TW402752B - Method for fabricating a bonded wafer - Google Patents

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Description

4074pif.doc/008 402752 A7 B7 經沪部屮""'if^d"fr4'竹^印衆 五、發明説明(/ ) 本發明是有關於一種半導體元件的製造方法,且特別 是有關於一種SOI形式之焊接晶圓的製造方法,其可防止 配置在二晶圓間之黏合材料層i 雜質。 晶圓焊接是形成一種在絕緣層上具有半導體主動層之 絕緣層上有石夕 SOI(silicon on insulator or semiconductor on insulator)結構的方法之一。通常,傳統焊接晶圓的形成方 法包含步驟:至少熱氧化鏡面服磨(mirror-polished)晶的— 兩者之一 ’且藉在整個全部表面上形成氧化砂層;疊置 一片晶圓’ 一片在另一片上’日層夾於二者之間; 藉由應用熱處理疊置晶圓以堅固地焊接該些曰ΐ圓;以及最 後碾磨與硏磨熱氧化晶圓以變成鏡面似(mirror-like)表面的 薄層在其上。 最近,硼磷砂玻璃 BPSG(boron phosphorous silicate glass)層已普遍地配置在二fi晶圓間當作黏合材料層,且. 在溫度約低於850°C執行回火。然而,爲增加焊接強度, 在回火步驟期間,雜質會擴散進入疊置晶圓,或擴散出到 外面大氣,因此污染了疊置晶圓和半導體元件製造設備。 第1圖是繪示習知SOI結構的剖面圖。參照第1圖, SOI結構包含加工晶圓1〇,其上已形成各式半導體元件, 處理晶圓12,BPSG層14以及氮化矽層13,當作擴散阻 障層。在此SOI結構,BPSG層I4在加工晶圓1〇與處理 ____ 晶圓14間作爲一層黏合層。氮化矽層Π防止BPSG層14 昀雜即-廬奥 .1¾'少进駿由Μ散進入_工晶 圓]0。 » 4 ^^^^中國國家標準((:邓)八4規格(210'乂297公_) ("先閱讀背面之注意事項再域寫本頁) .裝. 訂 線 4〇74pif.doc/〇〇8 .402153 A7 B7 經浐部中""-準而;.^-7·"·於合竹昶印% 五、發明説明(> ) 爲了增加焊接晶圓的焊接強度,上述提及的回火經常 在溫度約950°C執行。然而,在此回火步驟期間,磷與硼 BPSG層.14的側邊擴散出來,例如在線圈(dotted circle) 內部。這些雜質污染焊接晶_ 10與12。當這些污染的晶 圓被載入新的製造設備時,製造設備也被污染。除此之外, 片染潔座复_且載入甚中新的晶片亦被污染。-爲解決上述問題(源自雜質的污染),試圖使用BPSG 層以外的黏合材料。一個例子是使用本質上不具雜質的非 摻雜较玻璃 USGOmdopeci silicate glass)層代替 BPSG 層。 m 然而’在SOI結構選用USG^匱當黏合材料層仍有問題。 例如’回火4必須在,溫度約超過1〇〇〇。(:執行,因此降低焊接 表面特性且在那裡造成孔涧。因此,焊接晶圓可能在隨後 的製造程序期間碎裂,且無法確保產率。 本發明有鑑於上述問題,且因此本發明的目的之一在 提供二zS焊接晶圓浩卞法,其可防止在一氐思!|[間之 黏合材料曆的雜質擴散_出來。 本發明的其他方面、目的、和幾項優點將在熟知該技 藝者閱讀下列揭示和附加申請項而顯露。 爲達到這些與其他優點以及依據本發明的目的,一種 焊接晶圓的製造方法包括:提供一加工晶圓,其上已形成 各式半導體兀件。一第一擴邀卩县障層,即氮化砂層,藉由 LPCVD技術在加工晶圓上形成一厚度約70換至2000埃。 BPSG層在溫度約42〇°C於氮化矽層上形成。BPSG層具有 硼重4.8%與磷重7.2%。在此,第一擴散阻障層防止雜質, 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公嫠) ---------^------ΐτ------.^ « J ,, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 4074 — 08 402752 37 4074 — 08 402752 37 經矛‘部中戎"-^^^h消於合竹41卬來 五、發明説明(办) 硼與磷,在隨後的回火製程擴散進入加工晶圓。提供一處 理晶圓,且BPSG層在如同加工晶圚相同的情況下在其上 形成。爲了增加焊接強度,二片晶圓在溫度約900°C執行 回火。推測加工晶圓在室溫藉由氮化矽層與BPSG層夾在 < 二者之間將黏附處理晶圓。 一第二擴散阻障層,即氮化矽層或氮氧化矽層,在焊 接晶圓的表面以及第一擴散阻障層與BPSG層的側邊上形 成,且第二擴散阻障層藉由LPCVD技術形成一厚度約70 埃至2000埃。第二擴散阻障層防止雜質在隨後的回火製 程期間從BPSG層的側邊擴散出來。 最後,爲了增加焊接強度,二片晶圓在溫度950°C執 行回火。 爲讓本發明之上述和其他目的、,特徵、和優點能更明 顯易懂,下文特舉一較佳實施例,並配合所附圖式,作詳 細說明如下: 圖式之簡單說明: 第1圖是繪示習知技藝中soi結構的剖面圖。 第2A圖至第2D圖是繪示依據本發明之一種新的SOI 結構的製造方法之製程步驟流程圖。 圖式之標記說明: 1〇 :加工晶圓 12 :處理晶圓 13 :氮化矽層 14 : BPSG 層 6 (誚先閱讀背面之注意事項再蛾寫本頁) 、τ 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐〉 4074pif.doc/00 8
40275B A7 B7 五、發明説明(0) 100、100a :加工晶圓 10 2 .處理晶圓 104 :第一擴散阻障層 106、106a、106b : BPSG 層 108:第二擴散阻障層 較佳實施例 本發明之較佳實施例將參照相關圖式作說明。 參照第2A圖,提供加工晶圓100,其上已形成各式 半導體元件。第一擴散阻障層104,即氮化砂層,在加工 晶圓100上形成。氮化矽層104例如是藉由LPCVD技術, 在溫度約780°C,使用NH3和DCS(二氯甲烷),形成一厚 度約70埃至2000埃。BPSG層106a!咦黏合gg層,在 溫度約420°C於氮化矽層1〇4上形成。硼重
4.8%與磷重7.2%。在此,第一擴散阻障層104防止BPSG *___---〜 '層106a的雜質,硼與磷,在隨後的回火製程期間經由擴 散進入加工晶圓100。 提供處理晶圓102,且BPSG層106a在如上述相同的 情況下,於處理晶圓1〇2上形成。 爲了增加加工晶圓1 〇〇與處理晶圓1 〇2之間的焊接強 度,進行執行回火。回火可以在氮氣環境,溫度約900°c, 執行約30分鐘。在此時,BPSG層l〇6a與l〇6b可以硼矽 玻璃 BSG(boron silicate glass)層或憐砂玻璃 pSG(phosphorous silicate glass)替代。 參照第2B圖,推測加工晶圓100藉由第一擴散阻障 國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) I — 11 訂— 111 線 > - . ,, (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 B7 4074pif.doc/008 五、發明説明(s ) 層1〇4黏著在處理晶片102上,且BPSG層在室溫與10-3Torr 使用真空焊接設插A」兩者之間。在此時,焊接二層BPSG 層106a與l.〇6b以形成BPSG層106,其厚度約3500埃。 參照第2C圖,形成障層1〇8以覆蓋焊接 —.
晶圓1〇〇與102的表面以及第一擴散阻障層104與BPSG 層106的側邊(例如在線圈內部)。此第二擴散阻障層1〇8 防止BPSG層106的雜質在隨後的回火製程期間從BPSG 層106的側邊擴散出來。除此之外,當BPSG層106被金 屬離子如鈉污染時,擴散阻障層108防止金屬離子如鈉的 擴散。第二擴散阻障層108可藉由LPCVD(低壓化學氣相 沉積)形成具有一厚度約70埃至2000埃的氮化矽層(SiN i 層)赛氮'每少矽層層)。LPCVD可在溫度約780°C使 用NH3和DCS執行。當使用PSG層當作黏合材料層1〇6 時,第二擴散阻障層108可由聚合物層或HTO(高溫氧化 層)替代。 參照第2D圖,爲了加強焊接晶圓1 〇〇和1 〇2的焊接 強度’在氮氣環境中,在溫度約950°C執行回火約30分鐘。 在那之後,碾磨及硏磨加工晶圓100的表面以形成一薄層 100a,在隨後製程期間各式半導體元件在其上形成。 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上,然其並非用 以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精 神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 8 ---------采------订------.^ 1 f (請先閱讀背面之注意事項再硪寫本頁) 中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐)

Claims (1)

  1. 4074.pif.doc/008 4Θ2752 AS B8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 六、申請專利範圍 1. 一種焊接晶圓的製造方法包括下列步驟: 第一晶圓與第二晶圓彼此疊置,配置黏合材料層與第 一擴散阻瞳層於其中; * . 形成第二擴散阻障層以覆蓋該黏合材料層之暴露側 邊以及 ’— 回火該疊置晶圓藉以增加銲墊強度。 -------—---- ---- 2·如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該黏合 材料層係選自包括BPSG、PSG、以及BSG層之族群。 3.如申請專利範圍第1.項所述之方法,其中該雜質 擴散阻障層係選自包括SiN、SiON、聚合物、以及HTO 層之族群。 4 _如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該黏合 材料層包括PSG層,且該第二雜質擴散阻障層係HTO與 聚合物層之一。 5. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該^占合_ 材料層係BPSG與BSG層之一,且該第二雜質擴散阻障層 係SiN與SiON層之一。 6. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中該第_ 與第二擴散阻障層具有厚度約70埃至2000埃。 7. 如申請專利範圍第1項所述之方法,其中彰胃 回火在氮氣環境中,且在溫度約950°C共約30分鐘。 8. —種焊接晶圓的製造方法包括下列步驟: 第一晶圓與第二晶圓彼此疊置,配置黏合材料層跑胃 一擴散阻障層於其中; ^ •h 9 ---------裝------訂------線 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) A4規格(210X297公釐) 4074pif.doc/008 4❹於52 ABCD 々、申請專利範圍形成第二擴散阻障層以覆蓋該黏合材料層之暴露側邊 與該疊置晶圓的暴露表面;以及回火該疊置晶圓藉以增加銲墊強度.。 ---------^------β------0 _ , I :『 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準(CNS ) Α4規格(210X297公釐)
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