一種晶圓的混合鍵合結構及方法技術

本發明專利技術提供一種晶圓的混合鍵合方法，包括以下步驟：提供第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓具有待混合鍵合的第一襯底，所述第二晶圓具有待混合鍵合的第二襯底；在所述第一襯底上形成第一金屬導體，在所述第二襯底上形成第二金屬導體；在所述第一金屬導體的第一鍵合表面和/或所述第二金屬導體的第二鍵合表面上形成阻擋層；鍵合所述第一晶圓和第二晶圓，使得所述第一金屬導體和所述第二金屬導體通過所述阻擋層進行鍵合，其中所述阻擋層與所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面之間的接觸面為平面。

A Mixed Bonding Structure and Method for Wafers

The invention provides a hybrid bonding method for wafers, including the following steps: providing a first wafer and a second wafer, the first wafer having a first substrate to be mixed bonded, the second wafer having a second substrate to be mixed bonded, forming a first metal conductor on the first substrate, forming a second metal conductor on the second substrate, and the first metal conductor on the second substrate. A barrier layer is formed on the first bonding surface of the body and/or on the second bonding surface of the second metal conductor; the first and second wafers are bonded so that the first metal conductor and the second metal conductor are bonded through the barrier layer, and the contact surface between the first bonding surface and/or the second bonding surface is a plane.

【技術實現步驟摘要】
一種晶圓的混合鍵合結構及方法
本專利技術主要涉及半導體制造領域，尤其涉及一種晶圓的混合鍵合結構及方法。
技術介紹
隨著電子產業的發展，芯片的功能越來越復雜，尺寸越來越小，適應該需求的新的半導體技術不斷涌現，如晶圓級封裝、3D芯片堆疊、3D器件、絕緣體上硅晶圓等等，這些技術的發展驅動了晶圓鍵合技術的發展。晶圓鍵合是通過晶圓界面處的原子在外界能量的作用下，通過范德華力、分子力甚至原子力使晶圓鍵合成為一體的技術。混合鍵合(例如同時包括絕緣體-絕緣體鍵合、半導體-半導體鍵合、金屬-金屬鍵合)是一種比較常用的晶圓鍵合方式，其廣泛應用于3D芯片領域，例如CMOS圖像傳感器、DRAM、3D-NAND閃存與邏輯器件的鍵合過程中。然而隨著鍵合制程過程中溫度的升高或降低，金屬體積會發生熱膨脹和冷縮，鍵合界面處的金屬(例如銅)會發生遷移和/或擴散，同時也會導致金屬內部本征缺陷態(如薄膜沉積過程中產生的缺陷態)和/或界面平坦化過程中產生的各種缺陷態發生遷移與團簇，將會在鍵合界面以及鍵合金屬處產生空洞(Void)，這些空洞將會導致電流泄露，不僅嚴重影響了器件可靠性與穩定性，且大大縮短了器件的壽命。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是一種晶圓的混合鍵合結構及方法，以避免鍵合界面處的金屬的遷移和/或擴散，提高器件的穩定性、可靠性及使用壽命。為解決上述技術問題，本專利技術提供了一種晶圓的混合鍵合方法，包括以下步驟：提供第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓具有待混合鍵合的第一襯底，所述第二晶圓具有待混合鍵合的第二襯底；在所述第一襯底上形成第一金屬導體，在所述第二襯底上形成第二金屬導體；在所述第一金屬導體的第一鍵合表面和/或所述第二金屬導體的第二鍵合表面上形成阻擋層；鍵合所述第一晶圓和第二晶圓，使得所述第一金屬導體和所述第二金屬導體通過所述阻擋層進行鍵合，其中所述阻擋層與所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面之間的接觸面為平面。在本專利技術的一實施例中，在所述第一金屬導體的第一鍵合表面和/或所述第二金屬導體的第二鍵合表面上形成阻擋層的步驟包括：平坦化所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面；對平坦化之后的所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面進行表面處理；在表面處理之后的所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面上形成所述阻擋層。在本專利技術的一實施例中，所述表面處理的方法為熱退火或等離子處理。在本專利技術的一實施例中，在表面處理之后的所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面上形成所述阻擋層的方法為化學氣相沉積法。在本專利技術的一實施例中，所述第一金屬導體和所述第二金屬導體的材質為銅。在本專利技術的一實施例中，所述阻擋層的材質為石墨烯。在本專利技術的一實施例中，所述阻擋層的厚度為1-5nm。在本專利技術的一實施例中，所述第一金屬導體端部的面積大于所述第二金屬導體端部的面積，且在第一金屬導體端部中不與第二金屬導體端部接觸的區域中形成阻擋層。在本專利技術的一實施例中，阻擋層還包括在所述第一襯底和所述第一金屬導體之間的區域形成阻擋層。在本專利技術的一實施例中，阻擋層還包括在所述第二襯底和所述第二金屬導體之間的區域形成阻擋層。在本專利技術的一實施例中，所述第一晶圓為存儲陣列芯片，所述第二晶圓為外圍器件芯片。本專利技術還提供一種晶圓的混合鍵合結構，包括：第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓具有待混合鍵合的第一襯底，所述第二晶圓具有待混合鍵合的第二襯底；所述第一襯底上具有第一金屬導體，所述第二襯底上具有第二金屬導體；所述第一金屬導體的第一鍵合表面和/或所述第二金屬導體的第二鍵合表面上具有阻擋層，所述第一金屬導體和所述第二金屬導體通過所述阻擋層進行鍵合；其中所述阻擋層與所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面之間的接觸面為平面。在本專利技術的一實施例中，所述第一金屬導體和所述第二金屬導體的材質為銅。在本專利技術的一實施例中，所述阻擋層的材質為石墨烯。在本專利技術的一實施例中，所述阻擋層的厚度為1-5nm。在本專利技術的一實施例中，所述第一金屬導體端部的面積大于所述第二金屬導體端部的面積，且阻擋層還形成于所述第一金屬導體端部中不與第二金屬導體端部接觸的區域中。在本專利技術的一實施例中，所述阻擋層還形成于所述第一襯底和所述第一金屬導體之間的區域。在本專利技術的一實施例中，所述阻擋層還形成于所述第二襯底和所述第二金屬導體之間的區域。在本專利技術的一實施例中，所述第一晶圓為存儲陣列芯片，所述第二晶圓為外圍器件芯片。本專利技術還提供一種三維存儲器件，其包括如如上所述的晶圓的混合鍵合結構。與現有技術相比，本專利技術具有以下優點：本專利技術提供了一種晶圓的混合鍵合結構及方法，晶圓包括用于連接的金屬導體，金屬導體端面的鍵合表面和/或與周圍介電質的接觸面上形成有阻擋層，鍵合表面與阻擋層之間的接觸面為平面，由于金屬導體端面的鍵合表面上形成有阻擋層，可以減小接觸面的不平整度(如凹陷和/或突出的缺陷態等)，并阻擋金屬內的電遷移和/或金屬內及金屬向介電質的擴散，避免空洞的形成，提高器件的穩定性、可靠性及使用壽命。附圖說明為讓本專利技術的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本專利技術的具體實施方式作詳細說明，其中：圖1A-1D是一種空洞形成過程的示意圖。圖2是根據本專利技術一實施例的一種晶圓混合鍵合方法的流程圖。圖3A-3D是根據本專利技術一實施例的一種晶圓混合鍵合方法的示例性過程的剖面示意圖。圖4是根據本專利技術一實施例的形成阻擋層的方法的流程圖。圖5A-5D是根據本專利技術一實施例的形成阻擋層的方法的示例性過程的剖面示意圖。圖6A-6D是根據本專利技術一些實施例的晶圓混合鍵合結構的示意圖。具體實施方式為讓本專利技術的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本專利技術的具體實施方式作詳細說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便于充分理解本專利技術，但是本專利技術還可以采用其它不同于在此描述的其它方式來實施，因此本專利技術不受下面公開的具體實施例的限制。如本申請和權利要求書中所示，除非上下文明確提示例外情形，“一”、“一個”、“一種”和/或“該”等詞并非特指單數，也可包括復數。一般說來，術語“包括”與“包含”僅提示包括已明確標識的步驟和元素，而這些步驟和元素不構成一個排它性的羅列，方法或者設備也可能包含其他的步驟或元素。在詳述本專利技術實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應限制本專利技術保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。為了方便描述，此處可能使用諸如“之下”、“下方”、“低于”、“下面”、“上方”、“上”等等的空間關系詞語來描述附圖中所示的一個元件或特征與其他元件或特征的關系。將理解到，這些空間關系詞語意圖包含使用中或操作中的器件的、除了附圖中描繪的方向之外的其他方向。例如，如果翻轉附圖中的器件，則被描述為在其他元件或特征“下方”或“之下”或“下面”的元件的方向將改為在所述其他元件或特征的“上方”。因而，示例性的詞語“下方”和“下面”能夠包含上和下兩個方向。器件也可能具有其他朝向(旋轉90度或處于其他方向)，因此應相應地解釋此處使用的空間關系描述詞。此外，還將理解，當一層被稱為在兩層“之間”時，它可以是所述兩層之間僅有的層，或者也可以存在一個或多個介于其間的層。如
技術介紹
介紹，混合鍵合(例如同時包括絕緣體-絕本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種晶圓的混合鍵合方法，包括以下步驟：提供第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓具有待混合鍵合的第一襯底，所述第二晶圓具有待混合鍵合的第二襯底；在所述第一襯底上形成第一金屬導體，在所述第二襯底上形成第二金屬導體；在所述第一金屬導體的第一鍵合表面和/或所述第二金屬導體的第二鍵合表面上形成阻擋層；鍵合所述第一晶圓和第二晶圓，使得所述第一金屬導體和所述第二金屬導體通過所述阻擋層進行鍵合，其中所述阻擋層與所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面之間的接觸面為平面。

【技術特征摘要】
1.一種晶圓的混合鍵合方法，包括以下步驟：提供第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓具有待混合鍵合的第一襯底，所述第二晶圓具有待混合鍵合的第二襯底；在所述第一襯底上形成第一金屬導體，在所述第二襯底上形成第二金屬導體；在所述第一金屬導體的第一鍵合表面和/或所述第二金屬導體的第二鍵合表面上形成阻擋層；鍵合所述第一晶圓和第二晶圓，使得所述第一金屬導體和所述第二金屬導體通過所述阻擋層進行鍵合，其中所述阻擋層與所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面之間的接觸面為平面。2.根據權利要求1所述的晶圓的混合鍵合方法，其特征在于，在所述第一金屬導體的第一鍵合表面和/或所述第二金屬導體的第二鍵合表面上形成阻擋層的步驟包括：平坦化所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面；對平坦化之后的所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面進行表面處理；在表面處理之后的所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面上形成所述阻擋層。3.根據權利要求2所述的晶圓的混合鍵合方法，其特征在于，所述表面處理的方法為熱退火或等離子處理。4.根據權利要求2所述的晶圓的混合鍵合方法，其特征在于，在表面處理之后的所述第一鍵合表面和/或所述第二鍵合表面上形成所述阻擋層的方法為化學氣相沉積法。5.根據權利要求1所述的晶圓的混合鍵合方法，其特征在于，所述第一金屬導體和所述第二金屬導體的材質為銅。6.根據權利要求1所述的晶圓的混合鍵合方法，其特征在于，所述阻擋層的材質為石墨烯。7.根據權利要求1所述的晶圓的混合鍵合方法，其特征在于，所述阻擋層的厚度為1-5nm。8.根據權利要求1所述的晶圓的混合鍵合方法，其特征在于，所述第一金屬導體端部的面積大于所述第二金屬導體端部的面積，且在第一金屬導體端部中不與第二金屬導體端部接觸的區域中形成阻擋層。9.根據權利要求1或8所述的晶圓的混合鍵合方法，其特征在于，阻擋層還包括在所述第一襯底和所述第一金屬導...

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖莉紅，徐前兵，
申請(專利權)人：長江存儲科技有限責任公司，
類型：發明
國別省市：湖北,42