专利名称：一种晶圆自对准硅通孔连接方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件制造工艺领域，尤其涉及一种晶圆自对准硅通孔连接方法。
背景技术：
超大规模集成电路技术可以将不同的功能电路集成到一个芯片上，随着集成度的增高和芯片体积的减小，在单一芯片上集成更多器件的制作过程越来越复杂。例如将DRAM(动态随机存取存储器)，CMOS(互补型技术氧化物半导体)，flash(闪存)，imagesensor (影像传感器)和MEMS (微机电系统)集成到一个芯片上，不但工艺复杂，成本也会增加。近年来，叠层芯片封装逐渐称为技术发展的主流。叠层芯片封装技术，简称3D封装，是指在不改变封装尺寸的前提下，在同一个封装体内垂直方向叠放两个以上芯片的封装技术。目前有许多种基于堆叠方法的3D封装，其中包括硅通孔技术(TSV)。硅通孔技术(TSV)是通过在芯片和芯片之间、晶圆与晶圆之间制作垂直通孔，实现芯片之间互连的技术。由于TSV能够使芯片在三维方向堆叠的密度最大、芯片之间的互连线最短、外形尺寸最小，并且大大改善芯片速度和低功耗的性能，成为目前电子封装技术中最引人注目的一种技术。但是现有硅通孔技术(TSV)存在如下缺点难以制造宽度小于2微米的通孔、不能满足大量的通孔互联、工艺复杂、可靠性差、难以大规模生产。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种利用金属做为停止层来达到自对准目的的硅通孔连接方法。本发明解决上述技术问题的技术方案如下一种晶圆自对准硅通孔连接方法，包括以下步骤，
步骤一将内部均淀积有用作刻蚀停止层的金属的顶层晶圆和位于所述顶层晶圆下方的底层晶圆键合连接；步骤二 将所述顶层晶圆减薄；步骤三在所述顶层晶圆朝外的表面上制作图案，定位通孔制作区域；步骤四从所述顶层晶圆到底部晶圆之间制作通孔；步骤五清洗通孔；步骤六在通孔底部和侧壁上淀积一层阻挡层和种子层；步骤七在通孔里面淀积金属，填充通孔；步骤八去除顶层晶圆朝外的表面上的金属，将顶层晶圆朝外的表面平坦化。进一步，所述作为刻蚀停止层的金属为铜。进一步，所述步骤二中，将顶层晶圆减薄至2-3微米。进一步，所述步骤二中，通过研磨和蚀刻的方法将晶圆减薄。进一步，所述步骤五中，使用氢氟酸的水溶液清洗通孔。
进一步，所述步骤六中，通过物理气相淀积方法淀积阻挡层和种子层。进一步，所述步骤七中，淀积的金属为铜或钨。进一步，所述步骤八中，通过化学机械研磨方法去除顶层晶圆朝外的表面上的金属。本发明的有益效果是将顶层晶圆减薄，降低制作通孔的深度，使得蚀刻容易进行，并且通孔易填充；使用金属作为停止层实现的晶圆自对准硅通孔连接方法。
图1为本发明晶圆自对准硅通孔的连接方法流程图；图2为本发明晶圆通孔剖面图。附图中，各标号所代表的部件列表如下1、底部晶圆，2、顶层晶圆，3、通孔,4、阻挡层,5、铜金属。
具体实施例方式以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。图1为本发明晶圆自对准硅通孔连接方法的流程图，如图1所示，晶圆自对准硅通孔连接方法包括以下步骤步骤101:将内部均淀积有用作刻蚀停止层的金属5的顶层晶圆2和位于所述顶层晶圆2下方的底层晶圆I键合连接，在后续制作通孔3的过程中，铜金属5作为刻蚀的停止层。当通孔刻蚀到铜的所在的位置时，便停止；在没有铜遮挡的位置，继续往下刻蚀。步骤102:晶圆减薄是指两片晶圆键合连接后，通过研磨和蚀刻的方法将将顶层晶圆2减薄至2-3微米，优选的为2微米。研磨可以采用化学机械研磨方法，蚀刻可以采用湿法蚀刻。步骤103:通过图形化工艺在顶层晶圆表面上制作图案，定位通孔制作区域。具体的是，顶层晶圆2表面涂布一层正性光刻胶，利用光学图形曝光系统，将晶片依照掩膜版上的图案对准，并使用紫外光将光刻胶曝光，被曝光的光刻胶区将会溶解在显影液中，去除被曝光的光刻胶，留下一个图案与掩膜版上不透光的图案一样。图案大小为2X4微米。步骤104:晶圆硅片先在光刻区刻印后，在刻蚀区刻蚀，制作形成从顶层晶圆2到底部晶圆I之间的通孔。图2为本发明晶圆通孔剖面图，如图2所示，当通孔3刻蚀到顶层晶圆2内部铜金属的所在的位置时，被铜金属遮挡的位置刻蚀便停止，而在没有铜遮挡的位置，继续往下刻蚀，直到遇到底部晶圆I内部的铜金属，通孔刻蚀完成停止。通过利用铜作为停止层，实现晶圆自对准硅通孔连接，最终形成一个具有二阶梯形结构的通孔3。步骤105:清洗通孔3，使用氢氟酸的水溶液，即稀释的氢氟酸(HF)用于去除自然氧化层等残留物。步骤106:采用物理气相淀积(physical vapor deposit ion,简称PVD)方法在通孔3底部和侧壁上淀积阻挡层4 (barrie r)和种子层(seed)。如果预备在下一步步骤107中在通孔里面填充金属铜，在通孔表面淀积氮化钽和钽，用于阻挡铜向硅中扩散，降低接触电阻，淀积阻挡层后，晶圆在种子淀积腔中淀积一层较薄的铜种子层，种子层在通孔中淀积的厚度和对称性是实现通孔填充的关键因素。如果预备在下一步步骤107中在通孔里面填充金属钨，则阻挡层为钛/氮化钛阻挡层。在氮化钛被淀积之前淀积钛，以便它和下层材料反应，降低接触电阻，防止钨和硅之间的扩散。步骤107:在通孔3里面通过电镀铜填充铜材料，通过化学气相淀积(ChemicalVapor Deposition,简称CVD)方法或者其他通用方法填充鹤材料。步骤108:通过化学机械平坦化方法将顶层晶圆表面平坦化，获得均匀的硅片表面。化学机械平坦化(chemical mech anical planarization,简称CMP)的原理是将晶圆放置在晶圆固定器或载片头上，并面向转盘上的抛光垫，同时浸在磨料中，晶圆与抛光垫相对运动，在化学蚀刻与磨削两种机制相互作用下实现平坦化。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种晶圆自对准硅通孔连接方法，其特征在于，包括以下步骤， 步骤一将内部均淀积有用作刻蚀停止层的金属的顶层晶圆和位于所述顶层晶圆下方的底层晶圆键合连接； 步骤二 将所述顶层晶圆减薄； 步骤三在所述顶层晶圆朝外的表面上制作图案，定位通孔制作区域； 步骤四从所述顶层晶圆到底部晶圆之间制作通孔； 步骤五清洗通孔； 步骤六在通孔底部和侧壁上淀积一层阻挡层和种子层； 步骤七在通孔里面淀积金属，填充通孔； 步骤八去除顶层晶圆朝外的表面上的金属，将顶层晶圆朝外的表面平坦化。
2.根据权利要求1所述的一种晶圆自对准硅通孔连接方法，其特征在于所述作为刻蚀停止层的金属为铜。
3.根据权利要求1或2所述的一种晶圆自对准硅通孔连接方法，其特征在于所述步骤二中，将所述顶层晶圆减薄至2-3微米。
4.根据权利要求1或2所述的一种晶圆自对准硅通孔连接方法，其特征在于所述步骤二中，通过研磨和蚀刻的方法将晶圆减薄。
5.根据权利要求1或2所述的一种晶圆自对准硅通孔连接方法，其特征在于所述步骤五中，使用氢氟酸的水溶液清洗通孔。
6.根据权利要求1或2所述的一种晶圆自对准硅通孔连接方法，其特征在于所述步骤六中，通过物理气相淀积方法淀积阻挡层和种子层。
7.根据权利要求1或2所述的一种晶圆自对准硅通孔连接方法，其特征在于所述步骤七中，淀积的金属为铜或钨。
8.根据权利要求1或2所述的一种晶圆自对准硅通孔连接方法，其特征在于所述步骤八中，通过化学机械研磨方法去除顶层晶圆朝外的表面上的金属。
全文摘要
本发明涉及一种晶圆自对准硅通孔连接方法，包括以下步骤将内部均淀积有用作刻蚀停止层的金属的两片晶圆键合连接；将顶层晶圆减薄；通过图形化工艺在顶层晶圆表面上制作图案，定位通孔制作区域；从顶层晶圆到底部晶圆之间制作通孔；清洗通孔；在通孔底部和侧壁上淀积一层阻挡层和种子层；在通孔里面淀积金属，填充通孔；顶层晶圆表面平坦化。本发明的有益效果是，将顶层晶圆减薄，降低制作通孔的深度，使得蚀刻容易进行，并且通孔易填充；使用金属作为停止层实现的晶圆自对准硅通孔连接方法。
文档编号H01L21/768GK103066016SQ201310012190
公开日2013年4月24日 申请日期2013年1月14日 优先权日2013年1月14日
发明者李平 申请人:陆伟