一种键合晶圆结构的制备方法
【专利摘要】本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种键合晶圆结构的制备方法，通过在第一晶圆的预形成互连孔的区域中的低K材料层的两侧设置金属线作为后续DV或TE刻蚀过程中低K材料的保护层，从而实现了在DV或TE刻蚀过程中对低K材料的保护，以消除堆叠工艺中对低K材料损坏，并为堆叠工艺中三步往两步工艺简化提供了有力的技术支持。
【专利说明】
一种键合晶圆结构的制备方法
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结构的制备方法。
【背景技术】
[0002]随着电子设备及存储器朝着小型化和薄型化发展，对芯片的体积和厚度也有了更高的要求。晶圆的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，这种技术将两个或者多个功能相同或者不同的芯片通过键合集成在一起，这种集成在保持芯片体积的同时提高了芯片的性能；同时缩短了功能芯片之间的金属互连，使得发热、功耗、延迟大幅度减少;并大幅度提高了功能模块之间的带宽，从而在保持现有技术节点的同时提尚了芯片的性能。
[0003]堆叠(Stacking)技术在当前晶圆的三维集成工艺中已占据重要地位，在堆叠技术中，通过两步(娃刻蚀(Silicon Etch，简称SE)+深孔刻蚀(Deep Via，简称DV)或者沟槽刻蚀(Trench Etch，简称TE)连结两个晶圆的工艺是目前业界研究较多的工艺，它较之前SE+DV+TE三步的工艺节省了大量成本和实现了工艺优化。
[0004]但是两步工艺的堆叠连接制程在第二步DV或者TE工艺中对晶圆low K(低K)材质会造成了很多损坏，从而导致器件(device)性能上出现问题，这是本领域技术人员所不愿意见到的。
【发明内容】
[0005]针对上述存在的问题，本发明公开了一种键合晶圆结构的制备方法，包括如下步骤:
[0006]步骤SI，提供一包括第一衬底和位于所述第一衬底之上的第一介质层的第一晶圆，所述第一介质层中设置有低K材料层和位于所述低K材料层之上的第一金属层，所述第一晶圆中设置有预形成互连孔的区域，且在位于所述预形成互连孔的区域中的所述低K材料层的两侧设置有金属线；
[0007]步骤S2，提供一包括第二衬底和位于所述第二衬底之上的第二介质层的第二晶圆，所述第二介质层中设置有第二金属层；
[0008]步骤S3，键合所述第一晶圆和所述第二晶圆以形成键合晶圆，且所述第一晶圆位于所述第二晶圆之上；
[0009]步骤S4，刻蚀所述键合晶圆，以形成将所述第一金属层和所述第二金属层均予以暴露的互连孔，其中，在刻蚀位于所述预形成互连孔的区域的所述低K材料层的过程中，所述金属线保护位于所述预形成互连孔的区域之外的所述低K材料层；
[0010]步骤S5，对所述互连孔进行填充，以形成将所述第一金属层和所述第二金属层电连接的互连线。
[0011]上述的键合晶圆结构的制备方法，其中，所述第一金属层在位于所述第一晶圆的预形成互连孔的区域处断开。
[0012]上述的键合晶圆结构的制备方法，其中，所述键合晶圆中，所述第一金属层的断开部分在垂直方向上的投影与所述第二金属层部分重合。
[0013]上述的键合晶圆结构的制备方法，其中，所述金属线的材质为铜。
[0014]上述的键合晶圆结构的制备方法，其中，所述第一衬底和所述第二衬底均为硅衬底。
[0015]上述的键合晶圆结构的制备方法，其中，所述步骤S4中，所述刻蚀所述键合晶圆的步骤为先硅刻蚀再进行通孔刻蚀的工艺。
[0016]上述的键合晶圆结构的制备方法，其中，所述步骤S4中，所述刻蚀所述键合晶圆的步骤为先硅刻蚀再进行沟槽刻蚀的工艺。
[0017]上述的键合晶圆结构的制备方法，其中，所述步骤S4中，在刻蚀所述键合晶圆形成所述互连孔的工艺步骤之前，还包括对所述第一衬底进行减薄的步骤。
[0018]上述的键合晶圆结构的制备方法，其中，所述互连线的材质为金属。
[0019]上述发明具有如下优点或者有益效果:
[0020]本发明公开了一种键合晶圆结构的制备方法，通过在第一晶圆的预形成互连孔的区域中的低K材料层的两侧设置金属线作为后续DV或TE刻蚀过程中低K材料的保护层，从而实现了在DV或TE刻蚀过程中对低K材料的保护，以消除堆叠工艺中对低K材料损坏，并为堆叠工艺中三步往两步工艺简化提供了有力的技术支持。
【附图说明】
[0021]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。
[0022]图1?5是本发明实施例中键合晶圆结构的制备方法的流程结构示意图；
[0023]图6是本发明实施例中键合晶圆结构的制备方法的流程示意图。
【具体实施方式】
[0024]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。
[0025]如图6所示，本实施例公开了一种键合晶圆结构的制备方法，该方法包括如下步骤:
[0026]步骤一，提供一包括第一衬底21和位于第一衬底21之上的第一介质层22的第一晶圆，该第一介质层22中设置有低K材料层24(实际上该低K材料层24与内部金属层25如图中所示间隔设置，由于该内部金属层25并非本发明改进的重点，在此便不予以赘述)和位于低K材料层24之上的第一金属层23，第一晶圆中设置有预形成互连孔的区域(即后续预进行DV或TE工艺以形成深孔或沟槽的区域)，且在位于预形成互连孔的区域中的低K材料层24的两侧设置有金属线26(该金属线26可为保留的铜线)，优选的，该第一衬底21为硅衬底，如图1所示的结构。
[0027]在本发明一个优选的实施例中，金属线26的设置需满足以下几点:1、金属线26对称于后续预形成深孔的区域让深孔自对准于第二晶圆的TM(第二金属层13)上;2、对称的金属线26之间的间距要大于或等于后续预形成深孔的尺寸(宽度)；3、对称的金属线26之间的间距要小于或等于后续预形成沟槽的尺寸(宽度)；4、每层对称的金属线26之间的间距要接近，不能出现缝隙使得低K材质露出来。
[0028]在本发明一个优选的实施例中，上述第一金属层23在位于第一晶圆的预形成互连孔的区域处断开，具体的，如图1所示，该第一金属层23包括两个金属层231、232，这两个金属层231和232之间通过第一介质层22进行隔离，且两个金属层231和232之间的区域刚好为部分第一晶圆的预形成互连孔的区域，因此在后续形成互连孔的过程中，该互连孔刚好位于两个金属层231和232之间，且两个金属层231和232之间的距离刚好等于互连孔的宽度。
[0029]步骤二，提供一包括第二衬底11和位于第二衬底11之上的第二介质层12的第二晶圆，第二介质层12中设置有第二金属层13，且该第二金属层13位于第二晶圆的预形成互连孔的区域的正下方;优选的，该第二衬底11为硅衬底，如图2所示的结构。
[0030]步骤三，键合第一晶圆和第二晶圆以形成键合晶圆，且第一晶圆位于第二晶圆之上，由于将两个晶圆键合在一起的工艺为本领域技术人员所熟知，在此便不予以赘述;在本发明一个优选的实施例中，该键合晶圆中，第一金属层23的断开部分在垂直方向上的投影与部分第二金属层13重合。
[0031]步骤四，对第一衬底21进行减薄工艺后，继续刻蚀键合晶圆，以形成将第一金属层23和第二金属层13均予以暴露的互连孔(其中，第一金属层23的部分侧壁暴露，第二金属层13的部分上表面暴露)，其中，在刻蚀位于预形成互连孔的区域的低K材料层24的过程中，金属线26保护第一晶圆中位于预形成互连孔的区域之外的低K材料层24，以避免第一晶圆中位于预形成互连孔的区域之外的低K材料层24损坏。
[0032]在本发明一个优选的实施例中，上述步骤S4中，刻蚀键合晶圆的步骤为先硅刻蚀再进行通孔刻蚀的工艺。
[0033]在本发明一个优选的实施例中，上述步骤S4中，刻蚀键合晶圆的步骤为先硅刻蚀再进行沟槽刻蚀的工艺。
[0034]步骤五，对互连孔进行填充，以形成将第一金属层23和第二金属层13电连接的互连线3。
[0035]在本发明一个优选的实施例中，上述互连线3填充的材质为金属。
[0036]综上，本发明公开了一种键合晶圆结构的制备方法，通过在第一晶圆的预形成互连孔的区域中的低K材料层的两侧设置金属线作为后续DV或TE刻蚀过程中低K材料的保护层，从而实现了在DV或TE刻蚀过程中对低K材料的保护，以消除堆叠工艺中对低K材料损坏，并为堆叠工艺中三步往两步工艺简化提供了有力的技术支持。
[0037]本领域技术人员应该理解，本领域技术人员在结合现有技术以及上述实施例可以实现变化例，在此不做赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
[0038]以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施;任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
【主权项】
1.一种键合晶圆结构的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: 步骤Si，提供一包括第一衬底和位于所述第一衬底之上的第一介质层的第一晶圆，所述第一介质层中设置有低K材料层和位于所述低K材料层之上的第一金属层，所述第一晶圆中设置有预形成互连孔的区域，且在位于所述预形成互连孔的区域中的所述低K材料层的两侧设置有金属线； 步骤S2，提供一包括第二衬底和位于所述第二衬底之上的第二介质层的第二晶圆，所述第二介质层中设置有第二金属层； 步骤S3，键合所述第一晶圆与所述第二晶圆以形成键合晶圆，且所述第一晶圆位于所述第二晶圆之上； 步骤S4，刻蚀所述键合晶圆，以形成将所述第一金属层和所述第二金属层均予以暴露的互连孔，其中，在刻蚀位于所述预形成互连孔的区域的所述低K材料层的过程中，所述金属线保护位于所述预形成互连孔的区域之外的所述低K材料层； 步骤S5，对所述互连孔进行填充，以形成将所述第一金属层和所述第二金属层电连接的互连线。2.如权利要求1所述的键合晶圆结构的制备方法，其特征在于，所述第一金属层在位于所述第一晶圆的预形成互连孔的区域处断开。3.如权利要求2所述的键合晶圆结构的制备方法，其特征在于，所述键合晶圆中，所述第一金属层的断开部分在垂直方向上的投影与所述第二金属层部分重合。4.如权利要求1所述的键合晶圆结构的制备方法，其特征在于，所述金属线的材质为铜。5.如权利要求1所述的键合晶圆结构的制备方法，其特征在于，所述第一衬底和所述第二衬底均为硅衬底。6.如权利要求5所述的键合晶圆结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述刻蚀所述键合晶圆的步骤为先硅刻蚀再进行通孔刻蚀的工艺。7.如权利要求5所述的键合晶圆结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述刻蚀所述键合晶圆的步骤为先硅刻蚀再进行沟槽刻蚀的工艺。8.如权利要求1所述的键合晶圆结构的制备方法，其特征在于，所述步骤S4中，在刻蚀所述键合晶圆形成所述互连孔的工艺步骤之前，还包括对所述第一衬底进行减薄的步骤。9.如权利要求1所述的键合晶圆结构的制备方法，其特征在于，所述互连线的材质为金属O
【文档编号】H01L21/60GK105826214SQ201610371516
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2016年5月30日
【发明人】胡思平, 朱继锋
【申请人】武汉新芯集成电路制造有限公司