技术效果。
依据本发明的技术方案，提供一种锗器件的制造方法，其包括提供一锗供体晶圆且在锗供体晶圆的锗转移层上形成第一互连层，提供一硅电路晶圆且在硅电路晶圆形成包括用于控制和读取PIN光电二极管的电路和至少一个第二互连层，进行第一互连层和第二互连层的键合以连接锗硅混合晶圆和硅电路晶圆，通过抛光和刻蚀去除硅目标晶圆、缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层。
其中，将锗供体晶圆表面清洗干净，进而抛光锗供体晶圆表面。通过PECVD在锗供体晶圆的正面形成10nm至90nm的注入保护层。注入保护层为二氧化硅层。
进一步地，对锗供体晶圆的正面进行氢离子注入以在锗供体晶圆中形成氢注入层，锗供体晶圆的正面与所述氢注入层之间的锗层构成锗转移层。氢离子注入的剂量为1×1015atoms/cm2～1×1017atoms/cm2。氢离子注入的剂量为1×1015atoms/cm2～1×1017atoms/cm2，氢离子注入的能量范围为1keV-1MeV，氢离子注入的执行温度为室温，并且氢注入层的深度精度为±0.05μm。
优选地，硅电路晶圆为硅目标晶圆，在硅目标晶圆的正面依次形成缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层；硅目标晶圆为低成本的牺牲性硅晶圆。
更优选地，锗转移层面对硅目标晶圆的正面，通过热处理或者等离子体处理锗转移层和硅目标晶圆的待接合表面，来完成锗转移层和硅目标晶圆的初次键合；或者氢离子注入的能量范围为15keV～200keV。
另外地，通过对锗供体晶圆和/或硅目标晶圆施加压力以完成初次键合，压力的大小需要避免氢注入层处造成断裂或者氢气从锗供体晶圆中溢出；所述等离子体自Ar、NH3、Ne、H2O、N2或O2产生。
进一步地，通过剥离氢注入层处使锗转移层从锗供体晶圆分离、以形成锗硅混合晶圆，对锗硅混合晶圆进行退火以完成锗转移层和硅目标晶圆的最终键合。
更进一步地，通过能量源脉冲来切割氢注入层，并且被切割的氢注入层表面的粗糙度小于60nm，之后通过在400℃以下退火或者施加电压来完成最终键合。
与现有技术相比较，本发明锗器件的制造方法的积极进步效果在于：本发明方法中，氢离子注入用于将锗转移层转移到硅目标晶圆上，以及在锗层中形成气泡层，使得PIN层的转移变得容易，互连层用于将硅电路晶圆和锗PIN层连接。本发明的工艺步骤简单，不会造成像锗外延可能导致产生的晶格失配。
附图说明
图1-图11为本发明一实施例的锗器件的制造方法的工艺流程图。
图12为本发明一实施例的形成有减反射层的硅目标晶圆完成锗转移层的转移之后的示意图。
图13a-图13c分别表示本发明一实施例的第二对准标记、第一对准标记和第一、第二对准标记相对准的图案。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
本发明提供一种锗器件的制造方法，其包括提供一锗供体晶圆且在锗供体晶圆的锗转移层上形成第一互连层，提供一硅电路晶圆且在硅电路晶圆形成包括用于控制和读取PIN光电二极管的电路和至少一个第二互连层，进行第一互连层和第二互连层的键合以连接锗硅混合晶圆和硅电路晶圆，通过抛光和刻蚀去除硅目标晶圆、缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层。本发明方法中，氢离子注入用于将锗转移层转移到硅目标晶圆上，以及在锗层中形成气泡层，使得PIN层的转移变得容易，互连层用于将硅电路晶圆和锗PIN层连接。本发明的工艺步骤简单，不会造成像锗外延可能导致产生的晶格失配。
本发明方法，也包括：对锗供体晶圆的正面进行氢离子注入以在锗供体晶圆中形成氢注入层以及锗转移层，使锗转移层面对硅目标晶圆的正面进行初次键合，剥离所述氢注入层以形成锗硅混合晶圆，对锗硅混合晶圆进行退火以完成锗转移层和硅目标晶圆的最终键合，在锗转移层中形成隔离结构和PIN光电二极管。
实现本发明的锗器件的制造方法，其包括提供一锗供体晶圆且在锗供体晶圆的锗转移层上形成第一互连层，提供一硅电路晶圆且在硅电路晶圆形成包括用于控制和读取PIN光电二极管的电路和至少一个第二互连层，进行第一互连层和第二互连层的键合以连接锗硅混合晶圆和硅电路晶圆，通过抛光和刻蚀去除硅目标晶圆、缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层。将锗供体晶圆表面清洗干净，进而抛光锗供体晶圆表面。通过PECVD在锗供体晶圆的正面形成10nm至90nm的注入保护层。注入保护层为二氧化硅层。
进一步地，对锗供体晶圆的正面进行氢离子注入以在锗供体晶圆中形成氢注入层，锗供体晶圆的正面与所述氢注入层之间的锗层构成锗转移层。氢离子注入的剂量为1×1015atoms/cm2～1×1017atoms/cm2，氢离子注入的能量范围为1keV-1MeV，优选15keV～200keV；氢离子注入的执行温度为室温，并且氢注入层的深度精度为±0.05μm。在优选实施例中，氢离子注入的剂量为5×1016atoms/cm2，氢离子注入的能量范围为150keV，氢离子注入的执行温度为室温，并且氢注入层的深度精度为±0.05μm。
优选地，硅电路晶圆为硅目标晶圆，在硅目标晶圆的正面依次形成缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层；硅目标晶圆为低成本的牺牲性硅晶圆。锗转移层面对硅目标晶圆的正面，通过热处理或者等离子体处理锗转移层和硅目标晶圆的待接合表面，来完成锗转移层和硅目标晶圆的初次键合。通过对锗供体晶圆和/或硅目标晶圆施加压力以完成初次键合，压力的大小需要避免氢注入层处造成断裂或者氢气从锗供体晶圆中溢出；所述等离子体自Ar、NH3、Ne、H2O、N2或O2产生。
进一步地，通过剥离氢注入层处使锗转移层从锗供体晶圆分离、以形成锗硅混合晶圆，对锗硅混合晶圆进行退火以完成锗转移层和硅目标晶圆的最终键合。通过能量源脉冲来切割氢注入层，并且被切割的氢注入层表面的粗糙度小于60nm，之后通过在400℃以下退火或者施加电压来完成最终键合。
在优选实施例中，本发明的锗器件的制造方法包括以下步骤：
S1：提供一锗供体晶圆；
S2：对锗供体晶圆的正面进行氢离子注入以在锗供体晶圆中形成氢注入层，锗供体晶圆的正面与所述氢注入层之间的锗层构成锗转移层；
S3：提供一硅目标晶圆，并在硅目标晶圆的正面依次形成缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层；
S4：使锗转移层面对硅目标晶圆的正面进行锗转移层和硅目标晶圆的初次键合；
S5：通过切割和剥离所述氢注入层处使锗转移层从锗供体晶圆分离以形成锗硅混合晶圆，对锗硅混合晶圆进行退火以完成锗转移层和硅目标晶圆的最终键合，抛光锗转移层的表面；
S6：在锗转移层中形成隔离结构，所述隔离结构用于限定PIN光电二极管的阵列区域；
S7：在所述阵列区域中形成PIN光电二极管；
S8：在锗转移层上形成第一互连层并在第一互连层上形成第一对准标记，其中第一互连层包括沟道和过孔；
S9：提供一硅电路晶圆，所述硅电路晶圆包括：用于控制和读取PIN光电二极管的电路和至少一个第二互连层，其中第二互连层包括沟道和过孔，第二互连层上形成有第二对准标记；
S10：将第一对准标记对准于第二对准标记，进行第一互连层和第二互连层的键合以连接锗硅混合晶圆和硅电路晶圆，并退火；
S11：通过抛光和刻蚀去除硅目标晶圆、缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层。
其中，步骤S2中：氢离子注入的剂量为1×1015atoms/cm2～1×1018atoms/cm2；优选地，氢离子注入的剂量至少为1×1016atoms/cm2；
和/或，氢离子注入的能量范围为1keV–1MeV；
和/或，氢离子注入的执行温度范围为室温至600℃；优选地，氢离子注入的执行温度范围为室温至400℃；
和/或，氢注入层的深度精度为±0.03μm-±0.05μm。
进一步地，步骤S2进一步包括：在氢离子注入前，通过PECVD在锗供体晶圆的正面形成注入保护层，所述注入保护层为二氧化硅层；以及，完成氢离子注入后去除所述注入保护层。
步骤S4中通过热处理或者等离子体处理锗转移层和硅目标晶圆的待键合表面来完成初次键合。步骤S4中通过对锗供体晶圆和/或硅目标晶圆施加压力以完成初次键合。优选地，步骤S5中通过能量源脉冲来剥离所述氢注入层处，能量源为热源、冷源或机械力源。优选地，步骤S5中被剥离的表面的粗糙度小于60nm，步骤S5中通过在400℃以下退火或者施加电压来完成最终键合。
优选地，步骤S6进一步包括：
S61：在锗转移层的正面形成隔离沟道，相邻所述隔离沟道限定PIN光电二极管的阵列区域；
S62：填充所述隔离沟道以使所述隔离沟道充满可流动电介质材料。
步骤S7进一步包括：
S71：在所述阵列区域中，在锗转移层的正面形成第一掩模，未被第一掩模覆盖的区域为第一开放区域；对第一开放区域进行第一导电类型离子注入以在与第一开放区域相对应的锗转移层的正面中形成第一导电类型掺杂区域，去除第一掩模并退火；
S72：在锗转移层的正面形成第二掩模，未被第二掩模覆盖的区域为第二开放区域；对第二开放区域进行第二导电类型离子注入以在与第二开放区域相对应的锗转移层的正面中形成第二导电类型掺杂区域，去除第二掩模并退火，其中第一开放区域和第二开放区域完全不重叠，第一导电类型掺杂区域、第二导电类型掺杂区域以及介于第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域之间的本征区域共同构成PIN光电二极管；
在另一实施例中，步骤S62中填充的可流动电介质材料填满隔离沟道并覆盖锗转移层的正面，覆盖于锗转移层的正面的可流动电介质材料用于在执行步骤S71和步骤S72的离子注入过程中保护锗转移层的正面。
步骤S8中包括以下步骤：
S81：通过PVD在第一互连层的沟道和过孔的侧壁填充阻挡金属；
S82：通过PVD在第一互连层的沟道和过孔的侧壁形成铜种子；
S83：通过ECD在第一互连层的沟道和过孔中形成铜。
优选地，步骤S9中包括以下步骤：
S91：通过PVD在第二互连层的沟道和过孔的侧壁填充阻挡金属；
S92：通过PVD在第二互连层的沟道和过孔的侧壁形成铜种子；
S93：通过ECD在第二互连层的沟道和过孔中形成铜。
在又一实施例中，步骤S3和步骤S4之间还包括第一清洁步骤，所述第一清洁步骤包括：
对于锗转移层的待键合表面，分别采用丙酮、甲醇或乙醇、去离子水进行超声波清洗，或者，先采用丙酮混合甲醇或丙酮混合乙醇进行超声波清洗，再采用去离子水进行超声波清洗；优选地，采用稀释的双氧水进一步清洗；优选地，采用稀释的HF进行再次清洗；优选地，再采用稀释的双氧水进行再次清洗；对于硅目标晶圆的待键合表面，去除待键合表面的氧化物；通过RCA清洗；采用双氧水-硫酸清洗；干燥以去除待键合表面的残留液体或颗粒物；优选地，所述第一清洁步骤还包括：在HF中浸渍待键合表面；
和/或，步骤S9和步骤S10之间还包括第二清洁步骤，所述第二清洁步骤包括：采用灰化法去除待键合表面的有机质，采用冲洗液冲洗待键合表面，采用等离子体激活待键合表面，清除待键合表面的颗粒物。所述清除待键合表面的颗粒物的步骤优选包括：物理移除或溶解待键合表面的颗粒物；在待键合表面上涂抹清洗液，所述清洗液含有双氧水、四甲基氢氧化铵、有机酸、无机酸中的至少一种；对清洗液进行超音速搅拌，以去除待键合表面的颗粒物。
在又一实施例中，步骤S3中进一步包括：在研磨蚀刻阻挡层上形成减反射层。步骤S11之后进一步包括：在所述减反射层上形成滤波层和棱镜层。步骤S5中抛光锗转移层的表面具体包括：采用研磨的方式或采用研磨和/或抛光组合的方式进行化学机械抛光，其中抛光液包含混合在去离子水中的研磨剂和氧化剂；所述研磨剂包含硼硅酸盐玻璃、二氧化钛、氮化钛、氧化铝、三氧化铝、硝酸铁、氧化铈、胶体二氧化硅、气相(微粉)二氧化硅(气相二氧化硅为白色粉末状，因此又称微粉二氧化硅或二氧化硅微粉)、氮化硅、碳化硅、石墨、金刚石中的至少一种，所述氧化剂包含双氧水、碘酸钾、硝酸铁中的至少一种。
下面依据附图，结合附图详细地说明本发明。
下面参考图1-图13c，以CMOS(互补型金属氧化物半导体)图像传感器为例，介绍本发明一实施例的锗器件的制造方法，其具体为在硅上形成锗器件。
首先参考图1，提供一锗供体晶圆1，将锗供体晶圆表面清洗干净，必要时抛光其表面。通过PECVD在锗供体晶圆的正面形成10nm至90nm的注入保护层，所述注入保护层为二氧化硅层。
接着，对锗供体晶圆的正面进行氢离子注入以在锗供体晶圆中形成氢注入层11，锗供体晶圆的正面与所述氢注入层11之间的锗层构成锗转移层10。具体来说，氢离子注入的剂量为5×1016atoms/cm2，氢离子注入的能量范围为150keV，氢离子注入的执行温度为室温，并且氢注入层的深度精度为±0.05μm。当然，本领域技术人员应当理解，进行氢离子注入时的上述各取值也可以根据实际需要进行相应调整，完成氢离子注入后通过稀释HF或者缓冲氧化物刻蚀去除所述注入保护层。
接着参考图2提供一硅目标晶圆2，并在硅目标晶圆的正面依次形成缓冲氧化层21和研磨蚀刻阻挡层22，硅目标晶圆可以是低成本的牺牲性硅晶圆。
参考图3，使锗转移层10面对硅目标晶圆2的正面进行锗转移层10和硅目标晶圆2的初次键合；其中通过热处理或者等离子体处理锗转移层和硅目标晶圆的待接合表面来完成初次键合。必要时通过对锗供体晶圆和/或硅目标晶圆施加压力以完成初次键合，压力的大小需要避免氢注入层处造成断裂或者氢气从锗供体晶圆中溢出。所述等离子体自Ar、NH3、Ne、H2O、N2或O2产生。
接下来参考图4，通过剥离所述氢注入层处使锗转移层从锗供体晶圆分离以形成锗硅混合晶圆，对锗硅混合晶圆进行退火以完成锗转移层10和硅目标晶圆2的最终键合，抛光锗转移层的表面。具体来说，通过能量源脉冲来切割所述氢注入层处，能量源例如为机械力源。并且被切割的表面的粗糙度小于60nm，之后通过在400℃以下退火(例如300℃持续3小时)或者施加电压来完成最终键合。其中，分离后的锗供体晶圆可以在抛光表面和清洁后重复使用以产生更多的锗转移层。
当然，本领域技术人员应当理解，上述能量源也可以为热源(例如激光、加热灯)或冷源。
接下来参考图5，在锗转移层10中形成隔离结构101，所述隔离结构用于限定PIN光电二极管的阵列区域。具体来说，例如在锗转移层10的正面形成隔离沟道，相邻所述隔离沟道限定PIN光电二极管的阵列区域；接着填充所述隔离沟道以使所述隔离沟道充满可流动电介质材料，由此形成隔离结构101。
参考图6，在所述阵列区域中形成PIN光电二极管102。具体来说通过离子注入的方式形成PIN光电二极管102，例如在所述阵列区域中，在锗转移层的正面形成第一掩模，未被第一掩模覆盖的区域为第一开放区域；对第一开放区域进行第一导电类型离子注入(P+注入)以在与第一开放区域相对应的锗转移层的正面中形成第一导电类型掺杂区域(N型掺杂区域)，去除第一掩模并退火；接着在锗转移层的正面形成第二掩模，未被第二掩模覆盖的区域为第二开放区域；对第二开放区域进行第二导电类型离子注入(B+注入)以在与第二开放区域相对应的锗转移层的正面中形成第二导电类型掺杂区域(P型掺杂区域)，去除第二掩模并退火，其中第一开放区域和第二开放区域完全不重叠，第一导电类型掺杂区域、第二导电类型掺杂区域以及介于第一导电类型掺杂区域和第二导电类型掺杂区域之间的本征区域共同构成PIN光电二极管102。每次完成离子注入之后都需要退火，以激活掺杂元素。其中，优选地，上述填充的可流动电介质材料填满隔离沟道并覆盖锗转移层的正面，覆盖于锗转移层的正面的可流动电介质材料用于在执行上述离子注入过程中保护锗转移层的正面。
接下来参考图7-图8，图13a-图13c，在锗转移层10上形成第一互连层31并在第一互连层31上形成第一对准标记，其中第一互连层31包括沟道和过孔。同时，提供一硅电路晶圆4，所述硅电路晶圆包括：用于控制和读取PIN光电二极管的电路和至少一个第二互连层32，其中第二互连层32包括沟道和过孔，第二互连层上形成有第二对准标记。在这一实施例中，第二互连层32形成于硅电路晶圆4中。
在本实施例中，第一互连层和第二互连层可采用相同的结构，当然，本领域技术人员应当理解，第一互连层和第二互连层的结构并不要求一定相同，在具体实践中也可以采用不同的结构。本实施例仅以第一互连层为例，介绍其形成方式。第一互连层具有“工”字形截面，其包括沟道和过孔，沟道位于“工”字的两端，而过孔则连接两端沟道。当然，上述“工”字形截面只是互连中沟道和过孔所形成结构的粗略表示，它们的组合实际上可以形成各种不同的形状。当然，除了“工”字型结构之外，本领域技术人员还可以采用其他构造的互连层形式。首先，通过PVD在第一互连层的沟道和过孔的侧壁填充阻挡金属，例如钛/氮化钛，或者钽/氮化钽；接着通过PVD在第一互连层的沟道和过孔的侧壁形成铜种子(Cu seeds)；最后通过ECD在第一互连层的沟道和过孔中形成铜，如果有多余的铜和阻挡金属超出了沟道和过孔的高度并溢出第一互连层的表面，那么去除多余的铜和阻挡金属。
接着主要参考图9，将第一对准标记对准于第二对准标记，进行第一互连层和第二互连层的键合以连接锗硅混合晶圆和硅电路晶圆，并退火，具体可以在150℃至350℃(最好低于310℃)的高温下退火混合键合表面。其中图13a-图13c示出了一种对准标记的表现形式和对准的情况。例如图13b表示第一对准标记，图13a表示第二对准标记，而图13c则示出了第一对准标记和第二对准标记相对准的情况。本领域技术人员还可以采用其他形式的对准标记。
随后参考图10，通过抛光和刻蚀去除硅目标晶圆、缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层。参考图11，之后在在锗转移层10上依次形成减反射层5、滤波层6和棱镜层7。
在一优选实施例中，在所述初次键合之前还包括第一清洁步骤，所述第一清洁步骤包括：
对于锗转移层的待键合表面，分别采用丙酮、甲醇或乙醇、去离子水进行超声波清洗，或者，先采用丙酮混合甲醇或丙酮混合乙醇进行超声波清洗，再采用去离子水进行超声波清洗；优选地，采用稀释的双氧水(比例可以为20:1)进一步清洗；优选地，采用稀释的HF(比例可以为50:1)进行再次清洗；优选地，再采用稀释的双氧水(比例可以为20:1)进行再次清洗；
对于硅目标晶圆的待键合表面，去除待键合表面的氧化物；通过RCA清洗；采用双氧水-硫酸清洗；干燥以去除待键合表面的残留液体或颗粒物；优选地，所述第一清洁步骤还包括：在HF中浸渍待键合表面；
对于介质表面：分别采用丙酮、甲醇或乙醇、去离子水进行超声波清洗，或者，先采用丙酮混合甲醇或丙酮混合乙醇进行超声波清洗，再采用去离子水进行超声波清洗；其中，所述介质表面具体可以包括硅目标晶圆上的缓冲氧化层、研磨蚀刻阻挡层和减反射层的表面，特别是减反射层的表面(如果在键合之前先将其沉积在硅目标晶圆的正面)或者是研磨蚀刻阻挡层的表面(如果在键合之前没有先将减反射层沉积到硅目标晶圆上)。
另外，优选地，在进行第一互连层和第二互连层的键合时可采用混合键合方式，具体可以包括铜-铜键合和氧化物-氧化物键合；
其中，在铜-铜键合工艺流程中，在第一互连层和第二互连层的沟道和过孔中形成铜之后，可通过化学机械抛光去除多余的铜，露出铜连接垫和电介质场；将两个晶圆面对面键合(具体可在晶圆上施加压力，以在界面处进行混合键合)并退火(具体在150至350℃(最好低于310℃)的高温下退火混合键合表面)，以形成坚固连接；在铜晶粒生长过程中，通过铜的相互扩散来连接上侧铜连接垫和下侧铜连接垫；通过脱水缩合反应连接上部和下部电介质场。
在进行第一互连层和第二互连层的键合之前还包括第二清洁步骤，所述第二清洁步骤包括：
采用灰化法去除待键合表面的有机质(有机质具体可来自抗蚀剂材料中)；
采用冲洗液(例如去离子水)冲洗待键合表面，以去除粘合在表面的污染颗粒；
采用等离子体激活待键合表面，所述等离子体自Ar、NH3、Ne、H2O、N2或O2产生或其组合而产生；通过表面活化增加了完整杂化键的总键能；
清除待键合表面的颗粒物；
优选地，所述清除待键合表面的颗粒物的步骤包括：
物理移除或溶解待键合表面的颗粒物；
在待键合表面上涂抹清洗液，所述清洗液含有双氧水、四甲基氢氧化铵、有机酸、无机酸中的至少一种；
对清洗液进行超音速搅拌，以去除待键合表面的颗粒物。
参考图12，在另一优选实施例中，在处理硅目标晶圆时，还包括在研磨蚀刻阻挡层上形成减反射层5。之后的步骤同上，完成锗转移层的转移之后，得到如图12所示的结构。之后与硅电路晶圆的键合步骤与如上所述实施例相同，并且最后在所述减反射层上形成滤波层和棱镜层。
其中，减反射层5能够增强光的传播并且减少表面反射，滤波层6则是用于选择性地使得特定波长的光透过，而棱镜层7则用于改善光的聚焦并将其引导至相应的像素点，由此减少光串扰以及噪声并由此改善CMOS图像传感器的填充因子，提高光的吸收。
即使在可见光波长下(0.4μm–0.75μm)，锗的光吸收率也比硅高，并且波长吸收延伸至1.6μm，其性能与砷化铟镓相当。本发明所述的基于锗的短波红外CMOS图像传感器可捕获来自可见光和更远波长(直到1.6μm波长)的图像。利用本发明所公开的方法，将优质锗层从单晶锗供体晶圆转移到硅目标晶圆，与在硅目标晶圆上直接外延生长锗相比，具有更高的质量和更少的缺陷。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种锗器件的制造方法，其特征在于，其包括提供一锗供体晶圆且在锗供体晶圆的锗转移层上形成第一互连层，提供一硅电路晶圆且在硅电路晶圆形成包括用于控制和读取PIN光电二极管的电路和至少一个第二互连层，进行第一互连层和第二互连层的键合以连接锗硅混合晶圆和硅电路晶圆，通过抛光和刻蚀去除硅目标晶圆、缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层。
2.如权利要求1所述的锗器件的制造方法，其特征在于，将锗供体晶圆表面清洗干净，进而抛光锗供体晶圆表面。通过PECVD在锗供体晶圆的正面形成10nm至90nm的注入保护层。
3.如权利要求2所述的锗器件的制造方法，其特征在于，所述注入保护层为二氧化硅层。
4.如权利要求2或权利要求3所述的锗器件的制造方法，其特征在于，对锗供体晶圆的正面进行氢离子注入以在锗供体晶圆中形成氢注入层，锗供体晶圆的正面与所述氢注入层之间的锗层构成锗转移层。
5.如权利要求4所述的锗器件的制造方法，其特征在于，氢离子注入的剂量为1×1015atoms/cm2～1×1017atoms/cm2，氢离子注入的能量范围为1keV-1MeV，氢离子注入的执行温度为室温，并且氢注入层的深度精度为±0.05μm。
6.如权利要求1所述的锗器件的制造方法，其特征在于，在硅目标晶圆的正面依次形成缓冲氧化层和研磨蚀刻阻挡层；硅目标晶圆为牺牲性硅晶圆。
7.如权利要求4或权利要求6所述的锗器件的制造方法，其特征在于，锗转移层面对硅目标晶圆的正面，通过热处理或者等离子体处理锗转移层和硅目标晶圆的待接合表面，来完成锗转移层和硅目标晶圆的初次键合；或者氢离子注入的能量范围为15keV～200keV。
8.如权利要求7所述的锗器件的制造方法，其特征在于，通过对锗供体晶圆和/或硅目标晶圆施加压力以完成初次键合，压力的大小需要避免氢注入层处造成断裂或者氢气从锗供体晶圆中溢出；所述等离子体自Ar、NH3、Ne、H2O、N2或O2产生。
9.如权利要求7所述的锗器件的制造方法，其特征在于，通过剥离氢注入层处使锗转移层从锗供体晶圆分离、以形成锗硅混合晶圆，对锗硅混合晶圆进行退火以完成锗转移层和硅目标晶圆的最终键合。
10.如权利要求7所述的锗器件的制造方法，其特征在于，通过能量源脉冲来切割氢注入层，并且被切割的氢注入层表面的粗糙度小于60nm，之后通过在400℃以下退火或者施加电压来完成最终键合。
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