晶圆间键合结构的形成方法、晶圆的键合方法技术

一种晶圆间键合结构的形成方法以及晶圆的键合方法，其中晶圆间键合结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成停止层，所述停止层中形成有通孔，所述停止层与金属层材料层的研磨比大于氮化硅与金属层材料层的研磨比；在所述停止层上形成金属材料层，所述金属材料层填充满所述通孔；平坦化所述金属材料层直至停止层，在通孔中形成键合金属层，所述键合金属层和两侧的停止层构成键合结构。本发明专利技术的方法防止了键合金属层表面凹陷缺陷的产生，提高了键合的强度。

Formation method of interwafer bonding structure and wafer bonding method

A method for forming interwafer bonding structure and a method for bonding wafers, in which a substrate is provided, a stop layer is formed on the substrate, and a through hole is formed in the stop layer, and the grinding ratio of the stop layer to the metal layer material layer is larger than that of the silicon nitride and the metal layer material layer; and a metal material layer is formed on the stop layer. The metal material layer is filled with the through hole; the metal material layer is flattened until the stop layer, forming a bond alloy layer in the through hole, and the bond alloy layer and the stop layer on both sides constitute a bond structure. The method of the invention prevents the occurrence of surface depression defects of bonding alloy metal layer and improves bonding strength.

【技术实现步骤摘要】
晶圆间键合结构的形成方法、晶圆的键合方法
本专利技术涉及半导体制作领域，尤其涉及一种晶圆间键合结构的形成方法以及晶圆的键合方法。
技术介绍
随着微电子器件高集成度、多功能化的要求，现有的二维封装技术难以满足封装要求，而三维封装具有尺寸小、重量轻、减小信号延迟等优点，正成为微电子器件封装的主流技术。键合是实现三维封装的关键工艺，应用于三维封装的键合方法有多种，包括：金属-金属键合、氧化物直接键合、阳极键合、粘接键合、基于焊料的键合、超声键合、玻璃介质键合等等。金属-金属键合由于其工艺简单，键合强度大等优点被广泛的应用在三维封装结构中。现有的利用金属-金属键合工艺形成三维封装结构的方法一般包括：提供第一晶圆和第二晶圆，第一晶圆和第二晶圆上分别形成有绝缘层和位于绝缘层中的键合金属层；将第一晶圆和第二晶圆上对应的金属层键合。但是采用现有的金属-金属键合方法形成三维封装结构时，所述键合金属层的表面容易产生凹陷缺陷(dishingdefect)，当将第一晶圆和第二晶圆进行键合时，使得键合的强度难以保证。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是怎样防止键合金属层的表面形成凹陷缺陷，提高键合的强度。本专利技术提供了一种晶圆间键合结构的形成方法，包括：提供基底；在所述基底上形成停止层，所述停止层中形成有通孔，所述停止层与金属层材料层的研磨比大于氮化硅与金属层材料层的研磨比；在所述停止层上形成金属材料层，所述金属材料层填充满所述通孔；平坦化所述金属材料层直至停止层，在通孔中形成键合金属层，所述键合金属层和两侧的停止层构成键合结构。可选的，所述停止层的材料为掺碳的氮化硅。可选的，所述金属材料层包括种子层和位于种子层上的金属层。可选的，在所述停止层中形成通孔之前，在停止层表面形成保护层。可选的，所述种子层位于通孔的侧壁和底部表面以及通孔两侧的保护层表面上，所述金属层位于种子层上，所述金属层填充满剩余的通孔。可选的，所述保护层的材料为氧化硅。可选的，在形成所述保护层之后，形成所述种子层之前，对所述通孔进行预清洗。本专利技术还提供了一种晶圆的键合方法，包括：提供第一晶圆和第二晶圆；在第一晶圆上形成前述所述的晶圆间键合结构；在第二晶圆上形成前述所述的晶圆间键合结构；将第一晶圆上的键合结构与第二晶圆上对应的键合结构进行键合。可选的，所述第一晶圆上的键合金属层与第二晶圆上对应的键合金属层键合在一起，所述第一晶圆上的停止层与第二晶圆上对应的停止层键合在一起。可选的，在进行键和前，对键合面进行表面处理。与现有技术相比，本专利技术技术方案具有以下优点：本专利技术的晶圆间键合结构的形成方法，通过形成停止层，在进行平坦化时，所述停止层与金属层材料层的研磨比大于氮化硅与金属层材料层的研磨比，能减少或防止在键合金属层表面形成凹陷缺陷或者能较好的控制键合金属层表面凹陷缺陷的产生，后续在进行两个晶圆的键合时，提高键合的强度；另一方面，停止层后续作为键合结构的一部分，停止层与键合金属层一起构成键合结构，后续在进行两个晶圆的键合时，除了两个晶圆上相应的键合金属层会键合在一起外，两个晶圆上相应的停止层也会键合在一起，提高了键合的强度。进一步，所述停止层的材料为掺碳的氮化硅，一方面，掺碳的氮化硅与金属材料层之间的研磨选择比大于氮化硅与金属材料层之间的研磨选择比，能较好的控制键合金属层表面凹陷缺陷的产生，或者能减少或防止在键合金属层表面形成凹陷缺陷，后续在进行两个晶圆的键合时，提高键合时铜连接的成功率，并且由于碳含量对键合强度和研磨选择比有影响，因而可以通过调整碳含量，可以调整键合强度和研磨选择比；另一方面，掺碳的氮化硅后续作为键合结构的一部分，掺碳的氮化硅与键合金属层一起构成键合结构，后续在进行两个晶圆的键合时，除了两个晶圆上相应的键合金属层会键合在一起外，两个晶圆上相应的掺碳的氮化硅也会键合在一起，提高了键合的强度；再一方面，掺碳的氮化硅有阻止铜扩散的能力，因此可以接受较大的误对准的量，即使通孔中的铜与停止层接触，也不会发生铜扩散问题。进一步，所述停止层表面上还形成有保护层，所述保护层在形成种子层之前对通孔进行预清洗时，防止停止层不会受到Ar-和/或H-离子的轰击而带来碳污染。本专利技术的晶圆的键合方法，第一晶圆上形成键合金属层和第二晶圆上对应形成的键合金属层的表面的没有凹陷缺陷或者凹陷缺陷非常少(或小)，因而在两晶圆键合时，键合金属层和键合金属层之间能够达到较高的键合强度或者提高键合后，铜连接的成功率，并且由于第一晶圆上停止层和第二晶圆上停止层也键合在一起，附图说明图1-5为本专利技术一实施例晶圆间键合结构的形成过程的结构示意图；图6-8为本专利技术另一实施例晶圆的键合方法的结构示意图。具体实施方式如
技术介绍
所言，所述键合金属层的表面容易产生铜的凹陷缺陷(dishingdefect)，将晶圆进行键合时，键合的强度难以保证。研究发现，现有在形成绝缘层和位于绝缘层中的键合金属层时，所述绝缘层的材料通常为氮化硅，金属层材料为铜，形成键合金属层的过程包括：在绝缘层中形成通孔(或沟槽)；采用电镀工艺形成覆盖绝缘层的金属层，所述金属层填充所述通孔(或沟槽)；采用化学机械研磨工艺平坦化所述金属层，以绝缘层的表面作为停止层，在通孔(或沟槽)中形成键合金属层。在进行化学机械研磨工艺时，由于对氮化硅材料的绝缘层的研磨率较低(通常小于300埃/分钟)，使得氮化硅材料的绝缘层与铜金属层之间的研磨选择比较小，特别是随着工艺节点的减小，氮化硅材料的绝缘层与铜金属层之间的研磨选择比会很小，使得研磨的停止时刻难以控制，并且键合金属层表面产生的凹陷也难以控制，无法达到生产的要求，后续进行键合时，使得两个晶圆间的键合强度难以保证。此外，由于现有通常还采用氮化硅与氧化硅进行晶圆键合，以确保足够的键合力，由于氧化硅本身没有阻止铜扩散能力，而键合工艺本身存在误对准问题，为了防止在发生误对准(Mis-alignment)问题时，氮化硅界面通孔中的铜不会与氧化硅界面接触，需要缩小氮化硅界面通孔的关键尺寸，其关系式为：氮化硅界面的通孔关键尺寸<(氧化硅界面关键尺寸-2倍误对准的量)，由于键合机台能力限制，且随着节点不断的向下延伸，对氮化硅界面的关键尺寸的要求越来越小，而在小的关键尺寸下，化学机械研磨时的铜凹陷缺陷问题也越来越突出，使得CMP和键合制程的工艺窗口极小。为此，本专利技术提供了一种晶圆间键合结构的形成方法以及晶圆的键合金方法，其中所述晶圆间键合结构的形成方法，通过形成停止层，在进行平坦化时，所述停止层与金属层材料层的研磨比大于氮化硅与金属层材料层的研磨比，能减少或防止在键合金属层表面形成凹陷缺陷或者能较好的控制键合金属层表面凹陷缺陷的产生，后续在进行两个晶圆的键合时，提高键合的强度；另一方面，停止层后续作为键合结构的一部分，停止层与键合金属层一起构成键合结构，后续在进行两个晶圆的键合时，除了两个晶圆上相应的键合金属层会键合在一起外，两个晶圆上相应的停止层也会键合在一起，提高了键合的强度。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在详述本专利技术实施例时，为便于说明，示意图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术的保护范围。此外，在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆间键合结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成停止层，所述停止层中形成有通孔，所述停止层与金属层材料层的研磨比大于氮化硅与金属层材料层的研磨比；在所述停止层上形成金属材料层，所述金属材料层填充满所述通孔；平坦化所述金属材料层直至停止层，在通孔中形成键合金属层，所述键合金属层和两侧的停止层构成键合结构。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆间键合结构的形成方法，其特征在于，包括：提供基底；在所述基底上形成停止层，所述停止层中形成有通孔，所述停止层与金属层材料层的研磨比大于氮化硅与金属层材料层的研磨比；在所述停止层上形成金属材料层，所述金属材料层填充满所述通孔；平坦化所述金属材料层直至停止层，在通孔中形成键合金属层，所述键合金属层和两侧的停止层构成键合结构。2.如权利要求1所述的晶圆间键合结构的形成方法，其特征在于，所述停止层的材料为掺碳的氮化硅。3.如权利要求1或2所述的晶圆间键合结构的形成方法，其特征在于，所述金属材料层包括种子层和位于种子层上的金属层。4.如权利要求3所述的晶圆间键合结构的形成方法，其特征在于，在所述停止层中形成通孔之前，在停止层表面形成保护层。5.如权利要求4所述的晶圆间键合结构的形成方法，其特征在于，所述种子层位于通孔的侧壁和底部表面以及通孔两侧的保护层表面上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高林，蒋阳波，王光毅，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42