在衬底的用于混合接合的表面处的氧化物和碳层制造技术

本文公开了在衬底的用于混合接合的表面处的氧化物和碳层。本文的实施例涉及用于对两个管芯进行混合接合的系统、设备或工艺，其中，所述管芯中的至少一者具有将受到混合接合的顶层，该顶层包括一个或多个铜焊盘和包围所述一个或多个铜焊盘的顶部氧化物层，另一包括碳原子的层位于所述氧化物层的下面。该顶部的氧化物层和位于下面的另一碳化物层可以形成从主要是氧化物的顶层的顶部直至主要是碳化物的该另一层的底部的合并梯度层。顶部氧化物层可以是通过使该碳化物层暴露至等离子体处理而形成的。可以描述其他实施例和/或主张对其的保护。的保护。的保护。

【技术实现步骤摘要】
在衬底的用于混合接合的表面处的氧化物和碳层


[0001]本公开的实施例总体上涉及封装组件领域，并且尤其涉及包括混合接合的管芯或晶圆的封装组件。

技术介绍

[0002]移动电子装置(例如，智能手机和笔记本电脑)的尺寸的不断缩小是降低封装尺寸以及提高封装内的部件的质量的驱动力。
附图说明
[0003]图1示出了根据各种实施例的在管芯的准备用于混合接合的表面处包括氧化物和碳层的管芯的透视图。
[0004]图2A
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2C示出了在混合接合之前和之后管芯的旧有实施方式的截面侧视图。
[0005]图3示出了根据各种实施例的在相应铜焊盘未对准的情况下发生了混合接合的两个管芯的截面侧视图。
[0006]图4A
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4E示出了根据各种实施例的用于创建在管芯的用于混合接合的表面处包括氧化物层和碳层的管芯的制造过程的各个阶段。
[0007]图5示出了根据各种实施例的包括多个堆叠管芯的封装的示例，所述多个堆叠管芯的每者在管芯的受到混合接合的两侧的表面处具有氧化物和碳层。
[0008]图6A
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6B示意性地示出了根据各种实施例的处于晶圆形式和单个化形式的示例性管芯的顶视图以及封装组件的截面侧视图。
[0009]图7示出了根据各种实施例的用于创建在管芯的准备用于混合接合的表面处包括氧化物和碳层的管芯或晶圆的过程的示例。
[0010]图8示意性地示出了根据实施例的计算装置。
具体实施方式
[0011]本公开的实施例总体上可以涉及针对在两个管芯之间、晶圆与管芯之间或者两个晶圆之间执行混合接合的系统、设备、技术和/或工艺。在实施例中，将要混合接合至另一管芯的管芯的顶层包括一个或多个铜焊盘和包围所述一个或多个铜焊盘的顶部氧化物层，其中，另一个包括碳原子的层位于该氧化物层的下面。在实施例中，该顶层和下面的另一层可以是从主要是氧化物的顶层的顶部直至主要是碳化物的该另一层的底部的合并梯度层。在实施例中，在制造期间，该顶层和下面的另一层可以是由等离子体引发的电介质梯度形成的，以促进混合接合。
[0012]在旧有实施方式中，大部分管芯(例如，中央处理单元(CPU))是单片式的并且是从单块硅形成的。在这些旧有实施方式中，CPU的所有部件都嵌入在CPU芯片内，所述部件例如但不限于具有动态随机存取存储器(DRAM)的区域、CPU的核心等。旧式工艺技术已经开始朝向异构实施方式发展，在这样的实施方式中，制造基础芯片并且在基础芯片的顶上附接各
种小芯片。这些各种小芯片可以具有不同部件，例如DRAM、CPU核心等。这些异构实施方式可以允许对CPU封装进行定制，从而将其用到服务器内，并且使该CPU封装具有不同于被定制为用于最终用户低功率膝上型电脑的CPU封装的部件架构。异构实施方式的结果是在成品率和成本方面都相对于单片式管芯具有优势。
[0013]在采用旧有实施方式的情况下，通过使用焊料凸块或类似物进行电耦接的界面层将小芯片接合至基础芯片。焊料凸块要求在基础芯片和小芯片之间具有高度精确的间距对准。结果，旧有实施方式开始朝向通过使用直接接合技术缩小界面层内的间距并且提高电连接的密度发展。直接接合技术不再需要焊料凸块，因此可以在没有使焊料凸块发生流动从而在界面中造成电短路的风险的情况下使电连接的间距更小。
[0014]旧有实施方式中采取的直接接合技术之一是混合接合。混合接合通过既使电介质表面相互接合又使金属表面(例如，铜表面)相互接合而将两个管芯接合到一起。例如，在混合接合期间，将基础芯片的表面和小芯片的表面放置为直接物理接触。结果，在基础芯片上的电介质与小芯片上的电介质之间随着两个氧化物层融合而形成共价键。在退火工艺期间，金属表面也发生融合，并且建立了跨越所述金属的电连接。因而，管芯的接合强度源自于金属接合和电介质接合两者。
[0015]在旧式混合接合实施方式中，在管芯表面处，金属焊盘被又称为基于硅的电介质的氧化物包围。在高温退火(例如，在后段制程(BEOL)处理期间执行的)期间，金属焊盘中的铜可能泄漏到氧化物中。如果金属焊盘之间的间距小，那么这可能在制造期间或者后续的操作期间导致电短路。
[0016]在实施例中，在混合接合界面处包围金属焊盘放置碳化物材料，并且之后在混合接合之前使用等离子体处理将碳化物材料的部分转换成管芯表面处的氧化物。在实施例中，这样做在碳化物材料中产生了梯度，其中，在耗尽了碳的表面处具有更多氧化物并且在等离子体处理达不到的远离表面的位置处具有更多的碳。在实施例中，碳化物将起着铜扩散阻挡部的作用，并且表面氧化物将在混合接合期间促进氧化物对氧化物接合。在实施例中，碳化物因其相对于传统的蚀刻停止部(例如，氮化硅)具有提高的硬度，因而还可以起着抛光停止部的作用。借助于这些实施例，在制造期间，碳化物提供具有更少的金属扩散的更高质量的金属对金属连接，并且氧化物提供金属焊盘之间的强的氧化物对氧化物接合的益处。这些实施例可以被结合到现有的制造技术当中。
[0017]在下文的详细描述中，将参考构成了所述详细描述的部分的附图，其中，通篇以类似的附图标记表示类似部分，并且其中，以举例说明的方式示出了可以实践本公开的主题的实施例。应当理解，可以采用其他实施例，并且可以做出结构和逻辑上的改变，而不脱离本公开的范围。因此，不应从限定的意义上理解下文的详细描述，并且实施例的范围由所附权利要求及其等价方案限定。
[0018]出于本公开的目的，短语“A和/或B”是指(A)、(B)或者(A和B)。出于本公开的目的，短语“A、B和/或C”表示(A)、(B)、(C)、(A和B)、(A和C)、(B和C)或(A、B和C)。
[0019]所述描述可以使用基于透视的描述，例如，顶部/底部、内/外、之上/之下等。这样的描述只是用于方便讨论，而非意在使本文描述的实施例的应用局限于任何特定取向。
[0020]所述描述可以使用短语“在实施例中”，其可以指相同或不同实施例中的一个或多个实施例。此外，联系本公开的实施例使用的术语“包括”、“包含”、“具有”等是同义的。
[0021]本文可以使用术语“与
……
耦接”连同其派生词。“耦接”可以表示下述含义中的一者或多者。“耦接”可以指两个或更多元件直接物理或电接触。然而，“耦接”也可以指两个或更多元件间接相互接触，但是仍然相互协作或相互作用，并且可以指一个或多个其他元件耦接或者连接于被称为相互耦接的元件之间。术语“直接耦接”可以指两个或更多元件直接接触。
[0022]可以按照对理解所主张保护的主题最有帮助的方式将各项操作依次描述成多个分立的操作。但是不应将描述顺序推断为暗示这些操作必然是顺序相关的。
[0023]如本文所用，术语“模块”可以指代或包括以下各项或者可以是它们的部分：执行一个或多个软件或固件程序的ASIC、电子电路、处理器(共享、专用或群组)和/或存储器(共享、专用或群组)、组合逻辑电路和/或提供所描述的功能的其他适当部件。
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种设备，包括：具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧的衬底，所述衬底包括：位于所述衬底的所述第一侧处的所述衬底的第一层，其中，所述第一层包括氧化物；位于所述衬底的所述第一层下方并且与所述衬底的所述第一层接触的所述衬底的第二层，其中，所述第二层包括碳；以及从所述衬底的所述第一侧朝所述衬底的所述第二侧延伸的多个金属接触部，其中，所述多个金属接触部被所述第一层和所述第二层包围。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一层中的碳原子的密度小于所述第二层中的碳原子的密度。3.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一层包括硅和氧，并且其中，所述第二层包括硅和碳。4.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第一层的厚度处于从1nm到50nm的范围内。5.根据权利要求3所述的设备，其中，所述第二层包括氧或氮中的选定的一者或多者。6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个金属接触部包括铜。7.根据权利要求1所述的设备，还包括位于所述第二层下方并与所述第二层接触的第三层，其中，所述第三层是电介质。8.根据权利要求1所述的设备，还包括分别位于所述多个金属接触部和所述衬底之间的多个阻挡部。9.根据权利要求8所述的设备，其中，所述多个阻挡部包括钽层。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述设备是下述选项中的选定一者：晶圆的部分或者管芯的部分。11.根据权利要求1所述的设备，还包括：位于所述衬底的所述第二侧处的所述衬底的第三层，其中，所述第三层包括氧化物；与所述衬底的所述第三层接触的所述衬底的第四层，其中，所述第四层包括碳；以及从所述衬底的所述第二侧朝所述衬底的所述第一侧延伸的另外多个金属接触部，其中，所述另外多个金属接触部被所述第三层和所述第四层包围。12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述衬底是第一衬底；并且所述设备还包括：具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧的第二衬底，所述第二衬底包括：位于所述第二衬底的所述第一侧处的所述第二衬底的第一层，其中，所述第二衬底的所述第一层包括氧化物；位于所述第二衬底的所述第一层下方并且与所述第二衬底的所述第一层接触的所述第二衬底的第二层，其中，所述第二衬底的所述第二层包括碳；以及从所述第二衬底的所述第一侧朝所述第二衬底的所述第二侧延伸的第二多个金属接触部，其中，所述第二多个金属接触部被所述第一层和所述第二层包围；并且其中，所述第一衬底的所述多个金属接触部与所述第二衬底的所述第二多个金属接触部直接物理和电耦接。13.根据权利要求12所述的设备，其中，所述第一衬底的所述多个金属接触部的部分与所述第二衬底的所述第一层或所述第二层直接物理接触。14.一种设备，包括：
具有第一侧和与所述第一侧相对的第二侧的衬底，所述衬底包括：位...

【专利技术属性】
技术研发人员：N，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：