[发明专利]用于键合半导体结构及其半导体器件的方法

说明书

公开了半导体器件及其制造方法的实施例。在一个示例中，提供了一种用于形成半导体器件的方法。该方法包括以下操作。在第一半导体结构中形成具有第一电介质层和多个突出接触结构的第一键合层。在第二半导体结构中形成具有第二电介质层和多个凹陷接触结构的第二键合层。多个突出接触结构与多个凹陷接触结构键合，使得多个突出接触结构中的每个与相应的凹陷接触结构接触。

背景技术

本公开的实施例涉及键合的半导体器件及其制造方法。

通过改善工艺技术、电路设计、编程算法、和制造工艺，将诸如存储单元的平面半导体器件缩放到较小的尺寸。然而，随着半导体器件的特征尺寸接近下限，平面工艺和制造技术变得具有挑战性且昂贵。三维(3D)器件架构可以解决一些平面半导体器件(例如闪存存储器件)中的密度限制。

可以通过堆叠半导体晶圆或管芯并使用例如穿硅过孔(TSV)或铜-铜(Cu-Cu)连接部将它们垂直互连来形成3D半导体器件，从而与常规平面工艺相比，所得到的结构作为单个器件以减少的功率和更小的占用面积来实现性能改善。在用于堆叠半导体衬底的各种技术中，混合键合由于其形成高密度互连的能力而被认为是有前途的技术之一。

发明内容

公开了用于键合半导体结构及其半导体器件的方法的实施例。

在一个示例中，本公开的实施例包括用于形成半导体器件的方法。该方法包括以下操作。在第一半导体结构中，形成具有第一电介质层和多个突出接触结构的第一键合层。在第二半导体结构中，形成具有第二电介质层和多个凹陷接触结构的第二键合层。将多个突出接触结构与多个凹陷接触结构键合，使得多个突出接触结构中的每个与相应的凹陷接触结构接触。

在另一个示例中，本公开的实施例包括用于形成另一个半导体器件的方法。该方法包括以下操作。在第一半导体结构中，形成具有第一电介质层、多个第一突出接触结构、和多个第一凹陷接触结构的第一键合层。在第二半导体结构中，形成具有第二电介质层、多个第二凹陷接触结构、和多个第二突出接触结构的第二键合层。多个第一突出接触结构与多个第二凹陷接触结构键合，并且多个第一凹陷接触结构与多个第二突出接触结构键合。多个第一突出接触结构中的每个与相应的第二凹陷接触结构接触，并且多个第一凹陷接触结构中的每个与相应的第二突出接触结构接触。

在又一个示例中，本公开的实施例提供了具有第一半导体结构和第二半导体结构的半导体器件。第一半导体结构包括具有第一电介质层和接触结构的在第一电介质层中的第一部分的第一键合层。第二半导体结构包括具有第二电介质层和接触结构的在第二电介质层中的第二部分的第二键合层。半导体器件还包括在第一半导体结构和第二半导体结构之间的键合界面。接触结构的第一部分和第二部分彼此接触。键合界面的第一部分在接触结构外部、并且在第一电介质层和第二电介质层之间延伸。键合界面的第二部分在接触结构内部延伸，并且与键合界面的第一部分不共面。

附图说明

被并入到本文中并形成说明书一部分的附图示出了本公开的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本公开的原理并使相关领域中的技术人员能够制作和使用本公开。

图1A示出了根据一些实施例的示例性半导体器件的截面的示意图。

图1B、图1C和图1D均示出了根据一些实施例的示例性半导体器件中的部分键合结构的截面图。

图2示出了根据一些实施例的示例性半导体器件的截面的详细示意图。

图3A-图3E示出了根据一些实施例的用于形成图2中的半导体器件中的半导体结构的示例性制造工艺。

图4A-图4D示出了根据一些实施例的用于形成图2中的半导体器件中的另一个半导体结构的示例性制造工艺。

图5A-图5C示出了根据一些实施例的用于键合半导体结构以用于形成示例性半导体器件的制造工艺。

图6A和图6B均示出了根据一些实施例的用于形成半导体器件的示例性方法的流程图。