半導(dǎo)體器件及其制造方法
【專利說明】半導(dǎo)體器件及其制造方法
[0001]優(yōu)先權(quán)和交叉引用
[0002]本申請要求于2014年5月30日提交的標(biāo)題為“Mult1-Wafer Stacked Devicesand Methods of Forming Same”的美國臨時專利申請第62/005，784號的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。本申請還涉及于2014年3月28日提交的標(biāo)題為“Bonding Structurefor Stacked Semiconductor Devices”的第14/229，114號美國專利申請，其全部內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明總體涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及半導(dǎo)體器件之間的接合。
【背景技術(shù)】
[0004]由于各種電子組件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成度的不斷提高，半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)歷了快速發(fā)展。在很大程度上，集成度的這種提高源自于最小特征尺寸的不斷減小(例如，將半導(dǎo)體工藝節(jié)點減小至亞20nm節(jié)點)，這樣允許更多的組件集成在給定區(qū)域內(nèi)。由于近來對小型化、更高的速度和更大的帶寬以及較低的功耗和延遲的需求的產(chǎn)生，需要針對半導(dǎo)體管芯的更小和更富創(chuàng)造性的封裝技術(shù)。
[0005]由于半導(dǎo)體技術(shù)的進一步發(fā)展，諸如3D集成電路(3DIC)的堆疊半導(dǎo)體器件已成為進一步降低半導(dǎo)體器件的物理尺寸的有效選擇。在堆疊半導(dǎo)體器件中，將諸如邏輯、存儲器和處理器電路等的有源電路制造在不同的半導(dǎo)體晶圓上。兩個或更多的半導(dǎo)體晶圓可安裝或堆疊在另一個頂部以進一步降低半導(dǎo)體器件的形狀因數(shù)。
[0006]兩個半導(dǎo)體晶圓可通過合適的接合技術(shù)而接合在一起。常用接合技術(shù)包括直接接合、化學(xué)活化接合、等離子體活化接合、陽極接合、共晶接合、玻璃漿料接合、粘合劑接合、熱壓縮接合、反應(yīng)接合等。在堆疊半導(dǎo)體晶圓之間可提供電連接。堆疊半導(dǎo)體器件可提供具有較小形狀因數(shù)的較高密度且使得性能增強，功耗降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:第一混合接合器件，包括第一器件和面對面地混合接合至第一器件的第二器件，第一器件包括具有多個第一接合連接件的第一襯底和設(shè)置在第一襯底表面上的第一接合層；以及第二混合接合器件，背對背地接合至第一混合接合器件，第二混合接合器件包括第三器件和面對面地混合接合至第三器件的第四器件，第三器件包括具有多個第二接合連接件的第二襯底和設(shè)置在第二襯底表面上的第二接合層，其中，第三器件的多個第二接合連接件連接至第一器件的多個第一接合連接件，并且，第三器件的第二接合層連接至第一器件的第一接合層。
[0008]在上述半導(dǎo)體器件中，第一器件和第二器件通過多個第三接合連接件混合接合，第三器件和第四器件通過多個第四接合連接件混合接合，第三接合連接件設(shè)置在第一器件的最上方互連層中和第二器件的最上方互連層中，并且，第四接合連接件設(shè)置在第三器件的最上方互連層中和第四器件的最上互連層中。
[0009]在上述半導(dǎo)體器件中，第四器件包括第三襯底，第三襯底包括鄰近其表面設(shè)置的多個第三接合連接件。
[0010]上述半導(dǎo)體器件還包括:接觸焊盤，連接至多個第三接合連接件中每一個第三接合連接件。
[0011]上述半導(dǎo)體器件還包括:連接件，連接至多個接觸焊盤中的每一個接觸焊盤。
[0012]在上述半導(dǎo)體器件中，第四器件包括設(shè)置在其表面上的第三接合層，半導(dǎo)體器件還包括至少一個第五器件，并且至少一個第五器件混合接合至多個第三接合連接件和第四器件的第三接合層。
[0013]在上述半導(dǎo)體器件中，至少一個第五器件的第一面混合接合至第四器件，并且，多個接觸焊盤連接至至少一個第五器件的第二面，第二面與第一面相對。
[0014]在上述半導(dǎo)體器件中，第一面包括至少一個第五器件的前面或背面。
[0015]在上述半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體器件包括奇數(shù)個至少一個第五器件，并且，頂部的第五器件包括連接至頂部第五器件的互連結(jié)構(gòu)的最上方的互連層的多個接觸焊盤。
[0016]在上述半導(dǎo)體器件中，半導(dǎo)體器件包括偶數(shù)個至少一個第五器件，并且，頂部第五器件包括連接至設(shè)置在頂部第五器件的襯底中的多個第四接合連接件的多個接觸焊盤。
[0017]在上述半導(dǎo)體器件中，多個第一接合連接件和多個第二接合連接件包括混合接合焊盤(HBP)連接件。
[0018]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:第一器件，包括第一正面接合連接件和第一正面接合層；第二器件，垂直堆疊在第一器件上方并且以面對面的結(jié)構(gòu)混合接合至第一器件，第二器件包括接合至第一正面接合連接件的第二正面接合連接件且包括接合至第一正面接合層的第二正面接合層，第二器件還包括形成在第二器件的襯底中的第一背面接合連接件和形成在第二器件的襯底的背面上的第一背面接合層；第三器件，垂直堆疊在第二器件上方且以背對背的結(jié)構(gòu)混合接合至第二器件，第三器件包括形成在第三器件的襯底中且接合至第一背面接合連接件的第二背面連接件以及接合至第一背面接合層的第二背面接合層，第三器件還包括第三正面接合連接件和第三正面接合層；以及第四器件，垂直堆疊在第三器件上方且以面對面的結(jié)構(gòu)混合接合至第三器件，第四器件包括接合至第三正面接合連接件的第四正面接合連接件以及接合至第三正面接合層的第四正面接合層。
[0019]在上述半導(dǎo)體器件中，第四器件包括形成在第四器件的襯底中的第三背面連接件和第三背面接合層。
[0020]上述半導(dǎo)體器件還包括:第五器件，以面對面的結(jié)構(gòu)混合接合至第四器件，第五器件包括接觸焊盤；以及連接件，電連接至接觸焊盤。
[0021 ] 在上述半導(dǎo)體器件中，使用氧化物-氧化物接合和銅-銅接合兩種接合，將第二器件混合接合至第一器件，將第三器件混合接合至第二器件，并且將第四器件混合接合至第三器件。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實施例，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括:
[0023]通過下列步驟形成第一堆疊器件:在第一器件的正面上和第二器件的正面上均形成正面接合連接件和正面鈍化層；通過將第一器件的正面鈍化層和第二器件的正面鈍化層接合在一起和將第一器件的正面接合連接件和第二器件的正面接合連接件接合在一起來混合接合第一器件和第二器件；和在第一器件的背面上形成背面接合連接件和背面鈍化層。
[0024]通過下列步驟形成第二堆疊器件:在第三器件的正面上和第四器件的正面上形成正面接合連接件和正面鈍化層；通過將第三器件的正面鈍化層和第四器件的正面鈍化層接合在一起和將第三器件的正面接合連接件和第四器件的正面接合連接件接合在一起來混合接合第三器件和第四器件；和在第三器件的背面上形成背面接合連接件和背面鈍化層。
[0025]通過將第一器件的背面鈍化層和第三器件的背面鈍化層接合在一起和將第一器件的背面接合連接件和第三器件的背面接合連接件接合在一起來混合接合第一堆疊器件和第二堆疊器件。
[0026]在上述方法中，形成第一器件的背面接合連接件或形成第三器件的背面接合連接件包括:在第一器件的襯底的背面或第三器件的襯底的背面中蝕刻溝槽直至到達第一器件或第三器件的金屬互連層；以及用導(dǎo)電材料填充溝槽以形成第一器件或第三器件的背面接合連接件。
[0027]上述方法還包括:減薄第二器件的襯底和第四器件的襯底。
[0028]在上述方法中，混合接合第一器件和第二器件、混合接合第三和第四器件以及混合接合第一堆疊器件和第二堆疊器件包括:氧化物-氧化物接合第一器件的正面鈍化層和第二器件的正面鈍化層、氧化物-氧化物接合第三器件的正面鈍化層和第四器件的正面鈍化層、以及氧化物-氧化物接合第一器件的正面鈍化層和第三器件的背面鈍化層；以及銅-銅接合第一器件的正面接合連接件和第二器件的正面接合連接件、銅-銅接合第三器件的正面接合連接件和第四器件的正面接合連接件、以及銅-銅接合第一器件的背面接合連接件和第三器件的背面接合連接件。
[0029]上述方法還包括:形成多個附加的堆疊器件，并且按序?qū)⒍鄠€附