[发明专利]一种自对准混合键合结构及其制作方法

说明书

本发明公开了一种自对准混合键合结构，包括具有梯形金属结构的自对准结构Ⅰ和具有倒梯形凹槽Ⅲ的自对准结构Ⅱ；所述自对准结构Ⅰ包括金属互连结构Ⅰ、位于金属互连结构Ⅰ上方的介质层以及梯形金属结构，自对准结构Ⅰ中的介质层包括位于金属互连层上方的凹槽Ⅰ，所述梯形金属结构位于所述凹槽的上方；所述自对准结构Ⅱ包括金属互连结构Ⅱ以及位于金属互连结构Ⅱ上的介质层，自对准结构Ⅱ中的介质层包括位于金属互连层上方的倒梯形凹槽Ⅲ，所述倒梯形凹槽Ⅲ贯穿上述介质层，且侧壁和底部依次沉积扩散阻挡层和金属层。本发明提供的一种自对准混合键合结构及其制作方法，能够提高混合键合时的对准精度，提高键合质量。

技术领域

本发明涉及一种混合键合技术，具体涉及一种自对准混合键合结构及其制作方法。

背景技术

随着半导体超大规模集成电路的发展，现有的技术工艺已经接近物理极限。在对电子产品进一步小型化、多功能化的目的驱动下，其他新的技术、新的材料、新的科技被探索出来。三维堆叠封装技术就是其中之一。三维堆叠封装技术将硅片通过键合技术堆叠起来，实现三维层面上的金属互连结构，可以减少互连距离，提高传输速度，减小器件体积，并提供了异质结构集成的可能性。

晶圆键合技术是实现三维堆叠的重要手段之一。晶圆键合技术包括硅-硅键合，铜-铜键合，混合键合等，其中混合键合可以同时提供金属互联结构和足够的机械支撑，是三维堆叠关键技术之一。

现有的混合键合技术通常在两个待键合的衬底上通过绝缘层沉积，绝缘层图形化，绝缘层刻蚀和金属填充形成绝缘层-金属的混合界面，并通过平坦化技术降低表面的粗糙度，然后将经过上述处理的两个晶圆对准键合。然而在这种表面平滑的晶圆键合过程中，键合时需要金属-金属的高精度对准，由于目前用于键合对准的光学对准技术只能使用红外光源，因此对准精度存在理论极限，通常会存在对转误差，当对准误差较大时，金属接触面太小，会使得电阻过高。同时金属-绝缘层接触的部分无法获得高强的的键合力，会降低整体键合的可靠性。因此，目前通过红外光源进行光学对准的技术已经不能满足三维堆叠技术的要求，想要进一步提高键合对准精度，需要其他的工艺技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种自对准混合键合结构及其制作方法，能够提高混合键合时的对准精度，提高键合质量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种自对准混合键合结构的制作方法，包括如下步骤：

S01：在完全相同的金属互连结构Ⅰ和金属互连结构Ⅱ的上表面沉积介质层并平坦化该介质层，其中，所述金属互连结构Ⅰ和金属互连结构Ⅱ包括互连介质层以及镶嵌在该互连介质层中的金属互连层，且所述金属互连层的上表面与所述互连介质层的上表面齐平；

S02：对金属互连结构Ⅰ进行处理，形成具有梯形金属结构的自对准结构Ⅰ，具体包括：

S021：对金属互连结构Ⅰ上表面的介质层进行光刻刻蚀，在该介质层中形成位于金属互连层上方的凹槽Ⅰ，所述凹槽Ⅰ贯穿所述介质层，且所述凹槽Ⅰ的水平截面面积小于所述金属互连层的水平截面；

S022：在介质层上表面以及凹槽Ⅰ的侧壁和底部沉积扩散阻挡层；

S023：在介质层上旋涂光刻胶，并对光刻胶进行处理，在两个凹槽Ⅰ之间的介质层上形成倒梯形光刻胶结构，所述倒梯形光刻胶结构的上表面面积大于其下表面面积，且上表面面积小于等于其两侧凹槽Ⅰ之间的介质层面积；

S024：在倒梯形光刻胶结构之间的凹槽Ⅰ及其上方进行金属填充，得到位于凹槽上方的梯形金属结构，所述梯形金属结构的下表面与光刻胶的下表面齐平，所述梯形金属结构的上表面低于或等于光刻胶的上表面；

S025：去除倒梯形光刻胶结构；

S026：去除梯形金属结构和凹槽Ⅰ中金属以外的扩散阻挡层，形成具有梯形金属结构的自对准结构Ⅰ；