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利用Al?O?/HfO?键合界面降低直接晶圆键合空隙率以制备高性能硅高k MOS光调制器的研究

DOI：10.7567/JJAP.55.04EC06 期刊：Japanese Journal of Applied Physics 出版年份：2016 更新时间：2025-09-23 15:21:01
摘要： 我们研究了采用薄键合介质界面的直接晶圆键合（DWB）方法，以制造具有薄等效氧化层厚度（EOT）的硅高k金属氧化物半导体（MOS）光调制器。为抑制高温退火过程中键合晶圆上空洞的产生，我们测试了Al2O3和HfO2等高k介质键合界面层。研究发现，结合700°C预键合退火工艺时，Al2O3/HfO2双层结构可实现无空洞晶圆键合。使用0.5纳米Al2O3/2.0纳米HfO2键合界面时，与单纯采用Al2O3界面相比，空洞密度降低了三个数量级。即使键合晶圆在700°C下退火，仍能实现约2×103 cm?2的空洞密度。通过热脱附光谱（TDS）分析发现，引入HfO2层及700°C预键合退火工艺成功抑制了键合界面的放气现象，这被认为是抑制空洞产生的关键因素。采用薄Al2O3/HfO2高k介质界面的晶圆键合技术，在制备硅高k MOS光调制器方面具有应用前景。
作者： Jae-Hoon Han，Mitsuru Takenaka，Shinichi Takagi
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究采用薄键合介质界面的直接晶圆键合（DWB）方法，以制备具有薄等效氧化层厚度（EOT）的硅高k金属氧化物半导体光调制器，并抑制高温退火过程中键合晶圆上空洞的产生。

研究成果

Al2O3/HfO2双层结构结合700°C预键合退火工艺可实现无空洞晶圆键合。与采用Al2O3键合界面相比，该方案使空洞密度降低三个数量级。采用薄型Al2O3/HfO2高k键合界面的晶圆键合技术，在硅基高k MOS光学调制器领域具有应用前景。

研究不足

采用Al2O3键合界面层时，由于退火温度超过500°C会导致空洞密度显著增加，高温工艺对键合晶圆而言不可接受。

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