【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体制造，尤其涉及一种晶圆混合键合结构及方法。
技术介绍
1、在超大规模集成电路发展日益接近物理极限的状态下，在物理尺寸和成本方面都具有优势的三维集成电路，是延长摩尔定律并解决先进封装问题的有效途径。而晶圆键合技术正是三维电路集成的关键技术之一，尤其是混合键合(hybrid bonding)技术可以在两片晶圆键合的同时实现数千个芯片的内部互联，可以极大改善芯片性能并节约成本。
2、铜混合键合技术正在推动下一代2.5d和3d封装技术。与现有的堆叠和键合方法相比，混合键合可以提供更高的带宽和更低的功耗。cmos图像传感器使用晶圆间(wafer-to-wafer)的混合键合技术制造产品。具体地，供应商会先生产一个逻辑晶圆，然后生产一个用于像素处理的单独晶圆，之后使用铜互连技术将两个晶圆结合在一起，再将各芯片切成小片，形成cmos图像传感器。
3、然而，现有的混合键合技术有待进一步改善。
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是提供一种晶圆混合键合结构及方法，以提高形成的混合键合结构的性能。
2、为解决上述技术问题，本专利技术技术方案提供一种晶圆混合键合结构，包括：具有第一功能面的第一晶圆、位于第一功能面上的第一介质层、位于第一介质层上的第一阻挡层，第一介质层和第一阻挡层内具有第一导电层，第一阻挡层暴露出第一导电层表面，且第一导电层表面低于或齐平于第一阻挡层表面；与第一晶圆相键合的第二晶圆，第二晶圆具有第二功能面；位于第二功能面上的第
3、可选的，第一阻挡层的材料包括sicn；第二阻挡层的材料包括sicn。
4、可选的，第一晶圆内具有像素器件，第二晶圆内具有逻辑器件。
5、可选的，第一晶圆内具有第一金属层，且第一功能面暴露出第一金属层；第一导电层位于第一金属层表面；第二晶圆内具有第二金属层，且第二功能面暴露出第二金属层；第二导电层位于第二金属层表面。
6、相应的，本专利技术的技术方案还提供一种晶圆混合键合方法，包括：提供第一晶圆和第二晶圆，第一晶圆具有第一功能面，第二晶圆具有第二功能面；在第一功能面上形成第一介质层和位于第一介质层上的第一阻挡层，第一介质层和第一阻挡层内具有第一导电层，第一阻挡层暴露出第一导电层表面，且第一导电层表面低于或齐平于第一阻挡层表面；在第二功能面上形成第二介质层和位于第二介质层上的第二阻挡层，第二介质层和第二阻挡层内具有第二导电层，第二阻挡层暴露出第二导电层表面，且第二导电层表面低于或齐平于第二阻挡层表面；对第一晶圆和第二晶圆进行键合，将第一阻挡层朝向第二阻挡层，且将第一导电层朝向第二导电层，第一阻挡层与第二阻挡层的键合能低于第一阻挡层与第二介质层的键合能。
7、可选的，第一阻挡层的材料包括sicn；第二阻挡层的材料包括sicn。
8、可选的，键合工艺的工艺参数包括：键合温度范围低于350摄氏度。
9、可选的，第一介质层、第一阻挡层和第一导电层的形成方法包括：在第一功能面形成第一介质材料层；在第一介质材料层表面形成第一阻挡材料层；在第一阻挡材料层和第一介质材料层内形成第一开口，第一开口暴露出第一功能面，以第一阻挡材料层为第一阻挡层，以第一介质材料层为第一介质层；在第一开口内和第一阻挡层表面形成第一导电材料层；平坦化第一导电材料层直到暴露出第一阻挡层。
10、可选的，第一开口的形成方法包括：在第一阻挡材料层表面形成第一硬掩膜层，第一硬掩膜层暴露出部分第一阻挡材料层；以第一硬掩膜层为掩膜，刻蚀第一阻挡材料层和第一介质材料层，直到暴露出第一功能面。
11、可选的，在形成第一开口之前，还在第一阻挡材料层表面形成第二介质材料层，第二介质材料层与第一阻挡材料层的材料不同。
12、可选的，第二介质材料层的材料包括氧化硅；第二介质材料层的厚度范围为大于100埃。
13、可选的，还包括：第一介质材料层包括位于第一功能面的第一刻蚀停止材料层、位于第一刻蚀停止材料层表面的第一氧化材料层、位于第一氧化材料层表面的第二刻蚀停止材料层以及位于第二刻蚀停止材料层表面的第二氧化材料层；第一介质材料层被刻蚀形成第一介质层，第一介质层包括位于第一功能面的第一刻蚀停止层、位于第一刻蚀停止层表面的第一氧化层、位于第一氧化层表面的第二刻蚀停止层以及位于第二刻蚀停止层表面的第二氧化层；第一导电层包括第一区和位于第一区上的第二区，第二区宽度大于第一区，第一区位于第一阻挡层和第二氧化层内，第一区位于第一氧化层、第一刻蚀停止层和第二刻蚀停止层内。
14、可选的，第一氧化材料层的形成方法包括：在第一刻蚀停止材料层表面形成初始第一氧化材料层；平坦化初始第一氧化材料层，形成第一氧化材料层。
15、可选的，第二介质层、第二阻挡层和第二导电层的形成方法包括：在第二功能面形成第二介质材料层；在第二介质材料层表面形成第二阻挡材料层；在第二阻挡材料层和第二介质材料层内形成第二开口，第二开口暴露出第二功能面，以第二阻挡材料层为第二阻挡层，以第二介质材料层为第二介质层；在第二开口内和第二阻挡材料层表面形成第二导电材料层；平坦化第二导电材料层直到暴露出第二阻挡层。
16、可选的，第二开口的形成方法包括：在第二阻挡材料层表面形成第二硬掩膜层，第二硬掩膜层暴露出部分第二阻挡材料层；以第二硬掩膜层为掩膜，刻蚀第二阻挡材料层和第二介质材料层，直到暴露出第二功能面。
17、可选的，在形成第二开口之前，还在第二阻挡材料层表面形成第四介质材料层，第四介质材料层与第二阻挡材料层的材料不同。
18、可选的，第四介质材料层的材料包括氧化硅；第四介质材料层的厚度范围为大于100埃。
19、可选的，第一阻挡层的厚度范围为500埃至1000埃；第二阻挡层的厚度范围为500埃至1000埃。
20、可选的，第一晶圆内具有第一金属层，且第一功能面暴露出第一金属层；第一导电层位于第一金属层表面；第二晶圆内具有第二金属层，且第二功能面暴露出第二金属层；第二导电层位于第二金属层表面。
21、可选的，第一金属层的尺寸与第二金属层的尺寸不同。
22、现有技术相比，本专利技术实施例的技术方案具有以下有益效果：
23、本专利技术技术方案提供的晶圆混合键合方法中，第一阻挡层可以阻挡第二导电层内的金属离子向第一介质层内的扩散，第二阻挡层可以阻挡第一导电层内的金属离子向第二介质层内的扩散，因此可以减少因键合过程中的对准误差而导致的导电层内的金属离子向对方介质层内的扩散，提高了工艺窗口；另外，对第一晶圆和第二晶圆进行键合时，第本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种晶圆混合键合结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的晶圆混合键合结构，其特征在于，所述第一阻挡层的材料包括SiCN；所述第二阻挡层的材料包括SiCN。
3.如权利要求1所述的晶圆混合键合结构，其特征在于，所述第一晶圆内具有像素器件，所述第二晶圆内具有逻辑器件。
4.如权利要求1所述的晶圆混合键合结构，其特征在于，所述第一晶圆内具有第一金属层，且所述第一功能面暴露出所述第一金属层；所述第一导电层位于所述第一金属层表面；所述第二晶圆内具有第二金属层，且所述第二功能面暴露出所述第二金属层；所述第二导电层位于所述第二金属层表面。
5.一种晶圆混合键合方法，其特征在于，包括：
6.如权利要求5所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第一阻挡层的材料包括SiCN；所述第二阻挡层的材料包括SiCN。
7.如权利要求6所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述键合工艺的工艺参数包括：键合温度范围低于350摄氏度。
8.如权利要求5所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第一介质层、所述第一阻挡层和所
9.如权利要求8所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第一开口的形成方法包括：在所述第一阻挡材料层表面形成第一硬掩膜层，所述第一硬掩膜层暴露出部分所述第一阻挡材料层；以所述第一硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一阻挡材料层和所述第一介质材料层，直到暴露出所述第一功能面。
10.如权利要求8所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，在形成所述第一开口之前，还在所述第一阻挡材料层表面形成第二介质材料层，所述第二介质材料层与所述第一阻挡材料层的材料不同。
11.如权利要求10所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第二介质材料层的材料包括氧化硅；所述第二介质材料层的厚度范围为大于100埃。
12.如权利要求8所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，还包括：所述第一介质材料层包括位于所述第一功能面的第一刻蚀停止材料层、位于所述第一刻蚀停止材料层表面的第一氧化材料层、位于所述第一氧化材料层表面的第二刻蚀停止材料层以及位于所述第二刻蚀停止材料层表面的第二氧化材料层；所述第一介质材料层被刻蚀形成所述第一介质层，所述第一介质层包括位于所述第一功能面的第一刻蚀停止层、位于所述第一刻蚀停止层表面的第一氧化层、位于所述第一氧化层表面的第二刻蚀停止层以及位于所述第二刻蚀停止层表面的第二氧化层；所述第一导电层包括第一区和位于所述第一区上的第二区，所述第二区宽度大于所述第一区，所述第一区位于所述第一阻挡层和所述第二氧化层内，所述第一区位于所述第一氧化层、所述第一刻蚀停止层和所述第二刻蚀停止层内。
13.如权利要求12所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第一氧化材料层的形成方法包括：在所述第一刻蚀停止材料层表面形成初始第一氧化材料层；平坦化所述初始第一氧化材料层，形成所述第一氧化材料层。
14.如权利要求7所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第二介质层、所述第二阻挡层和所述第二导电层的形成方法包括：在所述第二功能面形成第二介质材料层；在所述第二介质材料层表面形成第二阻挡材料层；在所述第二阻挡材料层和所述第二介质材料层内形成第二开口，所述第二开口暴露出所述第二功能面，以所述第二阻挡材料层为所述第二阻挡层，以所述第二介质材料层为所述第二介质层；在所述第二开口内和所述第二阻挡材料层表面形成第二导电材料层；平坦化所述第二导电材料层直到暴露出所述第二阻挡层。
15.如权利要求14所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第二开口的形成方法包括：在所述第二阻挡材料层表面形成第二硬掩膜层，所述第二硬掩膜层暴露出部分所述第二阻挡材料层；以所述第二硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述第二阻挡材料层和所述第二介质材料层，直到暴露出所述第二功能面。
16.如权利要求14所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，在形成所述第二开口之前，还在所述第二阻挡材料层表面形成第四介质材料层，所述第四介质材料层与所述第二阻挡材料层的材料不同。
17.如权利要求16所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第四介质材料层的材料包括氧化硅；所述第四介质材料层的厚度...
【技术特征摘要】
1.一种晶圆混合键合结构，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的晶圆混合键合结构，其特征在于，所述第一阻挡层的材料包括sicn；所述第二阻挡层的材料包括sicn。
3.如权利要求1所述的晶圆混合键合结构，其特征在于，所述第一晶圆内具有像素器件，所述第二晶圆内具有逻辑器件。
4.如权利要求1所述的晶圆混合键合结构，其特征在于，所述第一晶圆内具有第一金属层，且所述第一功能面暴露出所述第一金属层；所述第一导电层位于所述第一金属层表面；所述第二晶圆内具有第二金属层，且所述第二功能面暴露出所述第二金属层；所述第二导电层位于所述第二金属层表面。
5.一种晶圆混合键合方法，其特征在于，包括：
6.如权利要求5所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第一阻挡层的材料包括sicn；所述第二阻挡层的材料包括sicn。
7.如权利要求6所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述键合工艺的工艺参数包括：键合温度范围低于350摄氏度。
8.如权利要求5所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第一介质层、所述第一阻挡层和所述第一导电层的形成方法包括：在所述第一功能面形成第一介质材料层；在所述第一介质材料层表面形成第一阻挡材料层；在所述第一阻挡材料层和所述第一介质材料层内形成第一开口，所述第一开口暴露出所述第一功能面，以所述第一阻挡材料层为所述第一阻挡层，以所述第一介质材料层为所述第一介质层；在所述第一开口内和所述第一阻挡层表面形成第一导电材料层；平坦化所述第一导电材料层直到暴露出所述第一阻挡层。
9.如权利要求8所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第一开口的形成方法包括：在所述第一阻挡材料层表面形成第一硬掩膜层，所述第一硬掩膜层暴露出部分所述第一阻挡材料层；以所述第一硬掩膜层为掩膜，刻蚀所述第一阻挡材料层和所述第一介质材料层，直到暴露出所述第一功能面。
10.如权利要求8所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，在形成所述第一开口之前，还在所述第一阻挡材料层表面形成第二介质材料层，所述第二介质材料层与所述第一阻挡材料层的材料不同。
11.如权利要求10所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，所述第二介质材料层的材料包括氧化硅；所述第二介质材料层的厚度范围为大于100埃。
12.如权利要求8所述的晶圆混合键合方法，其特征在于，还包括：所述第一介质材料层包括位于所述第一功能面的第一刻蚀停止材料层、位于所述第一刻蚀停止材料层表面的第一氧化材料层、位于所述第一氧化材料层表面的第二刻蚀停止材料层以及位于所述第二刻蚀停止材料层表面的第二氧化材料层；所述第一介质材...
【专利技术属性】
技术研发人员：邵思远，石强，张伟，高长城，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：
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