键合晶圆的硅穿孔互连工艺及键合晶圆的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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；通过娃穿孔(ThroughSilicon Via，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。
[0003]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】
[0004]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:
[0005]步骤SI，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；
[0006]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)；
[0007]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)。
[0008]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；
[0009]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。
[0010]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娃。
[0011]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:
[0012]于所述键合晶圆上形成第一光刻胶层；
[0013]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；
[0014]去除所述第一光刻胶层。
[0015]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:
[0016]于形成所述沟槽后的所述键合晶圆上形成第二光刻胶层；
[0017]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
[0018]去除所述第二光刻胶层。
[0019]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。
[0020]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。
[0021]上述的键合晶圆的硅穿孔互连工艺，其中，所述方法还包括:
[0022]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。
[0023]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。
[0024]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；
[0025]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。
[0026]上述发明具有如下优点或者有益效果:
[0027]本发明公开的一种键合晶圆的硅穿孔互连工艺及键合晶圆，在键合晶圆的待形成硅穿孔的区域中，设置位于第一晶圆中的第一金属层和位于第二晶圆中的第二金属层在垂直方向上部分重叠，以在形成硅穿孔的过程中，利用蚀刻中对金属层和绝缘层的蚀刻速率差异，采用第二金属层作为蚀刻第一金属层之上的绝缘层的阻挡层，实现两层金属层的通孔自对准，从而将硅穿孔互连工艺中的光刻掩膜板从三块减至两块，并减少对应的工艺步骤，提高了生产效率，降低了成本。
[0028]具体
【附图说明】
[0029]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、夕卜形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
[0030]图1是本发明实施例中键合晶圆的硅穿孔互连工艺的流程图；
[0031]图2?6是本发明实施例中键合晶圆的硅穿孔互连工艺的流程结构示意图；
[0032]图7a是本发明实施例中键合晶圆的剖面结构示意图；
[0033]图7b是本发明实施例中图7a中第一金属层和第二金属层的俯视示意图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
[0035]实施例一:
[0036]如图1所示，本实施例公开一种键合晶圆的硅穿孔互连工艺，该工艺具体包括如下步骤:
[0037]步骤一，提供一键合晶圆，该键合晶圆中设置有互不接触的第一金属层11和第二金属层21，且第一金属层11和第二金属层21在垂直方向上部分重叠，如图2a和2b所不的结构，其中图2b为图2a中第一金属层11和第二金属层21的俯视图。
[0038]在本发明的一个优选的实施例中，上述键合晶圆包括第一晶圆I和第二晶圆2，第一晶圆I包括第一衬底和第一绝缘层(该第一衬底和第一绝缘层图中均未标示出)；第二晶圆2包括第二衬底和第二绝缘层(该第二衬底和第二绝缘层图中均未标示出)，且第二绝缘层覆盖第一绝缘层的上表面;其中，第一金属层11位于第一绝缘层内，第二金属层21位于第二绝缘层内；优选的，第一绝缘层和第二绝缘层的材质为氧化硅或氮氧化硅。
[0039]在本发明的实施例中，形成上述键合晶圆的步骤具体为:将两片待处理的晶圆(第一晶圆I和第二晶圆2)通过键合工艺面对面键合在一起(即第二晶圆2倒置后，第一晶圆I的绝缘层的上表面和第二晶圆2的绝缘层的上表面键合在一起)后，采用减薄工艺对第二晶圆2的衬底进行减薄，形成键合晶圆。
[0040]步骤二，刻蚀位于第一金属层11和第二金属层22之上的键合晶圆，以形成沟槽，如图3a和3b所示的结构，其中图3b为图3a中第一金属层11和第二金属层21以及沟槽的俯视图。
[0041]在本发明的一个优选的实施例中，上述步骤二具体为:
[0042]首先，于键合晶圆上形成第一光刻胶层。
[0043]其次，利用第一掩膜板(光刻掩膜板)对第一光刻胶层进行光刻工艺，并以光刻后的第一光刻胶层为掩膜刻蚀位于第一金属层11和第二金属层22之上的键合晶圆，以形成沟槽;在本发明的实施例中，该光刻工艺包括微影工艺。
[0044]然后，对键合晶圆进行清洗工艺以去除第一光刻胶层。
[0045]步骤三，形成保护层3以将键合晶圆的上表面以及沟槽的底部及其侧壁均予以覆盖，该保护层3在后续于互连硅穿孔中填充金属时，可以有效的防止金属扩散进入第二晶圆中，提高了器件的性能；如图4a和4b所示的结构，其中图4b为图4a中第一金属层11和第二金属层21以及沟槽的俯视图。
[0046]在本