具有限制部件的三维半导体管芯结构及方法

专利名称：具有限制部件的三维半导体管芯结构及方法
技术领域：
本公开内容一般地涉及半导体器件，并且更具体地，涉及具有限制部件 (containing feature)的三维半导体管芯(die)结构及方法。
背景技术：
当形成金属到金属管芯到管芯的互连时，考虑到安置失准，使每个管芯的对应焊 垫的尺寸足够大以相互覆盖。对于尺寸相等的大焊垫，象锡(Sn) —样的接合金属能够在管 芯的表面上流动，因而相邻互连的不希望的短路并不是故意的短路。存在着在拾取管芯并安置到晶片上之后以及在管芯于晶片层次同时接合期间管 芯移动的问题。管芯移动在将管芯热压至晶片的接合期间能够引起连接之间的短路或未对 准的开口。因此，需要用于克服以上所讨论的现有技术的问题的改进的方法和装置。


本发明通过实例的方式来说明并且不限定于附图，在附图中相似的参考符号表示 相似的元素。附图中的元素仅出于简单和清晰的目的来示出而不一定按比例绘制。图1-5是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯 结构的各个步骤期间第一管芯组件的一部分的截面图；图6是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结 构的另一步骤期间第二管芯组件的一部分的截面图；图7是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结 构的另一步骤期间第一管芯组件的所述部分相对第二管芯组件的所述部分的布置的截面 图；图8是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结 构的另一步骤期间第一管芯组件的所述部分与第二管芯组件的所述部分的热压接合的截 面图；图9是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结 构时第一管芯组件的所述部分与第二管芯组件的所述部分的邻接面的顶视图；以及图10和11是在根据本公开内容的一种实施例的具有限制部件的三维半导体管芯 结构中使用的第一管芯组件的栓柱部件(pegfeature)和第二管芯组件的限制部件较详细 的图表表示。
具体实施例方式本公开内容的实施例有利地提供了满足和/或超过用于在晶片规模下进行高生 产量管芯接合的后安置对准要求的方法和装置。没有本公开内容的实施例，当将粘合剂例 如具有及不具有助熔剂的环氧树脂、蜡、或其它有机粘合剂用于接合之前的临时性管芯附着时，管芯能够在晶片上不希望地移位。但是，本公开内容的实施例克服了接合之前在管芯 上的临时性管芯附着的这种不良移位。根据一种实施例，方法和装置包括栓柱(45)和限制部件(62)，其有利于使有机粘 合剂在安置及接合处理期间从栓柱所坐落的空间流出，如在此所讨论的。根据本公开内容 的实施例的方法包括在管芯和晶片上形成尺寸不对称的镀覆栓柱或焊垫使得相互啮合的 部件的面积小于形成管芯到晶片的连接的所坐落的部件的面积。在一种实施例中，起初没 有接触的交错的Cu栓柱和焊垫结构有利地充当了在临时粘合剂(例如具有或不具有助熔 剂的蜡或环氧树脂)被用来在接合之前定住管芯时的管芯移位的止动器。而且Cu栓柱及 限制部件用于在热压接合过程中阻止管芯移位。实施例提供了过程稳健性以及改进的管芯 到晶片的对准。而且，本公开内容的实施例能够使用于堆叠的管芯上管芯、晶片上管芯及晶 片上晶片的部分。现在转到附图，图1-5是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三 维半导体管芯结构的各个步骤期间第一管芯10的一部分的截面图。在图1中，第一管芯10 包括具有有源器件及互连的半导体管芯基板12的一部分。半导体管芯12能够包括任意具 有有源器件的半导体管芯。导电的或有源的接触焊垫14通过金属化通孔16耦接至下方的 互连和/或有源器件。接触焊垫14包含半导体管芯12的外部接触件并且能够包括任意适 合的金属。在一种实施例中，接触焊垫14包含Cu。钝化层18覆盖于半导体管芯12的层间 电介质(ILD)层的上表面，其中包括覆盖于接触焊垫14的一部分，同时保留接触焊垫14的 另一部分露出。钝化层18包括具有厚度大约为0. 25 μ m 2. 0 μ m的任意适合的钝化层。 例如，钝化层18能够包含由适合的方法形成的Si0x、SiN、Si0N、有机膜、或者它们的组合中 的一个或多个。形成覆盖于钝化层18的上表面以及接触焊垫14的露出部分的籽晶层20。在一种 实施例中，籽晶层20包括阻挡层部分和籽晶层部分。阻挡层部分先于籽晶层部分沉积。例 如，籽晶层20能够包含具有阻挡部分的Cu籽晶层部分，其中阻挡层部分能够包括TiW、TiN、 W、或其它适合的阻挡材料。阻挡材料防止覆盖的金属扩散回到接触焊垫14内的不良扩散。 籽晶层20的阻挡层部分能够具有大约0. 1 1. 0 μ m的厚度，并且籽晶层20的籽晶层部分 能够具有大约0. 1 1. 0 μ m的厚度，籽晶层20的总厚度为大约0. 2 2. 0 μ m。籽晶层20 能够使用任意适合的技术来形成，例如，物理汽相沉积(PVD)或化学汽相沉积(CVD)。仍然参考图1，形成覆盖于籽晶层20的上表面的图形化的光致抗蚀剂22。图形化 的光致抗蚀剂22包括位于接触焊垫14先前由钝化层18内的开口所露出的部分之上的第 一开口 24，其中籽晶层20覆盖于先前露出的接触焊垫14。图形化的光致抗蚀剂22包括覆 盖于籽晶层20的另一部分的第二开口 26，其中第二开口具有小于第一开口的对应截面尺 寸的截面尺寸。图形化的光致抗蚀剂22包括由已知的光刻技术所形成的任意适合的光致 抗蚀剂并且能够具有大约13 25 μ m的厚度，或者比将要形成的镀覆接触件及镀覆的栓柱 部件厚至少大约1微米(1 μ m)的厚度。现在转到图2，使用适合的镀覆技术将金属沉积于图1的开口 24和26之内以形 成具有升高的角落部分30的镀覆的接触部件28以及镀覆的栓柱部件32。镀覆的接触部 件28的升高的角落部分30能够由手在籽晶层20和覆盖接触焊垫14的钝化层18的角落 边缘之上的镀覆而出现。在一种实施例中，镀覆的接触部件28包括适合的二维形状的微焊垫，其中该微焊垫是典型的倒装芯片尺度的一小部分。镀覆金属包括给出的管芯组件应用 的任意适合的金属，例如，Cu。适合的镀覆技术能够包括本领域中已知的任意适合的电镀或 化学镀技术。在一种实施例中，镀覆的接触焊垫28具有大约15 54μπι的宽度尺寸。另外，镀 覆的接触焊垫28具有按照由参考数字29所示的量延伸至覆盖钝化层18的籽晶层20以 上的高度尺寸，例如，大约5. 0 μ m。另外，镀覆的接触焊垫28的厚度应当是足够用于消耗 覆盖金属(例如，Sn)的，这将在下文针对金属间化合物(例如，Cu3Sn)在镀覆的接触焊垫 28(例如，Cu)顶部上的形成进一步讨论。类似地，在一种实施例中，镀覆的栓柱部件32具 有大约4 13 μ m的宽度尺寸。另外，镀覆的栓柱部件32具有按照由参考数字33所示的 量延伸至覆盖钝化层18的籽晶层20以上的高度尺寸，例如，大约5. 5 μ m。一般地，高度33 最好比高度29高大约0. 5 μ m。而且，镀覆的接触部件28的面积与镀覆的栓柱部件32的面 积的比值大约为2. 75 1 36 1。现在参考图3，使用适合的技术将形成金属间化合物所使用的金属沉积于镀覆的 接触部件(或微焊垫)28和镀覆的栓柱部件32的上表面之上。覆盖于镀覆的接触部件28 的金属由参考数字34指示而覆盖于镀覆的栓柱部件32的金属则由参考数字36指示。在 一种实施例中，金属34和36包含Sn。另加的金属能够包括铟、金、银-铜合金、铅-锡、焊 料材料、或它们的组合，这根据给定的管芯组件应用的要求来选择。沉积金属34和36的适 合技术能够包括本领域中已知的任意适合的电解镀覆或浸镀方法。在金属34和36形成之后，图形化的光致抗蚀剂22使用适合的技术来去除，例如， 使用适合的湿法剥离或干法蚀刻。图形化的光致抗蚀剂22的去除使部分籽晶层20露出， 包括其在镀覆的接触焊垫28和镀覆的栓柱部件32之外的区域内的籽晶层部分和阻挡层部 分。在图形化的光致抗蚀剂22去除之后，籽晶层20的露出部分使用适合的蚀刻或剥离来 去除，其中由于籽晶层去除而露出的镀覆的接触焊垫28和镀覆的栓柱部件32的侧壁受到 轻度氧化。如图4所示，籽晶层20保留于镀覆的接触焊垫28和镀覆的栓柱部件32之下。 另外，籽晶层20的去除引起了镀覆的接触部件28和镀覆的栓柱部件32的某种底切，其中 悬突区38和40分别形成于镀覆的接触部件28和镀覆的栓柱部件32的上周边附近，并且 分别在对应的金属层34和36之下。换句话说，悬突区38和40分别对应于金属34和36 的悬臂部分。在一种实施例中，金属层34和36的悬突区38和40分别悬突出下方的镀覆金属 大约1 μ m的量。另外，镀覆的栓柱部件32在去除籽晶层20的露出部分的过程中减小了宽 度。在一种实施例中，镀覆的栓柱部件32减小至大约2. 0 12 μ m的宽度尺寸。现在参考图5，图4的结构受到充分的快速热退火以使金属34和36分别回流成回 流金属42和44。退火是足够引起金属的期望回流的，并且在镀覆的接触焊垫28和变薄的 栓柱部件32上最低程度形成金属间化合物。由于镀覆的接触焊垫28较大的宽度尺寸和所 期望的回流，因而覆盖该部件顶部的金属34在退火期间变换成一般拱形形状42。由于变薄 的栓柱部件32较薄的尺寸和所期望的回流，因而覆盖该部件顶部的金属36在退火期间变 换成一般球体形状44。宽度减小的栓柱部件32和覆盖金属44的回流球体共同形成用于限 制管芯组件10相对管芯组件50的移动的栓柱45，这将在下文参考图7和8进一步讨论。根据一种实施例，一般球体形状44的特征在于截面面积为大约最小4 μ m2到最大144 μ m2。另外，镀覆的接触焊垫28和回流金属42具有按照由参考数字46所示的量延伸至 钝化层18以上的高度尺寸，例如，大约8.0μπι。类似地，在一种实施例中，镀覆的栓柱部件 32和回流金属球体44共同具有按照由参考数字48所示的量延伸至钝化层18以上的高度 尺寸，例如，大约10. 5 μ m。通常，高度48最好比高度46大近似2. 0 2. 5 μ m。图6是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结 构的另一步骤期间第二管芯组件50的一部分的截面图。在图6中，第二管芯组件50包括 与图5的第一半导体管芯部分10相似的部件并且以与其相似的方式来形成，区别如在此所 述。第二管芯组件50包括半导体管芯52。半导体管芯52能够包括具有有源器件的任意 半导体管芯。导电的或有源的接触焊垫54通过金属化通孔56耦接至下方的互连和/或有 源器件。接触焊垫54包含半导体管芯部分52的外部接触件并且能够包括任意适合的金 属。在一种实施例中，接触焊垫54包含Cu。钝化层58覆盖于半导体管芯52的间层电介质 (ILD)层的上表面，其中包括覆盖于接触焊垫54的一部分，同时保留接触焊垫54的另一部 分露出。钝化层58包括具有大约0.25μπι 2. Oym的厚度的任意适合的钝化层。例如， 钝化层58能够包含由适合的方法形成的SiOx、SiN, SiON、有机膜、或者它们的组合中的一 个或多个。形成覆盖于钝化层58的上表面以及接触焊垫54的露出部分的籽晶层60。在一种 实施例中，籽晶层60包括阻挡层部分和籽晶层部分。阻挡层部分先于籽晶层部分沉积。例 如，籽晶层60能够包括具有阻挡部分的Cu籽晶层部分，其中阻挡层部分能够包括TiW、TiN、 W、或其它适合的阻挡材料。阻挡材料防止了覆盖金属扩散回到接触焊垫54内的不良扩散。 籽晶层60的阻挡层部分能够具有大约0. 1 1. 0 μ m的厚度以及籽晶层60的籽晶层部分 能够具有大约0. 1 1. 0 μ m的厚度，其中籽晶层60的总厚度大约为0. 2 2. 0 μ m。籽晶 层60能够使用任意适合的技术来形成，例如，物理汽相沉积(PVD)或化学汽相沉积(CVD)。仍然参考图6，包括限制部件的元件64和66的限制部件62，以及镀覆的接触焊垫 (或微焊垫)68以与图2-4的镀覆的栓柱部件32和镀覆的接触焊垫(或微焊垫)28相似的 方式来形成。特别地，使用适合的镀覆技术将金属沉积于图形化的光致抗蚀剂的对应开口 (没有示出)之内以形成具有升高的角落部分的镀覆的接触部件68以及限制部件62的镀 覆的部件元件64和66。限制部件62的镀覆的部件元件64和66相互隔开如将在下文结合 图10和11来说明的量。微焊垫68和限制部件62的镀覆金属包含用于给定的管芯组件应 用的任意适合的金属，例如，Cu。适合的镀覆技术能够包括本领域中已知的任意适合的电镀 或化学镀技术。在一种实施例中，镀覆的接触焊垫68具有大约15 54μπι的宽度尺寸。另外，镀 覆的接触焊垫68具有按照例如大约5. 0 μ m的量延伸至覆盖钝化层58的籽晶层60以上的 高度尺寸。另外，镀覆的接触焊垫68的厚度相对于与镀覆的接触焊垫68 (例如，Cu)顶部 邻近的金属间化合物(例如，Cu3Sn)的形成应当是足够用于消耗覆盖金属(例如，Sn)(将 在下文进一步讨论)的。类似地，在一种实施例中，限制部件62的部件元件64和66具有 大约4 13 μ m的宽度尺寸。另外，限制部件62的部件元件64和66具有按照大约5. 5 μ m 的量延伸至覆盖钝化层58的籽晶层60以上的高度尺寸。通常，与限制部件62的部件元件 64和66相对的高度最好比镀覆的接触部件或微焊垫68的高度高大约0. 5 μ m。而且，镀覆 的接触部件68的面积与限制部件62的限制部件元件64和66中的至少一个的面积的比值为大约2. 75 1 36 1。图7是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件62的三维半导体管芯 结构的另一步骤期间第一管芯组件10相对第二管芯组件50安置的截面图。特别地，预定 量的适当材料70被分配于管芯组件50的表面之上的给定位置中，而在管芯组件10安置于 管芯组件50之上时，材料70被分配于两个管芯组件之间。由于例如在两个管芯组件之间 的材料的毛细作用，管芯组件之间的材料压缩，或者其它方式，材料70的分配能够发生。材 料70能够包括，例如，适合的蜡材料，或者一种或多种有机粘合剂，例如环氧树脂。材料70 还可以包括空气。在随后的处理步骤中，材料70可以经由适合的技术来去除，例如蒸发，这 结合下文关于图10和11的讨论将会得到更好的理解。将管芯组件10安置于管芯组件50之上包括将微焊垫28布置于微焊垫68之上。 另外，栓柱45位于限制部件62的元件64和66之间的区域之内。假定在对应的钝化层18 之上，栓柱45的高度大于微焊垫28和回流金属42的组合高度，并且假定限制部件62的元 件64和66的高度大于微焊垫68的高度，那么在将管芯组件10安置于管芯组件50之上时， 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，如图7所示。结果， 在第一管芯组件10安置于第二管芯组件50之上后，第一管芯组件10相对第二管芯组件50 横向移动的能力受到了限制。特别地，如果第一管芯组件10移动到图7的右侧，则其移动将在栓柱45与限制部 件62的元件66物理接触时受到限制。另外，如果第一管芯组件10移动到图7的左侧，则 它的移动将在栓柱45与限制部件62的元件64物理接触时受到限制。另外，一个管芯组件 相对另一个管芯组件的移动由于在两个管芯组件之间材料70的存在而受到流体力阻尼。图8是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件62的三维半导体管芯 结构76的另一步骤期间第一管芯组件10与第二管芯组件50热压接合的截面图。在第一 管芯组件10安置于第二管芯组件50之上后，组合的结构使用热压接合的领域中所已知的 适合的设备及工艺经由热压接合来处理。通常，第一管芯组件10安置于第二管芯组件50 之上的位置出现于与热压接合的位置不同的物理位置。在从安置位置到热压接合位置的移 动期间，所安置的第一管芯组件10可能已相对第二管芯组件50横向移动了 ；但是，该横向 移动由第一管芯组件10的栓柱45在第二管芯组件50的限制部件62之内的存在所限制。在热压接合期间，按照足够以移动有机材料70并且使所期望的接合得以发生的 量来将第一管芯组件10压到第二管芯组件50上。例如，在一种实施例中，接合压力为大约 4. 5psi 27psi。在另一种实施例中，对于200mm的晶片，接合力具有大约1000 6000牛 顿。另外，热压接合的热部分包括将处理期间的温度提高到足够以形成金属间化合物的期 望水平。在一种实施例中，接合金属包含Sn，而对应的镀覆焊垫(或微焊垫)则包含Cu。在 这样的实例中，热压接合的温度大于232°C以熔化Sn并形成Cu3Sn和Cu6Sn5金属间化合物。换句话说，热压缩引起金属间化合物形成于第一管芯组件10的回流金属42及微 焊垫28与图7的第二管芯组件50的微焊垫68之间，并且特别地成为图8的金属间化合物 结72。图8还示出了已经相对第二管芯组件50横向移动的第一管芯组件10的实例，其中 该移动由与限制部件62的元件66接触的栓柱45所限制。结果，另外，热压缩引起在栓柱 45的变薄的栓柱部件32上的回流金属44在第一管芯组件10的回流金属44及变薄的栓柱 部件32与图7的第二管芯组件50的元件66之间形成金属间化合物，并且特别地，成为图8的金属间化合物结74。金属间化合物72和74的形成导致第一管芯组件10和第二管芯 组件50的对应部件的金属消耗。图9是根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结构 所使用的第一管芯部分10和第二管芯部分50的邻接面的顶视图。特别地，第一管芯部分 10和第二管芯部分50的邻接互补面分离开来示出，并且由参考数字77所指示。第一管芯 部分10的面包括微焊垫28和82 (具有没有示出的覆盖的回流金属)以及栓柱45和78，其 中微焊垫82和栓柱78分别与微焊垫28 (具有覆盖的回流金属)和栓柱45相似，如先前所 讨论的。图5中所示的截面沿着在图9的第一管芯部分10上的线5-5截取。第二管芯部 分50的面包括微焊垫68和84以及限制部件62和80，其中微焊垫84和限制部件80分别 与微焊垫68和限制部件62相似，如先前所讨论的。图6中所示的截面沿着在图9的第二 管芯部分50上的直线6-6截取。当邻接面一个叠一个地安置时，微焊垫28 (具有没有在图 9中示出的回流金属42)覆盖微焊垫68，微焊垫82(具有没有在图9中示出的回流金属) 覆盖微焊垫84，栓柱45布置于限制部件62之内，并且栓柱78布置于限制部件80之内。由 于在第一及第二管芯组件之间具有栓柱和限制部件，因而第一管芯部分相对第二管芯部分 的安置以及任意随后的移动被约束于例如边界86所限定的区域。图10和11是在根据本公开内容的一种实施例的具有限制部件的三维半导体管芯 结构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较详细的 图表表示。特别地，图10提供了包含变薄的栓柱部件32(具有为了说明方便而没有示出的 覆盖的回流金属44)的栓柱45的顶视图。图10还提供了限制部件62的顶视图。如此前 所讨论的，限制部件62包括元件64和66。限制部件62还包括特性与元件64和66相似的 元件88、90、92、94、96、及98。图10的图解还示出了栓柱45与限制部件62的周围元件之 间的期望间隔。特别地，当近似置于限制部件62的元件之间的中心时，栓柱45与限制部件 隔开大约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上时管芯部分的限制栓柱45的放置偏差的量，如箭头100和102所示。图 7所示的包括栓柱45及元件64和66的部分截面沿着图10的线7_7截取。仍然参考图10，元件64、88、90、66、92、94、96、及98与它们的相邻元件分隔开以足 够使有机粘合材料能够进入及外出，但是并没有分隔开到足够使栓柱45在它们的相邻元 件之间通过。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 所限定的限制区域99之内移动。粘性材料的进入能够发生于限制部件的两个相邻元件之 上和/或之间的任意方向上，例如参考数字104所指示的。而且，粘性材料的外出能够发生 于不与粘性材料的进入相遇的任意方向上，例如，如参考数字106和108所指示的。粘性材 料对应于有机粘合材料70，如先前所讨论的。图11提供了与图10中所示的相似的栓柱45和限制部件62的顶视图，区别如下。 在图11中，栓柱45相对限制部件62移位或移动了。特别地，栓柱45移动到了限制部件 62的右侧，但是元件66和92的存在防止了其进一步向右移动。如以上所讨论的，在限制 部件的相邻元件之间的间隔是足够让有机粘合材料进入或外出的，但是并不足够让栓柱45 移动到限制部件的边界99之外。粘性材料的进入能够发生于限制部件的两个相邻元件之 上和/或之间的任意方向上，例如参考数字104所指示的。而且，粘性材料的外出能够发生 于不与粘性材料的进入相遇的任意方向上，例如，如参考数字108和110所指示的。在图11中，图10的先前出口 106由邻接元件66和92的栓柱45的存在所阻挡。此外，图8中所示 的包括栓柱45及元件64和66的一部分截面沿着图11的线8-8截取。限制部件62的元件64、88、90、66、92、94、96、及98的数量及配置能够不同于附图 所示的。具体的尺寸、配置或布局，以及相邻元件之间的间距能够根据给定的具有限制部件 的三维尺寸管芯结构的要求来选择，如在此所公开的。另外，第一管芯部分的栓柱和微焊垫 以及第二管芯部分的限制部件和微焊垫形成合成的三维半导体管芯结构中的第一管芯部 分和第二管芯部分的互补部件。在此所描述的半导体基板能够是任意半导体材料或材料组合，例如镓砷、硅锗、绝 缘体上硅(SOI)、硅、单晶硅等，以及以上材料的组合。至此，应当理解，已经提供了管芯上管芯(die-on-die)组件，包含第一管芯，其 具有第一接触延伸件(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，其具有与所述第一接触延伸件连接的第二接触延伸件且具有包围所述 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过所述限制 部件。栓柱能够包括与第一管芯相邻的第一金属以及在远离第一管芯的栓柱末端上的第二 金属。在一种实施例中，第二金属包括锡，其中第一高度大于第二高度。在另一种实施例中， 第一金属在与第二金属的界面的面积小于144平方微米。根据另一种实施例，第一高度与 第二高度之和大于第一接触延伸件的高度与第二接触延伸件的高度之和。在另一种实施例中，限制部件包括从第二管芯延伸出的限定受限移动的区域的多 个元件，其中栓柱处于受限移动的区域之内。在又一种实施例中，限制部件用于限制第二管 芯相对第一管芯的移动使得第一外部接触件在预定的容差内与第二外部接触件对准。在再 一种实施例中，第一管芯的特征还在于具有第二栓柱；而第二管芯的特征还在于具有包围 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区域。根据另一种实施例，形成管芯上管芯组件的方法包括在第一半导体管芯上形成第 一外部接触件，在第一半导体管芯之上(包括在第一外部接触件之上)形成第一籽晶层，在 第一籽晶层之上形成具有第一开口和第二开口的第一光致抗蚀剂层，其中第一开口处于第 一外部接触件之上，执行镀覆步骤以引起第一镀覆接触件在第一开口内形成以及栓柱在第 二开口内形成，去除第一光致抗蚀剂层，以及去除在与第一镀覆接触件及栓柱相邻的区域 内的第一籽晶层。方法还包括在第二半导体管芯上形成第二外部接触件，在第二半导体管 芯之上(包括在第二外部接触件之上)形成第二籽晶层，在第二籽晶层之上形成具有第三 开口和环形开口的第二光致抗蚀剂层，其中第三开口处于第二外部接触件之上，执行镀覆 步骤以引起第二镀覆接触件在第三开口内形成以及引起用来限定用于约束第一半导体管 芯和第二半导体管芯之间的移动的限制区域的限制部件在环形开口内形成，去除第二光致 抗蚀剂层，以及去除在与第二镀覆接触件和限制部件相邻的区域内的第二籽晶层。方法还 包括安置第一半导体管芯使之与第二半导体管芯接触，使得第一镀覆接触件与第二镀覆接 触件接触并且栓柱处于限制区域之内。在另一种实施例中，执行镀覆步骤以引起第一镀覆接触件在第一开口内形成以及 栓柱在第二开口内形成的步骤的特征还在于栓柱被形成为高度大于第一镀覆接触件的高 度。另外，执行镀覆步骤以引起第一镀覆接触件在第一开口内形成以及栓柱在第二开口内 形成的步骤的特征还在于在第一开口内形成第一镀覆部分，在第二开口内形成第一栓柱部
11分，在第一镀覆部分上形成第一金属层，以及在第一栓柱部分上形成第二金属层。而且，执 行镀覆步骤以引起第一镀覆接触件在第一开口内形成以及栓柱在第二开口内形成的步骤 的特征还在于第一金属层和第二金属层包含锡。而且，形成第一光致抗蚀剂层的步骤的特 征还在于第一开口具有比第二开口的面积大的面积。此外，去除籽晶层的步骤的特征还在 于减小栓柱的宽度使得第一栓柱部分的上表面具有不大于144平方微米的面积。根据另一种实施例，形成第二光致抗蚀剂层的步骤的特征还在于环形开口在布置 于闭合环路中的第二光致抗蚀剂层内包括多个开口。执行镀覆步骤以引起第二镀覆接触件 在第三开口内形成以及限制特征在环形开口内形成的步骤的特征还在于限制部件在多个 开口内形成使得限制部件包括布置于闭合环路内的多个金属元件。根据另一种实施例，方法还包括在第一籽晶层之上形成第一光致抗蚀剂层的步 骤的特征还在于第一光致抗蚀剂层具有第五开口 ；执行镀覆步骤以引起第一镀覆接触件在 第一开口内形成以及栓柱在第二开口内形成的步骤的特征还在于在第五开口内形成第二 栓柱；去除在与第一镀覆接触件及栓柱相邻的区域内的第一籽晶层的步骤还去除与第二栓 柱相邻的第一籽晶层；在第二籽晶层之上形成第二光致抗蚀剂层的步骤的特征还在于第二 光致抗蚀剂层具有第二环形开口 ；执行镀覆步骤以引起第二镀覆接触件在第三开口内形成 以及限制部件在环形开口内形成的步骤的特征还在于引起用来限定用于约束第一半导体 管芯和第二半导体管芯之间的移动的第二限制区域的第二限制部件在第二环形开口内形 成；在与第二镀覆接触件及限制部件相邻的区域内去除第二籽晶层的步骤的特征还在于去 除与第二限制部件相邻的第二籽晶层；以及安置第一半导体管芯使之与第二半导体管芯接 触的步骤的特征还在于第二栓柱处于第二限制区域之内。根据另一实施例，形成管芯上管芯组件的方法包括在第一半导体管芯上形成从 第一半导体管芯延伸出的第一接触延伸件并且在第一半导体管芯上形成第一栓柱和第二 栓柱；在第二半导体管芯上形成第二接触延伸件并且形成包围第一限制区域的第一限制部 件以及包围第二限制区域的第二限制部件；安置第一接触延伸件使之与第二接触延伸件接 触，将第一栓柱安置于第一限制区域内，以及将第二栓柱安置于第二限制区域内；以及将第 一接触延伸件和第二接触延伸件热压接合于一起，同时第一及第二接触延伸件的横向移动 由第一限制区域内的第一栓柱和第二限制区域内的第二栓柱约束至预定的量。在另一种实 施例中，形成第一接触延伸件的步骤和形成第二接触延伸件的步骤中的至少一个步骤的特 征还在于执行锡的沉积及退火，其中第一接触延伸件的高度与第二接触延伸件的高度之和 小于第一栓柱的高度与第一限制区域的高之和。因为实现本发明的装置大部分包括本领域技术人员已知的构件，所以为了理解及 领会本发明的基础概念并且为了不混淆或分散本发明主旨，构件的具体细节除以上所示出 的被认为是必要的以外将不作更多说明。而且，在描述及权利要求中词语“前面”、“后面”、“顶部”、“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对位置。应当理解，这样使用 的词语在适当的环境下是可互换的使得在此所描述的本发明的实施例，例如，能够在与所 示取向不同的其它取向或在此所描述的其它取向上工作。虽然本发明在此参考具体的实施例来描述，但是在不脱离权利要求书所阐述的本 发明的范围的情况下能够进行不同的修改和改变。例如，第一管芯可以包括栓柱及限制部件这两者，其中第二管芯包括限制部件及栓柱中互补对应的一个。另外，本公开内容的实施 例现在及将来都能够相对于在任意技术阶段所使用的三维集成来实现。因此，说明书和附 图应看作是说明性的而非限制性的，并且所有这样的修改都要包含于本发明的范围之内。 在此关于具体的实施例所描述的任何好处、优点、或问题的解决方案并不应看作是任一或 所有权利要求的关键的、必需的、或本质的特征或元素。在此所使用的词语“耦接的”并不是要限定于直接耦接或机械上的耦接。而且，在此所使用的词语“a”或“an”被定义为一个或多个。同样，开放性短语例 如“至少一个”和“一个或多个”在权利要求中的使用不应当被看作隐含由不定冠词“a”或 “an”所引入的另外的权利要求元素将包含该引入的权利要求元素的任意特别的权利要求 限定于仅包含一个这样的元素的发明，即使在相同的权利要求包括开放性短语“一个或多 个”或“至少一个”以及不定冠词例如“a”或“an”时。这对定冠词的使用同样有效。除非另有声明，否则例如“第一”和“第二”这样的词语被用来随意区分这样的词语 所描述的元素。因而，这些词语并不一定是要表示这样的元素的时间优先级或其它优先级。
权利要求
一种管芯上管芯组件，包括第一管芯，其具有第一接触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，其具有与所述第一接触延伸件连接的第二接触延伸件且具有包围所述栓柱的、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过所述限制部件。
2.根据权利要求1的管芯上管芯组件，其中所述栓柱包括与所述第一管芯相邻的第一 金属以及在远离所述第一管芯的所述栓柱的末端上的第二金属。
3.根据权利要求2的管芯上管芯组件，其中所述第二金属包括锡。
4.根据权利要求3的管芯上管芯组件，其中所述第一高度大于所述第二高度。
5.根据权利要求4的管芯上管芯组件，其中所述第一金属在与所述第二金属交界面处 的面积小于144平方微米。
6.根据权利要求1的管芯上管芯组件，其中所述第一高度与所述第二高度之和超过所 述第一接触延伸件的高度与所述第二接触延伸件的高度之和。
7.根据权利要求1的管芯上管芯组件，其中所述限制部件包括从所述第二管芯延伸出 的限定受限移动区域的多个元件，其中所述栓柱在所述受限移动区域之内。
8.根据权利要求1的管芯上管芯组件，其中所述限制部件用于约束所述第二管芯相对 所述第一管芯的移动使得所述第一外部接触件在预定的容差内与所述第二外部接触件对 准。
9.根据权利要求1的管芯上管芯组件，其中 所述第一管芯的特征还在于具有第二栓柱；以及所述第二管芯的特征还在于具有包围所述第二栓柱的、在所述第二管芯之上延伸第二 高度的第二限制区域。
10.一种形成管芯上管芯组件的方法， 在第一半导体管芯上形成第一外部接触件；在所述第一半导体管芯之上包括在所述第一外部接触件之上形成第一籽晶层； 在所述第一籽晶层之上形成具有第一开口和第二开口的第一光致抗蚀剂层，其中所述 第一开口在所述第一外部接触件之上；执行镀覆步骤以引起第一镀覆接触件在所述第一开口内形成以及栓柱在所述第二开 口内形成；去除所述第一光致抗蚀剂层；去除与所述第一镀覆接触件及所述栓柱相邻的区域内的所述第一籽晶层； 在第二半导体管芯上形成第二外部接触件；在所述第二半导体管芯之上包括在所述第二外部接触件之上形成第二籽晶层； 在所述第二籽晶层之上形成具有第三开口和环形开口的第二光致抗蚀剂层，其中所述 第三开口在所述第二外部接触件之上；执行镀覆步骤以引起第二镀覆接触件在所述第三开口内形成以及引起用来限定用于 约束所述第一半导体管芯和第二半导体管芯之间的移动的限制区域的限制部件在所述环 形开口内形成；去除所述第二光致抗蚀剂层；去除在与所述第二镀覆接触件及所述限制部件相邻的区域内的所述第二籽晶层；以及 安置所述第一半导体管芯使之与所述第二半导体管芯接触使得所述第一镀覆接触件 与所述第二镀覆接触件接触并且所述栓柱在所述限制区域之内。
11.根据权利要求10的方法，其中执行镀覆步骤以引起所述第一镀覆接触件在所述第 一开口内形成以及所述栓柱在所述第二开口内形成的步骤的特征还在于所述栓柱被形成 为高度大于所述第一镀覆接触件的高度。
12.根据权利要求11的方法，其中执行镀覆步骤以引起所述第一镀覆接触件在所述第 一开口内形成以及所述栓柱在所述第二开口内形成的步骤的特征还在于在所述第一开口 内形成第一镀覆部分，在所述第二开口内形成第一栓柱部分，在所述第一镀覆部分上形成 第一金属层，以及在所述第一栓柱部分上形成第二金属层。
13.根据权利要求12的方法，其中执行镀覆步骤以引起所述第一镀覆接触件在所述第 一开口内形成以及所述栓柱在所述第二开口内形成的步骤的特征还在于所述第一金属层 和所述第二金属层包含锡。
14.根据权利要求13的方法，其中形成所述第一光致抗蚀剂层的步骤的特征还在于 所述第一开口具有比所述第二开口的面积更大的面积。
15.根据权利要求14的方法，其中去除所述籽晶层的步骤的特征还在于减小所述栓 柱在所述第二金属层之下的部分的宽度使得所述第一栓柱部分的上表面具有不大于144 平方微米的面积。
16.根据权利要求10的方法，其中形成所述第二光致抗蚀剂层的步骤的特征还在于 所述环形开口在闭合环路内所设置的所述第二光致抗蚀剂层中包含多个开口。
17.根据权利要求16的方法，其中执行所述镀覆步骤以引起第二镀覆接触件在所述第 三开口内形成以及限制部件在所述环形开口内形成的步骤的特征还在于所述限制部件被 形成于所述多个开口内使得所述限制部件包括设置于所述闭合环路内的多个金属元件。
18.根据权利要求9的方法，其中在所述第一籽晶层之上形成第一光致抗蚀剂层的步骤的特征还在于所述第一光致抗 蚀剂层具有第五开口；执行镀覆步骤以引起第一镀覆接触件在所述第一开口内形成以及栓柱在所述第二开 口内形成的步骤的特征还在于在所述第五开口内形成第二栓柱；去除在与所述第一镀覆接触件及所述栓柱相邻的区域内的所述第一籽晶层的步骤还 去除与所述第二栓柱相邻的所述第一籽晶层；在所述第二籽晶层之上形成所述第二光致抗蚀剂层的步骤的特征还在于所述第二光 致抗蚀剂层具有第二环形开口；执行镀覆步骤以引起第二镀覆接触件在所述第三开口内形成以及限制部件在所述环 形开口内形成的步骤的特征还在于引起用来限定用于约束所述第一半导体管芯和所述第 二半导体管芯之间的移动的第二限制区域的第二限制部件在所述第二环形开口内形成；去除在与所述第二镀覆接触件及所述限制部件相邻的区域内的所述第二籽晶层的步 骤的特征还在于去除与所述第二限制部件相邻的所述第二籽晶层；以及安置所述第一半导体管芯使之与所述第二半导体管芯接触的步骤的特征还在于所述 第二栓柱在所述第二限制区域之内。
19.一种形成管芯上管芯组件的方法，包括如下步骤在第一半导体管芯上形成从所述第一半导体管芯延伸的第一接触延伸件并且在所述 第一半导体管芯上形成第一栓柱和第二栓柱；在第二半导体管芯上形成第二接触延伸件并且形成包围第一限制区域的第一限制部 件以及包围第二限制区域的第二限制部件；安置所述第一接触延伸件使之与所述第二接触延伸件接触，将所述第一栓柱安置于所 述第一限制区域内，并且将所述第二栓柱安置于所述第二限制区域内；以及将所述第一接触延伸件与所述第二接触延伸件热压接合在一起，而通过在所述第一区 域内的所述第一栓柱和在所述第二区域内的所述第二栓柱，第一和第二接触延伸件的横向 移动被约束至预定的量。
20.根据权利要求19的方法，其中形成所述第一接触延伸件的步骤和形成所述第二接 触延伸件的步骤中的至少一个步骤的特征还在于执行锡的沉积及退火，其中所述第一接 触延伸件的高度与所述第二接触延伸件的高度之和小于所述第一栓柱的高度与所述第一 限制区域的高度之和。
21.根据权利要求19的方法，其中在形成所述第一接触延伸件的步骤和形成所述第二 接触延伸件的步骤中的至少一个步骤之后，且在安置所述第一接触延伸件使之与所述第二 接触延伸件接触之前，所述方法还包括以下步骤将有机粘合剂和临时粘合剂中的至少一种沉积于所述第一半导体管芯和所述第二半 导体管芯中的至少一个上，其中所述有机粘合剂和所述临时粘合剂中的所述至少一种在所 述安置步骤之后并且在所述热压接合步骤之前在所述第一半导体管芯和所述第二半导体 管芯之间提供一种约束的形式。
22.根据权利要求21的方法，其中在所述热压接合步骤之后所述有机粘合剂和所述临 时粘合剂中的所述至少一种保留于所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯之间，由此 充当在所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯之间的底充物。
全文摘要
一种管芯上管芯组件，具有第一管芯(10)和第二管芯(50)。第一管芯(10)具有第一接触延伸件(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)具有与第一接触件连接的第二接触延伸件(68)并且具有使第二高度延伸至第二管芯以上的包围栓柱的限制部件(62)。栓柱延伸超过限制部件。因为栓柱延伸超过限制部件，所以在第一及第二管芯之间的横向移动能够引起栓柱变得与限制部件接触并且由限制部件所约束。从而栓柱和限制部件有用于约束第一及第二管芯之间的移动。
文档编号H01L23/48GK101911289SQ200880122700
公开日2010年12月8日 申请日期2008年12月10日 优先权日2007年12月28日
发明者R·查特杰, S·K·波兹德 申请人:飞思卡尔半导体公司