晶片到晶片接合结构制造技术

本发明专利技术公开了一种晶片到晶片接合结构，该晶片到晶片接合结构包括：第一晶片，包括在第一绝缘层中的第一导电焊垫和围绕第一导电焊垫的下表面和侧表面的第一阻挡层；第二晶片，包括在第二绝缘层中的第二导电焊垫和围绕第二导电焊垫的下表面和侧表面的第二阻挡层，第二晶片在反转之后接合到第一晶片使得第二绝缘层接合到第一绝缘层并且第二导电焊垫的上表面的至少一部分部分地或完全地接合到第一导电焊垫的上表面的至少一部分；以及第三阻挡层，在第一晶片和第二晶片之间的在该处第一导电焊垫和第二导电焊垫未彼此接合的部分中。

Wafer to wafer joint structure

The invention discloses a wafer to wafer bonding structure, the wafer to wafer bonding structure includes a first wafer, including the surface and the side surface of the first barrier layer of the first insulating layer of the first conductive pad and the conductive pads on the first chip; second, including the second insulating layer and the conductive pad around second in the second conductive pad surfaces and the side surfaces of the barrier layer second, second wafers after the reversal is joined to the first wafer made second insulating layer bonded to the first insulating layer and the second conductive pads on the surface at least a portion of the partially or completely bonded to at least a portion of the upper surface of the first conductive pads pad; and a third barrier layer between the first and second wafers in the first conductive pad and the second conductive pad is not bonded to each other in part.

【技术实现步骤摘要】
晶片到晶片接合结构
本专利技术构思的示例实施方式涉及晶片到晶片接合结构，更具体地，涉及其中包括形成在绝缘层中的导电焊垫的晶片彼此接合的晶片到晶片接合结构。
技术介绍
在形成半导体芯片时，为了各种目的，例如为了提高半导体芯片的集成度或功能，晶片可以彼此接合。形成在每个晶片的上表面上的导电焊垫，例如铜(Cu)焊垫可以彼此接合用于晶片的电连接。然而，在接合晶片时在导电焊垫之间可能发生未对准，因此，在热处理工艺期间，导电焊垫中包括的金属元素可能扩散通过相邻的绝缘层。
技术实现思路
本专利技术构思的示例实施方式提供晶片到晶片接合结构，当包括导电焊垫的晶片彼此接合时，该晶片到晶片接合结构减少或防止导电焊垫中包括的金属元素扩散通过相邻的绝缘层。根据本专利技术构思的示例实施方式，一种晶片到晶片接合结构包括：第一晶片，包括在第一绝缘层中的第一导电焊垫以及围绕第一导电焊垫的下表面和侧表面的第一阻挡层；第二晶片，包括在第二绝缘层中的第二导电焊垫以及围绕第二导电焊垫的下表面和侧表面的第二阻挡层，第二晶片在反转之后接合到第一晶片使得第二绝缘层接合到第一绝缘层并且第二导电焊垫的上表面的至少一部分被部分地或全部地接合到第一导电焊垫的上表面的至少一部分；以及第三阻挡层，在第一晶片和第二晶片之间的在该处第一导电焊垫和第二导电焊垫未彼此接合的部分中。根据本专利技术构思的示例实施方式，一种晶片到晶片接合结构包括：第一晶片，包括第一半导体层、在第一半导体层上的第一多层布线层、在第一多晶布线层上的第一绝缘层、穿透第一绝缘层的第一导电焊垫、以及围绕第一导电焊垫的第一阻挡层；第二晶片，包括在第一绝缘层上的第二绝缘层，第二绝缘层接合到第一绝缘层、穿透第二绝缘层并且接合到第一导电焊垫的一部分的第二导电焊垫、围绕第二导电焊垫的第二阻挡层、在第二绝缘层和第二导电焊垫上的第二多层布线层、以及在第二多层布线层上的第二半导体层；以及第三阻挡层，在第一晶片和第二晶片之间的在该处第一导电焊垫和第二导电焊垫未彼此接合的部分中。根据本专利技术构思的示例实施方式，一种接合结构包括：第一晶片，包括第一绝缘层和嵌入到第一绝缘层中的第一导电焊垫；在反转之后接合到第一晶片的第二晶片，第二晶片包括第二绝缘层和嵌入到第二绝缘层中的第二导电焊垫，第二导电焊垫交叠第一导电焊垫的一部分使得第一导电焊垫和第二导电焊垫不垂直对准；以及在第一晶片和第二晶片之间的在该处第一导电焊垫和第二导电焊垫不交叠的界面上的阻挡金属层。附图说明从结合附图的以下详细描述，本专利技术构思的示例实施方式将被更清楚地理解，在附图中：图1A和1B是示出根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构的主视图；图2A至图2E是示出根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构的制造方法的主要部分的剖视图；图3A至图3F是示出根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构的制造方法的主要部分的剖视图；图4是示出根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构的主视图；图5A和5B是示出根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构的主视图；图6是示出根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构的主视图；图7是示出根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构的主视图；图8是示出根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构的主视图；图9是使用根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构的照相机的构造图；以及图10是包括根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构的电子系统的框图。具体实施方式现将详细参考实施方式，其示例在附图中示出。图1A和1B是示出根据本专利技术构思的示例实施方式的晶片到晶片接合结构1000-1的主视图。更详细地，图1A和1B分别是晶片到晶片接合结构1000-1的剖视图和透明俯视图。图1A可以是沿图1B的线1a-1a截取的剖视图。晶片到晶片接合结构1000-1可以包括第一晶片100-1和第二晶片100-2的接合结构。第一晶片100-1可以包括第一绝缘层120-1、第一导电焊垫110-1和第一阻挡层115-1。第一绝缘层120-1可以是第一接合绝缘层。第一绝缘层120-1可以包括硅氮化物层和/或硅氧化物层。第一绝缘层120-1可以包括单层或多层。第一绝缘层120-1可以具有其中硅氮化物层和硅氧化物层交替堆叠的多层结构。第一绝缘层120-1可以包括顺序堆叠的第一硅碳氮化物(SiCN)层、第一正硅酸乙酯(TEOS)层和第二SiCN层。第一绝缘层120-1可以包括第一SiCN层、第一TEOS层、第二SiCN层和第二TEOS层。此外，第一绝缘层120-1可以不同地形成。稍后将在下面详细描述第一绝缘层120-1。同时，第一绝缘层120-1可以形成在基板(未示出)上。基板可以包括例如集成电路(IC)层(未示出)和多层布线层(未示出)。层间绝缘层(未示出)可以分别在IC层和多层布线层之间以及在多层布线层之间。此外，该多层布线层的最上布线层可以通过穿透第一绝缘层120-1的垂直接触(未示出)或者通过直接连接到第一阻挡层115-1而被电连接到第一导电焊垫110-1。IC层和该多层布线层稍后将在下面详细描述。第一导电焊垫110-1可以是铜(Cu)焊垫。第一导电焊垫110-1的一部分可以嵌入到形成在第一绝缘层120-1中的第一通路沟槽108-1中。第一导电焊垫110-1的上表面可以暴露，并且第一导电焊垫110-1的下表面和侧表面可以被第一阻挡层115-1围绕。换言之，第一导电焊垫110-1的上表面S2可以具有从第一晶片100-1的角度看的开放(暴露)结构。第一导电焊垫110-1的形状可以是柱。然而，第一导电焊垫110-1的形状不限于此。第一导电焊垫110-1可以是椭圆柱、多边形柱等。第一导电焊垫110-1的宽度w-1可以是各种尺寸，例如约1至20μm。第一阻挡层115-1可以围绕第一导电焊垫110-1的下表面和侧表面。第一阻挡层115-1可以形成在第一绝缘层120-1中的第一通路沟槽108-1的内壁上。第一阻挡层115-1可以减少或防止形成第一导电焊垫110-1的金属(例如Cu)扩散。第一阻挡层115-1可以包括由选自钛(Ti)、钽(Ta)、钛氮化物(TiN)和钽氮化物(TaN)中的材料形成的一个或至少两个层结构。然而，第一阻挡层115-1的材料不限于此。第一阻挡层115-1可以表示为第一阻挡金属层。形成在第一导电焊垫110-1的侧表面上的第一阻挡层115-1可以具有与第一导电焊垫110-1相同的高度。第一导电焊垫110-1的上表面S2和第一绝缘层120-1的上表面S4可以彼此齐平。第二晶片100-2可以包括对应于第一晶片100-1的第二绝缘层120-2、第二导电焊垫110-2和第二阻挡层115-2。换言之，第二晶片100-2的第二绝缘层120-2、第二导电焊垫110-2和第二阻挡层115-2可以分别对应于第一晶片100-1的第一绝缘层120-1、第一导电焊垫110-1和第一阻挡层115-1。第二晶片100-2可以接合到第一晶片100-1。第二绝缘层120-2可以是第二接合绝缘层。更详细地，第二导电焊垫110-2可以是Cu焊垫。第二阻挡层115-2可以表示为第二阻挡金属层。第二导电焊垫110-2可以嵌入到形成在第二绝缘层12本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶片到晶片接合结构，包括：第一晶片，包括在第一绝缘层中的第一导电焊垫和围绕所述第一导电焊垫的下表面和侧表面的第一阻挡层；第二晶片，包括在第二绝缘层中的第二导电焊垫和围绕所述第二导电焊垫的下表面和侧表面的第二阻挡层，所述第二晶片在反转之后与所述第一晶片接合使得所述第二绝缘层被接合到所述第一绝缘层，并且所述第二导电焊垫的上表面的至少一部分被部分地或完全地接合到所述第一导电焊垫的上表面的至少一部分；以及第三阻挡层，其在所述第一晶片和所述第二晶片之间的在该处所述第一导电焊垫和所述第二导电焊垫没有彼此接合的部分中。

【技术特征摘要】
2016.06.09 KR 10-2016-00717361.一种晶片到晶片接合结构，包括：第一晶片，包括在第一绝缘层中的第一导电焊垫和围绕所述第一导电焊垫的下表面和侧表面的第一阻挡层；第二晶片，包括在第二绝缘层中的第二导电焊垫和围绕所述第二导电焊垫的下表面和侧表面的第二阻挡层，所述第二晶片在反转之后与所述第一晶片接合使得所述第二绝缘层被接合到所述第一绝缘层，并且所述第二导电焊垫的上表面的至少一部分被部分地或完全地接合到所述第一导电焊垫的上表面的至少一部分；以及第三阻挡层，其在所述第一晶片和所述第二晶片之间的在该处所述第一导电焊垫和所述第二导电焊垫没有彼此接合的部分中。2.根据权利要求1所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第二导电焊垫具有与所述第一导电焊垫相同的宽度，所述第三阻挡层在所述第二绝缘层与所述第一导电焊垫的未接合到所述第二导电焊垫的部分之间，以及所述第三阻挡层在所述第一绝缘层与所述第二导电焊垫的未接合到所述第一导电焊垫的部分之间。3.根据权利要求1所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第二导电焊垫的宽度小于所述第一导电焊垫的宽度，以及所述第三阻挡层在所述第二绝缘层与未接合到所述第二导电焊垫的所述第一导电焊垫之间。4.根据权利要求1所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第三阻挡层在所述第一导电焊垫的一部分周围以及在所述第二导电焊垫的一部分周围。5.根据权利要求1所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第三阻挡层是自形成阻挡层。6.根据权利要求1所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第一导电焊垫和所述第二导电焊垫包括铜(Cu)，以及所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包括硅氧化物。7.根据权利要求6所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第三阻挡层包括硅和比铜更易于氧化的金属。8.根据权利要求1所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第一绝缘层的上表面和所述第二绝缘层的上表面是等离子体激活表面。9.根据权利要求1所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第一导电焊垫包括第一下导电焊垫和第一上导电焊垫，并且所述第一阻挡层围绕所述第一下导电焊垫的下表面和侧表面以及所述第一上导电焊垫的侧表面，以及所述第二导电焊垫包括第二下导电焊垫和第二上导电焊垫，并且所述第二阻挡层围绕所述第二下导电焊垫的下表面和侧表面以及所述第二上导电焊垫的侧表面。10.根据权利要求1所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第一导电焊垫包括第一下导电焊垫和第一上导电焊垫，所述第一阻挡层包括第一下阻挡层和第一上阻挡层，所述第一下阻挡层围绕所述第一下导电焊垫的下表面和侧表面，并且所述第一上阻挡层围绕所述第一上导电焊垫的下表面和侧表面，以及所述第二导电焊垫包括第二下导电焊垫和第二上导电焊垫，所述第二阻挡层包括第二下阻挡层和第二上阻挡层，所述第二下阻挡层围绕所述第二下导电焊垫的下表面和侧表面，并且所述第二上阻挡层围绕所述第二上导电焊垫的下表面和侧表面。11.根据权利要求1所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第一导电焊垫包括第一下导电焊垫和第一上导电焊垫，所述第一上导电焊垫具有比所述第一下导电焊垫的宽度大的宽度，以及所述第二导电焊垫包括第二下导电焊垫和第二上导电焊垫，所述第二上导电焊垫具有比所述第二下导电焊垫的宽度大的宽度。12.根据权利要求1所述的晶片到晶片接合结构，其中所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：金兑泳，姜泌圭，金石镐，文光辰，李镐珍，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR