芯片、其制作方法及層疊芯片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請涉及半導(dǎo)體集成電路制作技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種芯片、其制作方法及層疊芯片的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體集成電路的集成度越來越高，芯片中晶體管的集成度逐漸達(dá)到上限。層疊芯片(3DIC)技術(shù)通過鍵合工藝實現(xiàn)多個芯片之間的垂直互連，增加了芯片的空間，提高了晶體管的集成度，同時還能提高集成電路的工作速度，降低集成電路的功耗。目前，層疊芯片技術(shù)已成為集成電路設(shè)計的重要方向之一。
[0003]在現(xiàn)有層疊芯片的制作過程中，通常先制作形成各個芯片。如圖1所示，所形成的芯片包括芯片基板10'，設(shè)置于芯片基板10'上的介質(zhì)層20'，以及設(shè)置于介質(zhì)層20'中，并電連接芯片基板10'與外部電結(jié)構(gòu)的金屬層30'，介質(zhì)層20'的上表面低于金屬層30'的上表面。然后通過熱壓鍵合工藝將各個芯片鍵合在一起，形成層疊芯片。
[0004]上述對芯片進(jìn)行熱壓鍵合的過程中，在鍵合壓力的作用下金屬層會發(fā)生延展，導(dǎo)致相鄰的金屬層之間產(chǎn)生連接，甚至導(dǎo)致芯片發(fā)生短路(如圖2所示)等。隨著層疊芯片技術(shù)的不斷發(fā)展，芯片中金屬層的密度越來越高，金屬層之間的距離也越來越小，在這種情況下，金屬層的延展現(xiàn)象將導(dǎo)致相鄰金屬層之間更容易產(chǎn)生連接。
[0005]技術(shù)人員嘗試通過減小金屬層的尺寸，以增加金屬層之間的距離，進(jìn)而避免相鄰金屬層之間產(chǎn)生連接。然而隨著金屬層尺寸的減小，芯片鍵合工藝中金屬層的對準(zhǔn)精度會降低，進(jìn)而導(dǎo)致層疊芯片的成品率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本申請旨在提供一種芯片、其制作方法及層疊芯片的制作方法，以解決現(xiàn)有層疊芯片的制作過程中因金屬延展所導(dǎo)致的相鄰金屬層之間易產(chǎn)生連接的問題，進(jìn)而提高層疊芯片的可靠性。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，根據(jù)本申請的一個方面，提供了一種芯片，該芯片包括:芯片基板；介質(zhì)層，設(shè)置于芯片基板上，介質(zhì)層包括第一介質(zhì)區(qū)和環(huán)繞在第一介質(zhì)區(qū)外周的第二介質(zhì)區(qū)，且第一介質(zhì)區(qū)的上表面低于第二介質(zhì)區(qū)的上表面；金屬層，設(shè)置于第一介質(zhì)區(qū)并貫穿介質(zhì)層，且金屬層與芯片基板連接。
[0008]進(jìn)一步地，第一介質(zhì)區(qū)的高度為第二介質(zhì)區(qū)的高度的1/3?2/3。
[0009]進(jìn)一步地，第一介質(zhì)區(qū)相對于金屬層一側(cè)邊的寬度為金屬層的同方向?qū)挾鹊?/10 ?1/2。
[0010]進(jìn)一步地，第一介質(zhì)區(qū)和第二介質(zhì)區(qū)的材料選自Si02、S1C或Si3N4中的任一種；金屬層的材料選自Cu或Sn。
[0011]本申請還提供了一種芯片的制作方法，包括以下步驟:提供芯片基板，在芯片基板上形成介質(zhì)層，介質(zhì)層包括第一介質(zhì)區(qū)和環(huán)繞在第一介質(zhì)區(qū)外周的第二介質(zhì)區(qū)；在第一介質(zhì)區(qū)中形成貫穿介質(zhì)層并與芯片基板連接的金屬層；刻蝕介質(zhì)層使第一介質(zhì)區(qū)的上表面低于第二介質(zhì)區(qū)的上表面。
[0012]進(jìn)一步地，刻蝕介質(zhì)層的步驟包括:形成連續(xù)覆蓋介質(zhì)層和金屬層的光刻膠層；光刻光刻膠層中相應(yīng)于金屬層的位置，形成寬度大于金屬層的寬度的開口 ；沿開口刻蝕介質(zhì)層，以使第一介質(zhì)區(qū)的上表面低于第二介質(zhì)區(qū)的上表面；去除剩余的光刻膠層。
[0013]進(jìn)一步地，在刻蝕介質(zhì)層的步驟中，刻蝕介質(zhì)層以使第一介質(zhì)區(qū)的高度為第二介質(zhì)區(qū)的高度的1/3?2/3。
[0014]進(jìn)一步地,在去除剩余的光刻膠層的步驟之前,清洗金屬層，以去除金屬層表面上的氧化物。
[0015]進(jìn)一步地，介質(zhì)層的材料選自Si02、Si0C或Si3N4的任一種；金屬層的材料選自Cu、Sn。
[0016]本申請還提供了一種層疊芯片的制作方法，該制作方法包括:提供第一芯片和第二芯片，且第一芯片和第二芯片中至少一個為本申請上述的芯片；以及將第一芯片的金屬層和第二芯片的金屬層進(jìn)行鍵合連接。
[0017]進(jìn)一步地，將第一芯片的金屬層和第二芯片的金屬層進(jìn)行鍵合連接的步驟中，同時將第一芯片的介質(zhì)層和第二芯片的介質(zhì)層進(jìn)行鍵合連接。
[0018]進(jìn)一步地，在將第一芯片的金屬層和第二芯片的金屬層進(jìn)行鍵合連接的步驟之后，對第一芯片和第一芯片進(jìn)行退火處理。
[0019]應(yīng)用本申請的技術(shù)方案，在該芯片中將介質(zhì)層分為第一介質(zhì)區(qū)和第二介質(zhì)區(qū)，通過降低圍繞在金屬層外周的第一介質(zhì)區(qū)相對于金屬層和第二介質(zhì)區(qū)的高度，使得暴露在第一介質(zhì)層外面的金屬層的體積增加(暴露在第一介質(zhì)層外面的金屬層的垂直于芯片基板表面的截面積S也增加)。因此，將該芯片與其它芯片進(jìn)行鍵合形成層疊芯片的過程中，在鍵合壓力(F)不變的情況下金屬層內(nèi)部的應(yīng)力會減小(應(yīng)力σ與F/S成正比)，使得金屬層的延展程度得以減小，進(jìn)而避免相鄰金屬層之間產(chǎn)生連接，提高層疊芯片的可靠性。同時，在鍵合的過程中向外延展的金屬層會覆蓋在第一介質(zhì)區(qū)的表面上，并且受到第二介質(zhì)區(qū)側(cè)壁的阻擋作用力，進(jìn)而阻止金屬層的延展，避免相鄰金屬層之間產(chǎn)生連接，提高層疊芯片的可靠性。
【附圖說明】
[0020]構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。在附圖中:
[0021]圖1示出了現(xiàn)有芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2示出了現(xiàn)有層疊芯片的SEM照片；
[0023]圖3示出了根據(jù)本申請實施方式所提供的芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4示出了根據(jù)本申請實施方式所提供的芯片的制作方法的流程示意圖；
[0025]圖5示出了在本申請?zhí)峁┑男酒闹谱鞣椒ㄖ?，提供芯片基板，在芯片基板上形成介質(zhì)層，介質(zhì)層包括第一介質(zhì)區(qū)和環(huán)繞在第一介質(zhì)區(qū)外周的第二介質(zhì)區(qū)后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6示出了在圖5所示的第一介質(zhì)區(qū)中形成貫穿介質(zhì)層并與芯片基板連接的金屬層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖7示出了刻蝕圖6所示的刻蝕介質(zhì)層使第一介質(zhì)區(qū)的上表面低于第二介質(zhì)區(qū)的上表面后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖7-1示出了形成連續(xù)覆蓋圖5所示的介質(zhì)層和金屬層的光刻膠層；
[0029]圖7-2示出了光刻圖7-1所示的光刻膠層中相應(yīng)于金屬層的位置，形成寬度大于金屬層的寬度的開口 ；以及
[0030]圖7-3示出了沿圖7-2所示的開口刻蝕介質(zhì)層，以使第一介質(zhì)區(qū)的上表面低于第二介質(zhì)區(qū)的上表面。
【具體實施方式】
[0031]需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實施例來詳細(xì)說明本申請。
[0032]需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述【具體實施方式】，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用屬于“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0033]為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為“在其他器件或構(gòu)造上方”或“在其他器件或構(gòu)造之上”的器件之后將被定位為“在其他器件或構(gòu)造下方”或“在其他器件或構(gòu)造之下”。因而，示例性術(shù)語“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位)，并且對這里所使用的空間相對描述作出相應(yīng)解釋。
[0034]正如【背景技術(shù)】中所介紹的，現(xiàn)有層疊芯片的制作過程中因金屬延展所導(dǎo)致的相鄰金屬層之間易產(chǎn)生連接，并導(dǎo)致芯片發(fā)生短路的問題。本申請的申請人針對上述問題進(jìn)行研究，提出了一種芯片、其制作方法及層疊芯片的制作方法。如圖3所示，