[发明专利]包含具有贯穿衬底通孔结构的键合芯片组件的三维存储器件及其制造方法

权利要求书

1.一种芯片组件结构，包括：

第一半导体芯片，其包括第一半导体衬底、位于所述第一半导体衬底的前侧表面上方的第一半导体器件，以及包括相应的第一贯穿衬底通孔结构和相应的第一键合焊盘结构并包括第一金属材料的第一集成贯穿衬底通孔与焊盘结构，其中所述第一集成贯穿衬底通孔与焊盘结构从所述第一半导体衬底的所述前侧表面竖直延伸到所述第一半导体衬底的后侧表面，并且通过相应的管状绝缘间隔物并通过与所述第一半导体衬底的所述后侧表面接触的后侧绝缘层与所述第一半导体衬底电隔离，其中每个所述第一集成贯穿衬底通孔与焊盘结构在包括所述第一半导体衬底的所述前侧表面的水平平面内的横向尺寸大于在包括所述第一半导体衬底的所述后侧表面的水平平面内的横向尺寸；以及

第二半导体芯片，其包括第二半导体衬底、位于所述第二半导体衬底的前侧表面上方的第二半导体器件，以及电连接到所述第二半导体器件中的相应一个的第二键合焊盘结构，

其中所述第一键合焊盘结构直接键合到所述第二键合焊盘结构中的相应一个。

2.根据权利要求1所述的芯片组件结构，其中所述第一集成贯穿衬底通孔与焊盘结构的每个第一贯穿衬底通孔结构具有在所述第一半导体衬底的所述前侧表面到所述第一半导体衬底的所述后侧表面之间连续延伸的锥形直侧壁。

3.根据权利要求1所述的芯片组件结构，其中：

所述管状绝缘间隔物包括基本上不含碳和氢的热氧化硅；以及

所述后侧绝缘层包括化学气相沉积氧化硅，所述化学气相沉积氧化硅包含原子浓度大于百万分之一的碳和氢。

4.根据权利要求1所述的芯片组件结构，其中每个所述第一集成贯穿衬底通孔与焊盘结构包括：

金属衬垫，其接触相应的管状绝缘间隔物的内侧壁；和

金属填充材料部分，其包括铜并且包括嵌入在所述金属衬垫中的通孔金属部分和具有比所述通孔金属部分更大的横向范围的焊盘金属部分。

5.根据权利要求4所述的芯片组件结构，其中：

所述第一半导体器件包括三维存储器件，所述三维存储器件包括竖直NAND串的第一二维阵列；以及

所述第一半导体芯片还包括与所述第一集成贯穿衬底通孔与焊盘结构中的相应一个结构内的金属衬垫接触的贯穿存储器级通孔结构。

6.根据权利要求5所述的芯片组件结构，其中所述贯穿存储器级通孔结构之一的整个底表面直接接触所述第一集成贯穿衬底通孔与焊盘结构之一的金属衬垫的最顶表面。

7.根据权利要求1所述的芯片组件结构，其中：

所述第一半导体器件包括三维存储器件，所述三维存储器件包括绝缘层和导电层的交替堆叠以及存储器堆叠结构的二维阵列，所述存储器堆叠结构的二维阵列包括位于所述导电层的层级处的存储器元件的相应竖直堆叠；以及

所述第二半导体芯片中的所述第二半导体器件包括外围器件，所述外围器件提供用于所述第一半导体芯片的所述三维存储器件的操作的控制信号。

8.根据权利要求7所述的芯片组件结构，还包括第三半导体芯片，所述第三半导体芯片包括第三半导体衬底、位于所述第三半导体衬底的前侧表面上方的第三半导体器件，以及电连接到所述第三半导体器件中的相应一个的第三芯片键合焊盘结构，

其中：

所述第一半导体芯片还包括前侧键合焊盘结构，所述前侧键合焊盘结构电连接到所述第一集成贯穿衬底通孔与焊盘结构，并通过表面活化键合而键合到所述第三芯片键合焊盘结构中的相应一个。

9.根据权利要求8所述的芯片组件结构，其中：

所述第三半导体器件包括附加三维存储器件，所述附加三维存储器件包括附加绝缘层和附加导电层的附加交替堆叠以及存储器堆叠结构的附加二维阵列，所述存储器堆叠结构的附加二维阵列包括位于所述附加导电层的层级处的存储器元件的相应竖直堆叠；以及

所述第二半导体芯片中的所述第二半导体器件包括附加外围器件，所述附加外围器件提供用于所述第三半导体芯片的所述附加三维存储器件的操作的控制信号。