[发明专利]含有自对准互锁接合结构的三维存储器装置及其制造方法

说明书

第一衬底具有从第一接合侧平面表面突出的第一台面结构。第一金属衬垫结构嵌入在所述第一台面结构内。第二衬底具有从第二接合侧平面表面凹陷的第一凹部空腔。第二金属衬垫结构位于所述第一凹部空腔的凹陷区处。使所述第一接合侧平面表面和所述第二接合侧平面表面彼此物理接触，同时通过自对准将所述第一台面结构设置于所述第一凹部空腔的体积区内。在所述第一凹部空腔的体积区内的所述第一金属衬垫结构与所述第二金属衬垫结构之间提供间隙。通过使第三金属材料选择性地从所述第一金属衬垫结构和所述第二金属衬垫结构生长来形成金属连接衬垫。

相关申请案

本申请案要求保护2018年4月23日申请的美国非临时申请案第15/960,267号的优先权权益，并且所述非临时申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明大体涉及半导体装置的领域，且确切地说，涉及含有包含各对匹配的突起与凹部的自对准互锁接合结构的三维存储器装置及其制造方法。

背景技术

可通过接合位于一对相对的衬底上的两组铜接合衬垫而接合现有技术衬底。一对相对的衬底应在接合过程期间对准，以在两个衬底中的电节点之间提供电连接。接合衬垫的未对准可导致接合结构的产品产量减小。

发明内容

根据本发明的一方面，提供一种接合结构，所述接合结构包括：第一衬底，其具有第一接合侧平面表面和从所述第一接合侧平面表面突出的第一台面结构，其中包括第一金属材料且包含第一金属表面的第一金属衬垫结构嵌入在所述第一台面结构内；第二衬底，其具有第二接合侧平面表面和从所述第二接合侧平面表面凹陷的第一凹部空腔，其中包括第二金属材料且包含第二金属表面的第二金属衬垫结构位于所述第一凹部空腔的凹陷区处，并且所述第一台面结构设置于所述第一凹部空腔的体积区内且所述第一接合侧平面表面接触所述第二接合侧平面表面；以及包括第三金属材料的金属连接衬垫，其接合到所述第一金属衬垫结构和所述第二金属衬垫结构，并位于所述第一凹部空腔的未由所述第一台面结构填充的体积区内。

根据本发明的另一方面，提供一种形成接合结构的方法，所述方法包括：提供第一衬底，所述第一衬底具有第一接合侧平面表面和从所述第一接合侧平面表面突出的第一台面结构，其中包括第一金属材料且包含第一金属表面的第一金属衬垫结构嵌入在所述第一台面结构内；提供第二衬底，所述第二衬底具有第二接合侧平面表面和从所述第二接合侧平面表面凹陷的第一凹部空腔，其中包括第二金属材料且包含第二金属表面的第二金属衬垫结构位于所述第一凹部空腔的凹陷区处；使所述第一接合侧平面表面与所述第二接合侧平面表面彼此物理接触，同时将所述第一台面结构设置在所述第一凹部空腔的体积区内，其中在所述第一凹部空腔的体积区内的所述第一金属衬垫结构与所述第二金属衬垫结构之间提供间隙；以及通过使第三金属材料选择性地从所述第一金属衬垫结构和所述第二金属衬垫结构生长来形成金属连接衬垫。

附图说明

图1A是根据本发明的实施例的包含三维存储器阵列的示范性三维存储器装置的示意性垂直横截面图。

图1B是图1A的示范性三维存储器装置的自上而下视图。

图2A是根据本发明的实施例的在形成互连级电介质层和下部金属衬垫结构与下部牺牲衬垫结构的衬垫堆叠之后的第一示范性半导体结构的垂直横截面图，所述第一示范性半导体结构可以结合图1A和图1B的示范性三维存储器装置。

图2B是图2A的第一示范性半导体结构的自上而下视图。

图3A是根据本发明的实施例的在形成接合级电介质层和接合级通孔结构之后的第一示范性半导体结构的垂直横截面图。

图3B是图3A的第一示范性半导体结构的自上而下视图。

图4A是根据本发明的实施例的在形成上部金属衬垫结构与上部牺牲衬垫结构的衬垫堆叠之后的第一示范性半导体结构的垂直横截面图。