优先权要求和相关申请的交叉引用
本申请根据35u.s.c.119(e)(1)要求于2019年06月12日提交的美国非临时申请号16/439,622、以及于2019年05月10日提交的美国临时申请号62/846,081和于2018年06月13日提交的美国临时申请号62/684,505的权益，其通过引用以其整体并入于此。
以下描述涉及集成电路(“ic”)。更具体地，以下描述涉及制造ic裸片(die)和晶片。
背景技术：
微电子元件通常包括半导体材料(诸如硅或砷化镓)的薄平板，该薄平板通常被称为半导体晶片。晶片可以被形成为包括在晶片表面上和/或部分嵌入在晶片内的多个集成芯片或裸片。与晶片分开的裸片通常作为单独的、预封装单元而被提供。在一些封装设计中，裸片被安装到衬底或芯片载体，该衬底或芯片载体又被安装在诸如印刷电路板(pcb)的电路面板上。例如，许多裸片提供在适于表面安装的封装中。
经封装的半导体裸片还能够以“堆叠”设置被提供，其中一个封装例如被提供在电路板或其他载体上，并且另一封装被安装在第一封装的顶部上。这些布置可以允许若干个不同裸片和器件被安装在电路板上的单个占用区(footprint)内，并且可以通过在封装之间提供短互连来进一步促进高速度操作。通常，该互连距离可能仅略大于裸片自身的厚度。为了在裸片封装的堆叠内实现互连，可以在每个裸片封装(最顶部封装除外)的两侧(例如，多个面)上提供用于机械连接和电连接的互连结构。
附加地，裸片或晶片可以以三维设置被堆叠，以作为各种微电子封装方案的一部分。这可以包括：在较大的基部裸片、器件、晶片、衬底等上堆叠一个或多个裸片、器件和/或晶片的层：以垂直或水平设置堆叠多个裸片或晶片，以及两者的各种组合。
裸片或晶片可以使用各种接合技术以堆叠设置而接合，接合技术包括直接电介质接合、非粘合技术(诸如，
接合的裸片或晶片的相应配合表面通常包括嵌入式导电互连结构(其可以是金属)等。在一些示例中，接合表面被设置和对准，使得来自相应表面的导电互连结构在接合期间被联接。联接的互连结构在堆叠的裸片或晶片之间形成连续的导电互连(用于信号、功率等)。
实现堆叠裸片和晶片设置可能存在各种挑战。当使用直接接合或混合接合技术接合堆叠的裸片时，通常期望待接合裸片的表面极其平坦、平滑和清洁。例如，通常，这些表面在表面形貌上应当具有非常低的变化(即，纳米级变化)，以使得这些表面可以紧密配合以形成持久的接合。
双面裸片可以被形成并且被制备以用于堆叠和接合，其中裸片的两侧将被接合到其他衬底或裸片，诸如在多裸片-到-裸片或多裸片-到-晶片的情况中。制备裸片的两侧包括加工(finish)两个表面以满足电介质粗糙度规格和金属层(例如铜等)凹陷规格。例如，在接合表面处的导电互连结构可以稍微凹陷，恰好在接合表面的绝缘材料下方。在接合表面下方的凹陷量可以由器件或应用的尺寸公差、规格或物理限制来确定。可以制备混合表面以使用化学机械抛光(cmp)工艺等与另一裸片、晶片或其他衬底接合。
通常，当包含电介质层和一个或多个金属特征(例如嵌入式导电互连结构)的组合的直接接合表面被接合在一起时，电介质表面首先在较低温度下接合，并且之后随着金属在退火期间被加热，特征的金属膨胀。金属的膨胀会导致来自两个接合表面的金属接合成统一的导电结构(金属-到-金属接合)。虽然衬底和金属两者在退火期间被加热，但金属的热膨胀系数(cte)相对于衬底的cte通常指示：在特定温度(例如，～300℃)处，金属比衬底膨胀多得多。例如，铜的cte为16.7，而熔融二氧化硅的cte为0.55，并且硅的cte为2.56。
在一些情况下，金属相对于衬底的更大膨胀对于直接接合堆叠的裸片或晶片可能成为问题。如果金属焊盘被定位在穿硅过孔(tsv)之上，则tsv金属的膨胀可能有助于焊盘金属的膨胀。在一些情况下，随着膨胀金属上升到接合表面上方，组合的金属膨胀可以导致接合表面的局部分层。例如，膨胀金属可以将堆叠裸片的接合电介质表面分开。
附图说明
参考附图对具体实施方式进行阐述。在附图中，附图标记的最左边的(多个)数字标识首次出现该附图标记的附图。在不同附图中使用相同的附图标记表示相似或相同的项。
为了本讨论，图中所示的器件和系统被示出为具有多个部件。如本文所述，器件和/或系统的各种实现方式可以包括更少的部件并且仍然在本公开的范围内。备选地，器件和/或系统的其他实现方式可以包括附加部件或所描述部件的各种组合，并且仍然在本公开的范围内。
图1a示出了具有接合焊盘和tsv的示例衬底的横截面。
图1b示出了图1a的示例衬底的俯视图。
图2示出了具有接合焊盘和tsv的两个示例接合的衬底的横截面、以及示例所得的分层。
图3a示出了根据一个实施例的示例衬底的横截面，该示例衬底具有被定位在tsv之上的较大接合焊盘。
图3b示出了根据一个实施例的图3a的示例衬底的俯视图。
图4示出了根据一个实施例的两个示例接合的衬底的横截面，两个示例接合的衬底具有被定位在tsv之上的较大接合焊盘。
图5示出了具有被定位在tsv之上的接合焊盘的示例衬底的横截面，其图示了接合焊盘的示例凹陷。
图6示出了根据一个实施例的具有被定位在tsv之上的较大接合焊盘的示例衬底的横截面，其图示了接合焊盘的示例凹陷。
图7示出了根据一个实施例的具有接合焊盘的两个示例接合的衬底在退火之前和之后的横截面，接合焊盘具有非平坦接合表面。
图8示出了根据一个实施例的示例衬底的横截面，该示例衬底具有被定位在tsv之上的接合焊盘，并且在接合焊盘周围具有电介质的腐蚀或凹陷。
图9至图13示出了根据一个实施例的具有被定位在tsv之上的接合焊盘的示例衬底的横截面，其图示了衬底的示例背侧工艺。
图14示出了根据一个实施例的正到背接合的、具有tsv和接合焊盘的两个示例接合的衬底的横截面。
图15示出了根据一个实施例的背到背接合的、具有tsv和接合焊盘的两个示例接合的衬底的横截面。
图16示出了根据一个实施例的正到正接合的、具有tsv和接合焊盘的两个示例接合的衬底的横截面。
图17示出了根据各种实施例的用于裸片的热管理的示例tsv的图。
图18是根据一个实施例的文本流程图，其图示了形成微电子组件以减小或消除接合的衬底的分层的示例过程。
技术实现要素：
公开了代表性的技术和器件，包括用于制备各种微电子器件以用于接合的过程步骤，诸如用于直接接合而不需要粘合剂。在各种实施例中，可以采用技术来减轻特别是当tsv或tsv之上的接合焊盘被存在于在一个或两个待接合的器件的接合表面处时，由于金属膨胀导致的分层的可能性。例如，在一个实施例中，当接触焊盘被定位在tsv之上时，具有较大直径或表面面积(例如，对于应用是尺寸过大的)的金属焊盘可以被使用。例如，可以基于接触焊盘的材料、其厚度、以及在处理期间预期的凹陷，来选择接触焊盘，包括接触焊盘的尺寸(例如，表面面积、直径等)或接触焊盘的尺寸过大(oversize)的量。
当使用诸如cmp的表面制备工艺来制备衬底的接合表面时，由于相对于电介质的材料的焊盘的较软材料，在接合表面上的金属焊盘相对于电介质可能变得凹陷。与较小直径的焊盘相比，较大直径的金属焊盘可能变得凹陷到较大程度(例如，较深的凹陷)。在接触焊盘被定位在tsv之上的实施例中，较深的凹陷可以补偿焊盘和tsv的组合金属膨胀，从而允许针对金属的膨胀的较多空间，这可以减少或消除在金属膨胀时可能以其他方式出现的分层。
在各种实现方式中，示例过程包括：将第一穿硅过孔(tsv)嵌入到具有第一接合表面的第一衬底中，其中第一tsv垂直于第一接合表面(即，在具有近似水平定向的接合表面的水平定向的衬底内垂直)。该过程可以包括：基于第一tsv的材料的体积和第一tsv的材料的热膨胀系数(cte)，估计在被加热到预先选择的温度时，第一tsv的材料将膨胀的量。该过程包括：基于该估计、或基于第一tsv的材料的体积和第一tsv的材料的热膨胀系数(cte)，在第一接合表面处形成第一金属接触焊盘，并且第一金属接触焊盘耦合到第一tsv。
第一金属接触焊盘被布置在第一接合表面处(并且可以被直接设布置在第一tsv之上)，并且部分地延伸到第一接合表面下方的第一衬底中，从而将第一金属接触焊盘电耦合到第一tsv。在该实施例中，该过程包括：基于第一tsv的材料的体积和第一tsv的材料的热膨胀系数(cte)，将第一接合表面平面化以具有用于直接接合的预定的最大表面变化，并且将第一金属接触焊盘平面化以具有相对于第一接合表面的预定的凹陷。
在各种示例中，选择或形成接触焊盘包括：选择第一金属接触焊盘的直径或表面面积。例如，与类似应用通常情况相比，第一金属接触焊盘可以被选择或形成为具有尺寸过大的直径、尺寸过大的表面面积等。在一个实施例中，该过程包括：基于预测，确定第一金属接触焊盘相对于第一接合表面的所期望的凹陷，以允许第一tsv的材料、以及第一金属接触焊盘的材料的膨胀，并且当第一金属接触焊盘被平面化时，选择第一金属接触焊盘具有可能导致所期望的凹陷的周界形状。这可以包括：预测作为平面化的结果而可能在第一金属接触焊盘的表面中出现的凹陷的量。在另一实施例中，该过程包括：基于上述确定，(在接合之前)在第一金属接触焊盘的表面中形成所期望的凹陷。
在各种实施例中，该过程包括：通过选择第一金属接触焊盘，减少或消除接合的微电子部件的分层。在备选实现方式中，该过程包括：基于第一tsv的材料的体积、以及第一tsv的材料的热膨胀系数(cte)，使第一接合表面的材料围绕第一金属接触焊盘而直接凹陷或腐蚀，以允许第一tsv的材料、以及第一金属接触焊盘的材料的膨胀。
附加地或备选地，第一衬底的背侧也可以被处理以用于接合。预先选择材料的一个或多个绝缘层可以沉积在第一衬底的背侧上，以提供在第一衬底的背侧将被直接接合时的应力消减。
此外，第一衬底内的第一tsv以及其他tsv可以用于在第一衬底内引导或传递热量，和/或将热量引导或传递以远离第一衬底。在一些实现方式中，热传递tsv可以部分或完全延伸穿过第一衬底的厚度，并且可以包括导热阻挡层。在这样的示例中，通常在tsv周围使用的趋于热绝缘的阻挡层可以被导热层代替。在各种实现方式中，一些tsv可以用于信号传递和热传递。
在一个实施例中，微电子组件包括第一衬底，第一衬底包括具有平面化的形貌的第一接合表面，该平面化的形貌具有第一预定的最大表面变化。第一穿硅过孔(tsv)被嵌入到第一衬底中，并且第一金属接触焊盘被设置在第一接合表面处并且电耦合到第一tsv。例如，第一接触焊盘可以被设置在第一tsv之上。基于对第一tsv的材料在被加热到预先选择温度时将膨胀的量的估计、和/或基于第一tsv的材料的体积和第一tsv的材料的热膨胀系数(cte)，第一金属接触焊盘可以被选择或形成。预定的凹陷被设置在第一金属接触焊盘的表面中，该凹陷的体积等于或大于如下量：在被加热到预先选择的温度时，第一tsv的材料的膨胀的量和第一金属接触焊盘的材料的膨胀的量。
在一个实现方式中，第一金属接触焊盘被定位在第一tsv之上，并且与通常用于类似应用的焊盘相比，第一金属接触焊盘具有尺寸过大的直径、或尺寸过大的表面面积。
参考电气和电子部件以及变化的载体讨论了各种具体实施方式和装置。虽然提到了特定部件(即，裸片、晶片、集成电路(ic)芯片裸片、衬底等)，但这并非旨在进行限制，而是为了便于讨论和说明方便。参考晶片、裸片、衬底等讨论的技术和器件适用于任何类型或数目的电子部件、电路(例如，集成电路(ic)、混合电路、asic、存储器设备、处理器等)、成组的部件、封装的部件、结构(例如，晶片、面板、板、pcb等)等，它们可以耦合以彼此对接，与外部电路、系统、载体等对接。这些不同部件、电路、组、封装、结构等中的每项可以被统称为“微电子部件”。为简单起见，除非另外指明，否则被接合到另一部件的部件在本文中将被称为“裸片”。
该发明内容并不旨在给出完整的描述。下面使用多个示例更详细地解释实现方式。尽管在这里和下文讨论了各种实现方式和示例，但是通过组合各个现施方式和示例的特征和元素，另外的实现方式和示例也是可能的。
具体实施方式
概述
参考图1a(示出了横截面轮廓图)和图1b(示出了俯视图)，图案化的金属和氧化物层经常作为混合接合、或
器件晶片102的接合表面108可以包括导电特征110，诸如迹线、焊盘和其他互连结构，这些导电特征例如被嵌入到绝缘层106中，并且被布置成使得来自相对器件的相应接合表面108的导电特征110在接合期间可以被配合和联接(如果期望)。联接的导电特征110可以在堆叠的器件之间形成连续的导电互连(用于信号、功率等)。
镶嵌工艺(damasceneprocess，或类似)可以用于在绝缘层106中形成嵌入式导电特征110。导电特征110可以由金属(例如，铜等)或其他导电材料或材料的组合组成，并且包括结构、迹线、焊盘、图案等。在一些示例中，在沉积导电特征110的材料之前，可以在用于导电特征110的腔中沉积阻挡层，使得阻挡层被设置在导电特征110与绝缘层106之间。阻挡层可以由例如钽或另一导电材料组成，以防止或减少导电特征110的材料去往绝缘层106中的扩散。在形成导电特征110之后，器件晶片102的暴露表面，包括绝缘层106和导电特征110，可以被平面化(例如，经由cmp)以形成平坦的接合表面108。
形成接合表面108包括：加工表面108以满足电介质粗糙度规格和金属层(例如铜等)凹陷规格，以制备用于直接接合的表面108。换言之，接合表面108被形成为尽可能平坦和光滑，其具有非常小的表面形貌变化。诸如化学机械抛光(cmp)、干法蚀刻或湿法蚀刻等的各种常规工艺可以用来实现低表面粗糙度。该工艺提供了导致可靠接合的平坦、光滑的表面108。
在双面裸片102的情况下，可以在裸片102的两侧上提供具有制备好的接合表面108的图案化金属和绝缘层106。绝缘层106通常是高度平坦的(通常，到纳米级的粗糙度)，其中金属层(例如，嵌入式导电特征)在接合表面108处、或恰好凹陷到接合表面108的下方。通常，绝缘层106的表面108下方的凹陷量通常由尺寸公差、规格或物理限制确定。接合表面108通常使用化学机械抛光(cmp)步骤和/或其他制备步骤来制备，以与另一裸片、晶片或其他衬底直接接合。
一些嵌入式导电特征或互连结构可以包括金属焊盘110或导电迹线112，其部分地延伸到制备好的表面108下方的电介质衬底106中。例如，一些图案化的金属(例如，铜)特征110或112可以是大约0.5微米至2微米厚。这些特征110或112的金属在退火期间可以随着金属被加热而膨胀。其他导电互连结构可以包括金属(例如，铜)穿硅过孔(tsv)114等，其垂直于接合表面108延伸，部分或完全穿过衬底102，并且包括大量的金属。例如，取决于衬底102的厚度，tsv114可以延伸大约50微米。tsv114的金属在被加热时也可以膨胀。焊盘110和/或迹线112可以或可以不电耦合到tsv114，如图1a所示。
参考图2，裸片102可以例如在没有粘合剂的情况下被直接接合到其他裸片102，其他裸片102具有金属焊盘110、迹线112和/或tsv114。如果金属焊盘110被定位在tsv114之上(电耦合到tsv114)，则tsv114金属的膨胀可以有助于焊盘110金属的膨胀。在一些情况下，随着膨胀的金属上升到接合表面108上方，组合的金属膨胀可以在tsv114(或tsv114/焊盘110的组合)的位置处导致接合表面的局部分层202。例如，经膨胀的金属可以将堆叠裸片102的接合的电介质表面108分开。
示例实施例
参考图3a、图3b和图4中，在各种实施例中，技术可以被采用，来减轻由于金属膨胀所导致的分层的可能性。例如，在一个实施例中，当被定位在tsv114之上时，可以使用具有较大直径或表面面积(例如，对于应用是尺寸过大的)的金属焊盘302来代替接触焊盘110。例如，在裸片102的表面108处，焊盘302可以具有比其他接触焊盘110大的直径，使得对于给定的cmp工艺，焊盘302将比未被定位在tsv114之上的其他接触焊盘110具有更深的凹陷。类似于接触焊盘110，接触焊盘302可以被嵌入在电介质层106中，部分地延伸到接合表面106下方的电介质层106中，并且电耦合到tsv114。例如，基于焊盘302的材料、其厚度以及在cmp处理期间的预期凹陷，金属焊盘302尺寸过大的量可以被选择。
如图3a(示出了截面轮廓图)和图3b(示出了俯视图)中所示，被设置在tsv114之上的焊盘302可以比被设置在裸片102的接合表面108处其他位置(例如，未布置在tsv114之上)的其他焊盘110大(在面积、直径等上)预先选择的量。在一个实施例中，通过以下方式选择或形成焊盘302：基于tsv114的材料的体积和tsv114的材料的热膨胀系数(cte)，来估计tsv114的材料在被加热到预先选择温度(～300°)时将膨胀的量，并且基于接触焊盘302的材料的体积和接触焊盘的材料的cte，预测接触焊盘302的材料在被加热到预先选择温度时将膨胀的量。
接触焊盘302连同电介质层106的接合表面108一起被平面化，包括基于估计和预测tsv114材料和接触焊盘302材料在预先选择温度处的膨胀，使接触焊盘302凹陷以具有相对于接合表面108的预定的凹陷深度(或量)。
参考图4，在(例如，通过cmp)制备接合表面108之后，裸片102可以直接接合到其他裸片102而例如不需要粘合剂，其他裸片102具有金属焊盘110和/或302、迹线112和/或tsv114。当金属焊盘302被定位在tsv114之上，并且凹陷预定的或可预测的量时，该凹陷提供用于材料膨胀的空间而不会分层。tsv114材料和焊盘302材料在加热退火期间膨胀。相对的裸片102的配合接触焊盘302(或在一些示例中，302和110)接合以形成单个导电互连。然而，由于膨胀的金属不超过由接触焊盘302(或在一些示例中，302和110)中的(多个)凹陷形成的体积，因此组合的金属膨胀不会导致接合表面的分层。例如，如果(多个)凹陷的体积足够，则膨胀的金属不会将堆叠裸片102的接合的电介质表面108分开，如图4中所示。
参考图5和图6，tsv114之上的接触焊盘110和302的细节被图示。裸片102的一部分被示出，其一具有在tsv114之上的接触焊盘110(图5)，然后是具有在tsv114之上的接触焊盘302(图6)。当使用诸如cmp的表面制备工艺来制备裸片102的接合表面108时，由于接触焊盘110或302(例如，其可以包括铜)相对于电介质106(例如，其可以包括氧化物)的柔软性，接合表面108上的金属焊盘110或302可以倾向于变得相对于电介质106而凹陷。
在各种实施例中，在类似的cmp工艺期间，与具有较小直径或表面面积a1的接触焊盘110相比，具有较大的直径或表面面积a2的接触焊盘302(如在图5和图6处所示，其中a2>a1)可以比较小直径的焊盘110的凹陷“d1”凹陷更大的程度“d2”(例如，较深的凹陷)。较深的凹陷“d2”可以补偿焊盘302和tsv114的组合金属膨胀，从而允许用于金属的膨胀的更多空间，并且可以减少或消除分层。在一些实施例中，接触焊盘302可以被有意地凹陷期望深度“d2”，并且在其他实施例中，由于通过cmp(或其他处理)制备表面108而产生的可预测凹陷“d2”，可以基于焊盘302的尺寸(直径和/或表面面积)、材料成分等，来选择接触焊盘302。
在各种实施例中，基于所使用的表面制备技术(例如，所使用的化学组合、抛光装备的速度等)、电介质层106和金属焊盘110和302的材料、金属焊盘110和302的间距或密度、以及金属焊盘110和302的尺寸(例如，面积或直径)，金属焊盘110或302的凹陷的量(例如，d1、d2等)可以是可预测的。在实施例中，基于凹陷预测、以及tsv114和金属焊盘110或302的组合的预期金属膨胀，金属焊盘110和302的面积或直径(例如，针对特定的金属厚度)可以被选择，以避免接合的裸片102的分层。例如，可以在tsv114之上使用较大尺寸的焊盘302，并且可以在电介质106之上使用较小尺寸的焊盘110(以避免这些焊盘110的过度凹陷)。该技术可以导致减少或消除的分层，以及电介质106与接合表面108上的金属结构(110、302、112和/或114)的可靠机械耦合，以及接合的金属结构(110、302、112和/或114)的可靠电连续性。
在一个实施例中，可以(经由酸蚀刻、等离子体氧化等)选择性蚀刻金属焊盘110、302，以提供期望的凹陷深度(以适应预测的金属膨胀)。在另一实施例中，焊盘110、302或对应的tsv114可以被选择、形成或处理，以具有非均匀的顶表面作为膨胀缓冲器。例如，参考图7，焊盘302(或在一些情况下，tsv114)的顶表面可以被形成或选择性蚀刻为圆形、半球形、凸形、凹形、不规则形或以其他方式非平坦，以允许用于材料膨胀的空间。
如在图7的a处所示，接触焊盘302的顶表面或接合表面被选择、形成或处理，以具有非均匀的表面。如b处所示，在由于加热退火导致的材料膨胀之后，焊盘302进行接触并且被接合。然而，利用由焊盘302的非均匀的顶表面所提供用于膨胀的充足空间的情况下，材料不超过所提供的空间，并且因此接合的裸片102的分层不会出现。
附加地或备选地，如图8中所示，金属焊盘110或302周围的电介质106可以被形成或成形为允许用于焊盘110或302(和tsv114)的金属膨胀的空间。在一个示例中，cmp工艺可以用来对金属焊盘302周围的电介质106的表面108进行成形，或者在其他示例中，可以使用其他工艺，使得焊盘302周围的电介质106包括凹陷802或其他间隙，其提供用于金属膨胀的空间。
在一个实施例中，可以在制备接合表面108时使电介质106凹陷(例如，利用cmp)。在该实施例中，金属焊盘110或302和电介质106可以同时凹陷(但是以不同的速率)。例如，该过程可以在金属焊盘110或302的边缘周围的电介质106中形成腐蚀802，同时使金属焊盘110或302凹陷。
在各种实施例中，焊盘110或302和/或tsv114由铜、铜合金等组成。在另外的实施例中，焊盘110或302和/或tsv114的材料可以变化，以控制金属膨胀和产生分层的可能性。例如，在一些实施例中，焊盘110或302和/或tsv114可以由不同的导电材料组成，这些材料可能具有较低的cte。在一些实施例中，tsv114可以由与接触焊盘110或302不同的导电材料(具有较低的cte)组成。例如，tsv114可以由钨、合金等组成。
在其他实施例中，tsv114的材料的体积可以变化，以控制金属膨胀和产生分层的可能性。例如，在一些实施例中，当在设计规范内允许时，可以使用具有预先选择的材料体积(例如，较少的材料体积)的tsv114来控制分层。tsv114的体积的预先选择可以是基于(在适用时，tsv114和接触焊盘110或302的)所预测的材料膨胀。
在备选实施例中，金属接触焊盘110或302可以从tsv114偏移或重新定位，而不是直接被定位在tsv114之上。例如，金属焊盘110或302可以被定位，使得金属焊盘110或302不直接在tsv114之上，并且如果需要的话，通过金属迹线112等而被耦合到tsv114。如果接触焊盘110或302从tsv114偏移，则可以创建腔以允许tsv114在z方向上膨胀而不影响接合界面。腔可以保持敞开或可以用诸如顺应性材料的材料填充。
备选地，tsv114的顶表面可以被布置，以在接合表面108处暴露并且用作接触焊盘。这些布置可以避免金属焊盘110或302的膨胀与tsv114的膨胀组合，并且因此最小化或消除分层。
在另外的实施例中，tsv114可以被形成为使得tsv114部分地(而不是全部)延伸穿过衬底102的厚度，终止在接合表面108下方。间隙或凹陷可以提供在tsv114之上的接合表面108中，以为tsv114的金属膨胀提供空间，而不会导致分层。例如，间隙可以通过蚀刻电介质层106形成。间隙可以暴露或可以不暴露tsv114。基于tsv114的特定金属的体积，间隙可以使用对tsv114的膨胀的预测，而被调谐到例如tsv114的体积。
附加实施例
图9至图13图示了根据各种实施例的背侧裸片102处理的示例。在一些实现方式中，在裸片102被堆叠并且被直接接合而无需粘合剂的情况下，当背侧902被制备以用于直接接合时，裸片102的背侧902可以接受与顶部侧接合表面108不同的制备。代替在裸片102的背侧902上形成电介质层106，可以不同地制备背侧902以减少过程步骤，降低制造成本或出于其他原因。
在一个实现方式中，背侧902被制备，使得tsv114的背端部被暴露，以用作用于接合到导电焊盘、互连或其他导电接合表面的接触表面。该制备可以包括：减薄并且选择性地蚀刻基底衬底104，以在衬垫(liner)/阻挡层904完好无损的情况下暴露tsv114，沉积绝缘材料的一个或多个层，以及平面化(例如经由cmp)背侧902以露出tsv114。然而，在一些情况下，tsv114的材料在加热退火期间的膨胀可能导致绝缘材料和/或衬底104变形，并且上升到平面化的表面上方。
在一个实施例中，如图9至图13中所示，材料的一个或多个层可以沉积在背侧902上，以覆盖升起的区域，因此可以对新表面进行重新平面化，以用于良好的电介质-到-电介质接合。多层结构的另一重要功能是平衡裸片102的前侧和背侧之间的应力，以在接合之前使裸片翘曲最小化。平衡的裸片102更容易接合并且更不易于产生接合空隙。所添加的材料的层可以被平面化，并且可以以其他方式被制备为裸片102的背侧902上的接合表面。
如在图9处所示，tsv114被设置在裸片102内，横向于裸片102的接合表面108。在对基底衬底104进行选择性蚀刻之后，tsv114可以延伸超过基底衬底104的表面。扩散阻挡件和氧化物衬垫904围绕tsv114以防止tsv114的金属(例如，铜)到基底衬底104的材料(例如，硅)中的扩散。在一个实施例中，如在图9处所示，另一扩散阻挡层906被沉积在裸片102的背侧的表面上。在一个示例中，扩散阻挡层906包括诸如氮化物等的电介质。
在各个实施例中，具有不同残余应力特性的一个或多个无机电介质层然后可以沉积到裸片102的背侧902上，以使得能够适当露出tsv114，并且平衡在裸片102的器件侧(前侧)上的应力以使分割之后的晶片翘曲最小化。例如，包括诸如氧化物的第一低温电介质的第一层908可以沉积在包括扩散层906的背侧902之上。
在一些实施例中，包括诸如第二氧化物的第二低温电介质的第二层910可以被沉积在包括第一层908的背侧902之上。第二氧化物层910可以具有与第一层908类似或不同的残余应力特性(例如，第一层908可以是压缩性的，并且第二层910可以是拉伸性的，反之亦然，或者层908和层910两者可以都是压缩或拉伸的，具有相似或不同的值)。在各种实现方式中，第一层908和第二层910由相似或相同的材料(厚度变化)组成。在其他实现方式中，第一层908和第二910层由不同的材料组成。在备选实现方式中，附加的电介质层也可以被沉积在第一层908和第二910层之上。
如在图10处所示，背侧902(包括一个或多个应力层908和910)被平面化(例如，经由cmp)，以形成用于直接接合的平面、光滑的接合表面。第二层910的一部分可以留在背侧902上，以帮助减轻诸如氧化物环效应的损害。附加地，基于第二层910的残余应力特性，第二层910的剩余部分可以辅助翘曲控制。
在另一实施例中，如图11至图12中所示，接触焊盘1204可以耦合到在裸片102的背侧902上的tsv114。如在图11处所示，在沉积第一电介质层(例如，低温氧化物应力层908，其在一些实现方式中还包括接合层)之后，tsv114通过诸如cmp的工艺而被完全暴露和平面化。第二电介质层910(其可以包括氧化物)可以被沉积在第一层908之上，并且被平面化。在两个氧化物层(908和910)之间不需要阻挡层或粘合层。在平面化之后，背侧902被图案化和敞开(例如，蚀刻等)以用于导电焊盘的沉积。如图11中所示，氧化物层908和910中的开口1102可以具有比tsv114的直径大的直径。
在一个实施例中，针对接触焊盘1204的开口1102延伸穿过第二层910并且部分地(10至1000nm)延伸到第一层908中。如在图12处所示，阻挡/粘合层1202(包括钛/氮化钛、钽/氮化钽等)可以被沉积到开口1102中(并且可以覆盖开口1102的整个表面)。铜(或类似物)的沉积/镀制(例如，镶嵌工艺)填充开口1102，开口1102被平面化(例如，经由cmp)以移除过多的铜，并且设置所得的接触焊盘1204凹陷到指定深度。此时，背侧902的表面被制备好以用于接合。
在备选实施例中，如图13中所示，双镶嵌工艺可以被用来形成接触焊盘1204。在该实施例中，在将第二电介质层910(其可以包括氧化物)沉积到第一层908上之后(没有阻挡层或粘合层)，在双镶嵌工艺中，所得的背侧902表面被图案化两次，以形成针对接触焊盘1204的唯一开口1302。首先，具有小于tsv114直径的直径的一小开口被蚀刻以部分穿过层908，然后在小开口之上的大开口(比tsv114的直径更大的直径)被图案化和蚀刻，从而得到延伸到tsv114的较小开口、以及部分穿过层910的较大开口。例如，在一些情况下，设计规则规定了过孔层的存在。
第二电介质层910(顶部层)的厚度和接触焊盘1204的厚度可以被调整，以使得薄裸片翘曲最小化，并且实现期望的退火温度。在其他实施例中，备选技术可以被用来减少或消除由于金属特征膨胀导致的分层，并且仍在本公开的范围内。
图14至图16示出了关于图9至图13而形成的裸片102(和类似的结构)的示例堆叠布置，其具有前侧108和背侧902的互连性。例如，在图14处，示例“前-到-背”裸片102堆叠布置被示出。这将第一裸片102的前侧接合表面108接合到第二裸片102的背侧902接合表面，包括将第一裸片102的接触焊盘110或302接合到第二裸片102的接触焊盘1204。在一个示例中，如上所讨论的，第二裸片102的接触焊盘1204穿透到在接合界面1402下方的第二裸片102的第二电介质层910和第一电介质层908中。
在图15处，示例“背-到-背”裸片102堆叠布置被示出。这将第一裸片102的背侧902接合表面接合到第二裸片102的背侧902接合表面，包括将第一裸片102的接触焊盘1204接合到第二裸片102的接触焊盘1204。在一个示例中，如上所讨论的，第一裸片102的接触焊盘1204和第二裸片102的接触焊盘1204穿透到在接合界面1402下方的第一裸片和第二裸片102的第二电介质层910和第一电介质层908中。
在图16处，示例“前-到-前”裸片102堆叠布置被示出。这在接合界面1402处，将第一裸片102的前侧接合表面108接合到第二裸片102的前侧接合表面108，包括将第一裸片102的接触焊盘110或302接合到第二裸片102的接触焊盘110或302。在所示的示例中，接触焊盘110或302电耦合到相应的裸片102的tsv114。
在各种实施例中，如在图17处所图示，附加于电信号或代替电信号，一组堆叠的裸片102的tsv114中的一个或多个tsv可以用于传导热量。例如，在一些情况下，将散热器(或其他热量传递器件)附接到一组堆叠裸片102中的裸片102上，以减轻由裸片102生成的热量可能是不实际或不可能的。在这种情况下，(如果期望)可以寻找其他技术来传递热量。
在实施例中，如在图17处所示，tsv的各种配置(包括部分或全部延伸穿过裸片102的tsv114)可以被采用，来将热量传导离开裸片102(或离开裸片102的热量生成部分)。一个裸片102的tsv114可以与第二裸片102的tsv114、接触焊盘110和302、迹线112等结合使用，以完成从一个裸片102到其他裸片102的热传递，等等。为了高性能的热传导性，第一裸片102的tsv114可以直接接合(例如，dbi)到第二裸片102的tsv114、接触焊盘110和302、迹线112等。
在一个实现方式中，tsv114、接触焊盘110和302、迹线112等中的一些项是浮置或“伪”结构，其可以用于热传递。这些结构可以将热量从高功率裸片102传导到另一裸片102或衬底(根据需要)。伪接触焊盘110或302可以耦合到最后过孔(vialast)或中间过孔(viamid)热tsv114，以用于热传导。
在实施例中，扩散阻挡层704/氧化物衬垫层904围绕tsv114并且可以是热限制或热阻挡的，扩散阻挡层704可以由具有一定热传导性的不同材料的扩散阻挡件/氧化物衬垫(诸如，金属或合金阻挡件等)代替。
示例过程
图18图示了代表性过程18000，用于制备用于接合(诸如用于直接接合而无需粘合剂)的各种微电子部件(例如，诸如裸片102)，同时减少或消除由于嵌入式结构在接合表面处的金属膨胀所导致的分层的可能性。例如，特别是在耦合到接触焊盘时，在接合表面处的穿硅过孔(tsv)可能导致分层，这是因为tsv和接触焊盘的材料在加热退火期间会膨胀。该过程参考图1至图18。
过程被描述的顺序不旨在被解释为限制性的，并且过程中的任何数目的所描述的过程框可以以任何顺序被组合，以实现过程或备选过程。附加地，在不脱离本文描述的主题的精神和范围的情况下，单独框可以从过程删除。此外，可以在不脱离本文描述的主题的范围的情况下，以任何合适的硬件、软件、固件或其组合来实现该过程。在备选的实现方式中，其他技术可以以各种组合被包括在该过程中，并且仍在本公开的范围内。
在一个实现方式中，裸片、晶片或其他衬底(“衬底”)使用各种技术来形成，以包括基底衬底和一个或多个电介质层。在该实现方式中，在框1802处，过程1800包括：将第一穿硅过孔(tsv)(例如，诸如tsv114)嵌入到具有第一接合表面(例如，诸如接合表面108)的第一衬底(例如，诸如裸片102)中，第一tsv垂直于第一接合表面。
在该实现方式中，在框1804处，该过程包括：基于第一tsv的材料的体积和第一tsv的材料的热膨胀系数(cte)，在第一接合表面处形成第一金属接触焊盘(例如，诸如接触焊盘302)，并且第一金属接触焊盘电耦合到第一tsv。在一个实施例中，第一金属接触焊盘部分地延伸到在第一接合表面下方的第一衬底中。
在框1806处，该过程包括：基于第一tsv的材料的体积和第一tsv的材料的热膨胀系数(cte)，将第一接合表面平面化以具有用于直接接合的预定的最大表面变化，并且将第一金属接触焊盘平面化以具有相对于第一接合表面的预定的凹陷。在一个实现方式中，该过程包括：基于第一金属接触焊盘的材料的体积和第一金属接触焊盘的材料的cte，预测第一金属接触焊盘的材料在被加热到预先选择温度时将膨胀的量，并且基于与上述预测相组合的估计，确定第一金属接触焊盘的尺寸。在一个实现方式中，该过程包括：选择第一金属接触焊盘的直径或表面面积。
在一个实现方式中，该过程包括：将第一金属接触焊盘电耦合到第一tsv。
在一个实现方式中，该过程包括：基于估计和预测，确定针对第一金属接触焊盘相对于第一接合表面的期望的凹陷，以允许第一tsv的材料和第一金属接触焊盘的材料的膨胀；以及选择第一金属接触焊盘，以具有在第一金属接触焊盘被平面化时可以导致所期望的凹陷的周界形状。
在另一实现方式中，该过程包括：基于预测，确定第一金属接触焊盘相对于第一接合表面的期望的凹陷，以允许第一tsv的材料和第一金属接触焊盘的材料的膨胀；以及在第一金属接触焊盘的表面中形成所期望的凹陷。
在另一实现方式中，该过程包括：选择第一金属接触焊盘，以具有与类似应用通常情况相比尺寸过大的直径、或尺寸过大的表面面积。
在另外的实现方式中，该过程包括：预测作为平面化的结果，在第一金属接触焊盘的表面中可能出现的凹陷的量。
在另一实现方式中，该过程包括：基于估计，使第一接合表面的材料围绕第一金属接触焊盘而直接凹陷或腐蚀，以允许第一tsv的材料、以及第一金属接触焊盘的材料的膨胀。
在一个实现方式中，该过程包括：通过使第一金属接触焊盘的位置相对于第一tsv偏移，使得第一金属接触焊盘不直接布置在第一tsv之上，来减少或消除接合的微电子部件的分层。在另一实现方式中，该过程包括：在第一tsv之上的第一接合表面中形成凹陷，以允许第一tsv的材料膨胀。在另一实现方式中，该过程包括：基于估计，调谐(tune)第一接合表面中的凹陷的体积。
在一个实现方式中，该过程包括：通过将第一tsv延伸到第一接合表面、并且使用第一tsv的顶部表面作为在第一接合表面处的接触焊盘，来减少或消除接合的微电子部件的分层。
在各种实施例中，与本文描述的过程步骤相比，一些过程步骤可以被修改或消除。
本文描述的技术、部件和器件不限于图1a至图15的图示，并且在不脱离本公开的范围的情况下可以被应用于包括具有其他电子部件的其他设计、类型、装置和构造。在一些情况下，可以使用附加或备选的部件、技术、序列或过程来实现本文描述的技术。此外，部件和/或技术可以以各种组合被布置和/或组合，同时产生类似或大致相同的结果。
结论
尽管已经以特定于结构特征和/或方法学动作的语言描述了本公开的实现方式，但是应当理解，这些实现方式不一定限于所描述的特定特征或动作。相反，特定特征和动作作为实现示例器件和技术的代表性形式而被公开。