【技术实现步骤摘要】
以下描述涉及集成电路(“ic”)。更具体地讲，以下描述涉及制造ic管芯和晶圆。
技术介绍
1、微电子元件通常包括半导体材料诸如硅或砷化镓的薄板，该薄板通常被称为半导体晶圆。晶圆可被形成为包括在晶圆表面上和/或部分嵌入晶圆内的多个集成芯片或管芯。与晶圆分离的管芯通常作为单独的预封装单元提供。在一些封装设计中，将管芯安装到衬底或芯片载体，该衬底或芯片载体继而安装在电路面板诸如印刷电路板(pcb)上。例如，在适于进行表面安装的封装中提供许多管芯。
2、封装式半导体管芯还可以以“堆叠”布置提供，其中例如在电路板或其他载体上提供一个封装，并且在第一封装的顶部上安装另一个封装。这些布置可允许多个不同管芯安装在电路板上的单个占有面积内，并且可通过在封装之间提供短互连来进一步促进高速度操作。通常，该互连距离可能仅略大于管芯自身的厚度。为了在管芯封装叠堆内实现互连，可在每个管芯封装(最顶部封装除外)的两侧(例如，面)上提供用于机械连接和电连接的互连结构。
3、另外，管芯或晶圆可以作为各种微电子封装方案的一部分以三维布置堆叠。这可以包括在较大的基础管芯、器件、晶圆、衬底等上堆叠一个或多个管芯、器件和/或晶圆的层、以竖直或水平布置堆叠多个管芯或晶圆以及两者的各种组合。管芯或晶圆可以使用各种结合技术以堆叠布置来结合，包括直接电介质结合、非粘合技术，诸如或混合结合技术诸如这两种技术均可从invensas bonding technologies,inc.(以前的ziptronix,inc.)，xperi公司获得(参见例如美国专利6
4、实现堆叠管芯和晶圆布置可能存在多种挑战。当使用直接结合或混合结合技术结合堆叠的管芯时，通常期望待结合管芯的表面极其平坦、平滑和清洁。例如，一般来讲，表面应具有非常小的表面拓扑变化(即纳米级变化)，使得表面可以紧密配合，以形成持久的结合。
5、然而，用于制备结合表面的一些加工技术诸如化学-机械抛光(cmp)等也可有助于形成不均匀的结合表面，具体是当结合表面包括不同密度的不同材料时。例如，在结合表面处的嵌入式金属结构可在结合表面抛光期间过度凹陷，并且在金属结构具有大暴露表面积时凹陷至更大的程度。
6、另外，可期望结合相邻堆叠管芯的嵌入式金属结构以在管芯之间形成导电互连件。一般来讲，使用加热退火技术来结合金属结构以形成扩散结合。然而，用于执行退火技术的温度对于一些期望的封装方案或部件或者封装中的至少一种或多种材料而言通常可能太高，从而限制可利用这些技术的方案和部件或材料组合的类型。
技术实现思路
1、本专利技术公开了代表性技术和装置，其包括用于使用互连结构中的凹陷部来形成可靠的低温金属(例如，混合)结合的过程步骤。在各种实施方式中，可使用直接结合技术在环境温度下将第一金属互连结构结合到第二金属互连结构，该直接结合技术使用第一互连结构和第二互连结构中的一者或两者中的凹陷部。为此目的，可在互连结构中形成凹陷部，或者可用该创新技术修复由cmp(等)产生的凹陷部。具有较大表面积的互连焊盘和具有较深凹入的其他互连焊盘可特别有益。
2、在各种实施方式中，用于形成微电子组件的方法包括：将第一衬底的结合表面平面化，其中第一衬底包括嵌入第一衬底的结合表面中的第一金属焊盘；以及将第一金属材料沉积到第一金属焊盘的表面上。另外，将第二衬底的结合表面平面化，其中第二衬底包括嵌入到第二衬底的结合表面中的第二金属焊盘，以及将第二金属材料沉积到第二金属焊盘的表面上。然后，在没有粘合剂的情况下经由直接结合将第二衬底的结合表面结合到第一衬底的结合表面。
3、在实施方式中，方法包括经由浸没无电金属沉积或类似技术来沉积第一金属材料和/或第二金属材料。在另一个实施方式中，方法包括在第一金属焊盘和第二金属焊盘之间形成共晶合金块，其中共晶合金块或近共晶组成的合金块包括第一金属材料和第二金属材料的合金。
4、方法可包括：在第一金属焊盘的表面中形成第一凹陷部分，并且在第二金属焊盘的表面中形成第二凹陷部分；用第一金属材料至少部分地填充第一凹陷部分，并且用第二金属材料至少部分地填充第二凹陷部分。在一些实施方案中，方法包括在分别沉积第一金属材料或第二金属材料之前，将导电阻挡层沉积到第一金属焊盘的表面和/或第二金属焊盘的表面上。
5、在附加的实施方式中，技术和方法包括形成微电子组件，该微电子组件包括：第一衬底，该第一衬底具有带平坦化形貌的结合表面，以及第一衬底的结合表面处的第一多个金属焊盘或迹线或它们的组合；以及第二衬底，该第二衬底具有带平坦化形貌的结合表面，该结合表面结合到第一衬底的结合表面。在第二衬底的结合表面处的第二多个金属焊盘结合到第一多个金属焊盘。第一多个金属焊盘和/或第二多个金属焊盘由两种或更多种导电材料构成。
6、在一些实施方式中，第一凹陷部分设置在第一多个金属焊盘的表面中，该第一凹陷部分在第一多个金属焊盘的表面下方延伸预选深度，或在第一衬底的结合表面下方延伸预选深度。第一凹陷部分至少部分地填充有与第一多个金属焊盘的导电材料不同的第一导电材料。另外，第二凹陷部分可设置在第二多个金属焊盘的表面中，该第二凹陷部分在第二多个金属焊盘的表面下方延伸预选深度，或在第二衬底的结合表面下方延伸预选深度。第二凹陷部分至少部分地填充有与第二多个金属焊盘的导电材料不同的第二导电材料。
7、在替代实施方式中，阻挡层设置在第一凹陷部分和/或第二凹陷部分内。阻挡层由第三导电材料构成，该第三导电材料不同于第一导电材料或第二导电材料并且不同于第一多个金属焊盘或第二多个金属焊盘的导电材料。
8、在一些实施方式中，合金块(例如，共晶合金块)设置在第一多个金属焊盘和第二多个金属焊盘之间，其中合金块包括第一导电材料和第二导电材料的合金。在一些示例中，第一多个金属焊盘或第二多个金属焊盘与合金块之间的区域是非线性的。
9、本专利技术参考电气和电子部件以及变化的载体讨论了各种具体实施和布置。虽然提到了特定部件(即，管芯、晶圆、集成电路(ic)、芯片管芯、衬底等)，但这并非旨在进行限制，而是为了便于讨论和说明方便。参考晶圆、管芯、衬底等讨论的技术和器件适用于任何类型或数量的电子部件、电路(例如，集成电路(ic)、混合电路、asic、存储器器件、处理器等)、部件组、封装部件、结构(例如，晶圆、面板、板、pcb等)等，它们可耦接以彼此交接，与外部电路、系统、载体等交接。这些不同部件、电路、组、封装、结构等中的每一者可以统称为“微电子部件”。为简单起见，除非另外指明，否则结合到另一个部件的部件在本文中将被称为“管芯”。
10、本
技术实现思路
并非旨在给出完整的描述。下面使用多个示例更详细地解释实施方式。尽管在此处和下文讨论了各种实施方式和示例，但是通过组合各个实施方式和示例的特征和元素，其他实施方式和示例也是可能的。
【技术保护点】
1.一种方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述第一金属特征和所述第二金属特征之间形成合金块，所述合金块包括所述第一金属材料和所述第二金属材料的合金。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述合金块包括共晶合金块。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括经由所述合金块将所述第二金属特征结合到所述第一金属特征以形成单个固体互连结构。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述合金块的所述第一金属材料的浓度和所述第二金属材料的浓度在整个所述合金块中是非线性的。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：在沉积所述第一金属材料或所述第二金属材料之前，分别将导电阻挡层沉积到所述第一金属特征的所述表面上和/或所述第二金属特征的所述表面上。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：经由浸没无电金属沉积来沉积所述第一金属材料和/或所述第二金属材料。
9.一种方法，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一金属特征通过热变形而直接结合到
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一金属材料包括钴、镍或锰。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一金属材料的熔点高于所述第一金属特征的材料的部分的熔点或所述第二金属特征的材料的部分的熔点。
13.一种微电子组件，包括：
14.根据权利要求13所述的微电子组件，其中所述第一元素的组成小于组合的所述第一导电互连结构和所述第二导电互连结构的组成的10％。
15.根据权利要求14所述的微电子组件，其中所述第一元素的组成小于组合的所述第一导电互连结构和所述第二导电互连结构的组成的1％。
16.一种方法，包括：
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述合金块包括共晶合金块。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括经由所述合金块将所述第二金属特征结合到所述第一金属特征以形成单个固体互连结构。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：
20.一种方法，包括：
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：在所述第一金属特征和所述第二金属特征之间形成合金块，所述合金块包括所述第一金属材料和所述第二金属材料的合金；并且所述方法还包括经由所述合金块将所述第一金属特征结合到所述第二金属特征。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述合金块的所述第一金属材料的浓度和所述第二金属材料的浓度在整个所述合金块中是非线性的。
23.一种微电子组件，包括：
24.根据权利要求23所述的微电子组件，还包括第一凹陷部分，所述第一凹陷部分设置在所述第一金属特征的表面中并且在所述第一衬底的所述结合表面下方延伸预选深度，所述第一凹陷部分至少部分地填充有所述第一导电材料，其中所述第一导电材料不同于所述第一金属特征的导电材料。
25.根据权利要求24所述的微电子组件，还包括第二凹陷部分，所述第二凹陷部分设置在所述第二金属特征的表面中并且在所述第二衬底的所述结合表面下方延伸预选深度，所述第二凹陷部分至少部分地填充有所述第二导电材料，其中所述第二导电材料不同于所述第二金属特征的导电材料。
26.根据权利要求25所述的微电子组件，还包括设置在所述第一凹陷部分和/或所述第二凹陷部分内的阻挡层，所述阻挡层包括第三导电材料，所述第三导电材料不同于所述第一导电材料或所述第二导电材料并且不同于所述第一金属特征的所述导电材料或所述第二金属特征的所述导电材料。
27.根据权利要求23所述的微电子组件，其中所述合金块的熔点高于所述第一导电材料和/或所述第二导电材料的材料的相应熔点。
28.根据权利要求23所述的微电子组件，其中在没有粘合剂的情况下所述第二衬底的所述结合表面经由直接结合被结合到所述第一衬底的所述结合表面。
29.根据权利要求23所述的微电子组件，其中所述第一导电材料包括在所述第一金属特征的所述表面上的不连续层，和/或所述第二导电材料包括在所述第二金属特征的所述表面上的不连续层，所述第一导电材料不同于所述第一金属特征的材料，并且所述第二导电材料不同于所述第二金属特征的材料。
30.一种微电子组件，包括：
31.根据权利要求30所述的微电子组件，还包括第一凹陷部分和第二凹陷部分，所述第一凹陷部分设置在所述第一导电互连结构的表面中，所述第一凹陷部分至少部分地填充有所述第一材料，所述第二凹陷部分设置在所述第二导电互连结构的表...
【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：在所述第一金属特征和所述第二金属特征之间形成合金块，所述合金块包括所述第一金属材料和所述第二金属材料的合金。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述合金块包括共晶合金块。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括经由所述合金块将所述第二金属特征结合到所述第一金属特征以形成单个固体互连结构。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述合金块的所述第一金属材料的浓度和所述第二金属材料的浓度在整个所述合金块中是非线性的。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：在沉积所述第一金属材料或所述第二金属材料之前，分别将导电阻挡层沉积到所述第一金属特征的所述表面上和/或所述第二金属特征的所述表面上。
8.根据权利要求1所述的方法，还包括：经由浸没无电金属沉积来沉积所述第一金属材料和/或所述第二金属材料。
9.一种方法，包括：
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一金属特征通过热变形而直接结合到所述第二金属特征。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一金属材料包括钴、镍或锰。
12.根据权利要求9所述的方法，其中所述第一金属材料的熔点高于所述第一金属特征的材料的部分的熔点或所述第二金属特征的材料的部分的熔点。
13.一种微电子组件，包括：
14.根据权利要求13所述的微电子组件，其中所述第一元素的组成小于组合的所述第一导电互连结构和所述第二导电互连结构的组成的10％。
15.根据权利要求14所述的微电子组件，其中所述第一元素的组成小于组合的所述第一导电互连结构和所述第二导电互连结构的组成的1％。
16.一种方法，包括：
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述合金块包括共晶合金块。
18.根据权利要求16所述的方法，还包括经由所述合金块将所述第二金属特征结合到所述第一金属特征以形成单个固体互连结构。
19.根据权利要求16所述的方法，还包括：
20.一种方法，包括：
21.根据权利要求20所述的方法，还包括：在所述第一金属特征和所述第二金属特征之间形成合金块，所述合金块包括所述第一金属材料和所述第二金属材料的合金；并且所述方法还包括经由所述合金块将所述第一金属特征结合到所述第二金属特征。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述合金块的所述第一金属材料的浓度和所述第二金属材料的浓度在整个所述合金块中是非线性的。
23.一种微电子组件，包括：
24.根据权利要求23所述的微电子组件，还包括第一凹陷部分，所述第一凹陷部分设置在所述第一金属特征的表面中并且在所述第一衬底的所述结合表面下方延伸预选深度，所述第一凹陷部分至少部分地填充有所述第一导电材料，其中所述第一导电材料不同于所述第一金属特征的导电材料。
25.根据权利要求24所述的微电子组件，还包括第二凹陷部分，所述第二凹陷部分设置在所述第二金属特征的表面中并且在所述第二衬底的所述结合表面下方延伸预选深度，所述第二凹陷部分至少部分地填充有所述第二导电材料，其中所述第二导电材料不同于所述第二金属特征的导电材料。
26.根据权利要求25所述的微电子组件，还包括设置在所述第一凹陷部分和/或所述第二凹陷部分内的阻挡层，所述阻挡层包括第三导电材料，所述第三导电材料不同于所述第一导电材料或所述第二导电材料并且不同于所述第一金属特征的所述导电材料或所述第二金属特征的所述导电材料。
27.根据权利要求23所述的微电子组件，其中所述合金块的熔点高于所述第一导电材料和/或所述第二导电材料的材料的相应熔点。
28.根据权利要求23所述的微电子组件，其中在没有粘合剂的情况下所述第二衬底的所述结合表面经由直接结合被结合到所述第一衬底的所述结合表面。
29.根据权利要求23所述的微电子组件，其中所述第一导电材料包括在所述第一金属特征的所述表面上的不连续层，和/或所述第二导电材料包括在所述第二金属特征的所述表面上的不连续层，所述第一导电材料不同于所述第一金属特征的材料，并且所述第二导电材料不同于所述第二金属特征的材料。
30.一种微电子组件，包括：
31.根据权利要求30所述的微电子组件，还包括第一凹陷部分和第二凹陷部分，所述第一凹陷部分设置在所述第一导电互连结构的表面中，所述第一凹陷部分至少部分地填充有所述第一材料，所述第二凹陷部分设置在所述第二导电互连结构的表面中，所述第二凹陷部分至少部分地填充有所述第二材料。
32.根据权利要求31所述的微电子组件，还包括设置在所述第一凹陷部分和/或所述第二凹陷部分内的导电阻挡层。
33.根据权利要求30所述的微电子组件，其中所述合金块包括共晶合金块。
34.根据权利要求30所述的微电子组件，其中所述第一材料的浓度从朝向所述第一导电互连结构设置的位置处的相对较高量变化到朝向所述第二导电互连结构的相对较低量，其中所述第二材料的浓度在浓度上从朝向所述第二导电互连结构设置的位置处的相对较高量变化到朝向所述第一导电互连结构的相对较低量，并且其中所述第三材料在所述第一材料的第一最高浓度和所述第二材料的第二最高浓度之间的位置处具有最高浓度。
35.根据权利要求30所述的微电子组件，其中所述第一导电互连结构相对于所述第一衬底的所述第一表面是凹陷的，并且所述第二导电互连结构相对于所述第二衬底的所述第二表面是凹陷的。
36.根据权利要求30所述的微电子组件，还包括第一非金属区域和第二非金属区域，所述第一非金属区域邻近所述第一导电互连结构位于所述第一表面处，所述第二非金属区域邻近所述第二导电互连结构位于所述第二表面处，所述第二非金属区域与所述第一非金属区域接触并且在没有粘合剂的情况下直接结合到所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：C·E·尤佐，J·A·泰尔，王量，R·卡特卡尔，G·高，L·W·米卡里米，
申请(专利权)人：隔热半导体粘合技术公司，
类型：发明
国别省市：
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