一种半导体结构及其形成方法技术

本发明专利技术实施例提供了一种半导体结构，包括：第一衬底，所述第一衬底的表面具有第一开口；第一键合结构，位于所述第一开口内；所述第一键合结构包括第一金属层和熔点小于所述第一金属层的第二金属层，所述第一金属层包括与所述第一开口的底面接触的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面上具有第一凹槽，所述第一开口未被所述第一金属层和所述第一凹槽占据的区域构成第二凹槽，所述第二金属层形成于所述第一凹槽和所述第二凹槽内，所述第二金属层从所述第二凹槽暴露的表面构成所述第一键合结构的键合用表面。面构成所述第一键合结构的键合用表面。面构成所述第一键合结构的键合用表面。

【技术实现步骤摘要】
一种半导体结构及其形成方法


[0001]本专利技术涉及半导体制造领域，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

技术介绍

[0002]三维集成电路可以提高封装密度、电路工作速度及实现新型多功能器件及 电路系统，目前各半导体厂商都在致力于研究三维集成电路。
[0003]在三维集成电路中，会涉及晶圆与晶圆之间的键合，现有技术中晶圆与晶 圆之间的键合主要通过铜
‑
铜键合来实现。
[0004]然而，现有技术中的铜
‑
铜键合容易失效，且键合性能还有待提升。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例为解决
技术介绍
中存在的至少一个问题而提供一 种半导体结构及其形成方法。
[0006]为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0007]本专利技术实施例提供了一种半导体结构，包括：第一衬底，所述第一衬底的 表面具有第一开口；
[0008]第一键合结构，位于所述第一开口内；所述第一键合结构包括第一金属层 和熔点小于所述第一金属层的第二金属层，所述第一金属层包括与所述第一开 口的底面接触的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面 上具有第一凹槽，所述第一开口未被所述第一金属层和所述第一凹槽占据的区 域构成第二凹槽，所述第二金属层形成于所述第一凹槽和所述第二凹槽内，所 述第二金属层从所述第二凹槽暴露的表面构成所述第一键合结构的键合用表 面。
[0009]上述方案中，所述第一金属层还包括位于所述第一凹槽下方的第三凹槽， 所述第一凹槽在所述第一表面的投影落入所述第三凹槽在所述第一表面的投影 内，且所述第三凹槽内形成有所述第二金属层。
[0010]上述方案中，所述半导体结构还包括：第一导电通孔，位于所述第一衬底 内，所述第一导电通孔与所述第一键合结构连接，所述第一导电通孔和所述第 一凹槽在垂直于所述第一表面方向上的投影重合。
[0011]上述方案中，所述第一凹槽穿透所述第一金属层，位于所述第一凹槽内的 所述第二金属层与所述第一导电通孔直接连接。
[0012]上述方案中，所述第一金属层包括铜或钨中的至少一种材料，所述第二金 属层包括铋、镉、锡、铅、镝、铟中的至少一种材料。
[0013]上述方案中，所述第一键合结构的所述键合用表面的形状包括圆形、椭圆 形、或矩形。
[0014]上述方案中，所述第一凹槽的开口形状包括圆形或矩形；所述第一金属层 的所述第二表面的外轮廓形状包括圆形或矩形。
[0015]上述方案中，所述半导体结构还包括：第二衬底，所述第二衬底的表面具 有第二开口；
[0016]第二键合结构，位于所述第二开口内，用于与所述第一键合结构键合连接。
[0017]上述方案中，所述第二键合结构包括与所述第一金属层材料相同第三金属 层，所述第三金属层包括与所述第二开口的底面接触的第一表面以及与所述第 一表面相对的第二表面。
[0018]上述方案中，所述第三金属层的所述第二表面构成所述第二键合结构的键 合用表面，所述第三金属层的所述第二表面呈内凹状且与所述第一键合结构的 键合用表面键合连接。
[0019]上述方案中，所述第二键合结构还包括与所述第二金属层材料相同第四金 属层；
[0020]所述第三金属层的所述第二表面具有第四凹槽，所述第二开口未被所述第 三金属层和所述第四凹槽占据的区域构成第五凹槽，所述第四金属层位于所述 第四凹槽和所述第五凹槽内，所述第四金属层从所述第五凹槽暴露的表面构成 所述第二键合结构的键合用表面。
[0021]上述方案中，所述第一键合结构的键合用表面与所述第二键合结构的键合 用表面具有相同的形状和面积。
[0022]上述方案中，所述第四金属层并未完全填充所述第五凹槽，所述第四金属 层从所述第五凹槽暴露的表面与所述第二衬底的所述表面之间的距离在1
‑
5nm 之间。
[0023]本专利技术实施例提供了一种半导体结构的形成方法，包括：提供第一衬底， 所述第一衬底的表面形成有第一开口；
[0024]在所述第一开口内形成第一键合结构，所述第一键合结构包括第一金属层 和熔点小于所述第一金属层的第二金属层；形成所述第一键合结构包括：在所 述第一开口内形成第一金属层，所述第一金属层包括与所述第一开口的底面接 触的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；在所述第二表面上形成第 一凹槽，所述第一开口未被所述第一金属层和所述第一凹槽占据的区域构成第 二凹槽；在所述第一凹槽和所述第二凹槽内形成第二金属层，所述第二金属层 从所述第二凹槽暴露的表面构成所述第一键合结构的键合用表面。
[0025]上述方案中，形成所述第一键合结构还包括：在所述第一金属层的所述的 第一凹槽下方形成第三凹槽，所述第一凹槽在所述第一表面的投影落入所述第 三凹槽在所述第一表面的投影内，且所述第三凹槽内形成有所述第二金属层。
[0026]上述方案中，所述方法还包括：在所述第一衬底内形成第一导电通孔，所 述第一导电通孔和所述第一凹槽在垂直于所述第一表面方向上的投影重合。
[0027]上述方案中，所述方法还包括：提供第二衬底，所述第二衬底的表面上形 成有第二开口；在所述第二开口内形成第二键合结构；将所述第二键合结构与 所述第一键合结构键合连接。
[0028]上述方案中，形成所述第二键合结构，包括：形成第三金属层，所述第三 金属层的材料与所述第一金属层的材料相同，所述第三金属层包括与所述第二 开口的底面接触的第一表面和与所述第一表面相对设置的第二表面。
[0029]上述方案中，形成所述第二键合结构还包括：在所述第三金属层的所述第 二表面
形成第四凹槽，所述第二开口未被所述第三金属层和所述第四凹槽占据 的区域构成第五凹槽；在所述第四凹槽和所述第五凹槽内形成第四金属层，所 述第四金属层的材料与所述第二金属层的材料相同，所述第四金属层从所述第 五凹槽暴露的表面构成所述第二键合结构的键合用表面。
[0030]本专利技术实施例提供的半导体结构及其形成方法，其中，所述半导体结构包 括：第一衬底，所述第一衬底的表面具有第一开口；第一键合结构，位于所述 第一开口内；所述第一键合结构包括第一金属层和熔点小于所述第一金属层的 第二金属层，所述第一金属层包括与所述第一开口的底面接触的第一表面以及 与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面上具有第一凹槽，所述第一开 口未被所述第一金属层填充的部分构成第二凹槽，所述第二金属层形成于所述 第一凹槽和所述第二凹槽内，所述第二金属层从所述第二凹槽暴露的表面构成 所述第一键合结构的键合用表面。所述第一键合结构在与其他键合结构键合连 接时，所述第二金属层在较低的温度下熔融软化，所述第一金属层受热膨胀将 所述第二金属层推向所述其他键合结构，可以实现较低温度下的键合连接。此 外，处于熔融状态的第二金属层可以更好的填充所述第一键合结构和所述其他 键合结构之间的空隙，降低了键合时对键合表面的平整度要求。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：第一衬底，所述第一衬底的表面具有第一开口；第一键合结构，位于所述第一开口内；所述第一键合结构包括第一金属层和熔点小于所述第一金属层的第二金属层，所述第一金属层包括与所述第一开口的底面接触的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面，所述第二表面上具有第一凹槽，所述第一开口未被所述第一金属层和所述第一凹槽占据的区域构成第二凹槽，所述第二金属层形成于所述第一凹槽和所述第二凹槽内，所述第二金属层从所述第二凹槽暴露的表面构成所述第一键合结构的键合用表面。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一金属层还包括位于所述第一凹槽下方的第三凹槽，所述第一凹槽在所述第一表面的投影落入所述第三凹槽在所述第一表面的投影内，且所述第三凹槽内形成有所述第二金属层。3.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括：第一导电通孔，位于所述第一衬底内，所述第一导电通孔与所述第一键合结构连接，所述第一导电通孔和所述第一凹槽在垂直于所述第一表面方向上的投影重合。4.根据权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，所述第一凹槽穿透所述第一金属层，位于所述第一凹槽内的所述第二金属层与所述第一导电通孔直接连接。5.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一金属层包括铜或钨中的至少一种材料，所述第二金属层包括铋、镉、锡、铅、镝、铟中的至少一种材料。6.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一键合结构的所述键合用表面的形状包括圆形、椭圆形、或矩形。7.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述第一凹槽的开口形状包括圆形或矩形；所述第一金属层的所述第二表面的外轮廓形状包括圆形或矩形。8.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，所述半导体结构还包括：第二衬底，所述第二衬底的表面具有第二开口；第二键合结构，位于所述第二开口内，用于与所述第一键合结构键合连接。9.根据权利要求8所述的半导体结构，其特征在于，所述第二键合结构包括与所述第一金属层材料相同第三金属层，所述第三金属层包括与所述第二开口的底面接触的第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面。10.根据权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，所述第三金属层的所述第二表面构成所述第二键合结构的键合用表面，所述第三金属层的所述第二表面呈内凹状且与所述第一键合结构的键合用表面键合连接。11.根据权利要求9所述的半导体结构，其特征在于，所述第二键合结构还包括与所述第二金属层材料相同第四金属层；所述第三金属层的所述第二表面具有第四凹槽，所述第二开口未被所述第三金属层和所述第四凹槽占据的区域构成第五凹槽，所述第四金属层位于所述第四凹槽和所...

【专利技术属性】
技术研发人员：庄凌艺，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：