[发明专利]半导体结构及其制造方法

说明书

一种半导体结构及其制造方法。半导体结构包括顶层、底层及中间层。底层包括在第一半导体衬底上方的第一内连线结构及在第一内连线结构上方的第一正面接合结构。中间层介于顶层与底层之间并与其电耦合。中间层包括在第二半导体衬底上方的第二内连线结构、介于顶层与第二内连线结构之间的第二正面接合结构及介于第二半导体衬底与第一正面接合结构之间的背面接合结构。第二正面接合结构的接合特征包括与第二内连线结构接触的第一接合通孔、在第一接合通孔上方的第一接合接点及在第一接合接点的底部与第一接合通孔的顶部之间的阻障层界面。

技术领域

本发明的实施例是涉及一种半导体结构及其制造方法，特别是涉及一种包括三维集成电路管芯堆叠的半导体结构及其制造方法。

背景技术

由于各种零组件(例如晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成度不断在提高，半导体产业正经历快速发展。集成度的提高多半归功于最小特征大小的不断缩减，这样的发展使得固定区域中所能集成的零组件数量增加了。然而，由于工艺上的限制，持续缩减最小特征大小变得越来越困难。为了进一步提高电路密度，半导体产业一直在研究具有多个彼此堆叠并接合的集成电路(integrated circuit；IC)管芯的三维(three-dimensional；3D)IC。随着越来越多的IC管芯接合在一起，用来形成可靠半导体结构的堆叠及接合技术正面临制造上的挑战。

发明内容

根据一些实施例，一种半导体结构包括顶层、底层及中间层。底层包括在第一半导体衬底上方的第一内连线结构以及在第一内连线结构上方的第一正面接合结构。中间层插设在顶层与底层之间并电耦合至顶层及底层。中间层包括在第二半导体衬底上方的第二内连线结构、插设在顶层与第二内连线结构之间的第二正面接合结构以及插设在第二半导体衬底与底层的第一正面接合结构之间的背面接合结构。第二正面接合结构的第一接合特征包括与第二内连线结构接触的第一接合通孔、在第一接合通孔上方的第一接合接点以及位于第一接合接点的底部与第一接合通孔的顶部之间的阻障层界面。

根据一些替代实施例，一种半导体结构包括第一堆叠以及在第一堆叠下方并电耦合至第一堆叠的第二堆叠。第二堆叠包括第一层及第二层，其中第二层插设在第一堆叠与第一层之间并电耦合至第一堆叠及第一层。第一层包括在第一半导体衬底上方的第一内连线结构。第二层包括在第二半导体衬底上方的第二内连线结构以及延伸穿过第二半导体衬底的第一贯通衬底通孔。第一贯通衬底通孔包括第一端及第二端，其中第一端接合至第一层的第一内连线结构的第一金属图案，而第二端落在第二内连线结构的第二金属图案上。

根据一些替代实施例，一种半导体结构的制造方法包括至少以下步骤。提供第一半导体晶片，其中第一半导体晶片包括在第一半导体衬底上方的背面接合结构、在第一半导体衬底下方的第一内连线结构以及连接至第一内连线结构的内连线层的接合通孔。将第二半导体晶片接合至第一半导体晶片以形成接合晶片，其中第二半导体晶片包括第二半导体衬底、接合至第一半导体晶片的背面接合结构的第一正面接合结构以及插设在第二半导体衬底与第一正面接合结构之间的第二内连线结构。对接合晶片进行修整。在进行去除之后，在第一半导体晶片的接合通孔上形成接合接点，以形成第一半导体晶片的第二正面接合结构。

附图说明

结合附图阅读以下详细说明，会最好地理解本公开的各个方面。应注意，根据行业中的标准惯例，各种特征并非按比例绘制。事实上，为论述清晰起见，可任意增大或减小各种特征的大小。

图1A～1J是示出根据一些实施例的包括正面至背面接合界面的半导体结构的制造方法中各个阶段的剖面示意图。

图2A是示出根据一些实施例的在图1E中描绘的虚线框A的放大剖面示意图。

图2B是示出根据一些实施例的在图1F中描绘的虚线框B的放大剖面示意图。

图2C是示出根据一些实施例的在图1I中描绘的虚线框C的放大剖面示意图。

图3是示出根据一些实施例的包括正面至背面接合界面的半导体结构的剖面示意图。