[发明专利]键合晶圆的硅穿孔互连工艺及键合晶圆

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种键合晶圆的硅穿 孔互连工艺及键合晶圆。

背景技术

随着半导体技术的不断发展，目前半导体器件的特征尺寸已经变 得非常小，三维集成是在保持现有技术节点的同时提高芯片性能的解 决方案；通过硅穿孔(ThroughSiliconVia，简称TSV)将两个或多 个功能相同或不同的芯片进行三维集成可提高芯片的性能，从而在保 持芯片体积的同时，大规模提高芯片的功能，不受单个芯片制造工艺 的限制；并大幅度缩短功能芯片之间的金属互联，减小发热、功耗、 延迟，且大幅度提高功能模块之间的带宽，例如将处理器芯片和内存 芯片三维集成，可使处理器具有超高速缓冲存储器。

现有的硅穿孔技术为实现两片晶圆的金属连接，需要三道光刻掩 膜，工艺复杂，成本较高，这是本领域技术人员所不期望看到的。

发明内容

针对上述存在的问题，本发明公开一种键合晶圆的硅穿孔互连工 艺，包括如下步骤：

步骤S1，提供一键合晶圆，所述键合晶圆设置有互不接触的第 一金属层和第二金属层，且所述第一金属层和所述第二金属层在垂直 方向上部分重叠；

步骤S2，刻蚀位于所述第一金属层和所述第二金属层之上的所 述键合晶圆，以形成沟槽(trench)；

步骤S3，基于所述沟槽的基础上，继续以所述第二金属层为阻 挡层刻蚀部分所述键合晶圆，以形成将所述第一金属层的部分表面和 所述第二金属层的部分表面均予以暴露的互连硅穿孔(Via)。

上述的键合晶圆的硅穿孔互连工艺，其中，所述键合晶圆包括第 一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆包括第一衬底和第一绝缘层；所述 第二晶圆包括第二衬底和第二绝缘层，且所述第二绝缘层覆盖所述第 一绝缘层的上表面；

其中，所述第一金属层位于所述第一绝缘层内，所述第二金属层 位于所述第二绝缘层内。

上述的键合晶圆的硅穿孔互连工艺，其中，所述绝缘层的材质为 氧化硅或氮氧化硅。

上述的键合晶圆的硅穿孔互连工艺，其中，所述步骤S2具体为：

于所述键合晶圆上形成第一光刻胶层；

利用第一掩膜板对所述第一光刻胶层进行光刻工艺，并以光刻 后的所述第一光刻胶层为掩膜刻蚀位于所述第一金属层和所述第二 金属层之上的所述键合晶圆，以形成所述沟槽；

去除所述第一光刻胶层。

上述的键合晶圆的硅穿孔互连工艺，其中，所述步骤S3具体为：

于形成所述沟槽后的所述键合晶圆上形成第二光刻胶层；

利用第二掩膜板对所述第二光刻胶层进行光刻工艺，并以光刻 后的所述第二光刻胶层为掩膜，以所述第二金属层为阻挡层于所述沟 槽中继续刻蚀所述键合晶圆，以形成将所述第一金属层的部分表面和 所述第二金属层的部分表面均予以暴露的所述互连硅穿孔

去除所述第二光刻胶层。

上述的键合晶圆的硅穿孔互连工艺，其中，所述方法中，形成保 护层以将所述键合晶圆的上表面以及所述沟槽的底部及其侧壁均予 以覆盖后，于所述沟槽中刻蚀部分位于所述第一金属层和所述第二金 属层上方的所述保护层、键合晶圆，以形成所述互连硅穿孔。

上述的键合晶圆的硅穿孔互连工艺，其中，所述保护层的材质为 氮化物或氧化物。

上述的键合晶圆的硅穿孔互连工艺，其中，所述方法还包括：

步骤S4，于所述互连硅穿孔中填充金属，以形成将所述第一金 属层与所述第二金属层均予以电连接的金属连线。

上述的键合晶圆的硅穿孔互连工艺，其中，所述金属的材质为铜、 铝、钨和锡中的单质或合金。

本发明还公开一种键合晶圆，包括第一晶圆和第二晶圆，且所述 第一晶圆包括第一金属层，所述第二晶圆包括第二金属层；

其中，在待形成硅穿孔的区域内，所述第一金属层和所述第二金 属层在垂直方向上部分重叠。

上述发明具有如下优点或者有益效果：