三維封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專利摘要】一種三維封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法，所述三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，包括：提供第一襯底，第一襯底上具有第一焊盤；在第一焊盤上形成第一鍵合層；在第一鍵合層周圍形成保護墻，所述保護墻的頂部表面高于第一鍵合層的表面；提供第二襯底，所述第二襯底上具有第二焊盤；在所述第二焊盤上形成第二鍵合層；將第二襯底倒裝在第一襯底上，將第二襯底上的第二鍵合層與第一襯底上的第一鍵合層鍵合連接，使得所述保護墻圍繞所述第一鍵合層和第二鍵合層。本發(fā)明通過形成保護墻，在進行第一鍵合層和第二鍵合層的鍵合時，防止第一鍵合層或第二鍵合層材料向鍵合面兩側(cè)的溢出。
【專利說明】三維封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)，特別涉及一種三維封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電子產(chǎn)品的小型化和多功能化，特別是計算機、手機等便攜式產(chǎn)品持續(xù)不斷的需求，對集成電路提出了新的要求，要求在芯片上實現(xiàn)系統(tǒng)的功能，三維封裝技術(shù)應(yīng)運而生。隨著三維封裝技術(shù)的發(fā)展，圓片-圓片鍵合技術(shù)成為當前的研究熱點。目前圓片級鍵合技術(shù)包括薄膜封裝、熔融鍵合、陽極鍵合、熱壓縮鍵合、玻璃漿料鍵合、共晶或焊料鍵合、聚合物或粘附層鍵合和局部加熱等。
[0003]共晶或焊料鍵合是利用淀積在襯底上的材料通過擴散，在一個相對低的溫度形成鍵合層實現(xiàn)鍵合。相對來講，該鍵合方法的限制因素較小，可以選擇的材料和工藝參數(shù)范圍較大。在鍵合過程中升溫到共晶溫度附近時，兩個接觸面在壓力下生成界面連接物質(zhì)，形成共晶或焊料鍵合，從而將兩個配對表面牢固地粘合在一起。該工藝的優(yōu)點是在低溫時實現(xiàn)圓片級鍵合，不需要高度平整的表面，金屬合金使氣體和濕氣難以穿過封裝層從而實現(xiàn)真空封裝。
[0004]圖1?圖3為現(xiàn)有的三維封裝結(jié)構(gòu)形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0005]參考圖1，提供第一襯底10，所述第一襯底10上具有第一焊盤12，所述第一焊盤12與第一襯底10中的集成電路電連接；在第一焊盤12上形成第一鍵合層13。
[0006]參考圖2，提供第二襯底20，所述第二襯底20上具有第二焊盤22，所述第二焊盤22與第二襯底20中的集成電路電連接；在第二焊盤22上形成第二鍵合層23。
[0007]參考圖3，將第二襯底20倒裝在第一襯底10上，第二襯底20上的第二鍵合層23與第一襯底10上的第一鍵合層13鍵合在一起。第二鍵合層23和第一鍵合層13的鍵合工藝為共晶或焊料鍵合。
[0008]但是第一鍵合層和第二鍵合層鍵合的過程中，常會出現(xiàn)鍵合偏移和鍵合金屬溢出的現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明解決的問題是防止鍵合時鍵合材料的溢出。
[0010]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供第一襯底，第一襯底上具有第一焊盤；在第一焊盤上形成第一鍵合層；在第一鍵合層周圍形成保護墻，所述保護墻的頂部表面高于第一鍵合層的表面；提供第二襯底，所述第二襯底上具有第二焊盤；在所述第二焊盤上形成第二鍵合層；將第二襯底倒裝在第一襯底上，將第二襯底上的第二鍵合層與第一襯底上的第一鍵合層鍵合連接，使得所述保護墻圍繞所述第一鍵合層和第二鍵合層。
[0011]可選的，所述第一襯底中具有第一集成電路，所述第一焊盤與第一集成電路電連接，所述第二襯底中具有第二集成電路，所述第二焊盤與第二集成電路電連接。[0012]可選的，所述保護墻的材料為有機高分子光刻膠。
[0013]可選的，所述有機高分子光刻膠為環(huán)氧樹脂膠、聚酰亞胺膠、苯并環(huán)丁烯膠或聚苯并惡唑膠。
[0014]可選的，所述保護墻的形成過程為:形成覆蓋所述第一鍵合層和第一襯底的保護材料層，對所述保護材料層進行曝光和顯影工藝，在第一鍵合層的周圍形成保護墻。
[0015]可選的，所述保護墻覆蓋第一鍵合層的側(cè)壁，并且所述保護墻包括相鄰的第一部分和第二部分，保護墻的第一部分位于第一鍵合層的表面，保護墻的第二部分位于第一襯底的表面。
[0016]可選的，所述第二鍵合層的寬度小于或等于保護墻兩相對內(nèi)側(cè)壁之間的距離。
[0017]可選的，所述保護墻位于第一襯底表面上，且保護墻的側(cè)壁與第一鍵合層的側(cè)壁接觸。
[0018]可選的，所述保護墻位于第一襯底表面上，且保護墻的側(cè)壁與第一鍵合層側(cè)壁之間具有空隙。
[0019]可選的，所述保護墻的厚度小于第一鍵合層和第二鍵合層的總厚度。
[0020]可選的，所述第一鍵合層的形成過程為:在所述第二襯底上形成第二鈍化層，所述第二鈍化層中具有暴露第二焊盤表面的第二凹槽；在所述第二凹槽的側(cè)壁和底部以及第二鈍化層表面上形成第二導(dǎo)電層；在所述第二導(dǎo)電層上形成第二圖形化的光刻膠層，所述第二圖形化的光刻膠層中具有暴露出第二凹槽的第二開口 ；采用電鍍工藝在第二凹槽中形成第二鍵合層，第二鍵合層表面高于第二鈍化層的表面；去除所述第二圖形化的光刻膠層；刻蝕去除第二鍵合層兩側(cè)的第二鈍化層上的第二導(dǎo)電層。
[0021]可選的，所述第二鍵合層的形成過程為:在所述第二襯底上形成第二鈍化層，所述第二鈍化層中具有暴露第二焊盤表面的第二凹槽；在所述第二凹槽的側(cè)壁和底部以及第二鈍化層表面上形成第二導(dǎo)電層；在所述第二導(dǎo)電層上形成第二圖形化的光刻膠層，所述第二圖形化的光刻膠層中具有暴露出第二凹槽的第二開口 ；采用電鍍工藝在第二凹槽中形成第二鍵合層，第二鍵合層表面高于第二鈍化層的表面；去除所述第二圖形化的光刻膠層；刻蝕去除第二鍵合層兩側(cè)的第二鈍化層上的第二導(dǎo)電層。
[0022]可選的，第一鍵合層和第二鍵合層中，至少其中一個的材料為錫、金或錫合金。
[0023]本發(fā)明還提供了一種三維封裝結(jié)構(gòu)，包括:第一襯底，第一襯底上具有第一焊盤；位于第一焊盤上的第一鍵合層；位于第一鍵合層周圍形成保護墻，所述保護墻的頂部表面高于第一鍵合層的表面；倒裝在第一襯底上的第二襯底，所述第二襯底上具有第二焊盤，所述第二焊盤的表面上具有第二鍵合層，第二襯底上的第二鍵合層與第一襯底上的第一鍵合層鍵合連接，所述保護墻圍繞所述第一鍵合層和第二鍵合層。
[0024]可選的，所述第一襯底中具有第一集成電路，所述第一焊盤與第一集成電路電連接，所述第二襯底中具有第二集成電路，所述第二焊盤與第二集成電路電連接。
[0025]可選的，所述保護墻的材料為有機高分子光刻膠，所述有機高分子光刻膠為環(huán)氧樹脂膠、聚酰亞胺膠、苯并環(huán)丁烯膠或聚苯并惡唑膠。
[0026]可選的，所述保護墻覆蓋第一鍵合層的側(cè)壁，并且所述保護墻包括相鄰的第一部分和第二部分，保護墻的第一部分位于第一鍵合層的表面，保護墻的第二部分位于第一襯底的表面。[0027]可選的，所述保護墻位于第一襯底表面上，且所述保護墻的側(cè)壁與第一鍵合層和第二鍵合層的側(cè)壁接觸。
[0028]可選的，所述第二鍵合層的寬度小于或等于保護墻兩相對內(nèi)側(cè)壁之間的距離。
[0029]可選的，所述保護墻的厚度小于第一鍵合層和第二鍵合層的總厚度。
[0030]可選的，第一鍵合層和第二鍵合層中，至少其中一個的材料為錫、金或錫合金。
[0031]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點:
[0032]本發(fā)明的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，提供第一襯底，第一襯底上具有第一焊盤；在第一焊盤上形成第一鍵合層；在第一鍵合層周圍形成保護墻，所述保護墻的頂部表面高于第一鍵合層的表面；提供第二襯底，所述第二襯底上具有第二焊盤；在所述第二焊盤上形成第二鍵合層；將第二襯底倒裝在第一襯底上，將第二襯底上的第二鍵合層與第一襯底上的第一鍵合層鍵合連接，使得所述保護墻圍繞所述第一鍵合層和第二鍵合層。在鍵合的過程中，由于保護墻的存在，保護墻能夠防止第一鍵合層材料或第二鍵合層材料向兩側(cè)的溢出，并且所述保護墻限定了第一鍵合層和第二鍵合層的接觸位置和起到支撐第二襯底的作用，在鍵合的過程中，能夠防止第二鍵合層和第二鍵合層鍵合位置的偏移，并能防止第二襯底向下壓力太大時第一鍵合層材料或第二鍵合層材料相兩側(cè)的進一步溢出，減小溢出材料對保護墻的橫向作用力，使得保護墻不會脫離或者松動。
[0033]進一步，所述保護墻的材料有機高分子光刻膠，采用有機高分子光刻膠時，通過濕膜工藝(或者干膜工藝)、以及曝光和顯影工藝形成所述保護墻，工藝簡單，并且不會對第一鍵合層產(chǎn)生損傷，并且有機高分子光刻膠形成的保護墻具有很好的粘附性，使得保護墻不易脫落。
[0034]進一步，所述保護墻覆蓋第一鍵合層的側(cè)壁，并且所述保護墻包括相鄰的第一部分和第二部分，保護墻的第一部分位于第一鍵合層的表面，保護墻的第二部分位于第一襯底的表面，使得保護墻的底部不僅與第一襯底的表面接觸，而且與第一鍵合層的側(cè)壁和部分表面接觸，使得保護墻與其他結(jié)構(gòu)的接觸面積增加，提高了保護墻的機械穩(wěn)定性。
[0035]本發(fā)明的三維封裝結(jié)構(gòu)，保護墻環(huán)繞所述第一鍵合層和第二鍵合層，所述保護墻不僅能夠防止第一鍵合層材料或第二鍵合層材料向鍵合面兩側(cè)的溢出，所述保護墻還具有防止第二鍵合層和第二鍵合層鍵合位置的偏移以及支撐第二襯底的作用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0036]圖1?圖3為現(xiàn)有技術(shù)三維封裝結(jié)構(gòu)形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037]圖4?圖14為本發(fā)明實施例三維封裝結(jié)構(gòu)的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0038]如【背景技術(shù)】所言，現(xiàn)有技術(shù)的共晶或焊料鍵合過程中，常會出現(xiàn)鍵合偏移和鍵合金屬溢出的現(xiàn)象，具體體現(xiàn)為:在第一鍵合層和第二鍵合層鍵合完成后，第一鍵合層和第二鍵合層之間會產(chǎn)生偏移，或者第一鍵合層金屬材料或第二鍵合層金屬材料向鍵合面的兩側(cè)溢出，直接影響整個封裝結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和電學性能。
[0039]經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，上述兩種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因為:進行共晶或焊料鍵合時，需要升溫到共晶溫度附近，使得第一鍵合層材料或者第二鍵合層材料中的其中一個融化，在壓力和溫度的作用，第一鍵合層和第二鍵合層在粘合在一起的同時，由于第一鍵合層材料或者第二鍵合層材料的其中一個處于融化狀態(tài)，在受到壓力時，第一鍵合層材料或者第二鍵合層材料容易偏移兩者鍵合面，并且容易向鍵合面的兩側(cè)溢出。
[0040]為此本發(fā)明提供了一種三維封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法，本發(fā)明的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，在第一焊盤上形成第一鍵合層后，在第一鍵合層周圍形成保護墻，所述保護墻的頂部表面高于第一鍵合層的表面，在將第二襯底倒裝在第一襯底上，將第二襯底上的第二鍵合層與第一襯底上的第一鍵合層鍵合連接時，所述保護墻圍繞所述第一鍵合層和第二鍵合層，防止了第一鍵合層或第二鍵合層材料的溢出，并且所述保護墻能起到支撐第二襯底的作用，有效的防止了第一鍵合層和第二鍵合層的位置偏移。
[0041]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施例做詳細的說明。在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，示意圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是示例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明的保護范圍。此外，在實際制作中應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。
[0042]圖4?圖14為本發(fā)明實施例三維封裝結(jié)構(gòu)的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0043]參考圖4，提供第一襯底100，第一襯底100上具有第一焊盤102 ;在第一焊盤102上形成第一鍵合層103。
[0044]所述第一襯底100包括第一半導(dǎo)體襯底和位于第一半導(dǎo)體上的介質(zhì)層，所述第一半導(dǎo)體襯底中形成有若干半導(dǎo)體器件，比如:晶體管、電阻、電容、電感等，所述介質(zhì)層中形成有互連結(jié)構(gòu)，所述互連結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體器件相連，所述半導(dǎo)體器件和互連結(jié)構(gòu)構(gòu)成第一集成電路。半導(dǎo)體器件和互連結(jié)構(gòu)的形成工藝請參考現(xiàn)有的集成電路制作工藝，在此不再贅述。
[0045]所述第一半導(dǎo)體襯底的材料可以為硅(Si)、鍺(Ge)、或硅鍺(GeSi)、碳化硅(SiC);也可以是絕緣體上娃(SOI),絕緣體上鍺(GOI);或者還可以為其它的材料,例如砷化鎵等II1-V族化合物。
[0046]所述介質(zhì)層可以為單層或多層堆疊結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)層的材料可以為氧化硅、氮氧化娃或低k介質(zhì)材料。
[0047]所述互連結(jié)構(gòu)位于介質(zhì)層中，所述互連結(jié)構(gòu)包括多層金屬層和將金屬層互連的導(dǎo)電插塞。
[0048]所述第一焊盤102位于頂層的介質(zhì)層中，第一焊盤102與互連結(jié)構(gòu)相連，第一焊盤102的材料為金屬，比如可以為鋁、銅或鎢等。
[0049]在所述第一焊盤102上形成第一鍵合層103，所述第一鍵合層103后續(xù)與第二襯底上的第二鍵合層鍵合連接。
[0050]所述第一鍵合層103的形成過程為:在所述第一襯底100上形成第一鈍化層(圖中未不出)；圖形化所述第一鈍化層，在第一鈍化層中形成暴露出第一焊盤102表面的第一凹槽；在所述第一凹槽的側(cè)壁和底部以及第一鈍化層表面上形成第一導(dǎo)電層；在所述第一導(dǎo)電層上形成第一圖形化的光刻膠層，所述第一圖形化的光刻膠層中具有暴露出第一凹槽的第一開口 ；采用電鍍工藝在所述第一凹槽中形成第一鍵合層103，所述第一鍵合層103的表面高于第一鈍化層表面；去除所述第一圖形化的光刻膠層；刻蝕去除第一鍵合層兩側(cè)的第一鈍化層上的第一導(dǎo)電層。[0051 ] 所述第一鈍化層的材料可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。
[0052]在本發(fā)明的其他實施例中，所述第一鍵合層還可以采用其他的工藝形成，比如網(wǎng)板印刷等。
[0053]所述第一鍵合層103的材料為銅、鋁、鎢、銀、金、錫或錫合金的一種或幾種。
[0054]參考圖5，在第一鍵合層103周圍形成保護墻104，所述保護墻104的頂部表面高于第一鍵合層103的表面。
[0055]所述保護墻104在后續(xù)將第一襯底100上的第一鍵合層103與第二襯底上的第二鍵合層鍵合時，用于防止第一鍵合層103材料或第二鍵合層材料向鍵合面兩側(cè)的溢出，并且所述保護墻104還能夠支撐第二襯底，防止第一鍵合層103和第二鍵合層的鍵合時的偏移。
[0056]所述保護墻104的材料有機高分子光刻膠，采用有機高分子光刻膠時，通過濕膜工藝(或者干膜工藝)、以及曝光和顯影工藝形成所述保護墻，工藝簡單，并且不會對第一鍵合層103產(chǎn)生損傷，并且有機高分子光刻膠形成的保護墻104具有很好的粘附性，使得保護墻104不易脫落。
[0057]所述有機高分子光刻膠可以為環(huán)氧樹脂膠、聚酰亞胺膠、苯并環(huán)丁烯膠或聚苯并惡唑膠等。
[0058]形成所述保護墻104的具體過程為:形成覆蓋所述第一鍵合層103和第一襯底的保護材料層，對所述保護材料層進行曝光和顯影工藝，在第一鍵合層103的周圍形成保護墻 104。
[0059]在本發(fā)明的其他實施例中，所述保護墻的材料還可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅等。所述保護墻的形成過程為:形成覆蓋所述第一鍵合層和第一襯底的保護材料層，刻蝕所述保護材料層，在第一鍵合層的周圍形成保護墻。
[0060]所述保護墻104的厚度小于第一鍵合層103和第二鍵合層的總厚度，后續(xù)在將第二襯底倒裝在第一襯底上，使得第一鍵合層103和第二鍵合層能夠有效鍵合。
[0061]本實施例中，所述保護墻104覆蓋第一鍵合層103的側(cè)壁，并且所述保護墻104包括相鄰的第一部分和第二部分，保護墻104的第一部分位于第一鍵合層103的表面，保護墻104的第二部分位于第一襯底100的表面(或者第一襯底100上的第一鈍化層表面)，使得保護墻104的底部不僅與第一襯底100 (或者第一襯底100上的第一鈍化層)的表面接觸，而且與第一鍵合層103的側(cè)壁和部分表面接觸，使得保護墻104與其他結(jié)構(gòu)的接觸面積增加，提高了保護墻104的機械穩(wěn)定性。
[0062]在本發(fā)明的另一實施例中，請參考圖6，所述保護墻104位于第一襯底100表面上，保護墻104的側(cè)壁與第一鍵合層103的側(cè)壁接觸，且環(huán)繞所述第一鍵合層103。相應(yīng)的后續(xù)形成的第二鍵合層的寬度可以小于或等于第一鍵合層103的寬度。
[0063]在本發(fā)明的又一實施例中，請參考圖7，所述保護墻104位于第一襯底100表面上，保護墻104與第一鍵合層103不接觸，保護墻104的側(cè)壁與第一鍵合層103的側(cè)壁之間具有空隙31，并且所述保護墻104環(huán)繞所述第一鍵合層103，所述空隙31為后續(xù)進行第一鍵合層103和第二鍵合層對準鍵合時提供余量，有利于對準鍵合過程的進行，并且后續(xù)第一鍵合層103和第二鍵合層鍵合時，鍵合面上溢出的材料可以填充空隙31。相應(yīng)的后續(xù)形成的第二鍵合層的寬度可以小于或等于第一鍵合層103的寬度。[0064]參考圖8，提供第二襯底200，所述第二襯底200上具有第二焊盤202 ;在所述第二焊盤202上形成第二鍵合層203。
[0065]所述第二襯底200包括第二半導(dǎo)體襯底和位于第二半導(dǎo)體上的介質(zhì)層，所述第二半導(dǎo)體襯底中形成有若干半導(dǎo)體器件，比如:晶體管、電阻、電容、電感等，所述介質(zhì)層中形成有互連結(jié)構(gòu)，所述互連結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體器件相連，所述第二半導(dǎo)體襯底中的半導(dǎo)體器件和介質(zhì)層的互連結(jié)構(gòu)構(gòu)成第二集成電路。半導(dǎo)體器件和互連結(jié)構(gòu)的形成工藝請參考現(xiàn)有的集成電路制作工藝，在此不再贅述。
[0066]所述第二半導(dǎo)體襯底的材料可以為硅(Si)、鍺(Ge)、或硅鍺(GeSi)、碳化硅(SiC);也可以是絕緣體上娃(SOI),絕緣體上鍺(GOI);或者還可以為其它的材料,例如砷化鎵等II1-V族化合物。
[0067]所述介質(zhì)層可以為單層或多層堆疊結(jié)構(gòu)，所述介質(zhì)層的材料可以為氧化硅、氮氧化娃或低k介質(zhì)材料。
[0068]所述互連結(jié)構(gòu)位于介質(zhì)層中，所述互連結(jié)構(gòu)包括多層金屬層和將金屬層互連的導(dǎo)電插塞。
[0069]所述第二焊盤202位于頂層的介質(zhì)層中，第二焊盤202與互連結(jié)構(gòu)相連。
[0070]在所述第二焊盤202上形成第二鍵合層203，所述第二鍵合層203后續(xù)與第一襯底100 (參考圖5)上的第一鍵合層103 (參考圖5)鍵合連接。
[0071 ] 所述第二鍵合層203的形成過程為:在所述第二襯底200上形成第二鈍化層(圖中未示出)，所述第二鈍化層中具有暴露第二焊盤202表面的第二凹槽；在所述第二凹槽的側(cè)壁和底部以及第二鈍化層表面上形成第二導(dǎo)電層；在所述第二導(dǎo)電層上形成第二圖形化的光刻膠層，所述第二圖形化的光刻膠層中具有暴露出第二凹槽的第二開口 ；去除所述第二圖形化的光刻膠層；刻蝕去除第二鍵合層203兩側(cè)的第二鈍化層上的第二導(dǎo)電層。
[0072]所述第二鈍化層的材料可以為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。
[0073]在本發(fā)明的其他實施例中，所述第二鍵合層還可以采用其他的工藝形成，比如網(wǎng)板印刷等。
[0074]所述第二鍵合層203的材料為銅、鋁、鎢、銀、金、錫或錫合金的一種或幾種，并且第一鍵合層103和第二鍵合層203中的至少一個的材料為金、錫或錫合金，以使后續(xù)通過共晶或焊料鍵合的方式將第一鍵合層103和第二鍵合層203連接在一起。具體的，在一實施例中，如果第一鍵合層103的材料為金、錫或錫合金中的一種時，所述第二鍵合層203材料為銅、鋁、鎢、銀、金、錫或錫合金的一種或幾種。在另一實施例中，所述第二鍵合層203的材料為金、錫或錫合金中的一種時，所述第一鍵合層103為銅、鋁、鎢、銀、金、錫或錫合金的一種或幾種。
[0075]本實施例中，所述第二鍵合層203的寬度W2小于或等于保護墻104 (參考圖5)兩相對內(nèi)側(cè)壁之間的距離W1，后續(xù)在將第二襯底200倒裝在第一襯底100 (參考圖5)上時，保護墻104不會阻礙第一鍵合層103和第二鍵合層203的鍵合連接。
[0076]參考圖9，將第二襯底200倒裝在第一襯底100上，將第二襯底200上的第二鍵合層203與第一襯底100上的第一鍵合層103鍵合連接，使得所述保護墻104圍繞所述第一鍵合層103和第二鍵合層203。
[0077]第一鍵合層103和第二鍵合層203鍵合的工藝為共晶或焊料鍵合，所述共晶或焊料鍵合時的溫度大于第一鍵合層103和第二鍵合層203材料中的較小的熔點溫度(以銅錫鍵合為例，鍵合時溫度要高于錫的熔點231，9度)，壓強為0.05?0.lN/mm2，鍵合時間為10分鐘到30分鐘，以使第一鍵合層103和第二鍵合層203鍵合面較牢固，并且溢出較少。
[0078]本實施例中，在鍵合的過程中，由于保護墻104的存在，保護墻104能夠防止第一鍵合層103材料或第二鍵合層203材料向兩側(cè)的溢出，并且所述保護墻104限定了第一鍵合層103和第二鍵合層203的接觸位置和起到支撐第二襯底200的作用，在鍵合的過程中，能夠防止第一鍵合層103和第二鍵合層203鍵合位置的偏移，并能防止第二襯底200向下壓力太大時第一鍵合層103材料或第二鍵合層203材料向兩側(cè)的進一步溢出，減小溢出材料對保護墻104的橫向作用力，使得保護墻104不會脫離或者松動。
[0079]在本發(fā)明的其他實施例中，當保護墻位于第一襯底上，且保護墻側(cè)壁與第一鍵合層側(cè)壁接觸或者保護墻側(cè)壁與第一鍵合層側(cè)壁之間具有空隙時。第一鍵合層和第二鍵合層鍵合后的結(jié)構(gòu)，請參考圖10，第一鍵合層103與第二鍵合層203鍵合時，所述保護墻104限定了第一鍵合層103和第二鍵合層203的接觸位置和起到支撐第二襯底200的作用，在鍵合的過程中，所述保護墻能夠防止第一鍵合層103和第二鍵合層203鍵合位置的偏移，以及鍵合材料向兩側(cè)的溢出，在鍵合后，所述保護墻104的側(cè)壁與第一鍵合層103和第二鍵合層203的側(cè)壁接觸。
[0080]結(jié)合參考圖9和圖11，刻蝕所述第二襯底200的背面，在第二襯底200中形成通孔204，所述通孔204暴露出第二焊盤202的底部表面。
[0081]需要說明的是，所述第二襯底200的背面是指第二襯底200的與鍵合面相對的表面，第二焊盤202底部表面是指第二焊盤202與第二鍵合層203相接觸面的相對的表面。
[0082]本實施例中，只在部分的第二焊盤202上形成通孔204，形成通孔204的目的是:后續(xù)在通孔中形成通孔互連結(jié)構(gòu)，通過通孔互連結(jié)構(gòu)將部分第二焊盤202的電連接點引至第二襯底200的背面，從而可以與其他的電路相連接。
[0083]本實施例中，通過等離子刻蝕工藝形成所述通孔204。
[0084]參考圖12，在所述通孔204的側(cè)壁和第二襯底200的背面上形成隔離層205。
[0085]所述隔離層205用于后續(xù)形成的通孔互連結(jié)構(gòu)以及再布線金屬層與第二襯底200之間的電學隔離。
[0086]所述隔離層205的材料為氧化硅或氮化硅等。
[0087]本實施例中，所述隔離層205材料為氧化硅，形成工藝為熱氧化。
[0088]參考圖13，在通孔204 (參考圖12)中填充金屬，形成通孔互連結(jié)構(gòu)206。
[0089]所述通孔互連結(jié)構(gòu)206形成的具體過程為:在通孔204的側(cè)壁和底部以及第二襯底200的表面形成導(dǎo)電層；采用電鍍工藝在所述導(dǎo)電層205上形成金屬層，所述金屬層填充滿通孔；采用化學機械研磨工藝去除第二襯底200背面上多余的金屬層和導(dǎo)電層，在通孔中形成通孔互連結(jié)構(gòu)206。
[0090]所述導(dǎo)電層的材料為T1、Ta、TiN、TaN中的一種或幾種。所述導(dǎo)電層還可以作為擴散阻擋層，防止金屬層中的金屬向第二襯底200中擴散。
[0091]所述金屬層的材料為銅、鎢、鋁中的一種或幾種。
[0092]參考圖14，在第二襯底200的背面上形成再布線金屬層207，所述再布線金屬層207的一端與通孔互連結(jié)構(gòu)206相連接；形成覆蓋所述隔離層205和再布線金屬層207表面的絕緣層208，所述絕緣層208中具有暴露再布線金屬層207表面的開口 ；在所述開口中形成焊接凸點209，所述焊接凸點209與再布線金屬層207相連接。
[0093]本發(fā)明實施例還提供了 一種三維封裝結(jié)構(gòu)，包括:
[0094]第一襯底100，第一襯底100上具有第一焊盤102 ；
[0095]位于第一焊盤102上的第一鍵合層103 ；
[0096]位于第一鍵合層103周圍形成保護墻104，所述保護墻104的頂部表面高于第一鍵合層103的表面；
[0097]倒裝在第一襯底100上的第二襯底200，所述第二襯底200上具有第二焊盤202，所述第二焊盤202表面上具有第二鍵合層203，第二襯底200上的第二鍵合層203與第一襯底100上的第一鍵合層103鍵合連接，所述保護墻104圍繞所述第一鍵合層103和第二鍵合層203。
[0098]具體的，所述第一襯底100中具有第一集成電路(圖中未示出)，所述第一焊盤102與第一集成電路電連接，所述第二襯底200中具有第二集成電路(圖中未示出)，所述第二焊盤202與第二集成電路電連接。
[0099]所述保護墻104的材料為有機高分子光刻膠，所述有機高分子光刻膠為環(huán)氧樹脂膠、聚酰亞胺膠、苯并環(huán)丁烯膠或聚苯并惡唑膠。
[0100]在本發(fā)明的其他實施例中，所述保護墻的材料為氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或碳化硅。
[0101]本實施例中，所述保護墻104覆蓋第一鍵合層103的側(cè)壁，并且所述保護墻104包括相鄰的第一部分和第二部分，保護墻104的第一部分位于第一鍵合層103的表面，保護墻104的第二部分位于第一襯底100的表面(或者第一襯底上的第一鈍化層表面)，使得保護墻104的底部不僅與第一襯底(或者第一襯底上的第一鈍化層)的表面接觸，而且與第一鍵合層103的側(cè)壁和部分表面接觸，使得保護墻104與其他結(jié)構(gòu)的接觸面積增加，提高了保護墻104的機械穩(wěn)定性。
[0102]在本發(fā)明的其他實施例中，所述保護墻可以只位于第一襯底上，并環(huán)繞所述第一
鍵合層。
[0103]在本發(fā)明的另一實施例中，所述保護墻可以位于第一襯底上，并與第一鍵合層的側(cè)壁接觸，且環(huán)繞所述第一鍵合層。
[0104]所述保護墻104的厚度小于第一鍵合層103和第二鍵合層的總厚度。
[0105]所述第二鍵合層203的寬度小于或等于保護墻104兩相對內(nèi)側(cè)壁之間的距離。
[0106]第一鍵合層103和第二鍵合層203中，至少其中一個的材料為錫、金或錫合金。
[0107]還包括:貫穿所述第二襯底200的通孔互連結(jié)構(gòu)206，通孔互連結(jié)構(gòu)203與第二焊盤202電連接；位于第二襯底2000背面上的再布線金屬層207，再布線金屬層207與通孔互連結(jié)構(gòu)206電連接；位于再布線金屬層207上的焊接凸點209。
[0108]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
【權(quán)利要求】
1.一種三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供第一襯底，第一襯底上具有第一焊盤； 在第一焊盤上形成第一鍵合層； 在第一鍵合層周圍形成保護墻，所述保護墻的頂部表面高于第一鍵合層的表面； 提供第二襯底，所述第二襯底上具有第二焊盤； 在所述第二焊盤上形成第二鍵合層； 將第二襯底倒裝在第一襯底上，將第二襯底上的第二鍵合層與第一襯底上的第一鍵合層鍵合連接，使得所述保護墻圍繞所述第一鍵合層和第二鍵合層。
2.如權(quán)利要求1所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一襯底中具有第一集成電路，所述第一焊盤與第一集成電路電連接，所述第二襯底中具有第二集成電路，所述第二焊盤與第二集成電路電連接。
3.如權(quán)利要求1所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述保護墻的材料為有機高分子光刻膠。
4.如權(quán)利要求3所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述有機高分子光刻膠為環(huán)氧樹脂膠、聚酰亞胺膠、苯并環(huán)丁烯膠或聚苯并惡唑膠。
5.如權(quán)利要求3所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述保護墻的形成過程為:形成覆蓋所述第一鍵合層和第一襯底的保護材料層，對所述保護材料層進行曝光和顯影工藝，在第一鍵合層的周圍形成保護墻。
6.如權(quán)利要求1所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述保護墻覆蓋第一鍵合層的側(cè)壁，并且所述保護墻包括相鄰的第一部分和第二部分，保護墻的第一部分位于第一鍵合層的表面，保護墻的第二部分位于第一襯底的表面。
7.如權(quán)利要求6所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二鍵合層的寬度小于或等于保護墻兩相對內(nèi)側(cè)壁之間的距離。
8.如權(quán)利要求1所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述保護墻位于第一襯底表面上，且保護墻的側(cè)壁與第一鍵合層的側(cè)壁接觸。
9.如權(quán)利要求1所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述保護墻位于第一襯底表面上，且保護墻的側(cè)壁與第一鍵合層側(cè)壁之間具有空隙。
10.如權(quán)利要求1所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述保護墻的厚度小于第一鍵合層和第二鍵合層的總厚度。
11.如權(quán)利要求1所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第一鍵合層的形成過程為:在所述第一襯底上形成第一鈍化層，所述第一鈍化層中具有暴露第一焊盤表面的第一凹槽；在所述第一凹槽的側(cè)壁和底部以及第一鈍化層表面上形成第一導(dǎo)電層；在所述第一導(dǎo)電層上形成第一圖形化的光刻膠層，所述第一圖形化的光刻膠層中具有暴露出第一凹槽的第一開口 ；采用電鍍工藝在第一凹槽中形成第一鍵合層，第一鍵合層的表面高于第一鈍化層的表面；去除所述第一圖形化的光刻膠層；刻蝕去除第一鍵合層兩側(cè)的第一鈍化層上的第一導(dǎo)電層。
12.如權(quán)利要求1所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述第二鍵合層的形成過程為:在所述第二襯底上形成第二鈍化層，所述第二鈍化層中具有暴露第二焊盤表面的第二凹槽；在所述第二凹槽的側(cè)壁和底部以及第二鈍化層表面上形成第二導(dǎo)電層；在所述第二導(dǎo)電層上形成第二圖形化的光刻膠層，所述第二圖形化的光刻膠層中具有暴露出第二凹槽的第二開口 ；采用電鍍工藝在第二凹槽中形成第二鍵合層，第二鍵合層表面高于第二鈍化層的表面；去除所述第二圖形化的光刻膠層；刻蝕去除第二鍵合層兩側(cè)的第二鈍化層上的第二導(dǎo)電層。
13.如權(quán)利要求1所述的三維封裝結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，第一鍵合層和第二鍵合層中，至少其中一個的材料為錫、金或錫合金。
14.一種三維封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 第一襯底，第一襯底上具有第一焊盤； 位于第一焊盤上的第一鍵合層； 位于第一鍵合層周圍形成保護墻，所述保護墻的頂部表面高于第一鍵合層的表面； 倒裝在第一襯底上的第二襯底，所述第二襯底上具有第二焊盤，所述第二焊盤的表面上具有第二鍵合層，第二襯底上的第二鍵合層與第一襯底上的第一鍵合層鍵合連接，所述保護墻圍繞所述第一鍵合層和第二鍵合層。
15.如權(quán)利要求14所述的三維封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一襯底中具有第一集成電路，所述第一焊盤與第一集成電路電連接，所述第二襯底中具有第二集成電路，所述第二焊盤與第二集成電路電連接。
16.如權(quán)利要求14所述的三維封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述保護墻的材料為有機高分子光刻膠，所述有機高分子光刻膠為環(huán)氧樹脂膠、聚酰亞胺膠、苯并環(huán)丁烯膠或聚苯并惡唑膠。
17.如權(quán)利要求14所述的三維封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述保護墻覆蓋第一鍵合層的側(cè)壁，并且所述保護墻包括相鄰的第一部分和第二部分，保護墻的第一部分位于第一鍵合層的表面，保護墻的第二部分位于第一襯底的表面。
18.如權(quán)利要求17所述的三維封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二鍵合層的寬度小于或等于保護墻兩相對內(nèi)側(cè)壁之間的距離。
19.如權(quán)利要求14所述的三維封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述保護墻位于第一襯底表面上，且所述保護墻的側(cè)壁與第一鍵合層和第二鍵合層的側(cè)壁接觸。
20.如權(quán)利要求14所述的三維封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述保護墻的厚度小于或等于第一鍵合層和第二鍵合層的總厚度。
21.如權(quán)利要求14所述的三維封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一鍵合層和第二鍵合層中，至少其中一個的材料為錫、金或錫合金。
【文檔編號】H01L23/538GK103972159SQ201410128591
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年4月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月1日
【發(fā)明者】王文斌, 王之奇, 喻瓊, 王蔚 申請人:蘇州晶方半導(dǎo)體科技股份有限公司