半导体器件及其制造方法
【专利说明】半导体器件及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求在2013年12月23日向韩国知识产权局提交的申请号为10-2013-0161190的韩国专利申请优先权，其全部内容通过引用合并于此。
技术领域
[0003]本公开的实施例涉及半导体器件，并且更具体地涉及具有穿通电极的半导体器件及其制造方法。
【背景技术】
[0004]在电子系统中利用的半导体器件可以包括各种电子电路元件，并且电子电路元件可以被集成在半导体衬底中和/或上以组成半导体器件(也被称作为半导体芯片或半导体裸片)。存储器半导体芯片可以被封装并且用于电子系统中。这些半导体封装体可以用于例如计算机、移动系统或数据储存媒介的电子系统中。
[0005]随着诸如智能手机的移动系统变得更轻且更小，在移动系统中利用的半导体封装体已在不断地缩小。另外，随着多功能移动系统的发展，大容量的半导体封装体的需求不断增加。结合这些发展，已努力将多个半导体器件放入单个封装体中以提供诸如层叠封装体的大容量半导体封装体。此外，已提出了穿通半导体芯片的穿通硅通孔(TSV)电极，以实现将在单个层叠封装体中的半导体芯片彼此电连接的互连结构。
[0006]在制造互连结构时，已作出改善TSV电极和接触TSV电极的导电材料之间的结构和电可靠性的努力。通过在TSV的铜材料和焊接材料之间的化学反应可以产生金属间化合物材料，以降低互连结构的可靠性。
【发明内容】
[0007]各种实施例涉及具有穿通电极的半导体器件、制造具有穿通电极的半导体器件的方法、包括具有穿通电极的半导体器件的存储卡和包括具有穿通电极的半导体器件的电子系统。
[0008]根据一些实施例，一种半导体器件包括:穿通电极，穿通衬底使得穿通电极的第一端部从衬底的第一表面突出；钝化层，覆盖衬底的第一表面和穿通电极的第一端部的侧壁；凸块，具有穿通钝化层并且与穿通电极的第一端部耦接的下部；以及下金属层，具有设置在凸块和穿通电极的第一端部之间并且覆盖凸块的侧壁的凹面形状。
[0009]根据另外的实施例，一种半导体器件包括:穿通电极，穿通第一衬底使得穿通电极的第一端部从第一衬底的第一表面突出；钝化层，覆盖第一衬底的第一表面和穿通电极的第一端部的侧壁；第一凸块，具有穿通钝化层并且与穿通电极的第一端部耦接的下部；下金属层，具有设置在第一凸块和穿通电极的第一端部之间并且覆盖第一凸块的侧壁的凹面形状；第二衬底，层叠在第一衬底上；以及第二凸块，与第二衬底耦接并且与第一凸块结口 ο
[0010]根据另外的实施例，一种制造半导体器件的方法包括以下步骤:在衬底的第一表面上形成钝化层以覆盖穿通衬底的穿通电极的第一端部。穿通电极的第一端部从衬底的第一表面突出。在钝化层上形成模板图案以暴露出与穿通电极的第一端部垂直重叠的钝化层的部分。刻蚀钝化层的暴露出的部分来形成暴露出穿通电极的第一端部的开口。形成接触穿通电极的第一端部的下金属层。在下金属层包围的开口中形成凸块。去除模板图案。
[0011]根据另外的实施例，一种制造半导体器件的方法包括以下步骤:形成穿通衬底的穿通电极，使得穿通电极的第一端部从衬底的第一表面突出；形成覆盖衬底的第一表面和穿通电极的第一端部的侧壁的钝化层；在穿通电极的第一端部之上形成下金属层；形成具有穿通钝化层并且经由下金属层与穿通电极的第一端部耦接的下部的凸块。下金属层延伸至凸块的侧壁上并且具有凹面形状。
[0012]根据另外的实施例，一种存储卡包括存储器和适于控制存储器的操作的存储器控制器。存储器包括:穿通电极，穿通衬底使得穿通电极的第一端部从衬底的第一表面突出；钝化层，覆盖衬底的第一表面和穿通电极的第一端部的侧壁；凸块，具有被插入至钝化层中以接触穿通电极的第一端部的下部；以及下金属层，被设置在凸块和穿通电极的第一端部之间。下金属层被形成为延伸至凸块的侧壁上并且具有凹面形状。
[0013]根据另外的实施例，一种存储卡包括存储器和适于控制存储器的操作的存储器控制器。存储器包括:穿通电极，穿通第一衬底使得穿通电极的第一端部从第一衬底的第一表面突出；钝化层，覆盖第一衬底的第一表面和穿通电极的第一端部的侧壁；第一凸块，具有被插入至钝化层中以接触穿通电极的第一端部的下部；下金属层，被设置在第一凸块和穿通电极的第一端部之间，并且包围第一凸块的侧壁以具有凹面形状；第二衬底，被层叠在第一衬底上；以及第二凸块，与第二衬底连接并且与第一凸块结合。
[0014]根据另外的实施例，一种电子系统包括存储器和经由总线与存储器耦接的控制器。存储器或控制器包括:穿通电极，穿通衬底使得穿通电极的第一端部从衬底的第一表面突出；钝化层，覆盖衬底的第一表面和穿通电极的第一端部的侧壁；凸块，具有被插入至钝化层中以接触穿通电极的第一端部的下部；以及下金属层，被设置在凸块和穿通电极的第一端部之间。下金属层被形成为延伸至凸块的侧壁上并且具有凹面形状。
[0015]根据另外的实施例，一种电子系统包括存储器和经由总线与存储器耦接的控制器。存储器或控制器包括:穿通电极，穿通第一衬底使得穿通电极的第一端部从第一衬底的第一表面突出；钝化层，覆盖第一衬底的第一表面和穿通电极的第一端部的侧壁；第一凸块，具有被插入至钝化层中以接触穿通电极的第一端部的下部；下金属层，被设置在第一凸块和穿通电极的第一端部之间并且包围第一凸块的侧壁以具有凹面形状；第二衬底，层叠在第一衬底上；以及第二凸块，与第二衬底连接并且与第一凸块结合。
【附图说明】
[0016]结合附图和所附详细描述，本发明构思的实施例将更加显然，其中:
[0017]图1、图2和图3是说明根据一个实施例的半导体器件的截面图；
[0018]图4和图5是说明根据另一实施例的半导体器件的截面图；
[0019]图6至图13是说明根据一些实施例制造半导体器件的方法的截面图；
[0020]图14是说明利用包括根据一个实施例的半导体器件的存储卡的电子系统的框图；以及
[0021]图15是说明包括根据一个实施例的半导体器件的电子系统的框图。
【具体实施方式】
[0022]将理解的是，尽管在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限制于这些术语。这些术语仅用于区分一个元件与另一个元件。因而，在不脱离本发明构思的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他的实施例中可以被称作为第二元件。
[0023]还将理解的是，当一个元件涉及在另一元件“上”、“之上”、“下”或“之下”时，其可以分别直接在另一元件“上”、“之上”、“下”或“之下”，或还可以存在中间元件。因此，在本文中使用的诸如“上”、“之上”、“下”或“之下”的术语仅出于描述特定实施例的目的，并非旨在限制本发明构思。
[0024]还将理解的是，当一个元件涉及与另一元件“连接”或“耦接”时，其可以与另一元件直接连接或耦接，或可以存在中间元件。相反，当一个元件涉及与另一元件“直接连接”或“直接耦接”时，不存在中间元件。用来描述元件或层之间的关系的其他词应以相同的方式来解释。可以通过使用裸片切割工艺将诸如晶片的半导体衬底分成多个片来获得半导体芯片。
[0025]半导体芯片可以与存储芯片或逻辑芯片相对应。存储芯片可以包括集成在半导体衬底上和/或中的动态随机存取存储器(DRAM)电路、静态随机存取存储器(SRAM)电路、快闪存储器电路、磁性随机存取存储器(MRAM)电路、阻变随机存取存储器(ReRAM)电路、铁电随机存取存储器(FeRAM)电路或相变随机存取存储器(PcRAM)。逻辑芯片可以包括集成在半导体衬底上和/或中的逻辑电路。在一些情形下，本文中使用的术语“半导体衬底”可以被理解为形成有集成电路的半导体芯片或半导体裸片。
[0026]图1是说明根据一个实施例的半导体器件的截面图。图2和图3是说明图1中所示的半导体器件的第一导电凸块631的放大图。参见图1和图2，半导体器件10可以包括半导体衬底100和大体穿通半导体衬底100的穿通电极200。穿通电极200的第一端部220从半导体衬底100的第一表面103突出。第一钝化层500可以被设置在半导体衬底100的第一表面103上，以覆盖穿通电极200的第一端部220。
[0027]第一导电凸块631的下部632可以穿通第