CN117174728A - 晶圆处理方法及晶圆结构 - Google Patents
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Abstract
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。
Description
技术领域
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
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。
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。
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。
发明内容
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。
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。
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；
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。
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。
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。
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。
在一些实施例中，氧化性清洗剂包括：臭氧化的去离子水。
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。
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。
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。
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：
将晶圆置于反应腔室内；
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；
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一些实施例中提供的一种晶圆处理方法的流程示意图；
图2为一些实施例中提供的一种步骤S200的流程示意图；
图3为一些实施例中提供的一种步骤S210后所得结构的结构示意图；
图4为一些实施例中提供的一种步骤S220后所得结构的结构示意图；
图5为一些实施例中提供的一种步骤S300的原理示意图；
图6为一些实施例中提供的一种生产机台的结构示意图；
图7为一些实施例中提供的一种步骤S400后所得结构的结构示意图；
图8为一些实施例中提供的另一种步骤S400后所得结构的结构示意图；
图9为一些实施例中提供的一种晶圆键合的原理示意图；
图10为一些实施例中提供的一种晶圆结构的结构示意图。
附图标记说明：
1-晶圆，11-功能层，2-非完全氧化硅层，3-氧化硅层，4-清洗剂，C1-反应腔室，C2-生产机台，C21-活化单元，C22-清洗单元，C23-键合单元，C24-检测单元，C22A-喷头，C22B-清洗槽。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的实施例。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使本申请的公开内容更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。
需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件时，它可以是直接连接到另一个元件，或者通过居中元件连接另一个元件。此外，以下实施例中的“连接”，如果被连接的对象之间具有电信号或数据的传递，则应理解为“电连接”、“通信连接”等。
在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也可以包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应当理解的是，术语“包括/包含”或“具有”等指定所陈述的特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的存在，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、整体、步骤、操作、组件、部分或它们的组合的可能性。同时，在本说明书中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
请参阅图1，在一些实施例中，提供了一种晶圆处理方法，包括步骤S100~S400。
S100，提供晶圆；
S200，形成覆盖晶圆一侧表面的非完全氧化硅层；
S300，对非完全氧化硅层进行活化处理；
S400，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。
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。
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。
在步骤S100中，提供晶圆。
示例地，晶圆采用半导体材料、绝缘材料、导体材料或者它们的材料种类的任意组合构成。例如，晶圆可以是诸如硅（Si）晶圆、碳化硅（SiC）晶圆、氮化硅（SiN）晶圆、砷化镓（GaAs）晶圆、氮化镓（GaN）晶圆、砷化铟（InAs）晶圆、磷化铟（InP）晶圆或其它的III/V半导体晶圆或II/VI半导体晶圆。
在一些示例中，晶圆可以为裸晶圆，即晶圆中和晶圆表面均未制备额外的半导体器件，例如，相关技术中用于提供结构强度的承载晶圆；在另一些示例中，晶圆中和/或晶圆表面可以制备有半导体器件，例如，相关技术中制备有逻辑器件及感光器件的器件晶圆。但并不限于此，本申请实施例所提供的处理方法可以直接或者间接适用于相关技术中需要采取键合工艺进行键合的其他类型晶圆。
此外，如无特别说明，以下一些实施例中所称的晶圆表面不仅限于指裸晶圆的表面，也可以指包含裸晶圆以及位于裸晶圆之上的其他膜层的晶圆结构的表面。
在步骤S200中，形成覆盖晶圆一侧表面的非完全氧化硅层。
此处，非完全氧化硅层是指，该层中氧化物中氧原子与硅原子的原子数比值小于2。
在一些实施例中，非完全氧化硅层包括SiOx层；其中，X小于2；例如，X可以为0.4、0.8、1、1.4或者1.8。
示例地，可以采用诸如原子层沉积（Atomic Layer Deposition，简称ALD）工艺、化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition，简称CVD）工艺或者分子层沉积（MolecularLayer Deposition，简称MLD）工艺于晶圆一侧表面制备非完全氧化硅层。以下一些实施例中，以采用化学气相沉积工艺制备非完全氧化硅层为例进行了说明。
示例地，请参阅图2，步骤S200，形成覆盖晶圆一侧表面的非完全氧化硅层，可以包括步骤S210~S220。
S210，将晶圆置于反应腔室内。
S220，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。
此处，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。
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。
请参阅图3，在步骤S210中，将晶圆1置于反应腔室C1内。
示例地，反应腔室C1为真空环境，以确保反应产物的纯净度。
示例地，可以设置抽气泵，对反应腔室C1进行抽真空处理并保持内反应腔室C1内的真空度至少为10-3pa。例如可以为：10-3pa、10-4pa或者10-5pa。
请参阅图4，在步骤S220中，向反应腔室C1中持续通入硅源气体和氧源气体，以于晶圆1一侧表面形成非完全氧化硅层2。其中，单位时间内通入反应腔室C1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。
此处，非完全氧化硅层包括SiOx层；其中，X小于2。
需要说明的是，此处设置单位时间内进入反应腔室C1的混合气体（即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，是为了确保硅源气体与氧源气体之间能够发生不完全氧化反应，以获得满足纯度要求的非完全氧化硅层2。
具体地，本申请一些实施例，通过对单位时间内通入反应腔室C1中的硅源气体与氧源气体的体积流量比进行调节，以实现前述方案。可以理解，该体积流量比的具体数值还需要匹配硅源气体以及氧源气体的种类对应进行设定。
示例地，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。
示例地，硅源气体包括硅烷；氧源气体包括氧气。相应地，单位时间内硅源气体与氧源气体的体积流量比可以为：1.2:1、1.5:1或者2:1。
示例地，硅源气体包括氯硅烷；氧源气体包括氧气。相应地，单位时间内硅源气体与氧源气体的体积流量比可以为：1.2:1、1.5:1或者2:1。
示例地，硅源气体包括硅烷；氧源气体包括一氧化二氮。相应地，单位时间内硅源气体与氧源气体的体积流量比可以为：1.2:2、1.5:2或者1:1。
示例地，硅源气体包括硅烷、氯硅烷以及甲基三氯硅烷；氧源气体包括一氧化二氮。相应地，单位时间内硅源气体与氧源气体的体积流量比可以为：1.2:2、1.5:2或者1:1。
以上实施例中，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。
在一些实施例中，还于反应腔室C1的进气通道中设置了气体流量计和电磁调节阀，以实现分别对硅源气体和氧源气体的通入体积进行实时监控和调节。
在一些实施例中，还通过对步骤S220的反应时长进行控制，获得具备一定厚度的非完全氧化硅层2。
示例地，非完全氧化硅层2的厚度取值范围包括：500Å~30000Å，例如可以为：500Å、1000Å、5000Å、10000Å、20000Å或者30000Å。
值得一提的是，由于晶圆1表面粗糙度不均匀以及混合气体反应速率不均一等原因，随形覆盖晶圆1表面所形成的非完全氧化硅层2，也会存在表面粗糙度较大以及不均匀的问题。经过发明人验证，当前工艺条件下，所获得的非完全氧化硅层2的表面粗糙度Ra值可达0.4μm~0.6μm。以下一些实施例中所提供的晶圆处理方法，可以对晶圆表面粗糙度继续进行有效的改善。
请参阅图5，在步骤S300中，对非完全氧化硅层2进行活化处理。
此处，活化处理是指：通过对非完全氧化硅层2的表面施加一定的外部能量，可以断开非完全氧化硅层2表面较为稳定的Si-O键，从而使得悬挂的Si键表现出易于其它原子或离子结合的活性，例如Si键可以与溶液中广泛存在的羟基离子（-OH）结合形成Si-OH键。也即，活化处理可以使得非完全氧化硅层2的表面由疏水性转变为亲水性。此外，相较于完全氧化硅3，非完全氧化硅2的Si-O键的结合键能更低，故非完全氧化硅2的Si-O键更容易被活化断开。
请参阅图6，从步骤S300开始，可以将晶圆1由反应腔室C1中转移至生产机台C2中执行后续工艺步骤。生产机台C2可以包括活化单元C21、清洗单元C22、键合单元C23、检测单元C24等，能够实现大规模连续生产。
在一些实施例中，可以采用诸如等离子体活化处理或者紫外线照射活化处理等手段，对非完全氧化硅层2进行活化处理。
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2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3。
示例地，在一些采用等离子体活化处理的实施例中，可以将晶圆1置于生产机台C2的活化单元C21中，活化单元C21中充有介质气体。通过对设置于活化单元C21中的电极施加电场，使得介质气体被激发成等离子体态。等离子体态的介质气体高速轰击非完全氧化硅层2的表面，并释放出高能能量，从而断开非完全氧化硅层2表面的Si-O键。
示例地，介质气体包括：氮气、氩气、氢气、二氧化碳以及四氟化碳中的一种或多种。
示例地，活化单元C21中的气体压力范围包括：0.1mbar~5mbar。例如可以为：0.1mbar、0.5mbar、1mbar、3mbar或者5mbar。
示例地，在一些采用紫外线照射活化处理的实施例中，可以将晶圆1置于活化单元C21中，通过向非完全氧化硅层2照射一定波长的紫外线，利用紫外线的能量断开非完全氧化硅层2表面的Si-O键。
请参阅图7和图8理解，在步骤S400中，氧化非完全氧化硅层2的活化表面，形成氧化硅层3，以将氧化硅层3作为晶圆1的待键合表面。
在一些实施例中，可以采用氧化性清洗剂4对活化表面进行清洗。
请继续参阅图7，在一些示例中，将晶圆1转移至清洗单元C22中，清洗单元C22中设置有喷头C22A，可以向晶圆1表面喷淋氧化性清洗剂4，使得非完全氧化硅层2的活化表面被进一步氧化成为氧化硅层3。
请继续参阅图8，在另一些示例中，清洗单元C22中还设置有清洗槽C22B，可以将晶圆1浸没于盛有氧化性清洗剂4的清洗槽C22B中，使得非完全氧化硅层2的活化表面被进一步氧化成为氧化硅层3。
可以理解，非完全氧化硅层2表面沟壑的底部与清洗剂4的接触面积相较于其顶部与清洗剂4的接触面积更大。如此，新生成的氧化硅层3更多地集中于表面沟壑的底部，从而进一步改善了晶圆1的表面粗糙度。
在一些实施例中，氧化性清洗剂4包括：臭氧化的去离子水。
可以理解，前述活化处理可以使得非完全氧化硅层2的表面由疏水性转变为亲水性。此步骤中，向非完全氧化硅层2表面施加臭氧化的去离子水，可以使得臭氧化的去离子水充分且均匀的覆盖非完全氧化硅层2的表面。
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。
示例地，臭氧化的去离子水中臭氧的质量浓度范围包括：5ppm~200ppm，例如可以为：5ppm、10ppm、50ppm、100ppm或者200ppm。
此处，臭氧的质量浓度是指，臭氧的质量占全部臭氧化的去离子水质量的百万分比。
示例地，对活化表面进行清洗的时长范围包括：5S~600S，例如可以为：5S、10S、100S、300S或者600S。
此外，通过对清洗时长进行调节，还可以控制所获得的氧化硅层3的厚度。示例地，氧化硅层3的厚度取值范围包括：1Å~50 Å，例如可以为：1Å、5Å、10Å、30Å或者50Å。
以上实施例中，通过对氧化性清洗剂4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3的形貌质量，以利于确保氧化硅层3对非完全氧化硅层2表面沟壑的填充效果。
在另一些实施例中，还可以采用湿氧混合气体来氧化非完全氧化硅层2的活化表面。
示例地，可以将晶圆1置于清洗单元C22中，通过喷头C22A向晶圆1表面施加湿氧混合气体，使得湿氧混合气体充分覆盖晶圆1的表面，并对非完全氧化硅层2活化表面进行进一步氧化获得均匀的氧化硅层3。
示例地，湿氧混合气体中，氧气和水蒸气体积比的范围包括：1:1~1:100。例如可以为：1:1、1:10、1:20、1:50、1:80或者1:100。
示例地，湿氧混合气体的温度范围包括：80°C~100°C。例如可以为：80°C、90°C或者100°C。
示例地，湿氧混合气体的压力范围包括：100kPa~200kPa。例如可以为：100kPa、120kPa、150kPa、180kPa或者200kPa。
在一些实施例中，完成步骤S400后，还可以对晶圆1进行去杂质清洗。
示例地，可以通过喷头C22A向晶圆1的表面喷淋APM清洗剂或者将晶圆1浸泡于盛有APM清洗剂的清洗槽C22B中，以去除制备过程中附着于晶圆1表面的杂质颗粒，从而进一步改善晶圆1表面的粗糙度。
示例地，APM清洗剂中，水、过氧化氢与氨水的体积比可以为5:1:1或者5:1:0.5。
示例地，去杂质清洗的时长范围包括：1S~60S，例如可以为：1S、10S、30S或者60S。
在一些实施例中，对待键合的晶圆1完成前述处理步骤后，可以继续执行晶圆键合工艺。
示例地，请参阅图9，可以将待键合的晶圆1转移至键合单元C23中。将待键合的晶圆1上下堆叠放置，使得待键合表面（即氧化硅层3的表面）初步接触。然后对晶圆1进行退火处理，使氧化硅层3表面的SI-OH键发生脱水缩合反应，形成稳定的Si-O-Si键，从而将待键合的晶圆1键合在一起。
可以理解，采用如前述一些实施例中所述的晶圆处理方法对待键合的晶圆1进行处理后，可以使得晶圆1待键合表面可以具备良好的形貌质量以及分布均匀的SI-OH键。基于此，执行键合工艺后，键合空隙的数量显著减少，并且Si-O-Si键的分布更为均匀。从而大大提高了晶圆键合的质量。
示例地，退火的温度范围包括：800°C~1000°C。例如可以为：800°C、900°C或者1000°C。
示例地，退火的时长范围包括：1h~3h。例如可以为：1h、2h或者3h。
此外，在本申请上述实施例中，除非本文中有明确的说明，所述方法中各步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以并不一定按照所描述的顺序执行，可以由其他的执行方式。而且，所述任一步骤的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
请参阅图10，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。
该晶圆结构包括：晶圆1及层叠于晶圆1一侧的非完全氧化硅层2及氧化硅层3。
此处，非完全氧化硅层2和氧化硅层3采用如前述一些实施例中所述的晶圆处理方法形成。
示例地，非完全氧化硅层2的厚度取值范围包括：500Å~30000Å，例如可以为：500Å、1000Å、5000Å、10000Å、20000Å或者30000Å。
示例地，氧化硅层3的厚度取值范围包括：1Å~50 Å，例如可以为：1Å、5Å、10Å、30Å或者50Å。
请继续参阅图10，在一些实施例中，晶圆1一侧表面还形成有功能层11。其中，晶圆1中和/或功能层11中形成有半导体器件；非完全氧化硅层2覆盖功能层11表面。
示例地，晶圆1中可以形成有噪声屏蔽单元、静电屏蔽单元以及存储单元等基础功能器件；而功能层11中则可以形成有像素单元阵列、光电晶体管、驱动电路以及信号处理电路等感光器件和逻辑器件。
示例地，功能层11包括但不限于外延层。
示例地，采用如前述一些实施例中所述的晶圆处理方法，于功能层11之上形成非完全氧化硅层2和氧化硅层3。
本申请实施例中，晶圆1中和/或功能层11中还形成有半导体器件，基于功能层11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11之上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（例如氧化硅层3）；基于此，可以将形成有半导体器件的晶圆1同其他待键合的晶圆进行良好的键合，拓宽了本申请的应用范围。
综上，本申请实施例提供的晶圆处理方法及晶圆结构，先于晶圆1表面形成非完全氧化硅层2，并对非完全氧化硅层2进行活化处理，从而将非完全氧化硅层2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3。意想不到的技术效果是：在后形成的氧化硅层3能够对非完全氧化硅层2表面的沟壑形成较好的填充效果，从而大大改善了晶圆1表面的粗糙度。如此，将氧化硅层3作为晶圆1的待键合表面，并执行后续晶圆1键合工艺。形貌质量较佳的氧化硅层3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1键合质量，进而可以确保键合后所获得的产品的性能稳定。
在本说明书的描述中，参考术语“有些实施例”、“其他实施例”、“理想实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特征包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性描述不一定指的是相同的实施例或示例。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种晶圆处理方法，其特征在于，包括：
提供晶圆；
形成覆盖所述晶圆一侧表面的非完全氧化硅层；
对所述非完全氧化硅层进行活化处理，形成活化表面；
氧化所述非完全氧化硅层的所述活化表面，形成氧化硅层，以将所述氧化硅层作为所述晶圆的待键合表面。
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，
所述氧化性清洗剂包括：臭氧化的去离子水。
4.根据权利要求3所述的晶圆处理方法，其特征在于，
所述臭氧化的去离子水中臭氧的质量浓度范围包括：5ppm~200ppm；
对所述活化表面进行清洗的时长范围包括：5S~600S。
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：
将所述晶圆置于反应腔室内；
向所述反应腔室中持续通入硅源气体和氧源气体，以于所述晶圆一侧表面形成非完全氧化硅层；
其中，单位时间通入所述反应腔室的所述硅源气体与所述氧源气体中，氧原子与硅原子的原子数比值小于2。
6.根据权利要求5所述的晶圆处理方法，其特征在于，
所述硅源气体包括：硅烷、氯硅烷和和甲基三氯硅烷中的至少一种；
所述氧源气体包括：氧气和一氧化二氮中的至少一种。
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，
所述非完全氧化硅层和所述氧化硅层采用如权利要求1-7中任一种所述的晶圆处理方法形成。
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，
所述晶圆中和/或所述功能层中形成有半导体器件。
10.根据权利要求8或9所述的晶圆结构，其特征在于，
所述非完全氧化硅层的厚度取值范围包括：500Å~30000Å；
所述氧化硅层的厚度取值范围包括：1Å~50 Å。
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| GR01 | Patent grant | ||
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