一种表面加工工艺和半导体器件

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种表面加工工艺和半导体器件。

背景技术

器件制作材料较广泛常见的有化合物、半导体硅、锗、铁电聚合物、玻璃、陶瓷等，当需要在化合物半导体硅、锗、铁电聚合物、玻璃、陶瓷等材料表面进行加工时，这些材料特性不同，部分材料不适合直接进行表面加工，例如玻璃、陶瓷等材料表面直接在其进行加工的实施难度较大。

发明内容

本发明提供了一种表面加工工艺和半导体器件，以解决在部分器件制作材料表面进行加工的实施难度较大的问题。

根据本发明的一方面，提供了一种表面加工工艺，包括：

提供第一基板和第二基板；

在所述第一基板的一侧沉积第一氧化层；

在所述第二基板的一侧沉积第一加工材料；

图形化所述第一加工材料，形成多个第一结构；

在所述第一结构的间隙填充第一介质材料；

对所述第一基板的所述第一氧化层和/或所述第二基板的所述第一介质材料进行表面活化处理；

将所述第一基板的所述第一氧化层与所述第二基板的所述第一介质材料键合；

剥离所述第二基板，得到表面加工有所述第一结构的所述第一基板。

可选的，还包括：

提供至少一个第三基板；

在所述第三基板的一侧沉积第二加工材料；

图形化所述第二加工材料，形成多个第二结构；

在所述第二结构的间隙填充第二介质材料；

在剥离所述第二基板，得到表面加工有所述第一结构的所述第一基板之后，还包括：

对表面加工有所述第一结构的所述第一基板的所述第一介质材料和/或所述第三基板的所述第二介质材料进行表面活化处理；

将表面加工有所述第一结构的所述第一基板的所述第一介质材料与所述第三基板的所述第二介质材料键合；

剥离所述第三基板，得到表面加工有所述第一结构和所述第二结构的所述第一基板。

可选的，对所述第一基板的所述第一氧化层和/或所述第二基板的所述第一介质材料进行表面活化处理，包括：

采用等离子体轰击所述第一基板的所述第一氧化层和所述第二基板的所述介质材料；

湿法清洗所述第一基板的所述第一氧化层和/或所述第二基板的所述介质材料。

可选的，在将所述第一基板的所述第一氧化层与所述第二基板的所述第一介质材料键合之前，包括：

对所述第二基板进行去倒角处理。

可选的，剥离所述第二基板，包括：

采用机械研磨和/或化学腐蚀的方法，剥离所述第二基板。

可选的，所述第一基板包括玻璃基板；所述第一结构包括纳米柱。

可选的，所述第二基板包括半导体材料。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件，采用上述表面加工工艺制成。

可选的，所述半导体器件包括：微机电系统、光透镜、光电器件或传感器。

本发明的技术方案，通过在第一基板的一侧沉积第一氧化层，并在第二基板的第一结构的间隙填充第一介质材料，经表面活化处理后可进行低温键合，避免对温度敏感的电路和微结构的破坏，对器件损伤小；通过对第二基板的第一加工材料图形化，形成第一结构，可在键合过程中将第一结构转移至第一基板，剥离第二基板，可得到表面加工有第一结构的第一基板，可使得所有衬底或器件表面均可以进行表面微观结构的加工，降低器件表面加工的难度，为半导体器件提供批量、标准化生产。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的一种表面加工工艺的流程图；

图2为本发明实施一提供的一种第一基板的结构示意图；

图3为本发明实施一提供的一种第二基板的结构示意图；

图4为本发明实施一提供的又一种第二基板的结构示意图；

图5为本发明实施一提供的又一种第二基板的结构示意图；

图6为本发明实施一提供的一种第一基板和第二基板键合的结构示意图；

图7为本发明实施一提供的又一种第一基板的结构示意图；

图8为本发明实施一提供的又一种第二基板的结构示意图；

图9为本发明实施例二提供的一种表面加工工艺的流程图；

图10为本发明实施二提供的一种第三基板的结构示意图；

图11为本发明实施二提供的一种第一基板和第三基板键合的结构示意图；

图12为本发明实施二提供的一种第一基板的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的一种表面加工工艺的流程图，本实施例可适用于对器件材料表面进行加工的情况。如图1所示，该方法包括：

S1001、提供第一基板和第二基板。

其中，第一基板为待进行表面加工的基板，例如可包括化合物、半导体硅、锗、铁电聚合物、玻璃、陶瓷等器件制作材料。第二基板为易于进行表面加工的基板，例如第二基板包括半导体材料，较为常用的表面加工材料是半导体硅，还可以是锗等其他半导体材料。

S1002、在第一基板的一侧沉积第一氧化层。

示例性的，图2为本发明实施一提供的一种第一基板的结构示意图，参考图2，可以在第一基板10的一侧采用金属有机气相沉积(Metal organic Chemical VaporDeposition，MOCVD)、等离子体增强化学的气相沉积(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，PECVD)、原子层沉积(Atomic Layer Deposition，ALD)、溅射、电子束沉积法或激光脉冲沉积法等方法沉积第一氧化层11，第一氧化层11例如可包括氧化硅、氧化铝、氧化铪或氧化镧等材料。在沉积完第一氧化层11后，可采用机械研磨抛光(Grinding)、湿法化学腐蚀(WET Etch)和化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)中的一种或多种，将第一氧化层11平坦化，减小其粗糙度和总厚度偏差(total thickness variation，TTV)，有利于后续键合。

在一可选的实施例中，第一氧化层包括二氧化硅(SiO

S1003、在第二基板的一侧沉积第一加工材料。

示例性的，图3为本发明实施一提供的一种第二基板的结构示意图，参考图3，可以在第二基板20的一侧采用物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)、化学沉积(Chemical vapor deposition，CVD)及ALD等方法沉积第一加工材料21。其中，第一加工材料为待加工在第一基板的材料，例如可以是硅、铝、锗、半导体化合物等可加工材料，在表面加工完成后，第一加工材料可以以特定图形的结构被加工在第一基板的一侧表面。

S1004、图形化第一加工材料，形成多个第一结构。

示例性的，图4为本发明实施一提供的又一种第二基板的结构示意图，参考图4，可采用干法刻蚀或湿法刻蚀的方法，图形化第一加工材料21，图形化的第一加工材料21形成多个第一结构22，第一结构22包括但不限于柱状结构、电极结构等。

S1005、在第一结构的间隙填充第一介质材料。

示例性的，图5为本发明实施一提供的又一种第二基板的结构示意图，参考图5，可以在第一结构22的间隙及其表面沉积第一介质材料23，在后续键合时，键合面积较大，可提高键合效果。在沉积完第一介质材料23后，可研磨抛光第一介质材料23，将第一介质材料23平坦化，减小其粗糙度和总厚度偏差(total thickness variation，TTV)，有利于后续键合。

在一可选的实施例中，第一介质材料23可包括氧化物，第一介质材料23与第一氧化层11为同种材料，便于后续工艺键合。

S1006、对第一基板的第一氧化层和/或第二基板的第一介质材料进行表面活化处理。

示例性的，可对第一基板10的第一氧化层11和/或第二基板20的第一介质材料23采用O

S1007、将第一基板的第一氧化层与第二基板的第一介质材料键合。

示例性的，图6为本发明实施一提供的一种第一基板和第二基板键合的结构示意图，参考图6，可将第一基板10的第一氧化层11与第二基板20的第一介质材料23彼此贴合，并施加一定的外力使其键合。将键合后的第一基板10和第二基板20去炉管进行低温退火处理，以排除键合气泡，并形成较强的永久键合力。

S1008、剥离第二基板，得到表面加工有第一结构的第一基板。

示例性的，可在第二基板20远离第一基板10的一侧采用机械研磨抛光(Grinding)、湿法化学腐蚀(WET Etch)和化学机械抛光(Chemical MechanicalPolishing，CMP)中的一种或多种，减薄第二基板20，实现第二基板20的剥离，可将第一结构22成功转移至第一基板10的表面，得到表面加工有第一结构的第一基板10，如图7所示，能很好的应用于微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System，MEMS)，光透镜，传感器的制造。

本发明实施例一，通过在第一基板的一侧沉积第一氧化层，并在第二基板的第一结构的间隙填充第一介质材料，经表面活化处理后可进行低温键合，避免对温度敏感的电路和微结构的破坏，对器件损伤小；通过对第二基板的第一加工材料图形化，形成第一结构，可在键合过程中将第一结构转移至第一基板，剥离第二基板，可得到表面加工有第一结构的第一基板，可使得所有衬底或器件表面均可以进行表面微观结构的加工，降低器件表面加工的难度，为半导体器件提供批量、标准化生产。

可选的，对第一基板的第一氧化层和/或第二基板的第一介质材料进行表面活化处理，包括：采用等离子体轰击第一基板的第一氧化层和第二基板的介质材料；湿法清洗第一基板的第一氧化层和/或第二基板的介质材料。

示例性的，键合设备配置包括等离子体激活模块、清洁模块以及对准模块和对准验证模块，适用于器件堆叠、键合，可通过键合设备对第一基板的第一氧化层和/或第二基板的介质材料进行离子化激活。例如，以第一氧化层和第一介质材料均为SiO

可选的，在将第一基板的第一氧化层与第二基板的第一介质材料键合之前，包括：对第二基板进行去倒角处理。

示例性的，图8为本发明实施一提供的又一种第二基板的结构示意图，参考图8，在将第一基板的第一氧化层与第二基板的第一介质材料键合之前，沿第一介质材料23的一侧向第二基板20方向切割第二基板20的边缘，去除第二基板20的倒角，如此在沿第二基板20向第一介质材料23的方向剥离第二基板20时，避免因倒角造成崩坏、分裂的情况。在一可选的实施例中，切割第二基板20的边缘时，切割宽度W可为1.3mm-1.6mm，切割深度D可为120μm-180μm。

可选的，第一基板包括玻璃基板，第二结构包括纳米柱。

示例性的，选择合适的玻璃载片作为第一基板和器件所需要的硅基底器件作为第二基板，通过在玻璃载片上PECVD镀2000nm厚度SiO

实施例二

图9为本发明实施例二提供的一种表面加工工艺的流程图，本实施例可在表面加工多层结构。如图9所示，该方法包括：

S2001、提供第一基板、第二基板和至少一个第三基板。

S2002、在第一基板的一侧沉积第一氧化层。

S2003、在第二基板的一侧沉积第一加工材料；在第三基板的一侧沉积第二加工材料。

S2004、图形化第一加工材料，形成多个第一结构；图形化第二加工材料，形成多个第二结构。

S2005、在第一结构的间隙填充第一介质材料；在第二结构的间隙填充第二介质材料。

S2006、对第一基板的第一氧化层和/或第二基板的第一介质材料进行表面活化处理。

S2007、将第一基板的第一氧化层与第二基板的第一介质材料键合。

S2008、剥离第二基板，得到表面加工有第一结构的第一基板。

S2009、对表面加工有第一结构的第一基板的第一介质材料和/或第三基板的第二介质材料进行表面活化处理。

S2010、将表面加工有第一结构的第一基板的第一介质材料与第三基板的第二介质材料键合。

S2011、剥离第三基板，得到表面加工有第一结构和第二结构的第一基板。

其中，第三基板也为易于进行表面加工的基板，第三基板可与第二基板为同种材料，也可是不同材料，本发明实施例不做限定；第二加工材料也为待加工在第一基板的材料，第二加工材料可与第一加工材料为同种材料，也可以为不同材料；第二结构包括但不限于电极结构等。

示例性的，图10为本发明实施二提供的一种第三基板的结构示意图，图11为本发明实施二提供的一种第一基板和第三基板键合的结构示意图，图12为本发明实施二提供的一种第一基板的结构示意图。参考图10-图12，可通过将第一基板10的第一介质材料23与第三基板30的第二介质材料33键合，将第二结构32转移至第一基板10的第一结构22的一侧再，然后剥离第三基板30，可在第一基板10的第一结构22的一侧再加工一层第二结构32。当有多个第三基板30时，可依次将第三基板30上形成的第二结构32转移至第一基板10，其中，多个第三基板30上的第二加工材料31及其第二结构32可互不相同，实现在第一基板10表面加工多层不同结构、不同材质的微观结构。

在一可选的实施例中，在将表面加工有第一结构的第一基板的第一介质材料与第三基板的第二介质材料键合之前，可在表面加工有第一结构的第一基板的第一介质材料表面沉积第一氧化层，然后通过将第一氧化层和第三基板的第二介质材料键合，进行第二结构的转移，如此，有利于增加键合强度，提高表面加工的可靠性。

本发明实施例二，通过在第三基板一侧形成第二结构，并在第二结构的间隙填充第二介质材料，经表面活化处理后可与表面加工有第一结构的第一基板键合，剥离第三基板后，可得到表面加工有第一结构和第二结构的第一基板，如此，可实现在第一基板表面加工多层不同结构、不同材质的微观结构，提高器件的功能多样性。

实施例三

基于同样的发明思路，本发明实施例三提供一种半导体器件。本发明实施例三提供的半导体器件可采用本发明任意实施例提供的表面加工工艺制成。

可选的，半导体器件包括但不限于微机电系统、光透镜、光电器件或传感器。

本发明实施例三所提供的半导体器件可采用本发明任意实施例提供的表面加工工艺制成，具备表面加工工艺相应的有益效果。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。