[发明专利]提供具有互连堆叠装置晶片的集成电路系统的方法及设备

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体处理。更具体地说，本发明的实施例涉及堆叠集成电路系统的半导体处理。

背景技术

随着集成电路技术的持续发展，我们持续努力来增加性能及密度、改善外形因素及减少成本。堆叠三维集成电路的实施方案已经成为设计者有时用来实现这些益处的一个途径。其中三维集成电路是适合的考虑的一些实例包含在图像传感器或处理器芯片的顶部上堆叠存储器，在处理器芯片的顶部上堆叠存储器，在图像传感器的顶部上堆叠处理器芯片，堆叠用不同制造工艺制造的芯片，堆叠两个小集成电路芯片(其单独的产量可高于大集成电路芯片的产量)，或堆叠芯片以减少集成电路系统占据面积。

实施堆叠三维集成电路的关键挑战是如何以高产量及稳定性实现集成电路芯片之间的许多小面积互连。举例来说，在堆叠集成电路芯片之间的典型铜到铜接合经常遭受晶片扭曲以及弯曲。此外，当尝试提供集成电路芯片之间的连接时，铜表面粗糙性及不平坦性成为额外的挑战。用来制造堆叠集成电路芯片之间的许多小面积互连的其它已知技术也较昂贵、不可靠且大。

发明内容

本发明的一个实施例涉及一种集成电路系统。所述集成电路系统包括：第一装置晶片，其具有第一半导体层，所述第一半导体层接近安置在第一金属层氧化物内的包含第一导体的第一金属层；第二装置晶片，其具有第二半导体层，所述第二半导体层接近安置在第二金属层氧化物内的包含第二导体的第二金属层，其中所述第一装置晶片的所述第一金属层氧化物的前侧在所述第一金属层氧化物与所述第二金属层氧化物之间的接合界面处接合到所述第二装置晶片的所述第二金属层氧化物的前侧；及导电路径，其将所述第一导体耦合到所述第二导体，其中所述导电路径具备形成在腔内的导电材料，所述腔蚀刻在所述第一导体与所述第二导体之间且从所述第二装置晶片的背侧蚀刻穿过所述接合界面并穿过所述第二半导体层。

本发明的另一个实施例涉及一种制造集成电路系统的方法。所述方法包括：在安置在第一金属层氧化物内的接近第一装置晶片的第一半导体层的第一金属层中形成第一导体；在安置在第二金属层氧化物内的接近第二装置晶片的第二半导体层的第二金属层中形成第二导体；在所述第一金属层氧化物与所述第二金属层氧化物之间的接合界面处将所述第一装置晶片的所述第一金属层氧化物的前侧接合到所述第二装置晶片的所述第二金属层氧化物的前侧；在所述第一导体与所述第二导体之间且从所述第二装置晶片的背侧穿过所述接合界面并穿过所述第二半导体层蚀刻腔；及用导电材料填充所述腔以提供将所述第一导体耦合到所述第二导体的导电路径。

附图说明

参考以下附图描述本发明的非限制及非详尽实施例，其中相同参考数字在各视图中始终指代相同部分，除非另有说明。

图1是说明可包含在根据本发明的教示的实例集成电路系统中的第一及第二装置晶片的一个实例的剖面图。

图2是说明在根据本发明的教示的实例集成电路系统中堆叠并接合到一起的第一及第二装置晶片的一个实例的剖面图。

图3是说明在根据本发明的教示的实例集成电路系统中的堆叠并接合的第一及第二装置晶片的一个实例的剖面图，所述晶片中的一者具有减薄并钝化的半导体层。

图4是说明在根据本发明的教示的实例集成电路系统中的堆叠并接合的第一及第二装置晶片的一个实例的剖面图，其中氧化物沉积在穿过半导体层中的一者的蚀刻开口上。

图5A是说明在根据本发明的教示的实例集成电路系统中的堆叠并接合的第一及第二装置晶片的一个实例的剖面图，其中用第一掩模在穿过半导体层中的一者的开口中蚀刻到达导体的沟槽。

图5B是说明在根据本发明的教示的实例集成电路系统中的堆叠并接合的第一及第二装置晶片的一个实例的剖面图，其中用第二掩模在第一与第二导体之间的沟槽中蚀刻腔且使其从所述装置晶片中的一者的背侧蚀刻穿过接合界面并穿过半导体层中的一者。

图6A是说明在根据本发明的教示的实例集成电路系统中的堆叠并接合的第一及第二装置晶片的另一个实例的剖面图，其中用第一掩模在第一与第二导体之间蚀刻腔且使其从所述装置晶片中的一者的背侧蚀刻穿过接合界面并穿过半导体层中的一者。

图6B是说明在根据本发明的教示的实例集成电路系统中的堆叠并接合的第一及第二装置晶片的另一个实例的剖面图，其中用第二掩模在穿过半导体层中的一者的开口中在腔的上方蚀刻到达导体的沟槽。