[发明专利]提升直接接合的接触对准容限

说明书

一种接合装置结构包括：第一基板，其具有第一组传导性接触结构(较佳的是连接到一装置或电路)，并且具有在第一基板上相邻接触结构的第一非金属性区域；第二基板，其具有第二组传导性接触结构(较佳的是连接到一装置或电路)，并且具有在第二基板上相邻接触结构的第二非金属性区域；以及在第一组和第二组接触结构之间的接触接合接口，其是藉由将第一非金属性区域接触接合至第二非金属性区域所形成。接触结构包括在两个基板上是非平行的长形接触特征(诸如个别线路或在格栅中连接的线路)，而在相交点接触。因而，改善了对准容限同时使凹陷和寄生电容最小化。

相关申请案的交互参照

本申请案请求于2015年12月18日所提交的美国临时专利申请案第62/269,412号的权益，其整体内容基于一切目的在此处以引用的方式被并入。

背景

技术领域

本发明的技术领域是有关于直接晶圆接合，并且更具体地说是有关于要被用于半导体装置和集成电路制造中的基板的接合和电性互连。

背景技术

随着逼近了习知CMOS装置的物理极限且对于高效能电子系统具有迫切需求，系统单芯片(SOC)变成半导体产业的一种自然解决方案。为了制备系统单芯片，在一芯片上需要各种不同的功能。虽然硅技术是处理大量装置的主流技术，但是许多想要的电路及光电功能现今可从硅之外的材料制成的个别装置和/或电路来有效获得。因此，将非硅基组件与硅基组件整合的混合式系统有可能提供单独采用纯硅或纯非硅组件所无法提供的独特SOC功能。

一种异质性装置整合的方法已经将不相似的材料异质磊晶成长在硅上。至今为止，此异质磊晶成长已经在异质磊晶成长膜中产生高密度的瑕疵，其大部份是因为非硅膜与基板之间的晶格常数不匹配所导致。

另一种异质性装置整合的途径已经采用晶圆接合技术。然而，在升高温度下具有不同热膨胀系数的不相似材料的晶圆接合会导入会造成错位产生、脱胶或裂痕的热应力。因此，低温接合是有需要的。如果不相似材料包括低分解温度的材料或温度敏感性装置(举例而言，诸如InP异质接合双极性晶体管或具有超浅源极和汲极轮廓的经处理Si装置)，则低温接合对于不相似材料的接合亦很重要。

在含有不同材料的相同芯片上产生不同功能所需要的制程设计是困难并且难以进行优化。事实上，所产生的许多SOC芯片(特别是具有较大整合尺寸者)展现出低的良率。一种途径已经藉由晶圆黏着剂接合和层转移来互连经完全处理的IC。举例而言，请参考Y.Hayashi、S.Wada、K.Kajiyana、K.Oyama、R.Koh、S.Takahashi以及T.Kunio的Symp.VLSITech.Dig.95(1990)的研讨会文件及美国专利案5,563,084号，两个参考文件的整体内容在此处以引用方式并入。然而，晶圆黏着剂接合通常在升高温度下操作且受到热应力、渗气、气泡形成以及黏着剂不稳定等困扰，导致制程的良率降低且随时间经过有不良的可靠度。并且，黏着剂接合通常不是密封的。

晶圆直接接合是一种可使晶圆在室温下接合而不用任何黏着剂的技术。室温直接晶圆接合通常是密封的。其不像黏着剂接合一样容易导入应力及非均质性。再者，如果低温接合晶圆对可承受薄化制程，则当经接合对中的一晶圆被薄化至比特定材料组合的各自临界值更小的厚度时，可加以避免在后续热处理步骤期间的层中产生错位差排和经接合对的滑动或裂痕。举例而言，请参考Q.-Y.Tong以及U.的Semiconductor WaferBonding:Science and Technology,John Wiley&Sons,New York,(1999)，该文件的整体内容在此处以引用方式并入。

再者，晶圆直接接合及层转移是一种VLSI(超大型集成(Very Large ScaleIntegration))兼容性、高可变性且可制造的技术，因而适于形成三维系统单芯片(3-DSOC)。可将3-D SOC途径视为既有集成电路的整合以在芯片上形成系统。