半导体装置

文档序号:813020 发布日期:2021-03-26 浏览:29次 >En<

阅读说明:本技术 半导体装置 (Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips ) 是由 新居雅人 于 2020-02-21 设计创作,主要内容包括:实施方式提供一种能够确保各晶片间的接合强度及导通性的半导体装置。实施方式的半导体装置具有第1晶片、第1配线层、第1绝缘层、第1电极、第2晶片、第2配线层、第2绝缘层、第2电极和第1层。第1电极具有第1面、第2面、第3面及第4面。第2电极具有第5面、第6面、第7面、第2侧面及第8面。第1层设于第4面与第1绝缘层中的将第4面包围的部分之间,从第3面在第1方向上远离而设置。(The embodiment provides a semiconductor device capable of ensuring bonding strength and conductivity between wafers. The semiconductor device of the embodiment has a 1 st wafer, a 1 st wiring layer, a 1 st insulating layer, a 1 st electrode, a 2 nd wafer, a 2 nd wiring layer, a 2 nd insulating layer, a 2 nd electrode, and a 1 st layer. The 1 st electrode has a 1 st surface, a 2 nd surface, a 3 rd surface and a 4 th surface. The No. 2 electrode has a No. 5 surface, a No. 6 surface, a No. 7 surface, a No. 2 side surface and a No. 8 surface. The 1 st layer is provided between the 4 th surface and a portion of the 1 st insulating layer surrounding the 4 th surface, and is provided apart from the 3 rd surface in the 1 st direction.)

半导体装置

本申请主张以第2019-164496号日本专利申请(申请日:2019年9月10日)为基础申请的优先权。本申请通过引用该基础申请而包含基础申请的全部内容。

技术领域

本发明的实施方式涉及半导体装置。

背景技术

作为半导体装置,提出了将具有各种功能的集成电路以晶片水平单独制作、然后将晶片彼此贴合而做成1个芯片的结构。

发明内容

本发明要解决的问题是提供一种能够确保各晶片间的接合强度及导通性的半导体装置。

技术方案的半导体装置具有第1晶片、第1配线层、第1绝缘层、第1电极、第2晶片、第2配线层、第2绝缘层、第2电极和第1层。第1配线层设于第1晶片。第1绝缘层相对于第1配线层设于第1方向的一侧。第1电极设于第1绝缘层内,具有与第1配线层连接的第1面、位于在第1方向的一侧上远离第1面的位置的第2面、位于在第1方向的一侧上比第2面更远离第1面的位置的第3面、从第1面朝向第2面的第1侧面、以及从第2面朝向第3面的第4面。第2配线层设于第2晶片。第2绝缘层相对于第2配线层设于第1方向的另一侧。第2电极设于第2绝缘层内,具有与第2配线层连接的第5面、位于在第1方向的另一侧上远离第5面的位置的第6面、位于在第1方向的另一侧上比第6面更远离第5面的位置并与第3面连接的第7面、从第5面朝向第6面的第2侧面、以及从第6面朝向第7面的第8面。第1层设于第4面与第1绝缘层中的将第4面包围的部分之间,在第1方向上远离第3面而设置。

附图说明

图1是表示实施方式的半导体装置的放大剖面图。

图2是用来说明实施方式的半导体装置的制造工序的工序图。

图3是用来说明实施方式的半导体装置的制造工序的工序图。

图4是用来说明实施方式的半导体装置的制造工序的工序图。

图5是用来说明实施方式的半导体装置的制造工序的工序图。

图6是用来说明实施方式的半导体装置的制造工序的工序图。

图7是用来说明实施方式的半导体装置的制造工序的工序图。

图8是用来说明实施方式的半导体装置的制造工序的工序图。

图9是用来说明实施方式的半导体装置的制造工序的工序图。

图10是用来说明实施方式的半导体装置的制造工序的工序图。

图11是用来说明实施方式的半导体装置的制造工序的工序图。

图12是有关实施方式的变形例的对应于图1的放大剖面图。

图13是有关实施方式的变形例的对应于图1的放大剖面图。

图14是有关实施方式的变形例的对应于图1的放大剖面图。

图15是有关实施方式的变形例的对应于图1的放大剖面图。

图16是有关实施方式的变形例的对应于图1的放大剖面图。

标号说明

1…半导体装置;21…第1配线层(第1信号层);41…第1层间绝缘层(第1绝缘层,绝缘层);42…第1绝缘层(第3层);62…第1层(第1导电层);62a…第1部分(第1导电层);62b…第2部分(第3导电层);62c…第3部分(第4导电层);63…第1电极;71…第1电极部(第1部分);71a…下端面(第1面);71b…侧面(第1侧面);72…第2电极部(第2部分);72a…下端面(第2面);72b…侧面(第4面);73…第3电极部(第2部分);73a…侧面(第4面,第2区域),上表面73b(第3面,第1区域);101…第2配线层;111…第2层间绝缘层(第2绝缘层);143…第2电极(电极);150…第4电极部;150b…下表面(第7面);151…第5电极部(第3部分);151a…侧面(第8面);151b…上端面(第6面);152…第6电极部(第4部分);152a…上端面(第5面);152b…侧面(第2侧面)。

具体实施方式

以下,参照附图说明实施方式的半导体装置。

在以下的说明中,对具有相同或类似的功能的结构赋予相同的标号。并且,有时将这些结构的重复的说明省略。附图是示意性或概念性的图,各部分的厚度与宽度的关系、部分间的大小的比率等并不一定与现实相同。

在本说明书中所述的“连接”,并不限定于在物理上连接的情况,也包括电连接的情况。即所述的“连接”并不限定于2个部件直接接触的情况,也包括在2个部件之间夹着别的部件的情况。另一方面,所述的“接触”是指直接接触。在本说明书中所述的“重叠”及“面向”,并不限定于2个部件直接相向,也包括在2个部件之间存在别的部件的情况。此外,所述的“重叠”及“面向”,也包括2个部件的各自一部分彼此重叠或面向的情况等。此外所述的“厚度”,是为了方便的表述,也可以改称作“尺寸”。进而,所述的“相向”,是指2个部件的至少一部分重合。即,所述的“相向”,并不限定于2个部件遍及整体重合,也包括2个部件的一部分相互错开而重合的情况。

此外,先对X方向、Y方向、Z方向进行定义。X方向是与后述的第1模块10及第2模块11的表面大致平行的方向中的一侧(参照图1)。Y方向(第2方向)是与第1模块10及第2模块11的表面大致平行的方向中的与X方向相交(例如大致正交)的方向。Z方向是与第1模块10及第2模块11的表面大致正交的方向,是与X方向及Y方向相交(例如大致正交)的方向。+Z方向(第1方向)是从第2模块11朝向第1模块10的方向(参照图1)。-Z方向是与+Z方向相反的方向。在不将+Z方向与-Z方向进行区别的情况下,简单称作“Z方向”。在本说明书中,有时将“+Z方向”称作“上”、将“-Z方向”称作“下”。但是,这些表现是为了方便的表现,不规定重力方向。

图1是表示实施方式的半导体装置1的放大剖面图。如图1所示,半导体装置1例如是存储装置。半导体装置1由第1模块10及第2模块11在Z方向上层叠而构成。

第1模块10例如是CMOS(Complementary MOS,互补金属氧化物半导体)模块。第1模块10构成1个以上的CMOS电路。具体而言,第1模块10具备第1绝缘膜20、第1配线层(第1信号层)21和第1连接层22。

第1绝缘膜20例如由硅氧化物(SiO)等形成。第1绝缘膜20可以构成第1模块10的第1晶片的一部分。在本实施方式中,所述的第1晶片,只要是设有第1配线层21的部件就可以,并不限于第1模块10的基体自身,也可以是除了基体以外还包括层叠有CMOS电路的部件的层叠体。此外,第1晶片既可以包括也可以不包括基体。

第1配线层21例如在X方向、Y方向上隔开间隔设有多个。第1配线层21由第1绝缘膜24划分。

第1连接层22具备第1基底层40、第1层间绝缘层(第1绝缘层、绝缘层)41、第1绝缘层(第3层)42和第1焊盘部43。第1基底层40设于第1模块10的上方(+Z方向,第1方向的一侧)。第1基底层40例如通过氮添加碳化硅(SiCN)等形成。

第1层间绝缘层41设于第1基底层40上。第1层间绝缘层41的厚度(Z方向的厚度)比第1基底层40厚。在本实施方式中,第1层间绝缘层41例如由硅氧化物(SiO)等形成。

在第1连接层22形成有将第1连接层22在Z方向上贯通的第1凹部48。第1凹部48在从Z方向观察的俯视中与某一个第1配线层21重合。另外,第1凹部48的俯视形状可以为矩形或圆形、多边形等,可以适当进行变更。第1凹部48形成为随着朝向下方(-Z方向,第1方向的另一侧)而俯视外形阶段性缩小的带台阶形状。具体而言,第1凹部48具备第1焊盘凹部50和第1导通孔51。

第1焊盘凹部50形成为随着朝向下方而俯视外形逐渐缩小的锥状。第1焊盘凹部50的上端达到了第1层间绝缘层41的上端。第1焊盘凹部50的下端位于第1层间绝缘层41内。第1导通孔51在第1焊盘凹部50中从俯视时的中央部向下方延伸。第1导通孔51形成为随着朝向下方而俯视外形逐渐缩小的锥状。第1导通孔51将第1层间绝缘层41及第1基底层40在Z方向上贯通。第1导通孔51的下端达到了第1基底层40的下表面。即,上述的第1配线层21通过第1导通孔51的下端与第1凹部48内的第1焊盘部43连接。

第1绝缘层42仿形第1凹部48的内表面而形成,并且还形成在第1焊盘部43与第1配线层21之间。第1绝缘层42具有抑制第1焊盘部43向第1焊盘部43的周围扩散等作为阻挡金属的功能。在本实施方式中,第1绝缘层42例如由钽(Ta)或氮化钽(TaN)等形成。

第1焊盘部43埋设于第1凹部48内。具体而言,第1焊盘部43具备第1层(第1导电层)62和第1电极63。第1层62在第1凹部48内仿形第1绝缘层61的内表面而形成。在本实施方式中,第1层62的膜厚(沿着第1凹部48的内表面的法线方向的厚度)比第1绝缘层42的膜厚厚。但是,第1层62的膜厚也可以比第1绝缘层42的膜厚薄。第1层62由具有导电性且与第1电极63相比蚀刻率较低的材料形成。作为这样的材料,在本实施方式中优选使用含有钛(Ti)的材料。另外,第1层62也可以由具有绝缘性的材料形成。在此情况下,优选的是在第1配线层21与第1电极63之间不夹着第1层62。

第1层62的上端位于比第1层间绝缘层41的上端靠下方的位置。因而,在第1凹部48内,在第1凹部48的内表面(第1绝缘层61的内表面)与第1层62的上端之间形成有收容部65。收容部65的内表面朝向上方及第1凹部48的内侧。另外,由沿着第1层62的内表面延伸的假想线L1、沿着第1层间绝缘层41的上端延伸的假想线L2、第1层62的上端及第1绝缘层61的内表面包围的部分为收容部65的容积S。

在本实施方式中,收容部65遍及第1凹部48的整周在Z方向上以一样的深度形成。在本实施方式中,收容部65的深度比第1层62的膜厚深。但是,收容部65只要在第1凹部48的周围形成在至少一部分处就可以。此外,收容部65的Z方向的深度也可以不形成为一样。

第1电极63设于第1凹部48内。具体而言,第1电极63具备第1电极部(第1部分)71、第2电极部(第2部分)72和第3电极部(第2部分)73。第1电极部71仿形第1层62的内表面形状而埋入至第1导通孔51的内侧。第1电极部71的周围被第1基底层40及第1层间绝缘层41包围。第1电极部71的下端面(第1面)71a经由第1绝缘层42及第1层62与第1配线层21电连接。第1电极部71中的在Y方向上对置的侧面(第1侧面)71b随着朝向上方而向相互远离的方向延伸。因而,第1电极部71的XY平面中的截面积随着朝向上方而逐渐扩大。

第2电极部72仿形第1层62的内表面形状而埋入至第1焊盘凹部50的内侧。第2电极部72的周围被第1层间绝缘层41包围。第2电极部72一体地设于第1电极部71上。第2电极部72的下端面72a(第2面:与第1电极部71的边界部分)与第1电极部71的上端电连接。第2电极部72的下端面72a相对于第1电极部71的下端面71a向上方远离,并且从第1电极部71的上端向外周侧伸出。第2电极部72的Y方向的最小长度(第2长度)D2相比第1电极部71的Y方向的最大长度(第1长度)D1长。另外,第2电极部72的最小长度D2是第2电极部72的下端面72a的长度,是第1层62的内表面彼此的间隔。第1电极部71的最大长度D1是第1电极部71的上端处的Y方向的长度。

第2电极部72中的在Y方向上对置的侧面(第4面)72b随着朝向上方而向相互远离的方向延伸。因而,第2电极部72的截面积随着朝向上方而逐渐扩大。第2电极部72的XY平面中的截面积比第1电极部71大。在本实施方式中优选第2电极部72的最大截面积是第1电极部71的最大截面积的3倍以上。

第3电极部73在第1焊盘凹部50的内侧一体地设于第2电极部72上。第3电极部73的上表面(第3面,第1区域)73b的Y方向的长度比第2电极部72的下端面72a的Y方向的长度长。另外,在本实施方式中,对第1电极63的第3面是第3电极部73的上表面73b的情况进行说明。在此情况下,所述的上表面73b,也可以是例如通过第1模块10与第2模块11的边界部分包括与Z方向正交的剖面中出现的一个线段的面,此外,所述的第1电极63的第3面,也可以是第3电极部73中的在Z方向的任意的位置处与Z方向正交的面。

第3电极部73的Y方向的最小长度(第3长度)D3比第2电极部72的Y方向的最大长度D2长。在第3电极部73中,在Y方向上对置的侧面73a随着朝向上方而向相互远离的方向延伸。因而,在本实施方式中,第3电极部73的最小长度是第3电极部73的下端处的Y方向的长度。第3电极部73的XY平面中的截面积比第2电极部72大。具体而言,第3电极部73的截面积随着朝向上方而逐渐扩大。

第3电极部73中的向比第2电极部72更外周侧伸出的部分构成位于第1层62上的伸出部74。在本实施方式中,伸出部74遍及第3电极部73的整周而形成。伸出部74无间隙地埋入至上述的收容部65内。因而,在第1层62的上端与第3电极部73的上表面73b之间设有第1电极63的一部分。

这样,上述的第1绝缘层42遍及第1电极部71的下端面71a与第1配线层21之间、第1电极部71的侧面71b与第1层间绝缘层41之间、第2电极部72的下端面72a与第1层间绝缘层41之间、第2电极部72的侧面72b与第1层间绝缘层41之间、第3电极部73的侧面73a与第1层间绝缘层41之间而延伸。另一方面,上述的第1层62遍及第1电极部71的下端面71a与第1配线层21之间、第1电极部71的侧面71b与第1层间绝缘层41之间、第2电极部72的下端面72a与第1层间绝缘层41之间、第2电极部72的侧面72b与第1层间绝缘层41之间而延伸。在此情况下,第1层62中的位于第2电极部72的侧面72b与第1层间绝缘层41之间的部分构成第1部分(第1导电层)62a。第1层62中的位于第2电极部72的下端面72a与第1层间绝缘层41之间的部分构成第2部分(第3导电层)62b。此外,第1层62中的位于第1电极部71的侧面71b与第1层间绝缘层41之间的部分构成第3部分(第4导电层)62c。

因此,在XY平面中的经过第3电极部73的平面中,在第3电极部73与第1绝缘层61之间没有夹着第1层62。另一方面,在XY平面中的经过第1电极部71的平面中,在第1电极部71与第1绝缘层61之间夹着第1层62。

第2模块11例如是单元(セル)模块。第2模块11具备通过上述CMOS电路充放电的多个存储器单元等。例如,第2模块11具备第2绝缘膜100、第2配线层101和第2连接层102。

第2绝缘膜100例如由硅氧化物(SiO)等形成。第2绝缘膜100也可以构成第2模块11的第2晶片的一部分。另外,在本实施方式中,所述的第2晶片,只要是设有第2配线层101的部件就可以,并不限于第2模块11的基体自身,也可以是除了基体以外还包括层叠有存储器单元的部件的层叠体。此外,第2晶片既可以包括也可以不包括基体。

第2配线层101例如在X方向、Y方向上隔开间隔而设有多个。各第2配线层101被第2绝缘膜100划分。

第2连接层102位于上述第2绝缘膜100的下方。第2连接层102与上述第1连接层22接合,将第1模块10及第2模块11彼此连接。第2连接层102与第1连接层22同样地,具备第2基底层110、第2层间绝缘层(第2绝缘层)111、第2绝缘层112和第2焊盘部113。第2连接层102相对于XY平面与上述的第1连接层22上下对称地形成。在以下的说明中,对于与上述第1连接层22同样的结构适当省略说明。

在第2连接层101形成有将第2连接层101在Z方向上贯通的第2凹部120。第2凹部120相对于上述第1凹部48在Z方向上相向。

第2凹部120中的第2焊盘凹部130形成为随着朝向上方而俯视外形逐渐缩小的锥状。第2焊盘凹部130的上端位于第2层间绝缘层103内。第2焊盘凹部130的下端达到了第2层间绝缘层103的下表面。第2凹部120中的第2导通孔131在第2焊盘凹部130中从俯视的中央部向上方延伸。第2导通孔131形成为随着朝向上方而俯视外形逐渐缩小的锥状。第2导通孔131将第2层间绝缘层111及第2基底层110在Z方向上贯通。第2导通孔131的上端达到了第2基底层110的上表面。即,上述的第2配线层102通过第2导通孔131的上端与第2凹部120内的第2焊盘部113连接。

第2绝缘层112仿形第2凹部120的内表面而形成,并且还形成在第2焊盘部113与第2配线层102之间。第2焊盘部113埋设于第2凹部120内。具体而言,第2焊盘部113具备第2层(第2导电层)142和第2电极(电极)143。第2层142在第2凹部120内仿形第2绝缘层112的内表面而形成。第2层142由具有导电性且蚀刻率比第2电极143低的材料形成。

第2层142的下端位于比第2层间绝缘层111的下表面靠上方的位置。因而,在第2凹部120内,在第2凹部120的内表面(第2绝缘层112的内表面)与第2层142的下端之间形成有收容部149。收容部149的内表面朝向下方及第2凹部120的内侧。

第2电极143设于第2凹部120内。具体而言,第2电极143具备第4电极部150、第5电极部(第3部分)151和第6电极部(第4部分)152。第4电极部150在第2焊盘凹部130的内侧设于第3电极部73上。第4电极部150的下表面(第7面)150b的Y方向的长度比第5电极部151的上端面151b的Y方向的长度长。另外,在本实施方式中,对第2电极143的第7面是第4电极部150的下表面150b的情况进行说明。在此情况下,所述的下表面150b,也可以是例如通过第1模块10与第2模块11的边界部分包括与Z方向正交的剖面中出现的一个线段的面,此外,所述的第2电极143的第7面,也可以是第4电极部150中的在Z方向的任意的位置与Z方向正交的面。

第4电极部150的Y方向的最小长度D4比第2电极部72的最大长度D2长。第4电极部150的XY平面中的截面积比第2电极部72大。在本实施方式中,第4电极部150中的在Y方向上对置的侧面150a随着朝向下方而向相互远离的方向延伸。在图示的例子中,第4电极部150的截面积随着朝向下方而逐渐扩大。

第4电极部150中的位于第2层142的下方的部分构成向比第2层142的内表面更外周侧伸出的伸出部154。在本实施方式中,伸出部154遍及第4电极部150的整周而形成。伸出部154无间隙地埋入至上述的收容部149内。

第5电极部151仿形第2层142的内表面形状而埋入至第2焊盘凹部130的内侧。第5电极部151的周围被第2层间绝缘层111包围。第5电极部151一体地设于第4电极部150上。第5电极部151的下端与第4电极部150的上端电连接。第5电极部151的XY平面中的截面积比第4电极部150小。第5电极部151的Y方向的最小长度(第4长度)D5比第4电极部150的最大长度D4长。另外,第5电极部151的最小长度D5是第5电极部151的上端面(第6面)151b的长度,是第2层142的内表面彼此的间隔。在YZ平面中,第5电极部151中的在Y方向上对置的侧面(第8面)151a随着朝向下方而向相互远离的方向延伸。因而,第5电极部151的截面积随着朝向下方而逐渐扩大。

第6电极部152仿形第2层142的内表面形状而埋入至第2导通孔131的内侧。第6电极部152的周围被第2基底层110及第2层间绝缘层111包围。第6电极部152的上端面(第5面)152a经由第2绝缘层112及第2层142与第2配线层102电连接。第6电极部152中的在Y方向上对置的侧面(第2侧面)152b随着朝向下方而向相互远离的方向延伸。第5电极部151的Y方向的最小长度D4比第6电极部152的Y方向的最大长度(第5长度)D5长。因而,第6电极部152的XY平面中的截面积随着朝向下方而逐渐扩大。

这样,上述的第2绝缘层112遍及第6电极部152的上端面152a与第2配线层101之间、第6电极部152的侧面152b与第2层间绝缘层111之间、第5电极部151的上端面151b与第2层间绝缘层111之间、第5电极部151的侧面151a与第2层间绝缘层111之间、第4电极部150的侧面150a与第2层间绝缘层111之间而延伸。另一方面,上述的第2层142遍及第6电极部152的上端面152a与第2配线层101之间、第6电极部152的侧面152b与第2层间绝缘层111之间、第5电极部151的上端面151b与第2层间绝缘层111之间、第5电极部151的侧面151a与第2层间绝缘层111之间而延伸。在此情况下,第2层142中的位于第5电极部151的侧面151a与第2层间绝缘层111之间的部分构成第4部分(第2导电层)142a。第2层142中的位于第5电极部151的上端面151b与第2层间绝缘层111之间的部分构成第5部分142b。此外,第2层142中的位于第6电极部152的侧面152b与第2层间绝缘层111之间的部分构成第6部分142c。

在本实施方式中,在XY平面中的经过第4电极部150的平面中,仅第2绝缘层112及第4电极部150位于第2焊盘凹部130内。另一方面,在XY平面中的经过第5电极部151的平面中,存在第2绝缘层112、第2层142及第5电极部151。

第1模块10与第2模块11经由第1连接层22及第2连接层102相互连接。具体而言,层间绝缘层41、111在Z方向上相互接合。各焊盘部43、113使第3电极部73及第4电极部150以在Z方向上相互对置的状态彼此接合。

在本实施方式中,上述的伸出部74是第3电极部73中的在第1焊盘部43及第2焊盘部113的接合时向外周侧溢出的剩余量。此外,上述的伸出部154是第4电极部150中的在第1焊盘部43及第2焊盘部113的接合时向外周侧溢出的剩余量。

接着,对上述半导体装置1的制造方法进行说明。在以下的说明中,主要对第1连接层22的制造工序及第1模块10及第2模块11的层叠工序进行说明。

图2~图11是用来说明半导体装置1的制造工序的工序图。如图2所示,在形成有第1配线层21的第1绝缘膜20上依次层叠第1基底层40及第1层间绝缘层41(第1成膜工序)。第1基底层40及第1层间绝缘层41例如通过CVD(Chemical Vapor Deposition,化学气相沉积)法或溅射法等形成。

接着,对于第1基底层40及第1层间绝缘层41形成第1焊盘部43。在本实施方式中,例如通过双镶嵌(dual damascene)法形成第1焊盘部43。首先,如图3所示,对于第1基底层40及第1层间绝缘层41形成第1导通孔51(参照图1)(导通孔形成工序)。具体而言,首先将下层抗蚀膜200、SOG(Spin ON Glass,旋转涂布玻璃)层201及上层抗蚀膜202顺次成膜在第1层间绝缘层41上(所谓的SMAP(Stacked Mask Process,层叠掩膜工艺)工艺)。接着,通过对上层抗蚀膜202进行曝光及显影,在上层抗蚀膜202形成与第1导通孔51对应的开口202a。然后,经由开口202a将SOG膜201通过蚀刻等图案化,从而在SOG膜201形成与第1导通孔51对应的开口201a。接着,经由开口201a将下层抗蚀膜200通过蚀刻等图案化,从而在下层抗蚀膜200形成与第1导通孔51对应的开口200a。

接着,如图4所示,以上述下层抗蚀膜200为掩模,将第1基底层40及第1层间绝缘层41蚀刻(蚀刻工序)。蚀刻工序例如通过RIE(Reactive Ion Etching,反应离子蚀刻)进行。由此,形成上述的第1导通孔51。另外,在蚀刻工序结束后,通过灰化处理将下层抗蚀膜200剥离。

接着,如图5所示,在第1层间绝缘层41上形成第1焊盘凹部50(参照图1)(焊盘凹部形成工序)。具体而言,与上述的导通孔形成工序同样地,在将下层抗蚀膜205、SOG膜206及上层抗蚀膜207成膜后,以上层的开口部(例如,开口部206a及开口部207a)为掩模,将下层图案化。由此,在下层抗蚀膜205形成与第1焊盘凹部50对应的开口205a。

接着,如图6所示,以下层抗蚀膜205为掩模,将第1层间绝缘层41蚀刻(蚀刻工序)。蚀刻工序例如通过RIE进行。由此,形成上述的第1焊盘凹部50。接着,在蚀刻工序结束后,通过灰化处理将下层抗蚀膜205剥离。由此,形成第1凹部48。

接着,如图7所示,在第1凹部48的内表面上及第1层间绝缘层41上,依次将第1绝缘层61、第1层62、种子层210成膜(第2成膜工序)。种子层210作为之后进行的电镀的电极膜发挥功能,由与第1电极63(参照图1)的构成材料(例如含有铜(Cu)的材料等)相同的材料形成。另外,第1绝缘层61、第1层62、种子层210例如通过CVD法或溅射法等成膜。

接着,如图8所示,在第1凹部48内形成镀层211(第1电极形成工序)。具体而言,对于形成至上述种子层210为止的第1模块10,以种子层210为电极膜而施以电镀。于是,在种子层210上析出镀层211。然后,对第2模块11进行退火处理后,通过CMP(ChemicalMechanical Polishing,化学机械研磨)等使镀层211平坦化(后处理工序)。

接着,如图9所示,在镀层211上,通过非电解镀层等形成隆起部212。隆起部212与镀层211同样地由铜(Cu)等形成。隆起部212相对于第1层间绝缘层41的上表面向上方隆起。并且,由种子层210、镀层211及隆起部212形成第1电极63的中间体。另外,隆起部212也可以通过非电解镀层以外的方法形成。

接着,如图10所示,在第1凹部48内形成收容部65(收容部形成工序)。具体而言,对第1模块10施以湿式蚀刻。在本实施方式中,使用第1层62的蚀刻率比第1电极63(种子层210及镀层211、隆起部212)的蚀刻率大的蚀刻剂。作为这种蚀刻剂,例如使用碱类。

在收容部形成工序中,如果施以湿式蚀刻,则与第1电极63相比,第1层62更积极地被蚀刻。由此,在第1凹部48内,形成朝向上方及第1凹部48的内侧并被第1绝缘层61、第1层62及第1电极63包围的收容部65。

另外,对于第2模块11,也通过与上述第1连接层22的形成方法同样的方法,形成第2连接层101。

接着,如图11所示,将第1模块10及第2模块11彼此接合(接合工序)。具体而言,对经过了等离子处理及水洗处理等前处理的模块10、11,在使焊盘部43、113彼此对置的状态下进行退火处理。退火处理例如在250℃~400℃的温度下以1小时左右进行热处理。然后,使第1模块10及第2模块11相互接近,将第1模块10及第2模块11彼此压接。由此,在第1模块10及第2模块11处,层间绝缘层41、101彼此接合(共价键结合),并且各焊盘部43、113的电极63、143彼此接合(金属接合)。然后,使第1模块10及第2模块11回到常温,接合工序完成。

另外,在上述接合工序之后,如果第1模块10及第2模块11的温度下降,则主要是电极63、143收缩。在此情况下,假如电极63、143的体积相对于第1凹部48及第2凹部120的容积不足,则由于伴随着电极63、143的收缩的应力迁移,有可能在第1凹部48内或第2凹部120内产生孔隙。特别是,如果在导通孔51、131中产生孔隙,则有可能发生打开不良等,导通的可靠性下降。另一方面,假如在使电极63、143从各层间绝缘层41、111隆起的状态下使第1模块10及第2模块11彼此接合的情况下,电极63、143中的通过压接而被压扩的部分夹在层间绝缘层41、111间。由此,层间绝缘层41、111彼此的接合面积下降,有可能不能得到希望的接合强度。

在本实施方式中,在将第1模块10及第2模块11贴合前的状态下,在各焊盘部43、113形成有隆起部212。因此,在上述的接合工序中,当使第1模块10及第2模块11彼此压接时,隆起部212彼此被压扩,同时第1模块10及第2模块11彼此接近。

这里,隆起部212中的被压扩的部分收容到收容部65、149内。由此,能够在抑制隆起部212中的被压扩的部分从第1凹部48及第2凹部120溢出的基础上,在第1凹部48及第2凹部120内形成希望的量的电极63、143。

这样,在本实施方式中,设为在第1层62与第2焊盘部113之间夹着第1焊盘部43的伸出部74的结构。根据该结构,通过在第1焊盘部43与第2焊盘部113的贴合前使第1层62的上方成为收容部65而使其开放,能够使第1焊盘部43中的在贴合时被压扩的剩余部分作为伸出部74收容到收容部65内。即,在第1焊盘部43与第2焊盘部113的贴合前的状态下,能够使得第1电极63比第1层间绝缘层41的上表面隆起,所以能够确保贴合后的第1电极63的体积。由此,能够抑制贴合后的由第1电极63的收缩带来的孔隙的产生,能够抑制打开不良等。此外,由于能够抑制被压扩的第1电极63在层间绝缘层41、111间溢出,所以能够确保层间绝缘层41、111彼此的接合强度。此外,通过形成伸出部74,能够确保焊盘部43、113间的接合面积。由此,能够抑制伴随着第1层62的形成的第1焊盘部43的高电阻化。结果,对于本实施方式的半导体装置1,能够确保各模块10、11间的接合强度及良好的导通性。进而,也能够通过调整收容部65的容积S和隆起部212的体积,调整在收缩时产生的接合强度。

在本实施方式中,设为第1层62仿形第1凹部48的内表面而形成的结构。根据该结构,能够仿形第1凹部48的内表面而将第1绝缘层61、第1层62及第1电极63依次成膜。由此,能够实现制造效率的提高。此外,能够将被朝向外周侧压扩的第1电极63在其达到层间绝缘层41、111之前收容至收容部65内。由此,能够有效地抑制第1电极63向层间绝缘层41、111的溢出。

在本实施方式中,设为第1层62的膜厚比收容部65的深度薄的结构。根据该结构,在确保了与Z方向正交的第1电极63的截面积的基础上,收容部65的容积更容易确保。结果,能够抑制伴随着第1层62的形成的第1焊盘部43的高电阻化。

在本实施方式中,由于第1层62具有导电性,所以与将第1层62用绝缘材料形成的情况相比,能够抑制第1焊盘部43的高电阻化。此外,设为第1层62由蚀刻率比第1电极63高的材料形成的结构。根据该结构,通过在将第1层62及第1电极63成膜后一起进行蚀刻,能够在第1层62的上方形成收容部65。由此,能够抑制伴随着第1层62的追加的制造效率的下降。

在本实施方式中,设为以下结构:在接合工序中,通过将第1焊盘部43及第2焊盘部113彼此推压,一边将电极63、143的一部分向收容部65压扩,一边将第1焊盘部43及第2焊盘部113彼此、以及第1层间绝缘层41及第2层间绝缘层111彼此接合。根据该结构,通过在接合工序之前预先形成收容部65,在接合工序中,隆起部212彼此被压扩,同时第1模块10及第2模块11彼此接近。将隆起部212中的被压扩的部分收容到收容部65内。由此,能够在抑制隆起部212中的被压扩的部分从第1凹部48及第2凹部120溢出的基础上,在第1凹部48及第2凹部120内形成希望的量的电极63、143。

另外,在上述的实施方式中,对焊盘部43、113彼此整体重合的结构进行了说明,但并不限于该结构。例如,如图12所示,只要焊盘部43、113彼此至少一部分在俯视中重合就可以。在上述的实施方式中,对将焊盘部43、113上下对称地形成的情况进行了说明,但并不限于该结构。例如,如图13所示,第1层62及第2层142的深度也可以在各焊盘部43、113间不同。在上述的实施方式中,对各焊盘部43、113分别具有第1层62及第2层142的结构进行了说明,但并不限于该结构。例如,如图14所示,只要至少仅第1焊盘部43具有第1层62就可以。

在上述的实施方式中,对焊盘凹部50、130形成为锥状的结构进行了说明,但并不限于该结构。例如如图15所示,焊盘凹部50、130也可以遍及Z方向的整体而俯视外形是一样的。在上述的实施方式中,对凹部48、120的内表面是平滑面的情况进行了说明,但并不限于该结构。例如如图16所示,凹部48、120的内表面也可以是凹凸面。

在上述的实施方式中,对第1层62仿形第1凹部48的内表面而形成的结构进行了说明,但并不限于该结构。只要第1层62比第1层间绝缘层41的上表面凹陷,就能够形成在第1凹部48内的任意的位置。在此情况下,也可以是第1层62在第1凹部48内的俯视的中央部在Z方向上以棒状延伸的结构。此外,只要将收容部65的容积S和隆起部212的体积设定为同等程度,收容部65的尺寸就能够适当变更。在上述的实施方式中,对凹部48、120的两者将连接层22、102在Z方向上贯通的结构进行了说明,但并不限于该结构。凹部48、120只要是至少第1焊盘部43及第2焊盘部113彼此接合的结构,也可以是不将连接层22、102贯通的结构。

根据以上说明的至少一个实施方式,具有第1配线层、第1绝缘层、第1电极、第2晶片、第2配线层、第2绝缘层、第2电极和第1层。第1配线层设于第1晶片。第1绝缘层相对于第1配线层设于第1方向的一侧。第1电极设于第1绝缘层内,具有与第1配线层连接的第1面、位于在第1方向的一侧上远离第1面的位置的第2面、位于在第1方向的一侧上比第2面更远离第1面的位置的第3面、从第1面朝向第2面的第1侧面、以及从第2面朝向第3面的第4面。第2配线层设于第2晶片。第2绝缘层相对于第2配线层设于第1方向的另一侧。第2电极设于第2绝缘层内,具有与第2配线层连接的第5面、位于在第1方向的另一侧上远离第5面的位置的第6面、位于在第1方向的另一侧上比第6面更远离第5面的位置并与第3面连接的第7面、从第5面朝向第6面的第2侧面、以及从第6面朝向第7面的第8面。第1层设于第4面与第1绝缘层中的将第4面包围的部分之间,从第3面在第1方向上远离而设置。根据这样的结构,在确保各基板间的接合强度的基础上,具有良好的导通性。

以下,对若干半导体装置进行附述。

[1].一种半导体装置,具备:第1绝缘层,形成有在第1方向上凹陷的第1凹部;第1焊盘部,设于上述第1凹部内,具有第1导体;第2绝缘层,形成有相对于上述第1凹部在上述第1方向上相向的第2凹部,并且相对于上述第1绝缘层在上述第1方向上层叠;以及第2焊盘部,具有第2导体和夹层,所述第2导体具有在上述第2凹部内沿上述第1方向延伸的主部及从上述主部的上述第1焊盘部附近的端部向与上述第1方向相交的第2方向伸出的伸出部,所述夹层在上述第1方向上相对于上述伸出部设于上述第1焊盘部的相反侧。

[2].在[1]所记载的半导体装置中,上述夹层仿形上述第2凹部的内表面而设置;上述夹层中的在上述第1方向上靠近上述第1焊盘部的端缘,相对于上述第2凹部的开口端在上述第1方向上设于与上述第1焊盘部相反侧。

[3].在[2]所记载的半导体装置中,上述第2凹部的内表面的法线方向上的上述夹层的膜厚,比从上述第2凹部的上述第1焊盘部附近的端缘到上述夹层的上述第1焊盘部附近的端缘的上述第1方向上的距离薄。

[3].在[2]所记载的半导体装置中,上述第2焊盘部在上述第2凹部的内表面与上述夹层之间具有金属层。

[4].在[2]所记载的半导体装置中,上述第2焊盘部具备:导电部,包括上述第2导体及上述夹层;以及金属层,设于上述导电部与上述第2凹部的内表面之间。

[5].在[4]所记载的半导体装置中,上述金属层比上述夹层延伸得更靠近上述第1焊盘部的附近。

[6].在[4]所记载的半导体装置中,上述金属层含有钽或氮化钽。

[7].在[1]所记载的半导体装置中,上述第2导体遍及上述第2凹部的开口面整体而形成。

[8].在[1]所记载的半导体装置中,上述第2导体含有铜。

[9].在[1]所记载的半导体装置中,上述夹层由具有导电性并且蚀刻率比上述第2导体高的材料形成。

[10].在[1]所记载的半导体装置中,上述夹层含有钛。

[11].在[1]所记载的半导体装置中,上述第1导体具有在上述第1凹部内沿上述第1方向延伸的主部、从上述主部的靠近上述第2焊盘部的端部向上述第2方向伸出的伸出部;上述第1焊盘部具有在上述第1方向上相对于上述第1导体的上述伸出部设于上述第2焊盘部的相反侧的夹层。

说明了本发明的几个实施方式,但这些实施方式是作为例子提示的,不限定发明的范围。这些实施方式能够以其他各种各样的形态实施,在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种各样的省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围或主旨中,并且包含在权利要求书所记载的发明和其等价的范围中。

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