低应力直接混合键合的制作方法

本领域涉及具有包括电介质和导电区的混合键合表面的结构以及用于形成该结构的方法。

背景技术：

1、半导体元件，诸如集成器件裸片或芯片，可以被安装或堆叠在其他元件上。例如，半导体元件可以被堆叠在另一半导体元件的顶部，例如，第一集成器件裸片的混合键合表面可以被键合到第二集成器件裸片的混合键合表面上。键合的元件可以通过混合键合表面中包括的接触焊盘相互电连通。重要的是，要确保相对的半导体元件上的接触焊盘对齐、相对的混合键合表面之间存在充分接触、以及两个相对的半导体元件上的接触焊盘之间的电连接可靠。在一些情况下，混合键合表面的形貌可能对集成器件裸片的电介质和导电区之间可靠键合的形成产生不利影响。

技术实现思路

1、下文提供了本文所讨论的实施例的一些非限制性示例。

2、在第1示例中，一种方法包括：

3、在电子元件的衬底之上的电介质层中提供开口；

4、在电介质层的场区域和开口的侧壁上形成抛光停止层；

5、在抛光停止层之上涂覆导电阻挡层；

6、在涂覆导电阻挡层之后，利用导电材料填充开口；以及

7、制备用于直接混合键合的电子元件。

8、在第2示例中，根据示例1所述的方法，还包括：抛光导电材料，以去除在导电阻挡层上以及在电介质层的场区域上方的导电材料，从而形成导电接触焊盘。

9、在第3示例中，根据示例2所述的方法，还包括：在制备用于直接混合键合的电子元件之前，从场区域上的抛光停止层之上去除导电阻挡层。

10、在第4示例中，根据示例3所述的方法，其中去除导电阻挡层包括：利用选择性化学进行化学机械抛光，以用于停止在抛光停止层上。

11、在第5示例中，根据示例3所述的方法，其中去除导电阻挡层包括：利用终点停止检测进行化学机械抛光，以用于停止在抛光停止层上。

12、在第6示例中，根据示例3所述的方法，还包括：在制备用于直接混合键合的电子元件之前，从场区域之上去除抛光停止层。

13、在第7示例中，根据示例6所述的方法，其中去除抛光停止层包括：利用选择性化学进行化学机械抛光，以用于停止在电介质层上。

14、在第8示例中，根据示例6所述的方法，其中去除抛光停止层包括：利用终点停止检测进行化学机械抛光，以用于停止在电介质层上。

15、在第9示例中，根据示例3所述的方法，其中制备用于直接混合键合的电子元件包括：激活抛光停止层用于直接混合键合。

16、在第10示例中，根据前述示例中的任一项所述的方法，其中制备用于直接混合键合的电子元件包括：利用氮物质终止电子元件的上表面。

17、在第11示例中，根据前述示例中的任一项所述的方法，其中抛光停止层是绝缘材料。

18、在第12示例中，根据示例11所述的方法，其中抛光停止层包括选自以下组的材料，该组由类金刚石碳、氧化铝、碳氮化硅、碳化硅、氮化硅及其组合组成。

19、在第13示例中，根据前述示例中的任一项所述的方法，其中开口的顶部宽度比开口的底部宽度大至少10％。

20、在第14示例中，根据前述示例中的任一项所述的方法，其中开口的侧壁与场区域的表面之间的角度大于100度。

21、在第15示例中，根据前述示例中的任一项所述的方法，其中导电阻挡层包括金属氮化物。

22、在第16示例中，根据示例1-12中任一项所述的方法，其中导电阻挡层包括选自以下组的材料，该组由钛(ti)、氮化钛(tin)、钽(ta)、氮化钽(tan)、氧化钽(具有少量氧含量的钽)、钨(w)、氮化钨(wn)、钴磷合金(cop)、钴钨合金cow、硅酸钴(cosi)、镍钒(niv)、及其组合组成。

23、在第17示例中，根据前述示例中的任一项所述的方法，还包括：在涂覆导电阻挡层之前，从开口的底部去除抛光停止层，以露出下导电元件的一部分。

24、在第18示例中，根据示例17所述的方法，其中提供开口包括：暴露下导电元件在开口的底部处的部分，并且去除抛光停止层包括：露出下导电元件。

25、在第19示例中，根据示例17所述的方法，其中提供开口包括：停止在金属特征上方的电介质材料中的过孔蚀刻，还包括：在从开口的底部去除抛光停止层之后，去除电介质材料以露出下导电元件的部分。

26、在第20示例中，根据示例1-8中任一项所述的方法，其中抛光停止层包括导电材料。

27、在第21示例中，根据示例20所述的方法，其中开口的底部包括下导电元件，并且抛光停止层的至少一部分被涂覆在下导电元件的顶表面上。

28、在第22示例中，根据示例209所述的方法，其中去除电介质材料包括：在下导电元件上方和抛光停止层的一部分下方形成阶梯状电介质层。

29、在第23示例中，根据示例21所述的方法，其中制备用于直接混合键合的电子元件包括：激活电介质的场区域。

30、在第24示例中，根据前述示例中的任一项所述的方法，其中涂覆抛光停止层包括气相沉积过程。

31、在第25示例中，根据前述示例中的任一项所述的方法，其中电介质层包括在再分布层之上的键合层，并且电子组件包括集成电路。

32、在第26示例中，根据前述示例中的任一项所述的方法，还包括：在没有中间粘合剂的情况下，将电子组件直接混合键合到另一组件。

33、在第27示例中，根据前述示例中的任一项所述的方法，其中导电材料是铜。

34、在第28示例中，一种用于键合到另一电子组件的电子组件，包括：

35、上电介质层，具有在其中的开口；

36、导电阻挡层，至少衬于开口的侧壁处；

37、抛光停止层，在导电阻挡层下面，至少在导电阻挡层与侧壁处的上电介质层之间；

38、导电填料，在导电阻挡层之上的开口内；并且

39、其中电子组件的上表面被平坦化，并且被处理用于直接混合键合。

40、在第29示例中，根据示例28所述的电子组件，其中抛光停止材料包括选自以下组的材料，该组由类金刚石碳、氧化铝、碳氮化硅、碳化硅及其组合组成。

41、在第30示例中，根据示例28或29所述的电子组件，其中上表面包括利用物质激活和终止的电介质层，以加强与另一电子组件的直接共价键。

42、在第31示例中，根据示例28或29所述的电子组件，其中上表面包括在电介质层之上的抛光停止层的上部部分，其中上表面利用物质进行激活和终止，以加强与另一电子组件的直接共价键。

43、在第32示例中，根据示例30或31所述的电子组件，其中该物质包括氮。

44、在第33示例中，根据示例28-32中的任一项所述的电子组件，其中开口具有在上表面处的场区与侧壁之间过渡的拐角，其中拐角限定小于阻挡层的厚度的100倍的曲率半径。

45、在第34示例中，根据示例28-33中的任一项所述的电子组件，其中上表面具有小于rms的粗糙度。

46、在第35示例中，根据示例28-34中任一项所述的电子组件，其中导电填料包括铜。

47、在第36示例中，根据示例28-35中任一项所述的电子组件，其中在电子组件的上表面被平坦化之后，导电填料的上表面在电子组件的上表面下方凹陷小于

48、在第37示例中，根据示例28所述的电子组件，其中抛光停止层包括导电材料。

49、在第38示例中，根据示例37所述的电子组件，其中开口的底部包括下导电元件，并且抛光停止层被涂覆在下导电元件的顶表面上。

50、在第39示例中，根据示例28所述的电子组件，其中电子组件被键合到第二电子组件。

51、在第40示例中，根据前述示例中的任一项所述的电子组件，其中开口的侧壁与场区域的表面之间的角度大于100度。

52、在第41示例中，一种键合结构，包括：

53、第一元件，包括第一非导电场区，该第一非导电场区包括：

54、第一开口；

55、第一导电接触焊盘，被布置在第一开口中；

56、第一抛光停止层，至少衬于第一开口的侧壁处；以及

57、第一导电阻挡层，至少被布置在导电接触焊盘与涂覆在第一开口的侧壁上的第一抛光层的一部分之间；以及

58、第二元件，在没有粘合剂的情况下，通过混合键合的方式被直接键合到第一元件。

59、在第42示例中，根据示例41所述的键合结构，其中第二元件包括第二非导电场区，该第二非导电场区包括：

60、第二开口，

61、第二导电接触焊盘，被布置在第二开口中，

62、第二抛光停止层，至少衬于第二开口的侧壁处，以及

63、第二导电阻挡层，至少被布置在导电接触焊盘与涂覆在第二开口的侧壁上的第二抛光层的一部分之间。

64、在第43示例中，根据示例41和42中任一项所述的键合结构，其中混合键合包括：形成在第一非导电场区的键合表面和第二非导电场区的键合表面之间的键合。

65、在第44示例中，根据示例41和42中任一项所述的键合结构，其中：

66、第一抛光停止层还覆盖第一非导电场区的键合表面和第一开口的侧壁，并且

67、第二抛光停止层还覆盖第二非导电场区的键合表面和第二开口的侧壁，

68、在第45示例中，根据示例44所述的键合结构，其中混合键合包括：形成在涂覆在第一非导电场区的键合表面上的第一抛光停止层的一部分、与涂覆在第二非导电场区的键合表面上的第二抛光停止层的一部分之间的键合。

69、在第46示例中，根据示例41所述的键合结构，其中第一抛光停止层具有沿垂直于第一开口的侧壁的方向的厚度，其中该厚度小于1000nm。

70、在第47示例中，根据示例41的键合结构，其中第一开口的侧壁与场区域的表面之间的角度大于100度。

71、在第48示例中，根据示例42-46中的任一项所述的键合结构，其中混合键合还包括：形成在第一导电接触焊盘与第二导电接触焊盘之间的第一键合。

72、在第49示例中，根据示例42-48中的任一项所述的键合结构，其中第一导电接触焊盘和第二导电接触焊盘包括铜。

73、在第50示例中，根据示例42-49中的任一项所述的键合结构，其中第一抛光停止层和第二抛光停止层是绝缘材料。

74、在第51示例中，根据示例42-50中任一项所述的键合结构，其中第一抛光停止层和第二抛光停止层包括选自以下组的材料，该组由类金刚石碳、氧化铝、碳氮化硅、碳化硅及其组合组成。

75、在第52示例中，根据示例42-51中任一项所述的键合结构，其中第一导电阻挡层和第二导电阻挡层包括金属氮化物。

76、在第53示例中，根据示例52所述的键合结构，其中第一导电阻挡层和第二导电阻挡层包括选自以下组的材料，该组由钛(ti)、氮化钛(tin)、钽(ta)、氮化钽(tan)、氧化钽(具有少量氧含量的钽)、钨(w)、氮化钨(wn)、钴磷合金(cop)、钴钨合金cow、硅酸钴(cosi)、镍钒(niv)、及其组合组成。

77、在第54示例中，根据示例42-53中任一项所述的键合结构，还包括在第一导电接触焊盘下方的第一再分布层，以及在第二导电接触焊盘下方的第二再分布层。

78、在第55示例中，根据示例54所述的键合结构，其中第一阻挡层的一部分与第一再分布层电接触，并且第二阻挡层的一部分与第二再分布层电接触。

79、在第56示例中，根据示例54所述的键合结构，其中第一抛光停止层的一部分与第一再分布层接触，并且第二抛光停止层的一部分与第二再分布层接触。

80、在第57示例中，根据示例42-43中任一项所述的键合结构，其中抛光停止层是导电材料。

81、在第58示例中，根据示例57所述的键合结构，还包括在第一导电接触焊盘下方的第一再分布层，以及在第二导电接触焊盘下方的第二再分布层，其中第一抛光停止层的一部分与第一再分布层电接触，并且第二抛光停止层的一部分与第二再分布层电接触。

82、在第59示例中，根据示例41和42中任一项所述的键合结构，其中：

83、第一开口具有在第一非导电场区的键合表面与第一开口的侧壁之间过渡的拐角，

84、第二开口具有在第二非导电场区的键合表面与第二开口的侧壁之间过渡的拐角，

85、其中每个拐角限定小于第一导电接触焊盘和第二导电接触焊盘的宽度的10％的曲率半径。

86、在第60示例中，根据示例41-59中任一项所述的键合结构，其中第一元件包括第一集成电路的第一电介质层，并且第二元件包括第二集成电路的第二电介质层。

87、在第61示例中，方法包括：

88、在电子元件的衬底之上的电介质层中提供开口；

89、在电介质层的场区域和开口的侧壁上形成抛光停止层，

90、在形成抛光停止层之后，利用导电材料填充开口；

91、在抛光停止层和导电材料上形成平坦键合表面；以及

92、制备用于直接混合键合的电子元件。

93、在第62示例中，根据示例61所述的方法，还包括：抛光导电材料，以去除所形成的抛光层上的导电材料，从而形成导电接触焊盘，其中导电接触焊盘的顶表面相对于平坦键合表面凹陷。

94、在第63示例中，根据示例61所述的方法，其中所形成的停止抛光层的硬度高于在下面的电介质层的硬度。

95、在第64示例中，一种直接键合元件，包括：

96、开口，在元件的衬底之上的电介质层中；

97、抛光停止层，在电介质层的场区域和开口的侧壁上；

98、平坦导电材料，被布置在电介质层中的开口中的抛光的停止层之上；并且

99、其中停止抛光层的硬度高于在下面的电介质层的硬度。

100、在第65示例中，根据示例64所述的直接键合元件，还包括阻挡层，该阻挡层被布置在抛光停止层与平坦导电材料之间。

101、在第66示例中，一种元件，包括：

102、开口，在元件的衬底之上的电介质层中；

103、抛光停止层，在电介质层的场区域和开口的侧壁上；

104、导电材料，被布置在电介质层中的开口中的抛光的停止层之上；并且

105、其中抛光停止层的硬度高于在下面的电介质层的硬度。