半導體晶片及具備該半導體晶片的疊層構造體的制作方法

專利名稱：半導體晶片及具備該半導體晶片的疊層構造體的制作方法
技術領域：
本發明的實施方式涉及半導體晶片及具備該半導體晶片的疊層構造體。
背景技術：
近年來，作為得到三維多層構造的半導體模塊的方法，雖然研究過將單片化了的半導體芯片接合進行疊層的手法，但是從疊層成本降低的觀點來看，正研究著在成為半導體芯片之前預先將多個半導體晶片接合之后進行單片化。而且，作為接合半導體晶片的方法，例舉了使用羥基結合、等離子體活性化等手法的常溫下的直接接合法，借助了樹脂材料的樹脂接合法等。

發明內容
本發明的實施方式提供半導體晶片及具備該半導體晶片的疊層構造體，可以增加能夠由疊層的半導體晶片制造的半導體芯片的數量，而且，可以降低加工費用。在一個實施方式中，半導體晶片具備半導體基板和形成在上述半導體基板上的布線層。上述半導體基板具備位于上述半導體基板的外周部、而且未被上述布線層覆蓋的第I區域，上述布線層具備上述布線層的上表面大致平坦的第2區域，在上述第I區域形成了第I絕緣膜，上述第2區域的上述布線層的上表面和上述第I絕緣膜的上表面大致為同一面。根據本發明的實施方式，可以提供增加能夠由疊層的半導體晶片制造的半導體芯片的數量、而且可以降低加工費用的半導體晶片及具備該半導體晶片的疊層構造體。


圖I至圖6是用于說明實施方式涉及的半導體器件的制造方法的圖。圖7是用于說明實施方式涉及的半導體器件的制造方法的第I變化例的圖。圖8是用于說明實施方式涉及的半導體器件的制造方法的第2變化例的圖。圖9是用于說明對比例的半導體器件的制造方法的圖。
具體實施例方式以下，參照附圖來說明實施方式。但是，本發明不限于該實施方式。并且，對于全部附圖的共同的部分附加共同的符號，并省略重復的說明。而且，附圖是用于說明發明和促進其理解的示意圖，其形狀、尺寸、比例等存在與實際裝置不同的地方，這些都可以斟酌以下的說明和公知技術適當地進行設計變更。
首先，說明半導體晶片I。詳細而言，對于在半導體晶片I上形成布線層11、且與被接合半導體晶片2貼合之前的半導體晶片I上的各區域，使用示出了半導體晶片I的一例的圖I進行說明。圖1(a)是示出半導體晶片I的外周部側的部分的剖面圖，圖1(b)是半導體晶片I的上表面圖。如圖1(a)的剖面圖所示，有關半導體晶片1，從半導體晶片I的中心到外周部51附近為止的中央部50處的其上表面Ia大致平坦，其高度大致相同。在此，所謂“大致相同”，不僅意味著從半導體晶片I的背面進行測定而在數學上為相同高度的情況，而且還意味著包括在半導體晶片I的制造工序中存在工業上允許程度的高度的差異的情況。再者，半導體晶片I的外周部51處的上表面la，平坦的區域結束，從圖中所示的A點向半導體晶片I的外側而帶著圓形，且其高度徐徐變低，連接向半導體晶片I的側面lb。再者，在半導體晶片I的中央部50的一部分的上表面Ia上，形成了由金屬和絕緣 體構成的布線層11。詳細而言，該布線層11包括絕緣膜和該絕緣膜之中形成的布線。以下，將形成了布線層11的半導體晶片I的上表面Ia的部分稱為第4區域60，將未形成布線層11的半導體晶片I的上表面Ia的部分稱為第I區域61。并且，雖然存在于第I區域61形成了布線層11的情況，但是在該部分形成的布線層11是不完全的，所以在以下的說明中，在第I區域61形成的布線層11不視為布線層11，認為在第I區域61沒有布線層11來處理。而且，在上表面la，在半導體晶片I的外周部51和中央部50之中的外周部51側的部分，存在不能形成半導體元件或者未形成半導體元件的區域，在以下的說明中，將該區域稱作邊緣切除區域31。詳細而言，在布線層11的蝕刻工序中形成將布線層11覆蓋的蝕刻劑膜之時，為了防止蝕刻劑膜回流進入半導體晶片I的側面Ib和背面lc，而施以將蝕刻劑膜的外周部去除的邊緣切除処理。因此，在半導體晶片I的外周部51和中央部50之中的外周部51側的部分的布線層11上沒有覆蓋蝕刻劑膜，由此在該半導體晶片I的外周部51和中央部50之中的外周部51側的部分之上形成的布線層11被蝕刻。因此，在該區域，存在不能形成半導體元件或者未形成半導體元件的邊緣切除區域31。半導體晶片I上的布線層11的厚度，在半導體晶片I的中央部50的中心部處大致一定，換而言之，半導體晶片I上的布線層11的上表面Ila的高度，在半導體晶片I的中央部50的中心部處大致相同。在此，所謂“大致相同”與之前說明的同樣，不僅意味著從半導體晶片I的上表面Ia進行測定而在數學上為相同高度的情況，而且還意味著包括在半導體晶片I的制造工序中存在工業上允許程度的高度的差異的情況。在以下的說明中，該布線層11的厚度大致一定，而且，將大致平坦的區域稱作布線層厚一定區域(第2區域)33。而且，在布線層厚一定區域33和邊緣切除區域31之間，存在如下區域從布線層厚一定區域33向邊緣切除區域31 (從布線層厚一定區域33向半導體晶片I的周邊部)，布線層11的厚度徐徐降低的區域；換而言之，存在布線層11的上表面Ua的高度徐徐降低的區域。在以下的說明中，將該區域稱作布線層厚暫減區域(第3區域)32。作為形成該布線層厚暫減區域32的理由，是緣于在半導體晶片I上形成布線層11的工序中，進行被稱作CMP(Chemical Mechanical Polishing)的對布線層11的上表面Ila進行研磨的研磨工序，但在進行該CMP之時，發生研磨傾斜(在研磨后的表面存在傾斜等)。即，從布線厚一定區域33向邊緣切除區域31，布線層11的厚度因研磨傾斜而暫減。但是，該暫減的程度小到納米級，所以在該布線層厚暫減區域32形成半導體元件、布線是可能的。再者，如圖1(b)所示，大致圓形的半導體晶片I具有凹槽40 (在圖1(b)中位于半導體晶片I的下端的切口)，再者，大致圓形的布線層11以與凹槽40的一部分重疊的方式，除了半導體晶片I的中央部50的外周側以外，被形成在中央部50上。而且，邊緣切除區域31形成為包括凹槽40的最內側的部分(在以下的說明中，將該切口的前端稱作凹槽40的前端41)。在此，以制造三維疊層半導體模塊時進行的、基于直接接合法的半導體晶片的接合為例進行說明，但本發明不限于以下的實施方式。圖I至圖6是示出本實施方式的制造方法的圖。詳細而言，圖I至圖4的各(a)是半導體晶片I的外周部側的部分的剖面圖，圖I至圖4的各(b)是半導體晶片I的上表 面圖。而且，圖5及圖6是半導體晶片I的外周部側的部分的剖面圖。首先，如圖1(a)及(b)所示，準備形成了之前說明過的布線層11的半導體晶片I。該布線層11大致為圓形，除半導體晶片I的中央部50的外周側以外，形成在中央部50上。接著，如圖2 (a)及(b)所示，在半導體晶片I上，形成對從布線層11到半導體晶片I的外周部51為止進行覆蓋的硅氧化物等氧化物、硅氮化物等氮化物構成的絕緣膜12。作為形成該絕緣膜12的方法，可以使用S0G(Spin On Glass)等塗布法、CVD (Chemical VaporDeposition)等蒸鍍法、濺射法等公知的方法，不特別限定形成方法。此時，圖2(a)中的邊緣切除區域31和布線層厚暫減區域32處的布線層11和絕緣膜12的厚度的合計，優選大于等于布線層厚一定區域33的布線層11的厚度，關于從半導體晶片I的上表面Ia看到的絕緣膜12的上表面12a的高度，還優選位于布線層厚暫減區域32及邊緣切除區域31處的部分的高度比位于布線層厚一定區域33處的部分的高度高。這是因為此后雖然使用CMP使絕緣膜12的上表面12a平坦化為大致一定的高度，但由于CMP具有沿著表面的形狀進行研磨的傾向，所以如上所述地形成絕緣膜12，更易于使絕緣膜12的上表面12a平坦化。如圖2(b)所示,到凹槽40的前端41的外側為止形成絕緣膜12。然后，使用CMP等研磨法來研磨該絕緣膜12的上表面12a，如圖3 (a)及(b)所示，使絕緣膜12的上表面12a平坦化。由此，除了邊緣切除區域31的外周部附近的一部分以夕卜，在位于邊緣切除區域31的一部分處的絕緣膜12的上表面12a、和位于布線層厚暫減區域32及布線層一定區域33處的絕緣膜12的上表面12a或者布線層11的上表面11a，成為連續的一個平坦的面，而且，該面的高度跨整體大致相同。在此，所謂“大致相同”，不僅意味著跨整個面從半導體晶片I的上表面Ia開始進行測定而在數學上為相同的高度的情況，還意味著包括在考慮了研磨時的稍許傾斜的基礎上，存在此后的制造工序及制品所允許的數rim程度的高度的差異的情況。而且，如圖3(a)所示，有關在邊緣切除區域31的最外周形成的絕緣膜12的部分的上表面12a的高度，不為大致相同也可。而且，詳細而言，如圖3(a)的剖面圖所示，絕緣膜12的上表面12a大致平坦的區域的端部B，位于比半導體晶片I的上表面Ia大致平坦的區域結束且帶著圓形的位置A還靠近半導體晶片I的外側。在圖3(b)中，用距離半導體晶片I的外周最近的點劃線來表示該端部B的位置。而且，如圖3(b)所示，絕緣膜12的上表面12a大致平坦的區域，比凹槽40的前端41還靠近半導體晶片I的外側形成，但不限于此，也可以在凹槽40的前端41的內側(半導體晶片I的中心部側)，使絕緣膜12的上表面12a大致平坦的區域結束。這樣，與示出形成絕緣膜12之前的狀態的圖1(a)相比較，在圖3(a)中，設有絕緣膜12，從而，使位于布線層厚暫減 區域32最上面的面即最上表面(絕緣膜12的上表面12a或者布線層11的上表面Ila)大致為平坦，除了邊緣切除區域31的最外周附近的一部分以夕卜，位于邊緣切除區域31的一部分處的絕緣膜12的上表面12a也大致平坦。因此，除了邊緣切除區域31的外周部附近的一部分以外，位于邊緣切除區域31的一部分處的絕緣膜12的上表面12a、和位于布線層厚暫減區域32及布線層一定區域33處的絕緣膜12的上表面12a或者布線層11的上表面11a，為連續的一個平坦的面，而且，該面的高度跨全體大致相同。并且，在圖3(a)及(b)中，位于布線層一定區域33的絕緣膜12通過研磨而被除去，絕緣膜12覆蓋邊緣切除區域31和布線層厚暫減區域32的一部分或者全體。換而言之，絕緣膜12對形成了布線層11的第4區域60的外周部和未形成布線層11的第I區域61進行覆蓋。但是，不限于此，也可以如示出本實施方式的第I變化例的圖7(a)及(b)那樣，殘余位于布線層一定區域33的絕緣膜12，絕緣膜12覆蓋半導體晶片I的全體。S卩，也可以與之前說明過的實施方式一樣，除了邊緣切除區域31的外周部附近的一部分以外，位于邊緣切除區域31的一部分處的絕緣膜12的上表面12a和位于布線層厚暫減區域32及布線層一定區域33處的絕緣膜12的上表面12a，為連續的一個平坦的面，而且，該面的高度跨整體大致相同。在此，所謂“大致相同”，如之前說明的那樣，不僅意味著數學上相同的高度的情況，還意味著這包括存在制造工序及制品所允許的數nm程度的高度的差異的情況。而且，如圖7(a)所示，有關在邊緣切除區域31的最外周形成的絕緣膜12的部分的上表面12a的高度，不為大致相同也可。接著，如圖4(a)及(b)所示，通過研磨、基于切削機的切斷、蝕刻等，對半導體晶片I的外周部51的最外周部分進行階差加工，形成階差加工區域34。如圖4(b)所示，階差加工形成于比凹槽40的前端41還靠內側。關于階差加工的詳細情況，以后進行說明。然后，如圖5所示，將半導體晶片I和被接合半導體晶片2直接接合，形成疊層構造。詳細而言，被接合半導體晶片2被疊層在半導體基板I的布線層11之上。作為將半導體晶片I接合于被接合半導體晶片2時的接合方法，使用利用了羥基結合、等離子體活性化等手法的常溫下的直接接合法。作為其它接合方法，例舉了例如借助了樹脂材料的樹脂接合法等，但樹脂材料在耐熱性方面存在問題，而從耐熱性、接合位置精度的觀點來看不優選，所以使用直接接合法。接著，使接合的半導體晶片I和被接合半導體晶片2的疊層構造的厚度變薄。詳細而言，如圖6所示，對半導體晶片I的背面Ic進行研削及研磨。在此，例舉出對比例，來說明形成階差加工區域34的理由。該對比例是本發明人利用以前使用的直接接合法進行的半導體晶片的接合方法。首先，使用圖9來說明第I對比例。該圖9是半導體晶片I的外周部側的部分的剖面圖。在對比例中，如圖9(a)所示，由于在半導體晶片I上不形成絕緣膜12，所以如之前所說明的那樣，布線層11的上表面Ila的高度不一定，詳細而言，布線層厚一定區域33處的布線層11的上表面Ila的高度、與邊緣切除區域31和布線層厚暫減區域32處的布線層11的上表面Ila的高度不同。在此后的工序中，如圖9(b)所示，若將對比例的半導體晶片I和被接合半導體晶片2直接接合，則在布線層厚暫減區域32及邊緣切除區域31，形成半導體晶片I和被接合半導體晶片2不直接接觸的非接合區域35。此后，在對比例中，如圖9(c)所示，雖然對半導體晶片I的背面Ic進行研削及研磨，但由于該非接合區域35形成得較寬，所以在研削及研磨時，容易發生半導體晶片I斷裂這樣的問題。因此，為了回避半導體晶片I的斷裂，而對半導體晶片I的外周部進行階差加工。在對比例中，如圖9(d)所示，通過研磨、基于切削機的切斷、蝕刻等，對半導體晶片I的外周部進行階差加工，形成階差加工區域34。即，在對比例的相當于非接合區域35 的區域(參照圖9(b))，進行階差加工。在此后的工序中，如圖9(e)所示，若將對比例的半導體晶片I和被接合半導體晶片2直接接合，則因為形成階差加工區域34，而在半導體晶片I的外周部不發生非接合區域35。接著，在對比例中，如圖9(f)所示，雖然對半導體晶片I的背面Ic進行研削及研磨，但由于在半導體晶片I的外周部不發生非接合區域35，所以可以防止半導體晶片I的外周部處的斷裂。 并且，在對比例中，該階差加工區域34需要到比布線層厚暫減區域32還靠近半導體晶片I的內側(半導體晶片的中心部側)為止進行，所以實際上必要的階差加工區域34的寬度為例如數毫米左右。再者，在該階差加工區域34，作為制品不能形成有効的半導體元件。在本實施方式中，為了防止半導體晶片I的外周部處的斷裂，而在半導體晶片I的外周部進行階差加工。但是，在本實施方式中，通過設置絕緣膜12，從而在除了邊緣切除區域31的外周部附近的一部分以外，位于邊緣切除區域31的一部分處的絕緣膜12的上表面12a和位于布線層厚暫減區域32及布線層一定區域33處的絕緣膜12的上表面12a或者布線層11的上表面11a，為連續的一個平坦的面，而且，該面的高度跨全體而大致相同，所以如圖4(a)及(b)所示，與對比例相比較，能夠使階差加工的加工寬度變小(參照圖9(d))。根據本實施方式，即使在具有布線層11的半導體晶片1，位于邊緣切除區域31和布線層厚暫減區域32處的布線層11變薄，但由于形成絕緣膜12以補足其厚度，所以能夠使除了邊緣切除區域31的外周部附近的一部分以外，位于邊緣切除區域31的一部分處的絕緣膜12的上表面12a和位于布線層厚暫減區域32及布線層一定區域33處的絕緣膜12的上表面12a或者布線層11的上表面11a，為連續的一個平坦的面，而且，該面的高度跨全體大致相同。因此，沒有在直接接合半導體晶片I時產生的非接合區域35，能夠使必要的階差加工區域34的寬度變小。其結果，可以減少階差加工有關的成本。再者，在本實施方式中，由于布線層厚暫減區域32也能夠作為半導體元件的形成區域來使用，所以可以增加作為制品的有効的半導體芯片的獲取數量。而且，在本實施方式中，接合的半導體晶片I不限于2片，也可以接合多個半導體晶片I。以前，在疊層多個半導體晶片I時，為了防止半導體晶片I的外周部處的斷裂，而越是在上疊層的半導體晶片1，越是有必要以更大的寬度來形成階差加工區域34，但在本實施方式中，沒有這樣的必要，因此，可以避免減少作為制品的有効的半導體芯片的獲取數量。并且，在本實施方式中，雖然將半導體晶片I接合于被接合晶片2，但接合了半導體晶片I的晶片不特別限定，也可以如圖8那樣，將使用本實施方式同樣加工的半導體晶片I彼此接合。 雖然說明了本發明的幾個實施方式，但這些實施方式，是作為例子而提示的，沒有限定發明范圍的意圖。那些新的實施方式，以其它各種方式被實施是可能的，在不脫離發明的要旨的范圍內，可以進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變化，被包含在發明的范圍和要旨內，而且包含在權利要求書的范圍所記載的發明及等同的范圍內。
權利要求
1.一種半導體晶片，具備半導體基板和形成在上述半導體基板上的布線層，其中， 上述半導體基板具備位于上述半導體基板的外周部、且未被上述布線層覆蓋的第I區域， 上述布線層具備上述布線層的上表面大致平坦的第2區域， 在上述第I區域形成了第I絕緣膜， 上述第2區域的上述布線層的上表面和上述第I絕緣膜的上表面大致為同一面。
2.如權利要求I所記載的半導體晶片，其中， 上述第2區域的上述布線層的上表面和上述第I絕緣膜的上表面的高度大致相同。
3.如權利要求I所記載的半導體晶片，其中， 上述第I絕緣膜的上表面大致平坦。
4.如權利要求I所記載的半導體晶片，其中， 上述第I區域還具備在上述第I區域的形成了上述第I絕緣膜的面上形成了階差的階差加工區域。
5.如權利要求I所記載的半導體晶片，其中， 上述半導體基板具備凹槽，上述第I絕緣膜形成于比上述凹槽的前端還靠近上述半導體基板的外周側。
6.如權利要求I所記載的半導體晶片，其中， 上述布線層還具備位于上述第I區域和上述第2區域之間、且上述布線層的上表面的高度從上述第2區域向上述第I區域減小的第3區域， 在上述第3區域的上述布線層上形成了第2絕緣膜， 上述第2區域的上述布線層的上表面和上述第3區域的上述第2絕緣膜的上表面大致為同一面。
7.如權利要求6所記載的半導體晶片，其中， 上述第2區域的上述布線層的上表面和上述第3區域的上述第2絕緣膜的上表面的高度大致相同。
8.如權利要求6所記載的半導體晶片，其中， 上述第2絕緣膜的上表面大致平坦。
9.如權利要求6所記載的半導體晶片，其中， 上述第I區域還具備在上述第I區域的形成了上述第I絕緣膜的面上形成了階差的階差加工區域。
10.如權利要求I所記載的半導體晶片，其中， 上述半導體基板具備凹槽，上述第I絕緣膜的上表面大致平坦的區域形成于比上述凹槽的前端還靠近上述半導體基板的中心側。
11.一種半導體晶片，具備半導體基板和形成在上述半導體基板上的布線層， 上述半導體基板具備位于上述半導體基板的外周部、且未被上述布線層覆蓋的第I區域， 上述布線層具備上述布線層的上表面大致平坦的第2區域，以及位于上述第I區域和上述第2區域之間、且上述布線層的上表面的高度從上述第2區域向上述第I區域減小的第3區域，在上述第2區域和上述第3區域，形成第3絕緣膜， 上述第3絕緣膜的上表面大致平坦。
12.如權利要求11所記載的半導體晶片，其中， 在上述第I區域形成第I絕緣膜，上述第I絕緣膜的上表面和上述第3絕緣膜的上表面大致為同一面。
13.如權利要求12所記載的半導體晶片，其中， 上述第I絕緣膜的上表面和上述第3絕緣膜的上表面的高度大致相同 。
14.如權利要求12所記載的半導體晶片，其中， 上述第I絕緣膜的上表面大致平坦。
15.如權利要求12所記載的半導體晶片，其中， 上述第I區域還具備在上述第I區域的形成了上述第I絕緣膜的面上形成了階差的階差加工區域。
16.如權利要求12所記載的半導體晶片，其中， 上述半導體基板具備凹槽，上述第I絕緣膜形成于比上述凹槽的前端還靠近上述半導體基板的外周側。
17.如權利要求12所記載的半導體晶片，其中， 上述半導體基板具備凹槽，上述第I絕緣膜的上表面大致平坦的區域形成于比上述凹槽的前端還靠近上述半導體基板的中心側。
18.一種疊層構造體，具備半導體晶片和被接合半導體晶片， 上述半導體晶片具備半導體基板和形成在上述半導體基板上的布線層， 上述半導體基板具備位于上述半導體基板的外周部、且未被上述布線層覆蓋的第I區域， 上述布線層具備上述布線層的上表面大致平坦的第2區域， 在上述第I區域形成了第I絕緣膜， 上述第2區域的上述布線層的上表面和上述第I絕緣膜的上表面大致為同一面，上述被接合半導體晶片被接合于在上述半導體晶片中大致為同一面的上述第2區域的上述布線層的上表面和上述第I絕緣膜的上表面。
19.如權利要求18所記載的疊層構造體，其中， 上述布線層還具備位于上述第I區域和上述第2區域之間、且上述布線層的上表面的高度從上述第2區域向上述第I區域減小的第3區域， 在上述第3區域的上述布線層上形成了第2絕緣膜， 上述第2區域的上述布線層的上表面和上述第3區域的上述第2絕緣膜的上表面大致為同一面。
20.如權利要求18所記載的疊層構造體，其中， 上述第I區域還具備在上述第I區域的形成了上述第I絕緣膜的面上形成了階差的階差加工區域。
全文摘要
本發明提供半導體晶片及具備該半導體晶片的疊層構造體。根據一個實施方式，半導體晶片具備半導體基板和形成在半導體基板上的布線層。在該半導體晶片中，半導體基板具備位于半導體基板的外周部、且未被布線層覆蓋的第1區域，布線層具備布線層的上表面大致平坦的第2區域，在第1區域形成了第1絕緣膜，第2區域的布線層的上表面和第1絕緣膜的上表面大致為同一面。
文檔編號H01L29/06GK102969336SQ20121005541
公開日2013年3月13日 申請日期2012年3月5日 優先權日2011年8月31日
發明者遠藤光芳 申請人:株式會社東芝