半导体装置、制造半导体装置的方法以及电子设备制造方法及图纸

提供半导体装置、制造半导体装置的方法以及电子设备。所提供的半导体装置包括半导体基板、形成在半导体基板上的层间绝缘层、形成在层间绝缘层的表面上的接合电极以及覆盖包括层间绝缘层和接合电极的接合表面的整个表面的金属膜。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置、制造半导体装置的方法以及电子设备
本公开涉及通过层叠基板来进行配线接合的半导体装置、制造该半导体装置的方法以及电子设备。
技术介绍
通过精细工艺的引进以及封装密度的改进，在二维LSI中已经实现了半导体装置的高集成。近年来，已经开始看到微细化的物理限制，并且三维LSI技术已经引起了关注。接合技术在三维LSI中是基本技术。接合技术中存在多种方式，并且已考虑了将芯片彼此接合的技术和将晶片彼此接合的技术。当三维LSI通过将装置晶片层叠在一起来制造时，存在将装置侧的形成在晶片表面上的Cu电极彼此直接接合的方式。在该方式中，存在这样的方法，其平坦化Cu电极和层间电介质（ILD）以使它们位于相同的平面上并进行Cu/ILD的混合接合（hybridbonding）（参照JP2006-191081A和JPH1-205465A）。在这样的接合工艺中，可能需要接合表面是非常平坦的表面，以改进接合强度并且控制接合缺陷。
技术实现思路
在上述的半导体基板直接彼此接合的半导体装置中，需要改进接合的可靠性。本公开提供可靠性高的半导体装置、制造半导体装置的方法以及电子设备。根据本公开的实施例，所提供的半导体装置包括半导体基板、形成在半导体基板上的层间绝缘层、形成在层间绝缘层表面上的接合电极以及覆盖包括层间绝缘层和接合电极的接合表面的整个表面的金属膜。此外，本公开实施例的电子设备包括上述半导体装置和处理半导体装置的输出信号的信号输出电路。根据本公开的实施例，所提供的制造半导体装置的方法包括：在半导体基板上形成层间绝缘层；在层间绝缘层的表面上形成接合电极；以及在层间绝缘层和接合电极的整个表面上形成金属膜。根据本公开的实施例，所提供的半导体装置包括第一半导体基板和第二半导体基板，该半导体装置通过隔着金属膜层叠接合电极的表面而形成，该半导体装置包括：第一半导体基板；第一层间绝缘层，形成在第一半导体基板上；第一接合电极，形成在第一层间绝缘层的表面上；第二半导体基板，接合到第一半导体基板；第二层间绝缘层，形成在第二半导体基板上；第二接合电极，形成在第二层间绝缘层的表面上；金属膜，形成在第一半导体基板和第二半导体基板之间的接合表面上并位于第一接合电极和第二接合电极之间；以及绝缘膜，形成在第一半导体基板和第二半导体基板之间的接合表面上并位于与第一层间绝缘层或第二层间绝缘层接触的部分上，该绝缘膜包括金属膜和第一层间绝缘层或金属膜与第二层间绝缘层之间的反应产物。根据本公开实施例的上述半导体装置以及通过上述制造方法制造的半导体装置，在形成有半导体基板的层间绝缘层和接合电极的表面上形成金属膜。当半导体基板在形成有接合电极的表面处接合到另一个半导体基板时，层间绝缘层和金属膜由于加热接合表面而发生反应，并且形成绝缘膜。此外，形成在接合电极上的金属膜保持为加热之前的状态而不发生反应。此外，通过接合电极上的金属膜保证了接合电极之间的电连接。由于作为金属膜的反应产物的绝缘层，可以防止层间绝缘层和接合电极之间的接触，并且可以控制诸如由接合缺陷或泄漏路径引起的可靠性降低。另外，应用该半导体装置的电子设备的可靠性可得到提高。根据本公开的实施例，提供了可靠性高的半导体装置、制造半导体装置的方法和电子设备。附图说明图1是示出接合电极的示意性构造的截面图；图2是示出接合电极的示意性构造的截面图；图3是示出实施例的包括接合电极的半导体装置的示意性构造的截面图；图4是示出实施例的包括接合电极的半导体装置的示意性构造的截面图；图5A-5C是实施例的包括接合电极的半导体装置的制造工艺流程图；图6D-6F是实施例的包括接合电极的半导体装置的制造工艺流程图；图7G-7H是实施例的包括接合电极的半导体装置制造工艺流程图；图8是示出包括接合电极的半导体装置的修改示例的示意性构造的截面图；图9是示出固态成像设备的构造的示意图；以及图10是示出电子设备的构造的示意图。具体实施方式在下文，将参照附图详细描述本公开的优选实施例。应注意，在说明书和附图中，实质上具有相同的功能和结构的结构要素用相同的参考标记表示，并且省略了这些结构要素的重复解释。在下文，尽管将描述实施本公开的示例性实施例，但本公开不限于这些示例。应注意描述将按以下顺序给出。1.半导体装置的概要2.半导体装置的实施例3.制造实施例的半导体装置的方法4.半导体装置的修改示例5.电子设备的实施例<1.半导体装置的概要>[构造]将描述半导体装置的接合电极的构造概要。图1示出了相关领域的常规半导体装置的接合部分的构造截面图。对于该接合部分，具有多个半导体基板的构造，其中形成在每个表面上的配线层彼此相对并且形成在配线层的表面上的接合电极彼此接合。图1中所示的接合部分表示了第一接合部分10和第二接合部分20接合在一起的状态。第一接合部分10形成在图中未示出的半导体基板上。此外，第一接合部分10包括第一层间绝缘层11和第一接合电极12。第一接合电极12形成在第一层间绝缘层11内，并且在接合表面上第一接合电极12的表面从第一层间绝缘层11的表面露出。用于防止电极材料扩散到绝缘层的阻挡金属表面13设置在第一接合电极12和第一层间绝缘层11相接触的表面上。第二接合部分20形成在图中未示出的半导体基板上，第二接合部分20不同于上述的第一接合部分10。此外，第二接合部分20包括第二层间绝缘层21和第二接合电极22。第二接合电极22形成在第二层间绝缘层21内，并且在接合表面上第二接合电极22的表面从第二层间绝缘层21的表面露出。此外，防止电极材料扩散到绝缘层的阻挡金属表面23设置在第二层间绝缘层21和第二接合电极22相接触的表面上。[问题]如上所述，在其上形成有第一接合电极12的表面和其上形成有第二接合电极22的表面形成为彼此相对的状态下，第一接合电极12和第二接合电极22彼此接合，第一接合部分10和第二接合部分20层叠在一起。这里，在接合表面和其上形成有电极的表面不完全匹配的偏离状态下第一接合电极12和第二接合电极22彼此接合。此外，即使在偏离接合位置的情况下，通过电极之一形成大的面积，也可将第一接合电极12和第二接合电极22设计为不产生接合面积上的差异以确保接合的可靠性。因此，在接合表面上，具有接合电极相接触的部分，也具有接合电极和层间绝缘层相接触的部分。就是说，在半导体装置的接合表面处，具有第一接合电极12和第二层间绝缘层21相接触的接触部分14。另外，具有第二接合电极22和第一层间绝缘层11相接触的接触部分24。在接触部分14和24处，由于不同的材料（诸如构成接合电极的金属材料和构成层间绝缘层的无机氧化物等）彼此接触，所以接合性能降低。当接合性能降低时，存在于第一接合电极12和第二层间绝缘层21之间的界面中并于第二接合电极22和第一层间绝缘层11之间的界面中产生空隙（孔）的情况。在这种情况下，半导体装置的接合性能可能会发生问题，诸如接合性能劣化。此外，如图2所示，由于构成接合电极的例如Cu的金属扩散到层间绝缘层中，所以可能会形成泄露路径15。这导致了半导体装置在绝缘性能上的缺陷并导致了阻挡性能上的问题。在半导体基板的接合中，如果过通过精确匹配并接合接合界面处的接合电极而具有接合电极和层间绝缘层不彼此接触的构造，则不会发生上述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，包括：半导体基板；层间绝缘层，形成在该半导体基板上；接合电极，形成在该层间绝缘层的表面上；以及金属膜，覆盖包括该层间绝缘层和该接合电极的接合表面的整个表面。

【技术特征摘要】
2012.02.14 JP 2012-0294291.一种半导体装置，包括：半导体基板；层间绝缘层，形成在该半导体基板上；接合电极，形成在该层间绝缘层的表面上；以及膜，覆盖包括该层间绝缘层和该接合电极的接合表面的整个表面，其中，所述膜包括覆盖所述层间绝缘层的绝缘膜部分和覆盖所述接合电极的金属膜部分，以及其中，所述绝缘膜部分是金属膜部分的金属材料与层间绝缘层的反应产物。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中该金属材料包括从Ta或Ti选择的至少一种。3.一种包括第一半导体基板和第二半导体基板的半导体装置，该半导体装置通过隔着金属膜层叠接合电极的表面而形成，该半导体装置包括：该第一半导体基板；第一层间绝缘层，形成在该第一半导体基板上；第一接合电极，形成在该第一层间绝缘层的表面上；该第二半导体基板，接合到该第一半导体基板；第二层间绝缘层，形成在该第二半导体基板上；第二接合电极，形成在该第二层间绝缘层的表面上；金属膜，形成在该第一半导体基板和该第二半导体基板之间的接合表面上并位于该第一接合电极和该第二接合电极之间；以及绝缘膜，形成在该第一半导体基板和该第二半导体基板之间的该接合表面上并位于与该第一层间绝缘层或该第二层间绝缘层接触的部分上，该绝缘膜包括该金属膜和该第一层间绝缘层或该金属膜与...

【专利技术属性】
技术研发人员：萩本贤哉，藤井宣年，青柳健一，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：