一种晶圆结构及其制造方法、芯片结构技术

本发明专利技术提供一种晶圆结构及其制造方法、芯片结构，在两片晶圆键合之后，在晶圆的背面形成贯穿该晶圆衬底的开口，而后，在开口下的介质层中形成凹凸结构，凹凸结构中的至少部分凹部贯穿至该晶圆中的互连层，在凹凸结构中进行填充形成衬垫之后，衬垫也同凹凸结构一样呈现凹凸排布。这样，就形成有具有凹凸表面的衬垫，在不增大衬垫占地面积的同时，有效增大了衬垫的接触表面积，进而，可以提高衬垫与焊球的结合力，避免焊球与衬垫之间由于结合力差而出现剥离而导致的焊球脱落，增加芯片的使用寿命。

A Wafer Structure, Its Manufacturing Method and Chip Structure

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆结构及其制造方法、芯片结构
本专利技术涉及半导体器件及其制造领域，特别涉及一种晶圆结构及其制造方法、芯片结构。
技术介绍
随着半导体技术的不断发展，3D-IC(三维集成电路)技术得到了广泛的应用，其是利用晶圆级封装技术将不同功能的晶圆堆叠键合在一起，该技术具有高性能、低成本且高集成度的优点。晶圆级封装技术的一种实现中，在将两片晶圆进行键合之后，在晶圆的背面形成衬垫，进而在衬垫上植焊球，从而实现晶圆中互连结构的电接入，若焊球与衬垫之间出现剥离而导致焊球脱落，则会影响芯片的正常使用。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种晶圆结构及其制造方法、芯片结构，增大衬垫的表面积，提高衬垫与焊球的结合力。为实现上述目的，本专利技术有如下技术方案：一种晶圆结构的制造方法，包括：提供晶圆键合结构，所述晶圆键合结构包括第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆的正面键合至所述第二晶圆的正面，所述第一晶圆包括第一衬底以及第一衬底上的介质层以及所述介质层上的互连层；从所述第一晶圆的背面形成贯穿所述第一衬底的开口；在所述开口下的介质层中形成凹凸结构，所述凹凸结构包括间隔排布的凹部和凸部，且至少部分凹部贯穿至所述互连层；进行所述凹凸结构的填充，以在所述凹凸结构上形成衬垫，所述衬垫具有与所述凹凸结构相同的凹凸排布。可选地，在形成所述开口之后，形成凹凸结构之前，还包括：在所述开口内表面上形成绝缘材料的保护层；则，在所述开口下的介质层中形成凹凸结构，包括：进行所述保护层以及介质层的刻蚀，以在所述开口下的介质层中形成凹凸结构，刻蚀去除的部分为所述凹凸结构的凹部，凹部周围未刻蚀的部分为所述凹凸结构的凸部。可选地，所述在所述开口中的介质层中形成凹凸结构，包括：利用光刻工艺，在所述开口上形成具有刻蚀图形的掩膜层，所述刻蚀图形间隔排布且包括第一图形和第二图形，所述第一图形的线宽大于所述第二图形的线宽；以所述掩膜层为掩蔽进行刻蚀，去除第一图形下的介质层以及去除第二图形下部分厚度的介质层，以同时形成具有贯通所述介质层的凹部和未贯通所述介质层的凹部的凹凸结构；去除所述掩膜层。可选地，所述进行所述凹凸结构的填充，以在所述凹凸结构上形成衬垫，包括：进行衬垫材料的沉积，以填充所述凹凸结构；进行所述衬垫材料的刻蚀，以在所述凹凸结构上形成衬垫。可选地，还包括：在所述衬垫上形成焊球。可选地，所述凹部包括贯穿凹部和非贯穿凹部，所述贯穿凹部贯穿所述介质层，所述非贯穿凹部下保留部分厚度的所述介质层，所述贯穿凹部位于所述开口的侧边区域，所述非贯穿凹部位于所述开口的中部区域。本申请还提供了一种芯片结构，包括：芯片键合结构，所述芯片键合结构包括第一芯片和第二芯片，所述第一芯片的正面键合至所述第二芯片的正面，所述第一芯片包括第一衬底以及第一衬底上的介质层以及所述介质层上的互连层；从所述第一芯片的背面贯穿所述第一衬底的开口；所述开口下的介质层中的凹凸结构，所述凹凸结构的凹部和凸部间隔排布，且至少部分凹部贯穿至所述互连层；填充所述凹凸结构且位于所述凹凸结构上的衬垫，所述衬垫具有与所述凹凸结构相同的凹凸排布。可选地，还包括所述开口侧壁以及所述衬垫与所述凸部之间的绝缘材料的保护层。可选地，所述凹部包括贯穿凹部和非贯穿凹部，所述贯穿凹部贯穿所述介质层，所述非贯穿凹部未贯穿所述介质层，所述贯穿凹部位于所述衬垫的侧边区域，所述非贯穿凹部位于所述衬垫的中部区域。可选地，所述贯穿凹部为条形，所述非贯穿凹部呈块状阵列、条形排布、嵌套排布或纵横交错排布。一种晶圆结构，其特征在于，包括晶圆键合结构，所述晶圆键合结构包括阵列排布的上述任一芯片结构。本专利技术实施例提供的晶圆结构及其制造方法、芯片结构，在两片晶圆键合之后，在晶圆的背面形成贯穿该晶圆衬底的开口，而后，在开口下的介质层中形成凹凸结构，凹凸结构中的至少部分凹部贯穿至该晶圆中的互连层，在凹凸结构中进行填充形成衬垫之后，衬垫也同凹凸结构一样呈现凹凸排布。这样，就形成有具有凹凸表面的衬垫，在不增大衬垫占地面积的同时，有效增大了衬垫的接触表面积，也即增大了衬垫与焊球之间的结合面积，进而，可以提高衬垫与焊球的结合力，避免焊球与衬垫之间由于结合力差而出现剥离而导致的焊球脱落，增加芯片的使用寿命。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。图1示出了根据本专利技术实施例晶圆结构的制造方法的流程示意图；图1A示出了根据本专利技术实施例的制造方法中第一晶圆或第二晶圆的俯视结构示意图；图2-9示出了根据本专利技术实施例的制造方法形成晶圆结构过程中的剖面结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是本专利技术还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似推广，因此本专利技术不受下面公开的具体实施例的限制。其次，本专利技术结合示意图进行详细描述，在详述本专利技术实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本专利技术保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。正如
技术介绍
中的描述，在将两片晶圆进行键合之后，在晶圆的背面形成衬垫，进而在衬垫上植焊球，从而实现晶圆中互连结构的电接入，若焊球与衬垫之间出现剥离而导致焊球脱落，则会影响芯片的正常使用。为此，本申请提出一种晶圆结构及其制造方法、芯片结构，在两片晶圆键合之后，在晶圆的背面形成贯穿该晶圆衬底的开口，而后，在开口下的介质层中形成凹凸结构，凹凸结构中的至少部分凹部贯穿至该晶圆中的互连层，在凹凸结构中进行填充形成衬垫之后，衬垫也同凹凸结构一样呈现凹凸排布。这样，就形成有具有凹凸表面的衬垫，在不增大衬垫占地面积的同时，有效增大了衬垫的接触表面积，也即增大了衬垫与焊球之间的结合面积，进而，可以提高衬垫与焊球的结合力，避免焊球与衬垫之间由于结合力差而出现剥离而导致的焊球脱落，增加芯片的使用寿命。为了更好地理解本申请的技术方案和技术效果，以下将结合流程图图1和附图图1A以及图2-9对具体的实施例进行详细的描述。参考图1所示，在步骤S01，提供晶圆键合结构，所述晶圆键合结构包括第一晶圆100和第二晶圆200，所述第一晶圆100的正面键合至所述第二晶圆200的正面，所述第一晶圆100包括第一衬底102以及第一衬底102上的介质层110以及所述介质层110上的互连层112，参考图2所示。在本申请实施例中，第一晶圆100和第二晶圆200已经完成了进行键合之前的所有器件加工工艺，每个晶圆上可以已经形成有所需的器件结构以及用于电连接器件结构的互连结构，其中，器件结构可以由介质材料覆盖，该介质材料可以为叠层结构，可以包括层间介质层、金属间介质层及键合层等，互连结构形成于介质材料中，器件结构可以为MOS器件、存储器件和/或其他无源器件，存储器件可以包括非易失性存储器或随机存储器等，非易失性存储器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种晶圆结构的制造方法，其特征在于，包括：提供晶圆键合结构，所述晶圆键合结构包括第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆的正面键合至所述第二晶圆的正面，所述第一晶圆包括第一衬底以及第一衬底上的介质层以及所述介质层上的互连层；从所述第一晶圆的背面形成贯穿所述第一衬底的开口；在所述开口下的介质层中形成凹凸结构，所述凹凸结构包括间隔排布的凹部和凸部，且至少部分凹部贯穿至所述互连层；进行所述凹凸结构的填充，以在所述凹凸结构上形成衬垫，所述衬垫具有与所述凹凸结构相同的凹凸排布。

【技术特征摘要】
1.一种晶圆结构的制造方法，其特征在于，包括：提供晶圆键合结构，所述晶圆键合结构包括第一晶圆和第二晶圆，所述第一晶圆的正面键合至所述第二晶圆的正面，所述第一晶圆包括第一衬底以及第一衬底上的介质层以及所述介质层上的互连层；从所述第一晶圆的背面形成贯穿所述第一衬底的开口；在所述开口下的介质层中形成凹凸结构，所述凹凸结构包括间隔排布的凹部和凸部，且至少部分凹部贯穿至所述互连层；进行所述凹凸结构的填充，以在所述凹凸结构上形成衬垫，所述衬垫具有与所述凹凸结构相同的凹凸排布。2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在形成所述开口之后，形成凹凸结构之前，还包括：在所述开口内表面上形成绝缘材料的保护层；则，在所述开口下的介质层中形成凹凸结构，包括：进行所述保护层以及介质层的刻蚀，以在所述开口下的介质层中形成凹凸结构，刻蚀去除的部分为所述凹凸结构的凹部，凹部周围未刻蚀的部分为所述凹凸结构的凸部。3.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述在所述开口中的介质层中形成凹凸结构，包括：利用光刻工艺，在所述开口上形成具有刻蚀图形的掩膜层，所述刻蚀图形间隔排布且包括第一图形和第二图形，所述第一图形的线宽大于所述第二图形的线宽；以所述掩膜层为掩蔽进行刻蚀，去除第一图形下的介质层以及去除第二图形下部分厚度的介质层，以同时形成具有贯通所述介质层的凹部和未贯通所述介质层的凹部的凹凸结构；去除所述掩膜层。4.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述进行所述凹凸结构的填充，以在所述凹凸结构上形成衬垫，包括：进行衬垫材料的沉积，以填充所述凹凸结构；进行所述衬垫...

【专利技术属性】
技术研发人员：占迪，刘天建，叶国梁，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42