本發(fā)明實(shí)施例涉及用于集成封裝件的半導(dǎo)體晶圓。

背景技術(shù)：

由于各種電子部件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成密度的持續(xù)改進(jìn)，半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了指數(shù)式增長(zhǎng)。很大程度上，集成密度的這種改進(jìn)源于最小部件尺寸的重復(fù)減小(例如，朝向亞20nm節(jié)點(diǎn)縮小半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn))，這允許更多的部件集成到給定面積中。隨著近來對(duì)小型化、更高速度和更大帶寬以及更低功耗和等待時(shí)間的的需求的增長(zhǎng)，對(duì)于半導(dǎo)體管芯的更小且更具創(chuàng)造性的封裝技術(shù)的需求也已增長(zhǎng)。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步進(jìn)步，堆疊半導(dǎo)體器件(例如，3D集成電路(3DIC))成為進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器件的物理尺寸的有效替代。在堆疊半導(dǎo)體器件中，在不同的半導(dǎo)體晶圓上制造諸如邏輯器、存儲(chǔ)器、處理電路等的有源電路。兩個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體晶圓可以安裝在另一個(gè)晶圓的頂部上以進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器件的形成因子。

可以通過適當(dāng)?shù)慕雍霞夹g(shù)將兩個(gè)半導(dǎo)體晶圓接合到一起。通常使用的接合技術(shù)包括直接接合、化學(xué)激活接合、等離子體激活接合、陽(yáng)極接合、共熔接合、玻璃漿料接合、粘合接合、熱壓接合、反應(yīng)接合等?？梢栽诙询B半導(dǎo)體晶圓之間設(shè)置電連接。堆疊半導(dǎo)體器件可以提供具有更小的形成因子更高的密度并且允許增加的性能和降低功耗。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體晶圓，包括：底部半導(dǎo)體層，具有第一摻雜濃度，其中，所述底部半導(dǎo)體層的第一橫向表面是所述半導(dǎo)體晶圓的外表面；中間半導(dǎo)體層，位于所述底部半導(dǎo)體層上方，其中，所述中間半導(dǎo)體層包括大于所述第一摻雜濃度的第二摻雜濃度；以及頂部半導(dǎo)體層，位于所述中間半導(dǎo)體層上方，其中，所述頂部半導(dǎo)體層包括小于所述第二摻雜濃度的第三摻雜濃度，并且其中，所述底部半導(dǎo)體層、所述中間半導(dǎo)體層和所述頂部半導(dǎo)體層的側(cè)壁對(duì)齊。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種用于形成半導(dǎo)體晶圓的方法，包括：提供設(shè)置在第二半導(dǎo)體層上方的第一半導(dǎo)體層，其中，所述第一半導(dǎo)體層包括比所述第二半導(dǎo)體層的摻雜濃度更高的摻雜濃度；以及在所述第一半導(dǎo)體層上方外延生長(zhǎng)第三半導(dǎo)體層；其中，所述第三半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層覆蓋所述第二半導(dǎo)體層的整個(gè)頂面；以及與所述第一半導(dǎo)體層相比，以更低的摻雜濃度來?yè)诫s所述第三半導(dǎo)體層。

根據(jù)本發(fā)明的又另一實(shí)施例，還提供了一種方法，包括：提供第一半導(dǎo)體晶圓，所述第一半導(dǎo)體晶圓包括：底部半導(dǎo)體層，包括第一摻雜濃度，其中，所述底部半導(dǎo)體層的橫向表面是所述第一半導(dǎo)體晶圓的外表面；中間半導(dǎo)體層，包括大于所述第一摻雜濃度的第二摻雜濃度；和頂部半導(dǎo)體層，包括小于所述第二摻雜濃度的第三摻雜濃度；在所述頂部半導(dǎo)體層上方形成電路；在所述電路上方將第二半導(dǎo)體晶圓接合至所述第一半導(dǎo)體晶圓；以及減薄所述第一半導(dǎo)體晶圓，其中，減薄所述第一半導(dǎo)體晶圓包括：去除所述底部半導(dǎo)體層以暴露所述中間半導(dǎo)體層；和使用化學(xué)蝕刻劑來蝕刻所述中間半導(dǎo)體層，所述化學(xué)蝕刻劑以比蝕刻所述頂部半導(dǎo)體層更快的速率蝕刻所述中間半導(dǎo)體層。

附圖說明

當(dāng)閱讀附圖時(shí)，根據(jù)以下詳細(xì)的描述來最佳地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。注意，根據(jù)工業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各個(gè)部件沒有按比例繪制。實(shí)際上，為了討論的清楚，可以任意地增加或減小各個(gè)部件的尺寸。

圖1、圖2、圖3、圖4A和圖4B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的制造半導(dǎo)體晶圓的中間階段的各個(gè)示圖。

圖5示出了根據(jù)另一實(shí)施例的半導(dǎo)體晶圓的截面圖。

圖6、圖7、圖8、圖9A和圖9B示出了根據(jù)一些實(shí)施例的晶圓接合和減薄的截面圖。

圖10示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體晶圓的工藝流程。

圖11示出了根據(jù)一些實(shí)施例的晶圓接合和減薄的工藝流程。

具體實(shí)施方式

以下公開提供了許多不同的用于實(shí)施本發(fā)明主題的不同特征的實(shí)施例或?qū)嵗?。以下描述部件或配置的具體實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例而不用于限制。例如，在以下的描述中，在第二部件上方或之上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件被形成為直接接觸的實(shí)施例，并且也可以包括可以在第一部件和第二部件之間形成附件部件使得第一部件和第二部分不直接接觸的實(shí)施例。此外，本發(fā)明可以在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字母。這些重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚，其本身并不表示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。

此外，為了易于描述，可以使用空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)(諸如“在…下方”、“之下”、“下部”、“上方”、“上部”等)以描述圖中所示一個(gè)元件或部件與另一個(gè)元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的定向之外，空間相對(duì)術(shù)語(yǔ)還包括使用或操作中設(shè)備的不同定向。裝置可以以其他方式定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他定向)，本文所使用的空間相對(duì)描述可因此進(jìn)行類似的解釋。

在具體上下文(即在晶圓與晶圓接合應(yīng)用中接合兩個(gè)晶圓)中描述各個(gè)實(shí)施例。其他實(shí)施例可涉及其他應(yīng)用，諸如多晶圓接合(例如，在器件封裝件中兩個(gè)以上的晶圓被接合到一起)。

各個(gè)實(shí)施例包括半導(dǎo)體晶圓、用于形成半導(dǎo)體晶圓的方法以及用于在晶圓接合應(yīng)用中包括半導(dǎo)體晶圓的方法。半導(dǎo)體晶圓包括設(shè)置在頂部和底部半導(dǎo)體層之間的具有相對(duì)較高摻雜濃度的中間半導(dǎo)體層，其中頂部半導(dǎo)體層和底部半導(dǎo)體層的摻雜濃度低于中間半導(dǎo)體層的摻雜濃度。由于中間半導(dǎo)體層的相對(duì)較高的摻雜濃度，因此中間半導(dǎo)體層會(huì)尤其容易在用于形成集成電路封裝件的各個(gè)溫度工藝(例如，高溫工藝)期間受到不期望的摻雜劑擴(kuò)散(有時(shí)稱為自動(dòng)摻雜)。例如，這些工藝可以包括在頂部半導(dǎo)體層上方形成電路(具有電部件和/或互連層)以及將另一封裝部件(例如，另一晶圓)接合至半導(dǎo)體晶圓。在各個(gè)實(shí)施例中，包括底部半導(dǎo)體層以在這些工藝期間減小這種自動(dòng)摻雜效應(yīng)。此外，底部半導(dǎo)體層可以包括可以類似于或相同與頂部半導(dǎo)體層和中間半導(dǎo)體層的材料(例如，硅)的半導(dǎo)體材料(例如，硅)。因此，底部半導(dǎo)體層的熱特性(例如，發(fā)射率)類似于頂部半導(dǎo)體層和中部半導(dǎo)體層，并且底部半導(dǎo)體層可以減小擴(kuò)散而不顯著改變晶圓的其他特性(例如，熱影響特性)，諸如翹曲、光疊加對(duì)齊、膜沉積速率、膜蝕刻速率等。

在對(duì)晶圓執(zhí)行各個(gè)工藝之后(例如，在接合其他封裝部件之后)，可以應(yīng)用減薄工藝以減小所得到的器件封裝件的總體厚度。減薄工藝可以包括蝕刻工藝來去除中間半導(dǎo)體層的至少一部分。蝕刻工藝可以包括化學(xué)蝕刻劑，與頂部半導(dǎo)體層相比該間蝕刻劑對(duì)中間半導(dǎo)體層的蝕刻速率更快。例如，可以選擇化學(xué)蝕刻劑，以與較低摻雜濃度的材料(例如，頂部半導(dǎo)體層)相比蝕刻更高摻雜濃度的材料(例如，中間半導(dǎo)體層)。因此，頂部半導(dǎo)體層可用作蝕刻停止層，并且可以去除底部半導(dǎo)體層和中間半導(dǎo)體層以提供低輪廓(low-profile)器件封裝件。因此，示例性半導(dǎo)體晶圓中的各個(gè)層在形成器件封裝件的中間工藝步驟期間被用作蝕刻目標(biāo)層(例如，減薄工藝期間)和保護(hù)層(例如，以減少摻雜劑擴(kuò)散)。

圖1A至圖4B示出了根據(jù)實(shí)施例的形成半導(dǎo)體晶圓100的各個(gè)示圖。首先參照?qǐng)D1，提供半導(dǎo)體層102。半導(dǎo)體層102例如可以為塊狀硅襯底。還可以使用諸如多層或梯度襯底的其他襯底。此外，除硅之外或代替硅，其他半導(dǎo)體材料可用于半導(dǎo)體層102，諸如鍺(Ge)、化合物半導(dǎo)體(包括碳化硅、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦)、合金半導(dǎo)體(包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP)或它們的組合。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層102例如具有大約700μm至大約800μm之間的厚度T1，盡管半導(dǎo)體層102在另一實(shí)施例中可具有不同的厚度。半導(dǎo)體層102可以使用任何適當(dāng)?shù)墓に噥硇纬?，諸如通過Czochralski(CZ)拉具。在圖1所示DE晶圓100的定向中，半導(dǎo)體層102包括頂面102A和底面102B。

可以使用注入、擴(kuò)散等的任何適當(dāng)?shù)墓に噥韺诫s劑摻雜到半導(dǎo)體層102內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，諸如硼、銦等的p型摻雜劑可以被摻雜到半導(dǎo)體層102內(nèi)。在另一實(shí)施例中，諸如砷、磷等的n型摻雜劑可以被摻雜到半導(dǎo)體層102內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，選擇半導(dǎo)體層102中的摻雜劑的濃度至適當(dāng)高的濃度，使得可以使用適當(dāng)?shù)奈g刻化學(xué)物來選擇性地蝕刻半導(dǎo)體層102，其中該蝕刻化學(xué)物以比蝕刻低摻雜材料的速率更高的速率蝕刻高摻雜材料。例如，注入到半導(dǎo)體層102內(nèi)的摻雜劑的濃度可以為大約1×10¹⁸/cm³至大約1×10²⁰/cm³。通過在該范圍內(nèi)配置半導(dǎo)體層102的摻雜濃度可以觀察到，可以從晶圓100的其他(隨后形成的)半導(dǎo)體層(諸如層104和104(參見圖4A))選擇性地蝕刻半導(dǎo)體層102。由于半導(dǎo)體層102的相對(duì)較高的摻雜濃度，所以半導(dǎo)體層102還可以根據(jù)所注入雜質(zhì)的類型稱為N+或P+襯底。在完成的晶圓中，半導(dǎo)體層102可以是在晶圓減薄工藝中被用作蝕刻層的中間半導(dǎo)體層。

在圖2中，半導(dǎo)體層104形成在半導(dǎo)體層102的表面102A上方。在一個(gè)實(shí)施例中，使用適當(dāng)?shù)墓に囃庋由L(zhǎng)半導(dǎo)體層104，諸如外延化學(xué)汽相沉積(EPI CVD)、分子束外延(MBE)、液相外延(LPE)、氣相外延(VPE)、選擇外延生長(zhǎng)(SEG)、它們的組合等。半導(dǎo)體層104可以包括與半導(dǎo)體層102類似的材料。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層104包括硅。因此，半導(dǎo)體層104可以具有與半導(dǎo)體層102類似的熱特性(例如，發(fā)射率)。例如，在示例性晶圓經(jīng)受快速熱退火的晶圓測(cè)試中，示例性晶圓的發(fā)射率大約為0.67，該發(fā)射率類似于不具有底部保護(hù)層(例如，半導(dǎo)體層104)的晶圓的發(fā)射率。因此，包括半導(dǎo)體層104不會(huì)顯著影響晶圓100的各種工藝特性(例如，翹曲、光疊加對(duì)齊、膜沉積速率、膜蝕刻速率等)。

半導(dǎo)體層104可以形成為覆蓋半導(dǎo)體層102的整個(gè)橫向表面，并且半導(dǎo)體層102和104的側(cè)壁可以基本對(duì)齊。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層104例如具有大約1μm至大約10μm的厚度T2，盡管可以在其他實(shí)施例中使用其他厚度。在外延期間，可以在生長(zhǎng)進(jìn)行的同時(shí)摻雜期望的p型或n型雜質(zhì)。例如，可以在工藝氣體中包括包含摻雜劑的前體。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層104的摻雜濃度低于半導(dǎo)體層102的摻雜濃度。例如，半導(dǎo)體層104可包括大約1×10¹⁵cm^-3至大約1×10¹⁶cm^-3的摻雜濃度。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層102的摻雜濃度可以大約比半導(dǎo)體層104的摻雜濃度高3至5個(gè)指數(shù)級(jí)。例如，半導(dǎo)體層102的摻雜濃度與半導(dǎo)體層104的摻雜濃度的比率可以為大約10³至大約10⁵。

在完成的晶圓100中，半導(dǎo)體層104是底部半導(dǎo)體層并且用于在各種器件封裝處理步驟(例如，高溫工藝)期間減少半導(dǎo)體層102中的摻雜劑的不期望擴(kuò)散。例如，半導(dǎo)體層104的橫向表面可以是晶圓100的外表面。因此，可選擇半導(dǎo)體層104的厚度以為半導(dǎo)體層102提供充分的保護(hù)來減少這種自動(dòng)摻雜效應(yīng)。例如，半導(dǎo)體層102的各個(gè)厚度可以形成在測(cè)試晶圓上，并且測(cè)試晶圓隨后經(jīng)受各種高溫條件。測(cè)量每個(gè)測(cè)試晶圓內(nèi)的擴(kuò)散，并且可以基于測(cè)試晶圓內(nèi)的測(cè)量擴(kuò)散來選擇半導(dǎo)體層102的厚度。

在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層104包括整體上基本恒定的摻雜濃度。在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體層104包括多個(gè)半導(dǎo)體層層，每個(gè)都包括不同的摻雜濃度。在又一實(shí)施例中，半導(dǎo)體層104可以是具有連續(xù)變化的摻雜濃度的梯度層。例如，半導(dǎo)體層104的摻雜濃度可以在與半導(dǎo)體層102的界面處較大，且摻雜濃度朝向晶圓100的外表面(例如，圖2中半導(dǎo)體層104的頂面)減小。在這種實(shí)施例中，可以在外延期間逐漸(連續(xù)或突然)減小含摻雜劑的前體的流速。

在形成半導(dǎo)體層104之后，可以如圖3所示翻轉(zhuǎn)晶圓100的定向。例如，在所示實(shí)施例中，半導(dǎo)體層104被設(shè)置在半導(dǎo)體層102下方。在新定向中，表面102B現(xiàn)在為半導(dǎo)體層102的頂面，并且表面102A現(xiàn)在為半導(dǎo)體層102的底面。

在圖4A中，半導(dǎo)體層106形成在半導(dǎo)體層102的表面102B上方。在一個(gè)實(shí)施例中，使用適當(dāng)?shù)墓に囃庋由L(zhǎng)半導(dǎo)體層106，諸如金屬有機(jī)(MO)化學(xué)汽相沉積(CVD)、分子束外延(MBE)、液相外延(LPE)、氣相外延(VPE)、選擇外延生長(zhǎng)(SEG)、它們的組合等。半導(dǎo)體層106可以包括類似于半導(dǎo)體層102和104的材料。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層106包括硅。

可以形成半導(dǎo)體層106以覆蓋半導(dǎo)體層102的整個(gè)橫向表面，并且半導(dǎo)體層102、104和106的側(cè)壁可以基本對(duì)齊。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層104例如可具有大約1μm至大約10μm的厚度，盡管可以在其他實(shí)施例中使用其他厚度。在外延期間，可以在生長(zhǎng)進(jìn)行的同時(shí)摻雜期望的p型或n型雜質(zhì)。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層102、104和106的摻雜類型(例如，n型或p型)可以相同。例如，可以在工藝氣體中包括含摻雜劑的前體。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體層106的摻雜濃度低于半導(dǎo)體層102的摻雜濃度。例如，半導(dǎo)體層106可以具有大約1×10¹⁵cm^-3至大約1×10¹⁶cm^-3的摻雜濃度。半導(dǎo)體層106的摻雜濃度可以與半導(dǎo)體層104的摻雜濃度相同或不同。

在所完成的晶圓100中，半導(dǎo)體層106是器件襯底，并且電部件(例如，晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、熔絲等)可形成在半導(dǎo)體層106的頂面106A處。因此，可以基于隨后形成的期望電部件來選擇半導(dǎo)體層106的摻雜類型和濃度。在這種電部件的形成期間，半導(dǎo)體層104減少摻雜劑從半導(dǎo)體層102到半導(dǎo)體層106內(nèi)的不期望擴(kuò)散。

在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層106包括整體上基本恒定的摻雜濃度。在另一實(shí)施例中，半導(dǎo)體層106包括多個(gè)半導(dǎo)體層，每個(gè)半導(dǎo)體層都包括不同的摻雜濃度。在又一實(shí)施例中，半導(dǎo)體層106可以為具有連續(xù)改變的摻雜濃度的梯度層。例如，半導(dǎo)體層106的摻雜濃度可以在與半導(dǎo)體層102的界面(例如，表面102B)處較大，摻雜濃度朝向晶圓100的外表面(例如，表面106A)減小。在這種實(shí)施例中，可以在外延期間逐漸減小含摻雜劑前體的流速。

因此，根據(jù)一些實(shí)施例形成示例性半導(dǎo)體晶圓100。半導(dǎo)體晶圓100包括至少三層：頂部半導(dǎo)體層106(例如，器件襯底)、中間半導(dǎo)體層102(例如，蝕刻層)和底部半導(dǎo)體層104(例如，保護(hù)層)。半導(dǎo)體層102、104和106的側(cè)壁基本對(duì)齊，每個(gè)上部半導(dǎo)體層被形成為完全覆蓋下部半導(dǎo)體層的橫向表面。圖4B示出了晶圓100的頂視圖。如圖所示，晶圓100可以基本為圓形，其中頂部半導(dǎo)體層106覆蓋下面的半導(dǎo)體層102和104(它們可以具有與半導(dǎo)體層106相同的頂視圖形狀和頂視圖尺寸)的整個(gè)表面。在一個(gè)實(shí)施例中，晶圓100具有例如大約為300nm的直徑D。在其他實(shí)施例中，晶圓100可以包括不同的形狀和/或尺寸。

如以下更詳細(xì)描述的，電路可隨后形成在半導(dǎo)體層106的頂面上。另一封裝部件(例如，另一晶圓)也可以在半導(dǎo)體層106上方接合至晶圓100。在形成這樣的部件并接合其他封裝部件期間，底部半導(dǎo)體層104減少半導(dǎo)體層102內(nèi)的摻雜劑的擴(kuò)散。在形成這樣的部件之后，半導(dǎo)體層102和104可以使用機(jī)械研磨和選擇性回蝕工藝來去除，這將在以下進(jìn)行更詳細(xì)的解釋。

盡管上述實(shí)施例描述了半導(dǎo)體層104(例如，保護(hù)層)形成在半導(dǎo)體層106(例如，器件襯底)之前，但工藝也可以反轉(zhuǎn)。例如，可以在形成半導(dǎo)體層104之前，首先在半導(dǎo)體層102上方外延生長(zhǎng)半導(dǎo)體層106。隨后，翻轉(zhuǎn)晶圓的定向，并且半導(dǎo)體層104外延生長(zhǎng)在半導(dǎo)體層102的與半導(dǎo)體層106相對(duì)的表面上方?？梢愿鶕?jù)半導(dǎo)體層102內(nèi)的摻雜劑的擴(kuò)散特性來選擇半導(dǎo)體層104的厚度。

圖5示出了根據(jù)另一實(shí)施例的晶圓200的截面圖。晶圓200可以基本類似于晶圓100，除了在底部半導(dǎo)體層202上方外延生長(zhǎng)兩個(gè)半導(dǎo)體層204和206。半導(dǎo)體層204可以具有比半導(dǎo)體層202和206更高的摻雜濃度(例如類似于半導(dǎo)體層102)。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層204具有大約1×10¹⁸cm^-3至大約1×10²⁰cm^-3的摻雜濃度，而半導(dǎo)體層202和206均具有大約1×10¹⁵cm^-3至大約1×10¹⁶cm^-3的摻雜濃度。每一層中的摻雜濃度可以是恒定的、隨離散間隔改變的或梯度的。每個(gè)半導(dǎo)體層202、204或206都可以是單層或包括多層。

此外，底部半導(dǎo)體層202可以厚于半導(dǎo)體層204和206。例如，底部半導(dǎo)體層202可以具有大約700μm大約800μm的厚度T4，而半導(dǎo)體層204和206均分別具有大約1μm至大約10μm的厚度T5和T6。每個(gè)半導(dǎo)體層202、204和206的預(yù)期功能分別類似于半導(dǎo)體層104、102和106。例如，半導(dǎo)體層202可以是保護(hù)層以減少在半導(dǎo)體層204中的摻雜劑的擴(kuò)散。半導(dǎo)體層204可以是晶圓減薄工藝期間的蝕刻層，以及半導(dǎo)體層206可以是用于形成電部件的器件襯底。

圖6至圖9示出了使用示例性晶圓(諸如晶圓100)制造器件封裝件的各個(gè)中間階段的截面圖。首先參照?qǐng)D6，電路300形成在晶圓100的半導(dǎo)體層106的頂面上方。形成在半導(dǎo)體層106上的電路300可以是適合于特定應(yīng)用的任何類型的電路。在一個(gè)實(shí)施例中，電路包括形成在襯底上的電部件302，其中一個(gè)或多個(gè)介電層覆蓋電部件302。金屬層可以形成在介電層之間以在電部件302之間路由電信號(hào)。電部件302還可形成在一個(gè)或多個(gè)介電層中。在一個(gè)實(shí)施例中，半導(dǎo)體層106被用于形成電部件的各個(gè)有源區(qū)域(例如，源極/漏極區(qū)域、阱區(qū)域、光電二極管等)，而半導(dǎo)體層102和104可基本不具有這些有源區(qū)域或部件。

例如，電部件302可以包括互連以執(zhí)行一種或多種功能的各種N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)器件和/或P型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)器件，諸如晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、熔絲等。功能可以包括存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)、處理結(jié)構(gòu)、傳感器、放大器、功率分配、輸入/輸出電路等。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，僅為了說明的目的提供上述實(shí)例以進(jìn)一步解釋本發(fā)明的應(yīng)用而不用于以任何方式限制本發(fā)明。可以針對(duì)給定應(yīng)用適當(dāng)?shù)厥褂闷渌娐贰?/p>

此外，在圖1中還示出了層間介電層(ILD)304和/或金屬間介電層(IMD)306。可以通過本領(lǐng)域已知的任何適當(dāng)方法(諸如旋涂、化學(xué)汽相沉積(CVD)和等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD))例如由低K介電材料形成來形成ILD 304，低K介電材料諸如磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BOSG)、FSG、SiOxCy、旋涂玻璃、旋涂聚合物、碳化硅材料、它們的化合物、它們的組合物、它們的組合等。還應(yīng)該注意，ILD 304可以包括多個(gè)介電層。

接觸件308形成為穿過ILD 304以提供至電部件302的電接觸件。例如，可以通過使用光刻技術(shù)以在ILD 304上方沉積和圖案化光刻膠材料來暴露ILD 304將成為接觸件308的部分來形成接觸件308。諸如各向異性干蝕刻工藝的蝕刻工藝可用于在ILD 304中創(chuàng)建開口。開口可以加襯有擴(kuò)散阻擋層和/或粘合層(未示出)，并填充有導(dǎo)電材料。擴(kuò)散阻擋層包括TaN、Ta、TiN、Ti、CoW等的一層或多層，并且導(dǎo)電材料包括銅、鎢、鋁、銀、它們的組合等，從而形成圖6所示的接觸件306。

一個(gè)或多個(gè)附加IMD 310和互連線312在ILD 304上方形成金屬層。通常，一個(gè)或多個(gè)IMD 310和相關(guān)聯(lián)的金屬層用于將電路彼此互連并提供外部電連接。IMD 310可以通過PECVD技術(shù)或高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDPCVD)等，由諸如氟硅酸鹽玻璃(FSG)的低K介電材料形成，并且IMD 310可以包括中間蝕刻停止層。外部接觸件(未示出)可以形成在最上面的層中。

還應(yīng)該注意，一個(gè)或多個(gè)蝕刻停止層(未示出)可位于相鄰的ILD層(例如，ILD 304和附加IMD層110)之間。通常，蝕刻停止層提供當(dāng)形成通孔和/或接觸件時(shí)停止蝕刻的機(jī)制。蝕刻停止層由與相鄰層(例如，下面的晶圓100和上覆的ILD層304/310)具有不同的蝕刻選擇性的介電材料形成。在一個(gè)實(shí)施例中，蝕刻停止層可以由SiN、SiCN、SiCO、CN、它們的組合等形成，其通過CVD或PECVD技術(shù)來沉積。

接下來參照?qǐng)D7，其上形成有電路500的第二半導(dǎo)體晶圓400被接合至晶圓100。在一個(gè)實(shí)施例中，晶圓400可以類似于晶圓100，晶圓400具有半導(dǎo)體層406(例如，器件層)、半導(dǎo)體層402(例如，蝕刻層)和半導(dǎo)體層404(例如，保護(hù)層)。半導(dǎo)體層402的摻雜濃度可以高于半導(dǎo)體層404和406的對(duì)應(yīng)摻雜濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，使用直接接合工藝(諸如金屬-金屬接合(例如，銅與銅接合)、介電質(zhì)與介電質(zhì)接合(例如，氧化物與氧化物接合)、金屬與介電質(zhì)接合(例如，氧化物與銅接合)、混合接合、它們的任何組合等)將電路500接合至電路300。在圖7中示出了所得到的器件封裝件600。

在一個(gè)實(shí)施例中，晶圓100和電路300形成背側(cè)傳感器照明(BSI)或前側(cè)傳感器照明(FSI)CMOS圖像傳感器(CIS)，并且晶圓400和電路500形成邏輯電路，諸如專用集成電路(ASIC)器件。在該實(shí)施例中，電路300包括光有源區(qū)域，諸如通過將雜質(zhì)離子注入到半導(dǎo)體層106內(nèi)而形成的光電二極管。此外，光有源區(qū)域可以是PN結(jié)光電二極管、PNP光電晶體管、NPN光電晶體管等。晶圓400和電路500可以包括邏輯電路、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)處理電路、存儲(chǔ)電路、偏置電路、參考電路等。在一個(gè)實(shí)施例中，器件封裝件600是堆疊CIS、堆疊邏輯產(chǎn)品等，包括FSI CIS、BSI CIS、邏輯電路、存儲(chǔ)電路、高壓(HV)電路、閃存電路、模擬電路、射頻(RF)電路、它們的組合等。

在接合晶圓100和晶圓400之后，如圖8和圖9所示，可以對(duì)晶圓100的背側(cè)施加減薄工藝。在半導(dǎo)體層106是BSI傳感器的實(shí)施例中，減薄工藝用于允許更多的光從第一襯底的背側(cè)穿過到達(dá)光有源區(qū)域而不被結(jié)構(gòu)吸收。減薄工藝可進(jìn)一步用于實(shí)現(xiàn)器件封裝件600的更小的形成因子/輪廓。減薄工藝可以通過使用機(jī)械技術(shù)(例如，研磨、拋光、過程、過程等)和化學(xué)蝕刻的組合來實(shí)施。例如，參照?qǐng)D8，施加初始機(jī)械減薄來去除晶圓100和400的一部分。機(jī)械減薄可以去除半導(dǎo)體層104和404(例如，保護(hù)層)并暴露半導(dǎo)體層102和402(例如，蝕刻層)。還可以去除半導(dǎo)體層102和402的一些部分，保留半導(dǎo)體層102和402的一些部分?？梢允┘訖C(jī)械減薄以將器件封裝件600的總厚度減小到期望一般范圍。例如，在機(jī)械減薄工藝之后，晶圓100或400的厚度T7例如可以為大約20μm至大約30μm。減薄之后的整個(gè)封裝件600的厚度可以為大約795μm至大約805μm?？梢砸匀魏雾樞蛳蚓A100和400同時(shí)或順序地施加機(jī)械減薄工藝。在其他實(shí)施例中，晶圓100或400中只有一個(gè)減薄，而另一個(gè)晶圓100或400被用作載體晶圓而不被減薄。在機(jī)械減薄工藝期間，半導(dǎo)體層102和402保護(hù)半導(dǎo)體層106和406。

接下來，在圖9A中，使用適當(dāng)?shù)墓に?諸如化學(xué)蝕刻(去除半導(dǎo)體層102和402的剩余部分。機(jī)械蝕刻工藝可以涉及使用化學(xué)蝕刻劑，化學(xué)蝕刻劑可以以比蝕刻半導(dǎo)體層106和406更快的蝕刻率來選擇性地蝕刻半導(dǎo)體層102和402。可以基于半導(dǎo)體層102和402的摻雜劑類型、濃度等來選擇化學(xué)蝕刻劑。例如，與較低摻雜濃度材料(例如，半導(dǎo)體層106和406)相比，化學(xué)蝕刻劑可以以更快的速率蝕刻高摻雜濃度材料(例如，半導(dǎo)體層102和402)。在一些實(shí)施例中，化學(xué)蝕刻劑可以包括氫氟酸(HF)、硝酸(HNO₃)、乙酸(CH₃COOH)、它們的組合(例如，氟化氫、含氮、乙酸(HNA)酸)等?？梢栽谄渌麑?shí)施例中使用其他化學(xué)蝕刻劑。因此，半導(dǎo)體層106和406可在化學(xué)蝕刻期間用作蝕刻停止層?？梢砸匀魏雾樞蛲瑫r(shí)或順序地執(zhí)行蝕刻半導(dǎo)體層102和402。在蝕刻之后，晶圓100或400的厚度T8例如可以為大約5μm至大約6μm。因此，如上所述，半導(dǎo)體層102和402可在晶圓減薄工藝期間用作蝕刻層。減薄之后的整個(gè)封裝件600的厚度例如可以為大約775μm至大約790μm。在晶圓減薄工藝之后，保留半導(dǎo)體層106和406的至少一部分(例如，在其中形成電部件的層)。此外，盡管在所示實(shí)施例中減薄晶圓100和400，但在另一實(shí)施例中，如圖9B所示，晶圓100或400中的僅一個(gè)被減薄，而另一個(gè)晶圓用作載體支持襯底。

圖10示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體晶圓的工藝流程700。在步驟702中，提供了設(shè)置在第二半導(dǎo)體層上方的第一半導(dǎo)體層。第一半導(dǎo)體層具有比第二半導(dǎo)體層更高的摻雜濃度。在一個(gè)實(shí)施例中，在第二半導(dǎo)體層(例如，層202)上方外延生長(zhǎng)第一半導(dǎo)體層(例如，層204)。在一個(gè)實(shí)施例中，在第一半導(dǎo)體層(例如，層102)上方外延生長(zhǎng)第二半導(dǎo)體層(例如，層104)，然后翻轉(zhuǎn)第一半導(dǎo)體層和第二半導(dǎo)體層的定向。在步驟704中，在第一半導(dǎo)體層的表面上方外延生長(zhǎng)第三半導(dǎo)體層(例如，層106或206)。在一個(gè)實(shí)施例中，在第一半導(dǎo)體層的整個(gè)表面上方生長(zhǎng)第三半導(dǎo)體層。在步驟704中，第三半導(dǎo)體層摻雜有比第一半導(dǎo)體層更低的濃度的摻雜劑。

圖11示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于接合晶圓的工藝流程800。在步驟802中，提供第一半導(dǎo)體晶圓(例如，晶圓100)。第一半導(dǎo)體層包括設(shè)置在頂部半導(dǎo)體層(例如，106)和底部半導(dǎo)體層(例如，層104)之間并具有比頂部半導(dǎo)體層(例如，106)和底部半導(dǎo)體層(例如，層104)更高的摻雜濃度的中間半導(dǎo)體層(例如，層102)。在步驟804中，在頂部半導(dǎo)體層上方形成電路(例如，電路300)。在步驟806中，將第二半導(dǎo)體晶圓(例如，晶圓400)接合至電路上方的第一半導(dǎo)體晶圓。在步驟808中，減薄第一半導(dǎo)體晶圓。減薄可以包括與化學(xué)蝕刻組合地施加機(jī)械減薄工藝?；瘜W(xué)蝕刻使用化學(xué)蝕刻劑，化學(xué)蝕刻劑以比蝕刻頂部半導(dǎo)體層(可用作蝕刻停止層)更高的速率蝕刻中間半導(dǎo)體層。

上述各個(gè)實(shí)施例包括半導(dǎo)體晶圓、用于形成半導(dǎo)體晶圓的方法以及用于在晶圓接合應(yīng)用中包括半導(dǎo)體晶圓的方法。半導(dǎo)體晶圓包括設(shè)置在頂部半導(dǎo)體層和底部半導(dǎo)體層之間并更具有相對(duì)較高摻雜濃度的中間半導(dǎo)體層，其中頂部半導(dǎo)體層和底部半導(dǎo)體層具有比中間半導(dǎo)體層更低的摻雜濃度。在各個(gè)實(shí)施例中，包括底部半導(dǎo)體層以減少中間半導(dǎo)體層中的摻雜劑擴(kuò)散。此外，底部半導(dǎo)體層可以包括半導(dǎo)體材料(例如，硅)，該導(dǎo)體材料可以類似于或相同于頂部半導(dǎo)體層和中間半導(dǎo)體層的材料(例如，硅)。因此，底部半導(dǎo)體層的熱特性(例如，發(fā)射率)類似于頂部半導(dǎo)體層和中間半導(dǎo)體層，并且底部半導(dǎo)體層可以減少擴(kuò)散而不顯著改變晶圓的其他特性(例如，熱影響特性)，諸如翹曲、光疊加對(duì)齊、膜沉積速率、膜蝕刻速率等。

減薄工藝可以包括初始機(jī)械工藝以去除底部半導(dǎo)體層并暴露中間半導(dǎo)體層。初始機(jī)械工藝可以進(jìn)一步去除部分中間半導(dǎo)體層。然后，可以應(yīng)用蝕刻工藝以去除中間半導(dǎo)體層的剩余部分。蝕刻工藝可以包括化學(xué)蝕刻劑，化學(xué)蝕刻劑以比蝕刻頂部半導(dǎo)體層更快的速度蝕刻中間半導(dǎo)體層。例如，可以選擇化學(xué)蝕刻劑來以相對(duì)于較低摻雜濃度的材料(例如，頂部半導(dǎo)體層)蝕刻更高摻雜濃度的材料(例如，中間半導(dǎo)體層)。因此，頂部半導(dǎo)體層可用作蝕刻停止層，并且底部半導(dǎo)體層和中間半導(dǎo)體層都可以被去除以提供低輪廓器件封裝件。因此，示例性半導(dǎo)體晶圓中的各個(gè)層在形成器件封裝件的中間工藝步驟期間被用作蝕刻目標(biāo)層(例如，在減薄工藝期間)和保護(hù)層(例如，以減少摻雜劑擴(kuò)散)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體晶圓包括具有第一摻雜濃度的底部半導(dǎo)體層、位于底部半導(dǎo)體層上方的中間半導(dǎo)體層以及位于中間半導(dǎo)體層上方的頂部半導(dǎo)體層。中間半導(dǎo)體層具有大于第一摻雜濃度的第二摻雜濃度，并且頂部半導(dǎo)體層具有小于第二摻雜濃度的第三摻雜濃度。底部半導(dǎo)體層的橫向表面是半導(dǎo)體晶圓的外表面，并且底部半導(dǎo)體層、中間半導(dǎo)體層和頂部半導(dǎo)體層的側(cè)壁基本對(duì)齊。

根據(jù)另一實(shí)施例，一種用于形成半導(dǎo)體晶圓的方法包括提供設(shè)置在第二半導(dǎo)體層上方的第一半導(dǎo)體層。第一半導(dǎo)體層具有比第二半導(dǎo)體層更高的摻雜濃度。該方法進(jìn)一步包括：在第一半導(dǎo)體層上方外延生長(zhǎng)第三半導(dǎo)體層以及利用比第一半導(dǎo)體層更低濃度的摻雜劑來?yè)诫s第三半導(dǎo)體層。第三半導(dǎo)體層和第一半導(dǎo)體層覆蓋第二半導(dǎo)體層的整個(gè)頂面。

根據(jù)又一實(shí)施例，一種方法包括提供第一半導(dǎo)體晶圓，第一半導(dǎo)體晶圓包括：包括第一摻雜濃度的底部半導(dǎo)體層，其中，底部半導(dǎo)體層的橫向表面是第一半導(dǎo)體晶圓的外表面；中間半導(dǎo)體層，包括大于第一摻雜濃度的第二摻雜濃度；以及頂部半導(dǎo)體層，包括小于第二摻雜濃度的第三摻雜濃度。該方法還包括：在頂部半導(dǎo)體層上方形成電路，在電路上方將第二半導(dǎo)體晶圓接合至第一半導(dǎo)體晶圓；以及減薄第一半導(dǎo)體晶圓。減薄第一半導(dǎo)體晶圓包括：去除底部半導(dǎo)體層以暴露中間半導(dǎo)體層以及使用化學(xué)蝕刻劑蝕刻中間半導(dǎo)體層，其中化學(xué)蝕刻劑以比蝕刻頂部半導(dǎo)體層更快的速率蝕刻中間半導(dǎo)體層。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體晶圓，包括：底部半導(dǎo)體層，具有第一摻雜濃度，其中，所述底部半導(dǎo)體層的第一橫向表面是所述半導(dǎo)體晶圓的外表面；中間半導(dǎo)體層，位于所述底部半導(dǎo)體層上方，其中，所述中間半導(dǎo)體層包括大于所述第一摻雜濃度的第二摻雜濃度；以及頂部半導(dǎo)體層，位于所述中間半導(dǎo)體層上方，其中，所述頂部半導(dǎo)體層包括小于所述第二摻雜濃度的第三摻雜濃度，并且其中，所述底部半導(dǎo)體層、所述中間半導(dǎo)體層和所述頂部半導(dǎo)體層的側(cè)壁對(duì)齊。

在上述半導(dǎo)體晶圓中，根據(jù)所述中間半導(dǎo)體層中的摻雜劑的擴(kuò)散特性選擇所述底部半導(dǎo)體層的厚度。

在上述半導(dǎo)體晶圓中，所述底部半導(dǎo)體層包括梯度的摻雜濃度。

在上述半導(dǎo)體晶圓中，所述底部半導(dǎo)體層的所述第一橫向表面處的摻雜濃度小于所述底部半導(dǎo)體層的與所述底部半導(dǎo)體層的所述第一橫向表面相對(duì)的第二橫向表面處的摻雜濃度。

在上述半導(dǎo)體晶圓中，所述第二摻雜濃度為1×10¹⁸cm^-3至1×10²⁰cm^-3。

在上述半導(dǎo)體晶圓中，所述底部半導(dǎo)體層薄于所述中間半導(dǎo)體層。

在上述半導(dǎo)體晶圓中，所述底部半導(dǎo)體層厚于所述中間半導(dǎo)體層。

根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，還提供了一種用于形成半導(dǎo)體晶圓的方法，包括：提供設(shè)置在第二半導(dǎo)體層上方的第一半導(dǎo)體層，其中，所述第一半導(dǎo)體層包括比所述第二半導(dǎo)體層的摻雜濃度更高的摻雜濃度；以及在所述第一半導(dǎo)體層上方外延生長(zhǎng)第三半導(dǎo)體層；其中，所述第三半導(dǎo)體層和所述第一半導(dǎo)體層覆蓋所述第二半導(dǎo)體層的整個(gè)頂面；以及與所述第一半導(dǎo)體層相比，以更低的摻雜濃度來?yè)诫s所述第三半導(dǎo)體層。

在上述方法中，提供設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層上方的所述第一半導(dǎo)體層包括在所述第二半導(dǎo)體層上方外延生長(zhǎng)所述第一半導(dǎo)體層。

在上述方法中，提供設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層上方的所述第一半導(dǎo)體層包括：在所述第一半導(dǎo)體層上方外延生長(zhǎng)所述第二半導(dǎo)體層；以及翻轉(zhuǎn)所述第一半導(dǎo)體層和所述第二半導(dǎo)體層的定向，使得所述第一半導(dǎo)體層設(shè)置在所述第二半導(dǎo)體層上方，其中，外延生長(zhǎng)所述第三半導(dǎo)體層包括在所述第一半導(dǎo)體層的與所述第二半導(dǎo)體層相對(duì)的表面上方外延生長(zhǎng)所述第三半導(dǎo)體層。

在上述方法中，還包括：在外延生長(zhǎng)所述第二半導(dǎo)體層的同時(shí)，通過使含摻雜劑的前體流動(dòng)來?yè)诫s所述第二半導(dǎo)體層。

在上述方法中，摻雜所述第二半導(dǎo)體層包括：在外延生長(zhǎng)所述第二半導(dǎo)體層的同時(shí)，逐漸減小所述含摻雜劑的前體的流速。

在上述方法中，還包括以1×10¹⁸cm^-3至1×10²⁰cm^-3的摻雜濃度來?yè)诫s所述第一半導(dǎo)體層。

在上述方法中，根據(jù)所述第一半導(dǎo)體層中的摻雜劑的擴(kuò)散特性選擇所述第二半導(dǎo)體層的厚度。

根據(jù)本發(fā)明的又另一實(shí)施例，還提供了一種方法，包括：提供第一半導(dǎo)體晶圓，所述第一半導(dǎo)體晶圓包括：底部半導(dǎo)體層，包括第一摻雜濃度，其中，所述底部半導(dǎo)體層的橫向表面是所述第一半導(dǎo)體晶圓的外表面；中間半導(dǎo)體層，包括大于所述第一摻雜濃度的第二摻雜濃度；和頂部半導(dǎo)體層，包括小于所述第二摻雜濃度的第三摻雜濃度；在所述頂部半導(dǎo)體層上方形成電路；在所述電路上方將第二半導(dǎo)體晶圓接合至所述第一半導(dǎo)體晶圓；以及減薄所述第一半導(dǎo)體晶圓，其中，減薄所述第一半導(dǎo)體晶圓包括：去除所述底部半導(dǎo)體層以暴露所述中間半導(dǎo)體層；和使用化學(xué)蝕刻劑來蝕刻所述中間半導(dǎo)體層，所述化學(xué)蝕刻劑以比蝕刻所述頂部半導(dǎo)體層更快的速率蝕刻所述中間半導(dǎo)體層。

在上述方法中，在形成所述電路和接合所述第二半導(dǎo)體晶圓期間，所述底部半導(dǎo)體層減少所述中間半導(dǎo)體層中的摻雜劑的擴(kuò)散。

在上述方法中，去除所述底部半導(dǎo)體層包括機(jī)械減薄工藝。

在上述方法中，所述機(jī)械減薄工藝進(jìn)一步去除所述中間半導(dǎo)體層的部分。

在上述方法中，在蝕刻所述中間半導(dǎo)體層期間，所述頂部半導(dǎo)體層是蝕刻停止層。

在上述方法中，根據(jù)所述中間半導(dǎo)體層的摻雜劑類型和摻雜濃度選擇所述化學(xué)蝕刻劑。

上面論述了多個(gè)實(shí)施例的特征使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，他們可以容易地以本公開為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)或修改用于執(zhí)行與本文所述實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的其他工藝和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該意識(shí)到，這些等效結(jié)構(gòu)不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且可以在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種變化、替換和改變。