半导体器件及其制造方法与流程

本公开内容整体涉及半导体技术，并且更具体地，涉及包括嵌入芯片内的键合焊盘结构的半导体器件。

背景技术：

1、随着对存储容量和性能的需求日益增长，三维（three-dimensional，3d）存储器件，诸如3d nand闪存存储器、3d动态随机存取存储器（dynamic random access memory，dram）和高带宽存储器（high bandwidth memory，hbm）得到了广泛使用。为了优化3d存储器件和其他类型的半导体器件的性能，还开发了半导体键合技术。在示例中，分别形成两个芯片，然后使用晶圆键合技术将两个芯片键合在一起。

2、然而，芯片可能在键合时没有进行适当的对准。在键合过程中，各种因素可能导致对准偏差。这些因素包括但不限于晶圆变形、对准标记和设备精度、真空和压力控制以及热膨胀和收缩等的差异。这些对准偏差可能导致键合界面处存在对准偏离，并且键合的对准质量直接影响生产可靠性和器件良率。

技术实现思路

1、本公开内容的各方面提供了一种半导体器件及其制造方法，以改善半导体器件的对准偏差检测和可靠性。

2、在本公开内容的第一方面，示例性实施例提供了一种半导体器件，该半导体器件包括：第一半导体结构和键合在第一半导体结构之上的第二半导体结构；包括多个第一键合焊盘对的第一链，每个第一键合焊盘对包括键合在一起的在第一半导体结构中的第一键合焊盘和在第二半导体结构中的第二键合焊盘；以及第二键合焊盘对，该第二键合焊盘对不属于第一链并且与第一链中的至少一个所述第一键合焊盘对相邻，第二键合焊盘对包括第一半导体结构中的第三键合焊盘和第二半导体结构中的第四键合焊盘，其中第一键合焊盘与第二键合焊盘之间的第一对准偏差距离大于第三键合焊盘与第四键合焊盘之间的第二对准偏差距离。

3、在一些示例中，该半导体器件还包括不属于第一链并且与第二键合焊盘对相邻的第三键合焊盘对，第三键合焊盘对包括第一半导体结构中的第五键合焊盘和第二半导体结构中的第六键合焊盘，其中第一对准偏差距离与第二对准偏差距离之间的第一差值大于第三对准偏差距离与第二对准偏差距离之间的第二差值，其中，该第三对准偏差距离为第五键合焊盘与第六键合焊盘之间的对准偏差距离。

4、在一些示例中，第一键合焊盘对和第二键合焊盘对中的每个键合焊盘具有基本上相等的直径，并且第一对准偏差距离与第二对准偏差距离之间的差值大于该直径的十分之一。

5、在一些示例中，第一对准偏差距离大于或等于该直径的百分之六十，并且第二对准偏差距离小于该直径的百分之六十。

6、在一些示例中，第一半导体结构和第二半导体结构各自还包括电介质键合区域，在该电介质键合区域中，电介质材料包括碳掺杂氮化硅。

7、在一些示例中，第一键合焊盘对位于密封环和第二键合焊盘对之间。

8、在一些示例中，第一链中的相邻第一键合焊盘对经由第一半导体结构或第二半导体结构中的任一者内的导电路径连接，使得第一链中的第一键合焊盘对串联连接。

9、在一些示例中，第一链中的相邻第一键合焊盘对通过第一半导体结构中的连接第一键合焊盘的第一互连层和第二半导体结构中的连接第二键合焊盘的第二互连层连接。

10、在一些示例中，第一半导体结构包括第一半导体组件，并且第二半导体结构包括第二半导体组件，并且第一半导体组件经由第二键合焊盘对连接到第二半导体组件。

11、在一些示例中，该半导体器件还包括包括多个第一键合焊盘对的第二链，第一链和第二链中的每一者包括在相同方向上具有对准偏差的第一键合焊盘对，每个链内的第一键合焊盘对串联连接，并且第一链与第二链彼此隔离。

12、在一些示例中，第一对准偏差距离沿着第一键合焊盘和第二键合焊盘键合在一起的平面。

13、在一些示例中，第一半导体结构和第二半导体结构具有相同的类型。

14、在本公开内容的第二方面，示例实施例提供了一种半导体器件，该半导体器件包括：第一半导体结构和键合在第一半导体结构之上的第二半导体结构；包括多个第一键合焊盘对的链，每个键合焊盘对包括键合在一起的在第一半导体结构中的第一键合焊盘和在第二半导体结构中的第二键合焊盘；以及第二键合焊盘对，该第二键合焊盘对不属于该链并且与该链中的键合焊盘对相邻，其中第一键合焊盘对具有指示第一键合焊盘与第二键合焊盘之间的第一对准偏差的第一对准偏差矢量，第二键合焊盘对具有指示第三键合焊盘与第四键合焊盘之间的第二对准偏差的第二对准偏差矢量，并且第一对准偏差矢量与第二对准偏差矢量之间的矢量差不为零。

15、在一些示例中，第一半导体结构包括第五键合焊盘，并且第二半导体结构包括第六键合焊盘，第五键合焊盘和第六键合焊盘键合在一起以形成不属于该链并且与第二键合焊盘对相邻的第三键合焊盘对，其中就矢量长度而言，第一对准偏差矢量与第二对准偏差矢量之间的矢量差大于第三对准偏差矢量与第二对准偏差矢量之间的矢量差。

16、在一些示例中，第一半导体结构和第二半导体结构各自还包括电介质键合区域，在该电介质键合区域中，电介质材料包括碳掺杂氮化硅。

17、在一些示例中，第一键合焊盘对位于密封环和第二键合焊盘对之间。

18、在一些示例中，第一键合焊盘对和第二键合焊盘对中的每个键合焊盘具有基本上相等的直径，并且第一对准偏差矢量与第二对准偏差矢量之间的矢量差大于该直径的十分之一。

19、在一些示例中，第一对准偏差矢量的长度大于或等于该直径的百分之六十，并且第二对准偏差矢量的长度小于该直径的百分之六十。

20、在一些示例中，第一半导体结构包括存储单元阵列，并且第二半导体结构包括该存储单元阵列的外围电路。

21、在本公开内容的第三方面，示例实施例提供了一种用于制造半导体器件的方法，该方法包括：形成包括第一键合焊盘和第二键合焊盘的第一半导体结构；形成包括第三键合焊盘和第四键合焊盘的第二半导体结构；以及将第一半导体结构键合在第二半导体结构之上，其中第一键合焊盘和第三键合焊盘分别键合在一起以形成第一键合焊盘对，第一键合焊盘对连接以形成链，该链中的键合焊盘对中的至少两个第一键合焊盘对经由第一半导体结构或第二半导体结构中的任一者内的导电路径连接，并且第二键合焊盘和第四键合焊盘键合在一起以形成不属于该链的第二键合焊盘对，其中第一键合焊盘与第三键合焊盘之间的第一对准偏差距离大于第二键合焊盘与第四键合焊盘之间的第二对准偏差距离。

22、在一些示例中，第一半导体结构包括第五键合焊盘，并且第二半导体结构包括第六键合焊盘，第五键合焊盘和第六键合焊盘键合在一起以形成不属于该链并且与第二键合焊盘对相邻的第三键合焊盘对，第三键合焊盘对具有第三对准偏差距离，其中第一对准偏差距离与第二对准偏差距离之间的差值大于第三对准偏差距离与第二对准偏差距离之间的差值。

23、在一些示例中，第一半导体结构和第二半导体结构各自还包括电介质键合区域，在该电介质键合区域中，电介质材料包括碳掺杂氮化硅。

24、在一些示例中，第一键合焊盘对位于密封环和第二键合焊盘对之间。

25、在一些示例中，第一键合焊盘对和第二键合焊盘对中的每个键合焊盘具有基本上相等的直径，并且第一对准偏差距离与第二对准偏差距离之间的差值大于该直径的十分之一。

26、在一些示例中，第一对准偏差距离大于或等于该直径的百分之六十，并且第二对准偏差距离小于该直径的百分之六十。