[發明專利]改善金屬鍵合后的熱膨脹的方法和半導體結構

在審

• 申請號: 201910520148.0
• 申請日: 2019-06-17
• 公開（公告）號: CN110164786A
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 劉博佳;王海寬;郭松輝;林宗賢
• 申請（專利權）人: 德淮半導體有限公司
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L23/485
• 代理公司: 上海盈盛知識產權代理事務所(普通合伙) 31294
• 代理人: 孫佳胤

該發明涉及一種改善金屬鍵合后的熱膨脹的方法和半導體結構，其中所述改善金屬鍵合后的熱膨脹的方法包括以下步驟：提供待刻蝕的晶圓，且所述待刻蝕的晶圓的上表面形成有氧化物層；從所述氧化物層的上表面向下蝕刻，形成第一槽；在所述第一槽內形成犧牲層；從所述第一槽內填充的犧牲層的上表面向下蝕刻，形成鍵合金屬槽，所述鍵合金屬槽連通至所述晶圓的上表面，且尺寸小于所述第一槽的尺寸，以保留預設尺寸的所述犧牲層；在所述鍵合金屬槽內形成鍵合金屬層；去除殘留的所述犧牲層，在所述氧化物層的上表面形成熱膨脹余量槽，且所述熱膨脹余量槽與所述鍵合金屬槽相連通。

技術領域

本發明涉及晶圓生產制造加工設備領域，具體涉及一種改善金屬鍵合后的熱膨脹的方法和半導體結構。

背景技術

在半導體制造工藝中，晶圓級金屬鍵合作為3D集成電路一項關鍵技術，在高端產品上具有重要的應用趨勢，是一種晶圓間的互連技術，將多個晶圓相互對準鍵合，使得多個晶圓表面的銅互連凸出晶圓表面的貼合端相互貼合，從而實現多個互連結構的電連接。

現有技術中，在完成晶圓的金屬鍵合后，需要對鍵合的兩片晶圓進行退火處理。在退火處理過程中，加工溫度可能高達400℃，鍵合金屬可能會發生熱膨脹，導致兩個晶圓之間被膨脹的金屬撐開，兩晶圓之間具有縫隙。

具體的，如晶圓的銅銅鍵合，由于銅的熱膨脹系數為17.5，在退火處理過程中，可能會造成銅發生形變，使兩片晶圓之間有縫隙，這樣，在后期減薄的工藝中，容易發生破片，造成晶圓報廢。

發明內容

本發明的目的在于提供一種改善金屬鍵合后的熱膨脹的方法和半導體結構，能夠防止金屬鍵合的晶圓在高溫環境下發生膨脹、造成晶圓間具有較大縫隙的情況的發生。

為解決上述技術問題，以下提供了一種改善金屬鍵合后的熱膨脹的方法，包括以下步驟：提供待刻蝕的晶圓，且所述待刻蝕的晶圓的上表面形成有氧化物層；從所述氧化物層的上表面向下蝕刻，形成第一槽；在所述第一槽內形成犧牲層；從所述第一槽內填充的犧牲層的上表面向下蝕刻，形成鍵合金屬槽，所述鍵合金屬槽連通至所述晶圓的上表面，且尺寸小于所述第一槽的尺寸，以保留預設尺寸的所述犧牲層；在所述鍵合金屬槽內形成鍵合金屬層；去除殘留的所述犧牲層，在所述氧化物層的上表面形成熱膨脹余量槽，且所述熱膨脹余量槽與所述鍵合金屬槽相連通。

可選的，所述鍵合金屬槽的兩側均保留有犧牲層，且所述鍵合金屬槽的兩側保留的所述犧牲層的尺寸相同。

可選的，所述鍵合金屬層將所述鍵合金屬槽填滿，且在去除殘留的所述犧牲層之前，還包括以下步驟：研磨所述氧化物層的上表面覆蓋的鍵合金屬層，直至所述鍵合金屬層和所述氧化物層的上表面齊平。

可選的，在所述鍵合金屬槽內形成鍵合金屬層之前，還包括以下步驟：在所述氧化物層的上表面和所述鍵合金屬槽的側壁形成阻擋層；在所述阻擋層的上表面形成種子層。

可選的，所述熱膨脹余量槽的寬度為100至深度為50至

可選的，所述鍵合金屬層包括銅層。

可選的，采用濕法刻蝕在所述氧化物層的上表面形成第一槽，且采用濕法刻蝕在所述氧化物層的上表面形成第一槽之前，包括以下步驟：采用光刻技術在所述氧化物層的上表面形成一第一預設蝕刻區域。

可選的，采用干法刻蝕形成所述鍵合金屬槽，且在采用干法刻蝕形成所述鍵合金屬槽之前，還包括以下步驟：采用光刻技術在所述氮化物的上表面形成第二預設蝕刻區域。

可選的，采用濕法刻蝕去除殘留的所述犧牲層。

為解決上述技術問題，以下還提供了一種半導體結構，包括：晶圓；形成于所述晶圓上表面的氧化物層；形成于所述氧化物層上表面的鍵合金屬槽，所述鍵合金屬槽從所述犧牲層的上表面貫穿至所述氧化物層的下表面；填充于所述鍵合金屬槽內的鍵合金屬層；形成于所述氧化物層上表面的熱膨脹余量槽，且所述熱膨脹余量槽與所述鍵合金屬槽相連通。