[发明专利]堆叠的半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件及其制造方法，更具体地，涉及利用贯穿通道(through wafer vias，缩写为TWV)提供的堆叠的半导体器件以及利用贯穿通道互连不同层面(level)的半导体器件的方法。

背景技术

半导体器件的一个重要发展趋势是减小半导体器件的芯片占用面积(footprint)。利用半导体器件的三维集成，即在垂直于晶片的方向上堆叠多个层面的半导体器件，可以成倍地提高器件的集成度，从而实现器件的小型化和性能的改善。

通常，在各个层面的晶片中直接形成贯穿通道，使得堆叠的晶片利用贯穿通道而电连接和物理连接在一起。贯穿通道的制造步骤包括在硅晶片中通过刻蚀和背侧研磨形成贯穿孔、通过热氧化等在贯穿孔壁上形成绝缘层、以及通道金属填充。在形成贯穿通道之后，将包含有源器件和贯穿通道的晶片转移至临时的载片上，以便与其他层面的晶片键合。

为了形成贯穿通道，各个层面的晶片的厚度受到限制。如果晶片过薄，则机械强度小，在转移至载片时容易发生破裂；如果晶片过厚，则贯穿孔的深宽比过大，在刻蚀步骤中难以完全刻蚀去除，进而在最终的半导体器件中可能发生互连的开路。

因此，在上述常规的三维集成的半导体器件中，还存在着器件可靠性差、制造产率低、以及在贯穿通道附近存在应力集中而影响劣化器件的性能的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种改进的堆叠的半导体器件及其制造方法，其中减少了贯穿通道对堆叠的半导体器件的设计限制和对其性能的不利影响。

根据本发明的一方面，提供一种堆叠的半导体器件，包括：半导体衬底，以及位于半导体衬底上的多个层面的晶片组件，其中，每一层面的晶片组件包括有源部件和键合部件，其中，有源部件和键合部件分别包括彼此垂直地对齐的贯穿导电通道，使得每一个层面的有源部件利用贯穿导电通道与下一层面/上一层面的有源部件电连接。

根据本发明的另一方面，提供一种制造堆叠的半导体器件的方法，包括以下步骤：

a)提供包括互连晶片和有源晶片的晶片组件，其中互连晶片包括玻璃衬底、位于玻璃衬底上的互连部件，该互连部件包括贯穿导电通道，有源晶片包括半导体衬底、位于半导体衬底上的有源部件，该有源部件包括贯穿导电通道；

b)去除第一晶片组件中的玻璃衬底；

c)去除第二晶片组件中的半导体衬底；

d)将第一晶片组件与第二晶片组件直接晶片键合，使得第一晶片组件中的有源部件的贯穿导电通道与第二晶片组件中的键合部件的贯穿导电通道电连接；

e)去除第二晶片组件中的玻璃衬底；

f)重复步骤c)-e)，堆叠多个层面的晶片组件。

根据本发明的又一方面，提供一种制造堆叠的半导体器件方法，包括以下步骤：

a)提供包括互连晶片和有源晶片的晶片组件，其中互连晶片包括玻璃衬底、位于玻璃衬底上的互连部件，该互连部件包括贯穿导电通道，有源晶片包括半导体衬底、位于半导体衬底上的有源部件，该有源部件包括贯穿导电通道；

b)去除第一晶片组件中的半导体衬底；

c)去除第二晶片组件中的玻璃衬底；

d)将第一晶片组件与第二晶片组件直接晶片键合，使得第一晶片组件中的有源部件的贯穿导电通道与第二晶片组件中的键合部件的贯穿导电通道电连接；

e)去除第二晶片组件中的半导体衬底；

f)重复步骤c)-e)，堆叠多个层面的晶片组件；

g)重复步骤c)-d)，堆叠最底层的晶片组件；

h)去除最顶层的晶片组件中的玻璃衬底。

由于晶片组件包括键合在一起的互连晶片和有源晶片，因此可以减小有源部件的厚度，从而可以容易地在有源部件中形成贯穿孔，降低半导体器件的制造成本。

而且，在直接晶片键合步骤中，互连部件为有源晶片中的有源部件提供了支撑和保护作用，这提高了制造的产率和半导体器件的可靠性。此外，还可以实现互连晶片的标准化，以进一步降低半导体器件的制造成本。

附图说明

图1至3示出了在根据本发明的制造堆叠的半导体器件的方法中形成晶片组件的各个阶段的截面图。

图4至6示出了在根据本发明的制造堆叠的半导体器件的方法的第一实施例中堆叠晶片组件的各个阶段的截面图。

图7至9示出了在根据本发明的制造堆叠的半导体器件的方法的第二实施例中堆叠晶片组件的各个阶段的截面图。

图10示出了根据本发明的堆叠的半导体器件的截面图。