用于接合结构的光学阻塞保护元件的制作方法

本领域涉及用于接合结构(bonded structure)的光学阻塞保护元件及用于形成光学阻塞保护元件的方法。

背景技术：

1、半导体芯片(例如，集成器件管芯)可以包括包含安全敏感组件的有源电路系统，该安全敏感组件包含有价值和/或专有信息、结构或器件。例如，这样的安全敏感组件可以包括实体的知识产权、软件或硬件安全(例如，加密)功能、隐私数据、或者该实体可能希望保持安全并且对第三方隐藏的任何其他组件或数据。例如，第三方不良行为者可以利用各种技术试图访问安全敏感组件以获取经济和/或地缘政治优势。因此，仍然持续需要提高半导体芯片的安全性，以防止第三方访问。

技术实现思路

1、本文中公开了一种接合结构，该接合结构包括半导体元件和阻塞元件，该半导体元件包括有源电路系统，该阻塞元件在没有粘合剂的情况下沿着接合界面直接接合到半导体元件，阻塞元件包括设置在有源电路系统之上并且抑制对有源电路系统的光学读取的至少一个图案化光学阻塞层。在一些实施例中，至少一个图案化光学阻塞层包括多个光学闭塞层。在一些实施例中，多个光学闭塞层设置在彼此之上并且沿着横向于接合界面的方向彼此间隔开。在一些实施例中，多个光学闭塞层中的每个光学闭塞层包括不导电层和至少部分地嵌入不导电层中的图案化不透明材料。在一些实施例中，图案化不透明材料包括沿着基本上平行于接合界面的方向延伸的多个闭塞带。在一些实施例中，多个闭塞带包括一种或多种导电材料。在一些实施例中，一种或多种导电材料包括铜。在一些实施例中，图案化不透明材料包括阻挡波长在400nm至1mm范围内的光的材料。在一些实施例中，图案化不透明材料包括阻挡波长在800nm至2500nm范围内的光的材料。在一些实施例中，图案化不透明材料对红外(ir)光或近红外(nir)光中的至少一者是不透明的。

2、在一些实施例中，多个光学闭塞层中的第一光学闭塞层包括第一不透明图案，并且多个光学闭塞层中的第二光学闭塞层包括第二不透明图案，第二不透明图案至少部分地与第一不透明图案不重叠，使得在闭塞元件的俯视图中，第一不透明图案和第二不透明图案与单独的第一不透明图案和第二不透明图案相比闭塞半导体元件的更大部分。在一些实施例中，第一不透明图案包括第一多个闭塞带，并且第二不透明图案包括至少部分地与第一多个闭塞带不重叠的第二多个闭塞带。在一些实施例中，闭塞元件还包括至少三个光学闭塞层，并且其中图案化闭塞材料在平行于光学闭塞层的平面中闭塞半导体元件的预定义区域。在一些实施例中，光学闭塞层被配置为在预定义区域之上提供至少75％的闭塞。在一些实施例中，光学闭塞层被配置为在预定义区域之上提供至少95％的闭塞。在一些实施例中，预定义区域包括第一半导体元件的接合表面的至少75％。在一些实施例中，预定义区域包括第一半导体元件的接合表面的至少95％。

3、在一些实施例中，半导体元件包括至少一个敏感电路区域、以及至少一个没有敏感电路系统的区域，图案化不透明材料闭塞至少一个敏感电路区域的至少一部分并且使至少一个没有敏感电路系统的区域不被闭塞。在一些实施例中，多个光学闭塞层包括一个或多个光学过滤层。在一些实施例中，至少一个图案化光学阻塞层包括对光进行折射、散射、漫射、衍射或相移以抑制对有源电路系统的光学读取的材料。在一些实施例中，半导体元件还包括接合层，并且其中阻塞元件还包括直接接合到半导体元件的接合层的接合层。在一些实施例中，阻塞元件的接合层被金属化以匹配半导体元件的金属化图案。在一些实施例中，半导体元件的接合层包括设置在不导电层中的多个接触垫，并且其中阻塞元件的接合层包括设置在直接接合到半导体元件的接触垫的不导电层中的多个接触垫。在一些实施例中，阻塞元件的接合层和沿着横向于接合界面的方向与接合层垂直间隔开的光学闭塞层通过至少一个垂直互连件被连接。在一些实施例中，多个闭塞层中的彼此相邻的至少两个闭塞层在该至少两个闭塞层之间不具有垂直互连件。在一些实施例中，有源电路系统设置在半导体元件的有源面处或附近，阻塞元件直接接合到半导体元件的与有源面相对的背面。在一些实施例中，多个光学闭塞层中的第一闭塞层包括被配置为检测对第一闭塞层的外部访问的检测电路。在一些实施例中，检测电路包括被配置为检测外部访问的无源电子电路元件。在一些实施例中，无源电子电路包括电容电路元件或电阻电路元件。在一些实施例中，接合结构还包括从检测电路延伸到阻塞元件的接触垫的垂直互连件。在一些实施例中，阻塞元件直接接合到半导体元件的与有源面相对的背面，接合结构还包括从半导体元件的有源面处或附近的接触垫延伸到阻塞元件的接触垫的贯穿半导体过孔(tsv)，tsv提供半导体元件与检测电路之间的电通信。在一些实施例中，阻塞元件的接触垫直接接合到半导体元件的有源面处的接触垫。在一些实施例中，至少一个光学阻塞层中的阻塞层还包括光学过滤器。

4、本文中公开了一种接合结构，该接合结构包括半导体元件和阻塞元件，该半导体元件包括有源电路系统，该阻塞元件在没有粘合剂的情况下沿着接合界面直接接合到半导体元件，阻塞元件包括第一阻塞层和设置在第一阻塞层之上的第二阻塞层，第一阻塞层具有第一阻塞图案，并且第二阻塞层具有至少部分地与第一阻塞图案不重叠的第二阻塞图案。在一些实施例中，在阻塞元件的俯视图中，第一阻塞图案和第二阻塞图案协作以抑制有源电路系统的光学读取。在一些实施例中，阻塞图案包括一种或多种导电材料。在一些实施例中，一种或多种导电材料包括铜。在一些实施例中，图案化阻塞材料包括阻挡波长在700nm至1mm范围内的光的材料。在一些实施例中，图案化阻塞材料包括阻挡波长在800nm至2500nm范围内的光的材料。在一些实施例中，图案化阻塞材料对红外(ir)光或近红外(nir)光中的至少一者是不透明的。在一些实施例中，半导体元件还包括接合层，并且其中阻塞元件还包括直接接合到半导体元件的接合层的接合层。在一些实施例中，半导体元件的接合层包括设置在不导电层中的多个接触垫，并且其中阻塞元件的接合层包括设置在直接接合到半导体元件的接触垫的不导电层中的多个接触垫。在一些实施例中，第一阻塞层还包括被配置为检测第一阻塞层的外部访问的检测电路。在一些实施例中，接合结构包括从检测电路延伸到阻塞元件的接触垫的垂直互连件。在一些实施例中，阻塞元件直接接合到半导体元件的与有源面相对的背面，接合结构还包括从半导体元件的有源面处或附近的接触垫延伸到阻塞元件的接触垫的贯穿半导体过孔(tsv)，tsv提供半导体元件与检测电路之间的电通信。

5、本文中公开了一种形成接合结构的方法，该方法包括在没有粘合剂的情况下将半导体元件直接接合到阻塞元件，半导体元件包括有源电路系统，并且阻塞元件包括设置在有源电路系统之上并且抑制对有源电路系统的光学读取的至少一个图案化光学阻塞层。在一些实施例中，该方法包括形成阻塞元件，使得多个光学阻塞层沿着横向于接合界面的方向彼此间隔开。在一些实施例中，该方法包括形成阻塞元件，使得多个光学阻塞层中的每个阻塞层包括不导电层和至少部分地嵌入不导电层中的图案化不透明材料。在一些实施例中，该方法包括形成阻塞元件，使得图案化不透明材料包括沿着基本上平行于接合界面的方向延伸的多个闭塞带。在一些实施例中，该方法包括形成阻塞元件，使得多个闭塞带包括一种或多种金属。在一些实施例中，该方法还包括形成阻塞元件，使得图案化不透明材料包括阻挡波长在700nm至1mm范围内的光的材料。在一些实施例中，该方法包括形成阻塞元件，使得图案化不透明材料包括阻挡波长在800nm至2500nm范围内的光的材料。

6、在一些实施例中，该方法包括形成阻塞元件以包括接合层；形成半导体元件以包括接合层；以及将阻塞元件的接合层接合到半导体元件的接合层。在一些实施例中，该方法包括形成阻塞元件，使得阻塞元件的接合层被金属化以匹配半导体元件的金属化图案。在一些实施例中，该方法包括形成阻塞元件，使得阻塞元件的接合层包括设置在不导电层中的多个接触垫，接触垫被配置为镜像半导体元件的接合层的多个接触垫。在一些实施例中，该方法包括形成阻塞元件，使得多个光学阻塞层中的第一阻塞层包括被配置为检测对第一阻塞层的外部访问的检测电路。在一些实施例中，该方法包括形成阻塞元件以包括从检测电路延伸到阻塞元件的接触垫的垂直互连件。在一些实施例中，该方法包括将阻塞元件直接接合到半导体元件的背面，背面与半导体元件的有源面直接相对，其中半导体元件的有源电路系统设置在半导体元件的有源面处或附近，并且还包括从半导体元件的有源面处或附近的接触垫延伸到阻塞元件的接触垫的贯穿半导体过孔(tsv)，tsv提供半导体元件与检测电路之间的电通信。

7、本文中公开了一种接合结构，该接合结构包括半导体元件和阻塞元件，该半导体元件包括有源电路系统，该阻塞元件在没有粘合剂的情况下在有源电路系统之上沿着接合界面直接接合到半导体元件，阻塞元件包括多个导电层，多个导电层包括检测电路，检测电路监测阻塞单元的无源电特性，检测电路与有源电路系统电通信。在一些实施例中，有源电路系统被配置为检测阻塞元件的无源电特性的变化。在一些实施例中，在检测到无源电特性的变化时，有源电路系统被配置为向外部系统或用户传输警报消息。在一些实施例中，无源电特性包括阻塞元件的电容。在一些实施例中，多个导电层包括第一导电层、第二导电层、以及位于第一导电层与第二导电层之间的电介质层。在一些实施例中，阻塞元件直接接合到与半导体元件的正面相对的半导体元件的背面，有源电路系统被设置为距正面比距背面更近。在一些实施例中，接合结构包括提供有源电路系统与检测电路之间的电通信的贯穿衬底过孔(tsv)。在一些实施例中，多个导电层用作抑制对有源电路系统的光学读取的光学阻塞结构。在一些实施例中，多个导电层包括第一阻塞图案和至少部分地与第一阻塞图案不重叠的第二阻塞图案。

8、本文中公开了一种接合结构，该接合结构包括半导体元件和阻塞元件，该半导体元件具有正面和与正面相对的背面，该半导体元件包括被设置为距正面比距背面更近的有源电路系统，该阻塞元件在没有粘合剂的情况下在有源电路系统之上沿着接合界面直接接合到半导体元件的背面，阻塞元件包括监测阻塞元件的无源电特性的检测电路，检测电路与有源电路系统电通信。