用于细间距和薄BLT互连的基于焊料的混合接合制造技术

本公开涉及用于细间距和薄BLT互连的基于焊料的混合接合。一种半导体装置组件，其包括第一半导体装置，第一半导体装置包含具有前侧表面的第一衬底、位于第一衬底的前侧表面上的多个焊料凸块以及在前侧表面上的第一聚合物层。半导体装置组件还包括第二半导体装置，第二半导体装置包含具有背侧表面的第二衬底、从第二衬底的背侧表面突出的多个TSV以及在第一衬底的背侧表面上的第二聚合物层，第二聚合物层具有对应于多个TSV的多个开口。第一和第二半导体装置接合以使得第一聚合物层接触第二聚合物层，并且多个焊料凸块中的每一者延伸到多个开口中的对应一者中并接触多个TSV中的对应一者。应一者。应一者。

【技术实现步骤摘要】
用于细间距和薄BLT互连的基于焊料的混合接合


[0001]本公开大体上涉及半导体装置，且更具体地说，涉及并入有其的具有细间距和薄接合线厚度(BLT)互连的基于焊料的混合半导体装置接合。

技术介绍

[0002]微电子装置大体上具有裸片(即，芯片)，所述裸片包含具有高密度的极小部件的集成电路系统。通常，裸片包含电耦合到集成电路系统的极小接合垫阵列。接合垫为外部电触点，电源电压、信号等通过所述接合垫传输到集成电路系统并从集成电路系统发射。在形成裸片之后，将其“封装”以将接合垫耦合到可更容易地耦合到各种电源线、信号线和接地线的较大电端子阵列。用于封装裸片的常规工艺包含将裸片上的接合垫电耦合到引线、球垫或其它类型的电端子的阵列，且包封裸片以保护其免受环境因素(例如，水分、颗粒、静电和物理撞击)影响。

技术实现思路

[0003]本公开的一个方面提供一种半导体装置组件，其包括：第一半导体装置，其包含：第一衬底，其具有前侧表面，多个焊料凸块，其位于所述第一衬底的所述前侧表面上，和第一聚合物层，其在所述第一衬底的所述前侧表面上；以及第二半导体装置，其包含：第二衬底，其具有背侧表面，多个硅穿孔(TSV)，其从所述第二衬底的所述背侧表面突出，和第二聚合物层，其在所述第一衬底的所述背侧表面上，所述第二聚合物层具有对应于所述多个TSV的多个开口，每个开口具有大于所述多个焊料凸块的体积的体积，其中所述第一半导体装置和所述第二半导体装置接合以使得所述第一聚合物层接触所述第二聚合物层，并且所述多个焊料凸块中的每一者延伸到所述多个开口中的对应一者中并接触所述多个TSV中的对应一者。
[0004]本公开的另一方面提供一种半导体装置组件，其包括：多个半导体装置，所述多个半导体装置中的每一者包含：衬底，其具有前侧表面和背侧表面，多个焊料凸块，其位于所述衬底的所述前侧表面上，第一聚合物层，其在所述衬底的所述前侧表面上，多个硅穿孔(TSV)，其从所述衬底的所述背侧表面突出，以及第二聚合物层，其在所述衬底的所述背侧表面上，所述第二聚合物层具有对应于所述多个TSV的多个开口，每个开口具有大于所述多个焊料凸块的体积的体积。
[0005]本公开的另一方面提供一种制造半导体装置组件的方法，其包括：处理第一半导体装置以在所述第一半导体装置的背侧表面上的突出硅穿孔(TSV)周围在第一聚合物层中形成空腔；处理第二半导体装置以在所述第二半导体装置的前侧表面上产生第二聚合物层和焊料凸块；将所述第一半导体装置接合到所述第二半导体装置，使得所述第一聚合物层接触所述第二聚合物层，并且所述焊料凸块延伸到所述空腔中并接触所述TSV；以及回焊所述焊料凸块以润湿所述空腔内的所述突出TSV。
附图说明
[0006]图1A
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1D描绘根据本专利技术的实施例的在各种制造步骤的第一半导体装置的横截面图；
[0007]图2A
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2D描绘根据本专利技术的实施例的在各种制造步骤的第二半导体装置的横截面图；
[0008]图3描绘根据本专利技术的实施例的第一和第二半导体装置的基于焊料的混合接合的横截面图；
[0009]图4描绘根据本专利技术的实施例的具有混合接合互连的半导体装置组件的横截面图；
[0010]图5描绘根据本专利技术的实施例的第三半导体装置的横截面图；
[0011]图6是说明根据本专利技术的实施例的具有混合接合的半导体装置组件的方法的流程图；
[0012]图7是说明根据本专利技术的实施例的制造用于半导体装置组件的第一半导体装置的方法的流程图；并且
[0013]图8是说明根据本专利技术的实施例的制造用于半导体装置组件的第二半导体装置的方法的流程图。
[0014]图式仅说明实例实施例，且因此不应被视为对范围的限制。图式中所示元件和特征不一定按比例缩放，而是将重点放在清楚地说明实例实施例的原理上。另外，可能夸示特定尺寸或放置以有助于直观地表达此类原理。在图式中，在不同实施例中使用的相同附图标记表示类似或对应但不一定相同的元件。
具体实施方式
[0015]3D半导体装置集成，包含裸片到裸片、裸片到晶片以及晶片到晶片的接合，使摩尔定律得以延续，以获得更小且更快的半导体装置。半导体装置组件中的焊料凸块和硅穿孔(TSV)间距实现用于不同应用的两个或更多个半导体装置之间的高密度互连件。然而，焊料凸块的机械稳定性、焊料凸块非润湿和TSV凹陷是更细间距(例如10um及以下)的半导体组件的关注点。举例来说，在具有紧密TSV间距的传统互连技术中存在焊料桥接问题和焊料非润湿问题。另外，铜
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铜接合中的开口对基于铜混合接合的互连良率提出了挑战，并要求对5nm间距及以下的铜垫凹陷进行非常严格的控制。此外，3D半导体装置集成需要最小化且恒定的BLT，以实现组装后的半导体装置的统一且可靠的性能。
[0016]为了解决这些缺点和其它缺点，本公开揭示一种用于半导体装置组件的基于焊料的混合接合，其包含位于堆叠半导体装置的界面处的聚合物
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聚合物接合和焊料
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TSV接合。具体地说，所揭示的半导体装置互连包含具有第一聚合物层的第一半导体装置、作为凸块下金属化(UBM)的TSV，以及在TSV周围产生的空腔。混合半导体装置互连还包含具有在其上形成第二聚合物层和焊料凸块的第二半导体装置。第一和第二半导体装置可通过第一聚合物层与第二聚合物层之间的聚合物
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聚合物接合以及通过将焊料凸块延伸到空腔中以接触TSV而进行的焊料凸块
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TSV接合来接合。本公开中所公开的半导体装置组件在TSV周围的空腔内容纳焊料凸块，因此消除堆叠半导体装置之间的BLT。
[0017]在本公开中，可处理第一半导体装置以在其第一聚合物层中且在第一半导体装置
的背侧表面上的突出TSV周围产生空腔。图1A
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1D描绘根据本专利技术的实施例的在各种制造步骤的第一半导体装置100的横截面图。如图1A中所示，TSV 104可制造为在半导体装置100的衬底102的背侧表面上突出。在此实例中，TSV 104可使用后通孔方法制造，即，通过蚀刻衬底102的背侧、浅沟槽隔离(STI)垫和STI垫上方的层间电介质以通过相应TSV开口暴露金属垫(未说明)而从衬底102的背侧形成TSV 104。此处，TSV 104可填充有任何适当的导电材料，例如铜、钨、钼、镍、钛、钽、铂、银、金、钌、铱、铼、铑或其合金。替代地，TSV 104可按先通孔方法形成，其中可以使用晶片研磨(grinding)或研磨(lapping)工具进行晶片减薄工艺，以从衬底102的背侧露出TSV 104。在另一实例实施例中，TSV 104可制造为在衬底102的背侧表面上突出并从中穿透。例如，TSV 104可通过蚀刻穿过衬底102且接着用任何导电材料填充而形成。此外，TSV 104可具有在衬底102上方在2um到5um范围内的高度和在2um到4um范围内的直径。
[0018]钝化内衬106可进一步沉积在第一半导体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置组件，其包括：第一半导体装置，其包含：第一衬底，其具有前侧表面，多个焊料凸块，其位于所述第一衬底的所述前侧表面上，和第一聚合物层，其在所述第一衬底的所述前侧表面上；以及第二半导体装置，其包含：第二衬底，其具有背侧表面，多个硅穿孔TSV，其从所述第二衬底的所述背侧表面突出，和第二聚合物层，其在所述第一衬底的所述背侧表面上，所述第二聚合物层具有对应于所述多个TSV的多个开口，每个开口具有大于所述多个焊料凸块的体积的体积，其中所述第一半导体装置和所述第二半导体装置接合以使得所述第一聚合物层接触所述第二聚合物层，并且所述多个焊料凸块中的每一者延伸到所述多个开口中的对应一者中并接触所述多个TSV中的对应一者。2.根据权利要求1所述的半导体装置组件，其中所述多个开口中的一或多者内存在空隙。3.根据权利要求1所述的半导体装置组件，其中所述第一聚合物层接合到所述第二聚合物层。4.根据权利要求1所述的半导体装置组件，其中所述多个TSV的间距小于10um。5.根据权利要求1所述的半导体装置组件，其中所述多个TSV的直径在2um到4um范围内，并且其中所述多个开口的直径在5um到10um范围内。6.根据权利要求1所述的半导体装置组件，其中所述多个TSV中的每一者的顶表面凹入所述第二聚合物层的顶表面下方。7.根据权利要求1所述的半导体装置组件，其进一步包括包封所述第二衬底的所述背侧表面和所述多个TSV的突出侧壁的电介质层。8.根据权利要求1所述的半导体装置组件，其中所述第一聚合物层和所述第二聚合物层由包含环氧树脂、硅酮、丙烯酸树脂、双马来酰亚胺或聚酰亚胺中的至少一者的材料制成。9.根据权利要求1所述的半导体装置组件，其中所述多个TSV由包含铜、钨、钼、镍、钛、钽、铂、银、金、钌、铱、铼、铑或其合金中的至少一者的导电材料制成。10.根据权利要求1所述的半导体装置组件，其中所述多个焊料凸块中的每一者包含用焊料材料封盖的镍柱。11.一种半导体装置组件，其包括：多个半导体装置，所述多个半导体装置中的每一者包含：衬底，其具有前侧表面和背侧表面，多个焊料凸块，其位于所述衬底的所述前侧表面上，第一聚合物层，其在所述衬底的所述前侧表面上，多个硅穿孔TSV，其从所述衬底的所述背侧表面突出，以及第二聚合物层，其在所述衬底的所述背侧表面上，所述第二聚合物层具有对应于所述多个TSV的多个开口，每个开口具有大于所述多个焊料凸块的体积的体积。
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【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：