一種晶圓三維集成引線工藝的制作方法
【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，尤其涉及一種晶圓三維集成引線工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子設(shè)備及存儲器朝著小型化和薄型化發(fā)展，對芯片的體積和厚度也有了更高的要求。晶圓的三維集成是一種有效減小芯片體積和厚度的方案，這種技術(shù)將兩個(gè)或者多個(gè)功能相同或者不同的芯片通過鍵合集成在一起，這種集成在保持芯片體積的同時(shí)提高了芯片的性能；同時(shí)縮短了功能芯片之間的金屬互聯(lián)，使得發(fā)熱、功耗、延遲大幅度減少；大幅度提高了功能模塊之間的帶寬，在保持現(xiàn)有技術(shù)節(jié)點(diǎn)的同時(shí)提高了芯片的性能。
[0003]但是，現(xiàn)有技術(shù)中晶圓三維集成的通常做法是在晶圓切割后的晶片封裝級階段將I/o金屬襯墊PAD引出，無法在晶圓級階段將I/O金屬襯墊PAD制備和引出，所以我們面臨一個(gè)如何在晶圓級階段將I/O金屬襯墊PAD引出又不影響芯片性能成為本領(lǐng)域研宄人員面臨的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本申請披露了一種晶圓三維集成引線工藝，包括以下步驟:
[0005]步驟S1、將一第一晶圓與一第二晶圓通過第一晶圓BEOL層與第二晶圓BEOL層通過鍵合的方式鍵合在一起；
[0006]步驟S2、刻蝕第二晶圓硅襯底層背面，以形成與第二晶圓BEOL層其中一部分金屬互連線對準(zhǔn)的開口；
[0007]步驟S3、沉積一隔離層覆蓋于第二晶圓硅襯底背面，且所述隔離層還覆蓋所述開口的側(cè)壁及其底部；
[0008]步驟S4、刻蝕覆蓋所述開口的底部的隔離層和位于所述開口的底部與所述金屬互連線之間的所述第二晶圓BEOL層部分，以形成與金屬互連線接觸的接觸孔；
[0009]步驟S5、在所述隔離層上沉積一金屬層，同時(shí)所述金屬層還要附著于所述開口的底部及其側(cè)壁并填充整個(gè)所述接觸孔；
[0010]步驟S6、刻蝕所述金屬層保留位于所述接觸孔內(nèi)的金屬以及位于所述開口內(nèi)的部分金屬，以形成一個(gè)與所述金屬互連線電性連接的PAD金屬襯墊。
[0011]上述工藝中，刻蝕形成所述開口的步驟包括:
[0012]先利用研磨技術(shù)對第二晶圓硅襯底層背部實(shí)施減薄，然后在減薄的硅襯底層的背面旋涂一層光刻膠，以圖案化的光刻膠作刻蝕掩膜，刻蝕第二晶圓硅襯底層的從光刻膠中暴露出來的區(qū)域形成所述開口，刻蝕終止于第二晶圓BEOL層上，使開口的深度與第二晶圓硅襯底層減薄后的深度相同。且刻蝕過程結(jié)束后，剝離殘留的光刻膠。
[0013]上述工藝，其中，在所述減薄的硅襯底層的背面覆蓋保護(hù)層后，再于所述保護(hù)層上旋涂所述光刻膠，并以圖案化的光刻膠作刻蝕掩膜，依次刻蝕所述保護(hù)層和所述第二晶圓硅襯底層，以形成所述開口。
[0014]上述工藝，其中，所述保護(hù)層的材質(zhì)為氧化物、氮化物或氮氧化物。
[0015]上述工藝，刻蝕形成所述開口，在刻蝕第二晶圓硅襯底層形成開口的步驟中，預(yù)設(shè)第二晶圓硅襯底層被刻蝕掉的區(qū)域與第二晶圓BEOL層的一部分金屬互連線交疊，且第二晶圓硅襯底被刻蝕掉的部分是第二晶圓硅襯底層中的集成電路空白區(qū)(即該區(qū)域沒有形成任何晶體管單元/晶胞(cell))。
[0016]上述工藝中，在刻蝕形成與第二晶圓BEOL層金屬互連線接觸的接觸孔的步驟中，接觸孔的橫截面面積小于與接觸孔接觸的第二晶圓BEOL層金屬互連線的寬度尺寸。其中，稱視覺范圍內(nèi)較短兩邊間的距離(即較長邊的長度)為金屬互連線的寬度尺寸。
[0017]上述工藝中，制備接觸孔的步驟包括:
[0018]旋涂一層光刻膠覆蓋于隔離層之上，以圖案化的光刻膠作刻蝕掩膜，刻蝕終止于金屬互連線上且形成橫截面尺寸小于開口橫截面尺寸的接觸孔，且刻蝕結(jié)束后剝離殘留的光刻膠。
[0019]上述工藝，刻蝕形成PAD金屬襯墊，具體步驟包括:
[0020]刻蝕前要旋涂一層光刻膠覆蓋于所述沉積金屬層之上，然后刻蝕金屬層，僅僅將金屬層位于所述接觸孔內(nèi)的部分保留但其他的金屬層移除掉，刻蝕后，將殘留的多余光刻膠除去
[0021]上述發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)或者有益效果:
[0022]本發(fā)明公布的晶圓三維集成引線工藝工藝，通過采用將一第一晶圓與一第二晶圓鍵合在一起，然后通過研磨減薄第二晶圓的硅襯底層，通過刻蝕工藝于第二晶圓上形成將位于該第二晶圓中的金屬互連線的部分表面予以暴露的接觸孔，并于該接觸孔中填充金屬后形成將上述的金屬互連線引出的PAD金屬襯墊，以達(dá)到維持芯片體積不變的情況下，保持了芯片的高性能，且減少了芯片之間的金屬連接，減少發(fā)熱、功耗、延遲等，同時(shí)還能大幅度的提高功能模塊之間的帶寬，而且不需要特殊的封裝(package)工藝就可以在晶圓級將PAD引出，達(dá)到了在三維集成的同時(shí)將PAD引出的目的，使晶圓三維集成在rafer level下實(shí)現(xiàn)的想法得以實(shí)現(xiàn)。
[0023]具體
【附圖說明】
[0024]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實(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。
[0025]圖1-2是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中使用的第一晶圓和第二晶圓鍵合以及減薄過程晶圓結(jié)構(gòu)不意圖；
[0026]圖3-6是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中集成晶圓刻蝕開口并覆蓋一層絕緣材料過程晶圓結(jié)構(gòu)不意圖；
[0027]圖7-9是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中打開第二晶圓金屬上方薄膜過程晶圓結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖10-11是本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例中金屬沉積過程晶圓結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖12是本發(fā)明實(shí)施例中制備的晶圓三維集成引線工藝的集成晶圓的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0031]針對上述存在的問題，本發(fā)明公開一種晶圓三維集成引線工藝，可用于克服現(xiàn)有技術(shù)中晶圓三維集成方法無法在晶圓級階段將I/O金屬襯墊PAD制備和引出的缺陷，雖然可通過在晶圓切割后的晶片封裝級階段將I/O金屬襯墊PAD引出，但其會大大影響芯片性能的問題；所以我們面臨一個(gè)如何在晶圓級階段將I/O金屬襯墊PAD引出又不影響芯片性能的問題。
[0032]如圖1-12所示，本實(shí)施例涉及一種晶圓三維集成引線工藝結(jié)構(gòu)工藝的工藝，具體包括如下步驟:
[0033]步驟一、提供需要以堆疊式鍵合連接在一起的一個(gè)第一晶圓100和一個(gè)第二晶圓200，上述的第一晶圓100和第二晶圓200均可包括內(nèi)設(shè)金屬互連線的BEOL層(Back-End-Of-Line，簡稱BE0L，也即常規(guī)所言的后段制程層或互連多層)，和包括內(nèi)設(shè)晶體管單元MOSFET Cell的硅襯底層，通?；ヂ?lián)多層BEOL層含有多層金屬互連線，硅襯底層中晶體管的各個(gè)電極都相應(yīng)耦合連接到BEOL層內(nèi)的與之對應(yīng)的金屬互連線上。
[0034]在圖1中，第一晶圓100的BEOL層12的上表面裸露著設(shè)置好的一個(gè)或數(shù)個(gè)第一晶圓的金屬襯墊121，注意第一晶圓100的BEOL層12內(nèi)更多的金屬襯墊并未在圖中示意出，而第二晶圓200的BEOL層22裸露的上表面上則設(shè)置有一個(gè)或數(shù)個(gè)第二金屬襯墊221，第二晶圓200的BEOL層22內(nèi)則示范性的設(shè)置有一個(gè)或數(shù)個(gè)金屬互連線222，注意第二晶圓200的BEOL層22內(nèi)更多的金屬互連線并未在圖中示意出。
[0035]步驟二、在鍵合Bonding步驟中，將第一晶圓100和第二晶圓200的BEOL層以面對面的方式予以鍵合，體現(xiàn)在，翻轉(zhuǎn)第一晶圓100、第二晶圓200兩者中之一，例如翻轉(zhuǎn)第二晶圓200后倒裝貼合到第一晶圓100的BEOL層12上表面，藉此將第一晶圓100的BEOL層12上表面和第二晶圓200的BEOL層22上表面緊密貼合并鍵合，其中，當(dāng)?shù)谝痪A100和第二晶圓200完成鍵合時(shí)，每個(gè)第一晶圓金屬襯墊121均與一個(gè)與其唯一對應(yīng)的第二晶圓金屬襯墊221重合并對接焊接，即形成如圖1中所示的結(jié)構(gòu)。
[0036]步驟三、將第一晶圓100和/或第二晶圓200進(jìn)行研磨減薄，例如利用CMP法研磨第一晶圓100的硅襯底11的背面，或者研磨第二晶圓200的硅襯底21的背面，直至第一晶圓100和/或第二晶圓200減薄至符合預(yù)期的目標(biāo)厚度。在圖2中主要是以研磨第二晶圓200的硅襯底21的背面的范例進(jìn)行描繪的。
[0037]步驟四、在圖3中，旋涂一層光刻膠3或光致抗蝕劑層到減薄后的第二晶圓200的硅襯底21的背面，使用常規(guī)的光刻技術(shù)，曝光顯影后，圖案化的光刻膠3將形成有從掩模板上轉(zhuǎn)移而來的開口圖案或所開設(shè)的窗口，然后利用圖案化的光刻膠3作為刻蝕掩模對第二晶圓200的硅襯底21予以刻蝕，參見圖4所示，在硅襯底21刻蝕制備出開口 21’ a (或稱之為溝槽)，之