[發(fā)明專利]電連接晶圓的方法和用該方法制造的半導(dǎo)體設(shè)備

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310573253.3
• 申請(qǐng)日: 2013-11-15
• 公開（公告）號(hào): CN103824867A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 全寅均
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: （株）賽麗康
• 主分類號(hào): H01L27/146
• 分類號(hào): H01L27/146;H01L21/60
• 代理公司: 北京英賽嘉華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11204
• 代理人: 余朦;王艷春

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電連接兩個(gè)晶圓的方法，尤其涉及使用對(duì)接接觸結(jié)構(gòu)電連接晶圓的方法，這種方法根據(jù)氧化物至氧化物（oxide-to-oxide）接合方法物理接合兩個(gè)晶圓并隨后使用對(duì)接接觸結(jié)構(gòu)電連接兩個(gè)晶圓。

背景技術(shù)

最近，通過(guò)減小晶圓上的設(shè)備的尺寸來(lái)減小集成電路的物理尺寸的方法已經(jīng)到達(dá)極限。為了突破上述極限，豎直堆疊兩個(gè)或更多個(gè)晶圓的方法已經(jīng)被提出。

圖1是通過(guò)金屬至金屬接合方法制造的傳統(tǒng)半導(dǎo)體設(shè)備的截面圖。

為了便于說(shuō)明，假設(shè)圖1的半導(dǎo)體設(shè)備是圖像傳感器的一部分。該半導(dǎo)體設(shè)備包括上部晶圓110和下部晶圓120。上部晶圓110包括光電二極管PD以及浮置擴(kuò)散器（floating?diffusion）FD，其中光電二極管PD用于生成與從頂部入射的光的量相對(duì)應(yīng)的電荷，浮置擴(kuò)散器FD用于臨時(shí)地儲(chǔ)存這些電荷。下部晶圓120包括除了光電二極管PD之外的構(gòu)成圖像傳感器的元件。

參照?qǐng)D1，內(nèi)部實(shí)施有不同元件的兩個(gè)晶圓彼此接合在一起。在圖1中，A、B、C和D代表形成有金屬（作為導(dǎo)電材料）或多晶硅的區(qū)域。形成在上部晶圓110中的區(qū)域A和C必須分別電連接至形成在下部晶圓120中的區(qū)域B和D。

當(dāng)半導(dǎo)體制造工藝完成時(shí)，晶圓的上表面通過(guò)絕緣材料覆蓋。因此，當(dāng)兩個(gè)晶圓的上表面彼此物理接合時(shí)，這兩個(gè)晶圓彼此電絕緣。因此，為了電連接兩個(gè)晶圓，必須在這兩個(gè)晶圓的接合部分上形成導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料必須彼此物理接合。

參照?qǐng)D1，導(dǎo)電材料諸如銅（Cu）可形成在形成于上部晶圓110中的區(qū)域A和C的表面上和形成于下部晶圓120中的區(qū)域B和D的表面上。

根據(jù)上面描述的傳統(tǒng)金屬至金屬（metal-to-metal）的接合方法，兩個(gè)晶圓110和120通過(guò)形成于上部晶圓110和下部晶圓120的區(qū)域A至D的表面上的導(dǎo)電層彼此電連接。因此，晶圓的厚度不可避免地增加了。在晶圓厚度增加的情況下，用于在形成于這兩個(gè)晶圓110和120中的元件之間進(jìn)行電連接的導(dǎo)線的長(zhǎng)度也增加了。因此，無(wú)法忽視由導(dǎo)線阻抗導(dǎo)致的功率損耗。

此外，在制造晶圓中的每一個(gè)時(shí)，必須在接合工藝中單獨(dú)執(zhí)行形成用于電連接的導(dǎo)電層的工藝。因此，不可避免地增加了執(zhí)行該工藝所需的時(shí)間。

發(fā)明內(nèi)容

因此，本發(fā)明致力于解決現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種使用對(duì)接接觸結(jié)構(gòu)電連接晶圓的方法，在接合晶圓時(shí)，該方法使用氧化物至氧化物接合方法作為物理接合工藝并使用TSV或?qū)咏佑|方法作為電接合工藝，從而簡(jiǎn)化了多余的工藝。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種半導(dǎo)體設(shè)備，其通過(guò)使用對(duì)接接觸結(jié)構(gòu)的電連接晶圓的方法制造，在接合晶圓時(shí)，該方法使用氧化物至氧化物接合方法作為物理接合工藝并使用TSV或?qū)咏佑|方法作為電接合工藝，從而簡(jiǎn)化了多余的工藝。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于電連接晶圓的方法，該方法使用對(duì)接接觸孔結(jié)構(gòu)將受到一系列工藝的第一晶圓和第二晶圓電連接。該方法包括：通過(guò)絕緣體至絕緣體接合方法物理地接合第一晶圓和第二晶圓；以及通過(guò)使用硅穿孔（TSV）或?qū)咏佑|孔的金屬至金屬接合方法將第一晶圓的第一導(dǎo)電區(qū)域電連接至第二晶圓的與第一導(dǎo)電區(qū)域相對(duì)應(yīng)的第二導(dǎo)電區(qū)域。

根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體設(shè)備，其包括彼此電連接的第一晶圓和第二晶圓。第一晶圓包括構(gòu)成CMOS圖像傳感器的多個(gè)元件中的一個(gè)或多個(gè)，以及第二晶圓包括像素驅(qū)動(dòng)電路和構(gòu)成CMOS圖像傳感器的多個(gè)元件中除了形成于第一晶圓中的元件之外的其它元件。

附圖說(shuō)明

在結(jié)合附圖閱讀了下面的詳細(xì)描述之后，本發(fā)明的上述目的、以及其它特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，在附圖中：

圖1是通過(guò)金屬至金屬接合方法制造的傳統(tǒng)半導(dǎo)體設(shè)備的截面圖；

圖2是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于電連接晶圓的方法制造的半導(dǎo)體設(shè)備的截面圖；

圖3A示出兩個(gè)晶圓彼此物理接合；

圖3B示出從第一晶圓的基板向第一導(dǎo)電區(qū)域形成第一對(duì)接接觸孔；以及

圖3C示出從第一導(dǎo)電區(qū)域向第二導(dǎo)電區(qū)域形成第二對(duì)接接觸孔。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)在將更加詳細(xì)地參照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，該優(yōu)選實(shí)施方式的實(shí)施例在附圖中示出。在整個(gè)附圖和說(shuō)明書中，相同的參考標(biāo)號(hào)將盡可能的表示相同或相似的部件。

圖2是通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的用于電連接晶圓的方法制造的半導(dǎo)體設(shè)備的截面圖。