鍵合晶圓結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)及其制備方法，通過于UTS結(jié)構(gòu)上方保留擋光金屬層來加強UTS結(jié)構(gòu)的可靠性，以防止UTS結(jié)構(gòu)上方阻擋層的不夠帶來的可靠性問題，并將位于相鄰的UTS結(jié)構(gòu)之上的擋光金屬層之間進行隔斷設(shè)計，以保證每個UTS成獨立單元來降低漏電，從而為UTS結(jié)構(gòu)在三維集成的更廣泛應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
【專利說明】
鍵合晶圓結(jié)構(gòu)及其制備方法
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，尤其涉及一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【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。晶圓的三維集成是在保持現(xiàn)有技術(shù)節(jié)點的同時提高芯片性能的解決方案，這種技術(shù)將兩個或者多個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提高了芯片的性能；同時縮短了功能芯片之間的金屬互連，使得發(fā)熱、功耗、延遲大幅度減少;并大幅度提高了功能模塊之間的帶寬，從而在保持現(xiàn)有技術(shù)節(jié)點的同時提尚了芯片的性能。
[0003]堆疊(Stacking)技術(shù)在當(dāng)前晶圓的三維集成工藝中已占據(jù)重要地位，UTS(UltraThin Stacking，超薄堆疊)結(jié)構(gòu)作為堆疊結(jié)構(gòu)的連接單元的工藝也廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體相關(guān)生產(chǎn)當(dāng)中。當(dāng)前日趨復(fù)雜和高集成度的工藝也對UTS結(jié)構(gòu)連接的可靠性也要求越來越高。
[0004]然而，隨著晶圓集成度的加大，在UTS的后續(xù)工藝也變得復(fù)雜，這些后續(xù)工藝對UTS本身的(特別是頂端)帶來了很多可靠性問題。例如UTS的后續(xù)CMP工藝會影響阻擋層(blocklayer)的厚度，而阻擋層較薄時就會發(fā)生可靠性問題，這是本領(lǐng)域技術(shù)人員所不愿意見到的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述存在的問題，本發(fā)明公開了一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，包括:
[0006]鍵合晶圓，所述鍵合晶圓設(shè)置有若干互連區(qū)域，每個所述互連區(qū)域中均設(shè)置有互不接觸的第一金屬層和第二金屬層，且所述第一金屬層和所述第二金屬層在同一水平面上的垂直投影互不重疊或僅部分重疊；
[0007]若干UTS結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置于所述若干互連區(qū)域中以將每個所述互連區(qū)域中的第一金屬層和所述第二金屬層均予以電連接；
[0008]阻擋層，設(shè)置于所述鍵合晶圓之上，且將所述若干UTS結(jié)構(gòu)的上表面均予以覆蓋；
[0009]第一氧化層，設(shè)置于所述阻擋層之上；
[0010]若干擋光金屬層(backside metal grid，簡稱BMG)，分別正對若干所述UTS結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述第一氧化層之上，所述擋光金屬層和所述UTS結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)；
[0011 ]第二氧化層，設(shè)置于所述第一氧化層之上且將若干所述擋光金屬層均予以包覆，且相鄰所述擋光金屬層之間通過所述第二氧化層隔離。
[0012]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，其中，所述鍵合晶圓包括第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓包括第一襯底和第一BEOL介質(zhì)層;所述第二晶圓包括第二襯底和第二BEOL介質(zhì)層，且所述第一 BEOL介質(zhì)層覆蓋所述第二 BEOL介質(zhì)層的上表面；
[0013]其中，所述第一金屬層位于所述第一BEOL介質(zhì)層內(nèi)，所述第二金屬層位于所述第二 BEOL介質(zhì)層內(nèi)。
[0014]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，其中，所述阻擋層為氮化硅。
[0015]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，其中，所述第一氧化層和所述第二氧化層均為二氧化硅。
[0016]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，其中，所述擋光金屬層為鋁或鎢。
[0017]本發(fā)明還公開了一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，包括:
[0018]步驟SI，提供一設(shè)置有若干互連區(qū)域的鍵合晶圓，每個所述互連區(qū)域均設(shè)置有互不接觸的第一金屬層和第二金屬層，且所述第一金屬層和所述第二金屬層在同一水平面上的垂直投影互不重疊或僅部分重疊；
[0019]步驟S2，刻蝕位于所述若干互連區(qū)域的所述鍵合晶圓，以形成將每個互連區(qū)域中的所述第一金屬層的部分表面和所述第二金屬層的部分表面均予以暴露的若干互連娃穿孔；
[0020]步驟S3，于所述若干互連硅穿孔中均填充金屬后，形成將每個互連區(qū)域中的所述第一金屬層和所述第二金屬層均予以電連接的若干UTS結(jié)構(gòu)；
[0021]步驟S4，于所述鍵合晶圓的上表面制備阻擋層以將若干所述UTS結(jié)構(gòu)的上表面均予以覆蓋；
[0022]步驟S5，于所述阻擋層之上形成第一氧化層；
[0023]步驟S6，于所述第一氧化層之上分別正對所述若干UTS結(jié)構(gòu)形成若干擋光金屬層，且所述擋光金屬層和所述UTS結(jié)構(gòu)對應(yīng)；
[0024]步驟S7，繼續(xù)于所述第一氧化層之上形成第二氧化層以將所述若干擋光金屬層均予以包覆，且相鄰所述擋光金屬層之間通過所述第二氧化層隔離。
[0025]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述鍵合晶圓包括第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓包括第一襯底和第一 BEOL介質(zhì)層;所述第二晶圓包括第二襯底和第二 BEOL介質(zhì)層，且所述第一 BEOL介質(zhì)層覆蓋所述第二 BEOL介質(zhì)層的上表面；
[0026]其中，所述第一金屬層位于所述第一BEOL介質(zhì)層內(nèi)，所述第二金屬層位于所述第二 BEOL介質(zhì)層內(nèi)。
[0027]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述阻擋層為氮化硅。
[0028]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述第一氧化層和所述第二氧化層均為二氧化硅。
[0029]上述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其中，所述擋光金屬層為鋁或鎢。
[0030]上述發(fā)明具有如下優(yōu)點或者有益效果:
[0031]本發(fā)明公開了一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)及其制備方法，通過于UTS結(jié)構(gòu)上方保留擋光金屬層來加強UTS結(jié)構(gòu)的可靠性，以防止UTS結(jié)構(gòu)上方阻擋層的不夠帶來的可靠性問題，并將位于相鄰的UTS結(jié)構(gòu)之上的擋光金屬層之間進行隔斷設(shè)計，以保證每個UTS成獨立單元來降低漏電(Leakage source)，從而為UTS結(jié)構(gòu)在三維集成的更廣泛應(yīng)用打下基礎(chǔ)。
【附圖說明】
[0032]通過閱讀參照以下附圖對非限制性實施例所作的詳細描述，本發(fā)明及其特征、夕卜形和優(yōu)點將會變得更加明顯。在全部附圖中相同的標記指示相同的部分。并未可以按照比例繪制附圖，重點在于示出本發(fā)明的主旨。
[0033]圖1是本發(fā)明實施例中鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的不意圖；
[0034]圖2是本發(fā)明實施例中制備鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的方法流程圖；
[0035]圖3?10是本發(fā)明實施例中制備鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的方法的流程結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖和具體的實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但是不作為本發(fā)明的限定。
[0037]實施例一:
[0038]本發(fā)明公開了一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，該鍵合晶圓結(jié)構(gòu)包括鍵合晶圓、設(shè)置于鍵合晶圓中的若干UTS結(jié)構(gòu)、設(shè)置于鍵合晶圓之上且將若干UTS結(jié)構(gòu)的上表面均予以覆蓋的阻擋層、設(shè)置于阻擋層之上的第一氧化層、設(shè)置于第一氧化層之上的若干擋光金屬層以及設(shè)置于第一氧化層之上且將若干擋光金屬層均予以包覆的第二氧化層；其中，該鍵合晶圓設(shè)置有若干互連區(qū)域，每個互連區(qū)域中均設(shè)置有互不接觸的第一金屬層和第二金屬層，且第一金屬層和第二金屬層在同一水平面上的垂直投影互不重疊或僅部分重疊;若干UTS結(jié)構(gòu)將每個互連區(qū)域中的第一金屬層和第二金屬層均予以電連接;若干擋光金屬層分別正對若干UTS結(jié)構(gòu)設(shè)置于第一氧化層之上，且擋光金屬層和UTS結(jié)構(gòu)一一對應(yīng)，且相鄰擋光金屬層之間均通過第二氧化層進行隔離。本發(fā)明中的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，通過在若干UTS結(jié)構(gòu)上方設(shè)置擋光金屬層來加強UTS結(jié)構(gòu)的可靠性，以防止UTS結(jié)構(gòu)上方阻擋層的不夠帶來的可靠性問題，并將位于相鄰的UTS結(jié)構(gòu)之上的擋光金屬層之間進行隔斷設(shè)計，以保證每個UTS成獨立單元來降低漏電。
[0039]具體的，如圖1所示，本實施例涉及一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，該鍵合晶圓結(jié)構(gòu)包括鍵合晶圓、設(shè)置于鍵合晶圓中的若干UTS結(jié)構(gòu)3、設(shè)置于鍵合晶圓之上且將若干UTS結(jié)構(gòu)3的上表面予以覆蓋的阻擋層4、設(shè)置于阻擋層4之上的第一氧化層5、設(shè)置于第一氧化層5之上的若干擋光金屬層6以及設(shè)置于第一氧化層5之上且將若干擋光金屬層6均予以包覆的第二氧化層7 ;具體的，該鍵合晶圓包括第一晶圓和第二晶圓，第一晶圓包括第一襯底21和第一BEOL介質(zhì)層22;第二晶圓包括第二襯底11和第二 BEOL介質(zhì)層12，且第一 BEOL介質(zhì)層22覆蓋第二BEOL介質(zhì)層12的上表面;其中，第一BEOL介質(zhì)層22中設(shè)置有第一金屬層23，第二BEOL介質(zhì)層12中設(shè)置有第二金屬層13，且位于一個互連區(qū)域(圖中僅示出了兩個互連區(qū)域)中的第一金屬層23和第二金屬層13在同一水平面上的垂直投影互不重疊或僅部分重疊，若干UTS結(jié)構(gòu)3將若干互連區(qū)域中第一金屬層23和第二金屬層13均予以電連接，若干擋光金屬層6分別正對若干UTS結(jié)構(gòu)3設(shè)置于第一氧化層5之上，擋光金屬層6和UTS結(jié)構(gòu)3 對應(yīng)，且相鄰擋光金屬層6之間均通過第二氧化層7進行隔離。在本發(fā)明的實施例中，該UTS結(jié)構(gòu)3設(shè)置于位于互連區(qū)域中將第一金屬層23和第二金屬層13均予以暴露的互連硅穿孔中。
[0040]其中，上述BEOL(Back-End-Of-Line)介質(zhì)層，也即常規(guī)所言的后段制程層或互連多層;上述的襯底為內(nèi)設(shè)晶體管單元MOSFET CelI的硅襯底層，通常互聯(lián)多層BEOL介質(zhì)層含有多層金屬互連線，硅襯底層中晶體管的各個電極都相應(yīng)耦合連接到BEOL介質(zhì)層內(nèi)的與之對應(yīng)的金屬互連線上。
[0041 ]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，上述阻擋層4為氮化硅。
[0042]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，第一氧化層5和第二氧化層7均為二氧化硅。
[0043]在本發(fā)明一個優(yōu)選的實施例中，擋光金屬層6為鋁或鎢。
[0044]實施例二:
[0045]如圖2所示，本實施例公開了一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，該方法具體包括:
[0046]步驟一，提供一設(shè)置有若干互連區(qū)域(圖中僅示出兩個互連區(qū)域)的鍵合晶圓，每個互連區(qū)域中均設(shè)置有互不接觸的第一金屬層23和第二金屬層13，且第一金屬層23和第二金屬層13在同一水平面上的垂直投影互不重疊或僅部分重疊;如圖3所示的結(jié)構(gòu)。
[0047]在本發(fā)明的實施例中，形成該鍵合晶圓的具體步驟為:
[0048]首先，提供待處理的第一晶圓和第二晶圓，且第一晶圓包括第一襯底21和第一BEOL介質(zhì)層22;第二晶圓包括第二襯底11和第二 BEOL介質(zhì)層12。
[0049]其次，將第一晶圓和第二晶圓通過混合鍵合工藝或TSV工藝面對面鍵合在一起(SP在第一晶圓倒置后，將第二晶圓的BEOL介質(zhì)層的上表面和第二晶圓的BEOL介質(zhì)層的上表面鍵合在一起)后(即第一 BEOL介質(zhì)層22覆蓋第二 BEOL介質(zhì)層12的上表面)，采用減薄工藝對第二晶圓的襯底進行減薄，形成鍵合晶圓。
[0050]步驟二，刻蝕位于互連區(qū)域的鍵合晶圓，以形成將每個互連區(qū)域中的第一金屬層23的部分表面和第二金屬層13的部分表面均予以暴露的若干互連硅穿孔；如圖4所示的結(jié)構(gòu)。
[0051 ] 在本發(fā)明的實施例中，該若干互連硅穿孔可以采用SE(Silicon Etch，硅刻蝕)，DV(Deep Via，通孔刻蝕)，TE(Trench Etch，溝槽刻蝕)三步或者SE，DV兩步工藝制成，由于采用SE，DV，TE三步或者SE，DV兩步工藝制成互連硅穿孔的工藝均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此便不予贅述。
[0052]步驟三，于若干互連硅穿孔中填充金屬后，形成將每個互連區(qū)域中第一金屬層23和第二金屬層13均予以電連接的若干UTS結(jié)構(gòu)3;如圖5所示的結(jié)構(gòu)。
[0053]步驟四，于鍵合晶圓的上表面制備阻擋層4以將若干UTS結(jié)構(gòu)3的上表面予以覆蓋，優(yōu)選的，該阻擋層4為氮化硅;如圖6所示的結(jié)構(gòu)。
[0054]步驟五，于阻擋層4之上形成第一氧化層5;如圖7所示的結(jié)構(gòu)。
[0055]步驟六，于第一氧化層5之上分別正對若干UTS結(jié)構(gòu)3形成若干擋光金屬層6，且每個擋光金屬層6對應(yīng)一個UTS結(jié)構(gòu)3;優(yōu)選的，第一氧化層5為氧化硅，擋光金屬層6為鋁或鎢；如圖9所示的結(jié)構(gòu)。
[0056]在本發(fā)明的實施例中，該步驟六具體為:
[0057]首先，于第一氧化層5之上形成一層擋光金屬薄膜6;如圖8所示的結(jié)構(gòu)。
[0058]其次，刻蝕位于相鄰UTS結(jié)構(gòu)3之間的第一襯底12之上的部分擋光金屬薄膜6，以隔斷該擋光金屬薄膜6形成若干擋光金屬層6;如圖9所示的結(jié)構(gòu)。
[0059]步驟七，繼續(xù)于第一氧化層5之上形成第二氧化層8以將若干擋光金屬層6均予以包覆，且相鄰擋光金屬層6之間通過第二氧化層7進行隔離;優(yōu)選的，該第二氧化層7為氧化硅;如圖10所示的結(jié)構(gòu)。
[0060]不難發(fā)現(xiàn)，本實施例為與上述鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的實施例相對應(yīng)的方法實施例，本實施例可與上述鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的實施例互相配合實施。上述鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的實施例中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)在本實施例中依然有效，為了減少重復(fù)，這里不再贅述。相應(yīng)地，本實施方式中提到的相關(guān)技術(shù)細節(jié)也可應(yīng)用在上述鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的實施例中。
[0061]本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本領(lǐng)域技術(shù)人員在結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)以及上述實施例可以實現(xiàn)變化例，在此不做贅述。這樣的變化例并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容，在此不予贅述。
[0062]以上對本發(fā)明的較佳實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，其中未盡詳細描述的設(shè)備和結(jié)構(gòu)應(yīng)該理解為用本領(lǐng)域中的普通方式予以實施;任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案作出許多可能的變動和修飾，或修改為等同變化的等效實施例，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案保護的范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 鍵合晶圓，所述鍵合晶圓設(shè)置有若干互連區(qū)域，每個所述互連區(qū)域中均設(shè)置有互不接觸的第一金屬層和第二金屬層，且所述第一金屬層和所述第二金屬層在同一水平面上的垂直投影互不重疊或僅部分重疊； 若干UTS結(jié)構(gòu)，分別設(shè)置于所述若干互連區(qū)域中以將每個所述互連區(qū)域中的第一金屬層和所述第二金屬層均予以電連接； 阻擋層，設(shè)置于所述鍵合晶圓之上，且將所述若干UTS結(jié)構(gòu)的上表面均予以覆蓋； 第一氧化層，設(shè)置于所述阻擋層之上； 若干擋光金屬層，分別正對若干所述UTS結(jié)構(gòu)設(shè)置于所述第一氧化層之上，且所述擋光金屬層和所述UTS結(jié)構(gòu) 對應(yīng)； 第二氧化層，設(shè)置于所述第一氧化層之上且將若干所述擋光金屬層均予以包覆，且相鄰所述擋光金屬層之間通過所述第二氧化層隔離。2.如權(quán)利要求1所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鍵合晶圓包括第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓包括第一襯底和第一 BEOL介質(zhì)層;所述第二晶圓包括第二襯底和第二BEOL介質(zhì)層，且所述第一 BEOL介質(zhì)層覆蓋所述第二 BEOL介質(zhì)層的上表面； 其中，所述第一金屬層位于所述第一BEOL介質(zhì)層內(nèi)，所述第二金屬層位于所述第二BEOL介質(zhì)層內(nèi)。3.如權(quán)利要求1所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻擋層為氮化硅。4.如權(quán)利要求1所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一氧化層和所述第二氧化層均為二氧化硅。5.如權(quán)利要求1所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述擋光金屬層為鋁或鎢。6.一種鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括: 步驟SI，提供一設(shè)置有若干互連區(qū)域的鍵合晶圓，每個所述互連區(qū)域均設(shè)置有互不接觸的第一金屬層和第二金屬層，且所述第一金屬層和所述第二金屬層在同一水平面上的垂直投影互不重疊或僅部分重疊； 步驟S2，刻蝕位于所述若干互連區(qū)域的所述鍵合晶圓，以形成將每個互連區(qū)域中的所述第一金屬層的部分表面和所述第二金屬層的部分表面均予以暴露的若干互連娃穿孔；步驟S3，于所述若干互連硅穿孔中均填充金屬后，形成將每個互連區(qū)域中的所述第一金屬層和所述第二金屬層均予以電連接的若干UTS結(jié)構(gòu)； 步驟S4，于所述鍵合晶圓的上表面制備阻擋層以將若干所述UTS結(jié)構(gòu)的上表面均予以覆蓋； 步驟S5，于所述阻擋層之上形成第一氧化層； 步驟S6，于所述第一氧化層之上分別正對所述若干UTS結(jié)構(gòu)形成若干擋光金屬層，且所述擋光金屬層和所述UTS結(jié)構(gòu) 對應(yīng)； 步驟S7，繼續(xù)于所述第一氧化層之上形成第二氧化層以將所述若干擋光金屬層均予以包覆，且相鄰所述擋光金屬層之間通過所述第二氧化層隔離。7.如權(quán)利要求6所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述鍵合晶圓包括第一晶圓和第二晶圓，所述第一晶圓包括第一襯底和第一BEOL介質(zhì)層;所述第二晶圓包括第二襯底和第二 BEOL介質(zhì)層，且所述第一 BEOL介質(zhì)層覆蓋所述第二 BEOL介質(zhì)層的上表面； 其中，所述第一金屬層位于所述第一BEOL介質(zhì)層內(nèi)，所述第二金屬層位于所述第二BEOL介質(zhì)層內(nèi)。8.如權(quán)利要求6所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述阻擋層為氮化硅。9.如權(quán)利要求6所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述第一氧化層和所述第二氧化層均為二氧化硅。10.如權(quán)利要求6所述的鍵合晶圓結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述擋光金屬層為鋁或媽。
【文檔編號】H01L23/52GK105977236SQ201610372757
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年5月30日
【發(fā)明人】胡思平, 朱繼鋒, 董金文, 陳赫
【申請人】武漢新芯集成電路制造有限公司