晶圓堆疊結(jié)構(gòu)及其制作方法與晶圓的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供一種晶圓堆疊結(jié)構(gòu)及其制作方法與晶圓的制作方法。晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法包括：于一第一晶圓中形成一第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口；于第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中填入一第一導(dǎo)電材料以形成一第一穿硅導(dǎo)孔填充部，其中第一穿硅導(dǎo)孔填充部具有一凹槽；于一第二晶圓中形成一第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口；于第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中填入一第二導(dǎo)電材料，以形成一第二穿硅導(dǎo)孔填充部，其中第二穿硅導(dǎo)孔填充部具有一凸起結(jié)構(gòu)；以及堆疊第一晶圓與第二晶圓，其中凸起結(jié)構(gòu)插入凹槽中，且第一穿硅導(dǎo)孔填充部電性連接第二穿硅導(dǎo)孔填充部。
【專(zhuān)利說(shuō)明】晶圓堆疊結(jié)構(gòu)及其制作方法與晶圓的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明有關(guān)于晶圓堆疊結(jié)構(gòu)及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著半導(dǎo)體元件朝向微型化的方向進(jìn)展，開(kāi)始廣泛地研究三維晶圓堆疊技術(shù)(three-dimensional wafer stacking technology)。穿娃導(dǎo)孔(Through Silicon Via,TSV)為一種有助于三維晶圓堆疊結(jié)構(gòu)運(yùn)作的結(jié)構(gòu)。穿硅導(dǎo)孔為一種貫穿硅晶圓或晶片的電性連接結(jié)構(gòu)。當(dāng)穿硅導(dǎo)孔結(jié)合焊料凸塊，可堆疊晶圓或是晶片，達(dá)成高密度的內(nèi)連接(high-density interconnections)。
[0003]然而，會(huì)需要額外的制程來(lái)形成焊料凸塊，以及對(duì)準(zhǔn)焊料凸塊與穿硅導(dǎo)孔。這些額外的制程會(huì)增加半導(dǎo)體元件的制程復(fù)雜度以及制作成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種晶圓堆疊結(jié)構(gòu)及其制作方法與晶圓的制作方法。
[0005]本發(fā)明一實(shí)施例提供一種晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，包括:于一第一晶圓中形成一第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口 ；于第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口中填入一第一導(dǎo)電材料以形成一第一穿娃導(dǎo)孔填充部，其中第一穿硅導(dǎo)孔填充部具有一凹槽；于一第二晶圓中形成一第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 ；于第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中填入一第二導(dǎo)電材料，以形成一第二穿硅導(dǎo)孔填充部，其中第二穿硅導(dǎo)孔填充部具有一凸起結(jié)構(gòu)；以及堆疊第一晶圓與第二晶圓，其中凸起結(jié)構(gòu)插入凹槽中，且第一穿硅導(dǎo)孔填充部電性連接第二穿硅導(dǎo)孔填充部。
[0006]本發(fā)明一實(shí)施例提供一種晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，包括:一第一晶圓，包括:一第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口，由第一晶圓的一正面貫穿至第一晶圓的一背面；以及一第一穿硅導(dǎo)孔填充部，形成于第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中，且具有一凹槽位于第一穿硅導(dǎo)孔填充部的一正面上；以及一第二晶圓，包括:一第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口，由第二晶圓的一正面貫穿至第二晶圓的一背面；以及一第二穿硅導(dǎo)孔填充部，形成于第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中，且具有一凸起結(jié)構(gòu)位于第二穿硅導(dǎo)孔填充部的一正面上，第一晶圓的正面是朝向第二晶圓的正面，且第二穿硅導(dǎo)孔填充部的凸起結(jié)構(gòu)是插入第一穿硅導(dǎo)孔填充部的凹槽中。
[0007]本發(fā)明一實(shí)施例提供一種晶圓的制作方法，包括:于晶圓上形成一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 ；以及以電鍍的方式于穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中填入一導(dǎo)電材料，以形成一穿硅導(dǎo)孔填充部，穿硅導(dǎo)孔填充部具有一凹槽或是一凸起結(jié)構(gòu)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0008]圖1A-1C繪示本發(fā)明一實(shí)施例的在一半導(dǎo)體元件的制程中的一第一晶圓的剖面圖；
[0009]圖2A至圖2C繪示本發(fā)明一實(shí)施例的在一半導(dǎo)體元件的制程中一第二晶圓的剖面圖；[0010]圖3繪示本發(fā)明一實(shí)施例的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0011]圖4繪示本發(fā)明另一實(shí)施例的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0012]圖5A與圖5B分別為本發(fā)明一實(shí)施例的一第一晶圓與一第二晶圓于一半導(dǎo)體元件的制程中的剖面圖；
[0013]圖6繪示本發(fā)明一實(shí)施例的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0014]圖7A至圖7C繪示本發(fā)明另一實(shí)施例的一第一晶圓于一半導(dǎo)體元件的制程中的剖面圖；
[0015]圖8A至圖SC繪示本發(fā)明一實(shí)施例的一第二晶圓于一半導(dǎo)體元件的制程中的剖面圖；
[0016]圖9繪示本發(fā)明一實(shí)施例的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的剖面圖；
[0017]圖1OA與圖1OB分別為本發(fā)明一實(shí)施例的一第一晶圓與一第二晶圓于一半導(dǎo)體兀件的制程中的剖面圖；
[0018]圖11繪示本發(fā)明一實(shí)施例的第一晶圓與第二晶圓的剖面圖。
[0019]【符號(hào)說(shuō)明】
[0020]10、30、50、70 第一晶圓；
[0021]20、40、60、80 第二晶圓；
[0022]100、500 第一 基板；
[0023]100a、130a、200a、230a、500a、540a、600a、640a 正面；
[0024]100b、200b、500b 背面；
[0025]110、510第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口；
[0026]120、530 第一阻障層；
[0027]130、540第一穿硅導(dǎo)孔填充部；
[0028]140、560、600b 凹槽；
[0029]150、570 第一焊料層；
[0030]200、600 第二基板；
[0031]210、610第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口；
[0032]220、630 第二阻障層；
[0033]230、640第二穿硅導(dǎo)孔填充部；
[0034]240,660 凸起結(jié)構(gòu)；
[0035]250、670 第二焊料層；
[0036]520第一接墊開(kāi)口；
[0037]550 第一接墊；
[0038]620第二接墊開(kāi)口；
[0039]650 第二接墊。
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下將詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的制作與使用方式。然應(yīng)注意的是，本發(fā)明提供許多可供應(yīng)用的發(fā)明概念，其可以多種特定型式實(shí)施。文中所舉例討論的特定實(shí)施例僅為制造與使用本發(fā)明的特定方式，非用以限制本發(fā)明的范圍。此外，在不同實(shí)施例中可能使用重復(fù)的標(biāo)號(hào)或標(biāo)示。這些重復(fù)僅為了簡(jiǎn)單清楚地?cái)⑹霰景l(fā)明，不代表所討論的不同實(shí)施例及/或結(jié)構(gòu)之間具有任何關(guān)聯(lián)性。再者，當(dāng)述及一第一材料層位于一第二材料層上或之上時(shí)，包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層的情形。在附圖中，實(shí)施例的形狀或是厚度可能擴(kuò)大，以簡(jiǎn)化或是突顯其特征。再者，圖中未繪示或描述的元件，可為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者所知的任意形式。
[0041]圖1A-1C繪示本發(fā)明一實(shí)施例的在一半導(dǎo)體元件的制程中的一第一晶圓10的剖面圖。
[0042]請(qǐng)參照?qǐng)D1A,第一晶圓10包括一第一基板100、一第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口 110、以及一第一阻障層120，其中第一基板100具有一正面IOOa以及一背面100b，第一阻障層120是形成在第一基板100的正面IOOa上。第一基板100可為一半導(dǎo)體基板,其材質(zhì)例如為娃、砷化嫁、憐砷化嫁(gallium arsenide-phosphide,GaAsP)、憐化銦(indium phosphide, InP)、石申招化嫁(gallium aluminum arsenic, GaAlAs)、憐化嫁銦(indium gallium phosphide,InGaP)、或其相似物等。雖然圖1A未繪示，第一晶圓10可包括至少一集成電路元件，集成電路元件是位于第一基板100的正面IOOa與背面IOOb的至少其中之一上。雖然在圖1A中，第一基板100是由單一且同質(zhì)的材料(single, homogeneous material)所組成,但本發(fā)明不限于此，第一基板100可包括至少一額外的膜層，例如一低介電常數(shù)膜，低介電常數(shù)膜是形成在第一基板100的正面IOOa與背面IOOb的至少其中之一上。
[0043]第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110是形成在第一基板100的正面IOOa上，并位于一區(qū)域中，一穿硅導(dǎo)孔填充部即將形成于此區(qū)域中。第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110的形成方法例如為濕式蝕刻或反應(yīng)式離子蝕刻(reactive ion etching, RIE)等。第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口 110可具有一預(yù)定深度以使第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110不貫穿第一晶圓10。雖然圖1A的實(shí)施例僅繪示形成一個(gè)第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110，但亦可形成多個(gè)穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口于第一基板100中，其中在第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110上形成至少一介電層(未繪出)。
[0044]第一阻障層120是配置在第一基板100上。因此，第一阻障層120可配置在介電層上，亦即，介電層是位于第一阻障層120與第一基板100 (或第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110的一內(nèi)壁)之間。第一阻障層120包括一第一部分與一第二部分,第一部分覆蓋第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口 110的底部與側(cè)壁，第二部分延伸過(guò)并覆蓋第一基板100的正面100a。第一阻障層120可避免后續(xù)形成的導(dǎo)電材料擴(kuò)散進(jìn)入第一基板100中。第一阻障層120的材質(zhì)包括鈦、鉭、氮化鈦、鈷鎢磷合金、或前述的組合等。第一阻障層120的形成方法例如為化學(xué)氣相沉積或物理氣相沉積。在本實(shí)施例中，為了有助于后續(xù)進(jìn)行的化學(xué)機(jī)械研磨制程，第一阻障層120的材質(zhì)為鉭。雖然圖1A未繪示，但亦可在第一阻障層120上更形成一種子層，以有助于進(jìn)行后續(xù)的電鍍制程，進(jìn)而沉積導(dǎo)電材料。種子層的材質(zhì)例如為銅或鎢等。
[0045]請(qǐng)參照?qǐng)D1B，將一導(dǎo)電材料填入第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110中以形成一第一穿硅導(dǎo)孔填充部130。導(dǎo)電材料例如為銅、銀、金、鎢、摻雜的半導(dǎo)體(例如多晶硅)、或前述的組合。第一穿硅導(dǎo)孔填充部130的形成方法包括電鍍制程。在一實(shí)施例中，在第一穿硅導(dǎo)孔填充部130的一正面130a上形成一凹槽140。凹槽140的形成方法包括控制電鍍制程的至少一制程參數(shù)，例如電鍍時(shí)間、電鍍電流、以及電鍍?nèi)芤旱?。在一?shí)施例中，可進(jìn)行少于90分鐘的電鍍制程以形成由銅所構(gòu)成的第一穿硅導(dǎo)孔填充部130，且第一穿硅導(dǎo)孔填充部130具有一凹槽位于第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110中，第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110的直徑為10微米以及深度為100微米。在電鍍制程中，第一穿硅導(dǎo)孔填充部130的導(dǎo)電材料可延伸以覆蓋第一阻障層120的第二部分，第二部分是覆蓋第一基板100的正面100a。雖然圖1B未繪示，但可在第一基板100的正面IOOa上形成一重布線(xiàn)層，以電性連接第一穿硅導(dǎo)孔填充部130以及形成于第一晶圓10上的一集成電路元件。重布線(xiàn)層的材料可相同于第一穿硅導(dǎo)孔填充部130的材料。在一些實(shí)施例中，形成于第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110上的介電層是位于第一穿硅導(dǎo)孔填充部130與第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110的內(nèi)壁之間。
[0046]請(qǐng)參照?qǐng)D1C，可進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨制程以研磨第一基板100的正面100a。在此步驟中所進(jìn)行的化學(xué)機(jī)械研磨制程即為前述因第一阻障層120的材質(zhì)為鉭而利于進(jìn)行的化學(xué)機(jī)械研磨制程。化學(xué)機(jī)械研磨制程移除第一阻障層120以及導(dǎo)電材料的覆蓋第一基板100的正面IOOa的部分，以暴露出第一基板100的正面100a。如圖1C所示，凹槽140被保留下來(lái)，雖然其深度減少。
[0047]圖2A至圖2C繪示本發(fā)明一實(shí)施例的在一半導(dǎo)體元件的制程中一第二晶圓20的剖面圖。
[0048]請(qǐng)參照?qǐng)D2A，第二晶圓20可包括一第二基板200、一第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 210、以及一第二阻障層220，其中第二基板200具有一正面200a以及一背面200b，第二阻障層220是形成在第二基板200的正面200a上。在一些實(shí)施例中，可在形成第二阻障層220之前，在第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 210上形成至少一介電層(未繪出)，因此，第二阻障層220可配置在第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 210上的介電層上。圖2A所示的第二晶圓20的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制作方法相同于圖1A所示的第一晶圓10的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制作方法，兩者的差異之處在于第二晶圓20的第二阻障層220的材質(zhì)為鈷鎢磷，這可有助于后續(xù)進(jìn)行的濕式蝕刻制程。第二晶圓20的第二穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口 210是位于一適于對(duì)齊第一晶圓10的第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口 110的位置，以利于堆疊第一晶圓10與第二晶圓20。
[0049]請(qǐng)參照?qǐng)D2B，在第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 210中填入一導(dǎo)電材料，以形成一第二穿硅導(dǎo)孔填充部230。第二穿硅導(dǎo)孔填充部230的材質(zhì)與制造方法可相同于第一穿硅導(dǎo)孔填充部130的材質(zhì)與制造方法，兩者的差異之處在于一凸起結(jié)構(gòu)240是形成于第二穿硅導(dǎo)孔填充部230的一正面230a上。凸起結(jié)構(gòu)240的形成方法包括控制電鍍制程的至少一制程參數(shù)，例如電鍍時(shí)間、電鍍電流、以及電鍍?nèi)芤?。在一?shí)施例中，填滿(mǎn)第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110以形成具有凹槽140的第一穿硅導(dǎo)孔填充部130的鍍膜時(shí)間短于填滿(mǎn)第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 210以形成具有凸起結(jié)構(gòu)240的第二穿硅導(dǎo)孔填充部230的鍍膜時(shí)間。在電鍍制程中，第二穿硅導(dǎo)孔填充部230的導(dǎo)電材料可延伸以覆蓋第二基板200的正面200a。
[0050]請(qǐng)參照?qǐng)D2C，以一濕式蝕刻制程蝕刻第二晶圓20，其是將第二晶圓20浸泡于一例如包括硫酸銅(copper sulphate monohydrate,CuSO4)以及過(guò)氧化氫(hydrogen peroxide,H2O2)的浸泡液中。在此步驟中的的濕式蝕刻制程為前述因第二阻障層220的材質(zhì)為鈷鎢磷而受益的濕式蝕刻制程。移除第二阻障層220以及第二穿硅導(dǎo)孔填充部230的覆蓋基板200的頂面的部分，以暴露出第二基板200的一頂面200a。如圖2C所示，凸起結(jié)構(gòu)240被保留下來(lái)。在濕式蝕刻制程之后，凸起結(jié)構(gòu)240相對(duì)于圍繞凸起結(jié)構(gòu)240的周邊區(qū)的高度并未減少，因?yàn)闈袷轿g刻制程同時(shí)蝕刻周邊區(qū)與凸起結(jié)構(gòu)240。
[0051]圖3繪示在進(jìn)一步的制程步驟之后，一包含第一晶圓10與第二晶圓20的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的剖面圖。[0052]請(qǐng)參照?qǐng)D3，晶圓堆疊結(jié)構(gòu)包括彼此垂直堆疊的第一晶圓10與第二晶圓20，其中第一晶圓10的正面IOOa是朝向第二晶圓20的正面200a，且第一穿硅導(dǎo)孔填充部130與第二穿硅導(dǎo)孔填充部230彼此對(duì)齊并接觸，且第二晶圓20的凸起結(jié)構(gòu)240是插入第一晶圓10的凹槽140。在一實(shí)施例中，第一基板100的頂面IOOa接觸第二基板200的頂面200a。以一晶圓接合制程(例如熱壓合，thermal compression)接合第一晶圓10與第二晶圓20。因此，第一晶圓10的第一穿硅導(dǎo)孔填充部130是電性與結(jié)構(gòu)性連接第二晶圓20的第二穿硅導(dǎo)孔填充部230。
[0053]在一實(shí)施例中，第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 110的截面積可大于第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 210的截面積。在另一實(shí)施例中，第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口 Iio的截面積可相同于第二穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口 210的截面積。
[0054]在一實(shí)施例中，凹槽140的最小截面積可大于凸起結(jié)構(gòu)240的最大截面積。以此方式，當(dāng)堆疊第一晶圓10以及第二晶圓20時(shí)，第二穿硅導(dǎo)孔填充部230的凸起結(jié)構(gòu)240可輕易地插入第一穿硅導(dǎo)孔填充部130的凹槽140中。
[0055]在另一實(shí)施例中，凹槽140的最小截面積可相同于凸起結(jié)構(gòu)240的最大截面積。
[0056]圖4繪示在多個(gè)制程步驟之后一晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0057]請(qǐng)參照?qǐng)D4，在堆疊第一晶圓10與第二晶圓20 (如圖3所示)之后，分別對(duì)第一晶圓10的背面IOOb以及第二晶圓20的背面200b進(jìn)行一研磨制程(grinding process)以及一蝕刻制程的至少其中之一。因此，穿硅導(dǎo)孔填充部130、230分別暴露于第一晶圓10的背面IOOb以及第二晶圓20的背面200b，進(jìn)而分別貫穿第一晶圓10與第二晶圓20。
[0058]雖然在本實(shí)施例中，研磨制程以及蝕刻制程的至少其中之一是在晶圓堆疊結(jié)構(gòu)形成之后進(jìn)行，但在其他實(shí)施例中，研磨制程及/或蝕刻制程可以是在晶圓堆疊結(jié)構(gòu)形成之前且在穿硅導(dǎo)孔填充部形成之后進(jìn)行。
[0059]圖5A與圖5B分別為本發(fā)明一實(shí)施例的一第一晶圓30與一第二晶圓40于一半導(dǎo)體元件的制程中的剖面圖。
[0060]請(qǐng)參照?qǐng)D5A，第一晶圓30包括第一基板100、第一阻障層120、以及具有凹槽140的第一穿硅導(dǎo)孔填充部130。第一晶圓30還包括一第一焊料層150覆蓋第一穿硅導(dǎo)孔填充部130的一正面以及第一穿硅導(dǎo)孔填充部130的凹槽140的底部與側(cè)壁。第一焊料層150可例如為錫、鎳金合金、鎳鈀金合金、錫銀合金、或其相似物。第一焊料層150的形成方法例如為無(wú)電電鍍(electroless plating)。
[0061]請(qǐng)參照?qǐng)D5B，第二晶圓40包括第二基板200、第二阻障層220、以及具有凸起結(jié)構(gòu)240的第二穿硅導(dǎo)孔填充部230。第二晶圓40還包括一第二焊料層250覆蓋第二穿硅導(dǎo)孔填充部230的一正面、以及凸起結(jié)構(gòu)240的一正面。第二焊料層250的材質(zhì)與制作方法可相同于第一焊料層150的材質(zhì)與制作方法。
[0062]圖6繪示本發(fā)明一實(shí)施例的在多個(gè)制程步驟之后，一包括第一晶圓30與第二晶圓40的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0063]請(qǐng)參照?qǐng)D6，晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的第一晶圓30以及第二晶圓40彼此例如通過(guò)焊料而相互堆疊與接合。第一晶圓30的第一穿硅導(dǎo)孔填充部130以及第二晶圓40的第二穿硅導(dǎo)孔填充部230是通過(guò)第一焊料層150以及第二焊料層250而彼此對(duì)齊與電性連接。相對(duì)于圖3所示的不具有焊料層的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，第一焊料層150以及第二焊料層250可增加穿娃導(dǎo)孔填充部130、230之間的接觸面積以及連接強(qiáng)度(contact strength)。此外，當(dāng)?shù)谝痪A30以及第二晶圓40彼此以焊料接合，額外的焊料可填入第一穿硅導(dǎo)孔填充部130的凹槽140內(nèi)，以避免焊料溢出穿硅導(dǎo)孔填充部130、230。
[0064]圖7A至圖7C繪示本發(fā)明另一實(shí)施例的一第一晶圓50于一半導(dǎo)體元件的制程中的剖面圖。
[0065]請(qǐng)參照?qǐng)D7A,第一晶圓50包括一第一基板500、一第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口 510、以及一第一接墊開(kāi)口 520，其中第一基板500具有一正面500a以及一背面500b，第一接墊開(kāi)口 520形成在第一基板500的正面500a上。在一些實(shí)施例中，在第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 510上可形成至少一介電層(未繪出)。第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 510以及第一接墊開(kāi)口 520可選擇性地大體上呈同心排列(concentric)。第一接墊開(kāi)口 520是圍繞第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口 510。由于第一接墊開(kāi)口 520圍繞第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 510，因此，第一接墊開(kāi)口 520的截面積是大于第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 510的截面積。第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 510的深度大于第一接墊開(kāi)口 520的深度。第一基板500可包括一第一阻障層530，第一阻障層530是配置于基板500的正面500a上，且覆蓋基板500的正面500a、第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 510以及第一接墊開(kāi)口 520的底部與側(cè)壁。在一些實(shí)施例中，第一阻障層530可位于第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 510上的介電層上。為了有助于后續(xù)即將進(jìn)行的化學(xué)機(jī)械研磨，第一阻障層530的材質(zhì)可為鉭。可在第一阻障層530上更形成一種子層(未繪示)。
[0066]請(qǐng)參照?qǐng)D7B，于第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 510以及第一接墊開(kāi)口 520中填入一導(dǎo)電材料，以形成一第一穿硅導(dǎo)孔填充部540以及一第一接墊550。導(dǎo)電材料例如為銅、銀、金、鎢、摻雜的半導(dǎo)體(例如多晶硅)、或前述的組合。第一穿硅導(dǎo)孔填充部540以及第一接墊550的形成方法例如為電鍍制程。導(dǎo)電材料可延伸以覆蓋第一阻障層530的覆蓋第一基板500的正面500a的部分。以相似于圖1B的凹槽140的形成方法形成一凹槽560于第一穿硅導(dǎo)孔填充部540的一正面540a上，凹槽560的形成方法包括通過(guò)控制電鍍制程的至少一制程參數(shù)，例如電鍍時(shí)間、電鍍電流、以及電鍍?nèi)芤憾纬伞?br> [0067]請(qǐng)參照?qǐng)D7C,進(jìn)行一化學(xué)機(jī)械研磨制程以研磨第一晶圓50的正面500a。在此步驟中所進(jìn)行的化學(xué)機(jī)械研磨制程即為前述因第一阻障層530的材質(zhì)為鉭而利于進(jìn)行的化學(xué)機(jī)械研磨制程。因此，可移除第一阻障層530以及導(dǎo)電材料的覆蓋第一基板500的正面500a的部分以暴露出第一基板500的正面500a。此時(shí)，可保留凹槽560，雖然，凹槽560的深度減少了。
[0068]圖8A至圖8C繪示本發(fā)明一實(shí)施例的一第二晶圓60于一半導(dǎo)體元件的制程中的剖面圖。
[0069]請(qǐng)參照?qǐng)D8A，第二晶圓60包括一第二基板600、一第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 610、一第二接墊開(kāi)口 620、以及一第二阻障層630，其中第二基板600具有一正面600a以及一背面600b，第二阻障層630形成在第二基板600的正面600a上，其中在第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 610上形成至少一介電層(未繪出)。圖8A所示的第二晶圓60的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制作方法相同于圖7A所示的第一晶圓50的材質(zhì)、結(jié)構(gòu)、制作方法，兩者的差異之處在于第二晶圓60的阻障層630的材質(zhì)為鈷鎢磷，這可有助于后續(xù)進(jìn)行的濕式蝕刻制程。
[0070]請(qǐng)參照?qǐng)D8B，在第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 610以及第二接墊開(kāi)口 620中填入一導(dǎo)電材料以形成一第二穿硅導(dǎo)孔填充部640以及一第二接墊650。第二穿硅導(dǎo)孔填充部640以及第二接墊650的材質(zhì)與制造方法可相同于第一穿娃導(dǎo)孔填充部540以及第一接墊550的材質(zhì)與制造方法，兩者的差異之處在可通過(guò)控制形成第二穿硅導(dǎo)孔填充部640的至少一制程參數(shù)(例如電鍍制程的時(shí)間、電鍍電流、以及電鍍?nèi)芤?而于第二穿硅導(dǎo)孔填充部640的一正面640a上形成一凸起結(jié)構(gòu)660。用以形成凸起結(jié)構(gòu)660的制程參數(shù)(exemplary parameter)大抵上相同于圖2B所示的凸起結(jié)構(gòu)240的制程參數(shù)。第二穿硅導(dǎo)孔填充部640的導(dǎo)電材料可延伸以覆蓋第二阻障層630的覆蓋第二基板600的正面600a的部分。
[0071]請(qǐng)參照?qǐng)DSC，可進(jìn)行一濕式蝕刻制程以蝕刻第二晶圓60，舉例來(lái)說(shuō)，可將第二晶圓60置于一包含硫酸銅與過(guò)氧化氫的溶液中。在此步驟中的的濕式蝕刻制程為前述因第二阻障層630的材質(zhì)為鈷鎢磷而受益的濕式蝕刻制程。因此，可移除阻障層630以及導(dǎo)電材料的覆蓋基板600的正面600a的部分，以暴露出基板600的正面600a。如圖8C所示，凸起結(jié)構(gòu)660被保留下來(lái)。在濕式蝕刻制程之后，凸起結(jié)構(gòu)660的相對(duì)于圍繞凸起結(jié)構(gòu)660的周邊區(qū)的高度并未減少，因?yàn)闈袷轿g刻制程同時(shí)蝕刻周邊區(qū)與凸起結(jié)構(gòu)660。
[0072]圖9繪示在進(jìn)一步的制程步驟之后，一包含第一晶圓50與第二晶圓60的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0073]請(qǐng)參照?qǐng)D9，晶圓堆疊結(jié)構(gòu)包括彼此垂直堆疊的第一晶圓50與第二晶圓60，其中第一晶圓50的正面500a是朝向第二晶圓60的正面600a，且第一晶圓50的第一穿硅導(dǎo)孔填充部540以及第一接墊550分別對(duì)齊第二晶圓60的第二穿硅導(dǎo)孔填充部640以及第二接墊650，且第二晶圓60的凸起結(jié)構(gòu)660是插入第一晶圓50的凹槽560中。此外，第一晶圓50的正面500a接觸第二晶圓60的正面600a。例如以熱壓合的方式接合第一晶圓50與第二晶圓60，以使第一晶圓50的第一填充部540以及第一接墊550電性連接與結(jié)構(gòu)性接觸第二晶圓60的第二填充部640以及第二接墊650。
[0074]圖1OA與圖1OB分別為本發(fā)明一實(shí)施例的一第一晶圓70與一第二晶圓80于一半導(dǎo)體元件的制程中的剖面圖。
[0075]請(qǐng)參照?qǐng)D10A，第一晶圓70包括第一基板500、第一阻障層530、具有凹槽560的第一穿硅導(dǎo)孔填充部540、以及第一接墊550。第一晶圓70還包括一第一焊料層570覆蓋第一穿硅導(dǎo)孔填充部540以及接墊550的正面、以及凹槽560的底部與內(nèi)壁。第一焊料層570的形成方法例如為無(wú)電電鍍。
[0076]請(qǐng)參照?qǐng)D10B，第二晶圓80包括第二基板600、第二阻障層630、以及具有凸起結(jié)構(gòu)660的第二穿硅導(dǎo)孔填充部640、以及第二接墊650。第二晶圓80還包括一第二焊料層670，第二焊料層670覆蓋第二穿硅導(dǎo)孔填充部640以及第二接墊650的正面、以及凸起結(jié)構(gòu)660的一正面。
[0077]圖11繪示本發(fā)明一實(shí)施例的在多個(gè)制程步驟之后，一包括第一晶圓70與第二晶圓80的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0078]請(qǐng)參照?qǐng)D11，晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的第一晶圓70以及第二晶圓80彼此例如通過(guò)焊料而相互垂直堆疊與接合。通過(guò)第一焊料層570以及第二焊料層670，第一晶圓70的第一穿硅導(dǎo)孔填充部540與第一接墊550分別對(duì)齊與電性連接第二晶圓80的第二穿硅導(dǎo)孔填充部640以及第二接墊650。第一焊料層570以及第二焊料層670可增加第一晶圓70的第一穿硅導(dǎo)孔填充部540以及第一接墊550以及第二晶圓80的第二穿硅導(dǎo)孔填充部640以及第二接墊650之間的接觸面積以及連接強(qiáng)度。[0079]雖然在前述多個(gè)實(shí)施例中，晶圓堆疊制程是堆疊第一晶圓與第二晶圓，但是實(shí)際上也可以采用集成電路晶片來(lái)進(jìn)行堆疊接合。
[0080]雖然在前述實(shí)施例中，圖1C的第一晶圓10是堆疊圖2C的第二晶圓20，圖5A的第一晶圓30是堆疊圖5B的第二晶圓40，圖7C的第一晶圓50是堆疊圖8C的第二晶圓60，圖1OA的第一晶圓70是堆疊圖1OB的第二晶圓80，但本發(fā)明不限于此。也就是說(shuō)，第一晶圓10、30、50、70的任一可堆疊第二晶圓20、40、60、80的任一。
[0081]雖然在本實(shí)施例的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)中，具有凹槽的第一晶圓是配置于具有凸起結(jié)構(gòu)的第二晶圓上，但本發(fā)明不限于此。也就是說(shuō)，具有凹槽的第一晶圓可配置于具有凸起結(jié)構(gòu)的第二晶圓之下。
[0082]本發(fā)明雖以較佳實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明的范圍，任何所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可做些許的更動(dòng)與潤(rùn)飾，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求書(shū)所界定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，包括: 于一第一晶圓中形成一第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口； 于該第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口中填入一第一導(dǎo)電材料以形成一第一穿娃導(dǎo)孔填充部，其中該第一穿硅導(dǎo)孔填充部具有一凹槽； 于一第二晶圓中形成一第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口； 于該第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中填入一第二導(dǎo)電材料，以形成一第二穿硅導(dǎo)孔填充部，其中該第二穿硅導(dǎo)孔填充部具有一凸起結(jié)構(gòu)；以及 堆疊該第一晶圓與該第二晶圓，其中該凸起結(jié)構(gòu)插入該凹槽中，且該第一穿硅導(dǎo)孔填充部電性連接該第二穿硅導(dǎo)孔填充部。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，還包括: 形成一焊料層于該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的至少其中之一上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，還包括: 形成一接墊，該接墊圍繞該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的至少其中之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，形成該接墊圍繞該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的至少其中之一的步驟包括: 在形成該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的至少其中之一之前，形成一接墊開(kāi)口圍繞一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口，該穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口對(duì)應(yīng)該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的至少其中之一；以及 于該接墊開(kāi)口中填入該第一導(dǎo)電材料與該第二導(dǎo)電材料，以形成該接墊，同時(shí)形成該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的至少其中之一。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，還包括: 于該接墊上形成一焊料層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于: 以電鍍的方式將該第一導(dǎo)電材料填入該第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中并將該第二導(dǎo)電材料填入該第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中；以及 填入該第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中的時(shí)間短于填入該第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中的時(shí)間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，還包括: 在形成該第一穿硅導(dǎo)孔填充部之前，在該第一晶圓的一正面上形成一阻障層，該阻障層包括一第一部分與一第二部分，該第一部分覆蓋該第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口的底部與側(cè)壁，該第二部分延伸至該第一晶圓的該正面上；以及 在形成該第一穿硅導(dǎo)孔填充部之后，并在堆疊該第一晶圓與該第二晶圓之前，通過(guò)研磨該第一晶圓的該正面的方式移除該阻障層的該第二部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，還包括: 在形成該第二穿硅導(dǎo)孔填充部之前，在該第二晶圓的一正面上形成一阻障層，該阻障層包括一第一部分與一第二部分，該第一部分覆蓋該第二穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口的底部與側(cè)壁，該第二部分延伸至該第二晶圓的該正面上；以及 在形成該第二穿硅導(dǎo)孔填充部之后，并在堆疊該第一晶圓與該第二晶圓之前，通過(guò)蝕刻該第二晶圓的方式移除該阻障層的該第二部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，還包括: 使該第一穿硅導(dǎo)孔填充部或該第二穿硅導(dǎo)孔填充部分別暴露于該第一晶圓或該第二晶圓的背面。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于: 該凹槽的一最小截面積大于或等于該凸起結(jié)構(gòu)的一最大截面積。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，堆疊該第一晶圓與該第二晶圓的步驟包括: 將具有該凹槽的該第一晶圓堆疊于具有該凸起結(jié)構(gòu)的該第二晶圓上。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，堆疊該第一晶圓與該第二晶圓的步驟包括: 將具有該凸起結(jié)構(gòu)的該第二晶圓堆疊于具有該凹槽的該第一晶圓上。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征在于，還包括: 在于該第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口中填入該第一導(dǎo)電材料之前，在該第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口上形成至少一介電層。
14.一種晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 一第一晶圓，該第一晶圓包括:一第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口，由該第一晶圓的一正面貫穿至該第一晶圓的一背面；以及一第一穿娃導(dǎo)孔填充部，形成于該第一穿娃導(dǎo)孔開(kāi)口中，且具有一凹槽位于該第一穿硅導(dǎo)孔填充部的一正面上；以及` 一第二晶圓，該第二晶圓包括:一第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口，由該第二晶圓的一正面貫穿至該第二晶圓的一背面；以及一第二穿硅導(dǎo)孔填充部，形成于該第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中，且具有一凸起結(jié)構(gòu)位于該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的一正面上，該第一晶圓的該正面是朝向該第二晶圓的該正面，且該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的該凸起結(jié)構(gòu)是插入該第一穿硅導(dǎo)孔填充部的該凹槽中。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 至少一焊料層，形成于該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第二穿硅導(dǎo)孔填充部之間。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該焊料層的材料是選自于一由錫、鎳金合金、鎳鈀金合金、錫銀合金、以及前述的組合所構(gòu)成的群組。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一接墊，圍繞該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的至少其中之一。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該接墊的材質(zhì)是相同于該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的至少其中之一的材質(zhì)。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一材質(zhì)包括鉭的第一阻障層，形成于該第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口的側(cè)壁上；以及 一材質(zhì)包括鈷鎢磷的第二阻障層，形成于該第二穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口的側(cè)壁上。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該凹槽的一最小截面積大于或等于該凸起結(jié)構(gòu)的一最大截面積。
21.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有該凹槽的該第一晶圓是堆疊于具有該凸起結(jié)構(gòu)的該第二晶圓上。
22.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，具有該凸起結(jié)構(gòu)的該第二晶圓是堆疊于具有該凹槽的該第一晶圓上。
23.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第二穿硅導(dǎo)孔填充部的材質(zhì)包括至少一導(dǎo)電材料，該導(dǎo)電材料是選自于一由銅、銀、金、鎢、多晶硅、以及前述的組合所構(gòu)成的群組。
24.根據(jù)權(quán)利要求14所述的晶圓堆疊結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括: 一介電層，位于該第一穿硅導(dǎo)孔填充部與該第一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口的一內(nèi)壁之間。
25.一種晶圓的制作方法，其特征在于，包括: 于該晶圓上形成一穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口 ；以及 以電鍍的方式于該穿硅導(dǎo)孔開(kāi)口中填入一導(dǎo)電材料，以形成一穿硅導(dǎo)孔填充部，該穿硅導(dǎo)孔填充部具有一 凹槽或是一凸起結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L21/768GK103887226SQ201310625068
【公開(kāi)日】2014年6月25日 申請(qǐng)日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月20日
【發(fā)明者】王寵智, 林哲歆, 顧子琨 申請(qǐng)人:財(cái)團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院