[发明专利]具有限制部件的三维半导体管芯结构及方法

说明书

技术领域

本公开内容一般地涉及半导体器件，并且更具体地，涉及具有限制部件(containing feature)的三维半导体管芯(die)结构及方法。

背景技术

当形成金属到金属管芯到管芯的互连时，考虑到安置失准，使每个管芯的对应焊垫的尺寸足够大以相互覆盖。对于尺寸相等的大焊垫，象锡(Sn)一样的接合金属能够在管芯的表面上流动，因而相邻互连的不希望的短路并不是故意的短路。

存在着在拾取管芯并安置到晶片上之后以及在管芯于晶片层次同时接合期间管芯移动的问题。管芯移动在将管芯热压至晶片的接合期间能够引起连接之间的短路或未对准的开口。

因此，需要用于克服以上所讨论的现有技术的问题的改进的方法和装置。

附图说明

本发明通过实例的方式来说明并且不限定于附图，在附图中相似的参考符号表示相似的元素。附图中的元素仅出于简单和清晰的目的来示出而不一定按比例绘制。

图1-5是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结构的各个步骤期间第一管芯组件的一部分的截面图；

图6是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结构的另一步骤期间第二管芯组件的一部分的截面图；

图7是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结构的另一步骤期间第一管芯组件的所述部分相对第二管芯组件的所述部分的布置的截面图；

图8是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结构的另一步骤期间第一管芯组件的所述部分与第二管芯组件的所述部分的热压接合的截面图；

图9是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结构时第一管芯组件的所述部分与第二管芯组件的所述部分的邻接面的顶视图；以及

图10和11是在根据本公开内容的一种实施例的具有限制部件的三维半导体管芯结构中使用的第一管芯组件的栓柱部件(pegfeature)和第二管芯组件的限制部件较详细的图表表示。

具体实施方式

本公开内容的实施例有利地提供了满足和/或超过用于在晶片规模下进行高生产量管芯接合的后安置对准要求的方法和装置。没有本公开内容的实施例，当将粘合剂例如具有及不具有助熔剂的环氧树脂、蜡、或其它有机粘合剂用于接合之前的临时性管芯附着时，管芯能够在晶片上不希望地移位。但是，本公开内容的实施例克服了接合之前在管芯上的临时性管芯附着的这种不良移位。

根据一种实施例，方法和装置包括栓柱(45)和限制部件(62)，其有利于使有机粘合剂在安置及接合处理期间从栓柱所坐落的空间流出，如在此所讨论的。根据本公开内容的实施例的方法包括在管芯和晶片上形成尺寸不对称的镀覆栓柱或焊垫使得相互啮合的部件的面积小于形成管芯到晶片的连接的所坐落的部件的面积。在一种实施例中，起初没有接触的交错的Cu栓柱和焊垫结构有利地充当了在临时粘合剂(例如具有或不具有助熔剂的蜡或环氧树脂)被用来在接合之前定住管芯时的管芯移位的止动器。而且Cu栓柱及限制部件用于在热压接合过程中阻止管芯移位。实施例提供了过程稳健性以及改进的管芯到晶片的对准。而且，本公开内容的实施例能够使用于堆叠的管芯上管芯、晶片上管芯及晶片上晶片的部分。

现在转到附图，图1-5是在根据本公开内容的一种实施例制造具有限制部件的三维半导体管芯结构的各个步骤期间第一管芯10的一部分的截面图。在图1中，第一管芯10包括具有有源器件及互连的半导体管芯基板12的一部分。半导体管芯12能够包括任意具有有源器件的半导体管芯。导电的或有源的接触焊垫14通过金属化通孔16耦接至下方的互连和/或有源器件。接触焊垫14包含半导体管芯12的外部接触件并且能够包括任意适合的金属。在一种实施例中，接触焊垫14包含Cu。钝化层18覆盖于半导体管芯12的层间电介质(ILD)层的上表面，其中包括覆盖于接触焊垫14的一部分，同时保留接触焊垫14的另一部分露出。钝化层18包括具有厚度大约为0.25μm～2.0μm的任意适合的钝化层。例如，钝化层18能够包含由适合的方法形成的SiOx、SiN、SiON、有机膜、或者它们的组合中的一个或多个。