本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種半導(dǎo)體器件及其制備方法。

背景技術(shù)：

隨著電子設(shè)備及存儲(chǔ)器朝著小型化和薄型化發(fā)展，對(duì)芯片的體積和厚度也有了更高的要求。晶圓的三維集成是在保持現(xiàn)有技術(shù)節(jié)點(diǎn)的同時(shí)提高芯片性能的解決方案，這種技術(shù)將兩個(gè)或者多個(gè)功能相同或者不同的芯片通過鍵合集成在一起，這種集成在保持芯片體積的同時(shí)提高了芯片的性能；同時(shí)縮短了功能芯片之間的金屬互連，使得發(fā)熱、功耗、延遲大幅度減少；并大幅度提高了功能模塊之間的帶寬，從而在保持現(xiàn)有技術(shù)節(jié)點(diǎn)的同時(shí)提高了芯片的性能。

堆疊(Stacking)技術(shù)在當(dāng)前晶圓的三維集成工藝中已占據(jù)重要地位，UTS(Ultra Thin Stacking，超薄堆疊)結(jié)構(gòu)作為堆疊結(jié)構(gòu)的連接單元的工藝也廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體相關(guān)生產(chǎn)當(dāng)中。當(dāng)前日趨復(fù)雜和高集成度的工藝也對(duì)UTS結(jié)構(gòu)連接的可靠性也要求越來越高。

然而，隨著晶圓集成度的加大，在UTS的后續(xù)工藝也變得復(fù)雜，這些后續(xù)工藝對(duì)UTS本身的(特別是頂端)帶來了很多可靠性問題。例如UTS在進(jìn)行金屬填充供以后，往往會(huì)出現(xiàn)可靠性失效等問題，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所不愿意見到的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于，提供一種半導(dǎo)體器件及其制備方法，可以提高器件的可靠性。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件的制備方法，包括：

提供一鍵合晶圓，所述鍵合晶圓包括第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓包括層疊的第一襯底和第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層中設(shè)置有第一金屬層，所述第二晶圓包括層疊的第二襯底和第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層中設(shè)置有第二金屬層，且所述第一介質(zhì)層面向所述第二介質(zhì)層設(shè)置；

在所述第一襯底背離所述第二晶圓的一側(cè)形成第一開口；

在所述第一開口的側(cè)壁自內(nèi)之外依次形成氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層；

在所述第一開口內(nèi)形成互連硅穿孔，所述互連硅穿孔分別暴露所述第一金屬層的至少部分表面和所述第二金屬層的至少部分表面；

在所述第一開口和互連硅穿孔中填充金屬。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，所述第一金屬層和所述第二金屬層在同一水平面上的垂直投影互不重疊或僅部分重疊。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，所述互連硅穿孔包括第二開口和第三開口，所述第二開口暴露出所述第二金屬層的至少部分表面，所述第三開口暴露出所述第一金屬層的至少部分表面。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，在所述第一開口內(nèi)形成互連硅穿孔的步驟包括：

在所述第一開口內(nèi)形成第二開口，所述第二開口位于所述第二金屬層上方；

在所述第一開口內(nèi)形成第三開口，所述第三開口暴露出所述第一金屬層的至少部分表面，同時(shí)，所述第二開口繼續(xù)加深，以暴露出所述第二金屬層的至少部分表面。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，所述氧化物保護(hù)層的材料為氧化硅。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，所述氧化物保護(hù)層的厚度為

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，所述氮化物保護(hù)層的材料為氮化硅。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，所述氮化物保護(hù)層的厚度為

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，在所述第一開口的側(cè)壁自內(nèi)之外依次形成氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層時(shí)，所述氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層還覆蓋所述第一開口的底壁。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，所述第一金屬層和所述第二金屬層均為墊片結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，所述第一介質(zhì)層面向所述第二介質(zhì)層的一側(cè)設(shè)置有第一保護(hù)層，所述第二介質(zhì)層面向所述第一介質(zhì)層的一側(cè)設(shè)置有第二保護(hù)層，所述第一保護(hù)層和第二保護(hù)層通過一粘合層連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一面，還提供一種半導(dǎo)體器件，包括：

鍵合晶圓，所述鍵合晶圓包括第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓包括層疊的第一襯底和第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層中設(shè)置有第一金屬層，所述第二晶圓包括層疊的第二襯底和第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層中設(shè)置有第二金屬層，且所述第一介質(zhì)層面向所述第二介質(zhì)層設(shè)置；

所述第一襯底背離所述第二晶圓的一側(cè)設(shè)置有第一開口；

所述第一開口的側(cè)壁自內(nèi)之外依次設(shè)置有氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層；

所述第一開口內(nèi)設(shè)置有互連硅穿孔，所述互連硅穿孔分別暴露所述第一金屬層的至少部分表面和所述第二金屬層的至少部分表面；

所述第一開口和互連硅穿孔中設(shè)置有金屬。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件中，所述第一金屬層和所述第二金屬層在同一水平面上的垂直投影互不重疊或僅部分重疊。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件中，所述互連硅穿孔包括第二開口和第三開口，所述第二開口暴露出所述第二金屬層的至少部分表面，所述第三開口暴露出所述第一金屬層的至少部分表面。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件中，所述氧化物保護(hù)層的材料為氧化硅。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件中，所述氧化物保護(hù)層的厚度為

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件中，所述氮化物保護(hù)層的材料為氮化硅。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件中，所述氮化物保護(hù)層的厚度為

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件中，在所述第一開口的側(cè)壁自內(nèi)之外依次形成氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層時(shí)，所述氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層還覆蓋所述第一開口的底壁。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件中，所述第一介質(zhì)層面向所述第二介質(zhì)層的一側(cè)設(shè)置有第一保護(hù)層，所述第二介質(zhì)層面向所述第一介質(zhì)層的一側(cè)設(shè)置有第二保護(hù)層，所述第一保護(hù)層和第二保護(hù)層通過一粘合層連接。

進(jìn)一步的，在所述半導(dǎo)體器件中，所述第一金屬層和所述第二金屬層均為墊片結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的半導(dǎo)體器件及其制備方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：

在所述半導(dǎo)體器件及其制備方法中，在所述第一開口的側(cè)壁自內(nèi)之外依次形成氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層，使得在后續(xù)填充金屬的過程中，可以很好的防止金屬離子滲透到所述第一襯底中，提高器件的可靠性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明一實(shí)施例中半導(dǎo)體器件的制備方法的流程圖；

圖2至圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制備方法中器件結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)有技術(shù)中UTS結(jié)構(gòu)在進(jìn)行金屬填充供以后，往往會(huì)出現(xiàn)可靠性失效等問題，發(fā)明對(duì)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，在填充金屬時(shí)，金屬離子滲透到所述第一襯底中，影響器件的可靠性。發(fā)明人進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，如果在金屬和所述第一襯底之間形成氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層，則氧化物保護(hù)層可以很好的對(duì)金屬和所述第一襯底進(jìn)行絕緣，氮化物保護(hù)層可以防止金屬離子滲透到所述第一襯底中。

本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件，包括：鍵合晶圓，所述鍵合晶圓包括第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓包括層疊的第一襯底和第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層中設(shè)置有第一金屬層，所述第二晶圓包括層疊的第二襯底和第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層中設(shè)置有第二金屬層，且所述第一介質(zhì)層面向所述第二介質(zhì)層設(shè)置；所述第一襯底背離所述第二晶圓的一側(cè)設(shè)置有第一開口；所述第一開口的側(cè)壁自內(nèi)之外依次設(shè)置有氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層；所述第一開口內(nèi)設(shè)置有互連硅穿孔，所述互連硅穿孔分別暴露所述第一金屬層的至少部分表面和所述第二金屬層的至少部分表面；所述第一開口和互連硅穿孔中設(shè)置有金屬。

其中，在金屬和所述第一襯底之間形成氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層，則氧化物保護(hù)層可以很好的對(duì)金屬和所述第一襯底進(jìn)行絕緣，氮化物保護(hù)層可以防止金屬離子滲透到所述第一襯底中，提高器件的可靠性。

本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件及其制備方法，如圖1所示，包括如下步驟：

步驟S11，提供一鍵合晶圓，所述鍵合晶圓包括第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓包括層疊的第一襯底和第一介質(zhì)層，所述第一介質(zhì)層中設(shè)置有第一金屬層，所述第二晶圓包括層疊的第二襯底和第二介質(zhì)層，所述第二介質(zhì)層中設(shè)置有第二金屬層，且所述第一介質(zhì)層面向所述第二介質(zhì)層設(shè)置；

步驟S12，在所述第一襯底背離所述第二晶圓的一側(cè)形成第一開口；

步驟S13，在所述第一開口的側(cè)壁自內(nèi)之外依次形成氧化物保護(hù)層和氮化物保護(hù)層；

步驟S14，在所述第一開口內(nèi)形成互連硅穿孔，所述互連硅穿孔分別暴露所述第一金屬層的至少部分表面和所述第二金屬層的至少部分表面；

步驟S15，在所述第一開口和互連硅穿孔中填充金屬提供第一基底，所述第一基底具有第一面和與所述第一面相背的第二面，所述第一基底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第一區(qū)域上設(shè)置有控制電路。

下面將結(jié)合示意圖對(duì)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件及其制備方法進(jìn)行更詳細(xì)的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，應(yīng)該理解本領(lǐng)域技術(shù)人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應(yīng)當(dāng)被理解為對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員的廣泛知道，而并不作為對(duì)本發(fā)明的限制。

為了清楚，不描述實(shí)際實(shí)施例的全部特征。在下列描述中，不詳細(xì)描述公知的功能和結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗鼈儠?huì)使本發(fā)明由于不必要的細(xì)節(jié)而混亂。應(yīng)當(dāng)認(rèn)為在任何實(shí)際實(shí)施例的開發(fā)中，必須做出大量實(shí)施細(xì)節(jié)以實(shí)現(xiàn)開發(fā)者的特定目標(biāo)，例如按照有關(guān)系統(tǒng)或有關(guān)商業(yè)的限制，由一個(gè)實(shí)施例改變?yōu)榱硪粋€(gè)實(shí)施例。另外，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為這種開發(fā)工作可能是復(fù)雜和耗費(fèi)時(shí)間的，但是對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說僅僅是常規(guī)工作。

在下列段落中參照附圖以舉例方式更具體地描述本發(fā)明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實(shí)施例的目的。

以下結(jié)合圖2至圖7，具體說明本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制備方法，圖2至圖7為本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的制備方法中器件結(jié)構(gòu)的示意圖。

在所述半導(dǎo)體器件的制備方法中，首先，進(jìn)行步驟S11，如圖2所示，提供一鍵合晶圓，所述鍵合晶圓包括第一晶圓100和第二晶圓200，所述第一晶圓100包括層疊的第一襯底110和第一介質(zhì)層120，所述第一介質(zhì)層120中設(shè)置有第一金屬層121，所述第二晶圓200包括層疊的第二襯底210和第二介質(zhì)層220，所述第二介質(zhì)層220中設(shè)置有第二金屬層221，且所述第一介質(zhì)層120與所述第二介質(zhì)層220相對(duì)設(shè)置。

在圖2中，所述第一金屬層121為墊片結(jié)構(gòu)，在其他實(shí)施例中，所述第一金屬層121還可以為其它互連結(jié)構(gòu)。其中，所述第一晶圓100用于形成第一器件，例如，在本實(shí)施例中，所述第一晶圓100用于形成光電二極管，所述第一襯底110中可以包括用于形成光電二極管的器件，所述第一金屬層121可以通過金屬互連結(jié)構(gòu)和所述第一襯底110中的器件電連接。

在圖2中，所述第二介質(zhì)層220為墊片結(jié)構(gòu)，在其他實(shí)施例中，所述第二介質(zhì)層220還可以為其它互連結(jié)構(gòu)。其中，所述第二晶圓200用于形成第二器件，例如，在本實(shí)施例中，所述第二晶圓200用于形成邏輯電路，所述第二襯底210中可以包括用于形成邏輯電路的器件，所述第二金屬層221可以通過金屬互連結(jié)構(gòu)和所述第二襯底210中的器件電連接。

較佳的，所述第一金屬層121和所述第二金屬層221在同一水平面上的垂直投影互不重疊或僅部分重疊，可以方便后續(xù)的UTS結(jié)構(gòu)將所述第一金屬層121和所述第二金屬層221導(dǎo)通。

在本實(shí)施例中，所述第一介質(zhì)層120面向所述第二介質(zhì)層220的一側(cè)設(shè)置有第一保護(hù)層130，所述第二介質(zhì)層220面向所述第一介質(zhì)層120的一側(cè)設(shè)置有第二保護(hù)層230，所述第一保護(hù)層130和第二保護(hù)層230用于保護(hù)所述第一金屬層121和所述第二金屬層221等互連結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)將所述第一晶圓100和第二晶圓200進(jìn)行鍵合，所述第一保護(hù)層130和第二保護(hù)層230通過一粘合層300連接。其中，所述第一保護(hù)層130和第二保護(hù)層230的材料為氧化物，所述粘合層300的材料為正硅酸乙酯。

在本實(shí)施例中，由于所述第一晶圓100用于形成光電二極管，所述第一襯底110背離所述第二晶圓200的一側(cè)還形成有一器件層140，以用于形成光電二極管。

然后，進(jìn)行步驟S12，如圖3所示，在所述第一襯底110背離所述第二晶圓200的一側(cè)形成第一開口510。具體的，可以在所述器件層140背離所述第一襯底110的一側(cè)形成第一圖案掩膜層，然后以第一圖案掩膜層為掩膜，刻蝕所述器件層140和所述第一襯底110，較佳的，在同一水平面上的垂直投影中，所述第一開口510的投影至少覆蓋部分所述第一金屬層121的投影以及至少覆蓋部分所述第二金屬層221的投影，以方便使得后續(xù)的UTS結(jié)構(gòu)將所述第一金屬層121和所述第二金屬層221導(dǎo)通。

接著，進(jìn)行步驟S13，如圖4所示，在所述第一開口510的側(cè)壁自內(nèi)之外依次形成氧化物保護(hù)層610和氮化物保護(hù)層620。進(jìn)一步的，所述氧化物保護(hù)層610和氮化物保護(hù)層620還覆蓋所述第一開口510的底壁，以及所述鍵合晶圓的上表面。所述氧化物保護(hù)層610可以很好的對(duì)金屬和所述第一襯底110進(jìn)行絕緣，所述氮化物保護(hù)層620可以防止金屬離子滲透到所述第一襯底110中。

較佳的，所述氧化物保護(hù)層610的材料為氧化硅，可以很好的對(duì)金屬和所述第一襯底110進(jìn)行絕緣，所述氧化物保護(hù)層的厚度為例如較佳的，所述氮化物保護(hù)層620的材料為氮化硅，可以很好的防止金屬離子滲透到所述第一襯底110中，所述氮化物保護(hù)層620的厚度為例如

之后，進(jìn)行步驟S14，在所述第一開口510內(nèi)形成互連硅穿孔，所述互連硅穿孔分別暴露所述第一金屬層121的至少部分表面和所述第二金屬層221的至少部分表面。較佳的，在所述步驟S14步驟包括：

步驟S141，如圖5所示，在所述第一開口510內(nèi)形成第二開口521，所述第二開口521位于所述第二金屬層221上方，例如，在本實(shí)施例中，所述第二開口521停在所述第二保護(hù)層230上；

步驟S142，如圖6所示，在所述第一開口510內(nèi)形成第三開口522，所述第三開口522暴露出所述第一金屬層121的至少部分表面，同時(shí)，所述第二開口521繼續(xù)加深，以暴露出所述第二金屬層221的至少部分表面。在此過程的，位于所述鍵合晶圓表面的氧化物保護(hù)層610和氮化物保護(hù)層620被去除。

在形成的所述互連硅穿孔520中，包括第二開口521和第三開口522，所述第二開口521暴露出所述第二金屬層221的至少部分表面，所述第三開口522暴露出所述第一金屬層121的至少部分表面。

隨后，進(jìn)行步驟S15，如圖7所示，在所述第一開口510和互連硅穿孔520中填充金屬700，以形成UTS結(jié)構(gòu)。

如圖7所示，在形成的所述半導(dǎo)體器件中，包括：

鍵合晶圓，所述鍵合晶圓包括第一晶圓100和第二晶圓200，所述第一晶圓100包括層疊的第一襯底110和第一介質(zhì)層120，所述第一介質(zhì)層120中設(shè)置有第一金屬層121，所述第二晶圓200包括層疊的第二襯底210和第二介質(zhì)層220，所述第二介質(zhì)層220中設(shè)置有第二金屬層221，且所述第一介質(zhì)層120面向所述第二介質(zhì)層220設(shè)置；

所述第一襯底110背離所述第二晶圓200的一側(cè)設(shè)置有第一開口510；

所述第一開口510的側(cè)壁自內(nèi)之外依次設(shè)置有氧化物保護(hù)層610和氮化物保護(hù)層620；

所述第一開口510內(nèi)設(shè)置有互連硅穿孔520，所述互連硅穿520孔分別暴露所述第一金屬層221的至少部分表面和所述第二金屬層121的至少部分表面；

所述第一開口510和互連硅穿孔520中設(shè)置有金屬700。

其中，在金屬700和所述第一襯底110之間形成氧化物保護(hù)層610和氮化物保護(hù)層620，所述氧化物保護(hù)層610可以很好的對(duì)金屬700和所述第一襯底110進(jìn)行絕緣，所述氮化物保護(hù)層620可以防止金屬離子滲透到所述第一襯底110中，提高器件的可靠性。

顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。