堆叠集成电路的腐蚀控制的制作方法
【专利说明】堆叠集成电路的腐蚀控制
[0001]分案串请的相关信息
[0002]本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2009年8月14日、申请号为200980129048.X、发明名称为“堆叠集成电路的腐蚀控制”的发明专利申请案。
技术领域
[0003]本发明涉及集成电路(IC)，且更特定来说涉及多层1C，且更加特定来说涉及用于控制层之间的腐蚀的系统和方法。
【背景技术】
[0004]IC技术中需要将芯片(裸片)堆叠在一起以形成多层(3-D) IC装置。一种形成
3-D装置的方法是将两个(或两个以上)层集中到一起且接着将所述层囊封入单一结构中。相应层的表面上的电导体和/或接触件用于在不同层上的电路之间载运电信号。这些导体/接触件极小，直径约为几微米，且在暴露于腐蚀性气氛时将相对快速地腐蚀。腐蚀接着干扰3D装置的信号处理能力。
[0005]腐蚀由两个裸片(当将其靠在一起时)之间产生的小间隙引起。在这些间隙内可捕集例如水和氧等腐蚀性材料。此经捕集的腐蚀性材料接着与金属导体/接触件相互作用，从而产生可靠性问题。
[0006]—种解决方法是用填充剂材料填充“间隙”。因为间隙大小并非恒定，所以填充剂的量也非恒定。因此，难以完全填充间隙。另一方面，使用过多填充剂将增加所得3-D装置的大小，借此改变形状因数。
[0007]另一解决方法是消除间隙或使其极小。为了实现此目的，相应裸片的表面将必须极其平坦，借此增加装置成本以及处理裸片的成本。
[0008]—额外问题是层之间捕集的气体在温度增加或外部压力减少期间膨胀。膨胀的气体对经结合层体施加分离压力。
【发明内容】
[0009]本发明针对用于防止腐蚀性元素(例如，氧化剂)与堆叠IC装置的两个层之间的界面处的金属连接接触的系统和方法。当层被定位成靠近彼此时，在所述层的平坦表面的边界处形成空穴。此空穴由层之间的周边密封件界定。在一个实施例中，在空穴内产生真空，借此消除或减少空穴内的腐蚀性气氛。在另一实施例中，用非氧化气体(例如氩气)填充空穴。一旦空穴不含氧化元素，就可囊封周边密封件以防止污染物渗漏入空穴且防止密封件本身的腐蚀。
[0010]前文已颇为广泛地概述本发明的特征和技术优点以便可更好地理解随后的本发明的详述。在下文中将描述形成本发明的权利要求书的标的的额外特征和优点。所属领域的技术人员应了解，所揭示的概念和特定实施例可易于用作修改或设计其它用于实行本发明的相同目的的结构的基础。所属领域的技术人员还应认识到，此类等效构造并未偏离在所附权利要求书中陈述的本发明的精神和范围。当结合附图考虑时，从以下描述将更好地理解据信表现本发明特性的新颖特征(关于其组织和操作方法两者)以及其它目的和优点。然而应明确地了解，仅出于说明和描述的目的而提供各图的每一者，且其并非希望作为对本发明的限制的界定。
【附图说明】
[0011]为了更全面地理解本发明，现结合附图考虑来参考以下描述，附图中:
[0012]图1A到IC展示根据本发明的实施例的多层IC装置的实例和制造所述多层IC装置的示范性工艺；
[0013]图2展示根据本发明的实施例的一个替代性堆叠IC装置；
[0014]图3展示根据本发明的实施例的裸片到晶片堆叠的一个实施例；
[0015]图4展示根据本发明的实施例的一个替代性实施例，其中在环境受控腔室中结合多层IC装置；以及
[0016]图5展示根据本发明的实施例的用于控制多层IC装置的层之间的腐蚀的方法的一个实施例。
【具体实施方式】
[0017]现转向图1A，展示包含顶部裸片11和底部裸片12的堆叠IC装置10。顶部裸片11具有作用层101和衬底层102。底部裸片12具有作用层103和衬底层104。图1A展示被靠在一起以用于结合目的之前经定位的顶部裸片和底部裸片。在此实施例中，衬底层102将结合到作用层103且因此此为“背面对正面”结合布置。如将论述，“正面对正面”、“背面对背面”、“正面对背面”或“背面对正面”组合的任一布置可使用本文中论述的概念以形成分层半导体组件。
[0018]图1A-1C描绘两层堆叠IC装置，然而堆叠IC装置可包含更多层。衬底层102含有连接(元件)112，其用于将层101上的组件111 (或端子)连接到层103上的作用组件115 (或端子)。当使层102和103的平坦表面靠在一起时，使用连接器路径112产生这些连接，所述连接器路径112接着与层103的平坦表面上的衬垫114配对。在顶部裸片11和底部裸片12的周边周围分别形成有元件110和113，元件110和113将在使所述层配对时合在一起以形成密封件(如将可见)。在所展示的实施例中，密封件110和113为金属，但可包含其它材料。
[0019]图1B展示裸片11和12合在一起，且在由周边配对元件110/113所界定的区域内形成一个或一个以上间隙120。元件110/113合在一起以形成周边周围的密封件。应注意，现在从组件111到组件115存在使用连接器元件112和114的电连接。
[0020]一旦元件被适当对准，就可在环境受控腔室中选择性地建立新气氛，使得新气氛与在不采取气氛干预措施的情况下通常将会形成的气氛(例如，环境气氛)不同。举例来说，普通气氛可含有水、其它蒸气和/或可引起腐蚀的其它气体，而腐蚀又将会对IC装置的正常操作造成干扰。
[0021]如将论述，在此实例中，可(例如)使用栗(未展示)来降低环境受控腔室中的大气压力，和/或用惰性气体或非氧气体实质上置换环境受控腔室内的气氛来建立在环境受控腔室内建立的选择性建立的非腐蚀性环境。所建立的气氛经设计以驱除氧、水和/或其它氧化剂，借此减少腐蚀。一旦建立适当环境，就将裸片压缩在一起且结合，优选地在空气中大于摄氏150度的温度下进行，使得间隙120中存在适当环境。
[0022]应注意，可通过使用一个或一个以上栗来建立低压。替代于降低压力或除降低压力以外，这些栗还可用以将所要环境(例如氩气或氮气)注入到环境受控腔室中。所述低压可低到所要水平，甚至达到实质上建立真空的程度。
[0023]还应注意，在一些情形中可能需要在层之间建立一个以上间隙，且相对于不同间隙建立不同环境。可通过在需要成为独立间隙的部分周围放置配对元件110/113来建立间隙。因此，可相对于一些间隙建立低压，且在相同堆叠IC装置内的其它间隙中建立不同环境。这些不同环境可在相同层之间和/或在不同层之间。
[0024]图1C展示在密封件110/113外部添加保护层140。可(例如)通过等离子增强化学气相沉积(PCVD)添加此保护层，以帮助防止经密封空穴内的环境与普通环境中所见的腐蚀性元素(例如水或氧)接触。层140可为绝缘层，例如亚硝酸硅或氧化硅。(如果需要)薄膜140可完全围绕堆叠IC装置的外部沉积而非仅在密封环110/113上沉积，如图1C所示。此层140的功能为在密封环110/113与其外部环境之间形成障壁。因为金属密封件110/113不太