本發(fā)明涉及將多個(gè)基板接合而形成的半導(dǎo)體裝置、及半導(dǎo)體裝置的制造方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，關(guān)于半導(dǎo)體設(shè)備的高集成化，將同種或異種的半導(dǎo)體設(shè)備進(jìn)行層疊化的三維集成化技術(shù)受到關(guān)注。在該三維集成化技術(shù)中，將電極、成為配線的導(dǎo)電件和絕緣件露出的基板的接合面彼此接合的技術(shù)變得重要。通常，作為兩張基板的接合技術(shù)，已知有常溫接合。常溫接合是將接合的兩張基板的接合面在真空氣氛下進(jìn)行活性化，通過(guò)將活性化后的接合面彼此進(jìn)行壓接而接合的技術(shù)。在常溫接合中，不需要熱處理，能夠?qū)⒔雍喜牧?基板)彼此進(jìn)行直接接合。因此，具有如下優(yōu)點(diǎn)：能夠抑制與熱處理相伴的基板的膨脹等變形，在接合時(shí)，能夠準(zhǔn)確地進(jìn)行兩張基板的對(duì)準(zhǔn)。

然而，在上述的常溫接合中，雖然能夠?qū)⒆鳛閷?dǎo)電件的金屬類彼此直接接合，但是無(wú)法將作為絕緣件而通常使用的氧化膜、氮化膜等直接接合。因此，以往，提出了利用附著于接合面的極微量金屬，能夠?qū)?dǎo)電件與絕緣件同時(shí)接合(混合接合)的常溫接合方法(例如，參照專利文獻(xiàn)1)。

在先技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本專利第4162094號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明要解決的課題

然而，在基板的接合面上形成有多個(gè)微細(xì)的導(dǎo)電件(電極)，因此在以往的接合方法中，由于附著于接合面的金屬，在接近的導(dǎo)電件(電極)間會(huì)產(chǎn)生泄漏電流，擔(dān)心設(shè)備的動(dòng)作上的問(wèn)題。

本發(fā)明鑒于上述情況而作出，其目的在于提供一種防止導(dǎo)電件間的泄漏電流的產(chǎn)生并能夠?qū)?dǎo)電件與絕緣件同時(shí)接合的半導(dǎo)體裝置、及半導(dǎo)體裝置的制造方法。

用于解決課題的方案

為了解決上述的課題，實(shí)現(xiàn)目的，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置，具備導(dǎo)電件及絕緣件分別在半導(dǎo)體基材的接合面露出的一對(duì)基板，將基板彼此進(jìn)行常溫接合，所述半導(dǎo)體裝置的特征在于，在一對(duì)接合面之間具備接合中間層，所述接合中間層單獨(dú)表現(xiàn)出非導(dǎo)電性并且與導(dǎo)電件結(jié)合而表現(xiàn)出導(dǎo)電性。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，由于在一對(duì)接合面之間具備接合中間層，因此能夠?qū)?dǎo)電件及絕緣件分別同時(shí)接合。此外，接合中間層單獨(dú)表現(xiàn)出非導(dǎo)電性并且與導(dǎo)電件結(jié)合而表現(xiàn)出導(dǎo)電性，因此能夠確保導(dǎo)電件間的導(dǎo)電性，并確保絕緣件間的非導(dǎo)電性。因此，能夠防止導(dǎo)電件間的泄漏電流的產(chǎn)生，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置的穩(wěn)定的動(dòng)作。

另外，基板的絕緣件彼此也可以經(jīng)由接合中間層而接合。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)⒔^緣件彼此牢固地接合。

另外，接合中間層也可以由非晶質(zhì)半導(dǎo)體材料形成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)半導(dǎo)體材料進(jìn)行蒸鍍、濺射或化學(xué)氣相生長(zhǎng)，能夠在基板的接合面上簡(jiǎn)單地形成具有單獨(dú)表現(xiàn)出非導(dǎo)電性并且與導(dǎo)電件結(jié)合而表現(xiàn)出導(dǎo)電性的性質(zhì)的接合中間層。

另外，也可以是，至少一方的基板的接合面處的絕緣件的高度位置形成得比導(dǎo)電件低。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在將基板彼此壓接時(shí)，該壓接載荷作用于導(dǎo)電件，因此由于該導(dǎo)電件而接合中間層斷裂。因此，通過(guò)將導(dǎo)電件彼此直接接合，在導(dǎo)電件間的接合中能夠得到良好的電氣特性及接合強(qiáng)度。

另外，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體裝置的制造方法，是將導(dǎo)電件及絕緣件分別在半導(dǎo)體基材的接合面露出的一對(duì)基板彼此進(jìn)行常溫接合而制造出的半導(dǎo)體裝置的制造方法，所述半導(dǎo)體裝置的制造方法的特征在于，具備：使基板的接合面分別活性化的工序；在活性化后的接合面的至少一方形成單獨(dú)表現(xiàn)出非導(dǎo)電性并且與導(dǎo)電件結(jié)合而表現(xiàn)出導(dǎo)電性的接合中間層的工序；及經(jīng)由接合中間層而將一對(duì)基板彼此壓接的工序。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠容易地實(shí)現(xiàn)將導(dǎo)電件及絕緣件分別同時(shí)接合的混合接合。

另外，接合中間層也可以通過(guò)半導(dǎo)體材料的蒸鍍、濺射、或者化學(xué)氣相生長(zhǎng)而形成。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠在基板的接合面簡(jiǎn)單地形成接合中間層。

另外，也可以向半導(dǎo)體材料照射高速原子射束，使半導(dǎo)體材料濺射，由此在一方的基板的接合面形成了接合中間層，之后，向形成于該接合面的接合中間層照射高速原子射束，使形成該接合中間層的半導(dǎo)體材料的一部分濺射，由此在另一方的基板的接合面形成接合中間層。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠簡(jiǎn)化作業(yè)次序，能夠在各基板的接合面上簡(jiǎn)單地形成接合中間層。

另外，也可以是，至少一方的基板的接合面處的絕緣件的高度位置形成得比導(dǎo)電件低，接合中間層在將基板彼此壓接時(shí)由于導(dǎo)電件而斷裂，將該導(dǎo)電件彼此直接接合。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，通過(guò)將導(dǎo)電件彼此直接接合，在導(dǎo)電件間的接合中能夠得到良好的電氣特性及接合強(qiáng)度。

另外，也可以具備在將一對(duì)基板壓接之后將該基板以規(guī)定的溫度進(jìn)行加熱的工序。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)導(dǎo)電件間的接合強(qiáng)度及電氣特性的提高。

發(fā)明效果

根據(jù)本發(fā)明，能夠防止導(dǎo)電件間的泄漏電流的產(chǎn)生，并將導(dǎo)電件和絕緣件同時(shí)接合。

附圖說(shuō)明

圖1是示意性地表示將本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置接合的常溫接合裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖2是示意性地表示接合前的第一晶圓和第二晶圓的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖3是示意性地表示將第一晶圓與第二晶圓接合而形成的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖4是示意性地表示將第一晶圓與第二晶圓接合后的狀態(tài)的剖視圖。

圖5是表示作為絕緣層的sio2/sio2的接合界面的透過(guò)型電子顯微鏡照片。

圖6是表示作為接合電極的cu/cu的接合界面的透過(guò)型電子顯微鏡照片。

圖7是表示測(cè)定點(diǎn)處的si-l吸收端的eels光譜的坐標(biāo)圖。

圖8是表示測(cè)定點(diǎn)處的o-k吸收端的eels光譜的坐標(biāo)圖。

圖9是表示sio2/sio2間的電流與電壓的關(guān)系的坐標(biāo)圖。

圖10是表示測(cè)定點(diǎn)處的si-l吸收端的eels光譜的坐標(biāo)圖。

圖11是表示測(cè)定點(diǎn)處的cu-l吸收端的eels光譜的坐標(biāo)圖。

圖12是表示cu/cu間的電流與電壓的關(guān)系的坐標(biāo)圖。

圖13-1是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的工序的工序說(shuō)明圖。

圖13-2是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的工序的工序說(shuō)明圖。

圖13-3是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的工序的工序說(shuō)明圖。

圖13-4是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的工序的工序說(shuō)明圖。

圖13-5是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的工序的工序說(shuō)明圖。

圖13-6是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的工序的工序說(shuō)明圖。

圖14-1是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的另外的工序的工序說(shuō)明圖。

圖14-2是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的另外的工序的工序說(shuō)明圖。

圖14-3是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的另外的工序的工序說(shuō)明圖。

圖14-4是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的另外的工序的工序說(shuō)明圖。

圖15-1是示意性地表示另外的實(shí)施方式的第一晶圓與第二晶圓的接合前的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

圖15-2是示意性地表示將另外的實(shí)施方式的第一晶圓與第二晶圓接合后的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。

具體實(shí)施方式

以下，關(guān)于本發(fā)明的實(shí)施方式，參照附圖進(jìn)行說(shuō)明。需要說(shuō)明的是，沒(méi)有通過(guò)以下的實(shí)施方式來(lái)限定本發(fā)明。而且，以下的實(shí)施方式中的構(gòu)成要素包括本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠且容易置換的構(gòu)成要素，或者實(shí)質(zhì)上相同的構(gòu)成要素。

圖1是示意性地表示將本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置接合的常溫接合裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。如圖1所示，常溫接合裝置10具備：真空腔室11；設(shè)置在該真空腔室11內(nèi)的上側(cè)臺(tái)12、下側(cè)臺(tái)13；高速原子射束源(fab：fastatombeam)14、15；及真空排氣裝置16。

真空腔室11是將內(nèi)部從環(huán)境密閉的容器，真空排氣裝置16從真空腔室11的內(nèi)部排出氣體。由此，真空腔室11的內(nèi)部成為真空氣氛。此外，真空腔室11具備使該真空腔室11的內(nèi)部空間與外部連通或分離的門(未圖示)。

上側(cè)臺(tái)12具備形成為圓板狀的靜電卡盤12a、及使該靜電卡盤12a沿鉛垂方向上下的壓接機(jī)構(gòu)12b。靜電卡盤12a在圓板的下端具備電介質(zhì)層，向該電介質(zhì)層施加電壓，利用靜電力而在該電介質(zhì)層吸附并支承第一晶圓(基板)17。壓接機(jī)構(gòu)12b通過(guò)使用者的操作而使靜電卡盤12a相對(duì)于真空腔室11沿鉛垂方向平行移動(dòng)。

下側(cè)臺(tái)13是在其上表面支承第二晶圓(基板)18的臺(tái)，具備未圖示的移送機(jī)構(gòu)。該移送機(jī)構(gòu)利用使用者的操作而使下側(cè)臺(tái)13沿水平方向平行移動(dòng)，使下側(cè)臺(tái)13以與鉛垂方向平行的旋轉(zhuǎn)軸為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)移動(dòng)。而且，下側(cè)臺(tái)13在其上端具備電介質(zhì)層，也可以具備向該電介質(zhì)層施加電壓并利用靜電力在該電介質(zhì)層吸附并支承第二晶圓18的機(jī)構(gòu)。

高速原子射束源14、15射出晶圓的表面的活性化所使用的中性原子射束(例如，氬ar原子)。一方的高速原子射束源14朝向支承于上側(cè)臺(tái)12的第一晶圓17配置，另一方的高速原子射束源15朝向支承于下側(cè)臺(tái)13的第二晶圓18配置。通過(guò)照射中性原子射束而進(jìn)行第一晶圓17及第二晶圓18的各表面的活性化。而且，也可以取代高速原子射束源14、15而將其他的活性化單元(例如，離子槍或等離子體)使用于各晶圓的活性化。

接下來(lái)，說(shuō)明使用常溫接合裝置10進(jìn)行常溫接合的半導(dǎo)體裝置20。圖2是示意性地表示接合前的第一晶圓和第二晶圓的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖3是示意性地表示將第一晶圓與第二晶圓接合而形成的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖視圖。如圖2所示，第一晶圓17具備層疊在第一半導(dǎo)體基材21上而形成的第一絕緣層(絕緣件)22、及形成在該第一絕緣層22上的第一接合電極(導(dǎo)電件)23。第一絕緣層22及第一接合電極23分別在第一晶圓17的表面17a露出形成，該表面17a作為接合面發(fā)揮作用。而且，第二晶圓18具備層疊在第二半導(dǎo)體基材24上而形成的第二絕緣層(絕緣件)25和形成在該第二絕緣層25上的第二接合電極(導(dǎo)電件)26。第二絕緣層25及第二接合電極26分別在第二晶圓18的表面18a露出形成，該表面18a作為接合面發(fā)揮作用。這些表面17a、18a形成為平坦面，表面17a、18a彼此緊貼。

第一半導(dǎo)體基材21及第二半導(dǎo)體基材24使用例如單晶硅(si)，但是除此之外也可以使用單晶鍺(ge)、砷化鎵(gaas)或碳化硅(sic)等材料。而且，第一半導(dǎo)體基材21及第二半導(dǎo)體基材24不僅可以使用同種的材料，也可以使用不同種的材料。

第一絕緣層22及第二絕緣層25在表面17a、18a側(cè)由半導(dǎo)體基材的氧化物、氮化物形成。具體而言，在使用單晶硅(si)作為半導(dǎo)體基材的情況下，作為第一絕緣層22及第二絕緣層25，利用氧化爐、氮化爐、或者化學(xué)氣相生長(zhǎng)(cvd：chemicalvapordeposition：化學(xué)氣相沉積)裝置等的成膜來(lái)形成氧化硅膜(sio2)、氮化硅膜(si3n4)。在本實(shí)施方式中，形成氧化硅膜(sio2)。而且，第一接合電極23及第二接合電極26利用導(dǎo)電性優(yōu)異的材料例如銅(cu)形成。在該第一接合電極23及第二接合電極26上連接配線件而形成電子電路、各種元件。

在將第一晶圓17與第二晶圓18接合的情況下，如圖2、圖3所示，使作為接合面的表面17a、18a相互相對(duì)，使用上述的常溫接合裝置10進(jìn)行常溫接合。這種情況下，將第一晶圓17的第一接合電極23與第二晶圓18的第二接合電極26接合，將第一晶圓17的第一絕緣層22與第二晶圓18的第二絕緣層25接合。在常溫接合中，雖然第一接合電極23及第二接合電極26的金屬類彼此能夠接合，但是由于第一絕緣層22及第二絕緣層25是氧化硅膜(sio2)、氮化硅膜(si3n4)，因此無(wú)法將它們直接接合。因此，在本結(jié)構(gòu)中，如圖4所示，在第一晶圓17的表面17a與第二晶圓18的表面18a之間設(shè)置用于將接合電極與絕緣層同時(shí)接合的接合中間層30。

接合中間層30是用于將第一晶圓17的表面17a與第二晶圓18的表面18a接合的薄膜，由非晶質(zhì)半導(dǎo)體材料(例如，非晶硅)形成。根據(jù)發(fā)明者的研究，判明了非晶質(zhì)半導(dǎo)體材料(例如，非晶硅)雖然單獨(dú)(單體)表現(xiàn)出非導(dǎo)電性，但是通過(guò)與金屬類等結(jié)合而表現(xiàn)出導(dǎo)電性。因此，通過(guò)使用非晶質(zhì)半導(dǎo)體材料作為接合中間層30，能夠保持第一絕緣層22與第二絕緣層25之間的非導(dǎo)電性(絕緣性)并將第一絕緣層22與第二絕緣層25牢固地接合。此外，第一接合電極23與第二接合電極26之間的電氣特性不會(huì)劣化，能夠確保第一接合電極23與第二接合電極26之間的導(dǎo)電性。即，接合中間層30形成為具備：保持非導(dǎo)電性(絕緣性)并將第一絕緣層22與第二絕緣層25接合的區(qū)域(絕緣接合部30a)；及具有導(dǎo)電性并將第一接合電極23與第二接合電極26接合的區(qū)域(導(dǎo)電接合部30b)。

接下來(lái)，具體說(shuō)明接合中間層30。圖5是表示作為絕緣層的sio2/sio2的接合界面的透過(guò)型電子顯微鏡照片，圖6是表示作為接合電極的cu/cu的接合界面的透過(guò)型電子顯微鏡照片。透過(guò)型電子顯微鏡(tem：transmissionelectronmicroscope)是將電子射線向觀察對(duì)象照射，并將透過(guò)了觀察對(duì)象的電子形成的干涉像放大而進(jìn)行觀察的形式的電子顯微鏡。

如圖5所示，在作為第一絕緣層22及第二絕緣層25的sio2/sio2的接合界面上形成有非晶硅(a-si)層作為接合中間層30(絕緣接合部30a)。而且，如圖6所示，在作為第一接合電極23和第二接合電極26的cu/cu的接合界面上同樣形成有非晶硅(a-si)層作為接合中間層30(導(dǎo)電接合部30b)。這些接合中間層30都形成為厚度為7～9nm左右，在接合中間層30與sio2或cu之間觀察不到空穴(空隙)的存在而能得到充分的緊貼狀態(tài)。

接合中間層30通過(guò)單晶硅的濺射而形成于絕緣層(sio2)及接合電極(cu)的接合面，將狀態(tài)從單晶硅改變?yōu)榉蔷з|(zhì)(非晶)硅而形成。發(fā)明者對(duì)于接合中間層30內(nèi)的測(cè)定點(diǎn)1及絕緣層(sio2)內(nèi)的測(cè)定點(diǎn)2這兩處，進(jìn)行了基于電子能量損失光譜法(eels：electronenergy-lossspectroscopy)的界面附近的狀態(tài)分析。電子能量損失光譜法是通過(guò)測(cè)定電子透過(guò)薄片試料時(shí)由于與原子的相互作用而損失的能量，來(lái)分析物質(zhì)的構(gòu)成元素、電子構(gòu)造的方法。

圖7是表示測(cè)定點(diǎn)處的si-l吸收端的eels光譜的坐標(biāo)圖，圖8是表示測(cè)定點(diǎn)處的o-k吸收端的eels光譜的坐標(biāo)圖。在該圖7中，為了比較而示出單晶硅(c-si)、非晶硅(a-si)及氧化硅膜(sio2)的同能量區(qū)域的光譜。如圖7所示，接合中間層30內(nèi)的測(cè)定點(diǎn)1處的si-l吸收端的eels光譜接近于單晶硅或非晶硅，未觀察到sio2的特征性的峰值。而且，在o-k吸收端的eels光譜中，在接合中間層30中幾乎未確認(rèn)到氧原子o的存在。因此，接合中間層30不含有si氧化物，此外，從圖5所示的高分辨率像可知，在第一絕緣層22與第二絕緣層25之間形成的接合中間層30(絕緣接合部30a)為非晶硅。

接下來(lái)，測(cè)定了在sio2/sio2間形成的接合中間層30(絕緣接合部30a)的電氣特性。圖9是表示sio2/sio2間的電流與電壓的關(guān)系的坐標(biāo)圖。如該圖9所示，可確認(rèn)到，非晶硅相比單晶硅而電氣特性差異較大，單獨(dú)具有使電力不通過(guò)的非導(dǎo)電性。在此，非導(dǎo)電性是指電阻率為10⁵ω·cm以上的狀態(tài)。

另外，測(cè)定了經(jīng)由接合中間層30而接合的sio2/sio2的接合強(qiáng)度。接合強(qiáng)度的測(cè)定通過(guò)將接合了的sio2/sio2的試料切割成12mm×12mm的尺寸的小片，并對(duì)該小片進(jìn)行拉伸試驗(yàn)來(lái)進(jìn)行。在試驗(yàn)時(shí)，將小片固定于夾具，變更對(duì)該夾具的拉伸載荷，并測(cè)定了小片斷裂時(shí)的載荷。在拉伸試驗(yàn)中，雖然產(chǎn)生了斷裂，但是該斷裂由于小片與夾具在粘結(jié)界面處剝離而產(chǎn)生，sio2/sio2的接合被保持。斷裂時(shí)的拉伸強(qiáng)度為25mpa以上，因此可認(rèn)為基于接合中間層30的接合界面的強(qiáng)度為這以上。

這樣，在使用非晶硅(非晶質(zhì)半導(dǎo)體材料)作為接合中間層30的結(jié)構(gòu)中，得到了能夠保持第一絕緣層22與第二絕緣層25之間的非導(dǎo)電性(絕緣性)并將第一絕緣層22與第二絕緣層25牢固地接合這樣的結(jié)果。

接下來(lái)，關(guān)于形成在cu/cu間的接合中間層30(導(dǎo)電接合部30b)，進(jìn)行了基于電子能量損失光譜法的界面附近的狀態(tài)分析。作為測(cè)定點(diǎn)，是位于接合中間層30與cu的交界附近的測(cè)定點(diǎn)a、位于接合中間層30內(nèi)的厚度方向中央的測(cè)定點(diǎn)b、及位于測(cè)定點(diǎn)a與測(cè)定點(diǎn)b的厚度方向之間的測(cè)定點(diǎn)c這三個(gè)。圖10是表示測(cè)定點(diǎn)處的si-l吸收端的eels光譜的坐標(biāo)圖，圖11是表示測(cè)定點(diǎn)處的cu-l吸收端的eels光譜的坐標(biāo)圖。在該圖11中，為了比較而示出銅(cu)的同能量區(qū)域的光譜。

如圖10所示，接合中間層30內(nèi)的測(cè)定點(diǎn)a～c處的si-l吸收端的eels光譜都為相同的形狀，示出硅單獨(dú)存在的情況。而且，如圖11所示，在cu-l吸收端的eels光譜中，在接合中間層30內(nèi)的任意的測(cè)定點(diǎn)a～c處都能夠確認(rèn)到銅的存在。

此外，測(cè)定了形成于cu/cu間的接合中間層30的電氣特性。圖12是表示cu/cu間的電流與電壓的關(guān)系的坐標(biāo)圖。如該圖12所示，可認(rèn)為即使在經(jīng)由接合中間層30接合的情況下，在電壓與電流之間也能得到直線性的關(guān)系，在cu/cu間能得到歐姆性(按照歐姆定律)的連接。而且，將cu/cu間直接接合時(shí)的電阻值為20(mω)以下，相對(duì)于此，在經(jīng)由接合中間層30的接合中為25(mω)以下，為大致相同程度的結(jié)果。這一點(diǎn)與在sio2/sio2間的接合中間層表現(xiàn)出非導(dǎo)電性的情況相比差異較大。這認(rèn)為是因?yàn)槿缟纤?，雖然局部性地為微量，但是在接合中間層30(導(dǎo)電接合部30b)的整個(gè)區(qū)域存在銅的緣故，并認(rèn)為是在第一接合電極23與第二接合電極26的壓接時(shí)而接合中間層30的非晶硅與各電極的銅進(jìn)行了結(jié)合的緣故。

這樣，在使用非晶硅(非晶質(zhì)半導(dǎo)體材料)作為接合中間層30的結(jié)構(gòu)中，得到了能夠確保第一接合電極23與第二接合電極26之間的導(dǎo)電性這樣的結(jié)果。因此，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置20在接合電極23、26及絕緣層22、25分別露出的表面17a、18a之間具備接合中間層30，因此能夠?qū)崿F(xiàn)將接合電極23、26及絕緣層22、25分別同時(shí)接合的混合接合。此外，接合中間層30單獨(dú)表現(xiàn)出非導(dǎo)電性并且與接合電極23、26結(jié)合而表現(xiàn)出導(dǎo)電性，因此能夠確保第一接合電極23與第二接合電極26之間的導(dǎo)電性，并確保第一絕緣層22與第二絕緣層25之間的非導(dǎo)電性。因此，能夠防止在第一接合電極23與第二接合電極26之間流動(dòng)的電流在第一絕緣層22與第二絕緣層25之間流動(dòng)的情況，因此能夠防止泄漏電流的產(chǎn)生，能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體裝置20的穩(wěn)定的動(dòng)作。

接下來(lái)，說(shuō)明半導(dǎo)體裝置20的制造次序。圖13-1～圖13-6是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的工序的工序說(shuō)明圖。作為前提，第一晶圓17和第二晶圓18分別通過(guò)另外的作業(yè)工序事先制造成接合電極23、26及絕緣層22、25分別在表面17a、18a露出的狀態(tài)。

如圖13-1所示，第一晶圓17被搬運(yùn)到常溫接合裝置10的真空腔室11內(nèi)，該第一晶圓17以表面17a朝向鉛垂下方的方式由上側(cè)臺(tái)12的靜電卡盤12a支承。真空腔室11內(nèi)維持成真空氣氛。在此狀態(tài)下，從高速原子射束源14朝向第一晶圓17的表面17a射出氬射束14a。該氬射束14a向第一晶圓17的表面17a照射，使該表面17a活性化。

接下來(lái)，如圖13-2所示，向真空腔室11內(nèi)搬運(yùn)裸晶圓31，該裸晶圓31載置于下側(cè)臺(tái)13的上表面。裸晶圓31由單晶硅形成，被使用作為生成接合中間層30時(shí)的濺射源。在此狀態(tài)下，從高速原子射束源15朝向裸晶圓31射出氬射束15a。由此，裸晶圓31被濺射，從裸晶圓31彈出的硅原子上升，在第一晶圓17的表面17a上成膜出接合中間層30。在本實(shí)施方式中，進(jìn)行規(guī)定時(shí)間(例如10min)的氬射束15a的照射，在第一晶圓17的表面17a上形成厚度為1nm～50nm左右的接合中間層30。該接合中間層30如上所述為非晶(非晶質(zhì))硅。

接下來(lái)，如圖13-3所示，從真空腔室11搬出裸晶圓31，取代于此而將第二晶圓18向真空腔室11內(nèi)搬運(yùn)。該第二晶圓18以表面18a朝向鉛垂上方的方式載置于下側(cè)臺(tái)13的上表面。接下來(lái)，如圖13-4所示，從高速原子射束源15朝向第二晶圓18的表面18a射出氬射束15a。該氬射束15a向第二晶圓18的表面18a照射，使該表面18a活性化。

接下來(lái)，如圖13-5所示，從高速原子射束源14朝向在第一晶圓17的表面形成的接合中間層30射出氬射束14a。這種情況下，形成接合中間層30的非晶硅的一部分作為濺射源發(fā)揮作用。通過(guò)氬射束14a的照射而接合中間層30濺射，從接合中間層30彈出的硅原子上升，在第二晶圓18的表面18a上也成膜接合中間層30。在本實(shí)施方式中，進(jìn)行規(guī)定時(shí)間(例如10min)的氬射束14a的照射，在第二晶圓18的表面18a上形成厚度為1nm～50nm左右的接合中間層30。該接合中間層30也如上所述為非晶(非晶質(zhì))硅。在本實(shí)施方式中，將在第一晶圓17的表面形成的接合中間層30作為濺射源使用，因此在第二晶圓18的表面18a用中無(wú)需另行準(zhǔn)備濺射源，并且向真空腔室11內(nèi)的濺射源的出入減少，因此能夠簡(jiǎn)化作業(yè)次序，能夠在第一晶圓17及第二晶圓18的各表面17a、18a簡(jiǎn)單地形成接合中間層30。

接下來(lái)，在進(jìn)行了第一晶圓17與第二晶圓18的對(duì)準(zhǔn)之后，如圖13-6所示，使上側(cè)臺(tái)12的壓接機(jī)構(gòu)12b動(dòng)作，由此使支承有第一晶圓17的靜電卡盤12a向鉛垂下方下降，將第一晶圓17與第二晶圓18壓接。由此，第一晶圓17的表面17a與第二晶圓18的表面18a經(jīng)由接合中間層30而接合，形成半導(dǎo)體裝置20。接下來(lái)，在真空腔室11內(nèi)以規(guī)定溫度(例如50℃～400℃左右)將半導(dǎo)體裝置20(第一晶圓17及第二晶圓18)加熱。由此，促進(jìn)第一接合電極23及第二接合電極26的銅(cu)與接合中間層30的非晶硅的合金化，第一接合電極23與第二接合電極26的接合變得更加牢固，電氣特性提高。

如以上說(shuō)明所述，本實(shí)施方式的半導(dǎo)體裝置20的制造方法具備使第一晶圓17的表面17a和第二晶圓18的表面18a分別活性化的工序、在活性化后的表面17a、18a形成接合中間層30的工序、經(jīng)由接合中間層30而將第一晶圓17與第二晶圓18壓接的工序，因此能夠容易地實(shí)現(xiàn)將接合電極23、26及絕緣層22、25分別同時(shí)接合的混合接合。

此外，在本實(shí)施方式中，向裸晶圓31照射氬射束15a，使裸晶圓31濺射，由此在第一晶圓17的表面17a形成了接合中間層30之后，向在該表面17a形成的接合中間層30照射氬射束14a，使形成接合中間層30的非晶硅的一部分濺射，由此在第二晶圓18的表面18a形成接合中間層30，因此能夠簡(jiǎn)化作業(yè)次序，能夠在第一晶圓17及第二晶圓18的各表面17a、18a簡(jiǎn)單地形成接合中間層30。

接下來(lái)，說(shuō)明半導(dǎo)體裝置20的另外的制造次序。圖14-1～圖14-4是表示將第一晶圓與第二晶圓接合的另外的工序的工序說(shuō)明圖。即使在這種情況下，作為前提，第一晶圓17和第二晶圓18也分別通過(guò)另外的作業(yè)工序事先制造成接合電極23、26及絕緣層22、25分別在表面17a、18a露出的狀態(tài)。

如圖14-1所示，將第一晶圓17向常溫接合裝置10的真空腔室11內(nèi)搬運(yùn)，該第一晶圓17以表面17a朝向鉛垂下方的方式由上側(cè)臺(tái)12的靜電卡盤12a支承。同樣，將第二晶圓18向真空腔室11內(nèi)搬運(yùn)，該第二晶圓18以表面18a朝向鉛垂上方的方式載置于下側(cè)臺(tái)13的上表面。真空腔室11內(nèi)維持成真空氣氛。在此狀態(tài)下，從高速原子射束源14、15分別朝向第一晶圓17的表面17a、第二晶圓18的表面18a射出氬射束14a、15a。該氬射束14a、15a向第一晶圓17的表面17a、第二晶圓18的表面18a分別照射，使該表面17a、18a活性化。

接下來(lái)，如圖14-2所示，將表面17a、18a活性化后的第一晶圓17及第二晶圓18從真空腔室11向成膜腔室40移送。這種情況下，第一晶圓17及第二晶圓18優(yōu)選由真空的搬運(yùn)通路搬運(yùn)，以避免與外部氣體(氧)接觸。成膜腔室40是用于在第一晶圓17的表面17a及第二晶圓18的表面18a成膜上述的接合中間層30的腔室，在成膜腔室40內(nèi)配置化學(xué)氣相生長(zhǎng)裝置(未圖示)。化學(xué)氣相生長(zhǎng)法在以規(guī)定條件將第一晶圓17及第二晶圓18加熱的狀態(tài)下，向第一晶圓17的表面17a及第二晶圓18的表面18a供給包含硅的原料氣體，通過(guò)在這些表面17a、18a的化學(xué)反應(yīng)而形成接合中間層30。在該化學(xué)氣相生長(zhǎng)法中，接合中間層30也由非晶(非晶質(zhì))硅形成。在該結(jié)構(gòu)中，能夠另行形成接合中間層30，因此能夠?qū)崿F(xiàn)接合工序的處理時(shí)間的縮短化。

接下來(lái)，如圖14-3所示，將形成有接合中間層30的第一晶圓17及第二晶圓18向真空腔室11內(nèi)搬運(yùn)。并且，第一晶圓17以接合中間層30朝向鉛垂下方的方式由上側(cè)臺(tái)12的靜電卡盤12a支承，第二晶圓18以接合中間層30朝向鉛垂上方的方式載置于下側(cè)臺(tái)13的上表面。真空腔室11內(nèi)維持成真空氣氛。在此狀態(tài)下，從高速原子射束源14、15分別朝向形成于第一晶圓17、第二晶圓18的接合中間層30、30射出氬射束14a、15a。該氬射束14a、15a向第一晶圓17、第二晶圓18的接合中間層30、30的表面分別照射，使該接合中間層30、30的表面活性化。

接下來(lái)，進(jìn)行了第一晶圓17與第二晶圓18的對(duì)準(zhǔn)之后，如圖14-4所示，使上側(cè)臺(tái)12的壓接機(jī)構(gòu)12b動(dòng)作，由此使支承有第一晶圓17的靜電卡盤12a向鉛垂下方下降，將第一晶圓17與第二晶圓18壓接。由此，第一晶圓17的表面17a與第二晶圓18的表面18a經(jīng)由接合中間層30而接合，形成半導(dǎo)體裝置20。接下來(lái)，在真空腔室11內(nèi)將半導(dǎo)體裝置20(第一晶圓17及第二晶圓18)以規(guī)定溫度(例如50℃～400℃)加熱。由此，促進(jìn)第一接合電極23及第二接合電極26的銅cu與接合中間層30的非晶硅的合金化，第一接合電極23與第二接合電極26的接合變得更加牢固，電氣特性提高。

接下來(lái)，說(shuō)明另外的實(shí)施方式。圖15-1是示意性地表示另外的實(shí)施方式的第一晶圓與第二晶圓的接合前的結(jié)構(gòu)的剖視圖，圖15-2是示意性地表示將另外的實(shí)施方式的第一晶圓與第二晶圓接合后的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)的剖視圖。在上述的結(jié)構(gòu)中，第一晶圓17的表面17a及第二晶圓18的表面18a分別形成為平坦面，這些表面17a、18a彼此緊貼地形成。相對(duì)于此，在本另外的實(shí)施方式中，如圖15-1所示，層疊在第一半導(dǎo)體基材121上的第一絕緣層122和第一接合電極123在表面17a露出，第一絕緣層122的表面122a的高度位置形成得比第一接合電極123的表面123a的高度位置低。該高度位置之差t設(shè)定為與接合中間層30相同程度的1nm～100nm左右。同樣，層疊在第二半導(dǎo)體基材124上的第二絕緣層125和第二接合電極126在表面18a露出，第二絕緣層125的表面125a的高度位置形成得比第二接合電極126的表面126a的高度位置低。該高度位置之差t設(shè)定為與接合中間層30相同程度的1nm～100nm左右。關(guān)于其他的結(jié)構(gòu)，與上述的實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)相同，因此省略說(shuō)明。

根據(jù)該結(jié)構(gòu)，在將第一晶圓17與第二晶圓18壓接時(shí)，該壓接載荷作用于第一接合電極123及第二接合電極126，因此如圖15-2所示，接合中間層30由于第一接合電極123和第二接合電極126而斷裂，將第一接合電極123與第二接合電極126彼此直接接合。由此，在第一接合電極123與第二接合電極126之間的接合中，能夠得到良好的電氣特性及接合強(qiáng)度。

以上，說(shuō)明了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本發(fā)明沒(méi)有限定為上述實(shí)施方式。例如，在上述實(shí)施方式中，將接合中間層30形成于第一晶圓17及第二晶圓18的表面17a、18a這兩方，但也可以形成于一方。而且，在上述實(shí)施方式中，將第一接合電極123及第二接合電極126分別形成為比第一絕緣層122及第二絕緣層125突出的形狀，但也可以是第一接合電極123或第二接合電極126的一方。而且，在上述實(shí)施方式中，說(shuō)明了通過(guò)濺射或化學(xué)氣相生長(zhǎng)法而形成接合中間層30的結(jié)構(gòu)，但也可以通過(guò)蒸鍍來(lái)形成接合中間層30。蒸鍍?cè)谡婵杖萜髦?，?duì)蒸鍍材料(例如硅)進(jìn)行加熱，進(jìn)行氣化或升華，附著于放置在分離的位置的基板的表面而形成薄膜。通過(guò)該方法，接合中間層30也由非晶(非晶質(zhì))硅形成。在該結(jié)構(gòu)中，能夠另行形成接合中間層30，因此能夠?qū)崿F(xiàn)接合工序的處理時(shí)間的縮短化。

標(biāo)號(hào)說(shuō)明

10常溫接合裝置

11真空腔室

12上側(cè)臺(tái)

12a靜電卡盤

12b壓接機(jī)構(gòu)

13下側(cè)臺(tái)

14、15高速原子射束源

14a、15a氬射束

17第一晶圓(基板)

17a表面(接合面)

18第二晶圓(基板)

18a表面(接合面)

20半導(dǎo)體裝置

21、121第一半導(dǎo)體基材

22、122第一絕緣層(絕緣件)

23、123第一接合電極(導(dǎo)電件)

24、124第二半導(dǎo)體基材

25、125第二絕緣層(絕緣件)

26、126第二接合電極(導(dǎo)電件)

30接合中間層

31裸晶圓

40成膜腔室

122a表面

123a表面

125a表面

126a表面