本發明涉及半導體集成電路工藝，尤其涉及一種改善鍵合互連層失效的鍵合結構及方法。

背景技術：

1、現有的混合鍵合工藝，一般是通過在上下鍵合表面制作兩個用于相互鍵合的大小相同或者大小不同的銅金屬鍵合結構，經過銅化學機械研磨工藝，等離子活化表面介質層，然后經過鍵合機預鍵合，最后經過高溫退火(350℃左右)完成金屬互連的過程。

2、現有混合鍵合工藝由于在進行銅化學機械研磨時會形成銅金屬鍵合結構表面低于周圍介質表面的工藝形態(銅凹陷)，以及在對介質進行等離子體表面活化時，銅金屬鍵合結構表面因受到等離子體轟擊作用，也會造成銅金屬鍵合結構銅材料的一定損失，在不同銅金屬鍵合結構表面之間出現高低不平或凹凸不平的差異，最終導致鍵合界面處的金屬互連層出現空洞甚至斷開，以致在電性測試時出現連接失效的情形。

技術實現思路

1、本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺陷，提供一種改善鍵合互連層失效的鍵合結構及方法。

2、為實現上述目的，本發明的技術方案如下：

3、本發明提供一種改善鍵合互連層失效的鍵合結構，包括：

4、對應分設于兩側的介質鍵合表面上的金屬鍵合結構，兩側的金屬鍵合結構的表面上具有形成互補的多個凸出鍵合圖形；位于鍵合界面兩側的金屬鍵合結構上的凸出鍵合圖形在預鍵合時處于相互補的對準狀態，在退火時因體積膨脹而發生相互穿插和擠壓。

5、進一步地，兩側的所述介質鍵合表面分別形成于一個襯底上，所述襯底的表面上設有介質層，所述介質層的表面上設有溝槽，所述溝槽中填充有所述金屬鍵合結構，所述介質層的表面形成所述介質鍵合表面，所述金屬鍵合結構上的所述凸出鍵合圖形的頂面低于、等于或高于所述介質鍵合表面。

6、進一步地，多個所述凸出鍵合圖形形成梳齒形排列，位于鍵合界面兩側的所述凸出鍵合圖形的所述梳齒之間相互錯位排列以形成互補結構。

7、進一步地，所述梳齒的尺寸小于相鄰所述梳齒之間的間距。

8、進一步地，所述襯底包括晶圓襯底；和/或，鍵合界面兩側的所述介質層材料相同或不同；和/或，所述金屬鍵合結構包括銅金屬鍵合結構。

9、本發明還提供一種改善鍵合互連層失效的方法，包括：

10、提供分別具有金屬鍵合結構的兩個介質鍵合表面；兩個介質鍵合表面上的金屬鍵合結構的表面上具有形成互補的多個凸出鍵合圖形；

11、將兩個介質鍵合表面對準進行預鍵合，使位于鍵合界面兩側的金屬鍵合結構上的凸出鍵合圖形處于相互補的對準狀態；

12、執行退火，使位于鍵合界面兩側的金屬鍵合結構上的凸出鍵合圖形因體積膨脹而發生相互穿插和擠壓。

13、進一步地，所述提供分別具有金屬鍵合結構的兩個介質鍵合表面，具體包括：

14、提供兩個襯底；

15、在兩個所述襯底上分別形成第一介質層；

16、在所述第一介質層的表面上形成溝槽，在所述溝槽中填充第一金屬；

17、通過平坦化，去除所述溝槽外的所述第一介質層表面上多余的第一金屬，在所述溝槽中形成第一金屬鍵合圖形；

18、在所述第一介質層的表面上形成第二介質層，將所述第一金屬鍵合圖形覆蓋；

19、對所述第二介質層進行圖形化，在對應所述第一金屬鍵合圖形的位置形成多個凹陷圖形，停止在所述第一金屬鍵合圖形的表面上，并使分別形成在兩個所述襯底上的凹陷圖形之間形成互補；

20、在所述凹陷圖形中填充第二金屬，并通過平坦化，去除所述凹陷圖形外的所述第二介質層表面上多余的第二金屬，在所述第一金屬鍵合圖形的表面上形成第二金屬的凸出鍵合圖形，然后，去除所述凸出鍵合圖形之間的所述第二介質層，保留所述第一金屬鍵合圖形以外位置上的所述第二介質層，使兩個所述襯底上的所述凸出鍵合圖形之間形成互補，并形成由所述第一金屬鍵合圖形和所述凸出鍵合圖形組成的金屬鍵合結構，從而形成由兩個所述襯底上的所述第二介質層的表面形成的分別具有金屬鍵合結構的兩個介質鍵合表面。

21、進一步地，通過光刻和刻蝕工藝，對所述第二介質層進行圖形化，形成排列為梳齒形的多個所述凹陷圖形，以在對所述凹陷圖形進行第二金屬的填充后，使形成的多個第二金屬的凸出鍵合圖形也對應成為梳齒形，并使兩個所述襯底上的多個所述凸出鍵合圖形的梳齒之間相互錯位排列形成互補結構，且使所述凸出鍵合圖形的梳齒的尺寸小于相鄰梳齒之間的間距。

22、進一步地，通過化學機械拋光的平坦化工藝，使形成的第二金屬的凸出鍵合圖形的頂面低于、等于或高于所述第二介質層的表面；和/或，進行預鍵合前，還包括：對兩個介質鍵合表面中的至少一個進行表面活化處理。

23、進一步地，所述襯底包括已完成后道金屬互連層制作的晶圓襯底，所述金屬鍵合結構與所述金屬互連層相連；和/或，兩個所述襯底上的所述第一介質層材料相同或不同；和/或，所述第二介質層材料與所述第一介質層材料相同或不同；和/或，所述第二金屬與所述第一金屬相同或不同。

24、由上述技術方案可以看出，本發明通過在位于兩個介質鍵合表面的金屬鍵合結構的表面上分設能夠形成互補的多個凸出鍵合圖形，可以使鍵合界面兩側的凸出鍵合圖形在預鍵合時處于相互補的對準狀態，減小相互間的間隙，并在退火時因體積膨脹而發生相互穿插和擠壓，能夠增大兩側的金屬鍵合結構間的鍵合面積，這樣即使發生金屬損失，也不會造成整個金屬鍵合結構間的連接失效，并能減少金屬互連層出現空洞的情況，因而能有效彌補以往的金屬鍵合結構因研磨工藝和表面活化工藝帶來鍵合表面金屬損失造成鍵合界面處的金屬互連層出現空洞甚至斷開的問題，從而提高了金屬互連的可靠性。

技術特征：

1.一種改善鍵合互連層失效的鍵合結構，其特征在于，包括：

2.根據權利要求1所述的改善鍵合互連層失效的鍵合結構，其特征在于，兩側的所述介質鍵合表面分別形成于一個襯底上，所述襯底的表面上設有介質層，所述介質層的表面上設有溝槽，所述溝槽中填充有所述金屬鍵合結構，所述介質層的表面形成所述介質鍵合表面，所述金屬鍵合結構上的所述凸出鍵合圖形的頂面低于、等于或高于所述介質鍵合表面。

3.根據權利要求1所述的改善鍵合互連層失效的鍵合結構，其特征在于，多個所述凸出鍵合圖形形成梳齒形排列，位于鍵合界面兩側的所述凸出鍵合圖形的所述梳齒之間相互錯位排列以形成互補結構。

4.根據權利要求3所述的改善鍵合互連層失效的鍵合結構，其特征在于，所述梳齒的尺寸小于相鄰所述梳齒之間的間距。

5.根據權利要求2所述的改善鍵合互連層失效的鍵合結構，其特征在于，所述襯底包括晶圓襯底；和/或，鍵合界面兩側的所述介質層材料相同或不同；和/或，所述金屬鍵合結構包括銅金屬鍵合結構。

6.一種改善鍵合互連層失效的方法，其特征在于，包括：

7.根據權利要求6所述的改善鍵合互連層失效的方法，其特征在于，所述提供分別具有金屬鍵合結構的兩個介質鍵合表面，具體包括：

8.根據權利要求7所述的改善鍵合互連層失效的方法，其特征在于，通過光刻和刻蝕工藝，對所述第二介質層進行圖形化，形成排列為梳齒形的多個所述凹陷圖形，以在對所述凹陷圖形進行第二金屬的填充后，使形成的多個第二金屬的凸出鍵合圖形也對應成為梳齒形，并使兩個所述襯底上的多個所述凸出鍵合圖形的梳齒之間相互錯位排列形成互補結構，且使所述凸出鍵合圖形的梳齒的尺寸小于相鄰梳齒之間的間距。

9.根據權利要求7所述的改善鍵合互連層失效的方法，其特征在于，通過化學機械拋光的平坦化工藝，使形成的第二金屬的凸出鍵合圖形的頂面低于、等于或高于所述第二介質層的表面；和/或，進行預鍵合前，還包括：對兩個介質鍵合表面中的至少一個進行表面活化處理。

10.根據權利要求7所述的改善鍵合互連層失效的方法，其特征在于，所述襯底包括已完成后道金屬互連層制作的晶圓襯底，所述金屬鍵合結構與所述金屬互連層相連；和/或，兩個所述襯底上的所述第一介質層材料相同或不同；和/或，所述第二介質層材料與所述第一介質層材料相同或不同；和/或，所述第二金屬與所述第一金屬相同或不同。

技術總結
本發明公開了一種改善鍵合互連層失效的鍵合結構及方法，鍵合結構包括：對應分設于兩側的介質鍵合表面上的金屬鍵合結構，兩側的金屬鍵合結構的表面上具有形成互補的多個凸出鍵合圖形；位于鍵合界面兩側的金屬鍵合結構上的凸出鍵合圖形在預鍵合時處于相互補的對準狀態，在退火時因體積膨脹而發生相互穿插和擠壓，以增大兩側的金屬鍵合結構間的鍵合面積，提高金屬互連的可靠性。

技術研發人員：張銀
受保護的技術使用者：上海集成電路裝備材料產業創新中心有限公司
技術研發日：
技術公布日：2025/4/28