本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種保護貫穿襯底通孔(TSV)管芯不受鍵合損壞的方法(100)，該方法包括提供包含多個TSV管芯的襯底，該TSV管芯具有包含有源電路的頂側(cè)、底側(cè)和多個TSV。TSV包括從頂側(cè)伸到從底側(cè)延申出的凸出TSV末端的內(nèi)部金屬芯(101)。在所述底側(cè)上包括在所述凸出TSV管芯之間和之上形成或施加保護層(102)。TSV管芯隨著底側(cè)向上與鍵合頭接觸而被頂側(cè)向下鍵合到具有工件表面的工件上(104)。保護層通過防止鍵合頭直接接觸凸出TSV末端來減少鍵合工藝引起的損壞，該損壞包括TSV管芯翹曲。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】【專利摘要】本專利技術(shù)公開了一種保護貫穿襯底通孔(TSV)管芯不受鍵合損壞的方法(100)，該方法包括提供包含多個TSV管芯的襯底，該TSV管芯具有包含有源電路的頂側(cè)、底側(cè)和多個TSV。TSV包括從頂側(cè)伸到從底側(cè)延申出的凸出TSV末端的內(nèi)部金屬芯(101)。在所述底側(cè)上包括在所述凸出TSV管芯之間和之上形成或施加保護層(102)。TSV管芯隨著底側(cè)向上與鍵合頭接觸而被頂側(cè)向下鍵合到具有工件表面的工件上(104)。保護層通過防止鍵合頭直接接觸凸出TSV末端來減少鍵合工藝引起的損壞，該損壞包括TSV管芯翹曲。【專利說明】熱壓鍵合期間用于保護TSV末端的保護層
本專利技術(shù)公開的實施例涉及電子器件，并且更具體地涉及將集成電路(IC)管芯或晶圓組裝到至少一個工件，該IC管芯或晶圓包括具有凸出的貫穿襯底通孔末端的多個管芯，以及產(chǎn)生的電子器件。
技術(shù)介紹
如本領(lǐng)域已知的，貫穿襯底通孔(在本文中稱作TSV)是從在IC管芯的頂側(cè)半導(dǎo)體表面上形成的導(dǎo)電層級中的一個(例如，接觸層級或后段制程(BEOL)金屬互連層級中的一個)延伸到其底側(cè)表面從而在IC管芯的整個厚度延伸的垂直電連接。貫穿襯底通孔在硅襯底情況下一般被稱作穿透硅通孔。這種IC管芯被稱作“TSV管芯”。垂直電路徑相對于常規(guī)引線鍵合技術(shù)顯著縮短，從而通常導(dǎo)致顯著更快的器件操作。在一種布置方式中，TSV以凸出的TSV末端在TSV管芯的底側(cè)上終止，例如從底側(cè)襯底(例如，硅)表面凸出5到15μπι的距離。為了形成凸出的末端，使用一般包括研磨的工藝將TSV管芯通常以晶片的形式減薄以便暴露TSV并且形成末端，例如，減薄到25到100 μ m的管芯厚度。TSV管芯可以面朝上或者面朝下鍵合，并且可以從其兩個側(cè)面鍵合使得能夠形成堆疊管芯器件。在具有TSV的管芯區(qū)域中，由于TSV延伸TSV管芯的全部厚度，所以該管芯區(qū)域沒有有源器件。TSV管芯上的TSV —般布置在覆蓋相對小比例的TSV管芯區(qū)域的多個單獨的TSV陣列中，因此TSV不會集中地接近從而均勻地覆蓋TSV管芯的區(qū)域。TSV陣列內(nèi)的TSV一般規(guī)則地相隔固定的間距。TSV陣列之外的區(qū)域或者無TSV區(qū)域產(chǎn)生由凸出的TSV被提升引起的不規(guī)則的底側(cè)形貌，其中無TSV區(qū)域具有一致最低高度。TSV末端可包括位于其上的金屬蓋，例如，包括含鎳層的蓋，該金屬蓋在焊料介導(dǎo)(mediate)接合到工件(例如，封裝襯底或另一管芯或管芯疊層)的情況下充當(dāng)覆蓋錫基(Sn-based)焊料的金屬間化合物(MC)阻擋層，以便避免或者至少延遲TSV的內(nèi)部金屬芯(例如，銅)的消耗而形成MC，這可能導(dǎo)致TSV的外部介電套管開裂，并導(dǎo)致TSV管芯上的故障(例如，漏泄或短路)。金屬蓋可顯著提高TSV末端相對于無TSV區(qū)域的高度。熱壓(TC)鍵合是一種常用IC組裝方法，涉及使用由鍵合頭施加的壓力(例如，40到80N / cm2)和顯著溫度(例如，足以融化焊料的高溫，如230到300°C)通過相互擴散穿過材料的邊界來接合兩種材料。TC鍵合工藝依靠壓力向著待鍵合的襯底、晶圓或其他管芯上的對置焊盤推動支柱或TSV管芯或TSV晶圓的頂側(cè)表面上的其他鍵合特征進而加熱并且融化焊料。在將具有底側(cè)TSV末端的薄TSV管芯(例如，厚度< IOOym) TC鍵合到襯底(例如，封裝襯底、管芯或管芯疊層)期間，其中TSV管芯的頂側(cè)鍵合到襯底上的焊盤，TC鍵合頭開始直接接觸遠高于周圍的無TSV區(qū)域凸出的TSV末端，從而實際上導(dǎo)致非分布均勻的壓力施加于形成在管芯頂側(cè)的鍵合。
技術(shù)實現(xiàn)思路
所公開的實施例關(guān)注于將薄TSV管芯或薄TSV晶圓(例如，厚度< 100 μ m)的頂側(cè)(有源側(cè))TC鍵合到工件期間的事件，其中TSV管芯或TSV晶圓在其底側(cè)上具有穿過其面積的無TSV區(qū)域。無TSV區(qū)域相對凸出TSV末端具有一致的最低高度導(dǎo)致非均勻分布的底側(cè)形貌，這可能引起拾取問題，并且在后續(xù)的鍵合操作期間施加的基本非均勻分布的壓力可能引起以下問題，包括管芯翹曲、TSV和所鍵合的頂側(cè)表面之間的易碎低k電介質(zhì)受到損壞以及TSV退出管芯底側(cè)處的TSV介電套管開裂。關(guān)于拾取問題，TSV管芯或TSV晶圓的底側(cè)上暴露的TSV在真空拾取期間可能被損壞，這可能導(dǎo)致后續(xù)將TSV末端鍵合到另一工件的期間的弱鍵合完整性。另外，薄TSV管芯和TSV晶圓在鍵合期間遭受非均勻分布的壓力時可能容易彎曲。這可能導(dǎo)致管芯內(nèi)部鍵合后(post-bonding)翅曲從而引起在頂側(cè)鍵合上的非均勻的拉應(yīng)力，本專利技術(shù)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以上情況導(dǎo)致工件例如有機襯底的較低的鍵合收率，并且也可導(dǎo)致凸出TSV的“共面”退化，這可能在后續(xù)將集體TSV末端鍵合到具有標稱共面鍵合表面的工件時產(chǎn)生問題。所公開的實施例通過在TSV管芯底側(cè)上的凸出TSV末端上方添加用于減少或消除TC鍵合到工件(例如，有機襯底)期間的損壞的保護層來解決上述末端損壞問題，其導(dǎo)致TC鍵合頭在TC鍵合期間施加更均勻的壓力。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)這種保護層消除或者至少顯著減少TSV管芯的所鍵合的頂側(cè)上以及后續(xù)將器件鍵合到TSV管芯的底側(cè)TSV末端的TC鍵合所引發(fā)的開口。由于所公開的保護層在TSV管芯的底側(cè)，因此沒有丟失有源管芯區(qū)域。【專利附圖】【附圖說明】圖1是流程圖，其示出根據(jù)示例實施例通過在凸出TSV末端之間和之上添加保護層來保護TSV管芯不受鍵合損壞的示例方法中的步驟，其中TSV管芯包括在TSV管芯的底側(cè)上的凸出TSV末端。圖2是根據(jù)示例實施例的包括多個TSV的TSV管芯的簡化剖視圖，其中TSV包括凸出TSV末端，在TSV管芯的底側(cè)上的凸出TSV末端之間和之上具有保護層。圖3示出根據(jù)示例實施例的示例受保護的堆疊管芯前體，其包括圖2所示的TSV管芯鍵合到工件。【具體實施方式】圖1示出根據(jù)示例實施例通過在凸出TSV末端之間和之上添加保護層來保護TSV管芯不受鍵合損壞的示例方法100中的步驟，其中TSV管芯包括在其底側(cè)上凸出TSV末端。步驟101包括提供包含多個TSV管芯的襯底(例如，晶圓)，該TSV管芯具有包含有源電路的頂側(cè)、底側(cè)和多個TSV。多個TSV均包括內(nèi)部金屬芯和延伸TSV管芯的全部厚度的外部介電套管，該外部介電套管從頂側(cè)表面(一般耦合到接觸層級或后段制程(BEOL)金屬層(例如，M1、M2等)中的一個)延伸到從TSV管芯的底側(cè)出現(xiàn)的凸出的TSV末端。在一個實施例中，從TSV管芯的底側(cè)測量的凸出的TSV末端的長度是2到15μπι。在一個實施例中，TSV直徑< 12μπι，例如，在一個特定實施例中為4到10 μ m。在一個實施例中，內(nèi)部金屬芯可以包含Cu。其他導(dǎo)電材料可以用于內(nèi)部金屬芯。外部介電套管可以包含如下材料:例如氧化硅、氮化硅、摻磷硅酸鹽玻璃(PSG)、氮氧化硅或某些化學(xué)氣相淀積(CVD)的聚合物(例如聚對二甲苯)。外部介電套管通常是0.2μπι到5 μ m 厚。在內(nèi)部金屬芯為銅和某些其他材料的情況下，在此稱為“TSV阻擋層”的金屬擴散阻擋層(例如耐熔金屬或耐熔金屬氮化物)一般被添加并且沉積在介電套管上。例如，TSV阻擋層材料可以包括如下材料:包括Ta、W、Mo、T1、Tiff, TiN, TaN, WN、TiSiN或TaSiN，該材料可以由物理氣相淀積(PVD)或CVD來淀積。本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護點】
一種保護貫穿襯底通孔即TSV管芯不受鍵合損壞的方法，該方法包括：提供包含多個貫穿襯底通孔即TSV管芯的襯底，所述TSV管芯具有包含有源電路的頂側(cè)、底側(cè)和多個TSV，所述多個TSV每個都包括從所述頂側(cè)伸到從所述底側(cè)延伸出的凸出的TSV末端的內(nèi)部金屬芯；在所述底側(cè)上包括在所述凸出的TSV管芯之間和之上形成或施加保護層；以及將所述TSV管芯頂側(cè)向下鍵合到工件，同時所述底側(cè)向上與鍵合頭接觸，其中所述保護層防止所述鍵合頭與所述凸出的TSV管芯直接接觸。
【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：J·A·韋斯特，
申請(專利權(quán))人：德克薩斯儀器股份有限公司，
類型：
國別省市：
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