用于构造三维(3D)集成电路(IC)(3DIC)和相关系统的方法技术方案

本发明专利技术揭示用于构造三维集成电路和相关系统的方法。在一个方面中，通过在固持衬底上形成例如晶体管的有源元件来构造第一层。在所述有源元件上方形成互连金属层。在所述互连金属层内形成金属接合垫。还同时或依序地形成第二层。所述第二层与所述第一层以大致相同的方式形成且接着置于所述第一层上，使得所述相应金属接合垫对准且将一个层接合至另一层。接着释放所述第二层的所述固持衬底。接着薄化所述第二层的背侧，使得所述有源元件的后表面(例如，晶体管中的栅极的背面)暴露。可在需要的情况下添加额外层，从而基本上重复此工艺。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】优先权要求本申请案要求2014年5月19日申请的且题为“用于构造三维(3D)集成电路(IC)(3DIC)和相关系统的方法(METHODSFORCONSTRUCTINGTHREEDIMENSIONAL(3D)INTEGRATEDCIRCUITS(ICs)(3DICs)ANDRELATEDSYSTEMS)”的美国专利申请案第14/280,731号的优先权，所述美国专利申请案以全文引用的方式并入本文中。
本专利技术的技术大体上涉及三维(3D)集成电路(IC)(3DIC)的制造。
技术介绍
移动通信装置在当前社会已变得流行。这些移动装置的流行部分由现实现于此类装置上的许多功能驱动。对此类功能的需求增加处理能力要求且产生对更大功率电池的需求。在移动通信装置的壳体的有限空间内，电池与处理电路竞争。有限空间是组件的持续小型化的压力的原因之一，且空间约束的电池产生电路的减小的电力消耗的压力。当在移动通信装置的集成电路(IC)中小型化已受到特别关注时，也已进行对其它装置(例如，台式计算机)中的IC的小型化的努力。历史上，IC内的元件皆已置于单个二维(2D)有源层中，其中元件经由也在所述IC内的一或多个金属层互连。对小型化IC的努力在2D空间内达到其极限，且因此，设计思维已移到三维。尽管已努力经由恰当IC外部的单独组的金属层连接两个或多于两个IC，但所述解决方案并不恰当地为三维(3D)途径。另一提议为将两个IC芯片堆栈于彼此顶上，其中经由焊料凸块在两个IC芯片之间进行连接(例如，所谓的“倒装芯片”格式)。倒装芯片格式有时被称作系统级封装(SIP)解决方案。存在将IC芯片堆栈于彼此顶上的其它SIP解决方案，其中通过硅穿孔(TSV)在芯片之间进行连接。尽管可以认为倒装芯片和TSV方面表示3D解决方案，但实现倒装芯片所需的空间量保持较大。同样，相对于芯片的总大小，实施TSV所需的空间在空间上不可实现。尽管存在允许形成三维集成电路(3DIC)的若干技术，但每一技术包含使用次优技术的一或多个缺点。举例来说，选择性外延层生长对于在商业上并不可行这一点来说相当昂贵。另一技术使用低温接合工艺以实现单个晶体IC晶片与形成于经转换晶片上的后续有源元件的转换。此类低温接合可包含氧化物接合和离子切割技术，但使用这些技术在转换之后处理晶片将需要低温(低于500℃)处理步骤。在这些低温下的晶片处理具有挑战性。并且，偶然破损的晶片可导致对由IC内的铜互连形成的处理工具的铜损坏。因此，仍然存在对于制造3DIC的更多选项的需求。
技术实现思路
详细描述中所揭示的各方面包含用于构造三维(3D)集成电路(IC)(3DIC)和相关系统的方法。在本专利技术的例示性方面中，通过在固持衬底上形成有源元件(例如，晶体管)来构造3DIC的第一层。互连金属层形成于所述有源元件上方。金属接合垫形成在所述互连金属层内。还形成第二层。所述第二层与所述第一层以大致相同的方式形成且接着置于所述第一层上，使得所述相应金属接合垫对准且将一个层接合至另一层。接着释放所述第二层的所述固持衬底。接着薄化所述第二层的背侧，使得所述有源元件的后表面(例如，晶体管中的栅极的背面)暴露。可在需要的情况下添加额外层，从而基本上重复此工艺。在接合之前单独地形成所述层允许在形成有源元件时使用较高温度，此又在形成有源元件时提供较大灵活性。两个层的相对低温接合降低由于加热金属层而损坏金属的可能性。同样，在接合期间，现有有源元件并不经受可损坏此类有源元件的额外加热。通过薄化第二层，可形成将额外金属层耦合在所述层内的小通孔。小通孔允许形成较高密度的通孔而无不当区域损失。另外，经薄化第二层允许将背栅偏置部提供到晶体管，此在电路设计中提供额外灵活性。在一个方面的这点上，揭示形成3DIC的方法。所述方法包括形成第一层。通过提供第一固持衬底形成第一层。进一步通过在第一固持衬底上方形成第一晶体管而形成第一层。进一步通过在第一晶体管上方形成包含第一金属接合垫的第一互连金属层而形成第一层。所述方法还包括形成第二层。通过提供第二固持衬底形成第二层。还通过在第二固持衬底上方形成第二晶体管而形成第二层。还通过在第二晶体管上方形成包含第二金属接合垫的第二互连金属层而形成第二层。所述方法还包括将第一金属接合垫接合到第二金属接合垫。所述方法还包括释放第二固持衬底且暴露第二晶体管的第二栅极的第二后表面。在另一方面中，揭示形成3DIC的方法。所述方法包括形成第一层。通过提供第一固持衬底形成第一层。还通过在第一固持衬底上方形成第一晶体管而形成第一层。还通过在第一晶体管上方形成第一金属层而形成第一层。还通过将第一支撑衬底在第一金属层上方接合到第一层而形成第一层。还通过释放第一固持衬底且暴露第一晶体管的第一栅极的第一后表面而形成第一层。还通过在第一栅极的第一后表面上方添加包含第一金属接合垫的第一互连金属层而形成第一层。所述方法还包括形成第二层。通过提供第二固持衬底形成第二层。还通过在第二固持衬底上方形成第二晶体管而形成第二层。还通过在第二晶体管上方形成包含第二金属接合垫的第二互连金属层而形成第二层。所述方法还包括将第一金属接合垫接合到第二金属接合垫。所述方法还包括释放第二固持衬底且暴露第二晶体管的第二栅极的第二后表面。在另一方面中，揭示3DIC。所述3DIC包括第一层。第一层包括第一固持衬底。第一层还包括位于第一固持衬底上方的第一晶体管。第一层还包括位于第一晶体管上方的第一互连金属层，其中第一互连金属层包括第一金属接合垫。所述3DIC还包括第二层。第二层包括第二互连金属层，其包括接合到第一金属接合垫的第二金属接合垫。第二层还包括位于第二互连金属层上方的第二晶体管，第二晶体管包括第二栅极和第二栅极后表面。第二层还包括位于第二栅极后表面上方且接近第二栅极后表面的第二背栅偏置部。在另一方面中，揭示3DIC。所述3DIC包括第一层。第一层包括第一固持衬底。第一层还包括位于第一固持衬底上方第一互连金属层。第一层还包括位于第一互连金属层上方第一晶体管。第一层还包括位于第一晶体管上方的第一金属背面层，其中第一金属背面层包括第一金属接合垫。第一层还包括将第一金属背面层耦合到第一互连金属层的通孔。所述3DIC还包括第二层。第二层包括第二互连金属层，其包括接合到第一金属接合垫的第二金属接合垫。第二层还包括位于第二互连金属层上方的第二晶体管，第二晶体管包括第二栅极和第二栅极后表面。第二层还包括位于第二栅极后表面上方且接近第二栅极后表面的第二背栅偏置部。附图说明图1为根据本专利技术的例示性方面的构造三维集成电路(3DIC)的例示性方法的流程图；图2为根据图1的工艺所形成的3DIC的第一层的简化横截面图；图3为根据图1的工艺所形成的3DIC的第二层的简化横截面图；图4为根据图1的工艺的接合到图3的第二层的图2的第一层的简化横截面图；图5为根据图1的工艺的添加到第二层的额外金属层和通孔的简化横截面图；图6为根据本专利技术的例示性方面构造3DIC的另一例示性方法的流程图；图7为根据图6的工艺所形成的3DIC的第一层的简化横截面图；图8为根据图6的工艺添加支撑衬底的第一层的简化横截面图；图9为根据图6的工艺去除固持衬底的图8的第一层的简化横截面图；图10为根据图6的工艺添加额外金属层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成三维3D集成电路IC 3DIC的方法，其包括：通过以下操作形成第一层：提供第一固持衬底；在所述第一固持衬底上方形成第一晶体管；以及在所述第一晶体管上方形成包含第一金属接合垫的第一互连金属层；通过以下操作形成第二层：提供第二固持衬底；在所述第二固持衬底上方形成第二晶体管；以及在所述第二晶体管上方形成包含第二金属接合垫的第二互连金属层；将所述第一金属接合垫接合到所述第二金属接合垫；以及释放所述第二固持衬底且暴露所述第二晶体管的第二栅极的第二后表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.05.19 US 14/280,7311.一种形成三维3D集成电路IC3DIC的方法，其包括：通过以下操作形成第一层：提供第一固持衬底；在所述第一固持衬底上方形成第一晶体管；以及在所述第一晶体管上方形成包含第一金属接合垫的第一互连金属层；通过以下操作形成第二层：提供第二固持衬底；在所述第二固持衬底上方形成第二晶体管；以及在所述第二晶体管上方形成包含第二金属接合垫的第二互连金属层；将所述第一金属接合垫接合到所述第二金属接合垫；以及释放所述第二固持衬底且暴露所述第二晶体管的第二栅极的第二后表面。2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一固持衬底包括硅，所述第二固持衬底包括硅，或所述第一固持衬底和所述第二固持衬底两者皆包括硅。3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一固持衬底包括玻璃，所述第二固持衬底包括玻璃，或所述第一固持衬底和所述第二固持衬底两者皆包括玻璃。4.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在接合之前将所述第一金属接合垫与所述第二金属接合垫对准。5.根据权利要求1所述的方法，其中释放所述第二固持衬底包括使用选自由以下各者组成的群组的工艺：化学机械处理、蚀刻、离子切割以及所述群组内的一或多个工艺的组合。6.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括将背栅添加到所述第二晶体管。7.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括在所述第二层上方添加第三层。8.根据权利要求7所述的方法，其中添加所述第三层包括：通过以下操作形成所述第三层：提供第三固持衬底；在所述第三固持衬底上方形成第三晶体管；以及在所述第三晶体管上方形成包含第三金属接合垫的第三互连金属层；在所述第二后表面上方添加包含第二上部金属接合垫的第二背垫金属；以及将所述第二上部金属接合垫接合到所述第三金属接合垫。9.根据权利要求8所述的方法，其进一步包括在所述第二背垫金属与所述第二互连金属层之间提供通孔。10.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述第一层进一步包括：将第一支撑衬底在所述第一晶体管上方接合到所述第一层；以及释放所述第一固持衬底且暴露所述第一晶体管的第一栅极的第一后表面；且其中在所述第一晶体管上方添加所述第一互连金属层包括在所述第一栅极的所述第一后表面上方添加所述第一互连金属层。11.根据权利要求1所述的方法，其中释放所述第二固持衬底包括检测与所述第二固持衬底相关联的固持类型的材料与相关联于所述第二晶体管的晶体管类型的材料之间的材料改变。12.一种形成三维3D集成电路IC3DIC的方法，其包括：通过以下操作形成第一层：提供第一固持衬底；在所述第一固持衬底上方形成第一晶体管；在所述第一晶体管上方形成第一金属层；将第一支撑衬底在所述第一金属层上方接合到所述第一层；释放所述第一固持衬底且暴露所述第一晶体管的第一栅极的第一后表面；以及在所述第一栅极的所述第一后表面上方添加包含第一金属接合垫的第一互连金属层；通过以下操作形成第二层：提供第二固持衬底；在所述第二固持衬底上方形成第二晶体管；以及在所述第二晶体管上方形成包含第二金属接合垫的第二互连金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜杨，卡里姆·阿拉比，
申请(专利权)人：高通股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US