[发明专利]一种Co/氧化物介质混合键合方法

说明书

本发明提供了一种Co/氧化物介质混合键合方法，该方法包括：将含有Co电极和氧化物介质的样品进行多元等离子活化处理，得到待键合样品，其中，所述多元等离子活化处理使用的等离子气体包括至少三种气体；将所述待键合样品对准贴合后进行热压键合，得到Co/氧化物介质混合键合样品。本发明提供的Co/氧化物介质混合键合方法，能够同时实现Co‑Co、氧化物介质‑氧化物介质及Co‑氧化物介质的无凸点混合键合，避免含有机酸的湿法清洗环节及界面有机物的残留，提升界面的可靠性，可实现微小节距下混合键合，为低延迟、低功耗、高带宽、高密度三维集成提供了技术支持。

技术领域

本发明涉及晶圆键合技术领域，具体而言，涉及一种Co/氧化物介质混合键合方法。

背景技术

随着集成电路进入后摩尔时代，器件的特征尺寸已经达到数纳米量级，互连金属铜(Cu)的尺寸也相应降低，使得电阻率骤增、电迁移失效等严峻挑战不容忽视。金属钴(Co)具有极细互连尺寸下，电阻率小、低电迁移、成本较低和微电子制造工艺兼容等优点，有望成为下一代互连材料。钴的扩散激活能低，使其难以发生扩散电迁移，然而同时会带来Co-Co之间难以形成牢固的热扩散连接等问题，给垂直方向上芯片的三维叠层带来困难。与此同时，芯片或晶圆高密度平面结构不宜有钎料微凸点的介入，金属互连线之间需要SiO₂等介质绝缘隔离，因而，可以考虑采用Co/氧化物介质混合键合的方式实现高密度三维集成。然而，同时实现Co-Co、氧化物介质-氧化物介质及Co-氧化物介质的无凸点混合键合尚无可行方法。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有技术中同时实现Co-Co、氧化物介质-氧化物介质及Co-氧化物介质无凸点混合键合尚无可行方法。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种Co/氧化物介质混合键合方法，包括：

步骤S1、将含有Co电极和氧化物介质的样品进行多元等离子活化处理，得到待键合样品，其中，所述多元等离子活化处理使用的等离子气体包括至少三种气体；

步骤S2、将所述待键合样品对准贴合后进行热压键合，得到Co/氧化物介质混合键合样品。

优选地，所述步骤S1中，所述多元等离子活化处理使用的等离子气体至少包括非反应型气体Ar、NH₃和H₂O。

优选地，所述步骤S1中，所述多元等离子活化处理包括：将所述含有Co电极和氧化物介质的样品经Ar、NH₃、H₂O混合等离子体表面活化处理。

优选地，所述步骤S1中，所述多元等离子活化处理包括：将所述含有Co电极和氧化物介质的样品经NH₃、H₂O混合等离子体表面活化处理，然后再经Ar离子体活化处理。

优选地，所述步骤S1中，所述多元等离子活化处理时间为0.5-5min，气压为0.3-0.9mbar。

优选地，所述步骤S1中，所述等离子气体中Ar、NH₃和H₂O的体积比为2：1：1-1：2.5：2.5。

优选地，所述步骤S2中，所述热压键合的压强为0.1-2MPa，时间为1-120min。

优选地，所述步骤S2中，所述热压键合过程中环境的真空度为10^-4-10mbar。

优选地，所述步骤S2中，所述热压键合的温度为150-300℃。

优选地，所述步骤S1中，所述氧化物介质包括微电子常用氧化物介质热氧化硅、单晶二氧化硅和TEOS中的一种。