金属-电介质键合方法和结构技术

一种金属‑电介质键合方法包括：提供第一半导体结构，所述第一半导体结构包括第一半导体层、处于第一半导体层上的第一电介质层和处于第一电介质层上的第一金属层，其中，第一金属层具有背对第一半导体层的金属键合表面；使金属键合表面平面化；对金属键合表面施加等离子体处理；提供第二半导体结构，所述第二半导体结构包括第二半导体层和处于第二半导体层上的第二电介质层，其中，第二电介质层具有背对第二半导体层的电介质键合表面；使电介质键合表面平面化；对电介质键合表面施加等离子体处理；以及通过使金属键合表面与电介质键合表面键合来使第一半导体结构与第二半导体结构键合。

Metal dielectric bonding method and structure

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属-电介质键合方法和结构
本申请涉及键合
，并且具体而言，涉及金属-电介质键合方法和结构。
技术介绍
电介质键合往往用于使载体晶片与器件键合或者用于使器件与另一器件键合。用于键合的器件可以包括过硅通孔。在电介质键合中，使电介质表面与另一电介质表面键合。混合键合往往包括器件之间的包括电介质部分和金属部分的混合表面的键合。对于金属表面的键合而言，往往采用热压形成金属-金属键合。随着两个半导体结构被键合到一起以实现3维集成，将引入更多的复杂情况。诸如由一个半导体结构生成的热量或电磁辐射的因素可能影响在键合结构中的一个或多个半导体结构的操作。例如，由一个半导体结构生成的热量可能不仅影响其自身的操作，而可能还影响其他半导体结构的操作。所公开的方法和系统涉及解决上文阐述的一个或多个问题以及其他问题。
技术实现思路
本公开内容的一个方面包括金属-电介质键合方法。所述金属-电介质键合方法包括：提供第一半导体结构，所述第一半导体结构包括第一半导体层、处于第一半导体层上的第一电介质层和处于第一电介质层上的第一金属层，其中，第一金属层具有背对第一半导体层的金属键合表面；使金属键合表面平面化；对金属键合表面施加等离子体处理；提供第二半导体结构，所述第二半导体结构包括第二半导体层和处于第二半导体层上的第二电介质层，其中，第二电介质层具有背对第二半导体层的电介质键合表面；使电介质键合表面平面化；对电介质键合表面施加等离子体处理；以及通过使金属键合表面与电介质键合表面键合而使第一半导体结构与第二半导体结构键合。本领域技术人员根据所述描述、权利要求和本公开内容的附图能够理解本公开的其他方面。附图说明图1示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性金属-电介质键合方法的流程图。图2示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性第一半导体层的示意图。图3示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性第一半导体层的另一示意图。图4示出了根据本公开内容的各种公开实施例的处于示例性第一半导体层上的示例性第一电介质层的示意图。图5示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性第一半导体结构的示意图。图6示出了根据本公开内容的各种公开实施例的平面化之后的示例性第一半导体结构的另一示意图。图7示出了根据本公开内容的各种公开实施例的接受表面处理的示例性第一半导体结构的另一示意图。图8示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性第二半导体层的示意图。图9示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性第二半导体层的另一示意图。图10示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性第二半导体结构的示意图。图11示出了根据本公开内容的各种公开实施例的平面化之后的示例性第二半导体结构的示意图。图12示出了根据本公开内容的各种公开实施例的接受表面处理的示例性第二半导体结构的示意图。图13示出了根据本公开内容的各种公开实施例的金属-电介质键合的示例性结构的示意图。图14示出了根据本公开内容的各种公开实施例的金属-电介质键合的示例性结构的另一示意图。图15示出了根据本公开内容的各种公开实施例的金属-电介质键合的示例性结构的透射电子显微镜图像。图16示出了根据本公开内容的各种公开实施例的金属-电介质键合的示例性结构的另一示意图。图17示出了根据本公开内容的各种公开实施例的金属-电介质键合的示例性结构的另一示意图。具体实施方式下文将参考附图描述在本专利技术的实施例中的技术解决方案。在可能的情况下，贯穿附图将使用相同的附图标记指示相同或相似部分。显然地，所描述的实施例只是本专利技术的一些而非全部实施例。本领域技术人员基于本专利技术的实施例获得的其他实施例应当落在本公开内容的保护范围内。在本公开内容的说明书、权利要求和附图中，词语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在的话)旨在对类似的对象进行区分，而未必指示顺序或序列。应当理解，可以按照除了(例如)文中示出和描述的顺序之外的顺序实现本文描述的本公开内容的实施例。可以根据实际需求选择一些或全部工艺，以实现本公开内容的目的。可以根据实际需求选择一些或全部部件，以实现本公开内容的目的。本公开内容提供了金属-电介质键合方法。图1示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性金属-电介质键合方法的流程图。图2-图14以及图16-图17示出了所述金属-电介质键合过程的某些阶段当中的结构的示意图。参考图1，提供了包括第一半导体层、第一电介质层和具有金属键合表面的第一金属层的第一半导体结构(S610)。图2-图5示出了在用于提供包括第一半导体层、第一电介质层和第一金属层的第一半导体结构的过程的某些阶段中的结构。图2示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性第一半导体层的示意图。参考图2，其提供了第一半导体层11。在一些实施例中，第一半导体层11可以是硅衬底。图3示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性第一半导体层的另一示意图。参考图3，第一半导体层11可以包括形成于其内的第一半导体器件111。在一些实施例中，第一半导体器件111可以是(例如)功率器件。所述功率器件可以产生热量。在其他实施例中，第一半导体器件111可以是(例如)互补金属氧化物半导体(CMOS)器件。所述CMOS器件可以被用到各种应用当中，诸如CMOS图像传感器(CIS)、数据转换器等。在一些实施例中，第一半导体器件111可以是(例如)生成电磁辐射的器件。所述电磁辐射可以是(例如)可见光、红外线、无线电波、紫外线或其任何组合。在一些实施例中，第一半导体器件111可以是(例如)暴露于电磁辐射下的器件。所述电磁辐射可以是(例如)可见光、红外线、无线电波、紫外线或其任何组合。图4示出了根据本公开内容的各种公开实施例的处于示例性第一半导体层上的示例性第一电介质层的示意图。参考图4，第一电介质层12形成在第一半导体层11上。在一些实施例中，第一电介质层12的材料可以包括(例如)氧化硅、碳氧化硅、氮化硅、碳氮化硅或其任何组合。在一些实施例中，第一电介质层12可以通过诸如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或任何其他适当沉积工艺的沉积形成于第一半导体层11上。图5示出了根据本公开内容的各种公开实施例的示例性第一半导体结构的示意图。参考图5，第一半导体结构100包括第一半导体层11、第一电介质层12和第一金属层13。第一金属层13形成于第一电介质层12上。第一金属层13包括金属键合表面131，并且金属键合表面131背对第一半导体层11。金属键合表面131可以是将与另一半导体结构的键合表面键合的表面。在一些实施例中，第一金属层13的材料可以是钽、钛、铜或其任何组合。在一些实施例中，第一金属层13可以通过诸如化学气相沉积(CVD)、物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种金属-电介质键合方法，包括：/n提供第一半导体结构，所述第一半导体结构包括：/n第一半导体层，/n处于所述第一半导体层上的第一电介质层，以及/n处于所述第一电介质层上的第一金属层，所述第一金属层具有背对所述第一半导体层的金属键合表面；/n使所述金属键合表面平面化；/n对所述金属键合表面施加等离子体处理；/n提供第二半导体结构，所述第二半导体结构包括：/n第二半导体层，以及/n处于所述第二半导体层上的第二电介质层，所述第二电介质层具有背对所述第二半导体层的电介质键合表面；/n使所述电介质键合表面平面化；/n对所述电介质键合表面施加等离子体处理；以及/n通过使所述金属键合表面与所述电介质键合表面键合来使所述第一半导体结构与所述第二半导体结构键合。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种金属-电介质键合方法，包括：
提供第一半导体结构，所述第一半导体结构包括：
第一半导体层，
处于所述第一半导体层上的第一电介质层，以及
处于所述第一电介质层上的第一金属层，所述第一金属层具有背对所述第一半导体层的金属键合表面；
使所述金属键合表面平面化；
对所述金属键合表面施加等离子体处理；
提供第二半导体结构，所述第二半导体结构包括：
第二半导体层，以及
处于所述第二半导体层上的第二电介质层，所述第二电介质层具有背对所述第二半导体层的电介质键合表面；
使所述电介质键合表面平面化；
对所述电介质键合表面施加等离子体处理；以及
通过使所述金属键合表面与所述电介质键合表面键合来使所述第一半导体结构与所述第二半导体结构键合。


2.根据权利要求1所述的键合方法，在使所述第一半导体结构与所述第二半导体结构键合之前，还包括：
清洁所述金属键合表面；以及
清洁所述电介质键合表面。


3.根据权利要求2所述的键合方法，其中：
清洁所述金属键合表面包括使用去离子水清洁所述金属键合表面。


4.根据权利要求2所述的键合方法，其中：
清洁所述金属键合表面包括使用亲水性化学物质清洁所述金属键合表面。


5.根据权利要求4所述的键合方法，其中：
所述亲水性化学物质为氨溶液或弱酸。


6.根据权利要求5所述的键合方法，其中：
所述弱酸包括氢氟酸、苯甲酸、乙酸、丙酸或丙烯酸。


7.根据权利要求1所述的键合方法，其中：
对所述金属键合表面施加等离子体处理包括使用氮等离子体、氧等离子体、氩等离子体或氩-氢等离子体处理所述金属键合表面。


8.根据权利要求1所述的键合方法，其中，使所述第一半导体结构与所述第二半导体结构键合包括：
在所述第一半导体结构和所述第二半导体结构之间形成键合界面。


9.根据权利要求1所述的键合方法，其中，使所述第一半导体结构与所述第二半导体结构键合包括：
在处于从大约15℃到大约30℃的范围内的...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡思平，
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