半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术的实施例公开了半导体器件及其制造方法。在一些实施例中，半导体器件包括第一混合接合器件，该第一混合接合器件包括第一器件和面对面地混合接合至第一器件的第二器件。第一器件包括具有第一接合连接件的第一衬底和设置在该衬底表面上的第一接合层。第二混合接合器件背对背地接合至第一混合接合器件。第二混合接合器件包括第三器件和面对面地混合接合至第三器件的第四器件。第三器件包括具有第二接合连接件的第二衬底和设置在该衬底表面上的第二接合层。第三器件的第二接合连接件连接至第一器件的第一接合连接件，并且第三器件的第二接合层连接至第一器件的第一接合层。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】优先权和交叉引用本申请要求于2014年5月30日提交的标题为“Mult1-Wafer Stacked Devicesand Methods of Forming Same”的美国临时专利申请第62/005，784号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。本申请还涉及于2014年3月28日提交的标题为“Bonding Structurefor Stacked Semiconductor Devices”的第14/229，114号美国专利申请，其全部内容结合于此作为参考。
本专利技术总体涉及半导体领域，更具体地，涉及半导体器件之间的接合。
技术介绍
由于各种电子组件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成度的不断提高，半导体行业已经历了快速发展。在很大程度上，集成度的这种提高源自于最小特征尺寸的不断减小(例如，将半导体工艺节点减小至亚20nm节点)，这样允许更多的组件集成在给定区域内。由于近来对小型化、更高的速度和更大的带宽以及较低的功耗和延迟的需求的产生，需要针对半导体管芯的更小和更富创造性的封装技术。由于半导体技术的进一步发展，诸如3D集成电路(3DIC)的堆叠半导体器件已成为进一步降低半导体器件的物理尺寸的有效选择。在堆叠半导体器件中，将诸如逻辑、存储器和处理器电路等的有源电路制造在不同的半导体晶圆上。两个或更多的半导体晶圆可安装或堆叠在另一个顶部以进一步降低半导体器件的形状因数。两个半导体晶圆可通过合适的接合技术而接合在一起。常用接合技术包括直接接合、化学活化接合、等离子体活化接合、阳极接合、共晶接合、玻璃浆料接合、粘合剂接合、热压缩接合、反应接合等。在堆叠半导体晶圆之间可提供电连接。堆叠半导体器件可提供具有较小形状因数的较高密度且使得性能增强，功耗降低。
技术实现思路
根据本专利技术的实施例，提供了一种半导体器件，包括:第一混合接合器件，包括第一器件和面对面地混合接合至第一器件的第二器件，第一器件包括具有多个第一接合连接件的第一衬底和设置在第一衬底表面上的第一接合层；以及第二混合接合器件，背对背地接合至第一混合接合器件，第二混合接合器件包括第三器件和面对面地混合接合至第三器件的第四器件，第三器件包括具有多个第二接合连接件的第二衬底和设置在第二衬底表面上的第二接合层，其中，第三器件的多个第二接合连接件连接至第一器件的多个第一接合连接件，并且，第三器件的第二接合层连接至第一器件的第一接合层。在上述半导体器件中，第一器件和第二器件通过多个第三接合连接件混合接合，第三器件和第四器件通过多个第四接合连接件混合接合，第三接合连接件设置在第一器件的最上方互连层中和第二器件的最上方互连层中，并且，第四接合连接件设置在第三器件的最上方互连层中和第四器件的最上互连层中。在上述半导体器件中，第四器件包括第三衬底，第三衬底包括邻近其表面设置的多个第三接合连接件。上述半导体器件还包括:接触焊盘，连接至多个第三接合连接件中每一个第三接合连接件。上述半导体器件还包括:连接件，连接至多个接触焊盘中的每一个接触焊盘。在上述半导体器件中，第四器件包括设置在其表面上的第三接合层，半导体器件还包括至少一个第五器件，并且至少一个第五器件混合接合至多个第三接合连接件和第四器件的第三接合层。在上述半导体器件中，至少一个第五器件的第一面混合接合至第四器件，并且，多个接触焊盘连接至至少一个第五器件的第二面，第二面与第一面相对。在上述半导体器件中，第一面包括至少一个第五器件的前面或背面。在上述半导体器件中，半导体器件包括奇数个至少一个第五器件，并且，顶部的第五器件包括连接至顶部第五器件的互连结构的最上方的互连层的多个接触焊盘。在上述半导体器件中，半导体器件包括偶数个至少一个第五器件，并且，顶部第五器件包括连接至设置在顶部第五器件的衬底中的多个第四接合连接件的多个接触焊盘。在上述半导体器件中，多个第一接合连接件和多个第二接合连接件包括混合接合焊盘(HBP)连接件。根据本专利技术的实施例，提供了一种半导体器件，包括:第一器件，包括第一正面接合连接件和第一正面接合层；第二器件，垂直堆叠在第一器件上方并且以面对面的结构混合接合至第一器件，第二器件包括接合至第一正面接合连接件的第二正面接合连接件且包括接合至第一正面接合层的第二正面接合层，第二器件还包括形成在第二器件的衬底中的第一背面接合连接件和形成在第二器件的衬底的背面上的第一背面接合层；第三器件，垂直堆叠在第二器件上方且以背对背的结构混合接合至第二器件，第三器件包括形成在第三器件的衬底中且接合至第一背面接合连接件的第二背面连接件以及接合至第一背面接合层的第二背面接合层，第三器件还包括第三正面接合连接件和第三正面接合层；以及第四器件，垂直堆叠在第三器件上方且以面对面的结构混合接合至第三器件，第四器件包括接合至第三正面接合连接件的第四正面接合连接件以及接合至第三正面接合层的第四正面接合层。在上述半导体器件中，第四器件包括形成在第四器件的衬底中的第三背面连接件和第三背面接合层。上述半导体器件还包括:第五器件，以面对面的结构混合接合至第四器件，第五器件包括接触焊盘；以及连接件，电连接至接触焊盘。 在上述半导体器件中，使用氧化物-氧化物接合和铜-铜接合两种接合，将第二器件混合接合至第一器件，将第三器件混合接合至第二器件，并且将第四器件混合接合至第三器件。根据本专利技术的实施例，提供了一种制造半导体器件的方法，该方法包括:通过下列步骤形成第一堆叠器件:在第一器件的正面上和第二器件的正面上均形成正面接合连接件和正面钝化层；通过将第一器件的正面钝化层和第二器件的正面钝化层接合在一起和将第一器件的正面接合连接件和第二器件的正面接合连接件接合在一起来混合接合第一器件和第二器件；和在第一器件的背面上形成背面接合连接件和背面钝化层。通过下列步骤形成第二堆叠器件:在第三器件的正面上和第四器件的正面上形成正面接合连接件和正面钝化层；通过将第三器件的正面钝化层和第四器件的正面钝化层接合在一起和将第三器件的正面接合连接件和第四器件的正面接合连接件接合在一起来混合接合第三器件和第四器件；和在第三器件的背面上形成背面接合连接件和背面钝化层。通过将第一器件的背面钝化层和第三器件的背面钝化层接合在一起和将第一器件的背面接合连接件和第三器件的背面接合连接件接合在一起来混合接合第一堆叠器件和第二堆叠器件。在上述方法中，形成第一器件的背面接合连接件或形成第三器件的背面接合连接件包括:在第一器件的衬底的背面或第三器件的衬底的背面中蚀刻沟槽直至到达第一器件或第三器件的金属互连层；以及用导电材料填充沟槽以形成第一器件或第三器件的背面接合连接件。上述方法还包括:减薄第二器件的衬底和第四器件的衬底。在上述方法中，混合接合第一器件和第二器件、混合接合第三和第四器件以及混合接合第一堆叠器件和第二堆叠器件包括:氧化物-氧化物接合第一器件的正面钝化层和第二器件的正面钝化层、氧化物-氧化物接合第三器件的正面钝化层和第四器件的正面钝化层、以及氧化物-氧化物接合第一器件的正面钝化层和第三器件的背面钝化层；以及铜-铜接合第一器件的正面接合连接件和第二器件的正面接合连接件、铜-铜接合第三器件的正面接合连接件和第四器件的正面接合连接件、以及铜-铜接合第一器件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，包括：第一混合接合器件，包括第一器件和面对面地混合接合至所述第一器件的第二器件，所述第一器件包括具有多个第一接合连接件的第一衬底和设置在所述第一衬底表面上的第一接合层；以及第二混合接合器件，背对背地接合至所述第一混合接合器件，所述第二混合接合器件包括第三器件和面对面地混合接合至所述第三器件的第四器件，所述第三器件包括具有多个第二接合连接件的第二衬底和设置在所述第二衬底表面上的第二接合层，其中，所述第三器件的所述多个第二接合连接件连接至所述第一器件的所述多个第一接合连接件，并且，所述第三器件的所述第二接合层连接至所述第一器件的所述第一接合层。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈思莹，许慈轩，叶朝阳，杨敦年，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71