晶圆接合工艺和结构的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明总体涉及半导体工艺领域，更具体地，涉及晶圆接合工艺和结构。
【背景技术】
[0002] 半导体制造者面临着持续的挑战以遵守摩尔定律。他们不断努力以持续地降低部 件尺寸，诸如有源和无源器件的尺寸、互连引线的宽度和厚度、和功率消耗以及提高器件密 度、引线密度和操作频率。在一些应用中，这些更小的电部件也需要利用比过去的封装件更 小面积的更小的封装件。
[0003] 在半导体封装中，近年来开发了三维集成电路（3DIC)，在3DIC中，多个半导体管 芯彼此堆叠，诸如叠层封装（P〇P)和封装件上系统（SiP)封装技术。形成3DIC的一些方法 包括将两个以上的半导体晶圆接合在一起，并且将诸如逻辑电路、存储器电路和处理器电 路等的有源电路设置在不同的半导体晶圆上。常用的接合技术包括直接接合、化学活性接 合、等离子体活性接合、阳极接合、共晶接合、玻璃熔融接合、粘合接合、热压缩接合、反应接 合等。一旦两个半导体晶圆接合在一起，则两个半导体晶圆之间的界面则可以在堆叠式半 导体晶圆之间提供导电路径。
[0004] 堆叠式半导体器件的一个有利特征是通过采用堆叠式半导体器件可以实现更高 的密度。此外，堆叠式半导体器件可以实现更小的形状因数、成本效益、增强的性能和更低 的功耗。
【发明内容】
[0005] 为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种半导体器件，包括：第一衬底，所 述第一衬底上具有第一介电层；第一钝化层，覆盖所述第一介电层，所述第一钝化层具有第 一凹槽；第一阻挡层，沿着所述第一凹槽的侧壁；以及第一外部接触焊盘，位于所述第一凹 槽中，所述第一阻挡层介于所述第一外部接触焊盘和所述第一钝化层之间。
[0006] 在上述半导体器件中，其中，所述第一钝化层包括含有未掺杂的硅玻璃（USG)的 第一钝化子层、含有氮化硅（SiN)的第二钝化子层、含有USG的第三钝化子层和含有氮氧化 硅（SiON)的第四钝化子层。
[0007] 在上述半导体器件中，其中，所述第一阻挡层包括含有氮化钽（TaN)的第一阻挡 子层和含有钴（Co)、镍（Ni)或铁（Fe)的第二阻挡子层。
[0008] 在上述半导体器件中，其中，所述第一阻挡层沿着所述第一凹槽的底部延伸。
[0009] 在上述半导体器件中，其中，所述外部接触焊盘包括尺寸小于500A的孔隙。
[0010] 在上述半导体器件中，还包括：第二衬底，所述第二衬底上具有第二介电层；第二 钝化层，覆盖所述第二介电层，所述第二钝化层具有第二凹槽；第二阻挡层，沿着所述第二 凹槽的侧壁；以及第二外部接触焊盘，位于所述第二凹槽中，所述第二阻挡层介于所述第二 外部接触焊盘和所述第二钝化层之间。
[0011] 在上述半导体器件中，还包括：第二衬底，所述第二衬底上具有第二介电层；第二 钝化层，覆盖所述第二介电层，所述第二钝化层具有第二凹槽；第二阻挡层，沿着所述第二 凹槽的侧壁；以及第二外部接触焊盘，位于所述第二凹槽中，所述第二阻挡层介于所述第二 外部接触焊盘和所述第二钝化层之间；其中，使用直接金属至金属至金属接合方法将所述 第一外部接触焊盘接合至所述第二外部接触焊盘，并且使用直接电介质至电介质接合方法 将所述第一钝化层接合至所述第二钝化层。
[0012] 根据本发明的另一个方面，提供了一种半导体器件，包括：第一结构，包括：第一 衬底；第一钝化层，位于所述第一衬底上方；多个第一导电焊盘，位于所述第一钝化层中； 及第一阻挡层，介于所述多个第一导电焊盘的每个和所述第一钝化层之间，所述第一阻挡 层包括第一阻挡子层和第二阻挡子层；以及第二结构，直接接合至所述第一结构，所述第二 结构包括：第二衬底；第二钝化层，位于所述第二衬底上方；多个第二导电焊盘，位于所述 第二钝化层中；及第二阻挡层，介于所述多个第二导电焊盘的每个和所述第二钝化层之间， 所述第二阻挡层包括第三阻挡子层和第四阻挡子层；其中，所述第二结构接合至所述第一 结构，从而使得所述多个第一导电焊盘与所述多个第二导电焊盘的相应的一个对准。
[0013] 在上述半导体器件中，其中，所述第一钝化层还包括含有未掺杂的硅玻璃（USG) 的第一钝化子层、含有氮化硅（SiN)的第二钝化子层、含有USG的第三钝化子层和含有氮氧 化硅（SiON)的第四钝化子层。
[0014] 在上述半导体器件中，其中，所述第一阻挡子层包括氮化钽（TaN)并且所述第二 阻挡子层包括钴（Co)、镍（Ni)或铁（Fe)。
[0015] 在上述半导体器件中，其中，所述多个第一导电焊盘包括铜（Cu)。
[0016] 在上述半导体器件中，其中，所述第一阻挡层和所述多个第一导电焊盘之间的还 原电位差介于约-IV至约+1V之间。
[0017] 在上述半导体器件中，其中，所述多个第一导电焊盘还包括尺寸小于500 A的孔 隙。
[0018] 在上述半导体器件中，其中，所述多个第一导电焊盘的第一最上表面和所述第一 钝化层的第二最上表面共平面。
[0019] 根据本发明的又一个方面，提供了一种用于接合半导体结构的方法，所述方法包 括：提供第一衬底；在所述第一衬底上方形成第一钝化层；在所述第一钝化层中形成第一 凹槽；在所述第一凹槽中形成第一阻挡层；以及在所述第一钝化层的所述第一凹槽中形成 第一导电焊盘，从而使得所述第一阻挡层介于所述第一导电焊盘和所述第一钝化层之间。
[0020] 在上述方法中，其中，形成所述第一阻挡层还包括：在所述钝化层的所述第一凹槽 中形成第一阻挡子层和第二阻挡子层。
[0021] 在上述方法中，还包括：提供第二衬底；在所述第二衬底上方形成第二钝化层；在 所述第二钝化层中形成第二凹槽；在所述第二凹槽中形成第二阻挡层；以及在所述第二钝 化层的所述第二凹槽中形成第二导电焊盘，从而使得所述第二阻挡层介于所述第二导电焊 盘和所述第二钝化层之间。
[0022] 在上述方法中，还包括：提供第二衬底；在所述第二衬底上方形成第二钝化层；在 所述第二钝化层中形成第二凹槽；在所述第二凹槽中形成第二阻挡层；以及在所述第二钝 化层的所述第二凹槽中形成第二导电焊盘，从而使得所述第二阻挡层介于所述第二导电焊 盘和所述第二钝化层之间；还包括：使用直接电介质至电介质接合方法将所述第一钝化层 接合至所述第二钝化层。
[0023] 在上述方法中，还包括：提供第二衬底；在所述第二衬底上方形成第二钝化层；在 所述第二钝化层中形成第二凹槽；在所述第二凹槽中形成第二阻挡层；以及在所述第二钝 化层的所述第二凹槽中形成第二导电焊盘，从而使得所述第二阻挡层介于所述第二导电焊 盘和所述第二钝化层之间；还包括：使用直接电介质至电介质接合方法将所述第一钝化层 接合至所述第二钝化层；还包括：使用直接金属至金属接合方法将所述第一导电焊盘接合 至所述第二导电焊盘。
[0024] 在上述方法中，还包括：提供第二衬底；在所述第二衬底上方形成第二钝化层；在 所述第二钝化层中形成第二凹槽；在所述第二凹槽中形成第二阻挡层；以及在所述第二钝 化层的所述第二凹槽中形成第二导电焊盘，从而使得所述第二阻挡层介于所述第二导电焊 盘和所述第二钝化层之间；还包括：使用直接电介质至电介质接合方法将所述第一钝化层 接合至所述第二钝化层；还包括：使用直接金属至金属接合方法将所述第一导电焊盘接合 至所述第二导电焊盘；还包括：在介于约250°C至约400°C之间的温度下实施持续时间介于 约0. 5hr和约4hr之间的退火。
【附图说明】
[0025] 当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可以更好地理解本发明的方面。应该强 调的是，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制。实际上，为了清楚的论述，各个部 件的尺寸可以任意地增大或缩小。
[0026] 图1至图5是根据一些实施例的示出了晶圆接合工艺的截面图；
[0027] 图6至图9是根据一些实施例的示出了用于形成金属化层的方法的截面图；以