[发明专利]半导体器件及其制作方法、芯片键合结构

说明书

本发明提供了一种半导体器件及其制作方法、芯片键合结构，包括：提供键合的第一晶圆和第二晶圆；形成位于第二衬底上的图形化的绝缘层，图形化的绝缘层具有均暴露出第二衬底的第一开孔和辅助开孔；形成保护层，保护层填充部分深度的辅助开孔以及覆盖第一开孔的侧壁；形成硅通孔；形成第二金属层，第二金属层包括互连金属层和辅助金属层，互连金属层填充硅通孔且与第一金属层电连接；辅助金属层填充辅助开孔。本发明中，辅助金属层的形成工艺兼容了TSV工艺，不需要增加额外的工艺，在不增加成本的情况下形成辅助金属层，使第二晶圆表面的图形密度(金属分布密度)趋于均匀，提高了化学机械研磨均匀性，从而提高CMP后晶圆表面的平整度。

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及一种半导体器件及其制作方法、芯片键合结构。

背景技术

在半导体技术中，化学机械研磨(Chemical Mechanical Polishing，CMP) 是目前超大规模集成电路阶段中用于平坦化晶圆表面重要工艺手段。高平整度的晶圆形貌会大大降低后续工艺难度，可提高后续工艺的精准度、稳定性等。CMP通常借助抛光液的化学腐蚀作用以及超微粒子的研磨作用，在被研磨的介质表面上形成光洁平坦的表面。然而，不断降低的工艺尺寸使CMP面临着巨大的挑战。在某些特殊设计图形中，例如含硅通孔的工艺，硅通孔中通常填充金属铜，硅通孔所在晶圆顶面金属密度偏大，待研磨的晶圆表面存在不同的图形密度(例如不同的金属密度)，CMP工艺处理不同的图形密度存在差异性较大的研磨速率，从而影响CMP后晶圆表面的平整度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制作方法、芯片键合结构，提高了化学机械研磨均匀性，从而提高CMP后晶圆表面的平整度。

本发明提供一种半导体器件的制作方法，包括：

提供键合的第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆包括第一衬底、位于所述第一衬底上的第一介质层和嵌设于所述第一介质层中的第一金属层；所述第二晶圆包括第二衬底；

形成位于所述第二衬底上的图形化的绝缘层，所述图形化的绝缘层具有均暴露出所述第二衬底的第一开孔和辅助开孔，所述第一开孔位于所述第一金属层的上方；

形成保护层，所述保护层填充部分深度的所述辅助开孔以及覆盖所述第一开孔的侧壁；

形成硅通孔，所述硅通孔贯穿所述保护层暴露出的所述第一开孔下方的所述第二晶圆和部分厚度的所述第一介质层暴露出所述第一金属层；

形成第二金属层，所述第二金属层包括互连金属层和辅助金属层，所述互连金属层填充所述硅通孔且与所述第一金属层电连接；所述辅助金属层填充所述辅助开孔；

化学机械研磨所述第二金属层和所述图形化的绝缘层，以平坦化所述第二晶圆的表面。

进一步的，所述辅助开孔分布在所述图形化的绝缘层中所述第一开孔未分布或分布稀疏的区域，使所述图形化的绝缘层中，由所述第一开孔和所述辅助开孔构成的开孔分布趋于均匀。

进一步的，所述图形化的绝缘层中具有若干个间隔设置的所述第一开孔，相邻的所述第一开孔之间设置有所述辅助开孔。

进一步的，形成所述保护层，包括：

沉积初始保护层，所述初始保护层填充所述辅助开孔且覆盖所述第一开孔的侧壁与底面以及所述图形化的绝缘层的上表面；

执行无掩膜刻蚀，以去除位于所述第一开孔的底面和所述图形化的绝缘层上的所述初始保护层，还去除位于所述辅助开孔中的部分厚度的所述初始保护层，剩余的所述初始保护层即为所述保护层。

进一步的，为在垂直于所述第二衬底的截面上，所述辅助开孔的截面宽度为W，所述初始保护层在所述第一开孔的侧壁沉积的厚度为h，2h≥ W。

进一步的，形成所述硅通孔具体包括：