[发明专利]一种键合晶圆及其制备方法

权利要求书

1.一种键合晶圆，所述键合晶圆包括依次层叠的以下结构：

第一晶圆；

具有第一顶层金属的第一顶层金属绝缘层，所述第一顶层金属绝缘层层叠在所述第一晶圆上；

一个或两个互连金属绝缘层，其中所述一个或两个互连金属绝缘层层叠在所述第一顶层金属绝缘层上，且在所述一个或两个互连金属绝缘层中形成有互连金属柱；

具有第二顶层金属的第二顶层金属绝缘层，所述第二顶层金属绝缘层层叠在所述互连金属绝缘层上；和

第二晶圆，所述第二晶圆层叠在所述第二顶层金属绝缘层上；

其中，所述互连金属柱与所述第一顶层金属和所述第二顶层金属之间形成电连接；

在所述键合晶圆包括一个所述互连金属绝缘层时，所述键合晶圆还包括一个金属键合垫，所述第二顶层金属直接与所述一个金属键合垫键合；

在所述键合晶圆包括两个所述互连金属绝缘层时，每个所述互连金属绝缘层中包括一个所述互连金属柱，所述键合晶圆还包括一个金属键合垫或两个金属键合垫，所述一个金属键合垫直接与一个所述互连金属柱键合，或者所述两个金属键合垫直接键合；

其中，与所述互连金属柱具有相同外轮廓的所述金属键合垫，是在所述互连金属绝缘层中形成所述互连金属柱的同时，在所述互连金属绝缘层上形成金属层，并刻蚀所述金属层形成的。

2.根据权利要求1所述的键合晶圆，其中，所述第一顶层金属、第二顶层金属或互连金属柱的金属材料各自选自铜、铝、锡和钨中的至少一种。

3.根据权利要求2所述的键合晶圆，其中，所述第一顶层金属、第二顶层金属以及互连金属柱的金属材料为铜。

4.根据权利要求1所述的键合晶圆，其中，所述第一晶圆和所述第二晶圆中的每一个具有选自器件区、存储区中的至少一个区。

5.根据权利要求1所述的键合晶圆，其中，各所述绝缘层的绝缘材料选自氧化物、氮化物和氮氧化物中的至少一种。

6.一种键合晶圆的制备方法，所述方法包括：

提供第一晶圆，并在所述第一晶圆上形成第一顶层金属绝缘层，其中在所述第一顶层金属绝缘层中形成有第一顶层金属；

在所述第一顶层金属绝缘层上形成第一互连金属绝缘层；

蚀刻所述第一互连金属绝缘层以形成暴露所述第一顶层金属的第一通孔；

向所述第一互连金属绝缘层以及所述第一通孔沉积金属以在所述第一通孔内形成第一互连金属柱并在第一互连金属绝缘层上形成第一金属层；

蚀刻所述第一金属层以暴露所述第一互连金属绝缘层并形成具有与所述第一通孔的外轮廓相同的第一金属键合垫；

提供第二晶圆，并在所述第二晶圆上形成第二顶层金属绝缘层，其中，在所述第二顶层金属绝缘层中形成有第二顶层金属；

在所述键合晶圆包括一个所述互连金属绝缘层时，所述方法还包括：直接键合所述第一金属键合垫和所述第二顶层金属，使所述第一晶圆和所述第二晶圆键合；

在所述键合晶圆包括两个所述互连金属绝缘层和一个所述金属键合垫时，所述方法还包括：在所述第二顶层金属绝缘层上形成第二互连金属绝缘层，其中，在所述第二互连金属绝缘层中形成有与所述第二顶层金属互连的第二互连金属柱；直接键合所述第一金属键合垫和所述第二互连金属柱，使所述第一晶圆和所述第二晶圆键合；

在所述键合晶圆包括两个所述互连金属绝缘层和两个所述金属键合垫时，所述方法还包括：在所述第二顶层金属绝缘层上形成第二互连金属绝缘层；蚀刻所述第二互连金属绝缘层以形成暴露所述第二顶层金属的第二通孔；向所述第二互连金属绝缘层以及所述第二通孔沉积金属以在所述第二通孔内形成第二互连金属柱并在第二互连金属绝缘层上形成第二金属层；蚀刻所述第二金属层以暴露所述第二互连金属绝缘层并形成具有与所述第二通孔的外轮廓相同的第二金属键合垫；直接键合所述第一金属键合垫和所述第二金属键合垫，使第一晶圆和第二晶圆键合。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，当所述第二晶圆上仅形成有第二顶层金属绝缘层时，在所述键合中使所述第二顶层金属绝缘层与所述第一晶圆上的所述第一互连金属绝缘层对接，并使所述第二顶层金属与所述第一金属键合垫对接。