專利名稱：一種用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電子器件與技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
晶片鍵合技術(shù)是廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體行業(yè)的一項(xiàng)前沿技術(shù)，由于其突破了晶片外延對(duì)生長(zhǎng)襯底晶格常數(shù)、晶向等特性的嚴(yán)格限制，可以更充分的發(fā)揮器件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)人員的創(chuàng)造性，得到廣泛的關(guān)注和研究。目前的晶片鍵合技術(shù)主要有直接鍵合、陽(yáng)極鍵合、介質(zhì)鍵合等，其中介質(zhì)鍵合又有金屬介質(zhì)熔融鍵合和非金屬粘結(jié)鍵合，金屬介質(zhì)熔融鍵合技術(shù)由于金屬介質(zhì)良好的導(dǎo)電性、光反射性、導(dǎo)熱性等得到更多的應(yīng)用。如在發(fā)光二極管中，由于金屬介質(zhì)的導(dǎo)電性，可利用金屬熔融鍵合來(lái)制作垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基藍(lán)光二極管，同時(shí)由于金屬介質(zhì)良好的反光特性，可提高發(fā)光二極管出光效率；在紅光二極管中，通過(guò)金屬熔融鍵合將外延層鍵合至支撐襯底，去除原有的吸光的砷化鎵襯底，可數(shù)倍提高出光效率；而在化合物多結(jié)太陽(yáng)電池中，利用金屬介質(zhì)熔融鍵合技術(shù)，可制作倒裝多結(jié)太陽(yáng)能電池，從而可更合理地設(shè)計(jì)化合物多結(jié)太陽(yáng)電池各子電池帶隙匹配、電流匹配，提高太陽(yáng)電池光電轉(zhuǎn)換效率。但在實(shí)際應(yīng)用中，金屬介質(zhì)熔融鍵合技術(shù)存在很多問(wèn)題，如鍵合質(zhì)量問(wèn)題、應(yīng)力問(wèn)題、鍵合層對(duì)半導(dǎo)體的影響、鍵合層本身導(dǎo)電性、光反射性能的退化等。鍵合層對(duì)半導(dǎo)體的影響主要表現(xiàn)為，由于參與鍵合的金屬介質(zhì)通常采用低熔點(diǎn)、較活潑的金屬或金屬合金，在鍵合工藝中容易出現(xiàn)金屬與半導(dǎo)體的過(guò)度擴(kuò)散現(xiàn)象，將影響金屬與半導(dǎo)體歐姆接觸特性， 而金屬擴(kuò)散入半導(dǎo)體還可能破壞半導(dǎo)體材料特性，此外擴(kuò)散還會(huì)影響金屬介質(zhì)的光反射率，因此需要尋找一種金屬，既可以與半導(dǎo)體形成良好的歐姆接觸，又不會(huì)過(guò)度擴(kuò)散，同時(shí)還必須達(dá)到良好的鍵合質(zhì)量。僅使用一種金屬很難完全滿足上述所有要求，因此通常采用多層金屬結(jié)構(gòu)，這就引入新的問(wèn)題，就是各層金屬之間的相互影響問(wèn)題，例如用于形成良好鍵合的金屬鍵合層可能影響接觸層與半導(dǎo)體晶片的接觸特性、接觸層光反射特性，還可能穿透接觸層影響半導(dǎo)體晶片材料性能。解決上述問(wèn)題的辦法是在鍵合層與接觸層之間插入阻擋層。最好的阻擋層是二氧化硅、氮化硅等絕緣材料，因此還需在阻擋層設(shè)計(jì)通孔，以實(shí)現(xiàn)垂直導(dǎo)通。因此，對(duì)于傳統(tǒng)的具有單層阻擋層結(jié)構(gòu)，鍵合層金屬仍可以通過(guò)阻擋層通孔擴(kuò)散，不能完全阻擋，這就要求通孔尺寸足夠小，通孔距離足夠長(zhǎng)，以盡量減小擴(kuò)散面積比例，但如此一來(lái)增加了通孔內(nèi)金屬總電阻，且仍不能做到完全阻擋。而同時(shí)由于阻擋層所采用的二氧化硅等材料熱導(dǎo)率遠(yuǎn)低于金屬，因此小的通孔尺寸和長(zhǎng)的通孔距離都會(huì)嚴(yán)重影響器件的散熱效果。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問(wèn)題，本發(fā)明提出一種用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其具有雙阻擋層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明解決上述問(wèn)題的技術(shù)方案為一種用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其包括一接觸層，用于覆蓋于待鍵合的半導(dǎo)體晶片表面上；一第一阻擋層，覆蓋于接觸層表面上，設(shè)有一第一絕緣區(qū)域和一第一導(dǎo)通區(qū)域；一導(dǎo)電層，覆蓋于第一阻擋層表面上；一覆蓋于所述導(dǎo)電層的第二阻擋層，設(shè)有一第二絕緣區(qū)域和一第二導(dǎo)通區(qū)域，第二導(dǎo)通區(qū)域的位置與所述第一導(dǎo)通區(qū)域的位置相互錯(cuò)開(kāi)；鍵合層，覆蓋于所述第二阻擋層表面上。優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)通區(qū)域由分布于第一絕緣區(qū)域上的系列導(dǎo)通單元構(gòu)成，該系列導(dǎo)通單元的邊緣與第二導(dǎo)通區(qū)域邊緣之最小距離大于所述鍵合層材料在所述導(dǎo)電層的橫向擴(kuò)散距離。優(yōu)選地，所述第一導(dǎo)通區(qū)域由分布于第一絕緣區(qū)域上的系列通孔構(gòu)成。所述通孔形狀為圓形，直徑為10 30微米，通孔中心間距50 200微米。優(yōu)選地，所述第二導(dǎo)通區(qū)域由分布于第二絕緣區(qū)域上的系列通孔構(gòu)成。優(yōu)選地，所述第二絕緣區(qū)域由分布于第二導(dǎo)通區(qū)域上的系列絕緣柱構(gòu)成。優(yōu)選地，所述絕緣柱為圓柱形，第一導(dǎo)通區(qū)域在垂直方向上的投影位于第二絕緣區(qū)域在垂直方向上的投影內(nèi)。優(yōu)選地，所述第一絕緣區(qū)域和第二絕緣區(qū)域的材料選自二氧化硅、氮化硅、氧化鋁等材料之一或其組合。優(yōu)選地，所述第一阻擋層的厚度為10至100納米。優(yōu)選地，所述第二阻擋層的厚度為10至100納米。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下優(yōu)點(diǎn)
首先，相對(duì)于傳統(tǒng)的具有單層阻擋層結(jié)構(gòu)，本發(fā)明設(shè)計(jì)兩層阻擋層，其導(dǎo)通區(qū)域的位置相互錯(cuò)開(kāi)，且在兩層阻擋層之間加入導(dǎo)電層，鍵合層金屬通過(guò)第二阻擋層的導(dǎo)通區(qū)域擴(kuò)散入導(dǎo)電層之后，由于擴(kuò)散距離有限，將不能到達(dá)第一阻擋層導(dǎo)通區(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散的完全阻擋，這就避免了影響第一阻擋層通孔位置處接觸層與半導(dǎo)體晶片之間的接觸特性、接觸層光反射特性以及半導(dǎo)體晶片材料性能。其次，由于設(shè)計(jì)兩層阻擋層，其導(dǎo)通區(qū)域的位置相互錯(cuò)開(kāi)，則在保證實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散的完全阻擋前提下，允許設(shè)計(jì)導(dǎo)通區(qū)域間距更小，尺寸更大，從而避免傳統(tǒng)的具有單層阻擋層結(jié)構(gòu)由于引入阻擋層而使得電阻顯著增大、熱導(dǎo)率顯著降低等問(wèn)題。


附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書(shū)的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例一之鍵合結(jié)構(gòu)的側(cè)面剖視圖。圖2為圖1所示實(shí)施例一的第一阻擋層的平面圖，其示意了第一阻擋層的絕緣區(qū)域和導(dǎo)通區(qū)域的分布設(shè)計(jì)。圖3為圖1所示實(shí)施例一的第二阻擋層的平面圖，其示意了第一導(dǎo)通區(qū)域與第二導(dǎo)通區(qū)域的位置分布。圖4為實(shí)施二的第一阻擋層的平面圖，其示意了第一阻擋層的絕緣區(qū)域和導(dǎo)通區(qū)域的分布設(shè)計(jì)。
圖5為實(shí)施例二的分布位置。圖中
001 半導(dǎo)體晶片 101 接觸層 103 導(dǎo)電層 105 第一鍵合層 107 第一導(dǎo)通區(qū)域 109 第二導(dǎo)通區(qū)域 200 鍵合支撐襯底。
.的第二阻擋層的平面圖，其示意了第一導(dǎo)通區(qū)域與第二導(dǎo)通區(qū)域
100 鍵合結(jié)構(gòu)
102 第一阻擋層 104 第二阻擋層 106 第二鍵合層 108 第一絕緣區(qū)域 110:第二絕緣區(qū)域
具體實(shí)施例方式以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合， 所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。選擇一半導(dǎo)體晶片001為待鍵合晶片，一支撐襯底200為鍵合基板，半導(dǎo)體晶片 001通過(guò)鍵合結(jié)構(gòu)100與支撐襯底200鍵合。實(shí)施例一
如圖1所示，為本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，一種用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)100， 包括一接觸層101，一第一阻擋層102，一導(dǎo)電層103，一第二阻擋層104，鍵合層105，106。接觸層101采用電子蒸發(fā)方式，覆蓋在半導(dǎo)體晶片001的表面上，經(jīng)退火形成接觸層與外延層之間良好的歐姆接觸。第一阻擋層102通過(guò)PECVD方式覆蓋在接觸層101表面上，材料可選自二氧化硅、 氮化硅、氧化鋁等材料之一，在本實(shí)施例中，選擇二氧化硅，厚度為10 50納米。如圖2 所示，在第一阻擋層102上分布有一系列的通孔作為第一導(dǎo)通區(qū)域107，其他區(qū)域?yàn)榈谝唤^緣區(qū)域108。通孔通過(guò)常規(guī)光刻技術(shù)在第一阻擋層102刻蝕形成，形狀可為任意形狀，如圓形、正多方形、橢圓形、梯形等。在本實(shí)施例中，選擇圓形，直徑10-30微米，通孔中心間距 50-200 微米。導(dǎo)電層103采用電子束蒸發(fā)方式，覆蓋在第一阻擋層102表面上，材料與接觸層 101相同。通過(guò)第一阻擋層102上的系列通孔與接觸層101實(shí)現(xiàn)電連接。第二阻擋層104通過(guò)PECVD方式覆蓋在導(dǎo)電層103表面上，材料可選自二氧化硅、 氮化硅、氧化鋁等材料之一，在本實(shí)施例中，選擇二氧化硅，厚度為10 50納米。如圖3所示，在第二阻擋層104上同樣分布有一系列的通孔作為第二導(dǎo)通區(qū)域011，其他區(qū)域?yàn)榈诙^緣區(qū)域012。第二阻擋層104的通孔位置與第一阻擋層102的通孔相互錯(cuò)開(kāi)不重疊。第一阻擋層102通孔邊緣與第二阻擋層通孔邊緣之最小距離大于所述鍵合層105材料在導(dǎo)電層103的橫向擴(kuò)散距離，保證了完全阻擋鍵合層金屬的擴(kuò)散。鍵合層包括兩部分105，106。通過(guò)電子束蒸發(fā)方式，第一部分105蒸鍍?cè)诘诙钃鯇?04的表面上，第二部分106蒸鍍?cè)谥我r底200表面上。鍵合層的材料為導(dǎo)電材料，可以從金、金錫合金、銦等材料中選擇，在本實(shí)施例中，選擇金錫合金作為鍵合層。將鍵合層 105與鍵合層106貼合，在垂直方向持續(xù)施加一定壓力，同時(shí)保持約300°C恒溫，實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體晶片(001)與鍵合支撐襯底(200 )的鍵合。本實(shí)施例通過(guò)設(shè)計(jì)兩層阻擋層，其導(dǎo)通通孔位置相互錯(cuò)開(kāi)，且在兩層阻擋層之間加入與接觸層材料相同的導(dǎo)電層，鍵合層金屬通過(guò)第二阻擋層通孔擴(kuò)散入導(dǎo)電層之后，由于擴(kuò)散距離有限，將不能到達(dá)第一阻擋層通孔位置，從而實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散的完全阻擋，避免了影響第一阻擋層通孔位置處接觸層與半導(dǎo)體晶片之間的接觸特性、接觸層光反射特性以及半導(dǎo)體晶片材料性能。同時(shí)，在保證上述實(shí)現(xiàn)擴(kuò)散的完全阻擋前提下，允許設(shè)計(jì)阻擋層通孔間距更小，尺寸更大，從而避免傳統(tǒng)的具有單層阻擋層結(jié)構(gòu)由于引入阻擋層而使得電阻顯著增大、熱導(dǎo)率顯著降低等問(wèn)題。實(shí)施例二
本實(shí)施例的鍵合層100的各層位置關(guān)系及材料與實(shí)施例一相近似，不同點(diǎn)在于第二阻擋層104的導(dǎo)通區(qū)域109與絕緣區(qū)域110的分布與實(shí)施例一不同，故本實(shí)施例將僅針對(duì)此部分進(jìn)行仔細(xì)描述，其他與實(shí)施例相同部分不再做描述。如圖4所示，為本實(shí)施例的第一阻擋層102的平面圖，在第一阻擋層102上分布有一系列的通孔作為第一導(dǎo)通區(qū)域107，通孔形狀為圓形，直徑1. 5毫米。第一阻擋層102的其他區(qū)域?yàn)榈谝唤^緣區(qū)域108。如圖5所示，為本實(shí)施例的第二阻擋層的平面圖。在第二阻擋層104上分布有系列絕緣柱構(gòu)成第二絕緣區(qū)域110，其余陰影部分為第二導(dǎo)通區(qū)域109。第一阻擋層102的通孔系列107在垂直方向上的投影位于第二阻擋層102的絕緣柱系列110的在垂直方向的投影內(nèi)，保證了第二導(dǎo)通區(qū)域109的位置與第一導(dǎo)通區(qū)域107的位置相互錯(cuò)開(kāi)。第一阻擋層 102通孔的邊緣到第二阻擋層104絕緣柱的邊緣的最小距離大于所述鍵合層105材料在導(dǎo)電層103的橫向擴(kuò)散距離，保證了完全阻擋鍵合層金屬的擴(kuò)散。在本實(shí)施例中，絕緣柱系列 108利用常規(guī)光刻技術(shù)在第二阻擋層104刻蝕形成，其形狀為圓柱形，直徑為2毫米。本實(shí)施例通過(guò)設(shè)計(jì)兩層阻擋層，特別是在第二阻擋層將絕緣區(qū)域設(shè)計(jì)成絕緣柱系列，其他區(qū)域?yàn)閷?dǎo)通區(qū)，在保證了完全阻擋鍵合層金屬的擴(kuò)散的前提下，進(jìn)一步地縮小了導(dǎo)通區(qū)域間距，減少了阻擋層中絕緣區(qū)域的面積，提高了熱導(dǎo)率，降低了阻擋層的電阻值。
權(quán)利要求
1.一種用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其包括一接觸層，用于覆蓋在待鍵合的半導(dǎo)體晶片表面上；一第一阻擋層，覆蓋在接觸層表面上，設(shè)有一第一絕緣區(qū)域和一第一導(dǎo)通區(qū)域；一導(dǎo)電層，覆蓋在第一阻擋層表面上；一覆蓋于所述導(dǎo)電層的第二阻擋層，設(shè)有一第二絕緣區(qū)域和一第二導(dǎo)通區(qū)域，第二導(dǎo)通區(qū)域的位置與所述第一導(dǎo)通區(qū)域的位置相互錯(cuò)開(kāi)；鍵合層，覆蓋于所述第二阻擋層表面上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一導(dǎo)通區(qū)域由分布于第一絕緣區(qū)域上的系列導(dǎo)通單元構(gòu)成，該系列導(dǎo)通單元的邊緣與第二導(dǎo)通區(qū)域邊緣之最小距離大于所述鍵合層材料在所述導(dǎo)電層的橫向擴(kuò)散距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一導(dǎo)通區(qū)域由分布于第一絕緣區(qū)域上的系列通孔構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述通孔形狀為圓形，直徑為10 30微米，通孔中心間距50 200微米。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二導(dǎo)通區(qū)域由分布于第二絕緣區(qū)域上的系列通孔構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二絕緣區(qū)域由分布于第二導(dǎo)通區(qū)域上的系列絕緣柱構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述絕緣柱為圓柱形，第一導(dǎo)通區(qū)域在垂直方向上的投影位于第二絕緣區(qū)域在垂直方向上的投影內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一絕緣區(qū)域和第二絕緣區(qū)域的材料選自二氧化硅、氮化硅、氧化鋁等材料之一或其組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述導(dǎo)電層的材料與接觸層的材料相同。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第一阻擋層的厚度為10至100納米。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于所述第二阻擋層的厚度為10至100納米。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于半導(dǎo)體晶片鍵合的鍵合結(jié)構(gòu)，其包括一接觸層，覆蓋于待鍵合的半導(dǎo)體晶片表面上；一第一阻擋層，用于覆蓋在接觸層表面上，設(shè)有一第一絕緣區(qū)域和一第一導(dǎo)通區(qū)域；一導(dǎo)電層，覆蓋于第一阻擋層表面上；一覆蓋于所述導(dǎo)電層的第二阻擋層，設(shè)有一第二絕緣區(qū)域和一第二導(dǎo)通區(qū)域，第二導(dǎo)通區(qū)域的位置與所述第一導(dǎo)通區(qū)域的位置相互錯(cuò)開(kāi)；鍵合層，覆蓋于所述第二阻擋層表面上。本發(fā)明可完全阻擋鍵合層材料擴(kuò)散入接觸層或半導(dǎo)體晶片，從而完全避免影響接觸層與半導(dǎo)體晶片的接觸特性、接觸層反光特性以及半導(dǎo)體晶片材料特性。同時(shí)，本發(fā)明還可大為提高鍵合結(jié)構(gòu)在垂直方向的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。
文檔編號(hào)H01L23/485GK102244056SQ20111018175
公開(kāi)日2011年11月16日 申請(qǐng)日期2011年6月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月30日
發(fā)明者吳志敏, 宋明輝, 林志東, 林桂江, 梁兆煊, 熊偉平 申請(qǐng)人:廈門(mén)市三安光電科技有限公司