半導體器件及其制造方法
【專利說明】半導體器件及其制造方法
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本申請要求在2013年12月23日向韓國知識產權局提交的申請號為10-的韓國專利申請優先權，其全部內容通過引用合并于此。
技術領域
[0003]本公開的實施例涉及半導體器件，并且更具體地涉及具有穿通電極的半導體器件及其制造方法。
【背景技術】
[0004]在電子系統中利用的半導體器件可以包括各種電子電路元件，并且電子電路元件可以被集成在半導體襯底中和/或上以組成半導體器件(也被稱作為半導體芯片或半導體裸片)。存儲器半導體芯片可以被封裝并且用于電子系統中。這些半導體封裝體可以用于例如計算機、移動系統或數據儲存媒介的電子系統中。
[0005]隨著諸如智能手機的移動系統變得更輕且更小，在移動系統中利用的半導體封裝體已在不斷地縮小。另外，隨著多功能移動系統的發展，大容量的半導體封裝體的需求不斷增加。結合這些發展，已努力將多個半導體器件放入單個封裝體中以提供諸如層疊封裝體的大容量半導體封裝體。此外，已提出了穿通半導體芯片的穿通硅通孔(TSV)電極，以實現將在單個層疊封裝體中的半導體芯片彼此電連接的互連結構。
[0006]在制造互連結構時，已作出改善TSV電極和接觸TSV電極的導電材料之間的結構和電可靠性的努力。通過在TSV的銅材料和焊接材料之間的化學反應可以產生金屬間化合物材料，以降低互連結構的可靠性。
【發明內容】
[0007]各種實施例涉及具有穿通電極的半導體器件、制造具有穿通電極的半導體器件的方法、包括具有穿通電極的半導體器件的存儲卡和包括具有穿通電極的半導體器件的電子系統。
[0008]根據一些實施例，一種半導體器件包括:穿通電極，穿通襯底使得穿通電極的第一端部從襯底的第一表面突出；鈍化層，覆蓋襯底的第一表面和穿通電極的第一端部的側壁；凸塊，具有穿通鈍化層并且與穿通電極的第一端部耦接的下部；以及下金屬層，具有設置在凸塊和穿通電極的第一端部之間并且覆蓋凸塊的側壁的凹面形狀。
[0009]根據另外的實施例，一種半導體器件包括:穿通電極，穿通第一襯底使得穿通電極的第一端部從第一襯底的第一表面突出；鈍化層，覆蓋第一襯底的第一表面和穿通電極的第一端部的側壁；第一凸塊，具有穿通鈍化層并且與穿通電極的第一端部耦接的下部；下金屬層，具有設置在第一凸塊和穿通電極的第一端部之間并且覆蓋第一凸塊的側壁的凹面形狀；第二襯底，層疊在第一襯底上；以及第二凸塊，與第二襯底耦接并且與第一凸塊結口 ο
[0010]根據另外的實施例，一種制造半導體器件的方法包括以下步驟:在襯底的第一表面上形成鈍化層以覆蓋穿通襯底的穿通電極的第一端部。穿通電極的第一端部從襯底的第一表面突出。在鈍化層上形成模板圖案以暴露出與穿通電極的第一端部垂直重疊的鈍化層的部分。刻蝕鈍化層的暴露出的部分來形成暴露出穿通電極的第一端部的開口。形成接觸穿通電極的第一端部的下金屬層。在下金屬層包圍的開口中形成凸塊。去除模板圖案。
[0011]根據另外的實施例，一種制造半導體器件的方法包括以下步驟:形成穿通襯底的穿通電極，使得穿通電極的第一端部從襯底的第一表面突出；形成覆蓋襯底的第一表面和穿通電極的第一端部的側壁的鈍化層；在穿通電極的第一端部之上形成下金屬層；形成具有穿通鈍化層并且經由下金屬層與穿通電極的第一端部耦接的下部的凸塊。下金屬層延伸至凸塊的側壁上并且具有凹面形狀。
[0012]根據另外的實施例，一種存儲卡包括存儲器和適于控制存儲器的操作的存儲器控制器。存儲器包括:穿通電極，穿通襯底使得穿通電極的第一端部從襯底的第一表面突出；鈍化層，覆蓋襯底的第一表面和穿通電極的第一端部的側壁；凸塊，具有被插入至鈍化層中以接觸穿通電極的第一端部的下部；以及下金屬層，被設置在凸塊和穿通電極的第一端部之間。下金屬層被形成為延伸至凸塊的側壁上并且具有凹面形狀。
[0013]根據另外的實施例，一種存儲卡包括存儲器和適于控制存儲器的操作的存儲器控制器。存儲器包括:穿通電極，穿通第一襯底使得穿通電極的第一端部從第一襯底的第一表面突出；鈍化層，覆蓋第一襯底的第一表面和穿通電極的第一端部的側壁；第一凸塊，具有被插入至鈍化層中以接觸穿通電極的第一端部的下部；下金屬層，被設置在第一凸塊和穿通電極的第一端部之間，并且包圍第一凸塊的側壁以具有凹面形狀；第二襯底，被層疊在第一襯底上；以及第二凸塊，與第二襯底連接并且與第一凸塊結合。
[0014]根據另外的實施例，一種電子系統包括存儲器和經由總線與存儲器耦接的控制器。存儲器或控制器包括:穿通電極，穿通襯底使得穿通電極的第一端部從襯底的第一表面突出；鈍化層，覆蓋襯底的第一表面和穿通電極的第一端部的側壁；凸塊，具有被插入至鈍化層中以接觸穿通電極的第一端部的下部；以及下金屬層，被設置在凸塊和穿通電極的第一端部之間。下金屬層被形成為延伸至凸塊的側壁上并且具有凹面形狀。
[0015]根據另外的實施例，一種電子系統包括存儲器和經由總線與存儲器耦接的控制器。存儲器或控制器包括:穿通電極，穿通第一襯底使得穿通電極的第一端部從第一襯底的第一表面突出；鈍化層，覆蓋第一襯底的第一表面和穿通電極的第一端部的側壁；第一凸塊，具有被插入至鈍化層中以接觸穿通電極的第一端部的下部；下金屬層，被設置在第一凸塊和穿通電極的第一端部之間并且包圍第一凸塊的側壁以具有凹面形狀；第二襯底，層疊在第一襯底上；以及第二凸塊，與第二襯底連接并且與第一凸塊結合。
【附圖說明】
[0016]結合附圖和所附詳細描述，本發明構思的實施例將更加顯然，其中:
[0017]圖1、圖2和圖3是說明根據一個實施例的半導體器件的截面圖；
[0018]圖4和圖5是說明根據另一實施例的半導體器件的截面圖；
[0019]圖6至圖13是說明根據一些實施例制造半導體器件的方法的截面圖；
[0020]圖14是說明利用包括根據一個實施例的半導體器件的存儲卡的電子系統的框圖；以及
[0021]圖15是說明包括根據一個實施例的半導體器件的電子系統的框圖。
【具體實施方式】
[0022]將理解的是，盡管在本文中可以使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但這些元件不應限制于這些術語。這些術語僅用于區分一個元件與另一個元件。因而，在不脫離本發明構思的教導的情況下，在一些實施例中的第一元件在其他的實施例中可以被稱作為第二元件。
[0023]還將理解的是，當一個元件涉及在另一元件“上”、“之上”、“下”或“之下”時，其可以分別直接在另一元件“上”、“之上”、“下”或“之下”，或還可以存在中間元件。因此，在本文中使用的諸如“上”、“之上”、“下”或“之下”的術語僅出于描述特定實施例的目的，并非旨在限制本發明構思。
[0024]還將理解的是，當一個元件涉及與另一元件“連接”或“耦接”時，其可以與另一元件直接連接或耦接，或可以存在中間元件。相反，當一個元件涉及與另一元件“直接連接”或“直接耦接”時，不存在中間元件。用來描述元件或層之間的關系的其他詞應以相同的方式來解釋。可以通過使用裸片切割工藝將諸如晶片的半導體襯底分成多個片來獲得半導體芯片。
[0025]半導體芯片可以與存儲芯片或邏輯芯片相對應。存儲芯片可以包括集成在半導體襯底上和/或中的動態隨機存取存儲器(DRAM)電路、靜態隨機存取存儲器(SRAM)電路、快閃存儲器電路、磁性隨機存取存儲器(MRAM)電路、阻變隨機存取存儲器(ReRAM)電路、鐵電隨機存取存儲器(FeRAM)電路或相變隨機存取存儲器(PcRAM)。邏輯芯片可以包括集成在半導體襯底上和/或中的邏輯電路。在一些情形下，本文中使用的術語“半導體襯底”可以被理解為形成有集成電路的半導體芯片或半導體裸片。
[0026]圖1是說明根據一個實施例的半導體器件的截面圖。圖2和圖3是說明圖1中所示的半導體器件的第一導電凸塊631的放大圖。參見圖1和圖2，半導體器件10可以包括半導體襯底100和大體穿通半導體襯底100的穿通電極200。穿通電極200的第一端部220從半導體襯底100的第一表面103突出。第一鈍化層500可以被設置在半導體襯底100的第一表面103上，以覆蓋穿通電極200的第一端部220。
[0027]第一導電凸塊631的下部632可以穿通第