3dic互連器件及其形成方法
【專利說(shuō)明】3D1C互連器件及其形成方法
[0001] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002] 本申請(qǐng)要求于2014年5月29日提交的標(biāo)題為"ThroughOxideViasandMethods ofFormingSame"的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)第62/004, 794號(hào)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參 考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本發(fā)明涉及3DIC互連器件及其形成方法。
【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）的集成密度的持續(xù) 改進(jìn)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了快速發(fā)展。在大多數(shù)情況下，這種集成密度的改進(jìn)源自最小部 件尺寸的不斷降低（例如，將半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)向著亞20nm節(jié)點(diǎn)縮?。@允許更多的組件被 集成在給定的區(qū)域內(nèi)。隨著近來(lái)對(duì)微型化、更高速度和更大帶寬以及更低功耗和延遲的需 求的增長(zhǎng)，對(duì)半導(dǎo)體管芯的更小和更具創(chuàng)造性的封裝技術(shù)的需求也已增長(zhǎng)。
[0005] 隨著半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，堆疊的半導(dǎo)體器件（例如，3D集成電路（3DIC))已 經(jīng)作為有效替代出現(xiàn)以進(jìn)一步降低半導(dǎo)體器件的物理尺寸。在堆疊的半導(dǎo)體器件中，在不 同的半導(dǎo)體晶圓上制造諸如邏輯電路、存儲(chǔ)器電路、處理器電路等的有源電路。兩個(gè)或多個(gè) 半導(dǎo)體晶圓可以堆疊在彼此的頂部上以進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器件的形狀因數(shù)。
[0006] 兩個(gè)半導(dǎo)體晶圓可以通過(guò)合適的接合技術(shù)接合在一起。常用的接合技術(shù)包括直接 接合、化學(xué)活化接合、等離子體活化接合、陽(yáng)極接合、共晶接合、玻璃熔融接合、粘合接合、熱 壓接合、反應(yīng)接合等。可以在堆疊的半導(dǎo)體晶圓之間提供電連接。堆疊的半導(dǎo)體器件可以 提供更高的密度和更小的形狀因數(shù)并且允許增加的性能和較低的功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器 件，包括：第一襯底，具有第一側(cè)和與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)；第一垂直堆疊的互連件， 形成在所述第一襯底的所述第一側(cè)上的相應(yīng)的第一介電層內(nèi)；第二襯底，具有第三側(cè)和與 所述第三側(cè)相對(duì)的第四側(cè)，所述第一襯底的所述第一側(cè)面對(duì)所述第二襯底的所述第三側(cè)； 第二互連件，形成在所述第二襯底的所述第三側(cè)上的相應(yīng)的第二介電層內(nèi)；以及導(dǎo)電插塞， 從所述第一襯底的所述第二側(cè)延伸至所述第二互連件的第一導(dǎo)電部件，所述導(dǎo)電插塞延伸 穿過(guò)所述第一垂直堆疊的互連件的至少兩個(gè)導(dǎo)電部件。
[0008] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述第一垂直堆疊的互連件形成圍繞所述導(dǎo)電插塞的密封 環(huán)。
[0009] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述第一介電層的部分插入在所述導(dǎo)電插塞和所述密封環(huán) 之間。
[0010] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述第一垂直堆疊的互連件包括導(dǎo)線。
[0011] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述第一垂直堆疊的互連件還包括導(dǎo)電通孔。
[0012] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述第一垂直堆疊的互連件具有環(huán)形形狀。
[0013] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電插塞包括從所述第二互連件的第一導(dǎo)電部件延伸 至所述第一垂直堆疊的互連件的第一部分，以及延伸穿過(guò)所述第一垂直堆疊的互連件的至 少兩個(gè)導(dǎo)電部件的第二部分，所述第二部分的寬度大于所述第一部分的寬度。
[0014] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電插塞還包括延伸穿過(guò)所述第一襯底的第三部分， 所述第三部分的寬度大于所述第二部分的寬度。
[0015] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括：第一工件，具有第一側(cè) 和與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)，所述第一工件包括形成在所述第一側(cè)上的第一介電層，所 述第一介電層具有形成在第一介電層中的第一互連件和第二互連件，其中，所述第一互連 件和所述第二互連件均具有環(huán)形形狀；第二工件，接合至所述第一工件，所述第二工件包括 形成在所述第二工件的第三側(cè)上的第二介電層，所述第二介電層具有形成在所述第二介電 層中的第三互連件，其中，所述第一工件的所述第一側(cè)面對(duì)所述第二工件的所述第三側(cè)；以 及導(dǎo)電插塞，從所述第一工件的所述第二側(cè)延伸至所述第三互連件，所述導(dǎo)電插塞包括：第 一部分，從所述第三互連件延伸至所述第二互連件；和第二部分，從所述第二互連件延伸至 所述第一互連件，其中，所述第二部分的寬度大于所述第一部分的寬度。
[0016] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電插塞還包括第三部分，所述第三部分延伸穿過(guò)所 述第一工件的第一襯底，所述第三部分的寬度大于所述第二部分的寬度。
[0017] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述第一互連件和所述第二互連件是密封環(huán)的部分，所述 密封環(huán)圍繞所述導(dǎo)電插塞的所述第二部分。
[0018] 在上述半導(dǎo)體器件中，插入在所述密封環(huán)和所述導(dǎo)電插塞之間的所述第一介電層 的部分不含導(dǎo)電部件。
[0019] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述密封環(huán)電連接至所述導(dǎo)電插塞。
[0020] 在上述半導(dǎo)體器件中，所述導(dǎo)電插塞延伸穿過(guò)所述第一工件中的淺溝槽隔離 (STI)區(qū)。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種形成半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括：提 供具有第一側(cè)和與所述第一側(cè)相對(duì)的第二側(cè)的第一工件，所述第一工件具有形成在所述第 一側(cè)上的第一介電層中的第一垂直堆疊的互連件；提供第二工件，所述第二工件具有形成 在所述第二工件的第三側(cè)上的第二介電層中的第二互連件；將所述第一工件接合至所述第 二工件，從而使得所述第一工件的所述第一側(cè)面對(duì)所述第二工件的所述第三側(cè)；在所述第 一工件的所述第二側(cè)上形成開口，所述開口延伸穿過(guò)所述第一垂直堆疊的互連件的至少兩 個(gè)互連件，所述開口暴露至少部分所述第二互連件；以及用導(dǎo)電材料填充所述開口。
[0022] 在上述方法中，還包括：在將所述第一工件接合至所述第二工件之前，在所述第一 工件的所述第一側(cè)上形成第一接合層以及在所述第二工件的所述第三側(cè)上形成第二接合 層。
[0023] 在上述方法中，所述開口具有從所述第二互連件延伸至所述第一垂直堆疊的互連 件的第一部分，以及延伸穿過(guò)所述第一垂直堆疊的互連件的至少兩個(gè)互連件的第二部分， 所述第一部分的寬度小于所述第二部分的寬度。
[0024] 在上述方法中，所述第一垂直堆疊的互連件形成密封環(huán)，所述密封環(huán)具有環(huán)形形 狀，所述密封環(huán)封閉所述導(dǎo)電材料。
[0025] 在上述方法中，所述密封環(huán)包括導(dǎo)線。
[0026] 在上述方法中，所述密封環(huán)還包括導(dǎo)電通孔。
【附圖說(shuō)明】
[0027]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以最佳地理解本發(fā)明的各方面。 應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，對(duì)各種部件沒有按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚地 討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或縮小。
[0028] 圖1A至圖1D是根據(jù)一些實(shí)施例的兩個(gè)接合的工件之間的互連結(jié)構(gòu)的制造期間的 各個(gè)處理步驟的截面圖。
[0029] 圖1E示出了根據(jù)一些實(shí)施例的導(dǎo)線的各個(gè)頂視圖。
[0030] 圖2至圖3H是根據(jù)一些實(shí)施例的兩個(gè)接合的工件之間的互連結(jié)構(gòu)的截面圖。
[0031] 圖4是根據(jù)一些實(shí)施例的示出在兩個(gè)接合的工件之間形成互連結(jié)構(gòu)的方法的流 程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 應(yīng)當(dāng)理解，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許多不同 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。例如，在第二部件上方或者之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部 件以直接接觸的方式形成的實(shí)施例，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)施例。此外，本發(fā)明可以在各 個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和字符。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，并且其本身并不表示 所論述的各個(gè)實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。
[0033] 另外，為便于描述，本文中可以使用諸如"在…之下"、"在…下方"、"下"、"在…之 上"、"上"等的空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)，以描述如圖中所示的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)（另一些）元 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），并且因此可以對(duì)本文 中使用的空間相對(duì)描述符同樣作相應(yīng)的解釋。
[0034] 將在具體環(huán)境中結(jié)合實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，S卩，用于形成用于堆疊的半導(dǎo)體器件 的互連結(jié)構(gòu)的方法。然而，其他實(shí)施例可以應(yīng)用于不同的半導(dǎo)體器件。在下文中，將參考附 圖詳細(xì)解釋各個(gè)實(shí)施例。
[0035] 圖1A至圖1D示出了根據(jù)第一實(shí)施例的在兩個(gè)接合的工件之間形成互連結(jié)構(gòu)的各 個(gè)中間步驟。首先參考圖1A，根據(jù)各個(gè)實(shí)施例示出了接合工藝之前的第一工件100和第二 工件200。在實(shí)施例中，第二工件200與第一工件100具有相似的部件，并且用于以下討論 的目的，具有形式"2xx"的參考標(biāo)號(hào)的第二工件200的部件類似于具有形式"lxx"的參考標(biāo) 號(hào)的第一工件100的部件。第一工件100和第二工件200的各個(gè)元件將被分別被稱為"第 一〈元件>lxx"和"第二〈元件>2xx"。
[0036] 在實(shí)施例中，第一工件100包括第一襯底102。第一襯底102可以由硅形成，但也 可由其他的III族、IV族和/或V族元素形成，諸如娃、鍺、鎵