金属互联结构及金属互联结构的键合方法技术

本发明专利技术提供了一种金属互联结构及金属互联结构的键合方法，包括：金属柱，所述金属柱包括一键合界面；第一键合层，所述第一键合层包覆所述金属柱，所述第一键合层采用二氧化硅材料；第二键合层，所述第二键合层环绕所述金属柱的键合界面设置，形成孤立的环形结构，所述第二键合层采用氮掺杂碳化硅材料。本发明专利技术提供的一种金属互联结构及金属互联结构的键合方法，采用氮掺杂碳化硅材料和二氧化硅同时作为键合层，在三维堆叠中两片晶圆或多片晶圆堆叠时，在能够满足芯片功能的情况下，既能满足键合强度要求，又能防止连接线铜的有害扩散，同时降低三维堆叠芯片工作时界面温度。时降低三维堆叠芯片工作时界面温度。时降低三维堆叠芯片工作时界面温度。

【技术实现步骤摘要】
金属互联结构及金属互联结构的键合方法


[0001]本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种金属互联结构及金属互联结构的键合方法。

技术介绍

[0002]现有技术中，芯片的制备过程中常采用三维堆叠工艺，将两片不同功能器件的晶圆，通过产生共价化学键贴合在一起，达到不同功能器件互联互通的目的。其中，混合键合工艺有着广泛的应用。但是现有技术中常采用氮掺杂碳化硅材料作为键合界面，虽然能提供较好的键合强度，同时能够阻挡金属铜的扩散，但是氮掺杂碳化硅材料作为介质层对比二氧化硅具有较低比热容，在三维堆叠芯片工作时，在一定的电流通过铜柱产生的热量，会使氮掺杂碳化硅材料升温更高，不利于芯片长时间大工作量运行。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是如何在不降低键合强度和能够阻挡金属铜扩散的条件下，使得三维堆叠芯片在同等工作条件下具有更低的工作温度，提供一种金属互联结构及金属互联结构的键合方法。
[0004]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种金属互联结构，包括：金属柱，所述金属柱包括一键合界面；第一键合层，所述第一键合层包覆所述金属柱，所述第一键合层采用二氧化硅材料；第二键合层，所述第二键合层环绕所述金属柱的键合界面设置，形成孤立的环形结构，所述第二键合层采用氮掺杂碳化硅材料。
[0005]为了解决上述问题，本专利技术提供了一种金属互联结构的键合方法，包括：提供第一晶圆；在所述第一晶圆表面形成第一键合层；在所述第一键合层上形成第一沟槽；在所述第一沟槽内形成第二键合层；在所述第二键合层上形成第二沟槽；在所述第二沟槽内形成金属柱；提供第二晶圆，并同样实施上述工艺；以各自的第一键合层相对键合的方式，将第一晶圆和第二晶圆键合。
[0006]本专利技术提供的一种金属互联结构及金属互联结构的键合方法，采用氮掺杂碳化硅材料和二氧化硅同时作为键合层，在三维堆叠中两片晶圆或多片晶圆堆叠时，在能够满足芯片功能的情况下，既能满足键合强度要求，又能防止连接线铜的有害扩散，同时降低三维堆叠芯片工作时界面温度。
附图说明
[0007]附图1所示是本专利技术一具体实施方式所述示意图。
[0008]附图2A
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2H所示是本专利技术一具体实施方式所述工艺示意图。
[0009]附图3A
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3H所示是本专利技术一具体实施方式所述工艺示意图。
[0010]附图4所示是本专利技术一具体实施方式所述金属互联结构的键合示意图。
具体实施方式
[0011]下面结合附图对本专利技术提供的金属互联结构及金属互联结构的键合方法的具体实施方式做详细说明。
[0012]附图1所示是本专利技术一具体实施方式所述示意图，所述金属互联结构的键合方法包括：步骤S10，提供第一晶圆；步骤S11，在所述第一晶圆表面形成第一键合层；步骤S12，在所述第一键合层上形成第一沟槽；步骤S13，在所述第一沟槽内形成第二键合层；步骤S14，在所述第二键合层上形成第二沟槽；步骤S15，在所述第二沟槽内形成金属柱；步骤S16，提供第二晶圆，并同样实施上述工艺；步骤S17，以各自的第一键合层相对键合的方式，将第一晶圆和第二晶圆键合。
[0013]附图2A，参考步骤S10，提供第一晶圆20。在本专利技术一具体实施方式中，所述第一晶圆20表面具有种子层202，所述种子层202采用铜材料。所述第一晶圆20表面存在一介质层201，所述介质层201的上表面与所述种子层202齐平，所述介质层201采用二氧化硅材料。
[0014]附图2B，参考步骤S11，在所述第一晶圆20表面形成第一键合层204。在本专利技术一具体实施方式中，所述第一键合层204采用二氧化硅材料，所述二氧化硅材料采用化学沉积工艺制备。采用正硅酸乙酯在一定温度、射频功率下与氧气在硅基板上沉积反应生成二氧化硅层，作为第一键合层204。
[0015]附图2C，参考步骤S12，在所述第一键合层204上形成第一沟槽205。在本专利技术一具体实施方式中，所述第一沟槽205的位置与所述种子层202对应。所述第一沟槽205采用光刻法，通过干法刻蚀或湿法刻蚀形成设定的图形。
[0016]附图2D，参考步骤S13，在所述第一沟槽205内形成第二键合层206。在本专利技术一具体实施方式中，所述第二键合层206采用氮掺杂碳化硅材料，所述形成第二键合层206的步骤采用化学气相沉积的方法。采用四甲基硅烷或三甲基硅烷在一定温度、射频功率下与氨气、氮气在硅基板上沉积反应形成所述第二键合层206。
[0017]附图2E，参考步骤S14，在所述第二键合层206上形成第二沟槽207。在本专利技术一具体实施方式中，所述第二沟槽207的位置与所述种子层202对应。以暴露出所述种子层202，以便后续步骤在所述第二沟槽207中形成金属柱。在本专利技术一具体实施方式中，所述第二沟槽207采用光刻法，通过干法刻蚀或湿法刻蚀形成设定的图形。
[0018]附图2F，参考步骤S15，在所述第二沟槽207内形成金属柱208。在本专利技术一具体实施方式中，所述金属柱208采用铜材料。形成金属柱208的方法采用电镀工艺，所述种子层202为电镀电极。
[0019]附图2G，参考步骤S16，提供第二晶圆，并同样实施上述工艺。在本专利技术一具体实施方式中，所述第二晶圆与所述第一晶圆的第一键合层204、第二键合层206、以及金属垫208的尺寸分别相同。在本专利技术的其他具体实施方式中，上述各部分的尺寸可以存在一定的范围的偏差，仍可以顺利完成键合。
[0020]附图2H，参考步骤S17，以各自的第一键合层相对键合的方式，将第一晶圆和第二晶圆键合。在本专利技术一具体实施方式中，两晶圆采用第一键合层204与第一键合层204键合，第二键合层206与第二键合层206键合，金属垫208与金属垫208键合的方式完成晶圆的键合。
[0021]上述步骤实施完毕，即得到所述金属互联结构，如附图2H所示，包括：金属柱208，
所述金属柱208包括一键合界面；第一键合层204，所述第一键合层204包覆所述金属柱208，所述第一键合层204采用二氧化硅材料；第二键合层206，所述第二键合层206环绕所述金属柱208的键合界面设置，形成孤立的环形结构，所述第二键合层206采用氮掺杂碳化硅材料。在本专利技术一具体实施方式中，所述金属柱208采用铜材料。所述第一键合层204采用的二氧化硅材料采用化学沉积工艺制备。
[0022]上述技术方案采用氮掺杂碳化硅材料作为第二键合层包覆金属柱，能提供较好的键合强度，同时能够阻挡铜的扩散；同时采用二氧化硅作为第一键合层，由于其具有较高的比热容，保证了电流通过金属垫产生一定的热量时，芯片温度不会过高，同时大面积的二氧化硅材料作为键合层能够降低键合的难度。因此上述金属互联结构可以在不降低键合强度、不影响阻挡铜扩散的条件下，使得三维堆叠芯片在同等工作条件下，提高键合强度同时降低键合后芯片的工作温度。
[0023]附图3A，参考步骤S10，提供第一晶圆30。
[0024]附图3B，参考步骤S11，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属互联结构，其特征在于，包括：金属柱，所述金属柱包括一键合界面；第一键合层，所述第一键合层包覆所述金属柱，所述第一键合层采用二氧化硅材料；第二键合层，所述第二键合层环绕所述金属柱的键合界面设置，形成孤立的环形结构，所述第二键合层采用氮掺杂碳化硅材料。2.根据权利要求1所述的金属互联结构，其特征在于，所述金属柱采用铜材料。3.根据权利要求1所述的金属互联结构，其特征在于，所述第一键合层采用的二氧化硅材料采用化学沉积工艺制备。4.一种金属互联结构的键合方法，其特征在于，包括：提供第一晶圆；在所述第一晶圆表面形成第一键合层；在所述第一键合层上形成第一沟槽；在所述第一沟槽内形成第二键合层；在所述第二键合层上形成第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：邢程，刘伟杰，
申请(专利权)人：芯盟科技有限公司，
类型：发明
国别省市：