三维集成结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种三维集成结构及其制作方法。所述三维集成结构包括沿厚度方向在第一器件基片上堆叠并相邻设置的散热片，提升了三维集成结构的散热能力，所述散热片中的金属散热层可以通过成膜工艺制作，相对于制作散热管道进行散热，制造难度大大降低，有助于确保产品的良率和可靠性，并且，由于所述散热片与所述第一器件基片堆叠设置，不影响三维集成结构的横向面积，成本较低。所述三维集成结构的制作方法可用于制作所述三维集成结构。方法可用于制作所述三维集成结构。方法可用于制作所述三维集成结构。

【技术实现步骤摘要】
三维集成结构及其制作方法


[0001]本专利技术涉及集成电路
，尤其涉及一种三维集成结构及其制作方法。

技术介绍

[0002]随着摩尔定律速度的放缓，为了可以继续提升集成电路(IC)的性能，集成电路制造逐步向三维(3D)集成技术发展。这种工艺可以增加芯片的带宽，改善计算性能。
[0003]三维集成技术将多个具有不同功能或采用不同工艺制备的晶圆或芯片进行三维堆叠并互连，在较小面积内实现优越功能的同时，容易导致热量堆积，使得所形成的三维集成芯片的热流密度很大，存在积热问题，同时由于内部不同器件的耐热能力不同，容易导致三维集成芯片的热可靠性差。
[0004]为了提升散热能力，目前提出的一种方法是在三维集成芯片中设计散热微通道结构，通过冷却液实现热传导和固液热扩散，可以有效地带走三维集成芯片内的热量，改善积热问题，但是在三维集成芯片内部设计复杂的微通道结构会增加制造难度，极大降低产品良率和可靠性；目前提出的另一种方法是在三维集成芯片上设计额外的散热导热区域，使下方芯片产生的热量通过三维集成芯片内的散热管道从该散热导热区域导出，虽然可以改善积热问题，但是散热导热区域以及散热管道都占据了三维集成芯片的部分横向面积，增加了三维集成芯片小型化的难度，并且会显著增加成本。

技术实现思路

[0005]为了提升三维集成结构的散热能力，同时避免显著增加制造难度及成本，本专利技术提供一种三维集成结构，另外提供一种三维集成结构的制作方法。
[0006]一方面，本专利技术提供一种三维集成结构，包括沿厚度方向堆叠且相邻的第一器件基片和散热片；其中，所述第一器件基片包括顶金属层和第一键合层，所述顶金属层和所述散热片分别位于所述第一键合层的两侧，所述顶金属层包括导热点，所述第一键合层中设置有与所述导热点连接的第一金属键合垫；所述散热片包括：
[0007]衬底，包括相对的第一表面和第二表面；以及
[0008]依次形成于所述第一表面的第一介质层、第一金属散热层和第二键合层，所述第二键合层中设置有与所述第一金属散热层连接的第二金属键合垫，所述第二金属键合垫与所述第一金属键合垫键合连接。
[0009]可选的，所述第一金属散热层包括沿所述第一介质层的表面延伸且在所述第二金属键合垫周围形成的均热结构，所述均热结构为实心金属层或者镂空金属层。
[0010]可选的，所述均热结构包括多条交叉设置的金属线。
[0011]可选的，所述散热片还包括：
[0012]依次形成于所述第二表面的第二介质层和第二金属散热层；
[0013]TSV导热孔，穿过所述衬底和所述第一介质层，且两端分别连接所述第一金属散热层和所述第二金属散热层。
[0014]可选的，所述三维集成结构还包括：
[0015]第二器件基片，所述第二器件基片相对于所述第一器件基片设置于所述散热片的另一侧；
[0016]TSV导通结构，穿过所述散热片且分别与所述第二器件基片与所述第一器件基片电连接，所述TSV导通结构与所述第一金属散热层和所述第二金属散热层绝缘隔离。
[0017]可选的，所述三维集成结构还包括：
[0018]第三器件基片，所述第三器件基片堆叠于所述第一器件基片远离所述散热片的一侧，所述第三器件基片与所述第一器件基片电性互连。
[0019]一方面，本专利技术提供一种三维集成结构的制作方法，包括：
[0020]形成第一器件基片，所述第一器件基片包括顶金属层和位于所述顶金属层上的第一键合层，所述顶金属层包括导热点，所述第一键合层中设置有与所述导热点连接的第一金属键合垫；
[0021]形成散热片，所述散热片包括衬底，所述衬底具有相对的第一表面和第二表面，所述散热片还包括依次形成于所述第一表面的第一介质层、第一金属散热层和第二键合层，所述第二键合层中设置有与所述第一金属散热层连接的第二金属键合垫；以及
[0022]通过所述第二键合层和所述第一键合层将所述第一器件基片和所述散热片键合，其中所述第二金属键合垫与所述第一金属键合垫键合连接。
[0023]可选的，每个所述第二金属键合垫与一个或者两个以上的第一金属键合垫键合连接。
[0024]可选的，所述散热片还包括TSV导热孔，所述TSV导热孔的一端连接所述第一金属散热层，另一端穿过所述第一介质层和部分所述衬底；将所述第一器件基片和所述散热片键合后，所述制作方法还包括：
[0025]从所述第二表面一侧减薄所述衬底，以露出所述TSV导热孔的另一端；以及
[0026]在所述第二表面形成第二金属散热层，所述第二金属散热层与所述TSV导热孔的另一端连接。
[0027]可选的，所述制作方法还包括：
[0028]形成TSV导通结构，使所述TSV导通结构穿过所述散热片以及所述第一键合层并与所述第一器件基片的所述顶金属层电连接，所述TSV导通结构与所述第一金属散热层绝缘隔离；
[0029]在所述TSV导通结构上键合第二器件基片，使所述TSV导通结构与所述第二器件基片上的电路连接。
[0030]本专利技术提供的三维集成结构包括沿厚度方向在第一器件基片上堆叠并相邻设置的散热片，提升了三维集成结构的散热能力，所述散热片中的第一金属散热层可以通过成膜工艺制作，相对于制作散热管道进行散热，制造难度大大降低，有助于确保产品的良率和可靠性，并且，由于所述散热片与所述第一器件基片堆叠设置，不影响三维集成结构的横向面积，成本较低。
[0031]本专利技术提供的三维集成结构的制作方法与上述三维集成结构属于一个总的构思，具有相同或相似的优点。
附图说明
[0032]图1是本专利技术一实施例的三维集成结构中的第一器件基片和散热片的剖面示意图。
[0033]图2是本专利技术一实施例中的均热结构和第二金属键合垫的平面示意图。
[0034]图3是本专利技术另一实施例的三维集成结构中第一器件基片和散热片的剖面示意图。
[0035]图4是本专利技术一实施例的三维集成结构的制作方法的流程示意图。
[0036]图5A至图5E是本专利技术一实施例的三维集成结构的制作方法在不同步骤得到的剖面结构示意图。
[0037]附图标记说明：
[0038]100
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第一器件基片；110
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顶金属层；111
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导热点；112
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电路连接点；120
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第一键合层；121
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第一金属键合垫；200
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散热片；210
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衬底；210a
‑
第一表面；210b
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第二表面；220
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第一介质层；230
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第一金属散热层；240
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第二键合层；241
‑
第二金属键合垫；250
‑
第二介质层；260
‑
第二金属散热层；201
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三维集成结构，其特征在于，包括沿厚度方向堆叠且相邻的第一器件基片和散热片；其中，所述第一器件基片包括顶金属层和第一键合层，所述顶金属层和所述散热片分别位于所述第一键合层的两侧，所述顶金属层包括导热点，所述第一键合层中设置有与所述导热点连接的第一金属键合垫；所述散热片包括：衬底，包括相对的第一表面和第二表面；以及依次形成于所述第一表面的第一介质层、第一金属散热层和第二键合层，所述第二键合层中设置有与所述第一金属散热层连接的第二金属键合垫，所述第二金属键合垫与所述第一金属键合垫键合连接。2.如权利要求1所述的三维集成结构，其特征在于，所述第一金属散热层包括沿所述第一介质层的表面延伸且在所述第二金属键合垫周围形成的均热结构，所述均热结构为实心金属层或者镂空金属层。3.如权利要求2所述的三维集成结构，其特征在于，所述均热结构包括多条交叉设置的金属线。4.如权利要求1所述的三维集成结构，其特征在于，所述散热片还包括：依次形成于所述第二表面的第二介质层和第二金属散热层；以及TSV导热孔，穿过所述衬底和所述第一介质层，且两端分别连接所述第一金属散热层和所述第二金属散热层。5.如权利要求4所述的三维集成结构，其特征在于，所述三维集成结构还包括：第二器件基片，所述第二器件基片相对于所述第一器件基片设置于所述散热片的另一侧；以及TSV导通结构，穿过所述散热片且分别与所述第二器件基片与所述第一器件基片电连接，所述TSV导通结构与所述第一金属散热层和所述第二金属散热层绝缘隔离。6.如权利要求1至5任一项所述的三维集成结构，其特征在于，所述三维集成结构还包括：第三器件基片，所述第三器件基片堆叠于所述第一器件基片远离所述散热片的一侧，所述第三器件...

【专利技术属性】
技术研发人员：林飞，周玉，胡胜，
申请(专利权)人：武汉新芯集成电路制造有限公司，
类型：发明
国别省市：