用于操纵极薄器件晶片的方法技术

本发明专利技术描述了在穿硅过孔(TSV)处理期间操纵器件晶片的结构和方法，其中使用永久热固性材料来将器件晶片接合到临时支撑衬底。当移除临时支撑衬底后，暴露出包括回流焊料凸起和永久热固性材料的平面前侧接合表面。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及三维(3D)封装，且更具体地涉及穿硅过孔(TSV)的集成。
技术介绍
3D封装作为对朝着片上系统(SOC)和封装中系统(SIP)的微电子发展的解决方案而出现。特别是，具有TSV的3D倒装芯片结构有可能被广泛采用。TSV3D封装通常包含垂直地叠置的两个或多个芯片，其中穿硅衬底过孔代替边缘布线以产生在每个芯片上的电路元件之间的电连接。在TSV处理期间，器件晶片一般在厚度上被减薄回到50-100 μ m。在没有某种类型的支撑系统保持晶片平坦并保护易碎的减薄的晶片使其免受机械损坏(例如切削、破裂等)的情况下，这样薄的晶片不能被成功地操纵(handle)。当前TSV工艺一般包括使用临时粘合剂将器件晶片附着到临时支撑晶片并接着在工艺流程序列结束时将减薄的器件晶片从支撑晶片分离。有几种实现方式可用于将减薄的器件晶片从支撑晶片分离。在第一实现方式中，使用热释放。在这个实现方式中，热塑性粘合剂用于将器件晶片临时接合到临时支撑晶片。一旦完成TSV处理，就使用热来软化粘合剂，且接着将减薄的晶片从临时支撑晶片机械地分离。在第二实现方式中，使用紫外(UV)释放。在这个实现方式中，器件晶片使用UV可固化的临时粘合剂结合光到热转换(LTHC)释放涂层附着到临时玻璃载体晶片。在完成TSV处理之后，将激光辐射穿过玻璃载体晶片应用于LTHC层，因而使它变弱。玻璃载体接着从减薄的器件晶片剥离，且然后UV可固化粘合剂从减薄的器件晶片剥离。在第三实现方式中，使用溶剂释放。在这个实现方式中，使用临时粘合剂将器件晶片附着到穿孔的临时载体晶片。一旦完成TSV处理，就通过临时载体晶片中的穿孔来涂覆溶剂以溶解掉临时粘合剂。在这三个实现方式的每个中，临时粘合剂在机械方面都是软的，并且向易碎的器件晶片提供针对TSV处理期间的机械损坏的最低的保护。【附图说明】图1是根据本专利技术的实施例的在接合到支撑衬底之前的倒置器件晶片的截面侧视图。图2是根据本专利技术的实施例的接合到支撑衬底的倒置器件晶片的截面侧视图。图3是根据本专利技术的实施例的接合到支撑衬底的倒置器件晶片的后过孔处理的截面侧视图。图4是根据本专利技术的实施例的在移除支撑衬底之后的经处理的器件晶片的截面侧视图。图5是根据本专利技术的实施例的实现TSV的3D封装的侧视图。图6表不根据本专利技术的实施例的系统。【具体实施方式】在各种实施例中，参考附图描述了在TSV处理期间操纵器件晶片的结构和方法。然而，某些实施例可在没有这些特定细节中的一个或多个的情况下或结合其它已知的方法和材料来实施。在下面的描述中，阐述了很多特定的细节，例如特定的材料和工艺等，以便提供对本专利技术的彻底理解。在其它例子中，没有特别详细地描述公知的封装工艺和制造技术，以便不没有必要地使本专利技术难以理解。在整个本说明书中对“实施例”或“一个实施例”的提及意指关于该实施例描述的特定的特征、结构、材料或特性包括在本专利技术的至少一个实施例中。因此，短语“在实施例中”或“在一个实施例中”在整个本说明书中的不同地方的出现并不一定指本专利技术的同一实施例。此外，特定的特征、结构、材料或特性可在一个或多个实施例中以任何适当的方式组合。本文使用的术语“在…之上”、“到”、“在…之间”和“在…上”可以指一层相对于其它层的相对位置。在另一层“之上”或接合“到”另一层的一层可直接与另一层接触或可具有一个或多个中间层。在层“之间”的一层可直接与层接触或可具有一个或多个中间层。相反，在第二层“上”的第一层与该第二层接触。根据本专利技术的实施例， 描述了用于使用衬底支撑物和永久粘合材料(例如固化的热固性材料)来临时支撑器件晶片的结构和过程，固化热固性材料可提供机械刚度和硬度来机械地支持器件晶片的TSV处理。这样的过程可涉及使用永久粘合材料将器件晶片附着到临时支撑结构，以及一旦完成TSV处理就接着使临时支撑结构分离。应认识到，虽然详细描述和示出了“后过孔”TSV处理(在金属化结构之后制造过孔)，本专利技术的实施例并不受限限于此，并且本专利技术的实施例也与“先过孔”TSV处理(在形成微电子器件之前制造过孔)和“中间过孔” TSV处理(在形成微电子器件和金属化结构之间制造过孔)兼容。此外，虽然参考TSV处理描述了实施例，实施例也可应用于除了硅晶片以外的衬底，例如化合物II1-V晶片或I1-VI晶片。在实施例中，描述了包括半导体衬底的结构，半导体衬底具有前表面、后表面、微电子器件和穿过半导体衬底在后表面和前表面之间延伸的过孔(TSV)。一个或多个回流焊料凸起形成在前表面之上，且固化的热固性材料形成在前表面之上和一个或多个回流焊料凸起周围。固化的热固性材料和一个或多个回流焊料凸起一起形成平面前侧接合表面。在一些实施例中，半导体衬底可以是包括多个所述结构的经TSV处理的器件晶片。或者，经TSV处理的器件晶片被分割以形成可以或可以不被进一步处理以形成多个芯片的多个半导体衬底，所述多个芯片随后可集成到3D封装结构中。因此，在实施例中，所述结构是芯片。在实施例中，描述了包括衬底和芯片的3D封装结构，所述芯片包括前面描述的结构，其中平面前侧接合表面附着到衬底。在这样的实施例中，一个或多个额外的芯片可接着叠置在芯片之上。在实施例中，描述了一种方法，其包括在热和压力之下将器件晶片接合到支撑衬底。器件晶片可包括前表面和在前表面之上形成的一个或多个焊料凸起。支撑衬底可包括平面润湿表面。热固性材料层可形成在平面润湿表面上。在热和压力之下接合期间，焊料凸起穿透该热固性材料层并在回流期间散布在整个平面润湿表面上或润湿平面润湿表面，且热固性材料至少部分地被固化。衬底支撑物可接着被移除以暴露包括回流焊料凸起和至少部分地固化的热固性材料的平面前侧接合表面。在后过孔工艺流程中，可形成一个或多个过孔以在接合支撑衬底之后和移除支撑衬底之前在器件晶片的前表面和后表面之间延伸。应认识到，可在器件晶片的后表面上执行研磨或化学机械抛光(CMP)操作，以在形成过孔之前减小器件晶片的厚度。在先过孔或中间过孔工艺流程中，在接合之前可能已经形成在器件晶片的前表面和后表面之间延伸的一个或多个过孔。[0021 ] 现在参考图1-5，参考附图描述了制造方法。如在图1中示出的，倒置器件晶片100被示为在支撑衬底200之上。器件晶片100可包括前表面102和后表面104。器件晶片100可具有各种形成物。例如，器件晶片可以是体半导体，包括覆在体半导体上面的外延层，或包括绝缘体上半导体(SOI)结构，虽然也可使用其它结构。在所示的特定实施例中，器件晶片100包括(SOI)结构，其包括覆在绝缘体层114上面的半导体层116以及体衬底118。器件晶片100可此外包括掺杂区或其它掺杂特征以形成各种微电子器件，例如金属-绝缘体-半导体场效应晶体管(MOSFET)、电容器、电感器、电阻器、二极管、微机电系统(MEMS)、其他适当的有源或无源器件，以及它们的组合。金属化结构112可形成在衬底100的前表面102之上。如图所示，金属化结构112包括由导电材料(例如铜、铝等)和层间电介质材料(例如氧化硅、掺碳氧化物、氮化硅等)形成的多个互连层。钝化层113可在金属化结构112的上部分上形成以提供物理和化学保护。一个或多个导电焊盘108(例如铜、铝等)可设置在钝化层1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构，包括：半导体衬底，其具有前表面、后表面、微电子器件和穿过所述半导体衬底在所述后表面和所述前表面之间延伸的过孔；回流的焊料凸起，其形成在所述前表面之上；以及固化的热固性材料，其形成在所述前表面之上和所述回流的焊料凸起周围，其中所述固化的热固性材料和所述回流的焊料凸起形成平面前侧接合表面。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种结构，包括: 半导体衬底，其具有前表面、后表面、微电子器件和穿过所述半导体衬底在所述后表面和所述前表面之间延伸的过孔； 回流的焊料凸起，其形成在所述前表面之上；以及 固化的热固性材料，其形成在所述前表面之上和所述回流的焊料凸起周围，其中所述固化的热固性材料和所述回流的焊料凸起形成平面前侧接合表面。2.如权利要求1所述的结构，其中所述过孔包括铜。3.如权利要求1所述的结构，其中所述固化的热固性材料选自于由固化的环氧树脂、固化的酚醛树脂、固化的聚酰亚胺和固化的聚苯并恶唑(PBO)组成的组。4.一种3D封装结构,包括: 衬底； 芯片，其包括: 半导体衬底，其具有前表面、后表面、微电子器件和穿过所述半导体衬底在所述后表面和所述前表面之间延伸的过孔； 回流的焊料凸起，其形成在所述前表面之上；以及 固化的热固性材料，其形成在所述前表面之上和所述回流的焊料凸起周围，其中所述固化的热固性材料和所述回流的焊料凸起形成平面前侧接合表面； 其中所述平面前侧接合表面附着到所述衬底。5.如权利要求4所述的3D封装结构，还包括叠置在所述芯片之上的第二芯片。6.如权利要求5所述的3D封装结构，还包括系统，所述系统包括通信地耦合到所述3D封装结构的总线。7.一种方法，包括: 提供包括前表面和形成在所述前表面之上的焊料凸起的器件晶片； 提供包括平面润湿表面的支撑衬底，其中热固性材料层形成在所述平面润湿表面上； 在热和压力之下将所述器件晶片接合到所述支撑衬底，其中所述接合包括: 利用焊料凸起穿透所述热固性材料层； 在使所述焊料凸起回流期间利用所述焊料凸起润湿所述平面润湿表面；以及 至少部分地固化所述热固性材料；以及 移...

【专利技术属性】
技术研发人员：K·J·李，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：美国;US