半导体器件及其制造方法技术

提供了一种包括下结构和上结构的半导体器件。下结构包括第一衬底、第一衬底上的第一焊盘、以及围绕第一焊盘的第一绝缘层。上结构包括第二衬底、第二衬底上的第二焊盘、以及围绕第二焊盘的第二绝缘层。上结构与下结构彼此接触。第一焊盘与第二焊盘彼此接触。第一绝缘层与第二绝缘层彼此接触。第一绝缘层包括与第一焊盘相邻的第一凹陷，第二绝缘层包括与第二焊盘相邻并与第一凹陷重叠的第二凹陷，并且空腔由第一凹陷和第二凹陷限定，且构成第一焊盘和第二焊盘的金属性材料的颗粒在该空腔中。和第二焊盘的金属性材料的颗粒在该空腔中。和第二焊盘的金属性材料的颗粒在该空腔中。

【技术实现步骤摘要】
半导体器件及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2022年5月23日向韩国知识产权局递交的韩国专利申请No.10
‑
2022
‑
0062761的优先权，其全部内容通过引用合并于此。


[0003]本专利技术构思总体上涉及一种半导体器件及其制造方法，并且更具体地，涉及直接接合的半导体器件及其制造方法。

技术介绍

[0004]在半导体工业中，随着对半导体器件和使用半导体器件的电子产品的高容量、薄型化和小型化的需求增加，出现了与其相关的各种封装技术。其中之一是能够通过竖直地堆叠多个半导体芯片来实现高密度芯片的封装技术。这种封装技术可以将具有各种功能的半导体芯片集成在比包括单个半导体芯片的一般封装小的区域中。
[0005]半导体封装以适合在电子产品中作为集成电路芯片使用的形式实现。通常，在半导体封装中，半导体芯片安装在印刷电路板上，并使用接合布线或凸块与其电连接。随着电子工业的发展，已经进行了各种研究以提高半导体封装的可靠性和耐用性。

技术实现思路

[0006]本专利技术构思的实施例提供了一种具有改进的电特性和驱动稳定性的半导体器件、以及制造该半导体器件的方法。
[0007]本专利技术构思的实施例提供了一种制造包括较少缺陷的半导体器件的方法、以及通过该方法制造的半导体器件。
[0008]一种根据本专利技术构思的实施例的半导体器件可以包括下结构和上结构。下结构可以包括第一半导体衬底、在第一半导体衬底上的第一焊盘、以及在第一半导体衬底上围绕第一焊盘延伸(例如，围绕第一焊盘)的第一绝缘层。上结构可以包括第二半导体衬底、在第二半导体衬底上的第二焊盘、以及在第二半导体衬底上围绕第二焊盘延伸(例如，围绕第二焊盘)的第二绝缘层。上结构和下结构可以彼此接触(例如，接合)，使得第一焊盘和第二焊盘彼此接触且第一绝缘层和第二绝缘层彼此接触。第一绝缘层可以包括连接到第一焊盘或与第一焊盘接触的第一凹陷。第二绝缘层可以包括连接到第二焊盘或与第二焊盘接触并与第一凹陷重叠的第二凹陷。空腔(例如，气隙)可以由第一凹陷和第二凹陷限定，并且构成第一焊盘和第二焊盘的金属性材料的颗粒可以在空腔中。
[0009]一种根据本专利技术构思的实施例的半导体器件可以包括：下结构，包括第一衬底、在第一衬底上的第一电路图案、在第一衬底上的第一电路图案上(例如，覆盖第一电路图案)的第一绝缘层、以及第一焊盘，第一焊盘包括金属性材料，包括不被第一绝缘层接触的部分并电连接到第一电路图案；上结构，包括第二衬底、在第二衬底上的第二电路图案、在第二衬底上的第二电路图案上(例如，覆盖第二电路图案)的第二绝缘层、以及第二焊盘，第二焊
盘包括金属性材料，包括不被第二绝缘层接触的部分并电连接到第二电路图案，上结构接触下结构或竖直地连接到下结构；以及空腔(例如，气隙)，在第一绝缘层和第二绝缘层之间围绕第一焊盘和第二焊盘延伸(例如，围绕第一焊盘和第二焊盘)。第二焊盘和第一焊盘可以彼此接触(例如，接合)，可以构成一体的单件(例如，单片层)，并且可以包括相同的金属性材料。第一绝缘层和第二绝缘层之间的界面可以包括围绕气隙延伸(例如，围绕气隙)的第一区域、和围绕该第一区域延伸(例如，围绕该第一区域)的第二区域。第一区域可以在空腔和第二区域之间。第一区域中的金属性材料的浓度可以小于第二区域中的金属性材料的浓度。
[0010]一种根本专利技术构思的实施例的制造半导体器件的方法可以包括：设置下结构，该下结构包括第一半导体衬底、第一半导体衬底上的第一焊盘、以及在第一半导体衬底上围绕第一焊盘延伸(例如，围绕第一焊盘)的第一绝缘层；在第一绝缘层上形成围绕第一焊盘延伸(例如，围绕第一焊盘)的第一凹陷；设置上结构，该上结构包括第二半导体衬底、第二半导体衬底上的第二焊盘、以及在第二半导体衬底上围绕第二焊盘延伸(例如，围绕第二焊盘)的第二绝缘层；在第二绝缘层上形成围绕第二焊盘延伸(例如，围绕第二焊盘)的第二凹陷；使上结构与下结构接触，使得第一焊盘和第二焊盘彼此重叠或竖直地对齐，且第一绝缘层和第二绝缘层彼此接触；以及对上结构和下结构执行热处理工艺。在热处理工艺期间，第一绝缘层上或第二绝缘层上的金属颗粒可以移动到第一凹陷和第二凹陷。
[0011]一种根据本专利技术构思的实施例的半导体器件可以包括：衬底；衬底焊盘，在衬底的上表面上；导电图案，与衬底焊盘的下表面接触；第一绝缘层和第二绝缘层，堆叠在衬底上，其中，导电图案在第一绝缘层和第二绝缘层中；以及半导体芯片，在衬底的上表面上。半导体芯片可以包括半导体衬底、在半导体衬底的下表面上且包括布线图案的布线层、以及连接到布线图案的下表面的接合焊盘。接合焊盘可以接触(例如，直接接合到)衬底焊盘。第一绝缘层可以包括围绕导电图案延伸(例如，围绕导电图案)的第一区域、和围绕该第一区域的第二区域。第一绝缘层的第一区域可以与第二绝缘层间隔开，并且第一绝缘层的第二区域可以与第二绝缘层接触。构成导电图案的金属性材料的颗粒可以在第一绝缘层的第一区域与第二绝缘层之间。
附图说明
[0012]根据下面结合附图进行的简要描述，将更清楚地理解示例实施例。附图表示本文所描述的非限制性示例实施例。
[0013]图1是根据本专利技术构思的实施例的半导体器件的截面图。
[0014]图2和图3是根据本专利技术构思的实施例的半导体器件的平面图。
[0015]图4至图8是图1的部分“A”的放大图。
[0016]图9是根据本专利技术构思的实施例的半导体器件的截面图。
[0017]图10是根据本专利技术构思的实施例的半导体器件的平面图。
[0018]图11是图9的部分“B”的放大图。
[0019]图12是根据本专利技术构思的实施例的半导体器件的截面图。
[0020]图13是图12的部分“C”的放大图。
[0021]图14是根据本专利技术构思的实施例的半导体器件的截面图。
[0022]图15是根据本专利技术构思的实施例的半导体器件的平面图。
[0023]图16是根据本专利技术构思的实施例的半导体器件的截面图。
[0024]图17至图23是用于说明根据本专利技术构思的实施例的制造半导体器件的方法的截面图。
具体实施方式
[0025]将参考附图来描述根据本专利技术构思的一些实施例的半导体器件。
[0026]图1是根据本专利技术构思的实施例的半导体器件的截面图。图2和图3是根据本专利技术构思的实施例的半导体器件的平面图。图4至图8是图1的部分“A”的放大图。
[0027]参考图1至图4，半导体器件可以包括下结构10和堆叠在下结构1 0上的上结构30。
[0028]下结构10可以包括第一衬底12、第一电路层14、第一绝缘层16和第一焊盘20。
[0029]可以设置第一衬底12。第一衬底12可以是诸如半导体晶片之类的半导体衬底。第一衬底12可以是体硅衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底、锗衬底、绝缘体上锗(GOI)衬底、硅锗衬底、或通过执行选择性外延生长(本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体器件，包括：下结构；以及上结构，其中，所述下结构包括：第一半导体衬底；第一绝缘层，在所述第一半导体衬底上；以及第一焊盘，包括在所述第一绝缘层中的部分，其中，所述上结构包括：第二半导体衬底；第二绝缘层，在所述第二半导体衬底上；以及第二焊盘，包括在所述第二绝缘层中的部分，其中，所述第一焊盘与所述第二焊盘彼此接触，且所述第一绝缘层与所述第二绝缘层彼此接触，其中，所述第一绝缘层包括连接到所述第一焊盘的第一凹陷，其中，所述第二绝缘层包括连接到所述第二焊盘并与所述第一凹陷重叠的第二凹陷，以及其中，所述第一凹陷和所述第二凹陷限定空腔，所述空腔包括构成所述第一焊盘和所述第二焊盘的金属性材料的颗粒。2.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一凹陷在平面图中围绕所述第一焊盘延伸，其中，所述第二凹陷在平面图中围绕所述第二焊盘延伸。3.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一焊盘和所述第二焊盘中的每一个在平面图中具有圆形形状或四边形形状，以及其中，所述第一凹陷和所述第二凹陷中的每一个在平面图中具有圆环形状或四方环形状，所述第一凹陷在平面图中大于所述第一焊盘，并且所述第二凹陷在平面图中大于所述第二焊盘。4.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一焊盘和所述第二焊盘在第一方向上堆叠，以及所述空腔在第二方向上的最宽宽度为0.1μm至5μm，并且所述第二方向垂直于所述第一方向。5.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述金属性材料包括铜Cu，以及其中，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层包括构成所述第一半导体衬底和所述第二半导体衬底的材料的氧化物、氮化物或氮氧化物。6.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间的界面包括：第一区域，与所述空腔相邻；以及第二区域，其中，所述第一区域在所述空腔和所述第二区域之间，以及所述第一区域中的所述金属性材料的浓度小于所述第二区域中的所述金属性材料的浓度。
7.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一凹陷的深度和所述第二凹陷的深度随着距所述第一焊盘或所述第二焊盘的距离增加而减小或保持恒定。8.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一焊盘和所述第二焊盘包括相同的材料，并共同地构成单片层。9.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一凹陷在平面图中包围所述第一焊盘，并且所述第二凹陷在平面图中包围所述第二焊盘。10.根据权利要求1所述的半导体器件，其中，所述第一绝缘层和所述第二绝缘层之间的界面与所述第一焊盘和第二焊盘间隔开。11.一种半导体器件，包括：下结构，包括第一衬底、在所述第一衬底上的第一电路图案、在所述第一电路图案上的第一绝缘层、以及第一焊盘，所述第一焊盘包括金属性材料，包括不被所述第一绝缘层接触的部分并电连接到所述第一电路图案；上结构，包括第二衬底、在所述第二衬底上的第二电路图案、在所述第二电路图案上的第二绝缘层、以及第二焊盘...

【专利技术属性】
技术研发人员：金暋起，白承德，李赫宰，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：