一種半導(dǎo)體器件及其制作方法和電子裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體器件及其制作方法和電子裝置，所述半導(dǎo)體器件包括：第一基板，所述第一基板包括第一金屬互連結(jié)構(gòu)和第一鍵合層；第二基板，所述第二基板包括第二金屬互連結(jié)構(gòu)、保護層，及位于第二金屬互連結(jié)構(gòu)一側(cè)的硅通孔，還包括位于所述硅通孔側(cè)壁和底部的絕緣層、所述絕緣層上的擴散阻擋層、位于所述擴散阻擋層表面的金屬互連層、以及位于所述第二基板正面的保護層上的第二鍵合層，其中，所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層的總厚度小于所述硅通孔的半徑；所述第二基板正面的第二鍵合層表面與所述第一基板的第一鍵合層表面相鍵合，并在所述硅通孔內(nèi)形成有空隙。本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，散熱性能好，并保證了硅通孔的導(dǎo)電性能。
【專利說明】
一種半導(dǎo)體器件及其制作方法和電子裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種半導(dǎo)體器件及其制作方法和電子
目.0
【背景技術(shù)】
[0002]為適應(yīng)集成電路高密度小型化的要求，芯片堆疊技術(shù)已經(jīng)成為集成電路發(fā)展的趨勢。用3D封裝技術(shù)制造的元器件，高的組裝密度在使得器件的功率密度提高的同時，必然會引起封裝單位體積容納的熱量增加。一般情況下，由焦耳熱引起的高溫往往會大大降低集成電路器件的性能/可靠性。器件的工作溫度升高，失效率也會增加。不合理的熱設(shè)計將會誘發(fā)一系列的可靠性問題，如出現(xiàn)局部過熱，溫度分布不均等。因此，采用3D封裝技術(shù)制造元器件，就必須認(rèn)真考慮封裝體的散熱問題。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)公開了一種用于3-D封裝的空氣通道互連結(jié)構(gòu)，提出了一種在芯片堆疊結(jié)構(gòu)中增加空氣通道互連結(jié)構(gòu)的方法，來將封裝體中的熱量從芯片內(nèi)部移除。然而這種方法存在的缺點是空氣通道不導(dǎo)電，會顯著降低互連結(jié)構(gòu)的RC延遲性能。
[0004]因此，有必要提出一種新的結(jié)構(gòu)及制作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)的不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在
【發(fā)明內(nèi)容】
部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在【具體實施方式】部分中進一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的
【發(fā)明內(nèi)容】
部分并不意味著要試圖限定出所要求保護的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護的技術(shù)方案的保護范圍。
[0006]為了克服目前存在的問題，本發(fā)明一個實施例中提供一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括:
[0007]第一基板，位于所述第一基板表面的第一金屬互連結(jié)構(gòu)，位于所述第一基板表面的第一鍵合層，且所述第一鍵合層暴露出部分所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)；
[0008]第二基板，所述第二基板包括位于所述第二基板的正面的第二金屬互連結(jié)構(gòu)，位于所述第二基板正面的保護層，且所述保護層暴露部分所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)，位于所述第二基板正面，且位于第二金屬互連結(jié)構(gòu)一側(cè)的硅通孔，還包括位于所述硅通孔側(cè)壁和底部的絕緣層，以及
[0009]位于所述暴露出的第二金屬互連結(jié)構(gòu)、部分所述第二基板的正面和所述絕緣層上的擴散阻擋層，位于所述擴散阻擋層表面的金屬互連層，以及位于所述第二基板正面的保護層上的第二鍵合層，所述第二鍵合層暴露位于所述第二基板表面上的金屬互連層，其中，所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層的總厚度小于所述硅通孔的半徑；
[0010]所述第二基板正面的第二鍵合層表面與所述第一基板的第一鍵合層表面相鍵合，所述硅通孔與暴露出的所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，所述金屬互連層分別與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)和第二金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接，并在所述硅通孔內(nèi)形成有空隙。
[0011]進一步，所述金屬互連層的材料為鎢或鋁或銅。
[0012]進一步，所述第一基板內(nèi)形成有第一半導(dǎo)體器件，所述第一半導(dǎo)體器件與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。
[0013]進一步，所述第二基板內(nèi)形成有第二半導(dǎo)體器件，所述第二半導(dǎo)體器件與所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。
[0014]進一步，所述第二鍵合層還覆蓋所述硅通孔內(nèi)的金屬互連層。
[0015]進一步，所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層和所述硅通孔內(nèi)的第二鍵合層的總厚度小于所述硅通孔的半徑。
[0016]進一步，所述硅通孔內(nèi)的第二鍵合層、金屬互連層、擴散阻擋層和絕緣層的總厚度小于2 μ m0
[0017]進一步，所述娃通孔的直徑范圍為5?15 μπι。
[0018]本發(fā)明另一實施例中提供一種半導(dǎo)體器件的制作方法，包括:
[0019]提供第一基板和第二基板，其中，
[0020]在所述第一基板部分表面上形成有第一金屬互連結(jié)構(gòu)，以及形成在所述第一基板表面的第一鍵合層，且所述第一鍵合層暴露出部分所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)，以及
[0021]在所述第二基板正面形成有第二金屬互連結(jié)構(gòu)，以及覆蓋所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)的保護層；
[0022]對所述保護層和部分第二基板的正面進行刻蝕形成硅通孔；
[0023]在所述硅通孔的側(cè)壁和底部形成絕緣層；
[0024]減薄所述保護層，直到暴露部分所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)表面；
[0025]在所述絕緣層、部分所述保護層和暴露出的第二金屬互連結(jié)構(gòu)表面形成擴散阻擋層；
[0026]在所述擴散阻擋層表面上形成金屬互連層，其中所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層的總厚度小于所述硅通孔的半徑；
[0027]在所述保護層表面上形成第二鍵合層，所述第二鍵合層的頂面與所述金屬互連層的頂面齊平；
[0028]將所述第二基板上的第二鍵合層與所述第一基板的第一鍵合層進行鍵合，并使所述暴露的金屬互連層的表面與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)對應(yīng)，在所述硅通孔內(nèi)形成空隙。
[0029]進一步，所述第二鍵合層還覆蓋所述硅通孔內(nèi)的金屬互連層，其中，所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層和所述硅通孔內(nèi)的第二鍵合層的總厚度小于所述硅通孔的半徑。
[0030]進一步，采用深反應(yīng)離子刻蝕工藝或博世工藝形成所述硅通孔。
[0031]進一步，形成所述第二鍵合層的方法包括以下步驟:
[0032]在所述金屬互連層和所述暴露的保護層的表面上沉積形成第二鍵合材料層；
[0033]執(zhí)行化學(xué)機械研磨步驟，直到暴露部分所述金屬互連層的表面。
[0034]進一步，所述第一鍵合層和所述第二鍵合層的材料為氧化硅。
[0035]進一步，所述鍵合工藝為氧化娃恪融鍵合。
[0036]進一步，所述金屬互連層的形成工藝包括濺射、等離子體物理氣相沉積、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積或原子層沉積。
[0037]進一步，所述第一基板內(nèi)形成有第一半導(dǎo)體器件，所述第一半導(dǎo)體器件與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接；所述第二基板內(nèi)形成有第二半導(dǎo)體器件，所述第二半導(dǎo)體器件與所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。
[0038]進一步，減薄所述保護層的方法為化學(xué)機械研磨或刻蝕方法。
[0039]本發(fā)明實施例三提供一種電子裝置，包括前述的半導(dǎo)體器件。
[0040]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的制作方法，在兩個鍵合的基板之間形成具有空隙的硅通孔，該空隙可以利用空氣將器件中半導(dǎo)體襯底內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳遞出去，提升了器件的散熱性能，同時硅通孔還可將鍵合的基板的金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接，保證其導(dǎo)電性能。
【附圖說明】
[0041]本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。
[0042]附圖中:
[0043]圖1A-圖1I示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制作方法依次實施所獲得器件的剖面示意圖；
[0044]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制作方法依次實施的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0045]在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個或多個這些細(xì)節(jié)而得以實施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進行描述。
[0046]應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實施例。相反地，提供這些實施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。
[0047]應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在…上”、“與…相鄰”、“連接至IJ”或“耦合至IJ”其它元件或?qū)訒r，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)印Ｏ喾?，?dāng)元件被稱為“直接在…上”、“與…直接相鄰”、“直接連接至IJ”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。
[0048]空間關(guān)系術(shù)語例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向為在其它元件或特征“上”。因此，示例性術(shù)語“在…下面”和“在…下”可包括上和下兩個取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。
[0049]在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時，單數(shù)形式的“一”、“一個”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說明書中使用時，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項目的任何及所有組合。
[0050]為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)及步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實施方式。
[0051]實施例一
[0052]下面，將參照圖1A-圖1I及圖2對本發(fā)明的半導(dǎo)體器件的制作方法做詳細(xì)描述。
[0053]首先，參考圖1H，提供第一基板10，所述第一基板10內(nèi)具有第一半導(dǎo)體器件101，在所述第一基板10部分表面上形成有第一金屬互連結(jié)構(gòu)104，以及形成在所述第一基板10表面的第一鍵合層103，且所述第一鍵合層103暴露出部分所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)104。
[0054]所述第一基板10包括第一半導(dǎo)體襯底100，位于第一半導(dǎo)體襯底100上的第一半導(dǎo)體器件101，覆蓋所述第一半導(dǎo)體器件101、第一半導(dǎo)體襯底100表面的層間介電層(未示出)，位于所述層間介電層內(nèi)的互連結(jié)構(gòu)102。
[0055]示例性地，所述第一半導(dǎo)體襯底100可以為硅襯底、鍺襯底、絕緣體上硅襯底、玻璃襯底中的一種，本實施例中，所述第一半導(dǎo)體襯底100為硅襯底。所述第一半導(dǎo)體器件101可以為MOS晶體管、二極管、存儲器、電容、電阻、電感中的一種或幾種。本實施例中，以一個MOS晶體管作為第一半導(dǎo)體器件101來對本發(fā)明進行示例性說明。
[0056]所述層間介電層包括一層或多層介質(zhì)層，所述一層或多層介質(zhì)層內(nèi)具有互連結(jié)構(gòu)102，所述互連結(jié)構(gòu)102包括金屬層和位于相鄰金屬層之間的導(dǎo)電插塞，利用所述互連結(jié)構(gòu)102將所述第一半導(dǎo)體器件101與第一金屬互連結(jié)構(gòu)104電學(xué)連接。
[0057]所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)104可以只包括金屬互連層，也可以為金屬互連層與導(dǎo)電插塞的組合。所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)104的材料可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適用的金屬材料，例如銅、鋁、鎢等。本實施例中，所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)104僅包括一層金屬互連層，所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)104與互連結(jié)構(gòu)102電學(xué)連接。
[0058]所述第一鍵合層104的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，所述第一鍵合層104用于保護第一金屬互連結(jié)構(gòu)104免受外界的干擾。在本實施例中，所述第一鍵合層104的材料為氧化硅。用于后續(xù)需要在第一鍵合層104表面與第二基板進行鍵合，當(dāng)采用直接鍵合工藝將所述第一鍵合層104表面與第二基板進行鍵合時，由于第二基板的鍵合面的材料多為氧化硅，因此，可實現(xiàn)氧化硅-氧化硅鍵合，工藝成熟，可以降低成本。
[0059]參考圖1A，提供第二基板20，所述第二基板20內(nèi)形成有第二半導(dǎo)體器件201，在所述第二基板20正面形成有第二金屬互連結(jié)構(gòu)203，所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)203與所述第二半導(dǎo)體器件201電學(xué)連接，在第二基板20正面形成有覆蓋所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)203的保護層。
[0060]進一步地，所述第二基板20還包括第二半導(dǎo)體襯底200，位于第二半導(dǎo)體襯底200表面的第二半導(dǎo)體器件201，覆蓋所述第二半導(dǎo)體器件201、第二半導(dǎo)體襯底200表面的層間介電層202，位于所述層間介電層202內(nèi)的部分第二金屬互連結(jié)構(gòu)203。
[0061]示例性地，所述第二半導(dǎo)體襯底200可以為硅襯底、鍺襯底、絕緣體上硅襯底、玻璃襯底中的一種，本實施例中，所述第二半導(dǎo)體襯底200為硅襯底。所述第二半導(dǎo)體器件201可以為MOS晶體管、二極管、存儲器、電容、電阻、電感中的一種或幾種。本實施例中，以一個MOS晶體管作為第二半導(dǎo)體器件201來對本發(fā)明進行示例性說明。
[0062]所述層間介電層202包括一層或多層介質(zhì)層，所述一層或多層介質(zhì)層內(nèi)具有部分第二金屬互連結(jié)構(gòu)203，所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)203包括金屬層和位于相鄰金屬層之間的導(dǎo)電插塞，利用第二金屬互連結(jié)構(gòu)203將所述第二半導(dǎo)體器件201與之后的硅通孔內(nèi)的金屬互連層電學(xué)連接。
[0063]示例性地，位于所述第二基板正面的部分第二金屬互連結(jié)構(gòu)203可以只包括金屬互連層，也可以為金屬互連層與導(dǎo)電插塞的組合。所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)203的材料可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適用的金屬材料，例如銅、鋁、鎢等。本實施例中，第二金屬互連結(jié)構(gòu)203與之后形成硅通孔中的金屬互連層電學(xué)連接。
[0064]所述保護層204的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，所述保護層204用于保護第二金屬互連結(jié)構(gòu)203免受外界的干擾。在本實施例中，所述保護層204的材料為氧化硅。
[0065]參考圖1B，對所述保護層204和部分第二基板20的正面進行刻蝕形成硅通孔
205。
[0066]在本實施例中，利用深反應(yīng)離子刻蝕(DRIE)工藝對所述保護層204和部分第二基板20進行刻蝕，形成娃通孔205，所述娃通孔205的直徑范圍為5 μ m?15 μ m。所述刻蝕停止于所述第二基板20內(nèi)，并未貫穿整個第二基板20。
[0067]在其他示例中，形成所述硅通孔的工藝還可以為其它任何適合的工藝，例如博世(Bosch)工藝等。
[0068]參考圖1C，在所述硅通孔205的側(cè)壁和底部、以及保護層204表面形成絕緣層
206。
[0069]示例性地，所述絕緣層206的材料為氧化硅，形成所述絕緣層206的方法可以為等離子體增強化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝等，由于上述沉積工藝具有較佳的臺階覆蓋能力，可以在較大深寬比的硅通孔內(nèi)形成絕緣層。
[0070]參考圖1D，減薄所述保護層204，直到暴露部分所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)203表面；[0071 ] 較佳地，減薄所述保護層的方法可以為化學(xué)機械研磨或刻蝕方法。在一個示例中，通過刻蝕工藝，先對位于保護層204表面上的絕緣層206進行刻蝕，在刻蝕所述保護層204，直到暴露部分所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)203的表面。
[0072]在其他示例中，也可采用化學(xué)機械研磨的方法，實現(xiàn)去除位于保護層204上的絕緣層206，和對保護層204進行減薄，直到暴露部分所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)203的表面。
[0073]經(jīng)過上述步驟，還使得只在硅通孔205的側(cè)壁和底部形成有絕緣層206。
[0074]參考圖1E，在所述絕緣層206、所述保護層204和暴露出的第二金屬互連結(jié)構(gòu)204表面形成擴散阻擋層207，在所述擴散阻擋層207表面上形成金屬互連層208，其中所述絕緣層206、擴散阻擋層207、金屬互連層208的總厚度小于所述硅通孔205的半徑。
[0075]擴散阻擋層207可能為一含硅層、一含碳層、一含氮層、一含氫層或一金屬或金屬化合物層。金屬或金屬化合物層的材質(zhì)例如鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、氮化鋯、氮化鈦鋯、鎢、氮化鎢、其合金或其組成物。擴散阻擋層207借由如物理氣相沉積、原子層沉積、旋轉(zhuǎn)涂布(spin-on)沉積或其它適當(dāng)方法的制程所形成。擴散阻擋層207可于介于-40?400°C的溫度與約介于0.1?100毫托(mTorr)的壓力下形成。此外，擴散阻擋層207亦可能包括多個膜層。所述擴散阻擋層207用于防止之后硅通孔中的金屬互連層中的金屬擴散到第二基板20中ο
[0076]金屬互連層208的材料可以為鎢或鋁或銅等金屬材料，可通過低壓化學(xué)氣相沉積(LPCVD)、等離子體輔助化學(xué)氣相沉積(PECVD)、金屬有機化學(xué)氣相沉積(MOCVD)及原子層沉積(ALD)或其它先進的沉積技術(shù)形成。較佳地，金屬互連層208的材料為鎢材料。
[0077]本實施例中，金屬互連層208部分填充所述硅通孔205，以使得所述絕緣層206、擴散阻擋層207、金屬互連層208的總厚度小于所述硅通孔205的半徑，在硅通孔中留有空隙。
[0078]參考圖1F，去除部分?jǐn)U散阻擋層207和金屬互連層208，暴露部分所述保護層204的表面?？刹捎帽绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何方法進行所述去除工藝，例如干法刻蝕或濕法刻蝕等。
[0079]參考圖1G，在所述保護層和所述金屬互連層208的表面上形成第二鍵合層209。
[0080]所述第二鍵合層209的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，位于通孔內(nèi)的所述第二鍵合層209用于保護金屬互連層208免受外界的干擾，同時還可用于之后的鍵合。在本實施例中，所述第二鍵合層209的材料為氧化硅。
[0081]之后，進行化學(xué)機械研磨，直到暴露所述金屬互連層208的表面，以形成平整的第二鍵合層209，暴露的金屬互連層208用于鍵合后與第一金屬互連結(jié)構(gòu)103實現(xiàn)電學(xué)連接。
[0082]控制所述硅通孔205內(nèi)的第二鍵合層209、金屬互連層208、擴散阻擋層207和絕緣層206的總厚度小于硅通孔205的半徑，以使得在通孔205內(nèi)始終保留有空隙。較佳地，控制所述硅通孔內(nèi)的第二鍵合層、金屬互連層、擴散阻擋層和絕緣層的總厚度小于2 μπι。
[0083]參考圖1I，將所述第二基板20上的第二鍵合層209與所述第一基板10的第一鍵合層104進行鍵合，并使所述暴露的金屬互連層208的表面與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)103對應(yīng)，在所述硅通孔內(nèi)形成空隙。
[0084]本實施例中，以所述第一鍵合層104的材料為氧化硅，所述第二鍵合層209的材料為氧化硅，進行鍵合?？蛇x地，所述鍵合工藝為氧化硅熔融鍵合。上述方法僅是示例性地，還可以根據(jù)鍵合方式合理地選擇第一鍵合層和第二鍵合層的材料。
[0085]上述鍵合步驟后，在第一基板10和第二基板20之間的硅通孔內(nèi)形成了空隙，該空隙可以利用空氣將器件中半導(dǎo)體襯底內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳遞出去，同時用于硅通孔表面的金屬互連層208與第一金屬互連結(jié)構(gòu)和第二金屬互連結(jié)構(gòu)均電學(xué)連接，因此還可很好的保證硅通孔的導(dǎo)電性能。
[0086]之后還可利用背部研磨工藝對所述第二基板的背面進行減薄，直到暴露金屬互連層的底面。
[0087]再通過本發(fā)明提出的制作方法，還可依次鍵合多個包含本發(fā)明提出的硅通孔的基板，以實現(xiàn)對多個基板的封裝。利用多個帶有空隙的硅通孔實現(xiàn)對半導(dǎo)體襯底散熱的同時，還可兼顧硅通孔的導(dǎo)電性能。
[0088]綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的制作方法，在兩個鍵合的基板之間形成具有空隙的硅通孔，該空隙可以利用空氣將器件中半導(dǎo)體襯底內(nèi)產(chǎn)生的熱量傳遞出去，提升了器件的散熱性能，同時硅通孔還可將鍵合的基板的金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接，保證其導(dǎo)電性能。
[0089]參照圖2，示出了本發(fā)明一個【具體實施方式】依次實施的步驟的工藝流程圖，用于簡要示出整個制造工藝的流程。
[0090]在步驟201中，提供第一基板和第二基板，在所述第一基板部分表面上形成有第一金屬互連結(jié)構(gòu)，以及形成在所述第一基板表面的第一鍵合層，以及在所述第二基板正面形成有第二金屬互連結(jié)構(gòu)，覆蓋所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)的保護層；
[0091]在步驟202中，對所述保護層和部分第二基板的正面進行刻蝕形成硅通孔；
[0092]在步驟203中，在所述硅通孔的側(cè)壁和底部形成絕緣層；
[0093]在步驟204中，減薄所述保護層，直到暴露部分所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)表面；
[0094]在步驟205中，在所述絕緣層、部分所述保護層和暴露出的第二金屬互連結(jié)構(gòu)表面形成擴散阻擋層；
[0095]在步驟206中，在所述擴散阻擋層表面上形成金屬互連層，其中所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層的總厚度小于所述硅通孔的半徑；
[0096]在步驟207中，在所述保護層表面上形成第二鍵合層，所述第二鍵合層的頂面與所述金屬互連層的頂面齊平；
[0097]在步驟208中，將所述第二基板上的第二鍵合層與所述第一基板的第一鍵合層進行鍵合，并使所述暴露的金屬互連層的表面與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)對應(yīng)，在所述硅通孔內(nèi)形成空隙。
[0098]實施例二
[0099]下面，參考圖1I對本發(fā)明提出的半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)進行詳細(xì)說明。
[0100]參考圖1I，所述半導(dǎo)體器件包括:第一基板10，位于所述第一基板10表面的第一金屬互連結(jié)構(gòu)103，位于所述第一基板10表面的第一鍵合層104，且所述第一鍵合層104暴露出部分所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)103。
[0101]所述第一基板10還包括第一半導(dǎo)體襯底100，位于第一半導(dǎo)體襯底100上的第一半導(dǎo)體器件101，覆蓋所述第一半導(dǎo)體器件101、第一半導(dǎo)體襯底100表面的層間介電層(未示出)，位于所述層間介電層內(nèi)的互連結(jié)構(gòu)102。
[0102]示例性地，所述第一半導(dǎo)體襯底100可以為硅襯底、鍺襯底、絕緣體上硅襯底、玻璃襯底中的一種，本實施例中，所述第一半導(dǎo)體襯底100為硅襯底。所述第一半導(dǎo)體器件101可以為MOS晶體管、二極管、存儲器、電容、電阻、電感中的一種或幾種。本實施例中，以一個MOS晶體管作為第一半導(dǎo)體器件101來對本發(fā)明進行示例性說明。
[0103]所述層間介電層包括一層或多層介質(zhì)層，所述一層或多層介質(zhì)層內(nèi)具有互連結(jié)構(gòu)102，所述互連結(jié)構(gòu)102包括金屬層和位于相鄰金屬層之間的導(dǎo)電插塞，利用所述互連結(jié)構(gòu)102將所述第一半導(dǎo)體器件101與第一金屬互連結(jié)構(gòu)104電學(xué)連接。
[0104]所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)104可以只包括金屬互連層，也可以為金屬互連層與導(dǎo)電插塞的組合。所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)104的材料可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適用的金屬材料，例如銅、鋁、鎢等。本實施例中，所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)104僅包括一層金屬互連層，所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)104與互連結(jié)構(gòu)102電學(xué)連接。
[0105]所述第一鍵合層104的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等，所述第一鍵合層104用于保護第一金屬互連結(jié)構(gòu)104免受外界的干擾。在本實施例中，所述第一鍵合層104的材料為氧化硅。所述第一鍵合層104還作為所述第一基板10與第二基板20鍵合的介質(zhì)。
[0106]所述半導(dǎo)體器件還包括第二基板20，所述第二基板20包括位于所述第二基板20正面的第二金屬互連結(jié)構(gòu)203，位于所述第二基板20正面的保護層204，且所述保護層204暴露部分所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)203，位于所述第二基板20正面，且位于第二金屬互連結(jié)構(gòu)203 —側(cè)的硅通孔205，所述硅通孔的直徑范圍為5?15 μπι。
[0107]進一步地，所述第二基板20還包括第二半導(dǎo)體襯底200，位于第二半導(dǎo)體襯底200表面的第二半導(dǎo)體器件201，覆蓋所述第二半導(dǎo)體器件201、第二半導(dǎo)體襯底200表面的層間介電層202，位于所述層間介電層202內(nèi)的部分第二金屬互連結(jié)構(gòu)203。
[0108]示例性地，所述第二半導(dǎo)體襯底200可以為硅襯底、鍺襯底、絕緣體上硅襯底、玻璃襯底中的一種，本實施例中，所述第二半導(dǎo)體襯底200為硅襯底。所述第二半導(dǎo)體器件201可以為MOS晶體管、二極管、存儲器、電容、電阻、電感中的一種或幾種。本實施例中，以一個MOS晶體管作為第二半導(dǎo)體器件201來對本發(fā)明進行示例性說明。
[0109]所述層間介電層202包括一層或多層介質(zhì)層，所述一層或多層介質(zhì)層內(nèi)具有部分第二金屬互連結(jié)構(gòu)203，所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)203包括金屬層和位于相鄰金屬層之間的導(dǎo)電插塞，利用第二金屬互連結(jié)構(gòu)203將所述第二半導(dǎo)體器件201與硅通孔205內(nèi)的金屬互連層208電學(xué)連接。
[0110]示例性地，位于所述第二基板正面的部分第二金屬互連結(jié)構(gòu)203可以只包括金屬互連層，也可以為金屬互連層與導(dǎo)電插塞的組合。所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)203的材料可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的任何適用的金屬材料，例如銅、鋁、鎢等。本實施例中，第二金屬互連結(jié)構(gòu)203與之后形成硅通孔中的金屬互連層電學(xué)連接。
[0111]還包括位于所述硅通孔205側(cè)壁和底部表面的絕緣層206，位于所述暴露出的第二金屬互連結(jié)構(gòu)203、部分所述第二基板20的正面和所述絕緣層206上的擴散阻擋層207 ;位于所述擴散阻擋層207表面的金屬互連層208，以及位于所述第二基板20正面的保護層204上的第二鍵合層209，所述第二鍵合層209暴露所述金屬互連層208的頂面?？蛇x地，所述絕緣層206、擴散阻擋層207、金屬互連層208的總厚度小于所述硅通孔205的半徑。也即所述硅通孔205內(nèi)具有空隙。
[0112]所述絕緣層206的材料為氧化硅，形成所述絕緣層206的方法可以為等離子體增強化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積工藝、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積工藝等。
[0113]擴散阻擋層207可能為一含硅層、一含碳層、一含氮層、一含氫層或一金屬或金屬化合物層。金屬或金屬化合物層的材質(zhì)例如鉭、氮化鉭、鈦、氮化鈦、氮化鋯、氮化鈦鋯、鎢、氮化鎢、其合金或其組成物。示例性地，所述金屬互連層的材料為鎢或鋁或銅。
[0114]在一個示例中，所述第二鍵合層209還覆蓋所述硅通孔205內(nèi)的金屬互連層208。所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層和所述硅通孔內(nèi)的第二鍵合層的總厚度小于所述硅通孔的半徑。較佳地，所述硅通孔內(nèi)的第二鍵合層、金屬互連層、擴散阻擋層和絕緣層的總厚度小于2 μπι。
[0115]可選地，所述第二鍵合層209的材料為氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等。
[0116]繼續(xù)參考圖1I，所述第二基板20正面的第二鍵合層209表面與所述第一基板10的第一鍵合層104表面相鍵合，所述硅通孔205與暴露出的第一金屬互連結(jié)構(gòu)103相對應(yīng)，在所述硅通孔內(nèi)形成有空隙，所述金屬互連層208分別與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)103和第二金屬互連結(jié)構(gòu)203電學(xué)連接。
[0117]本發(fā)明的半導(dǎo)體器件，在硅通孔中形成有空隙，利于半導(dǎo)體襯底中的熱量從空隙中傳遞，散熱性能好，硅通孔的金屬互連層和鍵合的兩個基板之間電學(xué)連接，保證了導(dǎo)電性會K。
[0118]實施例三
[0119]本發(fā)明另外還提供一種電子裝置，其包括實施例二中所述的半導(dǎo)體器件，或包括采用實施例一中方法制作的半導(dǎo)體器件。
[0120]由于包括的半導(dǎo)體器件具有良好的散熱效果和性能，該電子裝置同樣具有上述優(yōu)點。
[0121]該電子裝置，可以是手機、平板電腦、筆記本電腦、上網(wǎng)本、游戲機、電視機、VCD,DVD、導(dǎo)航儀、照相機、攝像機、錄音筆、MP3、MP4、PSP等任何電子產(chǎn)品或設(shè)備，也可以是具有上述半導(dǎo)體器件的中間產(chǎn)品，例如:具有該集成電路的手機主板等。
[0122]本發(fā)明已經(jīng)通過上述實施例進行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的保護范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。
【主權(quán)項】
1.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于，包括: 第一基板，位于所述第一基板表面的第一金屬互連結(jié)構(gòu)，位于所述第一基板表面的第一鍵合層，且所述第一鍵合層暴露出部分所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)； 第二基板，所述第二基板包括位于所述第二基板的正面的第二金屬互連結(jié)構(gòu)，位于所述第二基板正面的保護層，且所述保護層暴露部分所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)，位于所述第二基板正面，且位于第二金屬互連結(jié)構(gòu)一側(cè)的硅通孔，還包括位于所述硅通孔側(cè)壁和底部的絕緣層，以及 位于所述暴露出的第二金屬互連結(jié)構(gòu)、部分所述第二基板的正面和所述絕緣層上的擴散阻擋層，位于所述擴散阻擋層表面的金屬互連層，以及位于所述第二基板正面的保護層上的第二鍵合層，所述第二鍵合層暴露位于所述第二基板表面上的金屬互連層，其中，所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層的總厚度小于所述硅通孔的半徑； 所述第二基板正面的第二鍵合層表面與所述第一基板的第一鍵合層表面相鍵合，所述硅通孔與暴露出的所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)相對應(yīng)，所述金屬互連層分別與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)和第二金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接，并在所述硅通孔內(nèi)形成有空隙。2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述金屬互連層的材料為鎢或鋁或銅。3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第一基板內(nèi)形成有第一半導(dǎo)體器件，所述第一半導(dǎo)體器件與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二基板內(nèi)形成有第二半導(dǎo)體器件，所述第二半導(dǎo)體器件與所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述第二鍵合層還覆蓋所述硅通孔內(nèi)的金屬互連層。6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層和所述硅通孔內(nèi)的第二鍵合層的總厚度小于所述硅通孔的半徑。7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述硅通孔內(nèi)的第二鍵合層、金屬互連層、擴散阻擋層和絕緣層的總厚度小于2 μπι。8.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其特征在于，所述硅通孔的直徑范圍為5?15 μ mD9.一種半導(dǎo)體器件的制作方法，其特征在于，包括: 提供第一基板和第二基板，其中， 在所述第一基板部分表面上形成有第一金屬互連結(jié)構(gòu)，以及形成在所述第一基板表面的第一鍵合層，且所述第一鍵合層暴露出部分所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)，以及 在所述第二基板正面形成有第二金屬互連結(jié)構(gòu)，以及覆蓋所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)的保護層； 對所述保護層和部分第二基板的正面進行刻蝕形成硅通孔； 在所述硅通孔的側(cè)壁和底部形成絕緣層； 減薄所述保護層，直到暴露部分所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)表面； 在所述絕緣層、部分所述保護層和暴露出的第二金屬互連結(jié)構(gòu)表面形成擴散阻擋層； 在所述擴散阻擋層表面上形成金屬互連層，其中所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層的總厚度小于所述硅通孔的半徑； 在所述保護層表面上形成第二鍵合層，所述第二鍵合層的頂面與所述金屬互連層的頂面齊平； 將所述第二基板上的第二鍵合層與所述第一基板的第一鍵合層進行鍵合，并使所述暴露的金屬互連層的表面與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)對應(yīng)，在所述硅通孔內(nèi)形成空隙。10.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述第二鍵合層還覆蓋所述硅通孔內(nèi)的金屬互連層，其中，所述絕緣層、擴散阻擋層、金屬互連層和所述硅通孔內(nèi)的第二鍵合層的總厚度小于所述硅通孔的半徑。11.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，采用深反應(yīng)離子刻蝕工藝或博世工藝形成所述硅通孔。12.如權(quán)利要求10所述的制作方法，其特征在于，形成所述第二鍵合層的方法包括以下步驟: 在所述金屬互連層和所述暴露的保護層的表面上沉積形成第二鍵合材料層； 執(zhí)行化學(xué)機械研磨步驟，直到暴露部分所述金屬互連層的表面。13.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述第一鍵合層和所述第二鍵合層的材料為氧化硅。14.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述鍵合工藝為氧化硅熔融鍵合。15.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述金屬互連層的形成工藝包括濺射、等離子體物理氣相沉積、高密度等離子體化學(xué)氣相沉積、低壓化學(xué)氣相沉積或原子層沉積。16.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，所述第一基板內(nèi)形成有第一半導(dǎo)體器件，所述第一半導(dǎo)體器件與所述第一金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接；所述第二基板內(nèi)形成有第二半導(dǎo)體器件，所述第二半導(dǎo)體器件與所述第二金屬互連結(jié)構(gòu)電學(xué)連接。17.如權(quán)利要求9所述的制作方法，其特征在于，減薄所述保護層的方法為化學(xué)機械研磨或刻蝕方法。18.一種電子裝置，其特征在于，包括如權(quán)利要求1-8中任一項所述的半導(dǎo)體器件。
【文檔編號】H01L21/60GK105845663SQ201510014320
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年1月12日
【發(fā)明人】甘正浩
【申請人】中芯國際集成電路制造(上海)有限公司