[發明專利]一種三維芯片結構的金屬鍵合的方法及鍵合結構

有效

• 申請號: 201310013061.7
• 申請日: 2013-01-14
• 公開（公告）號: CN103107128A
• 公開（公告）日: 2013-05-15
• 發明（設計）人: 李平
• 申請（專利權）人: 陸偉
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/522
• 代理公司: 北京輕創知識產權代理有限公司 11212
• 代理人: 楊立

技術領域

本發明涉及半導體制造領域，具體涉及一種三維芯片結構的金屬鍵合的方法及鍵合結構。

背景技術

把不同功能的芯片集成在一起已經是集成電路發展的一個趨勢。大規模集成電路制造工藝是一種平面制作工藝，其在同一襯底上形成大量各種類型的半導體器件，并互相連接以具有完整的功能。目前，大多數在開發的是用TSV的方法。即將芯片鍵合之后，對芯片進行深通孔，通過在深通孔中填充金屬材料連接兩片芯片中的金屬部分。但是，現在這種工藝還是承在復雜性，可靠性低和成本高的缺點。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種三維芯片結構的金屬鍵合的方法及鍵合結構來解決現有技術中工藝復雜，可靠性低和成本高的問題。

本發明解決上述技術問題的方法技術方案如下：一種三維芯片結構的金屬鍵合的方法，步驟一，所述三維芯片的頂部芯片上設有頂部芯片溝槽,所述頂部芯片溝槽中及頂部芯片表面均淀積有銅,對淀積有銅的頂部芯片表面進行化學機械平坦化處理至露出頂部二氧化硅層,所述頂部芯片溝槽內銅為頂部芯片銅；

步驟二，在進行化學機械平坦化后的所述頂部芯片表面淀積一層氮化硅層；

步驟三，刻蝕附著在所述頂部芯片銅上方的氮化硅層,形成凹槽,直至露出凹槽底部的頂部芯片銅；

步驟四，所述三維芯片的底部芯片上設有底部芯片溝槽,所述底部芯片溝槽中及底部芯片表面均淀積有銅,對淀積有銅的底部芯片表面進行化學機械平坦化處理至露出底部二氧化硅層,所述底部芯片溝槽內銅為底部芯片銅;

步驟五，對底部芯片上底部二氧化硅層進行刻蝕使底部芯片銅高于底部二氧化硅層；

步驟六，使用等離子體對底部芯片銅和露出的底部二氧化硅層表面均進行活化處理；

步驟七，將頂部芯片銅與底部芯片銅對準,并將頂部芯片與底部芯片進行鍵合；

步驟八，將鍵合后的芯片進行退火處理。

本發明的有益效果是：本發明通過在低溫下利用金屬與金屬鍵合的方法來實現兩個芯片的結合，使用氧化硅與氮化硅來配合金屬與金屬鍵合使鍵合質量更高，且氮化硅層薄膜還能阻止金屬擴散至周圍材料中，能達到簡化工藝流程，降低鍵合所需溫度，提高鍵合可靠性，提高鍵合效率，減低鍵合成本的目的。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述步驟一中,在對頂部芯片溝槽及頂部芯片表面進行銅淀積之前,先在頂部芯片溝槽及頂部芯片表面上淀積一層阻擋層;所述步驟四中,在對底部芯片溝槽及底部芯片表面進行銅淀積之前,先在底部芯片溝槽及底部芯片表面上淀積一層阻擋層。

采用上述進一步方案的有益效果是：通過此阻擋層能防止金屬向周圍材料擴散，進一步提高鍵合后芯片的質量。

進一步，所述步驟二中淀積氮化硅層的方法為等離子體增強化學汽相淀積法。

采用上述進一步方案的有益效果是：能較為快速的淀積所需氮化硅層厚度，縮短了工藝流程時間，進一步提高鍵合效率。

進一步，所述步驟二中淀積氮化硅層的方法為高密度等離子體化學汽相淀積法。

采用上述進一步方案的有益效果是：能淀積出高質量氮化硅薄膜，進一步提高鍵合后芯片的質量。

進一步，所述步驟三中刻蝕氮化硅層所用刻蝕方法為高密度等離子體刻蝕；

進一步，所述步驟三中對底部芯片上的二氧化硅層進行的刻蝕方式是高密度等離子體刻蝕。

采用上述進一步方案的有益效果是：高密度等離子體刻蝕方式為各異相性刻蝕，刻蝕精度高，并且由于等離子體密度高，刻蝕速率較快，能進一步提高鍵合效率以及鍵合后芯片的質量。

本發明解決上述技術問題的裝置技術方案如下：一種三維芯片的金屬鍵合結構,包括頂部芯片和底部芯片,所述頂部芯片的頂部二氧化硅層上設有凹槽,所述凹槽中設有頂部芯片銅,所凹槽與凹槽之間裸露頂部二氧化硅層部分上均設有氮化硅層,所述底部二氧化硅層上設有凹槽,所述凹槽中設有底部芯片銅,所述底部芯片銅的高度高于底部二氧化硅層,所述底部芯片銅與頂部芯片銅相連接，所述頂部芯片上氮化硅層與底部二氧化硅層相連接。

本發明的有益效果是：本發明能在低溫下進行金屬與金屬鍵合來達到芯片鍵合目的，使用氧化硅與氮化硅來配合金屬與金屬鍵合使鍵合質量更高，且氮化硅層薄膜還能阻止金屬擴散至周圍材料中，達到鍵合機構簡單，可靠性高且成本低的效果。

在上述技術方案的基礎上，本發明還可以做如下改進。

進一步，所述頂部芯片上的頂部芯片銅與頂部二氧化硅層之間均設有一層阻擋層，所述底部芯片上的底部芯片銅與底部二氧化硅層之間設有一層阻擋層。