一种半导体器件及其制造方法和电子装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种半导体器件及其制造方法和电子装置。所述半导体器件包括：第一晶圆；第二晶圆，位于所述第一晶圆的上方并与所述第一晶圆相接合；第一顶部金属层，位于所述第一晶圆中并与所述第一晶圆中的第一功能部件电连接；第二金属层，位于所述第二晶圆中且位于所述第一顶部金属层的上方，所述第二金属层与所述第二晶圆中的第二功能部件电连接；电连接结构，其中所述电连接结构贯穿所述第二晶圆和所述第二金属层并延伸至所述第一晶圆中的所述第一顶部金属层上，以使所述第二晶圆中的所述第二功能部件与所述第一晶圆中的第一功能部件电连接。所述结构可以形成一个电连接结构即可将所述第一晶圆和所述第二晶圆电连接，可以减小芯片的面积。

A semiconductor device and its manufacturing method and electronic device

The present invention relates to a semiconductor device and its manufacturing method and electronic device. The semiconductor device includes a first wafer; wafer second, located in the first wafer above and engages with the first wafer; the first top metal layer disposed on the first wafer is connected with the first electric components in the first wafer; the second metal layer is positioned on the second wafer and at the top of the first top metal layer, the second metal layer is connected with the second electric second functional components in a wafer; electrical connection structure, wherein the electrical connection structure through the second wafer and the second metal layer and extends to the first wafer in the first top metal the layer, so that the second parts of the second wafer in connected with the first electric components in the first wafer. The structure can form an electric connection structure to connect the first wafer and the second wafer, and the chip area can be reduced.

【技术实现步骤摘要】
一种半导体器件及其制造方法和电子装置
本专利技术涉及半导体
，具体而言涉及一种半导体器件及其制造方法和电子装置。
技术介绍
在电子消费领域，多功能设备越来越受到消费者的喜爱，相比于功能简单的设备，多功能设备制作过程将更加复杂，比如需要在电路版上集成多个不同功能的芯片，因而出现了3D集成电路(integratedcircuit，IC)技术，3D集成电路(integratedcircuit，IC)被定义为一种系统级集成结构，将多个芯片在垂直平面方向堆叠，从而节省空间，各个芯片的边缘部分可以根据需要引出多个引脚，根据需要利用这些引脚，将需要互相连接的芯片通过金属线互联，但是上述方式仍然存在很多不足，比如堆叠芯片数量较多，而且芯片之间的连接关系比较复杂，那么就会需要利用多条金属线，最终的布线方式比较混乱，而且也会导致体积增加。因此，目前在所述3D集成电路(integratedcircuit，IC)技术中大都采用硅通孔(ThroughSiliconVia，TSV)以及位于硅通孔上方的金属互连结构形成电连接，然后进一步实现晶圆之间的键合。在3DIC立体叠合技术，硅通孔(TSV)、中介板(Interposer)等关键技术、封装零组件的协助下，在有限面积内进行最大程度的晶片叠加与整合，进一步缩减晶片面积、封装体积并提升晶片沟通效率。因此，晶圆水平上的Cu-Cu接合(WaferlevelCu-Cubonding)作为3DIC中的一项关键技术，在高端产品上的有重要的应用趋势。在目前的工艺中在将底部晶圆和顶部晶圆相接合合，但是所述方法不仅占用较大的芯片面积，而且需要执行两个步骤形成深硅通孔和浅硅通孔，需要多个掩膜、执行多个蚀刻步骤，工艺繁琐，使工艺成本增加。因此，为解决目前工艺中的上述技术问题，有必要提出一种新的半导体器件及其制造方法和电子装置。
技术实现思路
在
技术实现思路
部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本专利技术的
技术实现思路
部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。为了克服目前存在的问题，本专利技术实施例一提供了一种半导体器件，所述半导体器件包括：第一晶圆；第二晶圆，位于所述第一晶圆的上方并与所述第一晶圆相接合；第一顶部金属层，位于所述第一晶圆中并与所述第一晶圆中的第一功能部件电连接；第二金属层，位于所述第二晶圆中且位于所述第一顶部金属层的上方，所述第二金属层与所述第二晶圆中的第二功能部件电连接；电连接结构，其中所述电连接结构贯穿所述第二晶圆和所述第二金属层并延伸至所述第一晶圆中的所述第一顶部金属层上，以使所述第二晶圆中的所述第二功能部件与所述第一晶圆中的第一功能部件电连接。可选地，所述第二金属层环绕所述电连接结构的周边设置。可选地，所述第二金属层呈中空的环形结构，所述电连接结构与所述环形结构中的中空部分相匹配并嵌于所述环形结构中。可选地，所述第二金属层呈方形中空环形结构、圆形中空环形结构或多边形的中空环形结构。可选地，所述中空部分尺寸比所述第二金属层的尺寸大1/3～2/3。可选地，所述电连接结构包括硅通孔。可选地，所述第一晶圆为逻辑晶圆，所述第二晶圆为CMOS图像传感器晶圆。本专利技术还提供了一种半导体器件的制备方法，所述方法包括：提供第一晶圆和第二晶圆，所述第二晶圆与所述第一晶圆相互接合为一体，其中，所述第二晶圆位于所述第一晶圆的上方，所述第一晶圆中形成有第一顶部金属层，所述第一顶部金属层与所述第一晶圆中的第一功能部件电连接，所述第二晶圆中形成有第二金属层，所述第二金属层与第二晶圆中的第二功能部件电连接并且所述第二金属层为具有中空部分的环形结构，并且所述第二金属层中的所述中空部分在垂直方向上的投影位于所述第一顶部金属层的上方；图案化所述第二晶圆、所述第二金属层和所述第一晶圆，以去除所述第二金属层中的所述中空部分并形成开口，露出所述第一顶部金属层；在所述开口中形成电连接结构，以将所述第一晶圆中的第一功能部件和所述第二晶圆中的第二功能部件形成电连接。可选地，所述第二金属层呈方形的中空环形结构、圆形的中空环形结构或多边形的中空环形结构。可选地，所述中空部分的尺寸比所述第二金属层的尺寸大1/3～2/3。可选地，所述电连接结构包括硅通孔。可选地，所述第一晶圆为逻辑晶圆，所述第二晶圆为CMOS图像传感器晶圆。本专利技术还提供了一种电子装置，包括上述的半导体器件。为了解决目前工艺中存在的问题，本专利技术在所述半导体器件制备中改变所述第二晶圆中的所述第二金属层的形状，将所述第二金属层设计为与第二晶圆中功能部件电连接的具有中空部分的环形结构，然后在与第一晶圆接合之后所述中空部分位于所述第一顶部金属层的上方，图案化所述第二晶圆和所述第一晶圆，可以去除所述第二金属层中的所述中空部分，形成环形的第二金属层，并露出所述第一顶部金属层，最后形成电连接结构，以使所述第二晶圆中的所述第二功能部件和所述第一晶圆中的第一功能部件电连接。在本专利技术中第二晶圆中的第二金属层设计为空心结构，通过所述改变可以形成一个电连接结构即可将所述第一晶圆和所述第二晶圆电连接，即通过一次硅通孔(TSV)实现上下两个晶圆的连接，而目前工艺虽然也形成硅通孔，但是它是通过两个硅通孔(TSV)，一个深硅通孔延伸至下面第一晶圆的第一顶部金属层，一个浅硅通孔连接至到第二晶圆的第二金属层，然后两个硅通孔在顶部互联，实现同时控制上下两个晶圆电路。本专利技术所述方法相对于目前工艺不仅可以减小芯片的面积，而且需要进一步简化了工艺步骤，减小了掩膜和蚀刻数目，工艺更加简单，使工艺成本进一步降低，而且提高了所述半导体器件的性能和良率。附图说明本专利技术的下列附图在此作为本专利技术的一部分用于理解本专利技术。附图中示出了本专利技术的实施例及其描述，用来解释本专利技术的原理。附图中：图1为本专利技术的另一个实施例的一种半导体器件的制造方法的示意性流程图；图2A-图2C为本专利技术的一实施例中的一种半导体器件的制造方法的相关步骤形成的结构的剖视图；图3示出了根据本专利技术一实施方式的电子装置的示意图。具体实施方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本专利技术更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本专利技术可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本专利技术发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。应当理解的是，本专利技术能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本专利技术的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：第一晶圆；第二晶圆，位于所述第一晶圆的上方并与所述第一晶圆相接合；第一顶部金属层，位于所述第一晶圆中并与所述第一晶圆中的第一功能部件电连接；第二金属层，位于所述第二晶圆中且位于所述第一顶部金属层的上方，所述第二金属层与所述第二晶圆中的第二功能部件电连接；电连接结构，其中所述电连接结构贯穿所述第二晶圆和所述第二金属层并延伸至所述第一晶圆中的所述第一顶部金属层上，以使所述第二晶圆中的所述第二功能部件与所述第一晶圆中的第一功能部件电连接。

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：第一晶圆；第二晶圆，位于所述第一晶圆的上方并与所述第一晶圆相接合；第一顶部金属层，位于所述第一晶圆中并与所述第一晶圆中的第一功能部件电连接；第二金属层，位于所述第二晶圆中且位于所述第一顶部金属层的上方，所述第二金属层与所述第二晶圆中的第二功能部件电连接；电连接结构，其中所述电连接结构贯穿所述第二晶圆和所述第二金属层并延伸至所述第一晶圆中的所述第一顶部金属层上，以使所述第二晶圆中的所述第二功能部件与所述第一晶圆中的第一功能部件电连接。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第二金属层环绕所述电连接结构的周边设置。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第二金属层呈中空的环形结构，所述电连接结构与所述环形结构中的中空部分相匹配并嵌于所述环形结构中。4.根据权利要求1或3所述的半导体器件，其特征在于，所述第二金属层呈方形中空环形结构、圆形中空环形结构或多边形的中空环形结构。5.根据权利要求3所述的半导体器件，其特征在于，所述中空部分尺寸比所述第二金属层的尺寸大1/3～2/3。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述电连接结构包括硅通孔。7.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述第一晶圆为逻辑晶圆，所述第二晶圆为CMOS图像传感器晶圆。8.一种半...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冲，张海芳，刘煊杰，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，中芯国际集成电路制造北京有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31