用于混合接合的化学机械抛光制造技术

技术和方法的代表性具体实施包括用于混合接合的化学机械抛光。所公开的方法包括在基板上沉积和图案化电介质层以在电介质层中形成开口；在电介质层上方和开口的第一部分内沉积阻挡层；以及在阻挡层上方和开口的未被阻挡层占据的第二部分内沉积导电结构，导电结构的在开口的第二部分中的至少一部分耦接或接触基板内的电路。另外，对导电结构进行抛光以显露出阻挡层的沉积在电介质层上方而不是在开口的第二部分中的部分。此外，用选择性抛光对阻挡层进行抛光，以在电介质层上或电介质层处显露出接合表面。

Chemical mechanical polishing for hybrid joint

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于混合接合的化学机械抛光优先权要求和相关申请的交叉引用本专利申请根据35U.S.C.§119(e)(1)要求2018年9月17日提交的名称为“用于混合接合的化学机械抛光(CHEMICALMECHANICALPOLISHINGFORHYBRIDBONDING)”的美国临时申请号16/133,299和2018年9月13日提交的名称为“用于混合接合的化学机械抛光(CHEMICALMECHANICALPOLISHINGFORHYBRIDBONDING)”的美国临时申请号62/730,936以及2017年9月24日提交的名称为“用于混合接合的化学机械抛光(CHEMICALMECHANICALPOLISHINGFORHYBRIDBONDING)”的美国临时申请号62/562,449的权益，这些美国临时申请中的每一个均据此全文以引用方式并入。
以下描述涉及集成电路(“IC”)的抛光。更具体地，以下描述涉及用于IC的混合接合的机械抛光。
技术介绍
混合接合是用于接合微电子部件(诸如管芯和晶片)并形成电气连接的有用技术。一种混合接合技术是购自XperiCorp.的附属公司InvensasBondingTechnologies,Inc.(以前称为Ziptronix,Inc.)的接合技术的“DirectBondInterconnect”(参见例如美国专利号7,485,968，该美国专利全文以引用方式并入本文)。一般来讲，将两种电介质(各自定位在单独的基板上)放在一起，以在没有中介材料(诸如粘合剂)的情况下在低温或环境温度下形成接合部。作为该接合方法的一部分或在该接合方法之后，导电结构(诸如铜垫、柱形件、穿过基板的通孔，或凸块)可散布在IC的电介质层内。可以将每个基板上的导电特征对准，以在两个基板之间提供电接口。用于形成接合表面的常规技术可包括在基板(例如，有源半导体管芯等)上形成绝缘层(例如氧化物)，所述接合表面用于形成混合接合。绝缘层可被图案化以形成开口，并且可在绝缘层上方和图案化的开口内形成阻挡层。另外，也可在开口中并且通常在绝缘层上方形成导电结构(例如Cu等)。然后可通过化学-机械平面化(CMP)方法去除导电结构的一部分，并且可通过CMP方法进一步去除覆盖绝缘层的阻挡层。这样，剩余的导电结构和绝缘层的表面可被准备成使得导电结构可与另一基板的导电结构形成电连接，并且绝缘层可与另一基板的绝缘层形成混合(即机械)接合。然而，当使用此类常规技术时，可能发生氧化物圆化(rounding)和导电结构凹进(dishing)。氧化物圆化可导致每个基板的铜元件之间的氧化物接合中的间隙。另外，导电结构凹进可导致失败的铜接合。此类缺陷的原因可能是由于此类材料在CMP方法期间被不均匀地磨损，从而影响了接合表面的质量。因此，需要改善表面的平面化和导电结构凹进，这继而将改善混合接合技术的收率和可靠性。附图说明参考附图阐述了详细描述。在这些图中，参考标号的一个或多个最左边的数字标识首次出现参考标号的图。在不同图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项目。对于该讨论，图中所示的装置和系统被示出为具有多个部件。如本文所述，装置和/或系统的各种实施方式可以包括较少的部件并且仍然在本公开的范围内。另选地，装置和/或系统的其它实施方式可以包括附加部件或所描述部件的各种组合，并且仍然在本公开的范围内。图1示出了氧化物圆化和导电结构凹进的轮廓视图。图2示出了导致氧化物圆化和导电结构凹进的方法。图3示出了显示出氧化物圆化和导电结构凹进的堆叠晶片的轮廓视图。图4示出了根据一个实施方案的减少的氧化物圆化和减少的导电结构凹进的轮廓视图。图5示出了根据一个实施方案的堆叠晶片的轮廓视图。图6示出了根据一个实施方案的晶片的各层的轮廓视图。图7示出了根据一个实施方案的用于化学机械抛光的方法。图8A至图8D示出了根据示例性实施方案的基于金属密度的垫布局。图9示出了根据一个实施方案的基于图案的垫布局。图10A和图10B示出了根据一个实施方案的垫调节参数的结果。图11是示出根据一个实施方案的抛光用于混合接合的各层的示例性方法的流程图。
技术实现思路
公开了用于混合接合的化学机械抛光的各种实施方案和技术。这些实施方案包括防止或去除在管芯上发现的电介质侵蚀(或圆化)和导电结构凹进的存在，从而导致更均匀且一致的平面接合表面的技术。一种方法可包括在基板上沉积和图案化电介质层以在电介质层中形成开口；在电介质层上方和开口的一部分内沉积阻挡层；以及将导电结构沉积在阻挡层上方和开口的至少一部分内，该导电结构的至少一部分耦接或接触基板内的电路。另外，可对导电结构进行抛光以显露出阻挡层的沉积在电介质层上方而不是开口中的部分，使得导电结构在由阻挡层的沉积在电介质层上方而不是开口中的部分限定的平面下方不会凹陷超过第一预定量。此外，可利用选择性抛光对阻挡层进行抛光，以在电介质层上或电介质层处显露出接合表面，使得电介质层的邻近导电结构的表面不被圆化到超过第二预定量。另外，在制备导电结构的接合表面之后，可使导电结构凹陷不超过第三预定量。在提供多个导电结构的情况下，它们可具有相同或不同的尺寸并且可按一个或多个规则图案布置，每种布置可具有相同或相似尺寸的结构和/或相邻结构之间的相同或不同的节距。例如，导电结构可各自大于5微米，并且按某一图案以1.2或更大的节距布置。在第一实施方案中，在开口的第二部分中的导电结构的至少一部分耦接到或接触基板内的电路。另外，该方法可包括将基板的接合表面与另一基板的接合表面接合。例如，通过使接合的结构在低于400℃的温度下退火，可在接合之后在基板的导电部分与另一基板之间形成电连接。另外，可使用不利用粘合剂的直接接合技术来接合基板的接合表面和另一基板的接合表面。此外，接合表面和导电结构的表面粗糙度可小于2nm均方根(RMS)或在另一实施方案中小于1nmRMS。另外，在一个实施方案中，电介质层的表面粗糙度可小于1nmRMS。在第二实施方案中，对导电结构进行抛光可包括维持一致的导电结构去除率。另外，对导电结构进行抛光可通过反应性液体浆液来控制。在第三实施方案中，对阻挡层进行抛光可包括去除开口外的任何过量阻挡层。另外，对阻挡层进行抛光可包括同时去除导电材料的至少一部分、阻挡层的至少一部分和电介质层的至少一部分。与对阻挡层进行抛光相关联的去除速率可控制导电结构的深度和电介质层的与阻挡层和/或导电结构相邻的部分的倾斜度。在第四实施方案中，与对阻挡层进行抛光相关联的选择性可控制导电结构的深度和电介质层的倾斜度。例如，选择性可以是两种不同材料的去除速率的比率。导电结构对电介质层的选择性可为导电结构的去除速率除以电介质层的去除速率的比率。在第五实施方案中，选择性可包括修改金属层参数，金属层参数包括阻挡金属的类型、阻挡金属的厚度或阻挡金属的侵蚀速率中的至少一者。例如，阻挡金属的类型可包括与CabotEPOCHC8902铜浆液一起使本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：/n在基板的电介质层的表面上形成一个或多个预定开口，所述开口中的至少一者的宽度是至少5微米；/n在所述电介质层的所述表面和所述开口上方形成阻挡层；/n在所述阻挡层的上方和所述开口内形成导电结构；/n对所述导电结构的至少一部分进行抛光以显露出所述阻挡层的表面；以及/n对所述阻挡层进行抛光以显露出表面粗糙度小于1nm的平面电介质接合表面，并且使得所述导电结构从所述接合表面凹陷小于20nm。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170924 US 62/562,449;20180913 US 62/730,936;20181.一种方法，包括：
在基板的电介质层的表面上形成一个或多个预定开口，所述开口中的至少一者的宽度是至少5微米；
在所述电介质层的所述表面和所述开口上方形成阻挡层；
在所述阻挡层的上方和所述开口内形成导电结构；
对所述导电结构的至少一部分进行抛光以显露出所述阻挡层的表面；以及
对所述阻挡层进行抛光以显露出表面粗糙度小于1nm的平面电介质接合表面，并且使得所述导电结构从所述接合表面凹陷小于20nm。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述导电结构的在所述开口中的至少一部分耦接到或接触所述基板内的电路或导电结构。


3.一种方法，包括：
在基板的电介质层的表面中形成开口；
在所述电介质层的所述表面上方和所述开口内形成阻挡层；
在所述阻挡层的所述表面上方和所述开口内形成导电结构；
对所述导电结构的至少一部分进行抛光以显露出所述阻挡层的表面，使得所述导电结构的在所述开口内的至少一部分从所述阻挡层的在所述电介质层的所述表面上方的一部分凹陷第一预定量，所述导电结构中的至少一者的宽度为至少5微米并且所述导电结构的布置的节距是所述导电结构的所述宽度的至少1.2倍；以及
对所述阻挡层进行抛光以暴露出所述电介质层的接合表面，使得所述导电结构凹陷第二预定量，所述第二预定量在所述电介质层的所述接合表面下方小于20nm。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述导电结构的在所述开口中的至少一部分耦接到或接触所述基板内的电路或导电结构。


5.根据权利要求3所述的方法，还包括在所述导电层的沉积之前将晶种层涂覆在所述阻挡层上。


6.一种形成具有导电结构阵列的电介质接合表面的方法，包括：
在所述基板的电介质层中形成一个或多个预定的开口阵列；
在所述电介质层上方，包括在所述开口内形成阻挡层；
在所述阻挡层上方形成导电材料；
对所述导电材料的一部分进行抛光以显露出所述阻挡层的表面并形成具有在所述阻挡层的所述表面下方的第一预定凹陷处的表面的导电结构，所述导电结构的宽度为5-50微米，并且所述导电结构的阵列的图案密度小于30％；以及
对所述阻挡层进行抛光以显露出平面电介质接合表面并在所述平面电介质接合表面下方的所述导电结构中形成第二预定凹陷。


7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一预定凹陷等于或大于所述第二预定凹陷，并且所述第二预定凹陷小于20nm。


8.根据权利要求6所述的方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·G·小方丹，C·曼达拉普，C·E·尤佐，J·A·泰尔，
申请(专利权)人：伊文萨思粘合技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US