[发明专利]一种基于硅通孔结构的金属填充方法及硅通孔结构

说明书

技术领域

本发明涉及三维集成电路技术领域，尤其涉及一种基于硅通孔结构的金属 填充方法及硅通孔结构。

背景技术

目前，基于硅通孔(ThroughSiliconVias，TSV)互联的三维集成技术是 半导体领域研究和发展的新方向。其中，三维集成电路由于采用三维堆叠的方 式，因此可以将微机电系统(MicroElectroMechanicalSystem，MEMS)、射频模 块、内存及处理器等模块集成在一个系统内，大大地提高了系统的集成度，减 少封装体尺寸和重量，增加封装密度，使单位体积内容纳最多组件，减小形状 因子。并且，通过TSV实现层间的互联通信，可以有效地缩短连线长度，从 而减小了互联线的寄生电阻和电容，也就减小了时间常数信号延迟，提高了信 号传输速率，增加了带宽。并且，由于功耗和互连线的长度有着直接的关系， 互连线越长功耗越大，互连线越短功耗越小，因此，三维集成电路的功耗相对 于普通二维集成电路要小得多。最后，三维集成电路的成本也比二维集成电路 低。

在基于TSV互联的三维集成技术中，根据TSV制作工艺顺序的不同，可 分为先通孔和后通孔两种工艺方式。先通孔，是指先刻蚀通孔，再装配到操作 晶圆上，然后减薄，即，在互补金属氧化物半导体器件(ComplementaryMetal OxideSemiconductor，CMOS)或者后道互联之前的设计阶段介入。后通孔， 是指先将晶圆键合到另一个芯片或晶圆上，然后再刻蚀通孔，即，在后道互联 或者键合之后的后期开始。其中，后通孔是实现CMOS与MEMS兼容的一种 重要的方式，特别是在硅-玻璃键合结构(SiliconOnGlass，SOG)上。

然而，在SOG结构器件的硅和玻璃界面由于过刻蚀会造成横向钻蚀，这 种效应叫刻痕效应(footing/notching)，由于刻痕效应的影响，刻蚀过程中会造 成硅结构的侧壁与底部的损伤，从而将会对后续金属的填充造成影响，一般情 况下，金属材料都是采用化学气相淀积方式淀积在TSV通孔侧壁的表面，无 论是何种金属填充，在侧壁与底部损伤部分，都容易在金属淀积过程中出现导 体断层现象，进而在TSV导体与电路部分产生空隙，导致电路断路，降低了 电路的可靠性。

发明内容

本发明通过提供一种基于硅通孔结构的金属填充方法及硅通孔结构，解决 了现有技术中三维集成电路由于刻痕效应所带来的电路断路的技术问题。

本发明实施例提供了一种基于硅通孔结构的金属填充方法，所述方法包 括：

当承载衬底和顶硅片键合后，在所述顶硅片上刻蚀硅通孔；

向所述硅通孔内顺次淀积绝缘层和阻挡层；

在所述阻挡层的表面利用原子层淀积方式淀积金属种子层；

在所述金属种子层的表面淀积金属导体层。

优选的，在所述顶硅片上刻蚀硅通孔之前，所述方法还包括：

在所述承载衬底的表面制作底层电路；

在所述承载衬底上所述底层电路所在的一面淀积氧化层，并在所述氧化层 上刻蚀氧化层通孔；

将所述承载衬底通过所述氧化层所在的一面与所述顶硅片键合。

优选的，在所述将所述承载衬底通过所述氧化层所在的一面与所述顶硅片 键合之后，所述方法还包括：

对所述顶硅片进行减薄。

优选的，所述在所述顶硅片上刻蚀硅通孔，包括：

在所述顶硅片上利用干法刻蚀方式刻蚀所述硅通孔。

优选的，所述在所述金属种子层的表面淀积金属导体层，包括：

在所述金属种子层的表面利用化学气相淀积方式淀积金属导体层。

优选的，通过等离子体化学气相淀积方式向所述硅通孔内淀积绝缘层。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供一种硅通孔结构，包括：

承载衬底；

底层电路，所述底层电路位于所述承载衬底的表面；

氧化层，所述氧化层覆盖于所述承载衬底上所述底层电路所在的一面，所 述氧化层上刻蚀有氧化层通孔；

顶硅片，所述顶硅片键合于所述承载衬底上所述氧化层所在的一面，所述 顶硅片上刻蚀有硅通孔，所述硅通孔位于所述氧化层通孔的正上方；

绝缘层，所述绝缘层淀积在所述硅通孔的内表面、所述硅通孔内的所述氧 化层的表面，以及所述氧化层通孔的内表面；

阻挡层，所述阻挡层淀积在所述绝缘层的表面；