本發(fā)明實(shí)施例涉及半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。

背景技術(shù)：

包括半導(dǎo)體器件的電子設(shè)備對(duì)于許多現(xiàn)代應(yīng)用是至關(guān)重要的。半導(dǎo)體器件已經(jīng)經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)。材料和設(shè)計(jì)中的技術(shù)進(jìn)步已經(jīng)產(chǎn)生了多代半導(dǎo)體器件，其中，每一代都比上一代具有更小和更復(fù)雜的電路。在進(jìn)步和創(chuàng)新的過(guò)程中，功能密度(即，每芯片面積的互連器件的數(shù)量)已經(jīng)普遍增大，而幾何尺寸(即，可以使用制造工藝產(chǎn)生的最小組件)已經(jīng)減小。這種進(jìn)步已經(jīng)增加了處理和制造半導(dǎo)體器件的復(fù)雜性。

微電子機(jī)械系統(tǒng)(MEMS)器件已經(jīng)在最近得到發(fā)展并且也通常包括在電子設(shè)備中。MEMS器件是一種微型器件，MEMS器件的尺寸通常在從約小于1微米至幾毫米的范圍內(nèi)。MEMS器件包括使用半導(dǎo)體材料制造以形成機(jī)械和電子部件。MEMS器件可以包括許多元件(例如，固定或可移動(dòng)元件)以實(shí)現(xiàn)電子-機(jī)械功能。對(duì)于許多應(yīng)用，MEMS器件電連接至外部電路以形成完整的MEMS系統(tǒng)。通常地，通過(guò)引線接合形成該連接。MEMS器件廣泛用于各種應(yīng)用中。MEMS應(yīng)用包括運(yùn)動(dòng)傳感器、氣體探測(cè)器、壓力傳感器、打印機(jī)噴嘴等。此外，MEMS應(yīng)用已經(jīng)延伸到諸如可移動(dòng)反射鏡的光學(xué)應(yīng)用和諸如RF開關(guān)等的射頻(RF)應(yīng)用等。

隨著技術(shù)的發(fā)展，鑒于將小尺寸作為整體以及電路的功能和數(shù)量的增加，器件的設(shè)計(jì)變得更加復(fù)雜。在這樣小和高性能的半導(dǎo)體器件內(nèi)實(shí)現(xiàn)許多制造操作。在按比例微型化中的半導(dǎo)體器件的制造變得更加復(fù)雜。制造復(fù)雜性的增加可能會(huì)引起諸如高產(chǎn)量損失、電子互連的可靠性差、翹曲等的缺陷。因而，為了提高器件的性能以及減少制造成本和處理時(shí)間，電子設(shè)備中的器件的結(jié)構(gòu)和制造方法需要持續(xù)的改進(jìn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：第一襯底；第二襯底；第一感測(cè)結(jié)構(gòu)，位于所述第一襯底上方，并且位于所述第一襯底和所述第二襯底之間；通孔，延伸穿過(guò)所述第二襯底；以及第二感測(cè)結(jié)構(gòu)，位于所述第二襯底上方，并且所述第二感測(cè)結(jié)構(gòu)包括與所述通孔電連接的互連結(jié)構(gòu)以及至少部分地覆蓋所述互連結(jié)構(gòu)的感測(cè)材料。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：第一襯底，包括第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面；第二襯底，位于所述第一襯底的所述第一表面上方；第一感測(cè)結(jié)構(gòu)，位于所述第一襯底的所述第一表面上方，并且位于所述第一襯底和所述第二襯底之間；通孔，穿過(guò)所述第一襯底；以及第二感測(cè)結(jié)構(gòu)，位于所述第一襯底的所述第二表面上方，并且所述第二感測(cè)結(jié)構(gòu)包括與所述通孔電連接的互連結(jié)構(gòu)以及至少部分地覆蓋所述互連結(jié)構(gòu)的感測(cè)材料。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括：接收第一襯底；設(shè)置第一感測(cè)結(jié)構(gòu)；在所述第一襯底和所述第一感測(cè)結(jié)構(gòu)上方設(shè)置第二襯底；形成延伸穿過(guò)所述第二襯底的通孔；以及形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)，所述第二感測(cè)結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述第二襯底上方并且與所述通孔電連接的互連結(jié)構(gòu)以及至少部分地覆蓋所述互連結(jié)構(gòu)的感測(cè)材料。

附圖說(shuō)明

當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，從以下詳細(xì)描述可最佳理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件未按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各個(gè)部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖5是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。

圖5A至圖5F是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的通過(guò)圖5的方法制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。

圖6A至圖6F是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的通過(guò)圖6的方法制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。

圖7A至圖7H是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的通過(guò)圖7的方法制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖8是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。

圖8A至圖8H是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的通過(guò)圖8的方法制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖9是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。

圖9A至圖9E是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的通過(guò)圖9的方法制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖10是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。

圖10A至圖10E是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的通過(guò)圖10的方法制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的示意圖。

具體實(shí)施方式

以下公開內(nèi)容提供了許多用于實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征的不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下面描述了組件和布置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例，而不旨在限制本發(fā)明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實(shí)例。此外，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)施例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。該重復(fù)是為了簡(jiǎn)單和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。

而且，為便于描述，在此可以使用諸如“在…之下”、“在…下方”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(或另一些)原件或部件的關(guān)系。除了圖中所示的方位外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位上)，而本文使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作出相應(yīng)的解釋。

電子設(shè)備可以包括多個(gè)MEMS傳感器，并且這些傳感器可以集成至近代的MEMS應(yīng)用中的半導(dǎo)體芯片。例如，運(yùn)動(dòng)或慣性傳感器用于諸如智能手機(jī)、平板電腦、游戲機(jī)的消費(fèi)類電子產(chǎn)品中以及汽車碰撞檢測(cè)系統(tǒng)中的運(yùn)動(dòng)激活的用戶界面。為了捕獲三維空間內(nèi)的完整的運(yùn)動(dòng)范圍，運(yùn)動(dòng)傳感器通常利用加速度計(jì)和陀螺儀的組合。加速度計(jì)探測(cè)線性運(yùn)動(dòng)，并且陀螺儀探測(cè)角運(yùn)動(dòng)。此外，諸如電子羅盤的磁傳感器也集成至芯片以用于導(dǎo)航。磁傳感器可以確定外部磁場(chǎng)的方向。為了滿足消費(fèi)者對(duì)低成本、高質(zhì)量和小體積的需求，多個(gè)傳感器一起集成在相同的襯底上。

通過(guò)各個(gè)工藝在襯底上制造和集成MEMS傳感器。傳感器橫向或水平集成在襯底上以變成電子器件。該傳感器彼此鄰近地設(shè)置。然而，這樣的集成可能引起電子設(shè)備的不期望的較大的幾何尺寸或形狀因子。此外，通過(guò)引線接合集成和電連接傳感器。這種連接可能會(huì)引起電子設(shè)備的寄生電容并且產(chǎn)生高噪音和整體較差的性能。此外，傳感器通過(guò)需要高溫度的晶圓接合操作彼此集成。一些傳感器較易通過(guò)高溫劣化。高溫可能對(duì)一些傳感器引起損壞并且因此不利地影響它們的靈敏度或操作性能。

本發(fā)明涉及包括集成在襯底上/上方的多個(gè)器件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底和設(shè)置在襯底上方的并且通過(guò)若干導(dǎo)電通孔集成的一個(gè)或多個(gè)器件。通過(guò)導(dǎo)電通孔集成的器件允許位于襯底上的器件彼此堆疊以減小半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的幾何尺寸或形狀因子。同樣，通過(guò)導(dǎo)電通孔電連接的器件可以減小噪音的產(chǎn)生并且改進(jìn)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的性能。此外，在諸如晶圓接合操作的高溫工藝完成之后，可以制造一些器件。這些器件將不會(huì)受到高溫的損壞。因此，諸如磁性器件的器件將不會(huì)受到高溫的影響并且因此也可以形成在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，磁性器件包括較易通過(guò)高溫(大于約300℃)劣化的各向異性磁阻(AMR)材料、巨磁阻(GMR)材料或隧道磁阻(TMR)材。也公開了其他實(shí)施例。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的示意性截面圖。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100配置為用于感測(cè)諸如運(yùn)動(dòng)、移動(dòng)、磁場(chǎng)、壓力等或它們的組合的各個(gè)特性。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100配置為用于感測(cè)線性運(yùn)動(dòng)、角運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)方向等。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100包括彼此堆疊的一個(gè)或多個(gè)襯底和用于感測(cè)各個(gè)預(yù)定特性的一個(gè)或多個(gè)器件。在一些實(shí)施例中，如圖1所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100包括第一襯底101、第二襯底108、第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a和第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110。應(yīng)該注意，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100可以包括一個(gè)或多個(gè)襯底和一個(gè)或多個(gè)感測(cè)結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100包括第一襯底101。在一些實(shí)施例中，第一襯底101可以包括設(shè)置在第一襯底101的上方或中的若干電路和諸如晶體管等的一個(gè)或多個(gè)有源元件。在一些實(shí)施例中，形成在第一襯底101上方或中的電路可以是適用于特定應(yīng)用的任何類型的電路。根據(jù)一些實(shí)施例，該電路可以包括諸如晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、熔絲等的各個(gè)n-型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)和/或p-型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)器件。該電路可以是互連的以實(shí)施一種或多種功能。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括設(shè)置在第一襯底101上方或中的ASIC組件。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括設(shè)置在第一襯底101上方或中的CMOS組件。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括諸如硅或其他合適的材料的半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，第一襯底101是硅襯底或硅晶圓。在一些實(shí)施例中，第一襯底101是CMOS襯底。

在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，諸如運(yùn)動(dòng)感測(cè)器件的第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a配置為用于感測(cè)運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a是用于測(cè)量角速度的陀螺儀。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a是用于測(cè)量線性加速度的加速度計(jì)。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a包括用于與沿著平面的運(yùn)動(dòng)反應(yīng)的檢測(cè)質(zhì)量塊和用于支撐檢測(cè)質(zhì)量塊的支撐彈簧。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a是一個(gè)或多個(gè)軸陀螺儀、一個(gè)或多個(gè)軸加速度計(jì)或一個(gè)或多個(gè)軸運(yùn)動(dòng)感測(cè)器件。

在一些實(shí)施例中，第二襯底108設(shè)置在第一襯底102和第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a上方。在一些實(shí)施例中，第二襯底108垂直地堆疊在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，第二襯底108是用于覆蓋第一襯底101的蓋襯底或蓋晶圓。在一些實(shí)施例中，第二襯底108包括硅或其他合適的材料。

在一些實(shí)施例中，腔105設(shè)置在第一襯底101和第二襯底108之間。在一些實(shí)施例中，腔105圍繞第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a。第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a在腔105內(nèi)是可移動(dòng)的。在一些實(shí)施例中，腔105在真空中或處于低于約1大氣壓(atm)的氣體壓力下。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a密封在腔105中。

在一些實(shí)施例中，接合焊盤108b可以是在第一襯底101上采用的第一接合材料和在第二襯底108上采用的第二接合材料這兩種分布的(distributed)材料的組合。第一接合材料和第二接合材料可以是金屬至金屬或金屬至半導(dǎo)體。第一接合材料和第二接合材料可以包括硅(Si)至鋁(Al)、硅(Si)至金(Au)、鍺(Ge)至鋁(Al)、鈦(Ti)至鋁(Al)、銅(Cu)至錫(Sn)、銦(In)至金(Au)或任何種類的適當(dāng)?shù)慕雍蠈印?/p>

在一些實(shí)施例中，通孔109設(shè)置在第二襯底108內(nèi)。在一些實(shí)施例中，通孔109延伸穿過(guò)第二襯底108。在一些實(shí)施例中，通孔109與接合焊盤108b電連接。在一些實(shí)施例中，通孔109設(shè)置在接合焊盤108b上方。在一些實(shí)施例中，第二襯底108通過(guò)通孔109與第一襯底101通信。在一些實(shí)施例中，通孔109是襯底貫通孔(TSV)或硅貫通孔(TSV)。在一些實(shí)施例中，通孔109包括導(dǎo)電材料、金屬化材料或半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，通孔109包括金、銀、銅、鎳、鎢、鋁、錫和/或它們的合金。在一些實(shí)施例中，通孔109是銅柱。在一些實(shí)施例中，通孔109包括硅、多晶硅等。在一些實(shí)施例中，通孔109是硅柱。

在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a設(shè)置在第二襯底108上方和第二襯底108和通孔109之間。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a共形于第二襯底108的表面和通孔109的側(cè)壁。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a圍繞通孔109。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a包括諸如氧化物、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、聚合物等的介電材料。

在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110設(shè)置在第二襯底108上方。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110配置為用于感測(cè)或探測(cè)磁場(chǎng)、確定方向、導(dǎo)航等。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110是磁場(chǎng)傳感器、磁傳感器、一個(gè)或多個(gè)軸磁傳感器、磁強(qiáng)計(jì)、地磁傳感器等。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110用作電子或數(shù)字羅盤。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110與第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a協(xié)作以確定運(yùn)動(dòng)方向。

在一些實(shí)施中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110包括與通孔109電連接的互連結(jié)構(gòu)110a。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a設(shè)置在第二襯底108或第一隔離層109a上方，并且與通孔109連接以與通孔109電連接。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a與通孔109、接合焊盤108b電連接。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110通過(guò)互連結(jié)構(gòu)110a和通孔109與第一襯底101通信。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a是配置為向第一襯底101或第二襯底108傳送電信號(hào)的磁感測(cè)電極。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a是鈍化后互連件(PPI)或部分再分布層(RDL)。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a包括鋁、銅、氧化鋁、鎳、金、鎢、鈦、它們的合金或它們的多層。

在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110包括至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a的感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b配置為用于感測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b是磁感測(cè)材料。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a可以根據(jù)感測(cè)材料110b感測(cè)的磁場(chǎng)傳送電信號(hào)。例如，當(dāng)對(duì)感測(cè)材料或圍繞半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100施加磁場(chǎng)時(shí)，感測(cè)材料110b的電阻可以改變，并且互連結(jié)構(gòu)110a可以根據(jù)改變的電阻向第一襯底101或第二襯底108傳送電信號(hào)用于進(jìn)一步處理，并且因此感測(cè)和確定磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b包括各向異性磁阻(AMR)材料、巨磁阻(GMR)材料或隧道磁阻(TMR)材料或任何合適的材料。

在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c設(shè)置在第二襯底108上方并且覆蓋或圍繞互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c配置為保護(hù)互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c包括諸如氧化物、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、聚合物等的介電材料。

圖1A是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’的示意性截面圖。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’配置為用于感測(cè)諸如運(yùn)動(dòng)、移動(dòng)、磁場(chǎng)、壓力等或它們的組合的各個(gè)特性。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’配置為用于感測(cè)線性運(yùn)動(dòng)、角運(yùn)動(dòng)、磁場(chǎng)方向等。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’包括彼此堆疊的一個(gè)或多個(gè)襯底和用于感測(cè)各個(gè)預(yù)定特性的一個(gè)或多個(gè)器件。在一些實(shí)施例中，如圖1A所示，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’包括第一襯底101、第三襯底106、第二襯底108、第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a和第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110。應(yīng)該注意，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’可以包括一個(gè)或多個(gè)襯底和一個(gè)或多個(gè)感測(cè)結(jié)構(gòu)。

在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’包括第一襯底101。在一些實(shí)施例中，第一襯底101可以包括設(shè)置在第一襯底101上方或中的若干電路和諸如晶體管等的一個(gè)或多個(gè)有源元件。在一些實(shí)施例中，形成在第一襯底101上方或中的電路可以是適用于特定的應(yīng)用的任何類型的電路。根據(jù)一些實(shí)施例，該電路可以包括諸如晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、熔絲等的各個(gè)n-型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)和/或p-型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)器件。該電路可以是互連的以實(shí)施一種或多種功能。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括設(shè)置在第一襯底101上方或中的ASIC組件。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括設(shè)置在第一襯底101上方或中的CMOS組件。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括諸如硅或其他合適的材料的半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，第一襯底101是硅襯底或硅晶圓。在一些實(shí)施例中，第一襯底101是CMOS襯底。

在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括第一表面101a和與第一表面101a相對(duì)的第二表面101b。在一些實(shí)施例中，第一表面101a是第一襯底101的有源側(cè)或正側(cè)，若干電路或電組件設(shè)置在第一表面101a上方。在一些實(shí)施例中，第二表面101b是第一襯底101的缺少電路或電組件的無(wú)源側(cè)或背側(cè)。

在一些實(shí)施例中，金屬間介電(IMD)層102設(shè)置在第一襯底101上。在一些實(shí)施例中，IMD層102設(shè)置在第一襯底101的第一表面101a上。在一些實(shí)施例中，IMD層102包括導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103和圍繞導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103的介電材料102a。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103設(shè)置在IMD層102上方或IMD層內(nèi)。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103與第一襯底101中的電路或元件電連接。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103包括銅、鋁、鎢等。在一些實(shí)施例中，介電材料102a包括氧化物、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、聚合物等。

在一些實(shí)施例中，介電層104設(shè)置在IMD層102上方。在一些實(shí)施例中，介電層104設(shè)置在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103上方或覆蓋導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103。在一些實(shí)施例中，介電層104包括氧化物、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、聚合物等。在一些實(shí)施例中，第一腔105設(shè)置在介電層104內(nèi)。第一腔105穿過(guò)介電層104延伸。在一些實(shí)施例中，第一腔105穿過(guò)介電層104延伸至IMD 102的介電材料102a。在一些實(shí)施例中，介電層104包括與介電材料102a相同或不同的材料。

在一些實(shí)施例中，第三襯底106設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，第三襯底106設(shè)置在介電層104上。在一些實(shí)施例中，第三襯底106接合在第一襯底104上方。在一些實(shí)施例中，第三襯底106垂直堆疊在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，第三襯底106與介電層104直接接合。在一些實(shí)施例中，第三襯底106包括硅、玻璃、陶瓷或其他合適的材料。在一些實(shí)施例中，第三襯底106是硅襯底或硅晶圓。在一些實(shí)施例中，第三襯底106是MEMS襯底。在一些實(shí)施例中，第三襯底106包括形成在第三襯底106上或中的電路。在一些實(shí)施例中，第三襯底106包括晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管等。在一些實(shí)施例中，第三襯底106包括MEMS器件或MEMS組件。

在一些實(shí)施例中，第三襯底106包括第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a。在一些實(shí)施例中，諸如運(yùn)動(dòng)感測(cè)器件的第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a配置為用于感測(cè)運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a是用于測(cè)量角速度的陀螺儀。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a是用于測(cè)量線性加速度的加速度計(jì)。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a包括用于與沿著平面運(yùn)動(dòng)反應(yīng)的檢測(cè)質(zhì)量塊和用于支撐檢測(cè)質(zhì)量塊的支撐彈簧。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a是一個(gè)或多個(gè)軸陀螺儀、一個(gè)或多個(gè)軸加速度計(jì)或一個(gè)或多個(gè)軸運(yùn)動(dòng)感測(cè)器件。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a設(shè)置在第一腔105上方或與第一腔105對(duì)準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a在第一腔105內(nèi)且相對(duì)于第一襯底101、IMD層102或介電層104是可移動(dòng)的。

在一些實(shí)施例中，插塞107設(shè)置在第三襯底106內(nèi)。在一些實(shí)施例中，插塞107穿過(guò)第三襯底106并且與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103電連接。在一些實(shí)施例中，插塞107設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，插塞107延伸穿過(guò)第三襯底106和介電層104并且與至少部分導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103連接。在一些實(shí)施例中，插塞107包括諸如金、銀、銅、鎳、鎢、鋁、錫和/或它們的合金的導(dǎo)電材料。

在一些實(shí)施例中，第一接合焊盤106b設(shè)置在第三襯底106上方。在一些實(shí)施例中，第一接合焊盤106b配置為接收連接結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，第一接合焊盤106b設(shè)置在插塞107或?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)103上方。在一些實(shí)施例中，第一接合焊盤106b、插塞107和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103是電連接的。在一些實(shí)施例中，第一接合焊盤106b包括鋁、銅、鈦、金、鎳或其他合適的材料。

在一些實(shí)施例中，第二襯底108設(shè)置在第三襯底106上方。在一些實(shí)施例中，第二襯底108垂直堆疊在第三襯底106或第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，第二襯底108設(shè)置在介電層104和IMD層102上方。在一些實(shí)施例中，第二襯底108是用于覆蓋第一襯底101和第三襯底106的蓋襯底或蓋晶圓。在一些實(shí)施例中，第二襯底108包括硅或其他合適的材料。

在一些實(shí)施例中，第二襯底108包括位于第二襯底108內(nèi)的第二腔108a。在一些實(shí)施例中，第二腔108a穿過(guò)部分第二襯底108并且遠(yuǎn)離第一襯底101或第三襯底106延伸。在一些實(shí)施例中，第二腔108a設(shè)置在第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a和第一腔105上方。在一些實(shí)施例中，第一腔105和第二腔108a是協(xié)作的并且彼此對(duì)準(zhǔn)以變成允許第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a在其中移動(dòng)的腔(第一腔105和第二腔108a)。在一些實(shí)施例中，腔(第一腔105和第二腔108a)由第一襯底101和第二襯底108限定并且圍繞第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a。第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a在由第一襯底101和第二襯底108限定的腔(第一腔105和第二腔108a)內(nèi)是可移動(dòng)的。在一些實(shí)施例中，腔(第一腔105和第二腔108a)是在真空中或處于低于約1大氣壓(atm)的氣體壓力下。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a密封在腔(第一腔105和第二腔108a)中。

在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b設(shè)置在第二襯底108上方。在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b設(shè)置在第二襯底108和第三襯底106之間。在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b設(shè)置為與第一接合焊盤106b相對(duì)并且與第一接合焊盤106b對(duì)準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b與第一接合焊盤106b電連接。在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b設(shè)置在插塞107和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103上方并且通過(guò)第一接合焊盤106b與插塞107和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103電連接。在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b包括鍺、硅或其他合適的材料。在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b與第一接合焊盤106b接合，從而使得第二襯底108與第三襯底106接合。在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b與第一接合焊盤106b共晶(eutectically)接合。在一些實(shí)施例中，第一接合焊盤106b和第二接合焊盤108b可以是硅(Si)至鋁(Al)、硅(Si)至金(Au)、鍺(Ge)至鋁(Al)、鈦(Ti)至鋁(Al)、銅(Cu)至錫(Sn)、銦(In)至金(Au)或任何種類的適當(dāng)?shù)慕雍蠈拥牟牧系慕M合。

在一些實(shí)施例中，通孔109設(shè)置在第二襯底108內(nèi)。在一些實(shí)施例中，通孔109穿過(guò)第二襯底108并且與插塞107和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103電連接。在一些實(shí)施例中，通孔109通過(guò)第一接合焊盤106b和第二接合焊盤108b與插塞107電連接。在一些實(shí)施例中，通孔109設(shè)置在接合焊盤108b、第一接合焊盤106b、插塞107或?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)103上方。第二接合焊盤108b設(shè)置在通孔109和第二襯底108上方。在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b與通孔109連接。在一些實(shí)施例中，第二襯底108通過(guò)通孔109和插塞107與第三襯底106或第一襯底101通信。在一些實(shí)施例中，通孔109是襯底貫通孔(TSV)或硅貫通孔(TSV)。在一些實(shí)施例中，通孔109包括導(dǎo)電材料、金屬化材料或半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，通孔109包括金、銀、銅、鎳、鎢、鋁、錫和/或它們的合金。在一些實(shí)施例中，通孔109是銅柱。在一些實(shí)施例中，通孔109包括硅、多晶硅等。在一些實(shí)施例中，通孔109是硅柱。

在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a設(shè)置在第二襯底108上方以及設(shè)置在第二襯底108和通孔109之間。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a共形于第二襯底108的表面和通孔109的側(cè)壁。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a圍繞通孔109。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a包括諸如氧化物、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、聚合物等的介電材料。

在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110設(shè)置在第二襯底108上方。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110配置為用于感測(cè)或探測(cè)磁場(chǎng)、確定方向、導(dǎo)航等。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110是磁場(chǎng)傳感器、磁傳感器、一個(gè)或多個(gè)軸磁傳感器、磁強(qiáng)計(jì)、地磁傳感器等。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110用作電子或數(shù)字羅盤。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110與第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a協(xié)作以確定運(yùn)動(dòng)方向。

在一些實(shí)施中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110包括與通孔109電連接的互連結(jié)構(gòu)110a。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a設(shè)置在第二襯底108或第一隔離層109a上方，并且與通孔109連接以與通孔109電連接。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a與通孔109、第二接合焊盤108b、第一接合焊盤106b、插塞107或?qū)щ娊Y(jié)構(gòu)103電連接。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110通過(guò)互連結(jié)構(gòu)110a和通孔109與第一襯底101或第三襯底106通信。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a是配置為向第一襯底101、第三襯底106或第二襯底108傳送電信號(hào)的磁感測(cè)電極。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a是鈍化后互連件(PPI)或部分再分布層(RDL)。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a包括鋁、銅、氧化鋁、鎳、金、鎢、鈦、它們的合金或它們的多層。

在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110包括至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a的感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b配置為用于感測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b是磁感測(cè)材料。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a可以根據(jù)感測(cè)材料110b感測(cè)的磁場(chǎng)傳送電信號(hào)。例如，當(dāng)對(duì)感測(cè)材料或圍繞半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100施加磁場(chǎng)時(shí)，感測(cè)材料110b的電阻可以改變，并且互連結(jié)構(gòu)110a可以根據(jù)改變的電阻向第一襯底101、第三襯底106或第二襯底108傳送電信號(hào)以用于進(jìn)一步處理，并且因此感測(cè)和確定磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b包括各向異性磁阻(AMR)材料、巨磁阻(GMR)材料或隧道磁阻(TMR)材料或任何合適的材料。

在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c設(shè)置在第二襯底108上方并且覆蓋或圍繞互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c配置為保護(hù)互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c包括諸如氧化物、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、聚合物等的介電材料。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200的示意性截面圖。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200包括第一襯底101、第二襯底108、第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a和腔105，這與以上描述的以及圖1中示出的配置類似。在如圖2的一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200包括第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110以及通孔109，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110設(shè)置在第二表面101b或第一襯底101的背側(cè)上方，通孔109延伸穿過(guò)第一襯底101。

在一些實(shí)施例中，通孔109從第二表面101b并且在第一襯底101內(nèi)延伸。在一些實(shí)施例中，通孔109是TSV。在一些實(shí)施例中，通孔109包括導(dǎo)電材料、金屬化材料或半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，通孔109包括金、銀、銅、鎳、鎢、鋁、錫和/或它們的合金。在一些實(shí)施例中，通孔109是銅柱。在一些實(shí)施例中，通孔109包括硅、多晶硅等。在一些實(shí)施例中，通孔109是硅柱。

在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a設(shè)置在第一襯底101的第二表面101b上方以及通孔109和第一襯底101之間。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a共形于第一襯底101的第二表面和通孔109的側(cè)壁。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a圍繞通孔109。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a包括諸如氧化物、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、聚合物等的介電材料。

在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a、感測(cè)材料110b和第二隔離層110c設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a設(shè)置在第一隔離層109a上方。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a設(shè)置在通孔109上方并且與通孔109電連接。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a是配置為向第一襯底101或第二襯底108傳送電信號(hào)的磁感測(cè)電極。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a是鈍化后互連(PPI)件或部分再分布層(RDL)。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a包括鋁、銅、氧化鋁、鎳、金、鎢、鈦、它們的合金或它們的多層。

在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b設(shè)置在第一襯底110上方并且至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a。在一些實(shí)施例中，諸如磁感測(cè)材料的感測(cè)材料110b配置為用于感測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a可以根據(jù)感測(cè)材料110b感測(cè)的磁場(chǎng)傳送電信號(hào)。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b包括AMR材料、GMR材料或TMR材料或任何合適的材料。

在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c設(shè)置在第一襯底101上方并且覆蓋或圍繞互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c配置為保護(hù)互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c包括諸如氧化物、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、聚合物等的介電材料。

圖2A是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200’的示意性截面圖。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200’包括第一襯底101、金屬間介電(IMD)層102、介電層104、第三襯底106、插塞107、第二襯底108和腔(第一腔105和第二腔108a)，這與以上描述的以及圖1A中示出的配置類似。在如圖2A的一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200包括設(shè)置在第二表面101b或第一襯底101的背側(cè)上方的第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110，并且穿過(guò)第一襯底101延伸的通孔109。

在一些實(shí)施例中，設(shè)置在IMD層102的介電材料102a上方或內(nèi)的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103包括頂部103a和底部103b。在一些實(shí)施例中，頂部103a設(shè)置在底部103b上方并且與底部103b電連接。在一些實(shí)施例中，頂部103a是頂金屬層，并且底部103b是底金屬層。在一些實(shí)施例中，頂部103a接近第三襯底106并且遠(yuǎn)離第一襯底101，并且底部103b接近第一襯底101。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103的頂部103a設(shè)置在插塞107上方或與插塞107連接。在一些實(shí)施例中，通孔109從第一襯底101的第二表面101b延伸至第一襯底101的第一表面101a，并且設(shè)置在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103的底部103b上方或與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103的底部103b連接。在一些實(shí)施例中，通孔109與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103的底部103b電連接。在一些實(shí)施例中，通孔109穿過(guò)第一襯底101延伸至IMD層102。在一些實(shí)施例中，通孔109是TSV。在一些實(shí)施例中，通孔109包括導(dǎo)電材料、金屬化材料或半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，通孔109包括金、銀、銅、鎳、鎢、鋁、錫和/或它們的合金。在一些實(shí)施例中，通孔109是銅柱。在一些實(shí)施例中，通孔109包括硅、多晶硅等。在一些實(shí)施例中，通孔109是硅柱。

在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a設(shè)置在第一襯底101的第二表面101b上方以及設(shè)置在通孔109和第一襯底101或IMD層102之間。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a共形于第一襯底101的第二表面和通孔109的側(cè)壁。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a圍繞通孔109。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a包括諸如氧化物、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、聚合物等的介電材料。

在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a、感測(cè)材料110b和第二隔離層110c設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a設(shè)置在第一隔離層109a上方。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a設(shè)置在通孔109上方，從而使得互連結(jié)構(gòu)110a通過(guò)通孔109與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103電連接。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a、通孔109、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103和插塞107是電連接的。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a是配置為向第一襯底101、第三襯底106或第二襯底108傳送電信號(hào)的磁感測(cè)電極。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a是鈍化后互連(PPI)件或部分再分布層(RDL)。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a包括鋁、銅、氧化鋁、鎳、金、鎢、鈦、它們的合金或它們的多層。

在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b設(shè)置在第一襯底110上方并且至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a。在一些實(shí)施例中，諸如磁感測(cè)材料的感測(cè)材料110b配置為用于感測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a可以根據(jù)感測(cè)材料110b感測(cè)的磁場(chǎng)傳送電信號(hào)。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b包括AMR材料、GMR材料或TMR材料或任何合適的材料。

在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c設(shè)置在第一襯底101上方并且覆蓋或圍繞互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c配置為保護(hù)互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c包括諸如氧化物、二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、碳化硅、聚合物等的介電材料。

圖3是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)300的示意性截面圖。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)300具有與以上描述的以及圖1中所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100或以上描述的以及圖1A中示出的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’具有類似的配置。在如圖3所示的一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)300包括設(shè)置在第二襯底108上方的連接結(jié)構(gòu)111。在一些實(shí)施例中，連接結(jié)構(gòu)111將第一襯底101、第三襯底106或第二襯底108與外部電路或組件電連接。在一些實(shí)施例中，連接結(jié)構(gòu)111包括凸塊下金屬(UBM)焊盤111a和導(dǎo)電凸塊111b，連接結(jié)構(gòu)111設(shè)置在第二襯底108、第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110或互連結(jié)構(gòu)110a上方。

在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a設(shè)置在部分互連結(jié)構(gòu)110a上方并且與部分互連結(jié)構(gòu)110a電連接。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a通過(guò)互連結(jié)構(gòu)110a與通孔109電連接。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a設(shè)置在互連結(jié)構(gòu)110a上方并且穿過(guò)第二隔離層110c延伸至互連結(jié)構(gòu)110a。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a設(shè)置在互連結(jié)構(gòu)110a、通孔109或插塞107的部分上方。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a用作接收導(dǎo)電材料的平臺(tái)并且用于與外部電路或組件的電連接。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a通過(guò)互連結(jié)構(gòu)110a、通孔109或插塞107與第一襯底101、第三襯底106或第二襯底108電連接。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a是位于互連結(jié)構(gòu)110a和第二隔離層110c上方的冶金層或冶金堆疊膜。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a包括諸如金、銀、銅、鎳、鎢、鋁、鈀和/或它們的合金的金屬或金屬合金。

在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b設(shè)置在UBM焊盤111a上方。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b由UBM焊盤接收并且配置為與外部電路或組件電連接。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b安裝在另一襯底或電路板上方。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b包括諸如焊料、鉛、錫、銅、金、鎳等或諸如鉛、錫、銅、金、鎳等的組合的金屬合金的可回流材料。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b包括金屬粉末和焊劑的焊膏混合物。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b是球柵陣列(BGA)球、可控塌陷芯片連接(C4)凸塊、微凸塊等。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b是球形或半球形。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b是圓柱形。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b是焊料球、金屬柱等。

圖4是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)400的示意性截面圖。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)400具有與以上描述的以及圖2中示出的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200或以上描述的以及圖2A中示出的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200’類似的配置。在如圖4的一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)400包括設(shè)置在第一襯底101上方的連接結(jié)構(gòu)111。在一些實(shí)施例中，連接結(jié)構(gòu)111將第一襯底101、第三襯底106或第二襯底108與外部電路或組件電連接。在一些實(shí)施例中，連接結(jié)構(gòu)111包括UBM焊盤111a和導(dǎo)電凸塊111b，連接結(jié)構(gòu)111設(shè)置在第一襯底101上方或第一襯底101的第二表面101b上方。

在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a設(shè)置在部分互連結(jié)構(gòu)110a上方或與部分互連結(jié)構(gòu)110a電連接。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a通過(guò)互連結(jié)構(gòu)110a與通孔109電連接。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a設(shè)置在互連結(jié)構(gòu)110a上方并且穿過(guò)第二隔離層110c延伸至互連結(jié)構(gòu)110a。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a通過(guò)互連結(jié)構(gòu)110a、通孔109或插塞107與第一襯底101、第三襯底106或第二襯底108電連接。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a是位于互連結(jié)構(gòu)110a和第二隔離層110c上方的冶金層或冶金堆疊膜。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a包括諸如金、銀、銅、鎳、鎢、鋁、鈀和/或它們的合金的金屬或金屬合金。

在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b設(shè)置在UBM焊盤111a上方。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b由UBM焊盤接收并且配置為與外部電路或組件電連接。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b安裝在另一襯底或電路板上方。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b包括諸如焊料、鉛、錫、銅、金、鎳等或諸如鉛、錫、銅、金、鎳等的組合的金屬合金的可回流材料。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b是BGA球、C4凸塊、微凸塊等。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b是球形、半球形、圓柱形或其他合適的形狀。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b是焊料球、金屬柱等。

在本發(fā)明中，同樣公開了制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’的方法。在一些實(shí)施例中，通過(guò)方法500形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’。方法500包括一系列操作和描述并且該說(shuō)明不旨在限制操作的順序。圖5是制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’的方法500的實(shí)施例。方法500包括一系列操作(501、502、503、504、505和506)。

在操作501中，如圖5A所示，接收或提供第一襯底101。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括第一表面101a和與第一表面101a相對(duì)的第二表面101b。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括設(shè)置在第一襯底101上方或中的若干電路和諸如晶體管等的若干有源元件。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括諸如設(shè)置在第一襯底101上方或中的諸如CMOS組件、ASIC組件等的組件。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括諸如硅或其他合適的材料的半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，第一襯底101是硅襯底或硅晶圓。在一些實(shí)施例中，第一襯底101是CMOS襯底。

在一些實(shí)施例中，在第一襯底101上方形成IMD層102。在一些實(shí)施例中，包括介電材料102a和導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103的IMD層102設(shè)置在第一襯底101上方或內(nèi)。在一些實(shí)施例中，通過(guò)化學(xué)汽相沉積(CVD)操作或其他合適的操作在第一襯底101上方沉積介電材料102a，通過(guò)蝕刻操作或其他合適的操作去除介電材料102a的一些部分，通過(guò)電鍍、濺射或其他合適的操作沉積導(dǎo)電材料并且通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作圖案化導(dǎo)電材料以變成導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103來(lái)形成IMD層102。

在一些實(shí)施例中，介電層104設(shè)置在IMD層102、導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103或第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)CVD操作或其他合適的操作設(shè)置介電層104。在一些實(shí)施例中，形成穿過(guò)介電層104延伸的第一腔105。第一腔105從介電層104延伸至IMD層102或第一襯底101。在一些實(shí)施例中，通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作去除部分介電層104以形成第一腔105。

在操作502中，如圖5B所示，第三襯底106設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，第三襯底106是硅襯底或硅晶圓。在一些實(shí)施例中，第三襯底106是MEMS襯底。在一些實(shí)施例中，第三襯底106包括形成在第三襯底106上或中的電路。在一些實(shí)施例中，包括第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a的第三襯底106設(shè)置在介電層104、IMD層102或第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，諸如運(yùn)動(dòng)感測(cè)器件的第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a配置為用于感測(cè)運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a是陀螺儀、加速度計(jì)、一個(gè)或多個(gè)軸陀螺儀、一個(gè)或多個(gè)軸加速度計(jì)或一個(gè)或多個(gè)軸運(yùn)動(dòng)感測(cè)器件。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a設(shè)置在第一腔105上方或與第一腔105對(duì)準(zhǔn)。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a在第一腔105內(nèi)相對(duì)于第一襯底101、IMD層102或介電層104是可移動(dòng)的。

在一些實(shí)施例中，第三襯底106垂直堆疊在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，第三襯底106通過(guò)直接接合操作、熔融接合操作或其他合適的操作接合在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，第三襯底106通過(guò)熔融接合操作與介電層104接合。

在操作503中，如圖5C所示，形成插塞107。在一些實(shí)施例中，插塞107穿過(guò)第三襯底106延伸并且與設(shè)置在第一襯底101和第三襯底106之間的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103電連接。在一些實(shí)施例中，通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作去除第三襯底106和介電層104的部分以形成第一凹槽107a，并且通過(guò)沉積、電鍍或其他合適的操作在第一凹槽107a內(nèi)填充導(dǎo)電材料來(lái)形成插塞107。在一些實(shí)施例中，插塞107設(shè)置在導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103上方并且與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103電連接。

在一些實(shí)施例中，在第三襯底106或插塞107上方形成第一接合焊盤106b。在一些實(shí)施例中，第一接合焊盤106b設(shè)置在插塞107上方并且與插塞107電連接。在一些實(shí)施例中，通過(guò)濺射、電鍍或其他合適的操作形成第一接合焊盤106b。在一些實(shí)施例中，第一接合焊盤106b包括鋁、銅或其他合適的材料。

在操作504中，如圖5D所示，第二襯底108設(shè)置在第三襯底106上方。在一些實(shí)施例中，第二襯底108垂直堆疊在第三襯底106或第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，第二襯底108是用于覆蓋第一襯底101和第三襯底106的蓋襯底或蓋晶圓。在一些實(shí)施例中，第二襯底108包括硅或其他合適的材料。在一些實(shí)施例中，第二襯底108通過(guò)共晶接合操作或其他合適的操作接合在第三襯底106上方。在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b設(shè)置在第二襯底108上方并且與第一接合焊盤106b相對(duì)。在一些實(shí)施例中，第二襯底108通過(guò)將第一接合焊盤106b和第二接合焊盤108b來(lái)接合來(lái)與第三襯底106接合。在一些實(shí)施例中，第二接合焊盤108b包括鍺、硅或其他合適的材料。在一些實(shí)施例中，第一接合焊盤106b和第二接合焊盤108b通過(guò)共晶接合操作接合。在一些實(shí)施例中，第二襯底108在大于約400℃的高溫下與第三襯底106共晶接合。

在一些實(shí)施例中，形成在第二襯底108內(nèi)延伸的第二腔108a。在一些實(shí)施例中，通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作去除部分第二襯底108以形成第二腔108a。在一些實(shí)施例中，在第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a或第一腔105上方形成第二腔108a。在一些實(shí)施例中，第一腔105與第二腔108a協(xié)作以變成腔(第一腔105和第二腔108a)。腔(第一腔105和第二腔108a)設(shè)置在第一襯底101上方并且由第一襯底101和第二襯底108限定。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a由腔圍繞并且在腔內(nèi)是可移動(dòng)的。

在操作505中，如圖5E所示，形成通孔109。在一些實(shí)施例中，通孔109穿過(guò)第二襯底108延伸并且與插塞107電連接。在一些實(shí)施例中，通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作去除部分第二襯底108以形成第二凹槽109b，并且通過(guò)沉積、電鍍或其他合適的操作在第二凹槽109b內(nèi)填充導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料來(lái)形成通孔109。在一些實(shí)施例中，由諸如銅的金屬填充第二凹槽109b以形成為銅柱的通孔109。在一些實(shí)施例中，由諸如硅、多晶硅等的半導(dǎo)體材料填充第二凹槽109b以形成為硅柱的通孔109。在一些實(shí)施例中，通孔109設(shè)置在插塞107、第二接合焊盤108b或第一接合焊盤106b上方并且與插塞107、第二接合焊盤108b或第一接合焊盤106b電連接。在一些實(shí)施例中，在形成第二凹槽109b之后，第一隔離層109a設(shè)置在第二襯底108上方以及第二凹槽109b的側(cè)壁上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)CVD操作或其他合適的操作設(shè)置第一隔離層109a。在一些實(shí)施例中，通孔109由第一隔離層109a圍繞。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a設(shè)置在通孔109和第二襯底108之間。

在操作506中，如圖5F所示，在第二襯底108上方形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110配置為用于感測(cè)或探測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110是磁場(chǎng)傳感器、磁傳感器、一個(gè)或多個(gè)軸磁傳感器、磁強(qiáng)計(jì)、地磁傳感器等。

在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a形成和設(shè)置在第二襯底108上方并且與通孔109電連接。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a被圖案化并且形成在第一隔離層109a或第二襯底108上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在第二襯底108上方設(shè)置導(dǎo)電材料并且之后圖案化導(dǎo)電材料以變成互連結(jié)構(gòu)110a來(lái)形成互連結(jié)構(gòu)110a。通過(guò)電鍍、濺射或其他合適的操作設(shè)置導(dǎo)電材料。通過(guò)光刻、蝕刻或其他合適的操作圖案化導(dǎo)電材料。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a與通孔109電連接。

在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b形成和設(shè)置在第二襯底108上方。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b配置為用于感測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b是磁感測(cè)材料。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b通過(guò)沉積、光刻、蝕刻或其他合適的操作設(shè)置在第二襯底108和部分互連結(jié)構(gòu)110a上方。

在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c設(shè)置在第二襯底108上方并且覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c配置為保護(hù)互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，通過(guò)CVD或其他合適的操作形成第二隔離層110c。

在一些實(shí)施例中，如圖5F所示形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100’具有與以上描述的以及圖1A中示出的類似的配置。第一襯底101、第三襯底106和第二襯底108彼此垂直堆疊，并且因此最小化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的幾何尺寸或形狀因子。此外，由于在高溫下將第二襯底108與第三襯底106接合之后形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110，因此在高溫下的接合操作期間，較易受加熱或高溫劣化的感測(cè)材料110b將不會(huì)被影響或損壞。

在一些實(shí)施例中，通過(guò)方法600形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200’。方法600包括一系列操作和描述并且該說(shuō)明不視為限制操作的順序。圖6是制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200’的方法600的實(shí)施例。方法600包括一系列操作(601、602、603、604、605和606)。

在操作601中，如圖6A所示，接收或提供第一襯底101。操作601類似于圖5A中的操作501。在操作602中，如圖6B所示，第三襯底106設(shè)置在第一襯底101上方。操作602類似于圖5B中的操作502。在操作603中，如圖6C所示，形成插塞107。操作603類似于圖5C中的操作503。在操作604中，如圖6D所示，設(shè)置第二襯底108。操作604類似于圖5D中的操作504。

在操作605中，如圖6E所示，形成通孔109。在一些實(shí)施例中，通孔109穿過(guò)第一襯底101延伸至IMD層102并且與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103和插塞107電連接。在一些實(shí)施例中，通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作去除第一襯底101的部分和IMD層102的部分以形成第二凹槽109b，并且通過(guò)沉積、電鍍或其他合適的操作在第二凹槽109b內(nèi)填充導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料來(lái)形成通孔109。在一些實(shí)施例中，由諸如銅的金屬填充第二凹槽109b以形成為銅柱的通孔109。在一些實(shí)施例中，由諸如硅、多晶硅等的半導(dǎo)體材料填充第二凹槽109b以形成為硅柱的通孔109。在一些實(shí)施例中，通孔109設(shè)置在插塞107、第二接合焊盤108b或第一接合焊盤106b上方并且與插塞107、第二接合焊盤108b或第一接合焊盤106b電連接。在一些實(shí)施例中，通孔109與導(dǎo)電結(jié)構(gòu)103的底部103b連接。在一些實(shí)施例中，在形成第二凹槽109b之后，第一隔離層109a設(shè)置在第一襯底101上方和第二凹槽109b的側(cè)壁上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)CVD操作或其他合適的操作設(shè)置第一隔離層109a。在一些實(shí)施例中，通孔109由第一隔離層109a圍繞。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a設(shè)置在通孔109和第一襯底101之間。

在操作606中，如圖6F所示，在第一襯底101上方形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110配置為用于感測(cè)或探測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110是磁場(chǎng)傳感器、磁傳感器、三個(gè)或多個(gè)軸磁傳感器、磁強(qiáng)計(jì)、地磁傳感器等。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a形成和設(shè)置在第一襯底101上方并且與通孔109電連接。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a被圖案化并且形成在第一隔離層109a或第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在第一襯底101上方設(shè)置導(dǎo)電材料并且之后圖案化導(dǎo)電材料以變成互連結(jié)構(gòu)110a來(lái)形成互連結(jié)構(gòu)110a。通過(guò)電鍍、濺射或其他合適的操作設(shè)置導(dǎo)電材料。通過(guò)光刻、蝕刻或其他合適的操作圖案化導(dǎo)電材料。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a與通孔109電連接。

在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b形成和設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b配置為用于感測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b是磁感測(cè)材料。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b通過(guò)沉積、光刻、蝕刻或其他合適的操作設(shè)置在第一襯底101和部分互連結(jié)構(gòu)110a上方。

在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c設(shè)置在第一襯底101上方并且覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c配置為保護(hù)互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，通過(guò)CVD或其他合適的操作形成第二隔離層110c。在一些實(shí)施例中，如圖6F所示形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200’具有與以上描述的以及圖2中示出的類似的配置。

在一些實(shí)施例中，通過(guò)方法700形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)300。方法700包括一系列操作和描述并且該說(shuō)明不視為限制操作的順序。圖7是制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)300的方法700的實(shí)施例。方法700包括一系列操作(701、702、703、704、705、706、707和708)。

在操作701中，如圖7A所示，接收或提供第一襯底101。操作701類似于圖5A中的操作501。在操作702中，如圖7B所示，第三襯底106設(shè)置在第一襯底101上方。操作702類似于圖5B中的操作502。在操作703中，如圖7C所示，形成插塞107。操作703類似于圖5C中的操作503。在操作704中，如圖7D所示，設(shè)置第二襯底108。操作704類似于圖5D中的操作504。在操作705中，如圖7E所示，形成通孔109。操作705類似于圖5E中的操作505。在操作706中，如圖7F所示，在第二襯底108上方形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110。操作706類似于圖5F中的操作506。

在操作707中，如圖7G所示，在第二襯底108或部分互連結(jié)構(gòu)110a上方形成UBM焊盤111a。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a與互連結(jié)構(gòu)110a的部分和通孔109的部分電連接。在一些實(shí)施例中，通過(guò)蝕刻或其他合適的操作去除部分第二隔離層110c，并且通過(guò)電鍍、濺射或其他合適的操作設(shè)置導(dǎo)電材料來(lái)形成UBM焊盤111a。在一些實(shí)施例中，通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作圖案化導(dǎo)電材料形成UBM焊盤111a。

在操作708中，如圖7H所示，導(dǎo)電凸塊111b設(shè)置在UBM焊盤111a上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)球安裝操作、模板印刷(在模板上方粘貼焊料材料)操作或其他合適的操作形成導(dǎo)電凸塊111b。在一些實(shí)施例中，在UBM焊盤111a上方設(shè)置之后，回流或熱固化導(dǎo)電凸塊111b。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電凸塊111b與UBM焊盤111a、互連結(jié)構(gòu)110a和通孔109電連接。在一些實(shí)施例中，如圖7H所示形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)300具有與以上描述的以及圖3中示出的類似的配置。

在一些實(shí)施例中，通過(guò)方法800形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)400。方法800包括一系列操作和描述并且該說(shuō)明不旨在限制操作的順序。圖8是制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)400的方法800的實(shí)施例。方法800包括一系列操作(801、802、803、804、805、806、807和808)。

在操作801中，如圖8A所示，接收或提供第一襯底101。操作801類似于圖6A中的操作601。在操作802中，如圖8B所示，第三襯底106設(shè)置在第一襯底101上方。操作802類似于圖6B中的操作602。在操作803中，如圖8C所示，形成插塞107。操作803類似于圖6C中的操作603。在操作804中，如圖8D所示，設(shè)置第二襯底108。操作804類似于圖6D中的操作604。在操作805中，如圖8E所示，在第一襯底101內(nèi)形成通孔109。操作805類似于圖6E中的操作605。在操作806中，如圖8F所示，在第一襯底101上方形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110。操作806類似于圖6F中的操作606。

在操作807中，如圖8G所示，在第一襯底101或部分互連結(jié)構(gòu)110a上方形成UBM焊盤。在一些實(shí)施例中，UBM焊盤111a與互連結(jié)構(gòu)110a的部分和通孔109的部分電連接。在一些實(shí)施例中，通過(guò)蝕刻或其他合適的操作去除部分第二隔離層110c，并且通過(guò)電鍍、濺射或其他合適的操作設(shè)置導(dǎo)電材料來(lái)形成UBM焊盤111a。在一些實(shí)施例中，通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作圖案化導(dǎo)電材料形成UBM焊盤111a。

在操作808中，如圖8H所示，導(dǎo)電凸塊111b設(shè)置在UBM焊盤111a上方。在一些實(shí)施例中，操作808類似于如圖7H所示的操作708。在一些實(shí)施例中，如圖8H所示形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)400具有與以上描述的以及圖4中示出的類似的配置。

在一些實(shí)施例中，通過(guò)方法900形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100。方法900包括一系列操作和描述并且該說(shuō)明不旨在限制操作的順序。圖9是制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的方法900的實(shí)施例。方法900包括一系列操作(901、902、903、904和905)。

在操作901中，如圖9A所示，接收或提供第一襯底101。在一些實(shí)施例中，第一襯底101可以包括設(shè)置在第一襯底101的上方或中的若干電路和諸如晶體管等的一個(gè)或多個(gè)有源元件。在一些實(shí)施例中，設(shè)置在第一襯底101上方或中的第一襯底101包括諸如CMOS組件、ASIC組件等的組件。在一些實(shí)施例中，第一襯底101包括諸如硅或其他合適的材料的半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，第一襯底101是硅襯底或硅晶圓。在一些實(shí)施例中，第一襯底101是CMOS襯底。

在操作902中，如圖9B所示，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，諸如運(yùn)動(dòng)感測(cè)器件的第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a配置為用于感測(cè)運(yùn)動(dòng)。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a是陀螺儀、加速度計(jì)、一個(gè)或多個(gè)軸陀螺儀、一個(gè)或多個(gè)軸加速度計(jì)或一個(gè)或多個(gè)軸運(yùn)動(dòng)感測(cè)器件。

在操作903中，如圖9C所示，第二襯底108設(shè)置在第一襯底102和第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a上方。在一些實(shí)施例中，第二襯底108垂直堆疊在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，第二襯底108是用于覆蓋第一襯底101的蓋襯底或蓋晶圓。在一些實(shí)施例中，第二襯底108包括硅或其他合適的材料。在一些實(shí)施例中，第二襯底108通過(guò)共晶接合操作或其他合適的操作接合在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，接合焊盤108b設(shè)置在第二襯底108上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)大于約300℃的高溫下的共晶接合操作通過(guò)接合焊盤108b將第二襯底108接合在第一襯底101上方。

在一些實(shí)施例中，通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作去除第一襯底101或第二襯底108的部分形成腔105。腔105設(shè)置在第一襯底101和第二襯底108之間。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a由腔105圍繞在腔105內(nèi)是可移動(dòng)的。

在操作904中，如圖9D所示，形成通孔109。在一些實(shí)施例中，通孔109延伸穿過(guò)第二襯底108。在一些實(shí)施例中，通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作去除部分第二襯底108以形成第二凹槽109b，并且通過(guò)沉積、電鍍或其他合適的操作在第二凹槽109b內(nèi)填充導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料來(lái)形成通孔109。在一些實(shí)施例中，由諸如銅的金屬填充第二凹槽109b以形成為銅柱的通孔109。在一些實(shí)施例中，由諸如硅、多晶硅等的半導(dǎo)體材料填充第二凹槽109b以形成為硅柱的通孔109。在一些實(shí)施例中，通孔109設(shè)置在接合焊盤108b上方并且與接合焊盤108b電連接。在一些實(shí)施例中，在形成第二凹槽109b之后，第一隔離層109a設(shè)置在第二襯底108上方和第二凹槽109b的側(cè)壁上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)CVD操作或其他合適的操作設(shè)置第一隔離層109a。在一些實(shí)施例中，通孔109由第一隔離層109a圍繞。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a設(shè)置在通孔109和第二襯底108之間。

在操作905中，如圖9E所示，在第二襯底108上方形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110配置為用于感測(cè)或探測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110是磁場(chǎng)傳感器、磁傳感器、一個(gè)或多個(gè)軸磁傳感器、磁強(qiáng)計(jì)、地磁傳感器等。

在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a形成和設(shè)置在第二襯底108上方并且與通孔109電連接。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a被圖案化并且形成在第一隔離層109a或第二襯底108上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在第二襯底108上方設(shè)置導(dǎo)電材料并且之后圖案化導(dǎo)電材料以變成互連結(jié)構(gòu)110a來(lái)形成互連結(jié)構(gòu)110a。通過(guò)電鍍、濺射或其他合適的操作設(shè)置導(dǎo)電材料。通過(guò)光刻、蝕刻或其他合適的操作圖案化導(dǎo)電材料。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a與通孔109電連接。

在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b形成和設(shè)置在第二襯底108上方。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b配置為用于感測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b是磁感測(cè)材料。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b通過(guò)沉積、光刻、蝕刻或其他合適的操作設(shè)置在第二襯底108上方和部分互連結(jié)構(gòu)110a上方。

在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c設(shè)置在第二襯底108上方并且覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c配置為保護(hù)互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，通過(guò)CVD或其他合適的操作形成第二隔離層110c。

在一些實(shí)施例中，如圖9E所示形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100具有與以上描述的以及圖1A中示出的類似的配置。第一襯底101和第二襯底108彼此垂直堆疊，并且因此最小化半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)100的幾何尺寸或形狀因子。此外，由于在高溫下將第二襯底108接合在第一襯底101之后才形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110，因此在高溫下的接合操作期間，較易受加熱或高溫劣化的感測(cè)材料110b將不會(huì)被影響或損壞。

在一些實(shí)施例中，通過(guò)方法1000形成半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200’。方法1000包括一系列操作和描述并且該說(shuō)明不旨在限制操作的順序。圖10是制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200’的方法1000的實(shí)施例。方法1000包括一系列操作(1001、1002、1003、1004和1005)。

在操作1001中，如圖10A所示，接收或提供第一襯底101。操作1001類似于圖9A中的操作901。在操作1002中，如圖10B所示，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)106a設(shè)置在第一襯底101上方。操作1002類似于圖9B中的操作902。在操作1003中，如圖10C所示，設(shè)置第二襯底108。操作1003類似于圖9C中的操作903。

在操作1004中，如圖10D所示，形成通孔109。在一些實(shí)施例中，通孔109穿過(guò)第一襯底101延伸。在一些實(shí)施例中，通過(guò)光刻和蝕刻操作或其他合適的操作去除部分第一襯底101以形成凹槽109b，并且通過(guò)沉積、電鍍或其他合適的操作在凹槽109b內(nèi)填充導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料來(lái)形成通孔109。在一些實(shí)施例中，由諸如銅的金屬填充凹槽109b以形成為銅柱的通孔109。在一些實(shí)施例中，由諸如硅、多晶硅等的半導(dǎo)體材料填充凹槽109b以形成為硅柱的通孔109。在一些實(shí)施例中，通孔109設(shè)置在第一襯底101中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)上方并且與第一襯底101中的導(dǎo)電結(jié)構(gòu)電連接。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a設(shè)置在第一襯底101上方和凹槽109b的側(cè)壁上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)CVD操作或其他合適的操作設(shè)置第一隔離層109a。在一些實(shí)施例中，通孔109由第一隔離層109a圍繞。在一些實(shí)施例中，第一隔離層109a設(shè)置在通孔109和第一襯底101之間。

在操作1005中，如圖10E所示，在第一襯底101上方形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110配置為用于感測(cè)或探測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，第二感測(cè)結(jié)構(gòu)110是磁場(chǎng)傳感器、磁傳感器、三個(gè)或多個(gè)軸磁傳感器、磁強(qiáng)計(jì)、地磁傳感器等。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a形成和設(shè)置在第一襯底101上方并且與通孔109電連接。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a被圖案化并且形成在第一隔離層109a或第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，通過(guò)在第一襯底101上方設(shè)置導(dǎo)電材料并且之后圖案化導(dǎo)電材料以變成互連結(jié)構(gòu)110a來(lái)形成互連結(jié)構(gòu)110a。通過(guò)電鍍、濺射或其他合適的操作設(shè)置導(dǎo)電材料。通過(guò)光刻、蝕刻或其他合適的操作圖案化導(dǎo)電材料。在一些實(shí)施例中，互連結(jié)構(gòu)110a與通孔109電連接。

在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b形成和設(shè)置在第一襯底101上方。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b配置為用于感測(cè)磁場(chǎng)。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b是磁感測(cè)材料。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料110b通過(guò)沉積、光刻、蝕刻或其他合適的操作設(shè)置在第一襯底101和部分互連結(jié)構(gòu)110a上方。

在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c設(shè)置在第一襯底101上方并且覆蓋互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，第二隔離層110c配置為保護(hù)互連結(jié)構(gòu)110a和感測(cè)材料110b。在一些實(shí)施例中，通過(guò)CVD或其他合適的操作形成第二隔離層110c。在一些實(shí)施例中，如圖10E所示形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)200具有與以上描述的以及圖2中示出的類似的配置。

本發(fā)明涉及包括集成在襯底上的多個(gè)器件的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括襯底和設(shè)置在襯底上方并且通過(guò)若干導(dǎo)電通孔集成的一個(gè)或多個(gè)器件。通過(guò)導(dǎo)電通孔集成的器件允許器件彼此堆疊以減小半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的幾何尺寸。此外，在完成諸如晶圓接合操作的高溫工藝之后，可以制造磁感測(cè)結(jié)構(gòu)。因此，磁感測(cè)結(jié)構(gòu)將不會(huì)受到高溫的損壞或影響。

在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一襯底、第二襯底、位于第一襯底上方并且位于第一襯底和第二襯底之間的第一感測(cè)結(jié)構(gòu)、延伸穿過(guò)第二襯底的通孔以及位于第二襯底上方的第二感測(cè)結(jié)構(gòu)，并且第二感測(cè)結(jié)構(gòu)包括與通孔電連接的互連結(jié)構(gòu)和至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)的感測(cè)材料。

在一些實(shí)施例中，通孔包括導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料。在一些實(shí)施例中，通孔將互連結(jié)構(gòu)與設(shè)置在第二襯底上方并且與互連結(jié)構(gòu)相對(duì)的接合焊盤電連接。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于第一襯底上方的第一接合焊盤以及位于通孔和第二襯底上方的第二接合焊盤，其中，通過(guò)共晶接合第一接合焊盤和第二接合焊盤來(lái)將第二襯底接合在第一襯底上方。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于第二襯底上方以及第二襯底和通孔之間的第一隔離層。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于第二襯底上方并且覆蓋互連結(jié)構(gòu)和感測(cè)材料的第二隔離層。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)在由第一襯底和第二襯底限定的腔內(nèi)是可移動(dòng)的。在一些實(shí)施例中，第一感測(cè)結(jié)構(gòu)是加速度計(jì)、陀螺儀或運(yùn)動(dòng)感測(cè)器件。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料是用于感測(cè)磁場(chǎng)的磁感測(cè)材料，并且互連結(jié)構(gòu)是根據(jù)感測(cè)材料感測(cè)的磁場(chǎng)傳送電信號(hào)的磁感測(cè)電極。在一些實(shí)施例中，感測(cè)材料包括各向異性磁阻(AMR)材料、巨磁阻(GMR)材料或隧道磁阻(TMR)材料。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于部分互連結(jié)構(gòu)上方并且與通孔電連接的UBM焊盤，以及位于UBM焊盤上方的導(dǎo)電凸塊。

在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括第一襯底(包括第一表面和與第一表面相對(duì)的第二表面)、位于第一襯底的第一表面上方的第二襯底、位于第一襯底的第一表面上方并且位于第一襯底和第二襯底之間的第一感測(cè)結(jié)構(gòu)、穿過(guò)第一襯底的通孔以及位于第一襯底的第二表面上方的第二感測(cè)結(jié)構(gòu)，并且第二感測(cè)結(jié)構(gòu)包括與通孔電連接的互連結(jié)構(gòu)和至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)的感測(cè)材料。

在一些實(shí)施例中，通孔從第一襯底的第二表面延伸至第一襯底的第一表面。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于第一襯底上方以及位于第一襯底和通孔之間的第一隔離層。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于第一襯底上方并且覆蓋互連結(jié)構(gòu)和感測(cè)材料的第二隔離層。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)還包括位于第一襯底和第二襯底之間的并且圍繞第一感測(cè)結(jié)構(gòu)的腔，其中，該腔是在真空中或處于低于約1大氣壓(atm)的氣體壓力下。

在一些實(shí)施例中，一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法包括：接收第一襯底，設(shè)置第一感測(cè)結(jié)構(gòu)，在第一襯底和第一感測(cè)結(jié)構(gòu)上方設(shè)置第二襯底，形成延伸穿過(guò)第二襯底的通孔，形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)，該第二感測(cè)結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在第二襯底上方并且與通孔電連接的互連結(jié)構(gòu)以及至少部分地覆蓋互連結(jié)構(gòu)的感測(cè)材料。

在一些實(shí)施例中，形成通孔包括去除部分第二襯底以形成凹槽并且用導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料填充凹槽。在一些實(shí)施例中，設(shè)置第二襯底包括通過(guò)共晶接合操作將第二襯底接合在第一襯底上方。在一些實(shí)施例中，該方法還包括在第二襯底上方以及第二襯底和通孔之間設(shè)置第一隔離層，設(shè)置覆蓋互連結(jié)構(gòu)和感測(cè)材料的第二隔離層，形成設(shè)置在第一襯底和第二襯底之間并且圍繞第一感測(cè)結(jié)構(gòu)的腔。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：第一襯底；第二襯底；第一感測(cè)結(jié)構(gòu)，位于所述第一襯底上方，并且位于所述第一襯底和所述第二襯底之間；通孔，延伸穿過(guò)所述第二襯底；以及第二感測(cè)結(jié)構(gòu)，位于所述第二襯底上方，并且所述第二感測(cè)結(jié)構(gòu)包括與所述通孔電連接的互連結(jié)構(gòu)以及至少部分地覆蓋所述互連結(jié)構(gòu)的感測(cè)材料。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述通孔包括導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述通孔將所述互連結(jié)構(gòu)與設(shè)置在所述第二襯底上方并且與所述互連結(jié)構(gòu)相對(duì)的接合焊盤電連接。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括位于所述第一襯底上方的第一接合焊盤和位于所述通孔和所述第二襯底上方的第二接合焊盤，其中，通過(guò)共晶接合所述第一接合焊盤與所述第二接合焊盤來(lái)將所述第二襯底接合在所述第一襯底上方。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括位于所述第二襯底上方以及位于所述第二襯底和所述通孔之間的第一隔離層。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括位于所述第二襯底上方并且覆蓋所述互連結(jié)構(gòu)和所述感測(cè)材料的第二隔離層。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第一感測(cè)結(jié)構(gòu)在由所述第一襯底和所述第二襯底限定的腔內(nèi)是可移動(dòng)的。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述第一感測(cè)結(jié)構(gòu)是加速度計(jì)、陀螺儀或運(yùn)動(dòng)感測(cè)器件。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述感測(cè)材料是用于感測(cè)磁場(chǎng)的磁感測(cè)材料，并且所述互連結(jié)構(gòu)是根據(jù)所述感測(cè)材料感測(cè)到的所述磁場(chǎng)來(lái)傳送電信號(hào)的磁感測(cè)電極。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述感測(cè)材料包括各向異性磁阻(AMR)材料、巨磁阻(GMR)材料或隧道磁阻(TMR)材料。

在半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括UBM焊盤和位于所述UBM焊盤上方的導(dǎo)電凸塊，所述UBM焊盤位于所述互連結(jié)構(gòu)的部分上方并且與所述通孔電連接。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括：第一襯底，包括第一表面和與所述第一表面相對(duì)的第二表面；第二襯底，位于所述第一襯底的所述第一表面上方；第一感測(cè)結(jié)構(gòu)，位于所述第一襯底的所述第一表面上方，并且位于所述第一襯底和所述第二襯底之間；通孔，穿過(guò)所述第一襯底；以及第二感測(cè)結(jié)構(gòu)，位于所述第一襯底的所述第二表面上方，并且所述第二感測(cè)結(jié)構(gòu)包括與所述通孔電連接的互連結(jié)構(gòu)以及至少部分地覆蓋所述互連結(jié)構(gòu)的感測(cè)材料。

在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，所述通孔從所述第一襯底的所述第二表面延伸至所述第一襯底的所述第一表面。

在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括位于所述第一襯底上方以及位于所述第一襯底和所述通孔之間的第一隔離層。

在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括位于所述第一襯底上方并且覆蓋所述互連結(jié)構(gòu)和所述感測(cè)材料的第二隔離層。

在上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中，還包括位于所述第一襯底和所述第二襯底之間并且圍繞所述第一感測(cè)結(jié)構(gòu)的腔，其中，所述腔在真空中或者處于低于約1大氣壓(atm)的氣體壓力下。

根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施例，還提供了一種制造半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的方法，包括：接收第一襯底；設(shè)置第一感測(cè)結(jié)構(gòu)；在所述第一襯底和所述第一感測(cè)結(jié)構(gòu)上方設(shè)置第二襯底；形成延伸穿過(guò)所述第二襯底的通孔；以及形成第二感測(cè)結(jié)構(gòu)，所述第二感測(cè)結(jié)構(gòu)包括設(shè)置在所述第二襯底上方并且與所述通孔電連接的互連結(jié)構(gòu)以及至少部分地覆蓋所述互連結(jié)構(gòu)的感測(cè)材料。

在上述方法中，形成所述通孔包括去除所述第二襯底的部分以形成凹槽以及用導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料填充所述凹槽。

在上述方法中，設(shè)置所述第二襯底包括通過(guò)共晶接合操作將所述第二襯底接合在所述第一襯底上方。

在上述方法中，還包括：在所述第二襯底上方以及所述第二襯底和所述通孔之間設(shè)置第一隔離層；設(shè)置覆蓋所述互連結(jié)構(gòu)和所述感測(cè)材料的第二隔離層；形成設(shè)置在所述第一襯底和所述第二襯底之間并且圍繞所述第一感測(cè)結(jié)構(gòu)的腔。