芯片堆叠结构及其形成方法、芯片封装结构、电子设备与流程

本技术涉及芯片，尤其涉及一种芯片堆叠结构及其形成方法、芯片封装结构、电子设备。

背景技术：

1、芯片堆叠结构用于诸如个人电脑、手机、数码相机和其它电子设备的各种电子应用中。通常通过将每个芯片堆叠在彼此的顶部上并且通过堆叠键合工艺使它们互连或对它们进行布线，从而进一步满足芯片堆叠结构高集成度、小尺寸和优异性能的需求。但是传统的堆叠键合工艺复杂，提高了芯片堆叠结构的成本。

技术实现思路

1、本技术实施例提供一种芯片堆叠结构及其形成方法、芯片封装结构、电子设备，用于简化芯片堆叠结构制备工艺。

2、为了实现上述目的，本技术实施例提供了以下技术方案：

3、第一方面，提供一种芯片堆叠结构。该芯片堆叠结构包括：至少两个堆叠设置的芯片，每个芯片包括布线层，布线层中设置有导电结构；其中，至少两个堆叠设置的芯片包括：堆叠设置的第一芯片和第二芯片，第一芯片和第二芯片之间通过键合层电连接；键合层包括第一区域、环绕第一区域的第二区域，以及除第一区域和第二区域以外的第三区域，键合层的第一区域在第一芯片中的布线层上的投影与第一芯片的布线层中的导电结构至少部分重合；键合层的第一区域和第三区域中设置有金属键合层。

4、在本实施方式中，通过在键合层的第一区域和第三区域中形成金属键合层，由于键合层中的第一区域与芯片的布线层中的导电结构设置区域相对应，所以设置在键合层第一区域的金属键合层与芯片中的导电结构电连接，从而使相邻的芯片之间可以进行信号传输。同时键合层中环绕第一区域的第二区域可以避免芯片之间信号串扰。另外，用于形成金属键合层的金属材料容易实现扩散键合，可以有效降低键合层的形成难度，且金属材料的导热系数较高，降低了键合层的热阻，提高了芯片与芯片之间的导热性能。

5、在一种可能的实施方式中，键合层的第二区域中设置有绝缘键合层。

6、在本实施方式中，通过在键合层中的第二区域内设置绝缘键合层可以避免芯片之间信号串扰，同时键合层中设置金属键合层和绝缘键合层可以避免形成键合层的过程中存在有机物残留，满足了高真空的制备要求。而且金属键合层中的金属材料易扩散，降低了键合难度，提高互连密度，且导热性能好，降低了键合层的热阻。

7、在一种可能的实施方式中，设置在键合层的第一区域内的金属键合层分别与第一芯片和第二芯片中的导电结构电连接，以使芯片之间可以进行信号传输。

8、在一种可能的实施方式中，金属键合层中设置有金属材料，金属材料包括以下一种或多种材料的组合：金、银、铜、铝、钛、钼、钨、镍和铬，以在保证芯片之间可以信号通信的同时提高芯片之间的导热能力。

9、在一种可能的实施方式中，导电结构包括以下一种或多种材料的组合：金、银、铜、铝、钛、钼、钨、镍和铬。

10、在一种可能的实施方式中，绝缘键合层中设置有绝缘材料，绝缘材料包括以下一种或多种材料的组合：二氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝和碳化硅。

11、第二方面，提供一种芯片堆叠结构的形成方法。该芯片堆叠结构的形成方法包括：形成至少两个芯片，至少两个芯片包括第一芯片和第二芯片，其中每个芯片上形成有布线层，布线层中形成有导电结构；在第一芯片和第二芯片之间形成键合层，在键合层上形成第一区域、环绕第一区域的第二区域，以及除第一区域和第二区域以外的第三区域，键合层的第一区域在布线层中的投影与导电结构至少部分重合；在键合层的第一区域和第三区域中形成有金属键合层。

12、在一种可能的实施方式中，在第一芯片和第二芯片之间形成键合层包括：在第一芯片的一侧形成第一子键合层，在第一子键合层上形成第一区域、环绕第一区域的第二区域，以及除第一区域和第二区域以外的第三区域，第一子键合层的第一区域在第一芯片中的布线层中的投影与第一芯片中的导电结构至少部分重合；在第一子键合层的第一区域和第三区域中形成第一子金属键合层。

13、在第二芯片的一侧形成第二子键合层，在第二子键合层上形成第一区域、环绕第一区域的第二区域，以及除第一区域和第二区域以外的第三区域，第二子键合层的第一区域在第二芯片中的布线层中的投影与第二芯片中的导电结构至少部分重合；在第二子键合层的第一区域和第三区域中形成第二子金属键合层；将第一子键合层和第二子键合层进行接合。

14、在一种可能的实施方式中，在第一子键合层的第一区域和第三区域中形成第一子金属键合层之前，方法还包括：在第一子键合层的第二区域形成第一子绝缘键合层；在第二子键合层的第一区域和第三区域中形成第二子金属键合层之前，方法还包括：在第二子键合层的第二区域形成第二子绝缘键合层。

15、在一种可能的实施方式中，在第一芯片的一侧形成第一子键合层，包括：在第一芯片的一侧形成第一绝缘层，在第一绝缘层上形成第一区域、环绕第一区域的第二区域，以及除第一区域和第二区域以外的第三区域，第一绝缘层的第一区域在第一芯片中的布线层中的投影与导电结构至少部分重合；在第一绝缘层的第一区域和第三区域内形成开口，剩余的第一绝缘层构成形成在第一子键合层的第二区域中第一子绝缘键合层；在第一绝缘层的第一区域和第三区域内的开口填充金属材料，形成在第一子键合层的第一区域和第三区域中第一子金属键合层。

16、在第二芯片的一侧形成第二子键合层，包括：在第二芯片的一侧形成第二绝缘层，在第二绝缘层上形成第一区域、环绕第一区域的第二区域，以及除第一区域和第二区域以外的第三区域，第二绝缘层的第一区域在第二芯片中的布线层中的投影与导电结构至少部分重合；在第二绝缘层的第一区域和第三区域内形成开口，剩余第二绝缘层构成形成在第二子键合层的第二区域中第二子绝缘键合层；在第一绝缘层的第一区域和第三区域内的开口填充金属材料，形成在第一子键合层的第一区域和第三区域中第一子金属键合层。

17、在一种可能的实施方式中，在第一子键合层的第一区域和第三区域中形成第一子金属键合层之后，方法还包括：在第一子键合层的第二区域形成第一子绝缘键合层；在第二子键合层的第一区域和第三区域中形成第二子金属键合层之后，方法还包括：在第二子键合层的第二区域形成第二子绝缘键合层。

18、在一种可能的实施方式中，在第一芯片的一侧形成第一子键合层，包括：在第一芯片的一侧形成第一金属层，在第一金属层上形成第一区域、环绕第一区域的第二区域，以及除第一区域和第二区域以外的第三区域，第一金属层的第一区域在第一芯片中的布线层中的投影与导电结构至少部分重合；在第一金属层的第二区域内形成开口，剩余的第一金属层构成形成在第一子键合层的第一区域和第三区域中第一子金属键合层；在第一金属层的第二区域内的开口填充绝缘材料，形成在第一子键合层的第二区域中第一子绝缘键合层。

19、在第二芯片的一侧形成第二子键合层，包括：在第二芯片的一侧形成第二金属层，在第二金属层上形成第一区域、环绕第一区域的第二区域，以及除第一区域和第二区域以外的第三区域，第二金属层的第一区域在第二芯片中的布线层中的投影与导电结构至少部分重合；在第二金属层的第二区域内形成开口，剩余的第二金属层构成形成在第二子键合层的第一区域和第三区域中第二子金属键合层；在第二金属层的第二区域内的开口填充绝缘材料，形成在第二子键合层的第二区域中第二子绝缘键合层。

20、在一种可能的实施方式中，第一子绝缘键合层的厚度大于第一子金属键合层的厚度；第二子绝缘键合层的厚度大于第二子金属键合层的厚度。

21、在一种可能的实施方式中，第一子绝缘键合层的厚度超过第一子金属键合层的厚度1-5nm。

22、第三方面，提供一种芯片封装结构。该芯片封装结构包括封装基板和如第一方面中提供的芯片堆叠结构；该芯片堆叠结构与封装基板电连接。

23、第四方面，提供一种电子设备。该电子设备包括印刷电路板和第三方面提供的芯片封装结构；该芯片封装结构和印刷电路板电连接。

24、其中，第二方面、第三方面以及第四方面中任一种可能实现方式中所带来的技术效果可参见上述第一方面不同的实施方式所带来的技术效果，此处不再赘述。