芯片、其制作方法及层叠芯片的制作方法技术

本申请公开了一种芯片、其制作方法及层叠芯片的制作方法。其中，该芯片包括：芯片基板；介质层，设置于芯片基板上，介质层包括第一介质区和环绕在第一介质区外周的第二介质区，且第一介质区的上表面低于第二介质区的上表面；金属层，设置于第一介质区并贯穿介质层，且金属层与芯片基板连接。在上述芯片中通过降低围绕在金属层外周的第一介质区相对于金属层的高度，使得暴露在第一介质层外面的金属层的体积增加。将该芯片与其它芯片进行键合过程中，在键合压力不变的情况下金属层内部的应力会减小，使得金属层的延展程度得以减小，进而提高层叠芯片的可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及半导体集成电路制作
，具体而言，涉及一种。
技术介绍
随着半导体集成电路的集成度越来越高，芯片中晶体管的集成度逐渐达到上限。层叠芯片(3DIC)技术通过键合工艺实现多个芯片之间的垂直互连，增加了芯片的空间，提高了晶体管的集成度，同时还能提高集成电路的工作速度，降低集成电路的功耗。目前，层叠芯片技术已成为集成电路设计的重要方向之一。在现有层叠芯片的制作过程中，通常先制作形成各个芯片。如图1所示，所形成的芯片包括芯片基板10'，设置于芯片基板10'上的介质层20'，以及设置于介质层20'中，并电连接芯片基板10'与外部电结构的金属层30'，介质层20'的上表面低于金属层30'的上表面。然后通过热压键合工艺将各个芯片键合在一起，形成层叠芯片。上述对芯片进行热压键合的过程中，在键合压力的作用下金属层会发生延展，导致相邻的金属层之间产生连接，甚至导致芯片发生短路(如图2所示)等。随着层叠芯片技术的不断发展，芯片中金属层的密度越来越高，金属层之间的距离也越来越小，在这种情况下，金属层的延展现象将导致相邻金属层之间更容易产生连接。技术人员尝试通过减小金属层的尺寸，以增加金属层之间的距离，进而避免相邻金属层之间产生连接。然而随着金属层尺寸的减小，芯片键合工艺中金属层的对准精度会降低，进而导致层叠芯片的成品率降低。
技术实现思路
本申请旨在提供一种，以解决现有层叠芯片的制作过程中因金属延展所导致的相邻金属层之间易产生连接的问题，进而提高层叠芯片的可靠性。为了实现上述目的，根据本申请的一个方面，提供了一种芯片，该芯片包括:芯片基板；介质层，设置于芯片基板上，介质层包括第一介质区和环绕在第一介质区外周的第二介质区，且第一介质区的上表面低于第二介质区的上表面；金属层，设置于第一介质区并贯穿介质层，且金属层与芯片基板连接。进一步地，第一介质区的高度为第二介质区的高度的1/3?2/3。进一步地，第一介质区相对于金属层一侧边的宽度为金属层的同方向宽度的1/10 ?1/2。进一步地，第一介质区和第二介质区的材料选自Si02、S1C或Si3N4中的任一种；金属层的材料选自Cu或Sn。本申请还提供了一种芯片的制作方法，包括以下步骤:提供芯片基板，在芯片基板上形成介质层，介质层包括第一介质区和环绕在第一介质区外周的第二介质区；在第一介质区中形成贯穿介质层并与芯片基板连接的金属层；刻蚀介质层使第一介质区的上表面低于第二介质区的上表面。进一步地，刻蚀介质层的步骤包括:形成连续覆盖介质层和金属层的光刻胶层；光刻光刻胶层中相应于金属层的位置，形成宽度大于金属层的宽度的开口 ；沿开口刻蚀介质层，以使第一介质区的上表面低于第二介质区的上表面；去除剩余的光刻胶层。进一步地，在刻蚀介质层的步骤中，刻蚀介质层以使第一介质区的高度为第二介质区的高度的1/3?2/3。进一步地,在去除剩余的光刻胶层的步骤之前,清洗金属层，以去除金属层表面上的氧化物。进一步地，介质层的材料选自Si02、Si0C或Si3N4的任一种；金属层的材料选自Cu、Sn。本申请还提供了一种层叠芯片的制作方法，该制作方法包括: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个为本申请上述的芯片；以及将第一芯片的金属层和第二芯片的金属层进行键合连接。进一步地，将第一芯片的金属层和第二芯片的金属层进行键合连接的步骤中，同时将第一芯片的介质层和第二芯片的介质层进行键合连接。进一步地，在将第一芯片的金属层和第二芯片的金属层进行键合连接的步骤之后，对第一芯片和第一芯片进行退火处理。应用本申请的技术方案，在该芯片中将介质层分为第一介质区和第二介质区，通过降低围绕在金属层外周的第一介质区相对于金属层和第二介质区的高度，使得暴露在第一介质层外面的金属层的体积增加(暴露在第一介质层外面的金属层的垂直于芯片基板表面的截面积S也增加)。因此，将该芯片与其它芯片进行键合形成层叠芯片的过程中，在键合压力(F)不变的情况下金属层内部的应力会减小(应力σ与F/S成正比)，使得金属层的延展程度得以减小，进而避免相邻金属层之间产生连接，提高层叠芯片的可靠性。同时，在键合的过程中向外延展的金属层会覆盖在第一介质区的表面上，并且受到第二介质区侧壁的阻挡作用力，进而阻止金属层的延展，避免相邻金属层之间产生连接，提高层叠芯片的可靠性。【附图说明】构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中:图1示出了现有芯片的剖面结构示意图；图2示出了现有层叠芯片的SEM照片；图3示出了根据本申请实施方式所提供的芯片的剖面结构示意图；图4示出了根据本申请实施方式所提供的芯片的制作方法的流程示意图；图5示出了在本申请提供的芯片的制作方法中，提供芯片基板，在芯片基板上形成介质层，介质层包括第一介质区和环绕在第一介质区外周的第二介质区后的基体的剖面结构示意图；图6示出了在图5所示的第一介质区中形成贯穿介质层并与芯片基板连接的金属层后的基体的剖面结构示意图；图7示出了刻蚀图6所示的刻蚀介质层使第一介质区的上表面低于第二介质区的上表面后的基体的剖面结构示意图；图7-1示出了形成连续覆盖图5所示的介质层和金属层的光刻胶层；图7-2示出了光刻图7-1所示的光刻胶层中相应于金属层的位置，形成宽度大于金属层的宽度的开口 ；以及图7-3示出了沿图7-2所示的开口刻蚀介质层，以使第一介质区的上表面低于第二介质区的上表面。【具体实施方式】需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述【具体实施方式】，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用属于“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。正如
技术介绍
中所介绍的，现有层叠芯片的制作过程中因金属延展所导致的相邻金属层之间易产生连接，并导致芯片发生短路的问题。本申请的申请人针对上述问题进行研究，提出了一种。如图3所示，当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种芯片，其特征在于，所述芯片包括：芯片基板；介质层，设置于所述芯片基板上，所述介质层包括第一介质区和环绕在所述第一介质区外周的第二介质区，且所述第一介质区的上表面低于所述第二介质区的上表面；金属层，设置于所述第一介质区并贯穿所述介质层，且所述金属层与所述芯片基板连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈福成，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31