半导体结构及其形成方法技术

本发明专利技术涉及一种半导体结构及其形成方法，所述半导体结构包括：第一基底；位于所述第一基底表面的第一键合层，所述第一键合层的材料为包含C元素的介质材料，所述第一键合层背向所述第一基底的表层的C原子浓度大于或等于35％。所述半导体结构在的第一键合层在键合时能够提高键合强度。能够提高键合强度。能够提高键合强度。

【技术实现步骤摘要】
半导体结构及其形成方法
[0001]本申请是申请日为2018年6月29日的PCT国际专利申请PCT/CN2018/093690进入中国国家阶段的中国专利申请号201880096616.X、专利技术名称为“半导体结构及其形成方法”的分案申请。


[0002]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种半导体结构及其形成方法。

技术介绍

[0003]在3D的芯片技术平台中，通常会将两片以上形成有半导体器件的晶圆通过晶圆键合技术进行键合，以提高芯片的集成度。现有的晶圆键合技术，在晶圆键合面上形成键合薄膜以进行键合。
[0004]现有技术中，通常采用氧化硅和氮化硅薄膜作为键合薄膜，键合强度不够，导致工艺过程中容易出现缺陷，产品良率受到影响。
[0005]并且，键合薄膜内还形成有金属连接结构，在混合键合的过程中，所述金属连接结构容易在键合界面出现扩散现象，导致产品性能受到影响。
[0006]因此，如何提高晶圆键合的质量，是目前亟待解决的问题。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种半导体结构及其形成方法。
[0008]本专利技术提供一种半导体结构，所述半导体结构包括：第一基底；位于所述第一基底表面的第一键合层，所述第一键合层的材料为包含C元素的介质材料，所述第一键合层背向所述第一基底的表层的C原子浓度大于或等于35％。
[0009]可选的，所述第一键合层中，C的原子浓度均匀分布。
[0010]可选的，所述第一键合层中，C的原子浓度随第一键合层厚度增加而逐渐增大。
[0011]可选的，所述表层厚度为
[0012]可选的，还包括：第二基底，所述第二基底表面形成有第二键合层，所述第二键合层与所述第一键合层表面相对键合固定。
[0013]可选的，所述第二键合层的材料为包含C元素的介质材料，所述第二键合层背向所述第二基底的表层的C原子浓度大于或等于35％。
[0014]可选的，所述第二键合层的材料与所述第一键合层的材料相同。
[0015]可选的，还包括：贯穿所述第一键合层的第一键合垫；贯穿所述第二键合层的第二键合垫；所述第一键合垫与第二键合垫相对键合连接。
[0016]本专利技术的技术方案还提供一种半导体结构，包括：第一基底；位于所述第一基底表面的键合叠层，所述键合叠层包括键合的若干层键合层，所述键合叠层的材料为包含Si、N、C和O的介质材料。
[0017]可选的，所述键合叠层为两层具有CH3键的键合层分别经氧化后键合而成。
[0018]可选的，所述键合层靠近键合面的表层的C原子浓度大于或等于35％。
[0019]可选的，还包括：第二基底，位于所述键合叠层背向所述第一基底的一侧。
[0020]可选的，还包括：贯穿所述键合层的键合垫；两个所述键合层内的键合垫相对键合连接。
[0021]本专利技术的技术方案还提供一种半导体结构的形成方法，包括：提供第一基底；在所述第一基底表面形成第一键合层，所述第一键合层的材料为包含C元素的介质材料且含有CH3键；提供第二基底；在所述第二基底表面形成第二键合层，所述第二键合层的材料为包含C元素的介质材料且含有CH3键；使所述第一键合层、第二键合层的表层氧化，以使CH3键被氧化为OH键；将所述第一键合层和第二键合层相对键合连接。
[0022]可选的，所述第一键合层和第二键合层的表层内的C原子浓度大于或等于35％。
[0023]可选的，采用等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述第一键合层。
[0024]可选的，所述第一键合层和第二键合层中，C的原子浓度均匀分布或者C的原子浓度随第一键合层、第二键合层厚度增加而逐渐增大。
[0025]可选的，所述表层厚度为
[0026]本专利技术的半导体结构的第一键合层在键合时能够具有较高的键合力，并且能够阻挡金属材料在键合界面的扩散，从而提高形成的半导体结构的性能。
附图说明
[0027]图1至图4为本专利技术一具体实施方式的半导体结构的形成过程的结构示意图；
[0028]图5为本专利技术一具体实施方式的半导体结构的示意图；
[0029]图6为本专利技术一具体实施方式的半导体结构的示意图。
具体实施方式
[0030]下面结合附图对本专利技术提供的半导体结构及其形成方法的具体实施方式做详细说明。
[0031]请参考图1至图4，为本专利技术一具体实施方式的半导体结构的形成过程的结构示意图。
[0032]请参考图1，提供第一基底100。
[0033]所述第一基底100包括第一半导体衬底101、形成于所述第一半导体衬底101表面的第一器件层102。
[0034]所述第一半导体衬底101可以为单晶硅衬底、Ge衬底、SiGe衬底、SOI或GOI等；根据器件的实际需求，可以选择合适的第一半导体衬底101，在此不作限定。该具体实施方式中，所述第一半导体衬底101为单晶硅晶圆。
[0035]所述第一器件层102包括形成于所述半导体衬底101上的半导体器件、连接所述半导体器件的金属互连结构、覆盖所述半导体器件以及金属互连结构的介质层等。所述第一器件层102可以为多层或单层结构。在一个具体实施方式中，所述第一器件层102包括介质层以及形成于介质层内的3D NAND结构。
[0036]请参考图2，在所述第一基底100表面形成第一键合层200，所述第一键合层的材料为包含C元素的介质材料，自所述第一键合层表面向所述第一键合层内部一定厚度的表层
内的C的原子浓度大于或等于35％。
[0037]可以采用化学气相沉积工艺，形成所述第一键合层200。该具体实施方式中，采用等离子体化学气相沉积工艺形成所述第一键合层200。
[0038]所述第一键合层200的材料为包含C元素的介质材料。在一个具体实施方式中，所述第一键合层200主要包含Si、N和C。在其他具体实施方式中，基于化学气相沉积工艺中采用的反应气体，以及具体产品的需求，所述第一键合层200内还可以掺杂有Si、N、O、H、P、F等元素中的至少一种。所述第一键合层200的材料可以为掺碳氮化硅、掺碳氮氧化硅、掺氮碳氧化硅等。
[0039]在一个具体实施方式中，采用等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述第一键合层200，采用的反应气体包括三甲基硅烷或四甲基硅烷中的一种以及括NH3，三甲基硅烷或四甲基硅烷与NH3的流量比为2:1，射频功率为800W。
[0040]通过控制所述第一键合层200的形成工艺参数，可以调整所述第一键合层200内各组分的浓度，对所述第一键合层200与第一器件层102之间的粘附力、第一键合层200的介电系数以及与其他键合层进行键合后的键合力进行调整。
[0041]所述第一键合层200中的C能够有效提高所述第一键合层201在键合过程中，与其他键合层之间的键合力。因此，C浓度越高，与其他键合层之间进行键合时产生的键合力越大。所述第一键合层200表面处的C浓度越高，与其他键本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体结构，其特征在于，包括：第一键合层，所述第一键合层的材料包含Si和C元素的介质材料，所述第一键合层包括相对设置的第一表层和第二表层，所述第一表层的C原子浓度大于所述第二表层的C原子浓度，且所述第一表层的C原子浓度大于或等于35％。2.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：位于所述第一键合层一侧的第一基底，所述第二表层为所述第一键合层连接所述第一基底的表层，所述第一表层为所述第一键合层背向所述第一基底的表层，所述第一表层厚度为3.根据权利要求1所述的半导体结构，其特征在于，还包括：第一基底、第二基底和位于所述第二基底上的第二键合层，所述第一键合层位于所述第一基底上，所述第二键合层和所述第一键合层位于所述第一基底和所述第二基底之间，且所述第二键合层与所述第一键合层面对面键合。4.根据权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，所述第二键合层包括C元素的介质材料，所述第二键合层背向所述第二基底的表层的C原子浓度大于或等于35％。5.根据权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，所述第二键合层与所述第一键合层包括相同材料。6.根据权利要求3所述的半导体结构，其特征在于，还包括：贯穿所述第一键合层的第一键合垫；贯穿所述第二键合层的第二键合垫；所述第一键合垫与第二键合垫键合连接。7.根据权利要求6所述的半导体结构，其特征在于，所述第一键合垫和所述第二键合垫均包括金属材料。8.根据权利要求7所述的半导体结构，其特征在于，所述金属材料包括Cu或W。9.根据权利要求6所述的半导体结构，其特征在于，所述第一键合垫和所述第一键合层包括不同的材料，所述第二键合垫和所述第二键合层包括不同的材料。10.根据权利要求6所述的半导体结构，其特征在于，所述第一基底包括第一半导体衬底和位于所述第一半导体衬底一侧的第一器件层，所述第一器件层位于所述第一键合层和所述第一半导体衬底之间，且所述第一器件层连接所述第一键合垫。11.根据权利要求6所述的半导体结构，其特征在于，所述第二基底包括第二半导体衬底和位于所述第二半导体衬底一侧的第二器件层，所述第二器件层位于所述第二键合层和所述第二半导体衬底之间，且所述第二器件层连接所述第二键合垫。12.一种半导体结构的形成方法，其特征在于，包括：提供第一基底；形成位于所述第一基底一侧的第一键合层，所述第一键合层的材料包含Si和C元素的介质材料；其中，在形成所述第一键合层的过程中，采用第一工艺参数形成连接所述第一基底的表层，采用第二工艺参数形成背向所述第一基底的表层，第一工艺参数与第二工艺参数不同，使得形成的所述第一键合层背向所述第一基底的表层的C原子浓度大于所述第一键合层连接所述第一基底的表层的C原子浓度，且所述第一键合层背向所述第一基底的表层的C原子浓度大于或等于35％。13.根据权利要求12所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：提供第二基底；形成位于所述第一基底一侧的第二键合层，所述第二键合层的材料包含Si和C元素的
介质材料；氧化所述第一键合层、第二键合层的表层，以使所述第一键合层、第二键合层的表层包括OH键；将所述第一键合层和第二键合层键合连接。14.根据权利要求12所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积工艺形成所述第一键合层。15.根据权利要求12所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一键合层背向所述第一基底的表层厚度为16.根据权利要求13所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，还包括：形成贯穿所述第一键合层的第一键合垫；形成贯穿所述第二键合层的第二键合垫；在将所述第二键合层表面与所述第一键合层表面面对面键合的同时，将所述第一键合垫与第二键合垫键合连接。17.根据权利要求16所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一键合垫和所述第二键合垫均包括第一金属材料。18.根据权利要求17所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述第一金属材料包括Cu或W。19.根据权利要求16所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述提供第一基底包括：提供第一半导体衬底；形成位于所述第一半导体衬底一侧的第一器件层，所述第一器件层连接所述第一键合垫。20.根据权利要求16所述的半导体结构的形成方法，其特征在于，所述提供第二基底包括：提供第二半导体衬底；形成位于所述第二半导体衬底一侧的第二器件层，所述第二器件层连接所述第二键合垫。21.一种半导体结构，其特征在于，包括：第一键合层；贯穿所述第一键合层的第一键合垫，所述第一键合垫和所述第一键合层包括不同的材料；位于所述第一键合层一侧的第二键合层；、贯穿所述第二键合层的第二键合垫，所述第二键合垫和所述第二键合层包括不同的材料；其中，所述第一键合垫和所述第二键合垫均包括金属材料，且所述第一键合垫和所述第二键合垫...

【专利技术属性】
技术研发人员：王新胜，张莉，张高升，万先进，华子群，王家文，丁滔滔，朱宏斌，程卫华，杨士宁，
申请(专利权)人：长江存储科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：