鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝及鍵合晶圓的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)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(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的不斷發(fā)展，目前半導(dǎo)體器件的特征尺寸已經(jīng)變得非常小，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；通過(guò)娃穿孔(ThroughSilicon Via，簡(jiǎn)稱(chēng)TSV)將兩個(gè)或多個(gè)功能相同或不同的芯片進(jìn)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(shí)，大規(guī)模提高芯片的功能，不受單個(gè)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(lián)，減小發(fā)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(nèi)存芯片三維集成，可使處理器具有超高速緩沖存儲(chǔ)器。
[0003]現(xiàn)有的硅穿孔技術(shù)為實(shí)現(xiàn)兩片晶圓的金屬連接，需要三道光刻掩膜，工藝復(fù)雜，成本較高，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所不期望看到的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述存在的問(wèn)題，本發(fā)明公開(kāi)一種鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，包括如下步驟:
[0005]步驟SI，提供一鍵合晶圓，所述鍵合晶圓設(shè)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；
[0006]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)；
[0007]步驟S3，基于所述溝槽的基礎(chǔ)上，繼續(xù)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)。
[0008]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；
[0009]其中，所述第一金屬層位于所述第一絕緣層內(nèi)，所述第二金屬層位于所述第二絕緣層內(nèi)。
[0010]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(zhì)為氧化硅或氮氧化娃。
[0011]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:
[0012]于所述鍵合晶圓上形成第一光刻膠層；
[0013]利用第一掩膜板對(duì)所述第一光刻膠層進(jìn)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；
[0014]去除所述第一光刻膠層。
[0015]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:
[0016]于形成所述溝槽后的所述鍵合晶圓上形成第二光刻膠層；
[0017]利用第二掩膜板對(duì)所述第二光刻膠層進(jìn)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(xù)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
[0018]去除所述第二光刻膠層。
[0019]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(hù)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(cè)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(hù)層、鍵合晶圓，以形成所述互連硅穿孔。
[0020]上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述保護(hù)層的材質(zhì)為氮化物或氧化物。
[0021]上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述方法還包括:
[0022]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。
[0023]上述的鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，其中，所述金屬的材質(zhì)為銅、鋁、鎢和錫中的單質(zhì)或合金。
[0024]本發(fā)明還公開(kāi)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；
[0025]其中，在待形成硅穿孔的區(qū)域內(nèi)，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。
[0026]上述發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)或者有益效果:
[0027]本發(fā)明公開(kāi)的一種鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝及鍵合晶圓，在鍵合晶圓的待形成硅穿孔的區(qū)域中，設(shè)置位于第一晶圓中的第一金屬層和位于第二晶圓中的第二金屬層在垂直方向上部分重疊，以在形成硅穿孔的過(guò)程中，利用蝕刻中對(duì)金屬層和絕緣層的蝕刻速率差異，采用第二金屬層作為蝕刻第一金屬層之上的絕緣層的阻擋層，實(shí)現(xiàn)兩層金屬層的通孔自對(duì)準(zhǔn)，從而將硅穿孔互連工藝中的光刻掩膜板從三塊減至兩塊，并減少對(duì)應(yīng)的工藝步驟，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。
[0028]具體
【附圖說(shuō)明】
[0029]通過(guò)閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更加明顯。在全部附圖中相同的標(biāo)記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。
[0030]圖1是本發(fā)明實(shí)施例中鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝的流程圖；
[0031]圖2?6是本發(fā)明實(shí)施例中鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝的流程結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖7a是本發(fā)明實(shí)施例中鍵合晶圓的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖7b是本發(fā)明實(shí)施例中圖7a中第一金屬層和第二金屬層的俯視示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0035]實(shí)施例一:
[0036]如圖1所示，本實(shí)施例公開(kāi)一種鍵合晶圓的硅穿孔互連工藝，該工藝具體包括如下步驟:
[0037]步驟一，提供一鍵合晶圓，該鍵合晶圓中設(shè)置有互不接觸的第一金屬層11和第二金屬層21，且第一金屬層11和第二金屬層21在垂直方向上部分重疊，如圖2a和2b所不的結(jié)構(gòu)，其中圖2b為圖2a中第一金屬層11和第二金屬層21的俯視圖。
[0038]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述鍵合晶圓包括第一晶圓I和第二晶圓2，第一晶圓I包括第一襯底和第一絕緣層(該第一襯底和第一絕緣層圖中均未標(biāo)示出)；第二晶圓2包括第二襯底和第二絕緣層(該第二襯底和第二絕緣層圖中均未標(biāo)示出)，且第二絕緣層覆蓋第一絕緣層的上表面;其中，第一金屬層11位于第一絕緣層內(nèi)，第二金屬層21位于第二絕緣層內(nèi)；優(yōu)選的，第一絕緣層和第二絕緣層的材質(zhì)為氧化硅或氮氧化硅。
[0039]在本發(fā)明的實(shí)施例中，形成上述鍵合晶圓的步驟具體為:將兩片待處理的晶圓(第一晶圓I和第二晶圓2)通過(guò)鍵合工藝面對(duì)面鍵合在一起(即第二晶圓2倒置后，第一晶圓I的絕緣層的上表面和第二晶圓2的絕緣層的上表面鍵合在一起)后，采用減薄工藝對(duì)第二晶圓2的襯底進(jìn)行減薄，形成鍵合晶圓。
[0040]步驟二，刻蝕位于第一金屬層11和第二金屬層22之上的鍵合晶圓，以形成溝槽，如圖3a和3b所示的結(jié)構(gòu)，其中圖3b為圖3a中第一金屬層11和第二金屬層21以及溝槽的俯視圖。
[0041]在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，上述步驟二具體為:
[0042]首先，于鍵合晶圓上形成第一光刻膠層。
[0043]其次，利用第一掩膜板(光刻掩膜板)對(duì)第一光刻膠層進(jìn)行光刻工藝，并以光刻后的第一光刻膠層為掩膜刻蝕位于第一金屬層11和第二金屬層22之上的鍵合晶圓，以形成溝槽;在本發(fā)明的實(shí)施例中，該光刻工藝包括微影工藝。
[0044]然后，對(duì)鍵合晶圓進(jìn)行清洗工藝以去除第一光刻膠層。
[0045]步驟三，形成保護(hù)層3以將鍵合晶圓的上表面以及溝槽的底部及其側(cè)壁均予以覆蓋，該保護(hù)層3在后續(xù)于互連硅穿孔中填充金屬時(shí)，可以有效的防止金屬擴(kuò)散進(jìn)入第二晶圓中，提高了器件的性能；如圖4a和4b所示的結(jié)構(gòu)，其中圖4b為圖4a中第一金屬層11和第二金屬層21以及溝槽的俯視圖。
[0046]在本