【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体制造，特别涉及一种半导体器件及其制造方法。
技术介绍
1、随着半导体超大规模集成电路的发展，现有的技术工艺已经接近物理极限。在对电子产品进一步小型化、多功能化的目的驱动下，其他新的技术、新的材料、新的科技被探索出来，其中包括三维堆叠封装技术。三维堆叠封装技术是利用晶圆键合技术将硅片堆叠起来，实现三维层面上的金属互连，从而减少互联距离，能够有效提高传输速度、减小器件体积，并提供了异质结构集成的可能性。目前常用的晶圆键合技术包括硅-硅键合、铜-铜键合、混合键合等，其中混合键合不仅可以提供金属互联结构，还可以提供机械支撑，是三维堆叠封装技术的关键技术之一。
2、目前，常用的混合键合工艺过程大致为：首先，利用键合层沉积及图形化工艺，在晶圆上形成介质层和金属层同时存在的混合键合表面，其中，金属层的表面高度要低于介质层表面；然后，通过预键合工艺，使待键合的两个晶圆的介质层通过范德华力和氢键临时键合；最后，利用退火工艺，使得介质层之间形成化学键；同时，金属层由于热膨胀而顶起，使得待键合的两个晶圆的金属层接触互熔，形成电学连接。
3、然而，现有的混合键合工艺对金属层表面相对于介质层表面凹陷的高度有严格要求：若金属层表面过低，则金属层热膨胀后，待键合的两个晶圆的金属层无法接触互熔，造成断路；若金属层表面与介质层齐平，甚至高出介质层，则金属层热膨胀后，待键合的两个晶圆的金属层接触互熔的地方应力会很大，从而可能顶起周围的介质层，影响互连可靠性。同时，考虑金属层的热膨胀与其体积大小相关，因此，为了便于工艺控制
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，以解决现有混合键合工艺方法难度大且影响器件性能的问题。
2、为解决上述技术问题，本专利技术提供一种半导体器件的制造方法，包括：
3、提供两个待混合键合的晶圆，分别记为第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆和所述第二晶圆均包括自下而上形成的衬底和器件功能层；
4、在第一晶圆和第二晶圆的器件功能层的表面形成键合层，其中，键合层表面露出介质层和金属层；
5、刻蚀第一晶圆的金属层，以使金属层的表面低于介质层的表面；
6、在第一晶圆的金属层表面形成纳米桥金属层；
7、在第一晶圆的表面形成纳米桥介质层；
8、将第一晶圆的纳米桥介质层朝向第二晶圆的键合层，并进行键合；
9、在第一晶圆的衬底表面引出金属连接件；
10、利用金属连接件，对金属层施加电压，以使金属层之间的纳米桥介质层导通。
11、可选的，在所述的半导体器件的制造方法中，所述在第一晶圆和第二晶圆的器件功能层的表面形成键合层的方法包括：
12、在器件功能层的表面形成介质层；
13、在介质层上形成第一通孔，所述第一通孔露出器件功能层中的金属结构；
14、填充第一通孔，以形成金属层。
15、可选的，在所述的半导体器件的制造方法中，所述在第一晶圆的金属层表面形成纳米桥金属层的方法包括：
16、利用物理气相沉积工艺，在第一晶圆的键合层表面形成纳米桥金属层，其中，纳米桥金属层的材质为钌；
17、利用化学机械研磨，去除第一晶圆的介质层表面的纳米桥金属层，且使得介质层的表面与纳米桥金属层的表面齐平。
18、可选的，在所述的半导体器件的制造方法中，所述在第一晶圆的表面形成纳米桥介质层的方法包括：
19、利用原子层沉积工艺，在第一晶圆的表面形成纳米桥介质层，其中，纳米桥介质层的材质为氧化铪。
20、可选的，在所述的半导体器件的制造方法中，所述将第一晶圆的纳米桥介质层朝向第二晶圆的键合层，并进行键合的方法包括：
21、对第一晶圆的纳米桥介质层表面和第二晶圆的键合层表面进行预处理；
22、翻转第一晶圆，并与第二晶圆进行对准和预键合；
23、对预键合后的第一晶圆和第二晶圆进行低温退火。
24、可选的，在所述的半导体器件的制造方法中，所述预处理的方法包括等离子体轰击处理或湿法处理。
25、可选的，在所述的半导体器件的制造方法中，所述低温退火的温度不超过250℃。
26、可选的，在所述的半导体器件的制造方法中，所述在第一晶圆的衬底表面引出金属连接件的方法包括：
27、减薄第一晶圆的衬底厚度；
28、在第一晶圆的衬底上形成第二通孔，所述第二通孔露出器件功能层中的金属结构；
29、填充第二通孔，以形成金属连接件。
30、为解决上述技术问题，本专利技术还提供一种半导体器件，利用如上任一项所述的半导体器件的制造方法制造获得，所述半导体器件包括自下而上依次形成的第二衬底、第二器件功能层、第二键合层、纳米桥介质层、第一键合层、第一器件功能层和第一衬底；所述第一衬底中形成有金属连接件，所述金属连接件与所述第一器件功能层的金属结构相连；所述第一键合层包括堆叠的第一金属层和纳米桥金属层，所述纳米桥金属层与所述纳米桥介质层相连；所述第二键合层包括第二金属层，所述纳米桥金属层和所述第二金属层之间的纳米桥介质层在施加电压时被导通。
31、可选的，在所述的半导体器件中，所述第一金属层和所述第二金属层的材质为铜；所述纳米桥介质层的材质为氧化铪；所述纳米桥金属层的材质为钌。
32、本专利技术提供的半导体器件及其制造方法，包括：提供两个待混合键合的晶圆，分别记为第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆和所述第二晶圆均包括自下而上形成的衬底和器件功能层；在第一晶圆和第二晶圆的器件功能层的表面形成键合层，其中，键合层表面露出介质层和金属层；刻蚀第一晶圆的金属层，以使金属层的表面低于介质层的表面；在第一晶圆的金属层表面形成纳米桥金属层；在第一晶圆的表面形成纳米桥介质层；将第一晶圆的纳米桥介质层朝向第二晶圆的键合层，并进行键合；在第一晶圆的衬底表面引出金属连接件；利用金属连接件，对金属层施加电压，以使金属层之间的纳米桥介质层导通。通过在第一晶圆和第二晶圆的金属键合区域形成纳米桥结构，从而利用纳米桥结构在通电情况下实现金属键合，无需利用退火热膨胀使金属层键合，进而无需严格控制金属层相对于介质层的高度和金属层的表面图形，也无需使用高温退火，不仅降低了工艺难度，还保证了器件性能，解决了现有混合键合工艺方法难度大且影响器件性能的问题。
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1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述在第一晶圆和第二晶圆的器件功能层的表面形成键合层的方法包括：
3.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述在第一晶圆的金属层表面形成纳米桥金属层的方法包括：
4.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述在第一晶圆的表面形成纳米桥介质层的方法包括：
5.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述将第一晶圆的纳米桥介质层朝向第二晶圆的键合层，并进行键合的方法包括：
6.根据权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述预处理的方法包括等离子体轰击处理或湿法处理。
7.根据权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述低温退火的温度不超过250℃。
8.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述在第一晶圆的衬底表面引出金属连接件的方法包括：
9.一种半导体器件，利用如权利要求1~8任一项所述的半导体
10.根据权利要求9所述的半导体器件，其特征在于，所述第一金属层和所述第二金属层的材质为铜；所述纳米桥介质层的材质为氧化铪；所述纳米桥金属层的材质为钌。
...【技术特征摘要】
1.一种半导体器件的制造方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述在第一晶圆和第二晶圆的器件功能层的表面形成键合层的方法包括：
3.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述在第一晶圆的金属层表面形成纳米桥金属层的方法包括：
4.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述在第一晶圆的表面形成纳米桥介质层的方法包括：
5.根据权利要求1所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述将第一晶圆的纳米桥介质层朝向第二晶圆的键合层，并进行键合的方法包括：
6.根据权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述预处理的方法包括等离子体轰击处理或湿法处理。
7.根据权利要求5所述的半导体器件的制造方法，其特征在于，所述低温退火的温度不超过250℃...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛星晨，
申请(专利权)人：上海微阱电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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