專利名稱：具有限制部件的三維半導(dǎo)體管芯結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開內(nèi)容一般地涉及半導(dǎo)體器件，并且更具體地，涉及具有限制部件 (containing feature)的三維半導(dǎo)體管芯(die)結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
當形成金屬到金屬管芯到管芯的互連時，考慮到安置失準，使每個管芯的對應(yīng)焊 墊的尺寸足夠大以相互覆蓋。對于尺寸相等的大焊墊，象錫(Sn) —樣的接合金屬能夠在管 芯的表面上流動，因而相鄰互連的不希望的短路并不是故意的短路。存在著在拾取管芯并安置到晶片上之后以及在管芯于晶片層次同時接合期間管 芯移動的問題。管芯移動在將管芯熱壓至晶片的接合期間能夠引起連接之間的短路或未對 準的開口。因此，需要用于克服以上所討論的現(xiàn)有技術(shù)的問題的改進的方法和裝置。


本發(fā)明通過實例的方式來說明并且不限定于附圖，在附圖中相似的參考符號表示 相似的元素。附圖中的元素僅出于簡單和清晰的目的來示出而不一定按比例繪制。圖1-5是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例制造具有限制部件的三維半導(dǎo)體管芯 結(jié)構(gòu)的各個步驟期間第一管芯組件的一部分的截面圖；圖6是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例制造具有限制部件的三維半導(dǎo)體管芯結(jié) 構(gòu)的另一步驟期間第二管芯組件的一部分的截面圖；圖7是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例制造具有限制部件的三維半導(dǎo)體管芯結(jié) 構(gòu)的另一步驟期間第一管芯組件的所述部分相對第二管芯組件的所述部分的布置的截面 圖；圖8是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例制造具有限制部件的三維半導(dǎo)體管芯結(jié) 構(gòu)的另一步驟期間第一管芯組件的所述部分與第二管芯組件的所述部分的熱壓接合的截 面圖；圖9是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例制造具有限制部件的三維半導(dǎo)體管芯結(jié) 構(gòu)時第一管芯組件的所述部分與第二管芯組件的所述部分的鄰接面的頂視圖；以及圖10和11是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例的具有限制部件的三維半導(dǎo)體管芯 結(jié)構(gòu)中使用的第一管芯組件的栓柱部件(pegfeature)和第二管芯組件的限制部件較詳細 的圖表表示。
具體實施例方式本公開內(nèi)容的實施例有利地提供了滿足和/或超過用于在晶片規(guī)模下進行高生 產(chǎn)量管芯接合的后安置對準要求的方法和裝置。沒有本公開內(nèi)容的實施例，當將粘合劑例 如具有及不具有助熔劑的環(huán)氧樹脂、蠟、或其它有機粘合劑用于接合之前的臨時性管芯附著時，管芯能夠在晶片上不希望地移位。但是，本公開內(nèi)容的實施例克服了接合之前在管芯 上的臨時性管芯附著的這種不良移位。根據(jù)一種實施例，方法和裝置包括栓柱(45)和限制部件(62)，其有利于使有機粘 合劑在安置及接合處理期間從栓柱所坐落的空間流出，如在此所討論的。根據(jù)本公開內(nèi)容 的實施例的方法包括在管芯和晶片上形成尺寸不對稱的鍍覆栓柱或焊墊使得相互嚙合的 部件的面積小于形成管芯到晶片的連接的所坐落的部件的面積。在一種實施例中，起初沒 有接觸的交錯的Cu栓柱和焊墊結(jié)構(gòu)有利地充當了在臨時粘合劑(例如具有或不具有助熔 劑的蠟或環(huán)氧樹脂)被用來在接合之前定住管芯時的管芯移位的止動器。而且Cu栓柱及 限制部件用于在熱壓接合過程中阻止管芯移位。實施例提供了過程穩(wěn)健性以及改進的管芯 到晶片的對準。而且，本公開內(nèi)容的實施例能夠使用于堆疊的管芯上管芯、晶片上管芯及晶 片上晶片的部分。現(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，圖1-5是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例制造具有限制部件的三 維半導(dǎo)體管芯結(jié)構(gòu)的各個步驟期間第一管芯10的一部分的截面圖。在圖1中，第一管芯10 包括具有有源器件及互連的半導(dǎo)體管芯基板12的一部分。半導(dǎo)體管芯12能夠包括任意具 有有源器件的半導(dǎo)體管芯。導(dǎo)電的或有源的接觸焊墊14通過金屬化通孔16耦接至下方的 互連和/或有源器件。接觸焊墊14包含半導(dǎo)體管芯12的外部接觸件并且能夠包括任意適 合的金屬。在一種實施例中，接觸焊墊14包含Cu。鈍化層18覆蓋于半導(dǎo)體管芯12的層間 電介質(zhì)(ILD)層的上表面，其中包括覆蓋于接觸焊墊14的一部分，同時保留接觸焊墊14的 另一部分露出。鈍化層18包括具有厚度大約為0. 25 μ m 2. 0 μ m的任意適合的鈍化層。 例如，鈍化層18能夠包含由適合的方法形成的Si0x、SiN、Si0N、有機膜、或者它們的組合中 的一個或多個。形成覆蓋于鈍化層18的上表面以及接觸焊墊14的露出部分的籽晶層20。在一種 實施例中，籽晶層20包括阻擋層部分和籽晶層部分。阻擋層部分先于籽晶層部分沉積。例 如，籽晶層20能夠包含具有阻擋部分的Cu籽晶層部分，其中阻擋層部分能夠包括TiW、TiN、 W、或其它適合的阻擋材料。阻擋材料防止覆蓋的金屬擴散回到接觸焊墊14內(nèi)的不良擴散。 籽晶層20的阻擋層部分能夠具有大約0. 1 1. 0 μ m的厚度，并且籽晶層20的籽晶層部分 能夠具有大約0. 1 1. 0 μ m的厚度，籽晶層20的總厚度為大約0. 2 2. 0 μ m。籽晶層20 能夠使用任意適合的技術(shù)來形成，例如，物理汽相沉積(PVD)或化學(xué)汽相沉積(CVD)。仍然參考圖1，形成覆蓋于籽晶層20的上表面的圖形化的光致抗蝕劑22。圖形化 的光致抗蝕劑22包括位于接觸焊墊14先前由鈍化層18內(nèi)的開口所露出的部分之上的第 一開口 24，其中籽晶層20覆蓋于先前露出的接觸焊墊14。圖形化的光致抗蝕劑22包括覆 蓋于籽晶層20的另一部分的第二開口 26，其中第二開口具有小于第一開口的對應(yīng)截面尺 寸的截面尺寸。圖形化的光致抗蝕劑22包括由已知的光刻技術(shù)所形成的任意適合的光致 抗蝕劑并且能夠具有大約13 25 μ m的厚度，或者比將要形成的鍍覆接觸件及鍍覆的栓柱 部件厚至少大約1微米(1 μ m)的厚度?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，使用適合的鍍覆技術(shù)將金屬沉積于圖1的開口 24和26之內(nèi)以形 成具有升高的角落部分30的鍍覆的接觸部件28以及鍍覆的栓柱部件32。鍍覆的接觸部 件28的升高的角落部分30能夠由手在籽晶層20和覆蓋接觸焊墊14的鈍化層18的角落 邊緣之上的鍍覆而出現(xiàn)。在一種實施例中，鍍覆的接觸部件28包括適合的二維形狀的微焊墊，其中該微焊墊是典型的倒裝芯片尺度的一小部分。鍍覆金屬包括給出的管芯組件應(yīng)用 的任意適合的金屬，例如，Cu。適合的鍍覆技術(shù)能夠包括本領(lǐng)域中已知的任意適合的電鍍或 化學(xué)鍍技術(shù)。在一種實施例中，鍍覆的接觸焊墊28具有大約15 54μπι的寬度尺寸。另外，鍍 覆的接觸焊墊28具有按照由參考數(shù)字29所示的量延伸至覆蓋鈍化層18的籽晶層20以 上的高度尺寸，例如，大約5. 0 μ m。另外，鍍覆的接觸焊墊28的厚度應(yīng)當是足夠用于消耗 覆蓋金屬(例如，Sn)的，這將在下文針對金屬間化合物(例如，Cu3Sn)在鍍覆的接觸焊墊 28(例如，Cu)頂部上的形成進一步討論。類似地，在一種實施例中，鍍覆的栓柱部件32具 有大約4 13 μ m的寬度尺寸。另外，鍍覆的栓柱部件32具有按照由參考數(shù)字33所示的 量延伸至覆蓋鈍化層18的籽晶層20以上的高度尺寸，例如，大約5. 5 μ m。一般地，高度33 最好比高度29高大約0. 5 μ m。而且，鍍覆的接觸部件28的面積與鍍覆的栓柱部件32的面 積的比值大約為2. 75 1 36 1?，F(xiàn)在參考圖3，使用適合的技術(shù)將形成金屬間化合物所使用的金屬沉積于鍍覆的 接觸部件(或微焊墊)28和鍍覆的栓柱部件32的上表面之上。覆蓋于鍍覆的接觸部件28 的金屬由參考數(shù)字34指示而覆蓋于鍍覆的栓柱部件32的金屬則由參考數(shù)字36指示。在 一種實施例中，金屬34和36包含Sn。另加的金屬能夠包括銦、金、銀-銅合金、鉛-錫、焊 料材料、或它們的組合，這根據(jù)給定的管芯組件應(yīng)用的要求來選擇。沉積金屬34和36的適 合技術(shù)能夠包括本領(lǐng)域中已知的任意適合的電解鍍覆或浸鍍方法。在金屬34和36形成之后，圖形化的光致抗蝕劑22使用適合的技術(shù)來去除，例如， 使用適合的濕法剝離或干法蝕刻。圖形化的光致抗蝕劑22的去除使部分籽晶層20露出， 包括其在鍍覆的接觸焊墊28和鍍覆的栓柱部件32之外的區(qū)域內(nèi)的籽晶層部分和阻擋層部 分。在圖形化的光致抗蝕劑22去除之后，籽晶層20的露出部分使用適合的蝕刻或剝離來 去除，其中由于籽晶層去除而露出的鍍覆的接觸焊墊28和鍍覆的栓柱部件32的側(cè)壁受到 輕度氧化。如圖4所示，籽晶層20保留于鍍覆的接觸焊墊28和鍍覆的栓柱部件32之下。 另外，籽晶層20的去除引起了鍍覆的接觸部件28和鍍覆的栓柱部件32的某種底切，其中 懸突區(qū)38和40分別形成于鍍覆的接觸部件28和鍍覆的栓柱部件32的上周邊附近，并且 分別在對應(yīng)的金屬層34和36之下。換句話說，懸突區(qū)38和40分別對應(yīng)于金屬34和36 的懸臂部分。在一種實施例中，金屬層34和36的懸突區(qū)38和40分別懸突出下方的鍍覆金屬 大約1 μ m的量。另外，鍍覆的栓柱部件32在去除籽晶層20的露出部分的過程中減小了寬 度。在一種實施例中，鍍覆的栓柱部件32減小至大約2. 0 12 μ m的寬度尺寸?，F(xiàn)在參考圖5，圖4的結(jié)構(gòu)受到充分的快速熱退火以使金屬34和36分別回流成回 流金屬42和44。退火是足夠引起金屬的期望回流的，并且在鍍覆的接觸焊墊28和變薄的 栓柱部件32上最低程度形成金屬間化合物。由于鍍覆的接觸焊墊28較大的寬度尺寸和所 期望的回流，因而覆蓋該部件頂部的金屬34在退火期間變換成一般拱形形狀42。由于變薄 的栓柱部件32較薄的尺寸和所期望的回流，因而覆蓋該部件頂部的金屬36在退火期間變 換成一般球體形狀44。寬度減小的栓柱部件32和覆蓋金屬44的回流球體共同形成用于限 制管芯組件10相對管芯組件50的移動的栓柱45，這將在下文參考圖7和8進一步討論。根據(jù)一種實施例，一般球體形狀44的特征在于截面面積為大約最小4 μ m2到最大144 μ m2。另外，鍍覆的接觸焊墊28和回流金屬42具有按照由參考數(shù)字46所示的量延伸至 鈍化層18以上的高度尺寸，例如，大約8.0μπι。類似地，在一種實施例中，鍍覆的栓柱部件 32和回流金屬球體44共同具有按照由參考數(shù)字48所示的量延伸至鈍化層18以上的高度 尺寸，例如，大約10. 5 μ m。通常，高度48最好比高度46大近似2. 0 2. 5 μ m。圖6是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例制造具有限制部件的三維半導(dǎo)體管芯結(jié) 構(gòu)的另一步驟期間第二管芯組件50的一部分的截面圖。在圖6中，第二管芯組件50包括 與圖5的第一半導(dǎo)體管芯部分10相似的部件并且以與其相似的方式來形成，區(qū)別如在此所 述。第二管芯組件50包括半導(dǎo)體管芯52。半導(dǎo)體管芯52能夠包括具有有源器件的任意 半導(dǎo)體管芯。導(dǎo)電的或有源的接觸焊墊54通過金屬化通孔56耦接至下方的互連和/或有 源器件。接觸焊墊54包含半導(dǎo)體管芯部分52的外部接觸件并且能夠包括任意適合的金 屬。在一種實施例中，接觸焊墊54包含Cu。鈍化層58覆蓋于半導(dǎo)體管芯52的間層電介質(zhì) (ILD)層的上表面，其中包括覆蓋于接觸焊墊54的一部分，同時保留接觸焊墊54的另一部 分露出。鈍化層58包括具有大約0.25μπι 2. Oym的厚度的任意適合的鈍化層。例如， 鈍化層58能夠包含由適合的方法形成的SiOx、SiN, SiON、有機膜、或者它們的組合中的一 個或多個。形成覆蓋于鈍化層58的上表面以及接觸焊墊54的露出部分的籽晶層60。在一種 實施例中，籽晶層60包括阻擋層部分和籽晶層部分。阻擋層部分先于籽晶層部分沉積。例 如，籽晶層60能夠包括具有阻擋部分的Cu籽晶層部分，其中阻擋層部分能夠包括TiW、TiN、 W、或其它適合的阻擋材料。阻擋材料防止了覆蓋金屬擴散回到接觸焊墊54內(nèi)的不良擴散。 籽晶層60的阻擋層部分能夠具有大約0. 1 1. 0 μ m的厚度以及籽晶層60的籽晶層部分 能夠具有大約0. 1 1. 0 μ m的厚度，其中籽晶層60的總厚度大約為0. 2 2. 0 μ m。籽晶 層60能夠使用任意適合的技術(shù)來形成，例如，物理汽相沉積(PVD)或化學(xué)汽相沉積(CVD)。仍然參考圖6，包括限制部件的元件64和66的限制部件62，以及鍍覆的接觸焊墊 (或微焊墊)68以與圖2-4的鍍覆的栓柱部件32和鍍覆的接觸焊墊(或微焊墊)28相似的 方式來形成。特別地，使用適合的鍍覆技術(shù)將金屬沉積于圖形化的光致抗蝕劑的對應(yīng)開口 (沒有示出)之內(nèi)以形成具有升高的角落部分的鍍覆的接觸部件68以及限制部件62的鍍 覆的部件元件64和66。限制部件62的鍍覆的部件元件64和66相互隔開如將在下文結(jié)合 圖10和11來說明的量。微焊墊68和限制部件62的鍍覆金屬包含用于給定的管芯組件應(yīng) 用的任意適合的金屬，例如，Cu。適合的鍍覆技術(shù)能夠包括本領(lǐng)域中已知的任意適合的電鍍 或化學(xué)鍍技術(shù)。在一種實施例中，鍍覆的接觸焊墊68具有大約15 54μπι的寬度尺寸。另外，鍍 覆的接觸焊墊68具有按照例如大約5. 0 μ m的量延伸至覆蓋鈍化層58的籽晶層60以上的 高度尺寸。另外，鍍覆的接觸焊墊68的厚度相對于與鍍覆的接觸焊墊68 (例如，Cu)頂部 鄰近的金屬間化合物(例如，Cu3Sn)的形成應(yīng)當是足夠用于消耗覆蓋金屬(例如，Sn)(將 在下文進一步討論)的。類似地，在一種實施例中，限制部件62的部件元件64和66具有 大約4 13 μ m的寬度尺寸。另外，限制部件62的部件元件64和66具有按照大約5. 5 μ m 的量延伸至覆蓋鈍化層58的籽晶層60以上的高度尺寸。通常，與限制部件62的部件元件 64和66相對的高度最好比鍍覆的接觸部件或微焊墊68的高度高大約0. 5 μ m。而且，鍍覆 的接觸部件68的面積與限制部件62的限制部件元件64和66中的至少一個的面積的比值為大約2. 75 1 36 1。圖7是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例制造具有限制部件62的三維半導(dǎo)體管芯 結(jié)構(gòu)的另一步驟期間第一管芯組件10相對第二管芯組件50安置的截面圖。特別地，預(yù)定 量的適當材料70被分配于管芯組件50的表面之上的給定位置中，而在管芯組件10安置于 管芯組件50之上時，材料70被分配于兩個管芯組件之間。由于例如在兩個管芯組件之間 的材料的毛細作用，管芯組件之間的材料壓縮，或者其它方式，材料70的分配能夠發(fā)生。材 料70能夠包括，例如，適合的蠟材料，或者一種或多種有機粘合劑，例如環(huán)氧樹脂。材料70 還可以包括空氣。在隨后的處理步驟中，材料70可以經(jīng)由適合的技術(shù)來去除，例如蒸發(fā)，這 結(jié)合下文關(guān)于圖10和11的討論將會得到更好的理解。將管芯組件10安置于管芯組件50之上包括將微焊墊28布置于微焊墊68之上。 另外，栓柱45位于限制部件62的元件64和66之間的區(qū)域之內(nèi)。假定在對應(yīng)的鈍化層18 之上，栓柱45的高度大于微焊墊28和回流金屬42的組合高度，并且假定限制部件62的元 件64和66的高度大于微焊墊68的高度，那么在將管芯組件10安置于管芯組件50之上時， 栓柱45的尖端延伸至限制部件62的元件64和66的尖端之下，例如，如圖7所示。結(jié)果， 在第一管芯組件10安置于第二管芯組件50之上后，第一管芯組件10相對第二管芯組件50 橫向移動的能力受到了限制。特別地，如果第一管芯組件10移動到圖7的右側(cè)，則其移動將在栓柱45與限制部 件62的元件66物理接觸時受到限制。另外，如果第一管芯組件10移動到圖7的左側(cè)，則 它的移動將在栓柱45與限制部件62的元件64物理接觸時受到限制。另外，一個管芯組件 相對另一個管芯組件的移動由于在兩個管芯組件之間材料70的存在而受到流體力阻尼。圖8是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例制造具有限制部件62的三維半導(dǎo)體管芯 結(jié)構(gòu)76的另一步驟期間第一管芯組件10與第二管芯組件50熱壓接合的截面圖。在第一 管芯組件10安置于第二管芯組件50之上后，組合的結(jié)構(gòu)使用熱壓接合的領(lǐng)域中所已知的 適合的設(shè)備及工藝經(jīng)由熱壓接合來處理。通常，第一管芯組件10安置于第二管芯組件50 之上的位置出現(xiàn)于與熱壓接合的位置不同的物理位置。在從安置位置到熱壓接合位置的移 動期間，所安置的第一管芯組件10可能已相對第二管芯組件50橫向移動了 ；但是，該橫向 移動由第一管芯組件10的栓柱45在第二管芯組件50的限制部件62之內(nèi)的存在所限制。在熱壓接合期間，按照足夠以移動有機材料70并且使所期望的接合得以發(fā)生的 量來將第一管芯組件10壓到第二管芯組件50上。例如，在一種實施例中，接合壓力為大約 4. 5psi 27psi。在另一種實施例中，對于200mm的晶片，接合力具有大約1000 6000牛 頓。另外，熱壓接合的熱部分包括將處理期間的溫度提高到足夠以形成金屬間化合物的期 望水平。在一種實施例中，接合金屬包含Sn，而對應(yīng)的鍍覆焊墊(或微焊墊)則包含Cu。在 這樣的實例中，熱壓接合的溫度大于232°C以熔化Sn并形成Cu3Sn和Cu6Sn5金屬間化合物。換句話說，熱壓縮引起金屬間化合物形成于第一管芯組件10的回流金屬42及微 焊墊28與圖7的第二管芯組件50的微焊墊68之間，并且特別地成為圖8的金屬間化合物 結(jié)72。圖8還示出了已經(jīng)相對第二管芯組件50橫向移動的第一管芯組件10的實例，其中 該移動由與限制部件62的元件66接觸的栓柱45所限制。結(jié)果，另外，熱壓縮引起在栓柱 45的變薄的栓柱部件32上的回流金屬44在第一管芯組件10的回流金屬44及變薄的栓柱 部件32與圖7的第二管芯組件50的元件66之間形成金屬間化合物，并且特別地，成為圖8的金屬間化合物結(jié)74。金屬間化合物72和74的形成導(dǎo)致第一管芯組件10和第二管芯 組件50的對應(yīng)部件的金屬消耗。圖9是根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例制造具有限制部件的三維半導(dǎo)體管芯結(jié)構(gòu) 所使用的第一管芯部分10和第二管芯部分50的鄰接面的頂視圖。特別地，第一管芯部分 10和第二管芯部分50的鄰接互補面分離開來示出，并且由參考數(shù)字77所指示。第一管芯 部分10的面包括微焊墊28和82 (具有沒有示出的覆蓋的回流金屬)以及栓柱45和78，其 中微焊墊82和栓柱78分別與微焊墊28 (具有覆蓋的回流金屬)和栓柱45相似，如先前所 討論的。圖5中所示的截面沿著在圖9的第一管芯部分10上的線5-5截取。第二管芯部 分50的面包括微焊墊68和84以及限制部件62和80，其中微焊墊84和限制部件80分別 與微焊墊68和限制部件62相似，如先前所討論的。圖6中所示的截面沿著在圖9的第二 管芯部分50上的直線6-6截取。當鄰接面一個疊一個地安置時，微焊墊28 (具有沒有在圖 9中示出的回流金屬42)覆蓋微焊墊68，微焊墊82(具有沒有在圖9中示出的回流金屬) 覆蓋微焊墊84，栓柱45布置于限制部件62之內(nèi)，并且栓柱78布置于限制部件80之內(nèi)。由 于在第一及第二管芯組件之間具有栓柱和限制部件，因而第一管芯部分相對第二管芯部分 的安置以及任意隨后的移動被約束于例如邊界86所限定的區(qū)域。圖10和11是在根據(jù)本公開內(nèi)容的一種實施例的具有限制部件的三維半導(dǎo)體管芯 結(jié)構(gòu)中使用的第一管芯部分10的栓柱部件45和第二管芯部分50的限制部件62較詳細的 圖表表示。特別地，圖10提供了包含變薄的栓柱部件32(具有為了說明方便而沒有示出的 覆蓋的回流金屬44)的栓柱45的頂視圖。圖10還提供了限制部件62的頂視圖。如此前 所討論的，限制部件62包括元件64和66。限制部件62還包括特性與元件64和66相似的 元件88、90、92、94、96、及98。圖10的圖解還示出了栓柱45與限制部件62的周圍元件之 間的期望間隔。特別地，當近似置于限制部件62的元件之間的中心時，栓柱45與限制部件 隔開大約在管芯部分的限制栓柱45被拾取并被安置于管芯部分的限制部件64、66、88、90、 92、94、96、及98上時管芯部分的限制栓柱45的放置偏差的量，如箭頭100和102所示。圖 7所示的包括栓柱45及元件64和66的部分截面沿著圖10的線7_7截取。仍然參考圖10，元件64、88、90、66、92、94、96、及98與它們的相鄰元件分隔開以足 夠使有機粘合材料能夠進入及外出，但是并沒有分隔開到足夠使栓柱45在它們的相鄰元 件之間通過。因此，栓柱45被限制于由限制部件62的元件64、88、90、66、92、94、96、和98 所限定的限制區(qū)域99之內(nèi)移動。粘性材料的進入能夠發(fā)生于限制部件的兩個相鄰元件之 上和/或之間的任意方向上，例如參考數(shù)字104所指示的。而且，粘性材料的外出能夠發(fā)生 于不與粘性材料的進入相遇的任意方向上，例如，如參考數(shù)字106和108所指示的。粘性材 料對應(yīng)于有機粘合材料70，如先前所討論的。圖11提供了與圖10中所示的相似的栓柱45和限制部件62的頂視圖，區(qū)別如下。 在圖11中，栓柱45相對限制部件62移位或移動了。特別地，栓柱45移動到了限制部件 62的右側(cè)，但是元件66和92的存在防止了其進一步向右移動。如以上所討論的，在限制 部件的相鄰元件之間的間隔是足夠讓有機粘合材料進入或外出的，但是并不足夠讓栓柱45 移動到限制部件的邊界99之外。粘性材料的進入能夠發(fā)生于限制部件的兩個相鄰元件之 上和/或之間的任意方向上，例如參考數(shù)字104所指示的。而且，粘性材料的外出能夠發(fā)生 于不與粘性材料的進入相遇的任意方向上，例如，如參考數(shù)字108和110所指示的。在圖11中，圖10的先前出口 106由鄰接元件66和92的栓柱45的存在所阻擋。此外，圖8中所示 的包括栓柱45及元件64和66的一部分截面沿著圖11的線8-8截取。限制部件62的元件64、88、90、66、92、94、96、及98的數(shù)量及配置能夠不同于附圖 所示的。具體的尺寸、配置或布局，以及相鄰元件之間的間距能夠根據(jù)給定的具有限制部件 的三維尺寸管芯結(jié)構(gòu)的要求來選擇，如在此所公開的。另外，第一管芯部分的栓柱和微焊墊 以及第二管芯部分的限制部件和微焊墊形成合成的三維半導(dǎo)體管芯結(jié)構(gòu)中的第一管芯部 分和第二管芯部分的互補部件。在此所描述的半導(dǎo)體基板能夠是任意半導(dǎo)體材料或材料組合，例如鎵砷、硅鍺、絕 緣體上硅(SOI)、硅、單晶硅等，以及以上材料的組合。至此，應(yīng)當理解，已經(jīng)提供了管芯上管芯(die-on-die)組件，包含第一管芯，其 具有第一接觸延伸件(contact extension)且具有在所述第一管芯之上延伸第一高度的栓 柱；以及第二管芯，其具有與所述第一接觸延伸件連接的第二接觸延伸件且具有包圍所述 栓柱的、在所述第二管芯之上延伸第二高度的限制部件，其中所述栓柱延伸超過所述限制 部件。栓柱能夠包括與第一管芯相鄰的第一金屬以及在遠離第一管芯的栓柱末端上的第二 金屬。在一種實施例中，第二金屬包括錫，其中第一高度大于第二高度。在另一種實施例中， 第一金屬在與第二金屬的界面的面積小于144平方微米。根據(jù)另一種實施例，第一高度與 第二高度之和大于第一接觸延伸件的高度與第二接觸延伸件的高度之和。在另一種實施例中，限制部件包括從第二管芯延伸出的限定受限移動的區(qū)域的多 個元件，其中栓柱處于受限移動的區(qū)域之內(nèi)。在又一種實施例中，限制部件用于限制第二管 芯相對第一管芯的移動使得第一外部接觸件在預(yù)定的容差內(nèi)與第二外部接觸件對準。在再 一種實施例中，第一管芯的特征還在于具有第二栓柱；而第二管芯的特征還在于具有包圍 所述第二栓柱的、在所述第二管芯之上延伸第二高度的第二限制區(qū)域。根據(jù)另一種實施例，形成管芯上管芯組件的方法包括在第一半導(dǎo)體管芯上形成第 一外部接觸件，在第一半導(dǎo)體管芯之上(包括在第一外部接觸件之上)形成第一籽晶層，在 第一籽晶層之上形成具有第一開口和第二開口的第一光致抗蝕劑層，其中第一開口處于第 一外部接觸件之上，執(zhí)行鍍覆步驟以引起第一鍍覆接觸件在第一開口內(nèi)形成以及栓柱在第 二開口內(nèi)形成，去除第一光致抗蝕劑層，以及去除在與第一鍍覆接觸件及栓柱相鄰的區(qū)域 內(nèi)的第一籽晶層。方法還包括在第二半導(dǎo)體管芯上形成第二外部接觸件，在第二半導(dǎo)體管 芯之上(包括在第二外部接觸件之上)形成第二籽晶層，在第二籽晶層之上形成具有第三 開口和環(huán)形開口的第二光致抗蝕劑層，其中第三開口處于第二外部接觸件之上，執(zhí)行鍍覆 步驟以引起第二鍍覆接觸件在第三開口內(nèi)形成以及引起用來限定用于約束第一半導(dǎo)體管 芯和第二半導(dǎo)體管芯之間的移動的限制區(qū)域的限制部件在環(huán)形開口內(nèi)形成，去除第二光致 抗蝕劑層，以及去除在與第二鍍覆接觸件和限制部件相鄰的區(qū)域內(nèi)的第二籽晶層。方法還 包括安置第一半導(dǎo)體管芯使之與第二半導(dǎo)體管芯接觸，使得第一鍍覆接觸件與第二鍍覆接 觸件接觸并且栓柱處于限制區(qū)域之內(nèi)。在另一種實施例中，執(zhí)行鍍覆步驟以引起第一鍍覆接觸件在第一開口內(nèi)形成以及 栓柱在第二開口內(nèi)形成的步驟的特征還在于栓柱被形成為高度大于第一鍍覆接觸件的高 度。另外，執(zhí)行鍍覆步驟以引起第一鍍覆接觸件在第一開口內(nèi)形成以及栓柱在第二開口內(nèi) 形成的步驟的特征還在于在第一開口內(nèi)形成第一鍍覆部分，在第二開口內(nèi)形成第一栓柱部
11分，在第一鍍覆部分上形成第一金屬層，以及在第一栓柱部分上形成第二金屬層。而且，執(zhí) 行鍍覆步驟以引起第一鍍覆接觸件在第一開口內(nèi)形成以及栓柱在第二開口內(nèi)形成的步驟 的特征還在于第一金屬層和第二金屬層包含錫。而且，形成第一光致抗蝕劑層的步驟的特 征還在于第一開口具有比第二開口的面積大的面積。此外，去除籽晶層的步驟的特征還在 于減小栓柱的寬度使得第一栓柱部分的上表面具有不大于144平方微米的面積。根據(jù)另一種實施例，形成第二光致抗蝕劑層的步驟的特征還在于環(huán)形開口在布置 于閉合環(huán)路中的第二光致抗蝕劑層內(nèi)包括多個開口。執(zhí)行鍍覆步驟以引起第二鍍覆接觸件 在第三開口內(nèi)形成以及限制特征在環(huán)形開口內(nèi)形成的步驟的特征還在于限制部件在多個 開口內(nèi)形成使得限制部件包括布置于閉合環(huán)路內(nèi)的多個金屬元件。根據(jù)另一種實施例，方法還包括在第一籽晶層之上形成第一光致抗蝕劑層的步 驟的特征還在于第一光致抗蝕劑層具有第五開口 ；執(zhí)行鍍覆步驟以引起第一鍍覆接觸件在 第一開口內(nèi)形成以及栓柱在第二開口內(nèi)形成的步驟的特征還在于在第五開口內(nèi)形成第二 栓柱；去除在與第一鍍覆接觸件及栓柱相鄰的區(qū)域內(nèi)的第一籽晶層的步驟還去除與第二栓 柱相鄰的第一籽晶層；在第二籽晶層之上形成第二光致抗蝕劑層的步驟的特征還在于第二 光致抗蝕劑層具有第二環(huán)形開口 ；執(zhí)行鍍覆步驟以引起第二鍍覆接觸件在第三開口內(nèi)形成 以及限制部件在環(huán)形開口內(nèi)形成的步驟的特征還在于引起用來限定用于約束第一半導(dǎo)體 管芯和第二半導(dǎo)體管芯之間的移動的第二限制區(qū)域的第二限制部件在第二環(huán)形開口內(nèi)形 成；在與第二鍍覆接觸件及限制部件相鄰的區(qū)域內(nèi)去除第二籽晶層的步驟的特征還在于去 除與第二限制部件相鄰的第二籽晶層；以及安置第一半導(dǎo)體管芯使之與第二半導(dǎo)體管芯接 觸的步驟的特征還在于第二栓柱處于第二限制區(qū)域之內(nèi)。根據(jù)另一實施例，形成管芯上管芯組件的方法包括在第一半導(dǎo)體管芯上形成從 第一半導(dǎo)體管芯延伸出的第一接觸延伸件并且在第一半導(dǎo)體管芯上形成第一栓柱和第二 栓柱；在第二半導(dǎo)體管芯上形成第二接觸延伸件并且形成包圍第一限制區(qū)域的第一限制部 件以及包圍第二限制區(qū)域的第二限制部件；安置第一接觸延伸件使之與第二接觸延伸件接 觸，將第一栓柱安置于第一限制區(qū)域內(nèi)，以及將第二栓柱安置于第二限制區(qū)域內(nèi)；以及將第 一接觸延伸件和第二接觸延伸件熱壓接合于一起，同時第一及第二接觸延伸件的橫向移動 由第一限制區(qū)域內(nèi)的第一栓柱和第二限制區(qū)域內(nèi)的第二栓柱約束至預(yù)定的量。在另一種實 施例中，形成第一接觸延伸件的步驟和形成第二接觸延伸件的步驟中的至少一個步驟的特 征還在于執(zhí)行錫的沉積及退火，其中第一接觸延伸件的高度與第二接觸延伸件的高度之和 小于第一栓柱的高度與第一限制區(qū)域的高之和。因為實現(xiàn)本發(fā)明的裝置大部分包括本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的構(gòu)件，所以為了理解及 領(lǐng)會本發(fā)明的基礎(chǔ)概念并且為了不混淆或分散本發(fā)明主旨，構(gòu)件的具體細節(jié)除以上所示出 的被認為是必要的以外將不作更多說明。而且，在描述及權(quán)利要求中詞語“前面”、“后面”、“頂部”、“底部”、“之上”、“之下”
等(如果存在)用作描述性的目的而并不一定描述固定的相對位置。應(yīng)當理解，這樣使用 的詞語在適當?shù)沫h(huán)境下是可互換的使得在此所描述的本發(fā)明的實施例，例如，能夠在與所 示取向不同的其它取向或在此所描述的其它取向上工作。雖然本發(fā)明在此參考具體的實施例來描述，但是在不脫離權(quán)利要求書所闡述的本 發(fā)明的范圍的情況下能夠進行不同的修改和改變。例如，第一管芯可以包括栓柱及限制部件這兩者，其中第二管芯包括限制部件及栓柱中互補對應(yīng)的一個。另外，本公開內(nèi)容的實施 例現(xiàn)在及將來都能夠相對于在任意技術(shù)階段所使用的三維集成來實現(xiàn)。因此，說明書和附 圖應(yīng)看作是說明性的而非限制性的，并且所有這樣的修改都要包含于本發(fā)明的范圍之內(nèi)。 在此關(guān)于具體的實施例所描述的任何好處、優(yōu)點、或問題的解決方案并不應(yīng)看作是任一或 所有權(quán)利要求的關(guān)鍵的、必需的、或本質(zhì)的特征或元素。在此所使用的詞語“耦接的”并不是要限定于直接耦接或機械上的耦接。而且，在此所使用的詞語“a”或“an”被定義為一個或多個。同樣，開放性短語例 如“至少一個”和“一個或多個”在權(quán)利要求中的使用不應(yīng)當被看作隱含由不定冠詞“a”或 “an”所引入的另外的權(quán)利要求元素將包含該引入的權(quán)利要求元素的任意特別的權(quán)利要求 限定于僅包含一個這樣的元素的發(fā)明，即使在相同的權(quán)利要求包括開放性短語“一個或多 個”或“至少一個”以及不定冠詞例如“a”或“an”時。這對定冠詞的使用同樣有效。除非另有聲明，否則例如“第一”和“第二”這樣的詞語被用來隨意區(qū)分這樣的詞語 所描述的元素。因而，這些詞語并不一定是要表示這樣的元素的時間優(yōu)先級或其它優(yōu)先級。
權(quán)利要求
一種管芯上管芯組件，包括第一管芯，其具有第一接觸延伸件且具有在所述第一管芯之上延伸第一高度的栓柱；以及第二管芯，其具有與所述第一接觸延伸件連接的第二接觸延伸件且具有包圍所述栓柱的、在所述第二管芯之上延伸第二高度的限制部件，其中所述栓柱延伸超過所述限制部件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的管芯上管芯組件，其中所述栓柱包括與所述第一管芯相鄰的第一 金屬以及在遠離所述第一管芯的所述栓柱的末端上的第二金屬。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的管芯上管芯組件，其中所述第二金屬包括錫。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的管芯上管芯組件，其中所述第一高度大于所述第二高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的管芯上管芯組件，其中所述第一金屬在與所述第二金屬交界面處 的面積小于144平方微米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的管芯上管芯組件，其中所述第一高度與所述第二高度之和超過所 述第一接觸延伸件的高度與所述第二接觸延伸件的高度之和。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的管芯上管芯組件，其中所述限制部件包括從所述第二管芯延伸出 的限定受限移動區(qū)域的多個元件，其中所述栓柱在所述受限移動區(qū)域之內(nèi)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的管芯上管芯組件，其中所述限制部件用于約束所述第二管芯相對 所述第一管芯的移動使得所述第一外部接觸件在預(yù)定的容差內(nèi)與所述第二外部接觸件對 準。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的管芯上管芯組件，其中 所述第一管芯的特征還在于具有第二栓柱；以及所述第二管芯的特征還在于具有包圍所述第二栓柱的、在所述第二管芯之上延伸第二 高度的第二限制區(qū)域。
10.一種形成管芯上管芯組件的方法， 在第一半導(dǎo)體管芯上形成第一外部接觸件；在所述第一半導(dǎo)體管芯之上包括在所述第一外部接觸件之上形成第一籽晶層； 在所述第一籽晶層之上形成具有第一開口和第二開口的第一光致抗蝕劑層，其中所述 第一開口在所述第一外部接觸件之上；執(zhí)行鍍覆步驟以引起第一鍍覆接觸件在所述第一開口內(nèi)形成以及栓柱在所述第二開 口內(nèi)形成；去除所述第一光致抗蝕劑層；去除與所述第一鍍覆接觸件及所述栓柱相鄰的區(qū)域內(nèi)的所述第一籽晶層； 在第二半導(dǎo)體管芯上形成第二外部接觸件；在所述第二半導(dǎo)體管芯之上包括在所述第二外部接觸件之上形成第二籽晶層； 在所述第二籽晶層之上形成具有第三開口和環(huán)形開口的第二光致抗蝕劑層，其中所述 第三開口在所述第二外部接觸件之上；執(zhí)行鍍覆步驟以引起第二鍍覆接觸件在所述第三開口內(nèi)形成以及引起用來限定用于 約束所述第一半導(dǎo)體管芯和第二半導(dǎo)體管芯之間的移動的限制區(qū)域的限制部件在所述環(huán) 形開口內(nèi)形成；去除所述第二光致抗蝕劑層；去除在與所述第二鍍覆接觸件及所述限制部件相鄰的區(qū)域內(nèi)的所述第二籽晶層；以及 安置所述第一半導(dǎo)體管芯使之與所述第二半導(dǎo)體管芯接觸使得所述第一鍍覆接觸件 與所述第二鍍覆接觸件接觸并且所述栓柱在所述限制區(qū)域之內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中執(zhí)行鍍覆步驟以引起所述第一鍍覆接觸件在所述第 一開口內(nèi)形成以及所述栓柱在所述第二開口內(nèi)形成的步驟的特征還在于所述栓柱被形成 為高度大于所述第一鍍覆接觸件的高度。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的方法，其中執(zhí)行鍍覆步驟以引起所述第一鍍覆接觸件在所述第 一開口內(nèi)形成以及所述栓柱在所述第二開口內(nèi)形成的步驟的特征還在于在所述第一開口 內(nèi)形成第一鍍覆部分，在所述第二開口內(nèi)形成第一栓柱部分，在所述第一鍍覆部分上形成 第一金屬層，以及在所述第一栓柱部分上形成第二金屬層。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中執(zhí)行鍍覆步驟以引起所述第一鍍覆接觸件在所述第 一開口內(nèi)形成以及所述栓柱在所述第二開口內(nèi)形成的步驟的特征還在于所述第一金屬層 和所述第二金屬層包含錫。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中形成所述第一光致抗蝕劑層的步驟的特征還在于 所述第一開口具有比所述第二開口的面積更大的面積。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中去除所述籽晶層的步驟的特征還在于減小所述栓 柱在所述第二金屬層之下的部分的寬度使得所述第一栓柱部分的上表面具有不大于144 平方微米的面積。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中形成所述第二光致抗蝕劑層的步驟的特征還在于 所述環(huán)形開口在閉合環(huán)路內(nèi)所設(shè)置的所述第二光致抗蝕劑層中包含多個開口。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中執(zhí)行所述鍍覆步驟以引起第二鍍覆接觸件在所述第 三開口內(nèi)形成以及限制部件在所述環(huán)形開口內(nèi)形成的步驟的特征還在于所述限制部件被 形成于所述多個開口內(nèi)使得所述限制部件包括設(shè)置于所述閉合環(huán)路內(nèi)的多個金屬元件。
18.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中在所述第一籽晶層之上形成第一光致抗蝕劑層的步驟的特征還在于所述第一光致抗 蝕劑層具有第五開口；執(zhí)行鍍覆步驟以引起第一鍍覆接觸件在所述第一開口內(nèi)形成以及栓柱在所述第二開 口內(nèi)形成的步驟的特征還在于在所述第五開口內(nèi)形成第二栓柱；去除在與所述第一鍍覆接觸件及所述栓柱相鄰的區(qū)域內(nèi)的所述第一籽晶層的步驟還 去除與所述第二栓柱相鄰的所述第一籽晶層；在所述第二籽晶層之上形成所述第二光致抗蝕劑層的步驟的特征還在于所述第二光 致抗蝕劑層具有第二環(huán)形開口；執(zhí)行鍍覆步驟以引起第二鍍覆接觸件在所述第三開口內(nèi)形成以及限制部件在所述環(huán) 形開口內(nèi)形成的步驟的特征還在于引起用來限定用于約束所述第一半導(dǎo)體管芯和所述第 二半導(dǎo)體管芯之間的移動的第二限制區(qū)域的第二限制部件在所述第二環(huán)形開口內(nèi)形成；去除在與所述第二鍍覆接觸件及所述限制部件相鄰的區(qū)域內(nèi)的所述第二籽晶層的步 驟的特征還在于去除與所述第二限制部件相鄰的所述第二籽晶層；以及安置所述第一半導(dǎo)體管芯使之與所述第二半導(dǎo)體管芯接觸的步驟的特征還在于所述 第二栓柱在所述第二限制區(qū)域之內(nèi)。
19.一種形成管芯上管芯組件的方法，包括如下步驟在第一半導(dǎo)體管芯上形成從所述第一半導(dǎo)體管芯延伸的第一接觸延伸件并且在所述 第一半導(dǎo)體管芯上形成第一栓柱和第二栓柱；在第二半導(dǎo)體管芯上形成第二接觸延伸件并且形成包圍第一限制區(qū)域的第一限制部 件以及包圍第二限制區(qū)域的第二限制部件；安置所述第一接觸延伸件使之與所述第二接觸延伸件接觸，將所述第一栓柱安置于所 述第一限制區(qū)域內(nèi)，并且將所述第二栓柱安置于所述第二限制區(qū)域內(nèi)；以及將所述第一接觸延伸件與所述第二接觸延伸件熱壓接合在一起，而通過在所述第一區(qū) 域內(nèi)的所述第一栓柱和在所述第二區(qū)域內(nèi)的所述第二栓柱，第一和第二接觸延伸件的橫向 移動被約束至預(yù)定的量。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中形成所述第一接觸延伸件的步驟和形成所述第二接 觸延伸件的步驟中的至少一個步驟的特征還在于執(zhí)行錫的沉積及退火，其中所述第一接 觸延伸件的高度與所述第二接觸延伸件的高度之和小于所述第一栓柱的高度與所述第一 限制區(qū)域的高度之和。
21.根據(jù)權(quán)利要求19的方法，其中在形成所述第一接觸延伸件的步驟和形成所述第二 接觸延伸件的步驟中的至少一個步驟之后，且在安置所述第一接觸延伸件使之與所述第二 接觸延伸件接觸之前，所述方法還包括以下步驟將有機粘合劑和臨時粘合劑中的至少一種沉積于所述第一半導(dǎo)體管芯和所述第二半 導(dǎo)體管芯中的至少一個上，其中所述有機粘合劑和所述臨時粘合劑中的所述至少一種在所 述安置步驟之后并且在所述熱壓接合步驟之前在所述第一半導(dǎo)體管芯和所述第二半導(dǎo)體 管芯之間提供一種約束的形式。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中在所述熱壓接合步驟之后所述有機粘合劑和所述臨 時粘合劑中的所述至少一種保留于所述第一半導(dǎo)體管芯和所述第二半導(dǎo)體管芯之間，由此 充當在所述第一半導(dǎo)體管芯和所述第二半導(dǎo)體管芯之間的底充物。
全文摘要
一種管芯上管芯組件，具有第一管芯(10)和第二管芯(50)。第一管芯(10)具有第一接觸延伸件(28、42)以及使第一高度延伸至第一管芯以上的栓柱(32、44、45)。第二管芯(50)具有與第一接觸件連接的第二接觸延伸件(68)并且具有使第二高度延伸至第二管芯以上的包圍栓柱的限制部件(62)。栓柱延伸超過限制部件。因為栓柱延伸超過限制部件，所以在第一及第二管芯之間的橫向移動能夠引起栓柱變得與限制部件接觸并且由限制部件所約束。從而栓柱和限制部件有用于約束第一及第二管芯之間的移動。
文檔編號H01L23/48GK101911289SQ200880122700
公開日2010年12月8日 申請日期2008年12月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月28日
發(fā)明者R·查特杰, S·K·波茲德 申請人:飛思卡爾半導(dǎo)體公司