用于半导体裸片组合件的导电缓冲层以及相关联的系统和方法技术方案

公开用于半导体裸片组合件的导电缓冲层以及相关联的系统和方法。在实施例中，半导体裸片组合件包含直接接合到彼此的第一半导体裸片和第二半导体裸片。所述第一半导体裸片包含第一铜垫且所述第二半导体裸片包含第二铜垫。所述第一铜垫和第二铜垫形成所述第一半导体裸片和第二半导体裸片之间的互连件，且所述互连件包含处于在所述第一铜垫和第二铜垫之间的导电缓冲材料，其中所述导电缓冲材料包含导电粒子聚合体。在一些实施例中，所述第一铜垫和第二铜垫不相连但通过所述导电缓冲材料彼此电连接。在一些实施例中，所述导电缓冲材料是多孔的以使得所述导电粒子聚合体可响应于施加到所述导电缓冲层的所述压力而被压缩在一起。在一起。在一起。

【技术实现步骤摘要】
用于半导体裸片组合件的导电缓冲层以及相关联的系统和方法


[0001]本公开大体上涉及半导体装置组合件，且更具体地说，涉及用于半导体裸片组合件的导电缓冲层以及相关联的系统和方法。

技术介绍

[0002]半导体封装通常包含安装在封装衬底上且包覆在保护性覆盖物中的一或多个半导体裸片(例如存储器芯片、微处理器芯片、成像器芯片)。半导体裸片可包含功能特征，例如存储器单元、处理器电路或成像器装置，以及电连接到所述功能特征的接合垫。接合垫可电连接到封装衬底的对应导电结构，所述对应导电结构可耦合到保护性覆盖物外部的端子，使得半导体裸片可连接到更高电平的电路。
[0003]在一些半导体封装中，两个或更多个半导体裸片堆叠在彼此之上以减少半导体封装的占据面积。堆叠中的半导体裸片可以类似阶梯的图案布置(这可称作“叠瓦堆叠”)，使得半导体裸片的一部分可自由地可接近，例如，用以将接合线附接到位于所述部分中的一或多个接合垫。在一些情况下，半导体裸片可堆叠成“Z形”图案以相对于上覆于接合垫上方的半导体裸片增加接合垫上方的空间，以便有助于形成接合线。然而，此类布置往往会增加半导体封装的总高度。此外，接合线可增加高度和/或引入信号传播延迟。

技术实现思路

[0004]在一个方面中，本公开涉及一种半导体裸片，其包括：半导体衬底；处于所述半导体衬底上方的介电层；处于所述介电层中的接合垫，所述接合垫包含相对于所述介电层的与所述半导体衬底相对的表面凹进的顶表面；和处于所述接合垫上的导电缓冲层，其中所述导电缓冲层包含导电粒子聚合体，并且是柔性的以响应于施加到所述导电缓冲层的压力而变形。
[0005]在另一方面中，本公开涉及一种方法，其包括：提供包含第一介电层的第一半导体裸片，其中所述第一介电层包含具有相对于所述第一介电层的第一表面凹进的第一顶表面的第一接合垫，且其中导电缓冲层安置在所述接合垫上，所述导电缓冲层包含导电粒子聚合体并且是柔性的以响应于施加到所述导电缓冲层的压力而变形；提供包含具有第二表面的第二介电层的第二半导体裸片，其中所述第二介电层包含具有第二顶表面的第二接合垫；附接所述第一半导体裸片和第二半导体裸片以使得所述第一表面与所述第二表面接触以形成接合界面，且所述第一接合垫对准到并面向所述第二接合垫；和加热附接到彼此的所述第一半导体裸片和第二半导体裸片。
[0006]在另一方面中，本公开涉及一种半导体裸片组合件，其包括：第一半导体裸片，其包含：第一半导体衬底；处于所述第一半导体衬底上方的第一介电层；和处于所述第一介电层中的第一铜垫，所述第一铜垫具有与所述第一半导体衬底相对的第一表面；和第二半导体裸片，其包含：第二半导体衬底；处于所述第二半导体衬底上方的第二介电层；和处于所
述第二介电层中的第二铜垫，所述第二铜垫具有与所述第二半导体衬底相对的第二表面，其中：在所述第一半导体裸片和第二半导体裸片之间的接合界面处，所述第一介电层与所述第二介电层直接接触；且所述第一铜垫和第二铜垫形成所述第一半导体裸片和第二半导体裸片之间的互连件，所述互连件具有处于所述第一铜垫和第二铜垫之间的导电缓冲材料，其中所述导电缓冲层包含导电粒子聚合体，且其中所述导电缓冲层与所述第一铜垫和第二铜垫相比较不致密。
附图说明
[0007]参照附图可以更好地理解本专利技术技术的许多方面。附图中的组件不一定按比例。实际上，重点在于清楚地说明本专利技术技术的总特征和原理。
[0008]图1说明直接接合方案的工艺步骤的各个阶段。
[0009]图2A
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B和3A
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C说明描绘根据本专利技术技术的实施例的形成半导体裸片组合件的工艺的阶段的示意图。
[0010]图4说明根据本专利技术技术的实施例的用于半导体裸片组合件的互连件的横截面示意图。
[0011]图5是示意性地说明包含根据本专利技术技术的实施例的半导体裸片组合件的系统的框图。
[0012]图6是根据本专利技术技术的实施例的形成半导体裸片组合件的方法的流程图。
具体实施方式
[0013]下文描述用于半导体裸片组合件的导电缓冲层以及相关联的系统和方法的若干实施例的具体细节。术语“半导体装置或裸片”一般指包含一或多种半导体材料的固态装置。半导体装置(或裸片)的实例包含逻辑装置或裸片、存储器装置或裸片、控制器或微处理器(例如，中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU))等等。
[0014]此类半导体装置可包含集成电路或组件、数据存储元件、处理组件和/或在半导体衬底上制造的其它特征。此外，术语“半导体装置或裸片”可指成品装置或成为成品功能装置之前的各个处理阶段时的组合件或其它结构。取决于所使用的上下文，术语“衬底”可包含半导体晶片、封装衬底、中介层、半导体装置或裸片等。本文中所描述的方法的合适的步骤可通过与制造半导体装置(晶片级和/或裸片级)和/或制造半导体封装相关联的处理步骤来执行。
[0015]各种计算系统或环境(例如，高性能计算(HPC)系统)需要高带宽和低功耗。在半导体裸片之间形成互连件的某些方案(例如，直接接合方案)可有助于满足要求以及提供适合于缩放HPC系统的半导体裸片组合件的物理尺寸(例如高度)的形状因子。直接接合方案包含第一半导体裸片(或包含第一半导体裸片的第一晶片)的个别导电组件(例如，铜垫、导电垫)与第二半导体裸片(或包含第二半导体裸片的第二晶片)的导电组件中的对应一者对准且直接接合。
[0016]此外，环绕第一半导体裸片的导电垫中的每一个的介电材料可直接接合到环绕第二半导体裸片的导电垫中的每一个的另一介电材料。换句话说，接合界面包含直接接合到第二半导体裸片的对应材料(例如，在介电材料之间，在导电材料之间)以形成互连件和周
围介电层的第一半导体裸片的两种或更多种不同材料。由此，直接接合方案还可称作组合接合方案、混合式接合方案等。
[0017]在一些实施例中，导电材料包含铜(或其它合适的导电材料或金属，例如钨、铝或金)作为主要成分，且介电材料包含氧化硅(例如SiO2)、氮化硅(例如Si3N4)、硅碳氮化物(例如SiCN)、碳酸硅(例如SiCO)等。在直接接合工艺期间，第一半导体裸片和第二半导体裸片(或包含第一半导体裸片和第二半导体裸片的第一晶片和第二晶片)的介电材料放在一起以使得介电材料粘附到彼此并且气密式密封彼此对准的导电组件。
[0018]随后，将半导体裸片在高温下退火(例如，接合后退火工艺)，以使得导电垫的导电材料可至少部分地归因于导电材料和介电材料之间的热膨胀系数(CTE)的差异而膨胀，例如朝向接合界面竖直胀大。此现象可被称为导电垫的基于CTE的膨胀。最终，导电材料相连以形成其间的永久性接合，例如冶金接合。另外，介电材料可在接合后退火工艺期间增强其接合强度。在一些实施例中，可在大约250℃下执行接合后退火工艺达2时数左右。
[0019]在一些实施例中，导电垫具有相关于介电材料的表面的凹进表面。以此方式，当半导体裸片的介电材料粘附到彼此(例如，在接合后退火工艺之前)时，可在没有来本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体裸片，其包括：半导体衬底；处于所述半导体衬底上方的介电层；处于所述介电层中的接合垫，所述接合垫包含相对于所述介电层的与所述半导体衬底相对的表面凹进的顶表面；和处于所述接合垫上的导电缓冲层，其中所述导电缓冲层包含导电粒子聚合体，并且是柔性的以响应于施加到所述导电缓冲层的压力而变形。2.根据权利要求1所述的半导体裸片，其另外包括：处于所述接合垫的所述顶表面与所述导电缓冲层之间的牺牲层，其中所述导电缓冲层粘附到所述牺牲层。3.根据权利要求2所述的半导体裸片，其中所述牺牲层被配置成在大于100℃的温度下分解。4.根据权利要求1所述的半导体裸片，其中所述导电缓冲层是多孔的以使得所述导电粒子聚合体响应于施加到所述导电缓冲层的所述压力而被压缩在一起。5.根据权利要求4所述的半导体裸片，其中所述导电粒子包含铜。6.根据权利要求1所述的半导体裸片，其中所述导电缓冲层基于以下各项中的至少一个而形成：将导电粒子沉积于所述接合垫上方，同时阻挡所述导电粒子沉积在所述介电层的未被所述接合垫占用的所述表面上；选择性地烧结已安置于所述接合垫上方的导电粒子；或在所述接合垫上方选择性地喷涂包含导电粒子的溶液。7.一种方法，其包括：提供包含第一介电层的第一半导体裸片，其中所述第一介电层包含具有相对于所述第一介电层的第一表面凹进的第一顶表面的第一接合垫，且其中导电缓冲层安置在所述接合垫上，所述导电缓冲层包含导电粒子聚合体并且是柔性的以响应于施加到所述导电缓冲层的压力而变形；提供包含具有第二表面的第二介电层的第二半导体裸片，其中所述第二介电层包含具有第二顶表面的第二接合垫；附接所述第一半导体裸片和第二半导体裸片以使得所述第一表面与所述第二表面接触以形成接合界面，且所述第一接合垫对准到并面向所述第二接合垫；和加热附接到彼此的所述第一半导体裸片和第二半导体裸片。8.根据权利要求7所述的方法，其中牺牲层安置于所述第一接合垫的所述第一顶表面与所述导电缓冲层之间，且其中所述导电缓冲层粘附到所述牺牲层。9.根据权利要求8所述的方法，其中加热附接到彼此的所述第一半导体裸片和第二半导体裸片包括：在大于100℃的温度下分解所述牺牲层。10.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二接合垫的所述第二顶表面相对于所述第二介电层的所述第二表面凹进，且其中所述第一接合垫和第二接合垫的所述第一顶表面和第二顶表面两者响应于加热所述第一半导体裸片和第二半导体裸片而朝...

【专利技术属性】
技术研发人员：周卫，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：