申请/专利权人：长江存储科技有限责任公司

申请日：2018-05-30

公开（公告）日：2020-11-17

公开（公告）号：CN110168699B

主分类号：H01L21/02(20060101)

分类号：H01L21/02(20060101);H01L21/50(20060101)

优先权：["20170810 CN 2017106811314"]

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.17#授权;2019.09.17#实质审查的生效;2019.08.23#公开

摘要：公开了晶圆键合方法及其结构的实施例。晶圆键合方法可包括对第一晶圆的前表面及第二晶圆的前表面执行等离子活化处理；对第一晶圆与第二晶圆的前表面执行硅溶胶处理；对第一晶圆及第二晶圆执行预键合过程；以及对第一晶圆及第二晶圆执行热处理，以将第一晶圆的前表面键合至第二晶圆的前表面。

主权项：1.一种晶圆键合方法，包括：磨光第一晶圆的前表面及第二晶圆的前表面；对所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面执行等离子活化处理；对所述第一晶圆的前表面与所述第二晶圆的前表面执行硅溶胶处理；对所述第一晶圆及所述第二晶圆应用预键合过程；以及对所述第一晶圆及所述第二晶圆执行热处理，以将所述第一晶圆的前表面键合至所述第二晶圆的前表面。

全文数据：晶圆键合方法及其结构对相关申请的交叉引用本申请要求于2017年8月10日递交的中国专利申请No.201710681131.4的优先权，上述申请的全部内容通过引用被并入本文。背景技术本公开内容的实施例涉及半导体制造技术的领域，并且特别涉及晶圆键合方法。晶圆键合被部署在用来形成半导体器件的多种半导体过程应用中。存在多种晶圆键合方法，包括黏着剂键合adhesivebonding、阳极键合anodicbonding、直接晶圆键合directwaferbonding、金属键合metalbonding和混合金属电介质键合hybridmetaldielectricbonding。直接晶圆键合是指在没有任何中间黏着剂或外力的情况下将两个分离的晶圆表面接触并键合的过程。目前直接晶圆键合在微电子产业里拥有多种应用。半导体过程应用的实例包括衬底工程substrateengineering、集成电路制造fabricationofintegratedcircuits、微机电系统micro-electromechanical-systems，MEMS的包装和封装以及纯微电子组件的许多加工过的层的堆叠3D整合。这些不同的应用通常需要的不仅是典型的硅晶圆键合过程晶圆在1100℃接触和退火。键合具有差异较大的热膨胀系数的加工过的晶圆或一般晶圆需要低温键合过程。发明内容本文公开了晶圆键合方法及其结构的实施例。公开了一种晶圆键合方法，其包括：对第一晶圆的前表面及第二晶圆的前表面执行等离子活化处理；对第一晶圆与第二晶圆的前表面进行硅溶胶处理；对第一晶圆及第二晶圆应用预键合过程；以及对第一晶圆及第二晶圆执行热处理，以将第一晶圆的前表面键合至第二晶圆的前表面。在某些实施例中，此方法还包括在等离子活化处理之前对第一及第二晶圆的前表面进行磨光。在某些实施例中，磨光过程包括化学机械磨光、湿式化学清洁或其组合。在某些实施例中，等离子活化处理包括使用氧气或氮气做为等离子气体。在某些实施例中，等离子活化处理在约0.05毫巴至0.5毫巴之间之处理压力下进行。在某些实施例中，等离子活化处理在约40瓦至100瓦之间之高频放电功率下进行。在某些实施例中，等离子活化处理在约10瓦至40瓦之低频放电功率下进行。在某些实施例中，执行等离子活化处理约5秒至50秒之间。在某些实施例中，等离子活化处理包括使用氮气做为等离子气体，且等离子活化处理在0.3毫巴的处理压力、约60瓦的高频放电功率以及约25瓦的低频放电功率下进行。在某些实施例中，等离子活化处理包括使用氧气做为等离子气体，且等离子活化处理在0.1毫巴的处理压力、约70瓦的高频放电功率以及约35瓦的低频放电功率下进行。在某些实施例中，等离子活化处理包括使用氧气做为等离子气体，且等离子活化处理在0.5毫巴的处理压力、约60瓦的高频放电功率以及约30瓦的低频放电功率下进行。在某些实施例中，等离子活化处理包括使用氧气做为等离子气体，且等离子活化处理在0.5毫巴的处理压力、约60瓦的高频放电功率以及约25瓦的低频放电功率下进行。在某些实施例中，进行硅溶胶处理包括用硅溶胶冲洗第一晶圆及第二晶圆的前表面，且硅溶胶具有多个直径小于10纳米的二氧化硅纳米粒子。在某些实施例中，进行硅溶胶处理包括用硅溶胶冲洗第一晶圆及第二晶圆的前表面，且硅溶胶包括重量浓度不超过35％的二氧化硅纳米粒子。在某些实施例中，进行硅溶胶处理包括用硅溶胶冲洗第一晶圆及第二晶圆的前表面，且硅溶胶包括重量浓度为约1％至30％之间的二氧化硅纳米粒子。在某些实施例中，用硅溶胶冲洗第一晶圆及第二晶圆的前表面包括以每分钟约50rpm至1000rpm之间的转速旋转第一晶圆及第二晶圆。在某些实施例中，用硅溶胶冲洗第一晶圆及第二晶圆的前表面包括以约200rpm的转速旋转第一晶圆及第二晶圆。在某些实施例中，执行冲洗第一晶圆及第二晶圆的前表面约10秒至30秒之间。在某些实施例中，方法还包括在用硅溶胶冲洗第一晶圆及第二晶圆的前表面之后并且在预键合过程之前执行干燥过程。在某些实施例中，方法还包括在用硅溶胶冲洗第一晶圆及第二晶圆的前表面之前，用水冲洗第一晶圆及第二晶圆的前表面。在某些实施例中，方法还包括在预键合过程之前，将第一晶圆及第二晶圆的前表面以约20μm至100μm之间的距离彼此相对放置。在某些实施例中，预键合过程包括在第一晶圆及第二晶圆的中心区施加约80毫巴至200毫巴之间的第一压力，以使中心区接触。在某些实施例中，预键合过程还包括在第一晶圆及第二晶圆的第一外环区施加第二压力，使得第一外环区接触。在某些实施例中，预键合过程还包括在第一晶圆及第二晶圆的第二外环区施加第三压力，使得第一晶圆及第二晶圆完全接触。在某些实施例中，热处理在氮气环境中及摄氏约200℃至450℃下执行约1小时至2小时。在某些实施例中，热处理包括在第一晶圆及第二晶圆之间形成至少2.0Jm2的共价键。在某些实施例中，一种晶圆键合方法包括：对第一晶圆的前表面及第二晶圆的前表面执行等离子活化处理；对第一晶圆的前表面或第二晶圆的前表面进行硅溶胶处理；对第一晶圆及第二晶圆执行预键合过程；以及对第一晶圆及第二晶圆执行热处理，以在第一晶圆及第二晶圆之间形成键。本公开内容的另一方面提供了由上述任一晶圆键合方法得到的半导体结构。本公开内容的另一方面提供了一种半导体结构，其包括第一晶圆、第二晶圆及第一晶圆与第二晶圆之间的多个共价键，其中多个共价键具有至少为2.0Jm2的键强度。在某些实施例中，多个共价键为硅-氧-硅Si-O-Si键。在某些实施例中，第一晶圆包括二氧化硅、氮化硅Si3N4或氮掺杂碳化硅。在某些实施例中，第二晶圆包括二氧化硅、氮化硅或氮掺杂碳化硅。本领域技术人员可根据本公开内容的说明书、权利要求及附图来了解本公开内容的其他方面。附图说明附图并入本文并构成说明书的一部分，其示出了本公开内容所揭示的实施例，并且与详细说明一起进一步用于解释本公开内容所揭示的原理，以使相关领域技术人员能够制作及使用本公开内容。图1A与图1B示出了一种晶圆键合方法。图2示出了根据本公开内容某些实施例的示例性晶圆键合方法的流程图。图3A至图3F示出了根据本公开内容某些实施例中晶圆键合的示例性制作过程。图4A至图4B示出了根据本公开内容某些实施例在热处理之前图4A及热处理之后图4B的第一与第二晶圆的剖面图。下文将配合附图说明本公开内容的实施例。具体实施方式尽管本文讨论了具体的结构及配置，但应所述理解，这仅仅是为了说明及示例的目的而完成的。相关领域的技术人员应可理解，在不剥离本公开内容的精神及范围的情况下，可以使用其他结构及布置。对于相关领域的技术人员显而易见的是，本公开内容还可以用于各种其他应用中。值得注意的是，在说明书中对提及“一个实施例”、“一实施例”、“示例性实施例”、“一些实施例”等的引用表示所描述的实施例可以包括特定的特征、结构或特性，但并非每个实施例都一定需要包括此特定的特征、结构或特性。而且，这些用语不一定指相同的实施例。此外，当特定特征、结构或特性结合实施例描述时，无论是否于文中明确描述，结合其他实施例来实现这些特征、结构或特性皆属于相关领域的技术人员的知识范围所及。一般而言，术语可以至少部分地根据上、下文中的用法来理解。例如，如本文所使用的术语“一个或多个”至少可部分取决于上、下文可用于以单数意义描述任何特征、结构或特性，或可用于描述特征、结构或特征的复数意义上的组合。类似地，术语诸如“一”、“一个”或“所述”也可以被理解为表达单数用法或传达复数用法，至少可部分取决于上、下文。此外，术语诸如“基于”可以理解为不一定意在传达一组排他的因素，而是可以允许非必要明确描述的附加因素的存在，其亦至少部分地取决于上下文。应所述容易理解的是，本文中的“在……上面”、“在……之上”及“在……上方”的含义应该以最宽泛的方式来解释，使得“在……上面”不仅意味着“直接在某物上”，而且还包括在某物上且两者之间具有中间特征或中间层，并且“在……之上”或“在……上方”不仅意味着在某物之上或在某物上方的含义，而且还可以包括其在某物之上或上方且两者之间没有中间特征或中间层即，直接在某物上的含义。此外，为了便于描述，可以在说明书使用诸如“在……下面”、“在……之下”、“较低”、“在……之上”、“较高”等空间相对术语来描述一个要素或特征与另一个或多个要素或特征的关系，如附图中所表示者。除了附图中描绘的定向之外，这些空间相对术语旨在涵盖使用或操作中的装置的不同定向。装置可以其他方式定向例如以旋转90度或以其它方向来定向，并且同样能相应地以本文中所使用的空间相关描述来解释。如本文所用，术语“衬底”或“晶圆”是指在其上添加后续材料层的材料。衬底本身可以被图案化。添加在衬底顶部的材料可以被图案化或可以保持未图案化。此外，衬底可以包括多种半导体材料，例如硅、锗、砷化镓、磷化铟等。或者，衬底可以由非导电材料制成，例如玻璃、塑料或蓝宝石晶圆。如本文所使用的，术语“层”是指材料部分，包括具有厚度的区域。层可以在整个下层或上层结构上延伸，或者可以具有小于下层或上层结构的范围的范围。此外，层可以为均匀或不均匀连续结构的区域，其厚度可小于所述连续结构的厚度。例如，层可以位于任何一对水平平面之间或在所述连续结构的顶表面及底表面之间。层可以水平地、垂直地及或沿着渐缩表面延伸。衬底可以为层，其可以包括其中的一层或多层，及或可以在其上面、其上方及或下面具有一层或多层。层可以包含多层。例如，互连层可以包括一个或多个导体及接触层其中形成有接触contact、互联线interconnectline及或通孔via以及一个或多个电介质层。如本文所使用的，术语“溶胶sol”是指固体颗粒在液体中的胶态悬浮体。如本文所使用的，术语“硅溶胶silicasol”是指硅纳米粒子在液体中的胶态悬浮体。如本文所使用的，术语“纳米粒子”是指具有尺寸小于约200纳米的至少一个区域或特征尺寸的结构。在某些实施例中，纳米粒子具有小于约100nm、小于约50nm、小于约20nm或小于约10nm的尺寸。通常，区域或特征尺寸将沿着纳米粒子结构的最小轴。如本文所使用的，纳米粒子的“直径”是指垂直于纳米粒子之第一轴的横截面的直径，其中第一轴相对于第二轴和第三轴的长度差异最大第二轴和第三轴是长度彼此最接近相同的两个轴。第一轴不一定是纳米粒子的最长轴。例如，对于盘形的纳米粒子，其横截面将是垂直于盘之短纵轴的实质上为圆形的横截面。在横截面不是圆形的情况下，直径则是所述横截面的长轴和短轴的平均值。对于球形纳米粒子，直径从一侧并通过球体中心测量到另一侧。本文所使用的术语“标称标称地”是指在产品或过程的设计阶段期间设定的部件或过程操作的特性或参数的期望值或目标值，以及高于及或低于期望值的数值范围。数值范围可能由于制造工艺或公差而有轻微变化。如本文所使用的术语“约”表示可能会随着与对象半导体器件相关联的特定技术点而改变的给定量数值。基于特定的技术点，术语“约”可以指示出给定量数值，其例如在所述数值的10-30％内变化例如，所述数值的±10％、±20％或±30％。如本文所使用的，术语“垂直垂直地”名义上表示垂直于衬底的横面。等离子活化键合是一种直接晶圆键合方法。等离子活化键合方法可包括磨光polishing与清洁第一晶圆的前表面及第二晶圆的前表面、执行等离子活化、以去离子水冲洗晶圆的前表面、接续进行预键合且最后执行热处理以键合第一与第二晶圆。如图1A所示，在以去离子水冲洗之后，将第一晶圆110及第二晶圆120以第一晶圆110的前表面112面向第二晶圆120的前表面122的方式面对面放置，其中两者之间会有一层羟基130。在热处理之后，于第一晶圆110的前表面112与第二晶圆120的前表面122之间的接口层135中形成Si-O-Si共价键，将两晶圆键合在一起。如本文所使用的，术语结构的“前表面”是指器件形成在其处或后续将形成在其处的结构的表面。上述的键合方法在热处理之前依赖羟基中的范德华力与氢键来达成预键合。在热处理过程中，水分子在凝结反应中被移除，以在第一与第二晶圆的前表面之间形成共价键来达到稳定的键合。如图1B所示，用在预处理过程中之低羟基含量的去离子水是不足以达到稳定的共价键结，而会在接口层135中造成晶圆剥离137。根据本公开内容的多个实施例提供晶圆键合方法及其半导体结构。于本文所公开的晶圆键合方法可包括：对第一晶圆的前表面及第二晶圆的前表面执行等离子活化处理；对第一晶圆与第二晶圆的前表面进行硅溶胶处理；对第一晶圆及第二晶圆应用预键合过程；以及对第一晶圆及第二晶圆执行热处理，以将第一晶圆的前表面键合至第二晶圆的前表面。结果而言，本文公开的晶圆键合方法尤其提供了以下优点，i在键合过程中键合表面上具有足够的羟基以提升键合强度；ii为后续过程提供较大的工艺窗口processwindow；iii提高器件结构的稳定性与可靠度以简化制作过程；以及iv降低制作成本与提高器件质量。图2示出了根据本公开内容某些实施例的示例性晶圆键合方法200的流程图。图3A至图3F示出了根据本公开内容某些实施例中晶圆键合的示例性制作过程。图4A至图4B示出了根据本公开内容某些实施例在热处理之前及热处理之后的第一与第二晶圆的剖面图。应所述理解的是，方法200所示的操作及图3A至图4B所示的制作方法并非为详尽的，且在所示的方法及操作中的任何方法及操作之前、之后或之间，也可以执行其他方法及步骤。请参考图2与图3A，方法200从操作202开始进行，其对第一晶圆310的前表面312及第二晶圆320的前表面322进行等离子活化360。在某些实施例中，第一晶圆310与第二晶圆320可包括硅、锗、III-V族半导体、碳化硅、绝缘衬底上硅或上述组合。在某些实施例中，第一晶圆310与第二晶圆320可包括硅如单晶硅、多晶硅、硅锗、砷化镓、锗、硅覆绝缘体、锗覆绝缘体或任何上述适当的组合。在某些实施例中，第一晶圆310的前表面312及第二晶圆320的前表面322可包括氧化物、氮化物、碳化物或其组合的电介质层。在某些实施例中，第一晶圆310的前表面312及第二晶圆320的前表面322可包括二氧化硅SiO2、氮化硅Si3N4或氮掺杂碳化硅。在某些实施例中，前表面312可为第一晶圆310的一部分并使用与第一晶圆310相同材料所形成。类似的，前表面322可为第二晶圆320的一部分。形成电介质层的制作方法包括但不限于光刻、蚀刻、沉积、填充、磨光或上述之结合。在某些实施例中，在后续进行等离子活化处理前对晶圆键合的准备中，先在第一与第二晶圆的前表面沉积二氧化硅层，随后使用如化学机械磨光技术以平坦化。在某些实施例中，欲键合之第一及第二晶圆并不限于具有外部沉积二氧化硅层的晶圆，还可以包括具有本质氧化硅表面的表面，例如玻璃衬底。在某些实施例中，用在等离子活化的等离子气体包括但不限于氧气、氮气、氩气或其组合。在某些实施例中，等离子气体可为氧气。在某些实施例中，等离子气体可为氮气。在某些实施例中，等离子气体另可包括如氢气及或水的其他气体。等离子气体的浓度可小于约5％。在某些实施例中，等离子活化处理在约0.05毫巴至0.5毫巴之间的处理压力下进行。在某些实施例中，等离子活化处理在约40瓦至100瓦的高频放电功率下进行。在某些实施例中，等离子活化处理在约10瓦至40瓦的低频放电功率下进行。在某些实施例中，等离子活化处理在约5秒至50秒之间的处理时间内进行。在某些实施例中，也可进行化学活化处理。在某些实施例中，等离子活化处理可使用氮气做为等离子气体，其流量flowrate为约50sccm，且等离子活化处理在约0.3毫巴的处理压力、约60瓦的高频放电功率以及约25W的低频放电功率下进行。在某些实施例中，等离子活化处理可使用氧气做为等离子气体，其流量为约60sccm，且等离子活化处理在约0.1毫巴的处理压力、约70瓦的高频放电功率以及约35W的低频放电功率下进行。在某些实施例中，等离子活化处理可使用氧气做为等离子气体，其流量为约50sccm，且等离子活化处理在约0.5毫巴的处理压力、约60瓦的高频放电功率以及约30瓦的低频放电功率下进行。在某些实施例中，等离子活化处理可使用氧气做为等离子气体，其流量为约50sccm，且等离子活化处理在0.5毫巴的处理压力、约60瓦的高频放电功率以及约25W的低频放电功率下进行。在某些实施例中，可在等离子活化处理之前对第一及第二晶圆的前表面执行磨光过程。磨光过程可包括化学机械磨光、湿式化学清洁或上述的结合。在某些实施例中，经磨光的第一及第二晶圆前表面的表面粗糙度的均方根RMS可小于0.5nm。请参考图2，方法200进行到操作204，对第一晶圆与第二晶圆的前表面进行硅溶胶处理。如第3B图所示，第一晶圆310的前表面312与第二晶圆320的前表面322在硅溶胶处理中暴露于硅溶胶中，以在第一晶圆310的前表面312上形成第一氧化硅电介质层316并在第二晶圆320的前表面322上形成第二氧化硅电介质层326。第一与第二氧化硅电介质层316及326各自可包括二氧化硅纳米粒子。在某些实施例中，暴露第一及第二晶圆的前表面的步骤可包括在一或多次等离子活化处理之后对第一及第二晶圆的前表面进行硅溶胶冲洗。硅溶胶可包括多个二氧化硅纳米粒子的胶态悬浮体。在某些实施例中，二氧化硅纳米粒子的直径可为约10nm。在某些实施例中，二氧化硅纳米粒子的直径可小于10nm。二氧化硅纳米粒子的表面活性可以很高，使得承载在表面上大量的羟基在一或多次硅溶胶冲洗后可快速地被吸附在晶圆表面上。这继而为后续的键合过程提供足量的羟基。在某些实施例中，第一晶圆或第二晶圆的前表面是用硅溶胶来冲洗的。在某些实施例中，第一晶圆与第二晶圆两者的前表面皆用硅溶胶冲洗。将硅溶胶沉积至晶圆上可由公知的方法诸如，喷涂或旋转涂布完成。在某些实施例中是使用旋涂来沉积硅溶胶。作为示例性的硅溶胶处理过程，将第一及或第二晶圆装载到旋转涂布机上，并以第一转速旋转。硅溶胶是通过硅溶胶供应管提供到第一晶圆的前表面及或第二晶圆的前表面上，随后将旋转加速至第二转速，并在第二转速下冲洗第一晶圆的前表面及或第二晶圆的前表面一小段时间。在冲洗一小段时间之后，关闭硅溶胶供应管线，并以经加速的第三转速旋转第一及或第二晶圆来移除表面水分。可改变硅溶胶的浓度、转速及冲洗时间来得到期望的第一氧化硅电介质层316与第二氧化硅电介质层326的厚度。在某些实施例中，第一氧化硅电介质层316与第二氧化硅电介质层326的厚度可接近单个二氧化硅纳米粒子的大小，或可接近第一及第二晶圆前表面之间形成氧化硅键网状结构所需的最小尺寸。在某些实施例中，第一及第二氧化硅电介质层316及326各自的厚度可在约10nm至约100nm之间。在某些实施例中，如果第一晶圆及或第二晶圆具有不平坦的表面拓扑，可使用较厚的第一及或第二氧化硅电介质层填充第一晶圆及或第二晶圆的前表面之间的空隙。在某些实施例中，硅溶胶具有重量浓度不超过35％的二氧化硅。例如，硅溶胶可具有重量浓度在约1％至30％含1％和30％之间的二氧化硅。在某些实施例中，硅溶胶可具有重量浓度为约3％、约10％、约24％或约30％的二氧化硅。在某些实施例中，硅溶胶冲洗过程可包括以约200rpm的转速旋转第一及或第二晶圆、用硅溶胶在约10至30秒以及在转速约200rpm下冲洗第一晶圆的前表面及或第二晶圆的前表面、以及以约1000rpm至2000rpm之间的转速旋转第一及或第二晶圆来移除表面水分。在某些实施例中，在用硅溶胶以约10至30秒的时间以及在转速为200rpm下冲洗第一及或第二晶圆的前表面之后，另可以相对较长的时间进行相对较低转速如约500至1000rpm的旋转来移除表面水分。在某些实施例中，硅溶胶冲洗过程可包括用约25rpm的转速旋转第一及或第二晶圆、施加二氧化硅重量浓度为约3％的硅溶胶至第一及或第二晶圆的前表面上、将旋转加速至转速为约200rpm、以硅溶胶冲洗第一及或第二晶圆的前表面约30秒、以及将旋转加速至转速为约1500rpm以移除表面水分。在某些实施例中，硅溶胶冲洗过程可包括用约35rpm的转速旋转第一及或第二晶圆、施加二氧化硅重量浓度为约10％的硅溶胶至第一及或第二晶圆的前表面上、将旋转加速至转速为约200rpm、以硅溶胶冲洗第一及或第二晶圆的前表面约10秒、以及将旋转加速至转速为约2000rpm以移除表面水分。在某些实施例中，硅溶胶冲洗过程可包括用约30rpm的转速旋转第一及或第二晶圆、施加二氧化硅重量浓度为约24％的硅溶胶至第一及或第二晶圆的前表面上、将旋转加速至转速为约200rpm、以硅溶胶冲洗第一及或第二晶圆的前表面约10秒、以及将旋转加速至转速为约2000rpm以移除表面水分。在某些实施例中，硅溶胶冲洗过程可包括用约40rpm的转速旋转第一及或第二晶圆、施加二氧化硅重量浓度为约30％之硅溶胶至第一及或第二晶圆的前表面上、将旋转加速至转速为约200rpm、以硅溶胶冲洗第一及或第二晶圆的前表面约20秒、以及将旋转加速至转速为约2000rpm以移除表面水分。在某些实施例中，第一及第二晶圆可在硅溶胶冲洗前以水冲洗。在某些实施例中，硅溶胶冲洗过程可包括使用旋干机spin-rinse-drier、干燥氮气或其他干燥技术的干燥过程以移除表面水分。在等离子活化处理与硅溶胶冲洗之后，第一及第二晶圆的前表面可主要由硅烷醇基终止。请参考图2，方法200进行到步骤206，对第一晶圆及第二晶圆执行预键合过程。如第3C图所示，在预键合过程之前，可以第一晶圆310的前表面312面向第二晶圆320的前表面322的方式，将第一晶圆310及第二晶圆320彼此相对平行放置。在某些实施例中，也可执行预对准过程。在预对准过程中，可调整第一晶圆310的位置，使得第一晶圆310与第二晶圆320的中心大体上对准。在某些实施例中，在预键合过程之前，第一晶圆310的前表面312与第二晶圆320的前表面322以约20μm至100μm之间的距离彼此相对地面对面放置。如第3D图所示，可通过施加第一压力来以向下方向按压第一晶圆310的中心区370以起始键合过程。例如，可开通真空通道315以施加第一压力使第一晶圆312与第二晶圆320在中心区370接触。在某些实施例中，第一压力可在约80毫巴至200毫巴之间。在此操作中，可在中心区370处在第一晶圆310与第二晶圆320各自的前表面312与322之间形成范德华键。如第3E图所示，预键合过程可还包括在第一晶圆及第二晶圆的第一外环区380施加第二压力，使得第一晶圆及第二晶圆的第一外环区380接触。可开通真空通道317以对第一外环区380施加第二压力。放射状范德华力键合波可从中心区370向外传递至第一外环区380。然后，可在第一晶圆及第二晶圆的第二外环区390施加第三压力，使得第一晶圆及第二晶圆完全接触。可开通真空通道319以对第二外环区390施加第三压力。在某些实施例中，可将第一及第二晶圆以各自前表面之间的距离约为20μm的方式面对面彼此相对放置。可施加80毫巴的第一压力以使第一及第二晶圆的中心区接触。可通过开通真空通道以在第一晶圆及第二晶圆的第一外环区施加第二压力，使第一晶圆及第二晶圆在第一外环区接触。可通过开通真空通道以在第一晶圆及第二晶圆的第二外环区施加第三压力，使得第一晶圆及第二晶圆完全接触。在某些实施例中，第一及第二晶圆可彼此面对面相对放置且第一晶圆的前表面与第二晶圆的前表面之间的距离为约20μm。可施加150毫巴的第一压力以使第一及第二晶圆的中心区接触。在某些实施例中，第一及第二晶圆可彼此面对面相对设置且第一晶圆的前表面与第二晶圆的前表面之间的距离为约45μm。可施加100毫巴的第一压力以使第一及第二晶圆的中心区接触。在某些实施例中，第一及第二晶圆可彼此面对面相对设置且第一晶圆的前表面与第二晶圆的前表面之间的距离为约100μm。可施加200毫巴的第一压力以使第一及第二晶圆的中心区接触。请参考图2，进行方法200至步骤208，其中对第一晶圆及第二晶圆执行热处理。如图3F所示，对第一晶圆310及第二晶圆320进行热处理，以将第一晶圆310的前表面312键合至第二晶圆320的前表面322。而且，第一二氧化硅电介质层316如第3E图所示及第二二氧化硅电介质层326如第3E图所示熔合成单个电介质层328。在某些实施例中，热处理使得第一晶圆的前表面及第二晶圆的前表面之间形成了多个共价键。在某些实施例中，共价键为硅-氧-硅Si-O-Si键。在某些实施例中，共价键具有至少为2.0Jm2的键强度。在某些实施例中，共价键具有大于2.0Jm2的键强度。在某些实施例中，热处理可包括在预键合之后对第一及第二晶圆热退火。经预键合的第一及第二晶圆在氮气环境中热退火，其中退火温度在约摄氏200℃至450℃。在某些实施例中，热处理时间在约1小时至2小时之间。在某些实施例中，经预键合的第一及第二晶圆在氮气环境下在约200℃的退火温度下进行热退火约2小时。在某些实施例中，经预键合的第一及第二晶圆在氮气环境下在约280℃的退火温度下进行热退火约1小时。在某些实施例中，经预键合的第一及第二晶圆可在氮气环境下在约350℃的退火温度下进行热退火约2小时。在某些实施例中，经预键合的第一及第二晶圆在氮气环境下在约400℃的退火温度下进行热退火约1小时。在某些实施例中，上述的晶圆键合过程可使用由奥地利EVGroup制造的自动键合对准系统进行。在某些实施例中，第一及第二晶圆前表面上的硅烷醇基的凝结反应可会在热处理中发生，以致在上述前表面之间形成Si-O-Si键。此外，凝结反应的形成也可产生H2O分子。如图4A所示，在等离子活化之前，晶圆键合方法可包括分别对第一晶圆310的前表面312及或第二晶圆320的前表面322执行或多次磨光过程。磨光过程可包括化学机械磨光、湿式化学清洁或上述组合。在某些实施例中，化学机械磨光过程可在第一晶圆310的前表面312及第二晶圆320的前表面322造成较大的表面粗糙度并在键合接口440上留下空隙。硅溶胶中的二氧化硅纳米粒子434可适当地填入空隙中以减少粗糙度。如图4B所示，在热处理过程之后，硅溶胶中的二氧化硅纳米粒子434、第一晶圆310的前表面312及第二晶圆320的前表面322可整合如完全整合成单个电介质层450，藉此减少空隙。在某些实施例中，经磨光的第一及第二晶圆前表面的表面粗糙度的均方根RMS可小于0.5nm。在某些实施例中，本公开内容提供可由上述任一晶圆键合方法所得到的半导体结构。在某些实施例中，本公开内容也可提供半导体结构，其包括第一晶圆、第二晶圆以及位于第一晶圆的前表面与第二晶圆的前表面之间的共价键，其中共价键具有至少为2.0Jm2的键强度。在某些实施例中，第一晶圆及第二晶圆的前表面包括二氧化硅、氮化硅Si3N4或氮掺杂碳化硅。在某些实施例中，共价键可为Si-O-Si键。本公开内容的多个实施例提供了晶圆键合方法和半导体结构。本文公开之晶圆键合方法可包括：对第一晶圆的前表面及第二晶圆的前表面进行等离子活化处理；对第一晶圆的前表面与第二晶圆的前表面进行硅溶胶处理；对第一晶圆及第二晶圆施以预键合过程；以及对第一晶圆及第二晶圆进行热处理，以将第一晶圆的前表面键合至第二晶圆的前表面。在某些实施例中，是对第一及第二晶圆两者的前表面进行硅溶胶处理。在某些实施例中，是对第一晶圆或第二晶圆的前表面进行硅溶胶处理。以上对具体实施例的描述将充分揭示本公开内容的一般性质，其他人可以通过应用本领域技术范围内的知识，轻易地将特定实施例调整及或修改于各种应用，而无需过度实验与背离本公开内容的一般概念。因此，基于本文给出的教导及指导，这样的修改及调整旨在属于本公开内容的实施例的等价物的意义及范围内。应所述理解的是，本文中的措辞或术语是为了描述的目的而非限制的目的，使得本说明书的术语或措辞将由相关领域技术人员根据教导及指导来解释。以上本公开内容的实施例已借助于功能构建块来描述，所述功能构建块示出了特定功能及其关系的实现。为了描述的方便，这些功能构建块的边界在本文中系被任意的定义。在适当地实现所指定的功能及关系时，可以定义出替代边界。发明内容及摘要部分可以阐述出发明人所设想的本公开内容的一个或多个的示例性实施例，但并非全部的示例性实施例，并且因此不旨在以任何方式限制本公开内容及所附权利要求范围。本公开内容的广度及范围不应受上述任何示例性实施例所限制，而应仅根据以下权利要求及其等价物来限定。

权利要求：1.一种晶圆键合方法，包括：对第一晶圆的前表面及第二晶圆的前表面执行等离子活化处理；对所述第一晶圆的前表面与所述第二晶圆的前表面执行硅溶胶处理；对所述第一晶圆及所述第二晶圆应用预键合过程；以及对所述第一晶圆及所述第二晶圆执行热处理，以将所述第一晶圆的前表面键合至所述第二晶圆的前表面。2.如权利要求1所述的晶圆键合方法，还包括：在所述等离子活化处理之前，磨光所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面。3.如权利要求2所述的晶圆键合方法，其中，所述磨光过程包括化学机械磨光、湿式化学清洁或其组合。4.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其中，所述等离子活化处理包括使用氧气或氮气作为等离子气体。5.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其中，所述等离子活化处理在约0.05毫巴至0.5毫巴之间的处理压力下执行。6.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其中，所述等离子活化处理在约40瓦与100瓦之间的高频放电功率下执行。7.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其中，所述等离子活化处理在约10瓦与40瓦之间的低频放电功率下执行。8.如权利要求4-7中的任何一个权利要求所述的晶圆键合方法，其中，所述等离子活化处理执行约5秒到50秒之间。9.如权利要求8所述的晶圆键合方法，其中，所述等离子活化处理包括使用氮气作为所述等离子气体，且所述等离子活化处理在0.3毫巴的处理压力、约60瓦的高频放电功率以及约25瓦的低频放电功率下执行。10.如权利要求8所述的晶圆键合方法，其中，所述等离子活化处理包括使用氧气作为所述等离子气体，且所述等离子活化处理在0.1毫巴的处理压力、约70瓦的高频放电功率以及约35瓦的低频放电功率下执行。11.如权利要求8所述的晶圆键合方法，其中，所述等离子活化处理包括使用氧气作为所述等离子气体，且所述等离子活化处理在0.5毫巴的处理压力、约60瓦的高频放电功率以及约30瓦的低频放电功率下执行。12.如权利要求8所述的晶圆键合方法，其中，所述等离子活化处理包括使用氧气作为所述等离子气体，且所述等离子活化处理在0.5毫巴的处理压力、约60瓦的高频放电功率以及约25瓦的低频放电功率下执行。13.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其中，执行所述硅溶胶处理包括用硅溶胶冲洗所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面，所述硅溶胶具有多个直径小于10纳米的二氧化硅纳米粒子。14.如权利要求13所述的晶圆键合方法，其中，执行所述硅溶胶处理包括用所述硅溶胶冲洗所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面，所述硅溶胶具有重量浓度不多于35％的二氧化硅纳米粒子。15.如权利要求14所述的晶圆键合方法，其中，执行所述硅溶胶处理包括用所述硅溶胶冲洗所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面，所述硅溶胶具有重量浓度为约1％至30％之间的所述二氧化硅纳米粒子。16.如权利要求13所述的晶圆键合方法，其中，用所述硅溶胶冲洗所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面包括以约50rpm至1000rpm之间的转速旋转所述第一晶圆及所述第二晶圆。17.如权利要求13所述的晶圆键合方法，其中，用所述硅溶胶冲洗所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面包括以约200rpm的转速旋转所述第一晶圆及所述第二晶圆。18.如权利要求13所述的晶圆键合方法，其中，冲洗所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面执行约10秒至30秒之间。19.如权利要求13所述的晶圆键合方法，还包括：在用所述硅溶胶冲洗所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面之后并且在所述预键合过程之前执行干燥过程。20.如权利要求13所述的晶圆键合方法，还包括：在用所述硅溶胶冲洗所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面之前，用水冲洗所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面。21.如权利要求1所述的晶圆键合方法，还包括：在所述预键合过程之前，将所述第一晶圆的前表面及所述第二晶圆的前表面以约20μm至100μm之间的距离彼此相对放置。22.如权利要求21所述的晶圆键合方法，其中，所述预键合过程包括在所述第一晶圆及所述第二晶圆的中心区施加约80毫巴至200毫巴之间的第一压力，使得所述第一晶圆与所述第二晶圆的中心区接触。23.如权利要求22所述的晶圆键合方法，其中，所述预键合过程还包括在所述第一晶圆及所述第二晶圆的第一外环区施加第二压力，使得所述第一晶圆与所述第二晶圆的第一外环区接触。24.如权利要求23所述的晶圆键合方法，其中，所述预键合过程还包括在所述第一晶圆及所述第二晶圆的第二外环区施加第三压力，使得所述第一晶圆及所述第二晶圆完全接触。25.如权利要求1所述的晶圆键合方法，其中，所述热处理在氮气环境下在约200℃至450℃下执行约1小时至2小时。26.如权利要求25所述的晶圆键合方法，其中，所述热处理包括：在所述第一晶圆及所述第二晶圆之间形成至少2.0Jm2的共价键。27.一种晶圆键合方法，包括：对第一晶圆的前表面及第二晶圆的前表面执行等离子活化处理；对所述第一晶圆的前表面或所述第二晶圆的前表面执行硅溶胶处理；对所述第一晶圆及所述第二晶圆执行预键合过程；以及对所述第一晶圆及所述第二晶圆执行热处理，以在所述第一晶圆及所述第二晶圆之间形成键。28.一种通过权利要求1-27中的任何一个权利要求所述的晶圆键合方法获得的半导体结构。29.一种半导体结构，包括第一晶圆、第二晶圆及所述第一晶圆与所述第二晶圆之间的多个共价键，其中，所述多个共价键具有至少为2.0Jm2键强度。30.如权利要求29所述的半导体结构，其中，所述多个共价键是Si-O-Si。31.如权利要求29所述的半导体结构，其中，所述第一晶圆包括二氧化硅、氮化硅或氮掺杂碳化硅。32.如权利要求29所述的半导体结构，其中，所述第二晶圆包括二氧化硅、氮化硅或氮掺杂碳化硅。

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