[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

本发明提供了一种半导体器件及其制造方法，半导体器件的制造方法包括：提供一晶圆，晶圆形成有顶层金属层，刻蚀停止层覆盖顶层金属层，刻蚀停止层为至少两层堆叠的结构；形成键合层于刻蚀停止层上；刻蚀键合层，且刻蚀停止于刻蚀停止层的非最底层结构中，以形成通孔；填充保护层于通孔中；刻蚀去除通孔中的部分保护层和通孔侧壁顶部的键合层，以在通孔顶部形成沟槽；去除剩余的保护层；刻蚀去除通孔底面的刻蚀停止层，以暴露出顶层金属层；填充金属层于沟槽和通孔中，金属层与顶层金属层连接。本发明的技术方案能够改善金属扩散问题，进而能够提高混合键合良率。

技术领域

本发明涉及半导体集成电路制造领域，特别涉及一种半导体器件及其制造方法。

背景技术

随着芯片工艺的发展，多片芯片堆叠工艺越来越受到业界的重视，其中混合键合工艺运用较为广泛。

在键合之前，会先在待键合的晶圆上形成氮化硅层和键合层；然后，在键合层中刻蚀形成通孔，并刻蚀停止在氮化硅层中；然后，填充底部抗反射层于通孔中；然后，刻蚀通孔侧壁顶部的键合层和底部抗反射层，以在通孔顶部形成沟槽；然后，去除剩余的底部抗反射层和通孔底面的氮化硅层；然后，填充金属层于沟槽和通孔中，以便于在后续混合键合过程中，两片晶圆上的键合层之间键合且金属层之间键合。

其中，如图1所示，待键合的晶圆11上形成有氮化硅层13和键合层14，晶圆11顶部形成有顶层金属层12。在待键合的晶圆11中，顶层金属层12(例如为铜)作为重布线层，通常较厚，导致顶层金属层12上容易产生小丘121(hillock)；而小丘121上的氮化硅层13相比其他位置上的氮化硅层13薄很多，且氮化硅的脆性大，导致小丘121容易顶裂其上的氮化硅层13，并且，在刻蚀形成通孔的过程中，也会对氮化硅层13进行少量刻蚀，从而导致小丘121暴露出来，进而发生金属扩散的问题。如图2中所示为铜扩散后在顶层金属层12中形成了凹坑122，且金属会扩散至通孔的内壁以及晶圆11的表面，进而导致键合的晶圆之间出现电性连接问题甚至断路；通过增加氮化硅层13的厚度能够防止金属扩散，但是会导致氮化硅层13本身剥离的风险增大。

因此，如何改善铜扩散问题，以提高混合键合良率是亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种半导体器件及其制造方法，能够改善金属扩散问题，进而能够提高混合键合良率。

为实现上述目的，本发明提供了一种半导体器件的制造方法，包括：

提供一晶圆，所述晶圆形成有顶层金属层，刻蚀停止层覆盖所述顶层金属层，所述刻蚀停止层为至少两层堆叠的结构；

形成键合层于所述刻蚀停止层上；

刻蚀所述键合层，且刻蚀停止于所述刻蚀停止层的非最底层结构中，以形成通孔；

填充保护层于所述通孔中；

刻蚀去除所述通孔中的部分所述保护层和所述通孔侧壁顶部的所述键合层，以在所述通孔顶部形成沟槽；

去除剩余的所述保护层；

刻蚀去除所述通孔底面的所述刻蚀停止层，以暴露出所述顶层金属层；

填充金属层于所述沟槽和所述通孔中，所述金属层与所述顶层金属层连接。

可选地，所述刻蚀停止层包括自下向上堆叠的氧化物层和氮化硅层，在形成所述通孔时，刻蚀停止于所述氮化硅层中；或者，所述刻蚀停止层包括自下向上堆叠的第一氮化硅层、氧化物层和第二氮化硅层，在形成所述通孔时，刻蚀停止于所述第二氮化硅层或氧化物层中。

可选地，所述氧化物层的材质包括氧化硅和/或氮氧化硅。

可选地，所述键合层为多层堆叠的结构。

可选地，所述保护层包括抗反射层、旋涂碳和旋涂玻璃中的至少一种。