[发明专利]具有由不扩散导电材料制成的键合触点的键合半导体结构及其形成方法

说明书

公开了键合半导体结构及其制造方法的实施例。在示例中，半导体器件包括第一半导体结构、第二半导体结构、以及第一半导体结构和第二半导体结构之间的键合界面。第一半导体结构包括衬底、设置在衬底上的第一器件层、以及设置在第一器件层上方并包括第一键合触点的第一键合层。第二半导体结构包括第二器件层和第二键合层，第二键合层设置在第二器件层下方并包括第二键合触点。第一键合触点在键合界面处与第二键合触点接触。第一键合触点或第二键合触点中的至少一个由不扩散导电材料制成。

背景技术

本公开的实施例涉及键合半导体结构及其制造方法。

通过改进工艺技术、电路设计、编程算法和制造工艺，将诸如存储单元的平面半导体器件缩放到较小的尺寸。然而，随着半导体器件的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性且成本高。三维(3D)器件架构可以解决一些平面半导体器件(例如，闪存器件)中的密度限制。

3D半导体器件可以通过堆叠半导体晶片或管芯并使用例如穿硅通孔(TSV)或铜-铜(Cu-Cu)连接将它们垂直地互连来形成，从而使得到的结构与传统的平面工艺相比，可以作为单个器件来在减小功率和更小占用面积方面实现性能提升。在用于堆叠半导体衬底的各种技术中，混合键合被认为是有前途的技术之一，因为它具有形成高密度互连的能力。

发明内容

本文公开了半导体器件、键合结构及其制造方法的实施例。

在一个示例中，半导体器件包括第一半导体结构、第二半导体结构、以及第一半导体结构和第二半导体结构之间的键合界面。第一半导体结构包括衬底、设置在衬底上的第一器件层、以及设置在第一器件层上方并包括第一键合触点的第一键合层。第二半导体结构包括第二器件层和第二键合层，第二键合层设置在第二器件层下方并包括第二键合触点。第一键合触点在键合界面处与第二键合触点接触。第一键合触点或第二键合触点中的至少一个由不扩散导电材料制成。

在另一个示例中，键合结构包括：第一键合层，其包括第一键合触点和第一电介质；第二键合层，其包括第二键合触点和第二电介质；以及位于第一键合层和第二键合层之间的键合界面。第一键合触点在键合界面处与第二键合触点接触，并且第一电介质在键合界面处与第二电介质接触。第一键合触点和第二键合触点中的每一个由除铜(Cu)之外的相同的不扩散导电材料制成。

在又一个示例中，公开了一种用于形成半导体器件的方法。在第一衬底上方形成第一器件层。在第一器件层上方形成包括第一键合触点的第一键合层。第一键合触点由第一不扩散导电材料制成。在第二衬底上方形成第二器件层。在第二器件层上方形成包括第二键合触点的第二键合层。第一衬底和第二衬底以面对面的方式键合，使得第一键合触点在键合界面处与第二键合触点接触。

附图说明

并入本文中并且构成说明书的部分的附图示出了本公开的实施例，并且与说明书一起进一步用来对本公开的原理进行解释，并且使相关领域技术人员能够实施和使用本公开。

图1示出了根据本公开的一些实施例的示例性键合半导体器件的截面图，该示例性键合半导体器件包括由不扩散导电材料制成的键合触点。

图2示出了根据本公开的一些实施例的示例性键合结构的截面图，该示例性键合结构包括由不扩散导电材料制成的键合触点。

图3A-3C示出了根据本公开的一些实施例的用于形成第一半导体结构的示例性制造工艺，该第一半导体结构包括由不扩散导电材料制成的键合触点。

图4A-4C示出了根据本公开的一些实施例的用于形成第二半导体结构的示例性制造工艺，该第二半导体结构包括由不扩散导电材料制成的键合触点。

图5A-5B示出了根据本公开的一些实施例的用于键合第一半导体结构和第二半导体结构的示例性制造工艺。

图6是根据本公开的一些实施例的用于形成半导体器件的示例性方法的流程图，该半导体器件包括由不扩散导电材料制成的键合触点。