[发明专利]混合晶圆键合方法及其结构

说明书

一种混合晶圆键合方法，包括：提供第一半导体结构以及提供第二半导体结构。第一半导体结构包括：第一衬底、第一电介质和第一通孔结构。第一通孔结构包括：第一接触通孔和在第一接触通孔中掺杂的第一金属杂质。第二半导体结构包括：第二衬底、第二电介质层和第二通孔结构。第二通孔结构包括：第二接触通孔和在第二接触通孔中掺杂的第二金属杂质。方法还包括：使第一半导体结构与第二半导体结构键合，以及通过合金化工艺来形成自阻隔层。自阻隔层是由与第一金属杂质和第二金属杂质相对应的多组分氧化物形成的。

技术领域

本申请涉及晶圆键合技术的领域，并且更具体而言，涉及混合晶圆键合方法及其结构。

背景技术

在混合晶圆键合工艺中，可以将具有接触通孔(contact via)的半导体结构键合到一起。然而，接触通孔往往具有不同尺寸。这可能导致在一个半导体结构的接触通孔的表面部分与另一半导体结构的电介质层之间的相互作用。例如，接触通孔中的铜可能扩散到电介质层中，并且引起经键合的晶圆的质量的劣化。

用于阻挡金属扩散的常规解决方案包括在每一晶圆的键合表面上沉积金属阻挡层。金属阻挡层和电介质层由不同材料构成。在形成接触通孔时，可以对金属阻挡层和电介质层执行刻蚀工艺。由于不同的刻蚀速率的原因，可能在金属阻挡层和电介质层之间形成空隙。因此，可能在接触通孔内发生缺陷。

所公开的方法和结构涉及解决上文阐述的一个或多个问题以及其他问题。

发明内容

本公开的一个方面包括混合晶圆键合方法。方法包括提供第一半导体结构以及提供第二半导体结构。第一半导体结构包括：第一衬底、形成于第一衬底上的第一电介质层、以及形成于第一电介质层中并且形成于第一衬底上的第一通孔结构。第一通孔结构包括第一接触通孔和在第一接触通孔中掺杂的第一金属杂质，第一接触通孔具有第一接触通孔表面。第二半导体结构包括：第二衬底、形成于第二衬底上的第二电介质层、以及形成于第二电介质层中并且形成于第二衬底上的第二通孔结构。第二通孔结构包括第二接触通孔和在第二接触通孔中掺杂的第二金属杂质，第二接触通孔具有第二接触通孔表面。方法还包括：通过使第一接触通孔表面与第二接触通孔表面附接，来使第一半导体结构与第二半导体结构键合，其中，第二接触通孔表面和第一接触通孔表面具有不同的表面积，并且具有重叠界面；以及通过在第一半导体结构和第二半导体结构之间的合金化工艺，来在第一接触通孔表面和第二接触通孔表面中的一者或多者的非重叠表面上形成自阻隔(self-barrier)层，其中，自阻隔层是由与第一金属杂质和第二金属杂质相对应的多组分氧化物形成的。

本公开的另一方面包括一种混合晶圆键合结构，其包括第一半导体结构、第二半导体结构和自阻隔层。第一半导体结构包括：第一衬底、形成于第一衬底上的第一电介质层、以及形成于第一电介质层中并且形成于第一衬底上的第一通孔结构，第一接触通孔具有第一接触表面。第二半导体结构包括：第二衬底、形成于第二衬底上的第二电介质层、以及形成于第二电介质层中并且形成于第二衬底上的第二通孔结构，第二接触通孔具有第二接触通孔表面。第一半导体结构与第二半导体结构键合，第一接触通孔表面与第二接触通孔表面附接，并且第二接触通孔表面和第一接触通孔表面具有不同的表面积，并且具有重叠界面。自阻隔层在第一半导体结构和第二半导体结构之间的键合界面处形成于第一接触通孔表面和第二接触通孔表面中的一者或多者的非重叠表面上，其中，自阻隔层包含多组分氧化物。

本领域技术人员根据本公开的描述、权利要求和附图能够理解本公开的其他方面。

附图说明

下文的附图只是根据各种所公开实施例的用于举例说明目的的示例，而非意在限制本公开的范围。

图1示出了根据本公开的各种实施例的示例性混合晶圆键合方法。

图2示出了根据本公开的各种实施例的示例性第一半导体结构。

图3示出了根据本公开的各种实施例的示例性第二半导体结构。