半导体结构及其制备方法与流程

本技术案主张美国第17/889,485号专利申请案的优先权(即优先权日为“2022年8月17日”)，其内容以全文引用的方式并入本文中。本公开关于一种半导体结构以及一种该半导体结构的制备方法。特别是有关于一种具有一导电垫且该导电垫具有从该导电垫突伸的一突出物的半导体结构，以及一种具有形成该突出物在该导电垫上的该半导体结构的制备方法。

背景技术：

1、半导体元件使用在不同的电子应用，例如个人电脑、手机、数码相机，或其他电子设备。半导体元件的制造依序包含将不同材料层沉积在一半导体晶圆上，以及使用微影以及蚀刻制程而图案化该等不同材料层以形成多个微电子元件在该半导体晶圆中或是在该半导体晶圆上，该等微电子元件则包括晶体管、二极管、电阻器及/或电容器。

2、半导体产业借由不断缩减最小特征尺寸来继续提高微电子元件的集成密度，其允许将更多元件整合到一给定区域中。为了便于不同尺寸的元件的形成与整合，其开发具有更小覆盖区(footprints)的更小封装结构来封装半导体元件。然而，这样的形成与整合可能增加制造流程的复杂性。因此，希望开发解决上述挑战的改进。

3、上文的“先前技术”说明仅提供背景技术，并未承认上文的“先前技术”说明揭示本公开的标的，不构成本公开的先前技术，且上文的“先前技术”的任何说明均不应作为本案的任一部分。

技术实现思路

1、本公开的一实施例提供一种半导体结构。该半导体结构包括一第一晶粒以及一第二晶粒；该第一晶粒具有一第一基底、一第一介电层、一第一导电垫、一第一接合层以及一第一通孔，该第一介电层设置在该第一基底上，该第一导电垫经过该第一介电层而至少部分暴露，该第一接合层设置在该第一介电层上，该第一通孔延伸经过该第一接合层并耦接到该第一导电垫；该第二晶粒具有一第二接合层、一第二基底以及一第二通孔，该第二接合层接合到该第一接合层，该第二基底设置在该第一接合层上，该第二通孔延伸经过该第二基底与该第二接合层；其中在该第一接合层与该第二通孔之间的一第一接触表面积大致大于在该第一通孔与该第二通孔之间的一第二接触表面积。

2、在一些实施例中，该第一通孔设置在该第二通孔与该第一导电垫之间。

3、在一些实施例中，该第二通孔接触该第一接合层。

4、在一些实施例中，该第一接合层的至少一部分设置在该第一导电垫与该第二通孔之间。

5、在一些实施例中，该第二接触表面积具有一圆形、四边形或是多边形形状。

6、在一些实施例中，该第一通孔的一第一宽度大致小于该第二通孔的一第二宽度。

7、在一些实施例中，该第一通孔的该第一宽度大致小于2μm。

8、在一些实施例中，该第二通孔的该第二宽度大约为5μm。

9、在一些实施例中，该第一导电垫的一宽度大致大于该第一通孔的该第一宽度与该第二通孔的该第二宽度。

10、在一些实施例中，该半导体结构，还包括一第一互连结构，设置在该第一介电层内以及在该第一导电垫下方；一第二介电层，设置在该第二基底上；以及一第二导电垫，设置在该第二通孔上且经过该第二介电层而至少部分暴露。

11、在一些实施例中，该第二通孔经由一第二互连结构而电性连接到该第二导电垫。

12、在一些实施例中，该第一互连结构耦接到该第一导电垫且电性连接到该第一通孔。

13、本公开的另一实施例提供一种半导体结构。该半导体元件结构包括一第一晶粒，具有一第一基底、一第一介电层、一第一导电垫、一第一接合层以及多个第一通孔，该第一介电层设置在该第一基底上，该第一导电垫经过该第一介电层而至少部分暴露，该第一接合层设置在该第一介电层上，该多个第一通孔延伸经过该第一接合层并耦接到该第一导电垫；以及一第二晶粒，具有一第二接合层、一第二基底以及一第二通孔，该第二接合层接合到该第一接合层，该第二基底设置在该第二接合层上，该第二通孔延伸经过该第二基底与该第二接合层；其中该多个第一通孔的每一个的一第一宽度大致小于该第二通孔的一第二宽度。

14、在一些实施例中，在该第一接合层与该第二通孔之间的一接触表面积大致大于或等于在该多个第一通孔与该第二通孔之间的多个接触表面积的一总和。

15、在一些实施例中，该第一接合层的至少一部分位在二相邻的第一通孔之间。

16、在一些实施例中，该多个第一通孔在该第一导电垫与该第二通孔之间延伸。

17、在一些实施例中，该多个第一通孔的每一个的一剖面具有一圆形、四边形或多边形形状。

18、在一些实施例中，该多个第一通孔呈一矩阵设置。

19、在一些实施例中，该多个第一通孔的一数量为两个。

20、在一些实施例中，该半导体结构还包括一模制物，围绕该第一晶粒与该第二晶粒设置。

21、本公开的另一实施例提供一种半导体结构的制备方法。该制备方法包括形成一第一晶粒、形成一第二晶粒以及将该第二晶粒接合在该第一晶粒上。形成该第一晶粒包括提供一第一基底以及在该第一基底上的一第一介电层；形成一第一导电垫以经过该第一介电层而至少部分暴露；将一第一接合层设置在该第一介电层上；移除该第一接合层的一部分以形成一第一开口；以及将一导电材料设置进入该第一开口以形成一第一通孔。形成该第二晶粒包括提供一第二基底、在该第二基底上的一第二接合层以及延伸经过该第二基底且部分经过该第二接合层的一第二通孔；以及移除该第二接合层的一部分以暴露该第二通孔。

22、在一些实施例中，将该第二晶粒接合到该第一晶粒上包括将该第二通孔接合到该第一通孔。

23、在一些实施例中，将该第二晶粒接合到该第一晶粒上包括将该第一接合层接合到该第二接合层。

24、在一些实施例中，在形成该第二晶粒之后以及在将该第二晶粒接合到该第一晶粒上之前翻转该第二晶粒。

25、在一些实施例中，将该第二晶粒接合到该第一晶粒上是一混合接合。

26、在一些实施例中，该第二通孔的一部分接合到该第一接合层。

27、在一些实施例中，移除设置在该第一接合层上的该导电材料，以经过该第一接合层而暴露该第一通孔。

28、在一些实施例中，该导电材料的设置包括化学气相沉积(cvd)、物理气相沉积(pvd)或喷溅。

29、在一些实施例中，该第一开口的一宽度大致小于2μm。

30、在一些实施例中，该第一开口具有一圆形、四边形或多边形形状。

31、在一些实施例中，在形成该第一开口之后，该第一导电垫的至少一部分经过该第一接合层而暴露。

32、在一些实施例中，在形成该第二晶粒之前执行形成该第一晶粒。

33、在一些实施例中，形成该第一晶粒以及形成该第二晶粒是分开执行的。

34、在一些实施例中，该第一通孔与该第二通孔包括一相同材料。

35、在一些实施例中，该制备方法还包括形成一模制物以围绕该第一晶粒与该第二晶粒。

36、总之，一第一晶粒借由混合接合而接合到一第二晶粒，且该第一晶粒经由在该第一晶粒中的一导电垫、在该第二晶粒中的一贯穿硅通孔(tsv)以及在该导电垫与该tsv之间的一突出物而电性连接到该第二晶粒。因为该突出物大致小于该导电垫与该tsv，所以该突出物的制作技术可包含沉积，而不是借由一电镀制程。由于沉积可以形成具有一更小晶粒尺寸的该突起，因此该第一晶粒与该第二晶粒之间的混合接合可以在一相对较低的温度下进行退火。此外，该相对小的突出物不会显著增加该导电垫与该tsv之间的一电阻。因此，与该导电垫以及该tsv之间的直接接触相比，在该导电垫与该tsv之间形成该突出物是有利的。结果，该突出物的形成可以改善该半导体结构的整体结构以及可靠度。

37、上文已相当广泛地概述本公开的技术特征及优点，使下文的本公开详细描述得以获得较佳了解。构成本公开的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本公开所属技术领域中具有通常知识者应了解，可相当容易地利用下文揭示的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或制程而实现与本公开相同的目的。本公开所属技术领域中具有通常知识者亦应了解，这类等效建构无法脱离后附的权利要求所界定的本公开的精神和范围。