晶圓接合工藝和結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明總體涉及半導(dǎo)體工藝領(lǐng)域，更具體地，涉及晶圓接合工藝和結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002] 半導(dǎo)體制造者面臨著持續(xù)的挑戰(zhàn)以遵守摩爾定律。他們不斷努力以持續(xù)地降低部 件尺寸，諸如有源和無(wú)源器件的尺寸、互連引線的寬度和厚度、和功率消耗以及提高器件密 度、引線密度和操作頻率。在一些應(yīng)用中，這些更小的電部件也需要利用比過(guò)去的封裝件更 小面積的更小的封裝件。
[0003] 在半導(dǎo)體封裝中，近年來(lái)開(kāi)發(fā)了三維集成電路（3DIC)，在3DIC中，多個(gè)半導(dǎo)體管 芯彼此堆疊，諸如疊層封裝（P〇P)和封裝件上系統(tǒng)（SiP)封裝技術(shù)。形成3DIC的一些方法 包括將兩個(gè)以上的半導(dǎo)體晶圓接合在一起，并且將諸如邏輯電路、存儲(chǔ)器電路和處理器電 路等的有源電路設(shè)置在不同的半導(dǎo)體晶圓上。常用的接合技術(shù)包括直接接合、化學(xué)活性接 合、等離子體活性接合、陽(yáng)極接合、共晶接合、玻璃熔融接合、粘合接合、熱壓縮接合、反應(yīng)接 合等。一旦兩個(gè)半導(dǎo)體晶圓接合在一起，則兩個(gè)半導(dǎo)體晶圓之間的界面則可以在堆疊式半 導(dǎo)體晶圓之間提供導(dǎo)電路徑。
[0004] 堆疊式半導(dǎo)體器件的一個(gè)有利特征是通過(guò)采用堆疊式半導(dǎo)體器件可以實(shí)現(xiàn)更高 的密度。此外，堆疊式半導(dǎo)體器件可以實(shí)現(xiàn)更小的形狀因數(shù)、成本效益、增強(qiáng)的性能和更低 的功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：第一襯底，所 述第一襯底上具有第一介電層；第一鈍化層，覆蓋所述第一介電層，所述第一鈍化層具有第 一凹槽；第一阻擋層，沿著所述第一凹槽的側(cè)壁；以及第一外部接觸焊盤，位于所述第一凹 槽中，所述第一阻擋層介于所述第一外部接觸焊盤和所述第一鈍化層之間。
[0006] 在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一鈍化層包括含有未摻雜的硅玻璃（USG)的 第一鈍化子層、含有氮化硅（SiN)的第二鈍化子層、含有USG的第三鈍化子層和含有氮氧化 硅（SiON)的第四鈍化子層。
[0007] 在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一阻擋層包括含有氮化鉭（TaN)的第一阻擋 子層和含有鈷（Co)、鎳（Ni)或鐵（Fe)的第二阻擋子層。
[0008] 在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一阻擋層沿著所述第一凹槽的底部延伸。
[0009] 在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述外部接觸焊盤包括尺寸小于500A的孔隙。
[0010] 在上述半導(dǎo)體器件中，還包括：第二襯底，所述第二襯底上具有第二介電層；第二 鈍化層，覆蓋所述第二介電層，所述第二鈍化層具有第二凹槽；第二阻擋層，沿著所述第二 凹槽的側(cè)壁；以及第二外部接觸焊盤，位于所述第二凹槽中，所述第二阻擋層介于所述第二 外部接觸焊盤和所述第二鈍化層之間。
[0011] 在上述半導(dǎo)體器件中，還包括：第二襯底，所述第二襯底上具有第二介電層；第二 鈍化層，覆蓋所述第二介電層，所述第二鈍化層具有第二凹槽；第二阻擋層，沿著所述第二 凹槽的側(cè)壁；以及第二外部接觸焊盤，位于所述第二凹槽中，所述第二阻擋層介于所述第二 外部接觸焊盤和所述第二鈍化層之間；其中，使用直接金屬至金屬至金屬接合方法將所述 第一外部接觸焊盤接合至所述第二外部接觸焊盤，并且使用直接電介質(zhì)至電介質(zhì)接合方法 將所述第一鈍化層接合至所述第二鈍化層。
[0012] 根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：第一結(jié)構(gòu)，包括：第一 襯底；第一鈍化層，位于所述第一襯底上方；多個(gè)第一導(dǎo)電焊盤，位于所述第一鈍化層中； 及第一阻擋層，介于所述多個(gè)第一導(dǎo)電焊盤的每個(gè)和所述第一鈍化層之間，所述第一阻擋 層包括第一阻擋子層和第二阻擋子層；以及第二結(jié)構(gòu)，直接接合至所述第一結(jié)構(gòu)，所述第二 結(jié)構(gòu)包括：第二襯底；第二鈍化層，位于所述第二襯底上方；多個(gè)第二導(dǎo)電焊盤，位于所述 第二鈍化層中；及第二阻擋層，介于所述多個(gè)第二導(dǎo)電焊盤的每個(gè)和所述第二鈍化層之間， 所述第二阻擋層包括第三阻擋子層和第四阻擋子層；其中，所述第二結(jié)構(gòu)接合至所述第一 結(jié)構(gòu)，從而使得所述多個(gè)第一導(dǎo)電焊盤與所述多個(gè)第二導(dǎo)電焊盤的相應(yīng)的一個(gè)對(duì)準(zhǔn)。
[0013] 在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一鈍化層還包括含有未摻雜的硅玻璃（USG) 的第一鈍化子層、含有氮化硅（SiN)的第二鈍化子層、含有USG的第三鈍化子層和含有氮氧 化硅（SiON)的第四鈍化子層。
[0014] 在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一阻擋子層包括氮化鉭（TaN)并且所述第二 阻擋子層包括鈷（Co)、鎳（Ni)或鐵（Fe)。
[0015] 在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述多個(gè)第一導(dǎo)電焊盤包括銅（Cu)。
[0016] 在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述第一阻擋層和所述多個(gè)第一導(dǎo)電焊盤之間的還 原電位差介于約-IV至約+1V之間。
[0017] 在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述多個(gè)第一導(dǎo)電焊盤還包括尺寸小于500 A的孔 隙。
[0018] 在上述半導(dǎo)體器件中，其中，所述多個(gè)第一導(dǎo)電焊盤的第一最上表面和所述第一 鈍化層的第二最上表面共平面。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種用于接合半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，所述方法包 括：提供第一襯底；在所述第一襯底上方形成第一鈍化層；在所述第一鈍化層中形成第一 凹槽；在所述第一凹槽中形成第一阻擋層；以及在所述第一鈍化層的所述第一凹槽中形成 第一導(dǎo)電焊盤，從而使得所述第一阻擋層介于所述第一導(dǎo)電焊盤和所述第一鈍化層之間。
[0020] 在上述方法中，其中，形成所述第一阻擋層還包括：在所述鈍化層的所述第一凹槽 中形成第一阻擋子層和第二阻擋子層。
[0021] 在上述方法中，還包括：提供第二襯底；在所述第二襯底上方形成第二鈍化層；在 所述第二鈍化層中形成第二凹槽；在所述第二凹槽中形成第二阻擋層；以及在所述第二鈍 化層的所述第二凹槽中形成第二導(dǎo)電焊盤，從而使得所述第二阻擋層介于所述第二導(dǎo)電焊 盤和所述第二鈍化層之間。
[0022] 在上述方法中，還包括：提供第二襯底；在所述第二襯底上方形成第二鈍化層；在 所述第二鈍化層中形成第二凹槽；在所述第二凹槽中形成第二阻擋層；以及在所述第二鈍 化層的所述第二凹槽中形成第二導(dǎo)電焊盤，從而使得所述第二阻擋層介于所述第二導(dǎo)電焊 盤和所述第二鈍化層之間；還包括：使用直接電介質(zhì)至電介質(zhì)接合方法將所述第一鈍化層 接合至所述第二鈍化層。
[0023] 在上述方法中，還包括：提供第二襯底；在所述第二襯底上方形成第二鈍化層；在 所述第二鈍化層中形成第二凹槽；在所述第二凹槽中形成第二阻擋層；以及在所述第二鈍 化層的所述第二凹槽中形成第二導(dǎo)電焊盤，從而使得所述第二阻擋層介于所述第二導(dǎo)電焊 盤和所述第二鈍化層之間；還包括：使用直接電介質(zhì)至電介質(zhì)接合方法將所述第一鈍化層 接合至所述第二鈍化層；還包括：使用直接金屬至金屬接合方法將所述第一導(dǎo)電焊盤接合 至所述第二導(dǎo)電焊盤。
[0024] 在上述方法中，還包括：提供第二襯底；在所述第二襯底上方形成第二鈍化層；在 所述第二鈍化層中形成第二凹槽；在所述第二凹槽中形成第二阻擋層；以及在所述第二鈍 化層的所述第二凹槽中形成第二導(dǎo)電焊盤，從而使得所述第二阻擋層介于所述第二導(dǎo)電焊 盤和所述第二鈍化層之間；還包括：使用直接電介質(zhì)至電介質(zhì)接合方法將所述第一鈍化層 接合至所述第二鈍化層；還包括：使用直接金屬至金屬接合方法將所述第一導(dǎo)電焊盤接合 至所述第二導(dǎo)電焊盤；還包括：在介于約250°C至約400°C之間的溫度下實(shí)施持續(xù)時(shí)間介于 約0. 5hr和約4hr之間的退火。
【附圖說(shuō)明】
[0025] 當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述可以更好地理解本發(fā)明的方面。應(yīng)該強(qiáng) 調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的論述，各個(gè)部 件的尺寸可以任意地增大或縮小。
[0026] 圖1至圖5是根據(jù)一些實(shí)施例的示出了晶圓接合工藝的截面圖；
[0027] 圖6至圖9是根據(jù)一些實(shí)施例的示出了用于形成金屬化層的方法的截面圖；以