晶上集成结构及其形成方法与流程

本公开涉及半导体，特别是涉及晶上集成结构及其形成方法。

背景技术：

1、随着芯片技术的快速发展，电路集成的高集成化和高散热化产生的影响越来越得到人们的重视。通过给工作中的芯片或者电子元器件加上散热结构，使其产生的热量则被散热结构释放出来，保证其工作在稳定状态。

2、微流道散热板是一种通道尺寸在微米级别或者亚毫米级别的液体循环散热装置，可以通过液体流动，将芯片或者电子元器件工作产生的热量带走。微流道散热板可以利用如下方式形成：在一张晶圆基板的表面刻蚀出通道，然后可以将盖板与该刻蚀后的晶圆基板键合在一起，同时两侧分别留出进水口和出水口。

3、常见的盖板有硅片和玻璃片等。玻璃片与硅基微流道基板键合方式一般为阳极键合，需要通过施加热量与电压将玻璃片和硅基板键合，而且如此制造的微流道散热板随着使用时间过长，其键合效果弱化、气密性降低。硅片于硅基微流道基板可以实现硅硅直接键合，通过施加高温（＞800℃）以实现硅片之间的键合。硅硅直接键合的键合强度一般可以达到12mpa以上，但是键合过程对温度条件、对硅片表面的平整度与清洁程度等有着极其高的要求。

4、目前，微流道散热板的制造工艺困难。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对微流道散热板的制造困难问题，提供晶上集成结构及其形成方法。

2、本公开实施方式提供一种用于形成晶上集成结构的方法，该方法包括：在两个基板中的第一基板形成锁孔结构，形成锁孔结构的步骤包括：形成从基板的键合面延伸入基板的键合槽；形成多个从键合槽延伸入基板的键合孔；形成低陷在键合槽内的金属层结构；在两个基板中的第二基板形成凸闩结构，形成凸闩结构的步骤包括：形成层叠于基板的金属焊盘，其中，金属焊盘的外周与对应的键合槽的槽壁匹配；形成多个层叠于金属焊盘的金属凸点，金属焊盘处金属凸点的位置与对应的键合槽内键合孔的位置匹配；对两个基板中至少一个形成延伸入基板的流道结构；将金属焊盘对接于键合槽内；以及将凸闩结构键合于锁孔结构。

3、本公开实施方式提供的用于形成晶上集成结构的方法执行简单。此外，该方法能够将两个基板牢固可靠地连接。

4、在一些实施方式中，用于形成晶上集成结构的方法还包括：在第一基板形成另一些凸闩结构；及在第二基板形成另一些锁孔结构。

5、如此设置，有助于精准配合，并提升第一基板与第二基板连接的牢固程度。

6、在一些实施方式中，将凸闩结构键合于锁孔结构的步骤包括：对第一基板和第二基板沿层叠方向施加压力；对第一基板和第二基板加热，其中，第一键合温度为350℃至450℃。

7、如此设置，能够实现凸闩结构和锁孔结构的键合。

8、在一些实施方式中，将凸闩结构键合于锁孔结构的步骤中，第一键合温度为350℃，第一键合压强为10mpa至15mpa，保持时间为10min至15min。

9、如此设置，能够保证键合强度，保障晶上集成结构的性能及使用寿命。

10、在一些实施方式中，金属焊盘的高度等于金属层结构在键合槽内的深度，键合孔的内径大于金属凸点的外径；键合槽的内径为毫米量级或微米量级，键合槽的深度为微米量级或纳米量级，键合孔的内径为微米量级，键合孔的深度为纳米量级。

11、如此设置，结构紧凑、尺寸小，在保证键合强度的同时，能够保证键合的精确性，继而第一基板和第二基板能准确地对正。

12、在一些实施方式中，形成金属层结构的步骤包括：溅射形成第一连接层，第一连接层的材料包括钛；及溅射形成层叠于第一连接层的第一键合层；形成金属焊盘的步骤包括：溅射形成第二连接层，第二连接层的材料包括钛；及溅射形成层叠于第二连接层的第二键合层，第二键合层的材料、金属凸点的材料及第一键合层的材料包括相同的金属材料，金属材料包括铜、金、镍或铂。

13、如此设置，能够提升键合强度，此外通过同质的金属材料能降低键合难度。

14、在一些实施方式中，流道结构位于键合面处，设有流道结构的基板具有背向键合面的工作面，方法还包括：对至少一个设有流道结构的基板，形成从工作面延伸入基板的安装槽；将芯片安装于安装槽；及形成覆盖芯片的介质层或互连层。

15、如此设置，便于加工制造基板，还使得芯片在工作时能被流道结构进行良好的散热。

16、在一些实施方式中，形成贯穿基板的导电通道，设有流道结构的基板中导电通道电连接于芯片；及将第一基板的导电通道与第二基板的导电通道对接且电连接。

17、如此设置，能够丰富基板的利用方式，晶上集成结构实现了更多的接电方式。

18、在一些实施方式中，用于形成晶上集成结构的方法还包括：对两个基板中的一个，刻蚀键合面形成密封槽；形成低陷在密封槽内的第一金属密封层；对两个基板中的另一个，形成层叠于另一个基板的第二金属密封层；将第二金属密封层对接于密封槽内；及在将凸闩结构键合于锁孔结构的步骤之前，将第二金属密封层与第一金属密封层键合，得到沿基板的键合面围绕流道结构的密封结构，其中，第二键合温度为380℃，第二键合压强为104pa至105pa，真空度0.1pa。

19、如此设置，能够提高晶上集成结构中流道结构与电路的隔离能力，并且也能提高基板间的连接强度。

20、在一些实施方式中，用于形成晶上集成结构的方法，其中，还包括：在两个基板中的一个的键合面形成对准标记；在两个基板中的另一个的外周形成对准切面，对准切面用于与对准标记对准，以使金属焊盘对接于键合槽内；以及将第一基板的键合面与第二基板的键合面键合或气密性封装。

21、如此设置，可以提升第一基板和第二基板的对准精度，并且能够较好地区分第一基板和第二基板。

22、本公开实施方式还提供一种晶上集成结构，晶上集成结构包括：第一基板，具有从第一基板的第一键合面延伸入第一基板的键合槽、及多个从键合槽延伸入第一基板的键合孔；闩锁结构，填充于键合槽和键合孔内；以及第二基板，层叠于第一基板的设置键合槽的一侧，第二基板通过闩锁结构连接于第一基板，第二基板和第一基板中的至少一个设有流道结构。

23、本公开实施方式提供的晶上集成结构包括连接在一起的第一基板和第二基板，能够通过流道结构对各基板进行散热。该晶上集成结构使用寿命长，制造简单。

24、示例性地，晶上集成结构通过如前述的用于形成晶上集成结构的方法得到。

25、如此设置，能够实现牢固可靠的闩锁结构，保证第一基板和第二基板额连接强度。

技术特征：

1.用于形成晶上集成结构的方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，还包括：在所述第一基板形成另一些所述凸闩结构；及在所述第二基板形成另一些所述锁孔结构。

3.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，所述将所述凸闩结构键合于所述锁孔结构的步骤包括：对所述第一基板和所述第二基板沿层叠方向施加压力；对所述第一基板和所述第二基板加热，其中，第一键合温度为350℃至450℃。

4.根据权利要求3所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，所述将所述凸闩结构键合于所述锁孔结构的步骤中，所述第一键合温度为350℃，第一键合压强为10mpa至15mpa，保持时间为10min至15min。

5.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，所述金属焊盘的高度等于所述金属层结构在所述键合槽内的深度，所述键合孔的内径大于所述金属凸点的外径；

6.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，

7.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，所述流道结构位于所述键合面处，设有所述流道结构的基板具有背向所述键合面的工作面，所述方法还包括：

8.根据权利要求7所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，形成贯穿所述基板的导电通道，设有所述流道结构的基板中所述导电通道电连接于所述芯片；及

9.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，还包括：

10.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，还包括：

11.晶上集成结构，其特征在于，包括：

技术总结
本公开涉及晶上集成结构及其形成方法。该用于形成晶上集成结构的方法包括：在第一基板形成锁孔结构，形成锁孔结构的步骤包括：形成从基板的键合面延伸入基板的键合槽；形成多个从键合槽延伸入基板的键合孔；形成低陷在键合槽内的金属层结构；在第二基板形成凸闩结构，形成凸闩结构的步骤包括：形成层叠于基板的金属焊盘，其中，金属焊盘的外周与对应的键合槽的槽壁匹配；形成多个层叠于金属焊盘的金属凸点，金属焊盘处金属凸点的位置与对应的键合槽内键合孔的位置匹配；形成延伸入基板的流道结构；将金属焊盘对接于键合槽内；以及将凸闩结构键合于锁孔结构。该方法执行简单。此外，该方法能够将两个基板牢固可靠地连接。

技术研发人员：王传智,刘冠东,李洁,王伟豪,戚定定,李顺斌,张汝云
受保护的技术使用者：之江实验室
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15