[發明專利]鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝及鍵合晶圓

在審

• 申請號: 201610054900.3
• 申請日: 2016-01-27
• 公開（公告）號: CN105679702A
• 公開（公告）日: 2016-06-15
• 發明（設計）人: 占瓊;胡勝
• 申請（專利權）人: 武漢新芯集成電路制造有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L23/538
• 代理公司: 上海申新律師事務所 31272
• 代理人: 俞滌炯

技術領域

本發明涉及半導體制造技術領域，尤其涉及一種鍵合晶圓的硅穿 孔互連工藝及鍵合晶圓。

背景技術

隨著半導體技術的不斷發展，目前半導體器件的特征尺寸已經變 得非常小，三維集成是在保持現有技術節點的同時提高芯片性能的解 決方案；通過硅穿孔(ThroughSiliconVia，簡稱TSV)將兩個或多 個功能相同或不同的芯片進行三維集成可提高芯片的性能，從而在保 持芯片體積的同時，大規模提高芯片的功能，不受單個芯片制造工藝 的限制；并大幅度縮短功能芯片之間的金屬互聯，減小發熱、功耗、 延遲，且大幅度提高功能模塊之間的帶寬，例如將處理器芯片和內存 芯片三維集成，可使處理器具有超高速緩沖存儲器。

現有的硅穿孔技術為實現兩片晶圓的金屬連接，需要三道光刻掩 膜，工藝復雜，成本較高，這是本領域技術人員所不期望看到的。

發明內容

針對上述存在的問題，本發明公開一種鍵合晶圓的硅穿孔互連工 藝，包括如下步驟：

步驟S1，提供一鍵合晶圓，所述鍵合晶圓設置有互不接觸的第 一金屬層和第二金屬層，且所述第一金屬層和所述第二金屬層在垂直 方向上部分重疊；

步驟S2，刻蝕位于所述第一金屬層和所述第二金屬層之上的所 述鍵合晶圓，以形成溝槽(trench)；

步驟S3，基于所述溝槽的基礎上，繼續以所述第二金屬層為阻 擋層刻蝕部分所述鍵合晶圓，以形成將所述第一金屬層的部分表面和 所述第二金屬層的部分表面均予以暴露的互連硅穿孔(Via)。

上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述鍵合晶圓包括第 一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓包括第一襯底和第一絕緣層；所述 第二晶圓包括第二襯底和第二絕緣層，且所述第二絕緣層覆蓋所述第 一絕緣層的上表面；

其中，所述第一金屬層位于所述第一絕緣層內，所述第二金屬層 位于所述第二絕緣層內。

上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述絕緣層的材質為 氧化硅或氮氧化硅。

上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述步驟S2具體為：

于所述鍵合晶圓上形成第一光刻膠層；

利用第一掩膜板對所述第一光刻膠層進行光刻工藝，并以光刻 后的所述第一光刻膠層為掩膜刻蝕位于所述第一金屬層和所述第二 金屬層之上的所述鍵合晶圓，以形成所述溝槽；

去除所述第一光刻膠層。

上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述步驟S3具體為：

于形成所述溝槽后的所述鍵合晶圓上形成第二光刻膠層；

利用第二掩膜板對所述第二光刻膠層進行光刻工藝，并以光刻 后的所述第二光刻膠層為掩膜，以所述第二金屬層為阻擋層于所述溝 槽中繼續刻蝕所述鍵合晶圓，以形成將所述第一金屬層的部分表面和 所述第二金屬層的部分表面均予以暴露的所述互連硅穿孔

去除所述第二光刻膠層。

上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述方法中，形成保 護層以將所述鍵合晶圓的上表面以及所述溝槽的底部及其側壁均予 以覆蓋后，于所述溝槽中刻蝕部分位于所述第一金屬層和所述第二金 屬層上方的所述保護層、鍵合晶圓，以形成所述互連硅穿孔。

上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述保護層的材質為 氮化物或氧化物。

上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述方法還包括：

步驟S4，于所述互連硅穿孔中填充金屬，以形成將所述第一金 屬層與所述第二金屬層均予以電連接的金屬連線。

上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述金屬的材質為銅、 鋁、鎢和錫中的單質或合金。

本發明還公開一種鍵合晶圓，包括第一晶圓和第二晶圓，且所述 第一晶圓包括第一金屬層，所述第二晶圓包括第二金屬層；

其中，在待形成硅穿孔的區域內，所述第一金屬層和所述第二金 屬層在垂直方向上部分重疊。

上述發明具有如下優點或者有益效果：