[发明专利]半导体器件及其形成方法、芯片

说明书

本发明提供一种半导体器件及其形成方法、芯片。半导体器件的形成方法，包括：提供第一晶圆和第二晶圆；将所述第一晶圆和所述第二晶圆键合，第一互连金属层面对第二互连金属层键合；形成隔离层，所述隔离层至少覆盖键合界面上所述第一互连金属层与所述第二互连金属层接触后其中任意一方被另一方露出的部分，以阻止金属扩散，有效防止漏电产生，提升半导体器件的电学性能以及品质可靠性。

技术领域

本发明属于集成电路制造技术领域，具体涉及半导体器件及其形成方法、芯片。

背景技术

在高度集成化的半导体发展的趋势下，多晶圆堆叠常采用混合键合工艺实现晶圆之间的键合。相邻的晶圆之间键合面为介质层对介质层和位于各自开孔中的金属层对金属层的混合键合界面。相邻的晶圆各自开孔中的金属层对金属层键合实现晶圆之间的电路互联。由于多数情况下，相邻的晶圆各自开孔(面对面)大小不一致，如此一来位于各自开孔中的金属层横截面(平行于键合界面的截面)面积大小不一致，势必导致金属层横截面大的晶圆上的部分金属层(通常为外圈)相对于相邻晶圆的金属层裸露在外，并接触相邻晶圆上的介质层。或者相邻的晶圆各自开孔(面对面)大小一致，但是键合对位有部分错开，也会导致开孔的金属层裸露。另外，混合键合界面会存在一些游离金属(例如铜)，在混合键合界面有金属层裸露没有隔离的情况下，晶圆划片后制成的芯片通电状态下上下相邻开孔之间存在漏电风险，影响半导体器件的性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体器件及其形成方法、芯片，在键合界面形成隔离层，减少互连金属层露出造成的漏电，提高半导体器件的性能。

为解决上述技术问题，本发明提供一种半导体器件的形成方法，包括：

提供第一晶圆，所述第一晶圆包括第一衬底、位于所述第一衬底上的第一介质层、嵌设于所述第一介质层中的第一金属层、至少一个贯穿部分厚度的所述第一介质层并暴露出所述第一金属层的第一开孔和填充所述第一开孔并与所述第一金属层互连的所述第一互连金属层；

提供第二晶圆，所述第二晶圆包括第二衬底、位于所述第二衬底上的第二介质层和嵌设于所述第二介质层中的第二金属层、至少一个贯穿部分厚度的所述第二介质层并暴露出所述第二金属层的第二开孔和填充所述第二开孔并与所述第二金属层互连的第二互连金属层；

将所述第一晶圆和所述第二晶圆键合，所述第一互连金属层面对所述第二互连金属层键合；

形成隔离层，所述隔离层至少覆盖键合界面上所述第一互连金属层与所述第二互连金属层接触后其中任意一方被另一方露出的部分。

进一步的，所述第一金属层和所述第二金属层中至少有其中一个金属层的材质包括活泼金属。

进一步的，所述第一金属层和所述第二金属层中至少有其中一个金属层的材质包括铝。

进一步的，所述形成隔离层包括：对所述第二金属层和所述第一金属层中材质包括活泼金属的金属层热氧化处理形成所述隔离层。

进一步的，所述形成隔离层包括：将键合后的所述第一晶圆和所述第二晶圆，在氮气气氛中，350℃～450℃条件下退火20～40分钟。

进一步的，所述形成隔离层包括：所述第二金属层的材质包括活泼金属，所述第二金属层的金属扩散至所述第二开孔中，并捕获游离在键合间隙以及所述第二衬底中的氧，在所述第二开孔的侧壁以及键合界面缝隙处生成第二金属氧化物作为隔离层；和/或，所述第一金属层的材质包括活泼金属，所述第一金属层的金属扩散至所述第一开孔中，并捕获游离在键合间隙以及所述第一衬底中的氧，在所述第一开孔的侧壁以及键合界面缝隙处生成第一金属氧化物作为隔离层。

进一步的，所述第一晶圆还包括：第一阻挡层；所述第一阻挡层覆盖所述第一开孔的侧壁表面和被暴露出的所述第一金属层的表面；所述第二晶圆还包括：第二阻挡层；所述第二阻挡层覆盖所述第二开孔的侧壁表面和被暴露出的所述第二金属层的表面；所述隔离层还覆盖所述第一阻挡层和/或所述第二阻挡层的表面。