[发明专利]一种用于半导体晶片键合的键合结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件与技术领域，更具体地涉及一种用于半导体晶片键合的键合结构。

背景技术

晶片键合技术是广泛应用于半导体行业的一项前沿技术，由于其突破了晶片外延对生长衬底晶格常数、晶向等特性的严格限制，可以更充分的发挥器件结构设计技术人员的创造性，得到广泛的关注和研究。目前的晶片键合技术主要有直接键合、阳极键合、介质键合等，其中介质键合又有金属介质熔融键合和非金属粘结键合，金属介质熔融键合技术由于金属介质良好的导电性、光反射性、导热性等得到更多的应用。如在发光二极管中，由于金属介质的导电性，可利用金属熔融键合来制作垂直结构氮化镓基蓝光二极管，同时由于金属介质良好的反光特性，可提高发光二极管出光效率；在红光二极管中，通过金属熔融键合将外延层键合至支撑衬底，去除原有的吸光的砷化镓衬底，可数倍提高出光效率；而在化合物多结太阳电池中，利用金属介质熔融键合技术，可制作倒装多结太阳能电池，从而可更合理地设计化合物多结太阳电池各子电池带隙匹配、电流匹配，提高太阳电池光电转换效率。

但在实际应用中，金属介质熔融键合技术存在很多问题，如键合质量问题、应力问题、键合层对半导体的影响、键合层本身导电性、光反射性能的退化等。键合层对半导体的影响主要表现为，由于参与键合的金属介质通常采用低熔点、较活泼的金属或金属合金，在键合工艺中容易出现金属与半导体的过度扩散现象，将影响金属与半导体欧姆接触特性，而金属扩散入半导体还可能破坏半导体材料特性，此外扩散还会影响金属介质的光反射率，因此需要寻找一种金属，既可以与半导体形成良好的欧姆接触，又不会过度扩散，同时还必须达到良好的键合质量。仅使用一种金属很难完全满足上述所有要求，因此通常采用多层金属结构，这就引入新的问题，就是各层金属之间的相互影响问题，例如用于形成良好键合的金属键合层可能影响接触层与半导体晶片的接触特性、接触层光反射特性，还可能穿透接触层影响半导体晶片材料性能。

解决上述问题的办法是在键合层与接触层之间插入阻挡层。最好的阻挡层是二氧化硅、氮化硅等绝缘材料，因此还需在阻挡层设计通孔，以实现垂直导通。因此，对于传统的具有单层阻挡层结构，键合层金属仍可以通过阻挡层通孔扩散，不能完全阻挡，这就要求通孔尺寸足够小，通孔距离足够长，以尽量减小扩散面积比例，但如此一来增加了通孔内金属总电阻，且仍不能做到完全阻挡。而同时由于阻挡层所采用的二氧化硅等材料热导率远低于金属，因此小的通孔尺寸和长的通孔距离都会严重影响器件的散热效果。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种用于半导体晶片键合的键合结构，其具有双阻挡层结构。

本发明解决上述问题的技术方案为：一种用于半导体晶片键合的键合结构，其包括：一接触层，用于覆盖于待键合的半导体晶片表面上；一第一阻挡层，覆盖于接触层表面上，设有一第一绝缘区域和一第一导通区域；一导电层，覆盖于第一阻挡层表面上；一覆盖于所述导电层的第二阻挡层，设有一第二绝缘区域和一第二导通区域，第二导通区域的位置与所述第一导通区域的位置相互错开；键合层，覆盖于所述第二阻挡层表面上。

优选地, 所述第一导通区域由分布于第一绝缘区域上的系列导通单元构成，该系列导通单元的边缘与第二导通区域边缘之最小距离大于所述键合层材料在所述导电层的横向扩散距离。

优选地, 所述第一导通区域由分布于第一绝缘区域上的系列通孔构成。所述通孔形状为圆形，直径为10～30微米，通孔中心间距50～200微米。

优选地，所述第二导通区域由分布于第二绝缘区域上的系列通孔构成。

优选地，所述第二绝缘区域由分布于第二导通区域上的系列绝缘柱构成。

优选地，所述绝缘柱为圆柱形，第一导通区域在垂直方向上的投影位于第二绝缘区域在垂直方向上的投影内。

优选地，所述第一绝缘区域和第二绝缘区域的材料选自二氧化硅、氮化硅、氧化铝等材料之一或其组合。

优选地，所述第一阻挡层的厚度为10至100纳米。

优选地，所述第二阻挡层的厚度为10至100纳米。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

首先，相对于传统的具有单层阻挡层结构，本发明设计两层阻挡层，其导通区域的位置相互错开，且在两层阻挡层之间加入导电层，键合层金属通过第二阻挡层的导通区域扩散入导电层之后，由于扩散距离有限，将不能到达第一阻挡层导通区域，从而实现扩散的完全阻挡，这就避免了影响第一阻挡层通孔位置处接触层与半导体晶片之间的接触特性、接触层光反射特性以及半导体晶片材料性能。