[发明专利]堆叠半导体器件及其制造方法

说明书

方法包括提供第一和第二晶圆；在第一晶圆的顶部中形成第一器件层；在第二晶圆的顶部中形成第二器件层；在第一器件层中形成第一凹槽；在第二器件层中形成第二凹槽；在形成第一凹槽和第二凹槽中的至少一个之后，将第一晶圆和第二晶圆接合在一起；以及通过切割工艺切割接合的第一晶圆和第二晶圆，其中切割工艺切割穿过第一凹槽和第二凹槽。本发明的实施例还涉及堆叠半导体器件及其制造方法。

技术领域

本发明的实施例涉及堆叠半导体器件及其制造方法。

背景技术

集成电路(IC)行业经历了指数式增长。IC材料和设计的技术进步已产生了多代IC，其中每一代都具有比上一代更小和更复杂的电路。在IC演化过程中，功能密度(即，每个芯片区域的互连器件的数量)通常增加，而几何尺寸(即，可以使用制造工艺创建的最小组件(或线))减小。这种按比例缩小工艺通常通过提高生产效率和降低相关成本来提供益处。

随着半导体技术的进一步发展，例如3D集成电路(3D-IC)的堆叠半导体器件已经作为进一步减小半导体器件的物理尺寸的有效替代出现。在堆叠半导体器件中，晶圆/管芯彼此堆叠并且使用诸如衬底通孔(TSV)的连接件互连。例如，3D-IC的一些优点包括占用空间更小，通过降低信号互连件的长度来降低功耗，以及改进良率和制造成本(如果在组装之前单独测试单独的管芯)。然而，对堆叠的半导体结构进行切割具有挑战性。切割是一种将含芯片的半导体结构(例如晶圆上晶圆结构)切成单独的管芯的工艺。机械切割(例如使用锯片或锯片)或激光切割已在工业中用于分割管芯。如果仅依靠机械切割，则机械切割期间的热应力和机械应力可能会导致衬底晶格畸变并在包含电路的层中产生裂纹，这被称为硅剥离。仅依靠激光切割时，激光辐照可能会产生硅屑，引起切割的侧壁的污染。因此，需要一种在实质上不引起硅剥离和硅屑的情况下切割堆叠半导体器件的方法。

发明内容

本发明的实施例提供了一种制造堆叠半导体器件的方法，包括：提供第一晶圆和第二晶圆；在所述第一晶圆的顶部中形成第一器件层；在所述第二晶圆的顶部中形成第二器件层；在所述第一器件层中形成第一凹槽；在所述第二器件层中形成第二凹槽；在形成所述第一凹槽和所述第二凹槽中的至少一个之后，将所述第一晶圆和所述第二晶圆接合在一起；以及通过切割工艺切割接合的第一晶圆和第二晶圆，其中，所述切割工艺切割穿过所述第一凹槽和所述第二凹槽。

本发明的另一实施例提供了一种制造堆叠半导体器件的方法，包括：提供第一结构，所述第一结构具有第一衬底和位于所述第一衬底上的第一器件层；提供第二结构，所述第二结构具有第二衬底和位于所述第二衬底上的第二器件层；在所述第二器件层中形成第二凹槽；将所述第一衬底的底面接合至所述第二器件层的顶面；在所述接合之后，在所述第一器件层中形成第一凹槽；以及依次切割穿过所述第一凹槽、所述第一衬底、所述第二凹槽和所述第二衬底。

本发明的又一实施例提供了一种堆叠半导体器件，包括：第一衬底，具有第一侧壁；第一器件层，位于所述第一衬底上，具有第二侧壁，其中，所述第二侧壁的表面粗糙度大于所述第一侧壁的表面粗糙度；以及材料层，接合至所述第一器件层，其中，所述第一器件层包括第一导电部件，所述第一导电部件电连接到所述材料层中的第二导电部件。

附图说明

当结合附图进行阅读时，从以下详细描述可最佳理解本发明的各个方面。应该强调，根据工业中的标准实践，各个部件未按比例绘制并且仅用于说明的目的。实际上，为了清楚的讨论，各个部件的尺寸可以任意地增大或减小。

图1A、图1B和图1C示出了根据本发明的各个方面的用于制造堆叠半导体器件的示例性方法的流程图。

图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8A、图9、图10、图11、图12、图13、图14、图15、图16、图17、图18、图19、图20、图21和图22是根据本发明的各个方面的示例性器件的截面图。

图8B和图8C示出了根据本发明的各个方面的图8A中的示例性堆叠半导体器件的边缘的斜率和表面粗糙度的特性。