[发明专利]一种硅通孔互联的空腔结构及其形成方法

说明书

本发明属于半导体三维集成技术领域，公开了一种硅通孔互联的空腔结构及其形成方法：提供第一硅晶圆，第一硅晶圆正面带有器件层；在第一硅晶圆的器件层上沉积第一介质层，并在第一介质层上刻蚀形成TDV；在TDV上沉积第二介质层，以使TDV开口封闭且内部中空；在封口后的第一硅晶圆正面进行RDL，形成布线层；将第一硅晶圆与第二硅晶圆键合并减薄，第二硅晶圆为也具有布线层的硅晶圆，第一硅晶圆的布线层与第二硅晶圆的布线层相对设置；在键合后的第一硅晶圆的背面进行刻蚀，使得TDV再次开口连通，且被刻蚀后的TDV底部停留在第一停留层上，从而得到空腔结构。

技术领域

本发明属于半导体三维集成技术领域，更具体地，涉及一种硅通孔互联的空腔结构及其形成方法。

背景技术

HBM(High Bandwidth Memory，高带宽显存)芯粒对带宽容量的要求日益增加,用于C2W(Chip to Wafer，芯片晶圆异质集成)的HBM芯粒中通常需要高密度的硅通孔互连。现有硅通孔工艺通常为：提供硅衬底，并采用深反应性离子蚀刻在硅衬底中形成通孔，并在通孔的侧壁形成热氧化层，再去除热氧化层，之后在通孔的侧壁和底部形成绝缘层，并在绝缘层上形成导电材料以填充满通孔。该种工艺对刻蚀机台选择的精度要求非常高，并且现有硅通孔互联工艺存在以下问题：（1）DRAM(Dynamic Random Access Memory,动态随机存取存储器)芯片有较高的电容结构,或者随着DRAM后段结构的复杂化、RDL（布线层，Redietribution Layer）增加等变化，导致顶层金属距离硅晶圆的距离增加，由此增加了TDV（介质通孔，Through Dielectric Via）刻蚀的难度；（2）随着三维集成发展，TSV（硅通孔）密度集成增加，TSV尺寸会持续变小进而使得当前能用的光刻胶也变薄，最终无法达到后续刻蚀工艺需求。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种硅通孔互联的空腔结构及其形成方法，以解决现有硅通孔互连工艺中由于连续沉积介质层造成的介质通孔中绝缘层厚度发生较大变化，对后续刻蚀工艺带来影响，以及现有技术得到的空腔结构中电镀的金属柱尺寸较小，使得硅通孔互联密度不够的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种硅通孔互联的空腔结构的形成方法，包括：

提供第一硅晶圆，所述第一硅晶圆正面带有器件层；

在第一硅晶圆的器件层上沉积第一介质层，并在所述第一介质层上刻蚀形成TDV；

在所述TDV上沉积第二介质层，以使所述TDV开口封闭且内部中空；

在封口后的所述第一硅晶圆正面进行RDL，形成布线层；

将第一硅晶圆与第二硅晶圆键合并减薄，所述第二硅晶圆为也具有布线层的硅晶圆，所述第一硅晶圆的布线层与所述第二硅晶圆的布线层相对设置；

在键合后的所述第一硅晶圆的背面进行刻蚀，使得所述TDV再次开口连通，且被刻蚀后的TDV底部停留在第一停留层上，从而得到空腔结构。

进一步的，所述第一停留层为所述第一硅晶圆中布线层的氮化硅薄膜；优选的，所述第二介质层的厚度为0.5μm-50μm。

进一步的，得到所述空腔结构后，在所述空腔结构的侧壁上沉积第三介质层，并在所述第一硅晶圆背面继续进行刻蚀，以使所述空腔结构底部停留在第二停留层上；优选的，所述第二停留层为所述第一硅晶圆中布线层的金属层。

进一步的，在所述空腔结构中依次沉积出阻挡层和种子层，并填充所述空腔结构，得到TSV结构。

进一步的，所述TDV宽度尺寸为1μm-100μm；优选的，所述TDV的深度尺寸为2μm-200μm；更优选的，所述TDV的深宽比值位于1:1至10:1之间。