[发明专利]一种三维芯片结构的金属键合的方法及键合结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造领域，具体涉及一种三维芯片结构的金属键合的方法及键合结构。

背景技术

把不同功能的芯片集成在一起已经是集成电路发展的一个趋势。大规模集成电路制造工艺是一种平面制作工艺，其在同一衬底上形成大量各种类型的半导体器件，并互相连接以具有完整的功能。目前，大多数在开发的是用TSV的方法。即将芯片键合之后，对芯片进行深通孔，通过在深通孔中填充金属材料连接两片芯片中的金属部分。但是，现在这种工艺还是承在复杂性，可靠性低和成本高的缺点。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种三维芯片结构的金属键合的方法及键合结构来解决现有技术中工艺复杂，可靠性低和成本高的问题。

本发明解决上述技术问题的方法技术方案如下：一种三维芯片结构的金属键合的方法，步骤一，所述三维芯片的顶部芯片上设有顶部芯片沟槽,所述顶部芯片沟槽中及顶部芯片表面均淀积有铜,对淀积有铜的顶部芯片表面进行化学机械平坦化处理至露出顶部二氧化硅层,所述顶部芯片沟槽内铜为顶部芯片铜；

步骤二，在进行化学机械平坦化后的所述顶部芯片表面淀积一层氮化硅层；

步骤三，刻蚀附着在所述顶部芯片铜上方的氮化硅层,形成凹槽,直至露出凹槽底部的顶部芯片铜；

步骤四，所述三维芯片的底部芯片上设有底部芯片沟槽,所述底部芯片沟槽中及底部芯片表面均淀积有铜,对淀积有铜的底部芯片表面进行化学机械平坦化处理至露出底部二氧化硅层,所述底部芯片沟槽内铜为底部芯片铜;

步骤五，对底部芯片上底部二氧化硅层进行刻蚀使底部芯片铜高于底部二氧化硅层；

步骤六，使用等离子体对底部芯片铜和露出的底部二氧化硅层表面均进行活化处理；

步骤七，将顶部芯片铜与底部芯片铜对准,并将顶部芯片与底部芯片进行键合；

步骤八，将键合后的芯片进行退火处理。

本发明的有益效果是：本发明通过在低温下利用金属与金属键合的方法来实现两个芯片的结合，使用氧化硅与氮化硅来配合金属与金属键合使键合质量更高，且氮化硅层薄膜还能阻止金属扩散至周围材料中，能达到简化工艺流程，降低键合所需温度，提高键合可靠性，提高键合效率，减低键合成本的目的。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述步骤一中,在对顶部芯片沟槽及顶部芯片表面进行铜淀积之前,先在顶部芯片沟槽及顶部芯片表面上淀积一层阻挡层;所述步骤四中,在对底部芯片沟槽及底部芯片表面进行铜淀积之前,先在底部芯片沟槽及底部芯片表面上淀积一层阻挡层。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过此阻挡层能防止金属向周围材料扩散，进一步提高键合后芯片的质量。

进一步，所述步骤二中淀积氮化硅层的方法为等离子体增强化学汽相淀积法。

采用上述进一步方案的有益效果是：能较为快速的淀积所需氮化硅层厚度，缩短了工艺流程时间，进一步提高键合效率。

进一步，所述步骤二中淀积氮化硅层的方法为高密度等离子体化学汽相淀积法。

采用上述进一步方案的有益效果是：能淀积出高质量氮化硅薄膜，进一步提高键合后芯片的质量。

进一步，所述步骤三中刻蚀氮化硅层所用刻蚀方法为高密度等离子体刻蚀；

进一步，所述步骤三中对底部芯片上的二氧化硅层进行的刻蚀方式是高密度等离子体刻蚀。

采用上述进一步方案的有益效果是：高密度等离子体刻蚀方式为各异相性刻蚀，刻蚀精度高，并且由于等离子体密度高，刻蚀速率较快，能进一步提高键合效率以及键合后芯片的质量。

本发明解决上述技术问题的装置技术方案如下：一种三维芯片的金属键合结构,包括顶部芯片和底部芯片,所述顶部芯片的顶部二氧化硅层上设有凹槽,所述凹槽中设有顶部芯片铜,所凹槽与凹槽之间裸露顶部二氧化硅层部分上均设有氮化硅层,所述底部二氧化硅层上设有凹槽,所述凹槽中设有底部芯片铜,所述底部芯片铜的高度高于底部二氧化硅层,所述底部芯片铜与顶部芯片铜相连接，所述顶部芯片上氮化硅层与底部二氧化硅层相连接。

本发明的有益效果是：本发明能在低温下进行金属与金属键合来达到芯片键合目的，使用氧化硅与氮化硅来配合金属与金属键合使键合质量更高，且氮化硅层薄膜还能阻止金属扩散至周围材料中，达到键合机构简单，可靠性高且成本低的效果。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述顶部芯片上的顶部芯片铜与顶部二氧化硅层之间均设有一层阻挡层，所述底部芯片上的底部芯片铜与底部二氧化硅层之间设有一层阻挡层。