[发明专利]键合衬底及键合方法

说明书

本发明提供一种键合衬底及键合方法。一种键合衬底，由一第一衬底和一第二衬底键合形成，包括：内部散热结构，所述内部散热结构为环绕金属柱设置的金属层，埋设在第一衬底和第二衬底的至少一个内；导热结构，所述导热结构连接所述内部散热结构，并暴露于键合后衬底的表面。本发明可以在不改变现有芯片堆叠工艺的情况下，通过增加内部散热结构、外部散热结构、及导热结构，使得三维堆叠芯片的散热效率大幅提升，解决芯片工作温度升高、导线电阻加大导致的芯片耗电量加大和工作速度降低的问题，延长芯片使用寿命。

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种键合衬底及键合方法。

背景技术

三维堆叠芯片是近几年芯片制备技术发展的方向，它具有大带宽高算力的优势，正是这样在两颗堆叠芯片间的高速运算，使得三维堆叠芯片的发热量比正常芯片高多倍。目前现有的三维堆叠芯片依靠依靠介电质缓慢散热，没有专用的散热结构。在三维堆叠芯片工作时，电流通过铜柱产生的热量难以散出，导致芯片温度升高，导线电阻加大，进而导致芯片耗电量加大和工作速度降低，影响芯片的性能。

因此，如何在满足芯片功能的情况下，提高芯片散热能力，从而降低三维堆叠芯片工作时温度，是当前亟待解决的问题。

发明内容

本发明提供一种键合衬底及键合方法，用于解决现有的三维堆叠芯片散热性能差的技术问题，以提高芯片性能。

为了解决上述问题，本发明提供了一种键合衬底，由一第一衬底和一第二衬底键合形成，包括：内部散热结构，所述内部散热结构为环绕金属柱设置的金属层，埋设在第一衬底和第二衬底的至少一个内；导热结构，所述导热结构连接所述内部散热结构，并暴露于键合后衬底的表面。

可选的，还包括外部散热结构，所述外部散热结构为设置在所述键合衬底表面的金属层，连接所述导热结构。

可选的，所述内部散热结构设置在第一衬底和/或第二衬底中。

可选的，所述导热结构设置在第一衬底和/或第二衬底中。

为了解决上述问题，本发明提供了一种键合方法，将一第一衬底和一第二衬底键合，包括：在键合前，在所述第一衬底和第二衬底中的至少一个之中形成内部散热结构的步骤；以及在键合后，在所述第一衬底和第二衬底中的至少一个之中形成导热结构的步骤。

可选的，还包括：在所述键合衬底表面形成外部散热结构，所述外部散热结构通过所述导热结构与所述内部散热结构相连接。

可选的，所述在第一衬底和第二衬底中的至少一个之中形成内部散热结构的步骤，进一步是：提供第一和/或第二晶圆，所述第一和/或第二晶圆表面包括第一和/或第二种子层、以及第一和/或第二钝化层；在所述第一和/或第二衬底表面形成第一和/或第二金属层；图形化所述第一和/或第二金属层，去除所述第一和/或第二种子层正对位置的所述第一和/或第二金属层，形成第一和/或第二内部散热结构；在所述第一和/或第二内部散热结构上形成第一和/或第二介质层和第一和/或第二键合层；刻蚀所述第一和/或第二键合层、第一和/或第二介质层、以及第一和/或第二钝化层，形成第一和/或第二凹槽，所述第一和/或第二凹槽暴露出所述第一和/或第二种子层；以第一和/或第二种子层为电极，在所述第一和/或第二凹槽内电镀形成第一和/或第二金属柱，以形成第一和/或第二衬底。

可选的，在所述第一衬底和第二衬底中的至少一个之中形成导热结构的步骤，进一步是：在键合衬底表面形成孔洞，至暴露出内部散热结构；以及填充所述孔洞形成导热结构。

可选的，在键合衬底表面形成孔洞的步骤是在第一衬底和/或第二衬底内形成孔洞。

可选的，在所述键合衬底表面形成外部散热结构的步骤进一步是：在所述键合衬底表面形成第三金属层，所述第三金属层连接所述导热结构；

刻蚀所述第三金属层，形成外部散热结构，所述外部散热结构通过所述导热结构与所述内部散热结构相连接。