一种半导体器件及其制备方法_3

文档序号:9378063阅读:来源:国知局
二接合晶圆中还设置有元器件,并通过互联结构与所述接合焊盘相连接。
[0074]实施例2
[0075]下面结合附图3a_3k对本发明一具体地实施方式中所述半导体器件的制备方法做进一步说明。
[0076]其中,所述半导体器件中包括第一接合晶圆30和第二接合晶圆31,下面分别对所述第一接合晶圆30和所述第二接合晶圆31的制备方法以及接合方法作进一步的说明。
[0077]首先参照图3a_3d对第一接合晶圆的制备方法进行详细的说明。
[0078]首先,执行步骤301提供基底301,所述基底上形成有第一层间介电层,所述第一层间介电层中形成有互联结构。
[0079]具体地,如图3a所示,所述基底301至少包括半导体衬底,所述半导体衬底可以选用本领域常用的材料,在所述半导体衬底中还进一步形成有其他元器件,包括各种有源器件和/或无源器件,其种类以及形成方法不再赘述。
[0080]所述基底上形成有第一层间介电层,所述第一层间介电层可以选用本领域常用的材料,所述第一层间介电层中形成有互联结构,所述互联结构包括依次交替形成的通孔和金属层,以和所述基底中的元器件形成连接,所述互联结构的形成方法可以选用本领域中常用的方法,例如双镶嵌方法,并不局限于某一种,在此不再赘述。
[0081]执行步骤302在所述第一层间介电层上形成第二层间介电层302和扩散阻挡层303。
[0082]具体地,如图3b所示,其中,所述第二层间介电层302和扩散阻挡层303的形成方法可以选用常规的方法,其厚度并不局限于某一数值范围,可以根据需要进行设计。
[0083]作为优选,所述第二层间介电层302选用氧化物层;所述扩散阻挡层303选用SiN,但并不局限于该示例。
[0084]执行步骤303在所述第二层间介电层302和所述扩散阻挡层303中形成接合焊盘,以与所述互联结构相连接。
[0085]具体地,如图3c所示,在所述第二层间介电层302和所述扩散阻挡层303中形成接合焊盘,所述接合焊盘选用金属铜,以和所述互联结构相连接,进而形成双镶嵌结构。
[0086]在该实施例中可以通过下述方法形成所述接合焊盘:图案化第二层间介电层302和所述扩散阻挡层303,以在所述第二层间介电层302和所述扩散阻挡层303中形成接合焊盘凹槽。
[0087]具体地,首先在所述扩散阻挡层303上形成图案化的光刻胶层或者有机分布层(Organic distribut1n layer, 0DL),含娃的底部抗反射涂层(S1-BARC)以及位于顶部的图案化了的光刻胶层(图中未示出),其中所述光刻胶上的图案定义了所述接合焊盘凹槽的图案,然后以所述光刻胶层为掩膜层蚀刻所述有机分布层、底部抗反射涂层形成接合焊盘凹槽的图案,然后以所述有机分布层、底部抗反射涂层为掩膜,蚀刻所述层间金属介电层,以形成所述接合焊盘凹槽。
[0088]进一步,所述接合焊盘凹槽可以选用普通的形状,例如方形、多边形以及其他的图案,并不局限于某一形状,可以根据需要进行设置。所述接合焊盘凹槽的数目,也并非局限于某一数值范围。
[0089]具体地,在该步骤中选用干法蚀刻或者湿法蚀刻,在本发明中优选C-F蚀刻剂来蚀刻,所述C-F蚀刻剂为CF4、CHF3, C4F8和C5F8中的一种或多种。在该实施方式中,所述干法蚀刻可以选用CF4、CHF3,另外加上N2、CO2中的一种作为蚀刻气氛,其中气体流量为CF410-200sccm,CHF310-200sccm,N2 或 CO2 或 0210_400sccm,所述蚀刻压力为 30_150mTorr,蚀刻时间为5-120s,优选为5-60s,更优选为5-30s。
[0090]然后,选用接合焊盘材料填充所述接合焊盘凹槽,以形成接合焊盘。具体地,沉积金属Cu的种子层,并通过电化学镀铜的方法形成金属Cu,以填充所述接合焊盘凹槽;接着执行平坦化步骤,以获得高度均一的接合焊盘。在该步骤中低压力化学机械平坦化步骤,以使所述接合焊盘的表面更加平整。
[0091]执行步骤304,去除部分所述扩散阻挡层303,以露出接合焊盘,形成突出所述凸起形状304。
[0092]具体地,如图3d所示,在该步骤中回蚀刻所述扩散阻挡层303,以减薄所述扩散阻挡层303的厚度,露出部分所述接合焊盘,形成所述凸起形状304。
[0093]具体地,在该步骤中选用和所述接合焊盘具有较大蚀刻选择比的方法去除部分所述扩散阻挡层303,以保证所述接合焊盘在该步骤中不受损坏,可以选用本领域常用的干法或者湿法蚀刻。
[0094]下面结合附图3e_3k对第二接合晶圆的制备方法作进一步的说明。
[0095]首先,执行步骤305,提供第二基底301 ',所述第二基底301 '上形成有第三层间介电层,所述第三层间介电层中形成有第二互联结构。
[0096]如图3e所示,具体地的制备方法可以参照步骤301,在此不再赘述。
[0097]执行步骤306,在所述第三层间介电层上形成具有开口的第四层间介电层302 ',以露出所述互联结构。
[0098]具体地,如图3f所示,首先在所述第三层间介电层上形成第四层间介电层302 ',然后图案化所述第四层间介电层302、以在所述第四层间介电层302 '中形成开口,具体地图案化方法可以参照步骤303中的图案化方法,在此不再赘述。
[0099]形成所述开口之后,能够露出所述第二互联结构,以便后续的步骤中形成双镶嵌的互连结构。
[0100]执行步骤307,在所述第四层间介电层302 ,、所述第三层间介电层和所述互联结构上形成金属材料层305,以部分填充所述开口,形成凹槽。
[0101]如图3g所示,在该步骤中在所述第四层间介电层302 Z、所述第三层间介电层和所述第二互联结构上均匀的形成一层金属材料层305,优选为金属铜,形成的方法优选为电化学镀铜(ECP)的方法。
[0102]在该步骤中沉积金属材料层305之后仅部分填充了所述开口,在所述金属材料层305上仍存在凹槽形状,如图3e所示。
[0103]执行步骤308,在所述金属材料层305上形成牺牲材料层306,以完全填充所述凹槽。
[0104]具体地,如图3h所示,通过沉积牺牲材料层306来完全填充步骤307中仍存在的凹槽,其中,所述牺牲材料层306优选为SiGe或无定形碳,其沉积方法可以选用本领域常用的方法,在此不再赘述。
[0105]执行步骤309,去除部分所述金属材料层305和所述牺牲材料层306至所述第四层间介电层302 , ο
[0106]具体地,如图3i所示,在该步骤中去除所述金属材料层305和所述牺牲材料层306的方法包括以下两个步骤:首先执行蚀刻步骤或者平坦化步骤,以去除所述牺牲材料层306的表面,露出所述金属材料层305。
[0107]然后平坦化所述金属材料层305和所述牺牲材料层306至所述第四层间介电层302 ',在该步骤中所述平坦化方法选用低压力化学机械平坦化方法,以获得更加平整的表面。
[0108]执行步骤310,去除所述凹槽中的牺牲材料层306,以露出所述金属材料层305,形成所述凹槽形状的接合焊盘。
[0109]具体地,如图3j所示,在该步骤中选用和所述金属材料层305具有较高蚀刻选择比的方法去除所述牺牲材料层306。
[0110]去除所述牺牲材料层306之后,露出所述金属材料层305,形成凹槽,以得到凹槽形状的接合焊盘,如图3h所示。
[0111]其中,所述凹槽形状凹陷的深度小于所述凸
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