用于半导体裸片组合件的弹性接合层和相关联系统和方法技术方案

公开了用于半导体裸片组合件的弹性接合层以及相关联系统和方法。在实施例中，第一半导体裸片包含表面处的弹性接合层，第二半导体裸片可直接接合到所述弹性接合层以形成所述第一半导体裸片与第二半导体裸片之间的接合界面。在所述接合界面处，所述第一半导体裸片的第一导电垫可在直接接合过程期间结合到所述第二半导体裸片的第二导电垫以形成互连件。在一些情况下，在所述接合界面处可存在可能干扰所述接合过程的不规则体。所述弹性接合层可包含经配置以适应由所述不规则体产生的应力的聚合物(或有机)材料。在一些实施例中，所述弹性接合层的厚度基于所述第一(或第二)导电垫的宽度而预定。垫的宽度而预定。垫的宽度而预定。

【技术实现步骤摘要】
用于半导体裸片组合件的弹性接合层和相关联系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2021年8月16日提交的第63/233,438号美国临时专利申请的优先权，所述美国临时专利申请的公开内容以全文引用的方式并入本文中。


[0003]本公开大体上涉及半导体装置组合件，且更具体地说，涉及用于半导体裸片组合件的弹性接合层以及相关联系统和方法。

技术介绍

[0004]半导体封装通常包含安装在封装衬底上且包覆在保护性覆盖物中的一或多个半导体裸片(例如存储器芯片、微处理器芯片、成像器芯片)。半导体裸片可包含功能特征，例如存储器单元、处理器电路或成像器装置，以及电连接到所述功能特征的接合垫。接合垫可电连接到封装衬底的对应导电结构，所述对应导电结构可耦合到保护性覆盖物外部的端子，使得半导体裸片可连接到更高等级的电路系统。
[0005]在一些半导体封装中，两个或更多个半导体裸片堆叠在彼此之上以减少半导体封装的占据面。堆叠中的半导体裸片可以类似阶梯的图案布置(这可称作“叠瓦堆叠”)，使得半导体裸片的一部分可自由地可接近——例如，用以将接合线附接到位于所述部分中的一或多个接合垫。在一些情况下，半导体裸片可堆叠成“Z形”图案以相对于上覆于接合垫上方的半导体裸片增加接合垫上方的空间，以便有助于形成接合线。然而，此类布置往往会增加半导体封装的总高度。此外，接合线可增加高度和/或引入信号传播延迟。

技术实现思路

[0006]在一方面，本公开提供一种半导体裸片，其包括：半导体衬底，其包含集成电路系统；在所述半导体衬底上方的介电结构，所述介电结构包含位于所述介电结构背对所述半导体衬底的第一侧处的弹性接合层；以及所述介电结构中包含的导电垫，所述导电垫延伸穿过所述弹性接合层且以操作方式耦合到所述集成电路系统，其中：至少部分地基于所述导电垫的宽度来预定所述弹性接合层的厚度，所述宽度大体上垂直于所述厚度。
[0007]在另一方面，本公开进一步提供一种半导体裸片组合件，其包括：衬底裸片；以及附接到所述衬底裸片的半导体裸片，所述半导体裸片包含：半导体衬底，其具有集成电路系统；在所述半导体衬底上方的介电结构，所述介电结构包含位于所述介电结构背对所述半导体衬底的第一侧处的弹性接合层；以及包含在所述介电结构中的铜垫，所述铜垫延伸穿过所述弹性接合层且以操作方式耦合到所述集成电路系统，其中：至少部分地基于所述铜垫的宽度来预定所述弹性接合层的厚度，所述宽度大体上垂直于所述厚度。
[0008]在又一方面，本公开进一步提供一种方法，其包括：提供包含具有集成电路系统的衬底的半导体裸片；在所述衬底上形成介电结构，所述介电结构包含位于所述介电结构背对所述衬底的第一侧处的弹性接合层以及所述衬底与所述弹性接合层之间的介电层；以及
在所述介电结构中形成导电垫，所述导电垫延伸穿过所述弹性接合层且以操作方式耦合到所述集成电路系统，其中：至少部分地基于所述导电垫的宽度来预定所述弹性接合层的厚度，所述宽度大体上垂直于所述厚度。
附图说明
[0009]参考以下各图可更好地理解本专利技术技术的许多方面。图中组件未必按比例绘制。实际上，重点在于清楚地说明本专利技术技术的总特征和原理。
[0010]图1A到1D(统称为“图1”)说明用于直接接合方案的过程步骤的各个阶段。
[0011]图2是半导体裸片组合件的实例示意图。
[0012]图3A和3B(统称为“图3”)说明根据本专利技术技术的实施例的包含介电结构的半导体裸片的示意图。
[0013]图4是根据本专利技术技术的实施例的半导体裸片组合件的示意图。
[0014]图5是示意性地说明包含根据本专利技术技术的实施例的半导体裸片组合件的系统的框图。
[0015]图6是根据本专利技术技术的实施例的制造具有介电结构和导电垫的半导体裸片的方法的流程图。
具体实施方式
[0016]下文描述用于半导体裸片组合件的弹性接合层以及相关联系统和方法的若干实施例的具体细节。术语“半导体装置或裸片”一般指包含一或多种半导体材料的固态装置。半导体装置(或裸片)的实例包含逻辑装置或裸片、存储器装置或裸片、控制器或微处理器(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU))等等。此类半导体装置可包含集成电路或组件、数据存储元件、处理组件和/或在半导体衬底上制造的其它特征。此外，术语“半导体装置或裸片”可指成品装置或成为成品功能装置之前的各个处理阶段时的组合件或其它结构。取决于所使用的上下文，术语“衬底”可包含半导体晶片、封装衬底、半导体装置或裸片等。本文中所描述的方法的合适的步骤可通过与制造半导体装置(晶片级和/或裸片级)和/或制造半导体封装相关联的处理步骤来执行。
[0017]各种计算系统或环境(例如，高性能计算(HPC)系统)需要高带宽和低功耗。形成半导体裸片之间的互连件的某些方案(例如，直接接合方案)可有助于满足要求以及提供适合于缩放HPC系统的半导体裸片组合件的物理尺寸(例如高度)的形状因子。直接接合方案包含第一半导体裸片(或包含第一半导体裸片的第一晶片)的个别导电组件(例如，铜垫、导电垫)与第二半导体裸片(或包含第二半导体裸片的第二晶片)的导电组件中的对应一者对准和直接接合。此外，包围第一半导体裸片的导电组件中的每一者的介电材料可直接接合到包围第二半导体裸片的导电组件中的每一者的另一介电材料。换句话说，接合界面包含直接接合到第二半导体裸片的对应材料以形成互连件和周围介电层的第一半导体裸片的两种或更多种不同材料(例如，介电材料之间、导电材料之间)。由此，直接接合方案还可称作组合接合方案、混合接合方案等。
[0018]在一些实施例中，导电材料包含铜(或其它合适的导电材料或金属，例如钨)作为主要成分，且介电材料包含氧化硅(例如SiO2)、氮化硅(例如Si3N4)、硅碳氮化物(例如
SiCN)、碳酸硅(例如SiCO)等。在直接接合过程期间，将第一和第二半导体裸片(或包含第一和第二半导体裸片的第一和第二晶片)的介电材料放在一起，使得介电材料彼此粘附。随后，在高温下对半导体裸片退火，使得第一和第二半导体裸片的导电材料结合以形成永久接合，例如冶金接合。另外，介电材料可在退火过程期间增强其接合强度。如果接合界面(其还可称作配合界面或接合线)处存在任何不规则体(例如，缺陷、颗粒、过度生长的铜垫)，则此类不规则体将例如通过在不规则体周围形成空隙或通过至少归因于介电材料的硬性和/或脆性而使介电材料分层来减弱半导体裸片(或晶片)之间的接合强度。
[0019]在一些情况下，即使直接接合形成以将两个半导体裸片(或晶片)保持接合在一起，存在于接合界面处的空隙也可能干扰在导电组件之间形成稳固互连件。如果导电组件的部分归因于空隙而未结合(例如，熔合)，则包含部分结合的导电组件的互连件可能具有高于所需的电阻值。如果导电组件未能形成连续导电路径，则互连件可能会出现电开路。在一些情况下，例如通过使得导电材料迁移的各种机制(例如扩展、挤出、扩散等)，空隙可能包含来源于连接到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体裸片，其包括：半导体衬底，其包含集成电路系统；在所述半导体衬底上方的介电结构，所述介电结构包含位于所述介电结构背对所述半导体衬底的第一侧处的弹性接合层；以及所述介电结构中包含的导电垫，所述导电垫延伸穿过所述弹性接合层且以操作方式耦合到所述集成电路系统，其中：至少部分地基于所述导电垫的宽度来预定所述弹性接合层的厚度，所述宽度大体上垂直于所述厚度。2.根据权利要求1所述的半导体裸片，其中：所述弹性接合层具有背对所述半导体衬底的第一表面；且所述导电垫具有背对所述半导体衬底的第二表面，所述第二表面相对于所述第一表面凹入某一深度。3.根据权利要求2所述的半导体裸片，其中所述深度与所述导电垫的所述宽度成比例，使得至少部分地基于所述深度来预定所述弹性接合层的所述厚度。4.根据权利要求2所述的半导体裸片，其中所述弹性接合层的所述厚度至少是所述深度的十(10)倍。5.根据权利要求1所述的半导体裸片，其中所述弹性接合层包含聚合物材料，所述聚合物材料经配置以适应由所述第一侧处的不规则体产生的应力。6.根据权利要求5所述的半导体裸片，其中所述聚合物材料是柔性的，以响应于由所述第一侧处的所述不规则体产生的所述应力而变形。7.根据权利要求5所述的半导体裸片，其中所述不规则体对应于存在于所述第一侧处的颗粒。8.根据权利要求5所述的半导体裸片，其中所述不规则体对应于所述导电垫，其中：所述弹性接合层具有背对所述半导体衬底的第一表面；所述导电垫具有背对所述半导体衬底的第二表面，所述第二表面突出高于所述第一表面。9.根据权利要求5所述的半导体裸片，其中所述不规则体来源于所述导电垫，其中：所述弹性接合层具有背对所述半导体衬底的第一表面；所述导电垫具有背对所述半导体衬底的第二表面，所述第二表面相对于所述第一表面凹入某一深度，其中所述深度小于所述导电垫响应于接收到热能时的厚度增加，所述厚度大体上垂直于所述宽度。10.根据权利要求1所述的半导体裸片，其中所述导电垫包含铜。11.根据权利要求1所述的半导体裸片，其中所述弹性接合层包含聚酰亚胺、聚苯并恶唑(PBO)、聚硅氧烷基材料或溶胶
‑
凝胶材料中的至少一种。12.根据权利要求1所述的半导体裸片，其中所述弹性接合层包含2GPa或更小的弹性模量。13.一种半导体裸片组合件，其包括：衬底裸片；以及附接到所述衬底裸片的半导体裸片，所述半导体裸片包含：
半导体衬底...

【专利技术属性】
技术研发人员：文秉勋，K，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：