本公开整体涉及半导体器件领域，并且特别地涉及一种包括通过金属到金属接合来接合的半导体裸片的接合组件的半导体结构及其形成方法。
背景技术：
1、随着先进半导体技术世代中铜焊盘的尺寸减小，铜焊盘的配合对之间的铜到铜接合的工艺可靠性和良率变得更具挑战性。减少铜焊盘的配合对之间的腔体容积有助于改进芯片接合期间的铜到铜接合。
技术实现思路
1、根据本公开的方面，一种接合组件包括：第一半导体裸片，该第一半导体裸片包括第一半导体器件和嵌入在第一氧化硅层中的第一接合焊盘，其中该第一接合焊盘包括第一含铜部分；第二半导体裸片，该第二半导体裸片包括第二半导体器件和嵌入在第二氧化硅层中并通过金属到金属接合接合到该第一接合焊盘的第二接合焊盘，其中该第二接合焊盘包括第二含铜部分；以及插置在该第一接合焊盘和该第二氧化硅层之间的至少一个金属氧化硅层。在一个实施方案中，该至少一个金属氧化硅层是氧化锰硅层。
2、根据本公开的另一方面，提供了一种形成接合组件的方法，该方法包括：提供第一半导体裸片，该第一半导体裸片包括第一半导体器件和嵌入在第一氧化硅层中的第一接合焊盘，其中该第一接合焊盘包括第一铜锰合金部分；提供第二半导体裸片，该第二半导体裸片包括第二半导体器件和嵌入在第二氧化硅层中的第二接合焊盘，其中该第二接合焊盘包括第二铜锰合金部分；并且通过金属到金属接合将该第二接合焊盘接合到该第一接合焊盘，同时诱发锰原子从该第一铜锰合金部分和该第二铜锰合金部分中的至少一者向外扩散到该第一氧化硅层和该第二氧化硅层中的至少一者中，以在至少该第一接合焊盘和该第二氧化硅层之间形成至少一个氧化锰硅层。
3、根据本公开的方面，一种接合组件包括：第一半导体裸片，该第一半导体裸片包括第一半导体器件和第一接合焊盘，其中该第一接合焊盘包括第一铜材料部分和位于这些第一半导体器件和该第一铜材料部分之间的第一导电阻挡层，该第一导电阻挡层包括第一导电阻挡材料，该第一导电阻挡材料相比于铜具有较高的电化学势；以及第二半导体裸片，该第二半导体裸片包括第二半导体器件和第二接合焊盘，其中该第二接合焊盘包括第二铜材料部分和位于这些第二半导体器件和该第二铜材料部分之间的第二导电阻挡层，该第二导电阻挡层包括第二导电阻挡材料，该第二导电阻挡材料相比于铜具有较低的电化学势。该第二接合焊盘接合到该第一接合焊盘。
4、根据本公开的另一方面，提供了一种形成接合组件的方法，该方法包括：提供第一半导体裸片，该第一半导体裸片包括第一半导体器件、嵌入在第一介电材料层中并电连接到这些第一半导体器件的第一金属互连结构、以及嵌入在第一接合层级介电层中并电连接到这些第一金属互连结构中的一个第一金属互连结构的第一接合焊盘，其中该第一接合焊盘包括第一导电阻挡层和第一铜材料部分，该第一导电阻挡层包含相比于铜具有较高电化学势的第一导电阻挡材料，该第一铜材料部分至少部分地被该第一导电阻挡层横向包围；提供第二半导体裸片，该第二半导体裸片包括第二半导体器件、嵌入在第二介电材料层中并电连接到这些第二半导体器件的第二金属互连结构、以及嵌入在第二接合层级介电层中并电连接到这些第二金属互连结构中的一个第二金属互连结构的第二接合焊盘，其中该第二接合焊盘包括第二导电阻挡层和第二铜材料部分，该第二导电阻挡层包含相比于铜具有较低电化学势的第二导电阻挡材料，该第二铜材料部分至少部分地被该第二导电阻挡层横向包围；并且通过在该第二铜材料部分和该第一铜材料部分之间诱发铜到铜接合来将该第二接合焊盘接合到该第一接合焊盘。
5、根据本公开的方面，一种接合组件包括：第一半导体裸片，该第一半导体裸片包括第一半导体器件和第一接合焊盘，其中该第一接合焊盘包括第一铜材料部分和第一导电阻挡层，该第一铜材料部分含有体积分数为至少10％的(200)铜晶粒，该第一导电阻挡层位于这些第一半导体器件和该第一铜材料部分之间；以及第二半导体裸片，该第二半导体裸片包括第二半导体器件和第二接合焊盘，其中该第二接合焊盘包括第二铜材料部分和位于这些第二半导体器件和该第二铜材料部分之间的第二导电阻挡层。该第二接合焊盘接合到该第一接合焊盘。
6、根据本公开的另一方面，提供了一种接合组件，该接合组件包括：第一半导体裸片，该第一半导体裸片包括第一半导体器件、嵌入在第一介电材料层中并电连接到这些第一半导体器件的第一金属互连结构、以及嵌入在第一接合层级介电层中并电连接到这些第一金属互连结构中的一个第一金属互连结构的第一接合焊盘，其中该第一接合焊盘包括第一导电阻挡层和第一铜材料部分，该第一铜材料部分至少部分地被该第一导电阻挡层横向包围，并包括体积分数为至少10％的(200)铜晶粒；以及第二半导体裸片，该第二半导体裸片包括第二半导体器件、嵌入在第二介电材料层中并电连接到这些第二半导体器件的第二金属互连结构、以及嵌入在第二接合层级介电层中并电连接到这些第二金属互连结构中的一个第二金属互连结构的第二接合焊盘，其中该第二接合焊盘包括第二导电阻挡层和第二铜材料部分，该第二铜材料部分至少部分地被该第二导电阻挡层横向包围，并包括体积分数不小于10％的(200)铜晶粒，其中该第二接合焊盘接合到该第一接合焊盘。
7、根据本公开的另一方面，提供了一种形成接合组件的方法，该方法包括：提供第一半导体裸片，该第一半导体裸片包括第一半导体器件、嵌入在第一介电材料层中并电连接到这些第一半导体器件的第一金属互连结构、以及嵌入在第一接合层级介电层中并电连接到这些第一金属互连结构中的一个第一金属互连结构的第一接合焊盘，其中该第一接合焊盘包括第一导电阻挡层和第一铜材料部分，该第一铜材料部分被该第一导电阻挡层横向包围，并包括体积分数不小于10％的(200)铜晶粒；提供第二半导体裸片，该第二半导体裸片包括第二半导体器件、嵌入在第二介电材料层中并电连接到这些第二半导体器件的第二金属互连结构、以及嵌入在第二接合层级介电层中并电连接到这些第二金属互连结构中的一个第二金属互连结构的第二接合焊盘，其中该第二接合焊盘包括第二导电阻挡层和被该第二导电阻挡层横向包围的第二铜材料部分；并且通过在该第二铜材料部分和该第一铜材料部分之间诱发铜到铜接合来将该第二接合焊盘接合到该第一接合焊盘。
1.一种接合组件，所述接合组件包括：
2.根据权利要求1所述的接合组件，其中所述第一接合焊盘和所述第二接合焊盘之间的接合界面包括非平面界面，在所述非平面界面处，所述第一铜材料部分的凸形表面接触所述第二铜材料部分的凹形表面。
3.根据权利要求2所述的接合组件，其中：
4.根据权利要求3所述的接合组件，其中：
5.根据权利要求3所述的接合组件，其中：
6.根据权利要求3所述的接合组件，其中：
7.根据权利要求3所述的接合组件，其中所述第一接合焊盘和所述第二接合焊盘之间的所述接合界面的至少80％相对于水平平面位于所述第二半导体裸片的一侧上，所述水平平面包括所述第一接合层级介电层和所述第二接合层级介电层之间的界面。
8.根据权利要求3所述的接合组件，其中：
9.根据权利要求3所述的接合组件，其中：
10.根据权利要求9所述的接合组件，其中所述环形表面包括具有凹形竖直剖面轮廓的非平面凹槽表面，并且所述非平面凹槽表面与所述第一铜材料部分完全接触。
11.根据权利要求1所述的接合组件，其中：
12.根据权利要求1所述的接合组件，其中：
13.根据权利要求1所述的接合组件，其中：
14.一种形成接合组件的方法，所述方法包括：
15.根据权利要求14所述的方法，其中：
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述第一接合焊盘通过以下方式形成：
17.根据权利要求15所述的方法，其中：
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述第二接合焊盘通过以下方式形成：
19.根据权利要求18所述的方法，其中：
20.根据权利要求14所述的方法，其中：
21.一种接合组件，所述接合组件包括：
22.根据权利要求21所述的接合组件，其中所述第一导电阻挡层包括厚度大于15nm的钛层。
23.根据权利要求21所述的接合组件，其中所述第一导电阻挡层包括钽层和钛层的堆叠，其中所述钽层设置在所述钛层和所述第一铜材料部分之间。
24.根据权利要求21所述的接合组件，其中所述第二铜材料部分含有体积分数为至少10％的(200)铜晶粒。
25.根据权利要求24所述的接合组件，其中所述第二导电阻挡层包括厚度大于15nm的钛层。
26.根据权利要求24所述的接合组件，其中所述第二导电阻挡层包括钽层和钛层的堆叠，其中所述钽层设置在所述钛层和所述第一铜材料部分之间。
27.根据权利要求21所述的接合组件，其中所述第二铜材料部分含有体积分数为至少95％的(111)铜晶粒。
28.根据权利要求27所述的接合组件，其中所述第二导电阻挡层包括与所述第二铜材料部分直接接触的钽层。
29.根据权利要求27所述的接合组件，其中所述第二导电阻挡层包括与所述第二铜材料部分直接接触的厚度不大于10nm的钛层。
30.根据权利要求27所述的接合组件，其中所述第二导电阻挡层包括钽层和钛层的堆叠，其中所述钛层设置在所述钽层和所述第一铜材料部分之间。
31.一种形成接合组件的方法，所述方法包括：
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一导电阻挡层包括与所述第一接合层级介电层直接接触的厚度大于15nm的钛层。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述第一导电阻挡层包括钽层和钛层的堆叠，其中所述钽层设置在所述钛层和所述第一铜材料部分之间。
34.根据权利要求31所述的方法，其中所述第二铜材料部分含有体积分数为至少10％的(200)铜晶粒。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述第二导电阻挡层包括与所述第二接合层级介电层直接接触的厚度大于15nm的钛层。
36.根据权利要求34所述的方法，其中所述第二导电阻挡层包括钽层和钛层的堆叠，其中所述钽层设置在所述钛层和所述第一铜材料部分之间。
37.根据权利要求31所述的方法，其中所述第二铜材料部分含有体积分数为至少95％的(111)铜晶粒。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述第二导电阻挡层包括与所述第二接合层级介电层和所述第二铜材料部分直接接触的钽层。
39.根据权利要求37所述的方法，其中所述第二导电阻挡层包括与所述第二铜材料部分直接接触的厚度不大于10nm的钛层。
40.根据权利要求37所述的方法，其中所述第二导电阻挡层包括钽层和钛层的堆叠，其中所述钛层设置在所述钽层和所述第一铜材料部分之间。
41.一种接合组件，所述接合组件包括：
42.根据权利要求41所述的接合组件，其中所述至少一个金属氧化硅层包括至少一个氧化锰硅层。
43.根据权利要求42所述的接合组件，其中：
44.根据权利要求42所述的接合组件，其中所述第一接合焊盘和所述第二接合焊盘中的一者还包括金属阻挡衬里，所述金属阻挡衬里包含导电的金属或金属氮化物材料，并且所述至少一个氧化锰硅层接触所述金属阻挡衬里。
45.根据权利要求44所述的接合组件，其中所述金属阻挡衬里接触所述第一含铜部分和所述第二含铜部分中的一者的整个侧壁和背侧表面。
46.根据权利要求42所述的接合组件，其中所述至少一个氧化锰硅层包括：
47.根据权利要求46所述的接合组件，其中所述第一含铜部分和所述第二含铜部分中的所述一者的所述背侧表面的不与所述至少一个氧化锰硅层直接接触的中心部分与金属互连结构直接接触。
48.根据权利要求42所述的接合组件，其中所述至少一个氧化锰硅层包括单个连续氧化锰硅层，所述连续氧化锰硅层接触所述第一接合焊盘和所述第二接合焊盘的每个表面，但所述第一接合焊盘的与位于所述第一接合焊盘的背侧上的第一金属互连结构接触的表面除外，并且所述第二接合焊盘的与位于所述第二接合焊盘的背侧上的第二金属互连结构接触的表面除外。
49.根据权利要求42所述的接合组件，其中所述至少一个氧化锰硅层包括：
50.根据权利要求42所述的接合组件，其中所述至少一个氧化锰硅层包括一对氧化锰硅层，所述一对氧化锰硅层通过所述第二含铜部分相互横向间隔开，接触所述第一含铜部分，并接触横向包围所述第二含铜部分的所述第二氧化硅层。
51.根据权利要求42所述的接合组件，其中：
52.根据权利要求42所述的接合组件，其中：
53.根据权利要求42所述的接合组件，其中所述第一含铜部分和所述第二含铜部分中的至少一者基本上由铜组成。
54.根据权利要求41所述的接合组件，其中所述第一含铜部分和所述第二含铜部分中的至少一者包含铜锰合金。
55.一种形成接合组件的方法，所述方法包括：
56.根据权利要求55所述的方法，其中：
57.根据权利要求55所述的方法，其中所述第一接合焊盘还包括基本上不含锰并与所述第一铜锰合金部分接触的第一铜部分。
58.根据权利要求57所述的方法，其中：
59.根据权利要求57所述的方法，其中：
60.根据权利要求55所述的方法，其中所述第一接合焊盘包括位于所述第一铜锰合金部分和所述第一氧化硅层之间的包含第一导电的金属或金属氮化物材料的第一金属阻挡衬里。
