本發(fā)明涉及一種晶片對晶片對接結構的制作方法及其結構，特別是涉及一種利用直通硅穿孔電連接不同晶片上的金屬內(nèi)連線的制作方法及其結構。

背景技術：

早期多芯片封裝結構為采用并排式多芯片封裝結構，其是將兩個以上的芯片彼此并排地安裝于一共同基板的主要安裝面。芯片與共同基板上導電線路間的連接一般通過導線焊接方式達成。然而該并排式多芯片封裝構造的缺點為封裝成本太高及封裝結構尺寸太大，因該共同基板的面積會隨著芯片數(shù)目的上升而增加。

因此目前半導體技術的趨勢由二維芯片形式轉(zhuǎn)移至三維芯片形式以增加半導體效能。這需要晶片對晶片的垂直互聯(lián)結構。垂直互聯(lián)結構可使用較小尺寸錫鉛凸塊區(qū)域陣列互聯(lián)形式而產(chǎn)生，這種通常通稱為倒裝連接，在倒裝連接中，焊料凸塊包括含鉛或無鉛的焊料組成物，其設置于一晶片的集成電路上，并使集成電路上的焊料凸塊沿著另一晶片上所對應的凸塊墊對齊，以使焊料凸塊及凸塊墊相接觸。

然而使用倒裝連接的缺點在于在回焊焊料凸塊時會導致熱應力，造成機械破壞的可能性，此外使用倒裝連接需額外形成焊料凸塊、再將凸塊對齊凸塊墊之后再回焊，因此多了很多制作工藝步驟。所以需要提供一種晶片對晶片對接的方法，以克服上述問題。

技術實現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例，一種晶片對晶片對接結構的制作方法，包含先提供一第一晶片和一第二晶片，一第一接合層覆蓋第一晶片，一第二接合層覆蓋第二晶片，其中第一接合層內(nèi)設置有多個第一金屬內(nèi)連線，第二接合層內(nèi)設置有多個第二金屬內(nèi)連線，然后將第一接合層與第二接合層接合，其中第一接合層與第二接合層的接觸面形成一界面，接續(xù)薄化該第一晶 片，最后形成至少一直通硅穿孔接觸第一金屬內(nèi)連線中的其中之一個第一金屬內(nèi)連線以及接觸第二金屬內(nèi)連線中的其中之一個第二金屬內(nèi)連線。

根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例，一種晶片對晶片對接結構，包含一第一晶片，一第二晶片，一第一接合層和一第二接合層設置于第一晶片和第二晶片之間，一界面設置于第一接合層與第二接合層的接觸面，多個第一金屬內(nèi)連線設置于第一接合層內(nèi)，多個第二金屬內(nèi)連線設置于第二接合層內(nèi)以及至少一直通硅穿孔穿透第一晶片、第一接合層和界面，并且進入第二接合層，其中直通硅穿孔接觸第一金屬內(nèi)連線中的其中之一個第一金屬內(nèi)連線以及接觸第二金屬內(nèi)連線中的其中之一個第二金屬內(nèi)連線。

附圖說明

圖1至圖4為本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例所繪示的晶片對晶片對接結構的制作方法的示意圖；

圖5為本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例所繪示的晶片對晶片對接結構的制作方法的變化形的示意圖；

圖6為和直通硅穿孔接觸的第一金屬內(nèi)連線以及和直通硅穿孔接觸第二金屬內(nèi)連線之間的相對位置的示意圖；

圖7為本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例所繪示的晶片對晶片對接結構的制作方法的變化型的示意圖；

圖8為本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例所繪示的晶片對晶片對接結構的制作方法的變化型的示意圖。

主要元件符號說明

10 第一晶片 12 第一接合層

14 第一金屬內(nèi)連線 14a 第一金屬內(nèi)連線

14b 第一金屬內(nèi)連線 16 正面

18 背面 20 界面

30 第二晶片 32 第二接合層

34 第二金屬內(nèi)連線 34a 第二金屬內(nèi)連線

34b 第二金屬內(nèi)連線 40 直通硅穿孔

40a 直通硅穿孔 40b 直通硅穿孔

42 表面 100 晶片對晶片對

接結構

118 背面 140 第一硅穿孔分支

240 第二硅穿孔分支 200 晶片對晶片對接結

構

300 晶片對晶片對接結 340 連接元件

構

440 階梯輪廓 540 第一平面

640 第二平面 740 直通硅穿孔

840 直通硅穿孔

具體實施方式

圖1至圖4為依據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例所繪示的晶片對晶片對接結構的制作方法。如圖1所示，首先提供一第一晶片10和一第二晶片30，一第一接合層12覆蓋第一晶片10，一第二接合層32覆蓋第二晶片30，此外，第一接合層12內(nèi)設置有多個第一金屬內(nèi)連線14，第二接合層32內(nèi)設置有多個第二金屬內(nèi)連線34。第一晶片10和第二晶片30可以各自獨立地包含任何半導體材質(zhì)，例如，硅、鍺、硅化鍺(SiGe)、SiC(碳化硅)、碳硅化鍺(SiGeC)、鎵、砷化鎵(GaAs)、砷化銦(InAs)、磷化銦(InP)。另外，第一晶片10和第二晶片30可為摻雜的、未摻雜的或者其內(nèi)包含摻雜區(qū)域與未摻雜區(qū)域。此外，第一晶片10可以包含有以先鉆孔(TSV-first)技術形成的硅穿孔，第二晶片30可以包含有以先鉆孔(TSV-first)技術形成的硅穿孔。第一接合層12和第二接合層32可各自獨立地包含氧化物、氮氧化物、氮化物或其多層結構。第一金屬內(nèi)連線14和第二金屬內(nèi)連線34可以選自鋁、銅或是其它金屬材料，形成第一金屬內(nèi)連線14和第二金屬內(nèi)連線34分別位在第一接合層12和第二接合層32內(nèi)的方式可以為，利用曝光、蝕刻第一接合層12和第二接合層32之后，沉積金屬在第一接合層12和第二接合層32內(nèi)來形成，或是先形成金屬層之后，利用曝光、蝕刻金屬層，再形成第一接合層12和第二接合層32覆蓋金屬層來形成。第一金屬內(nèi)連線14和第二金屬內(nèi)連線34的無固定的形成順序，可先形成第一金屬內(nèi)連線14再形成第二金屬內(nèi)連線34，或者可以是相反順序，又或者可是同時形成。另外，第一晶片10包含一正面16和一背面18，背面18和正面16相對，并且第一接合層12覆蓋并接觸正面16。

如圖2所示，將第一接合層12與第二接合層32接合，并且第一接合層12與第二接合層32的接觸面形成一界面20，第一接合層12與第二接合層32通常是利用氧化物融熔接合(Oxide Fusion Bonding)的方式，詳細來說，接合過程是在常溫下將第一接合層12與第二接合層32對準接觸，接續(xù)在高溫600～1200℃，進行熱退火幾個小時，使得第一接合層12與第二接合層32的接觸面形成化學鍵結，以完成接合，形成化學鍵結的第一接合層12與第二接合層32的接觸面定義為一界面20。

如圖3所示，薄化第一晶片10的背面18，如圖4所示，由第一晶片10的背面18形成至少一直通硅穿孔40穿透該第一晶片10、第一接合層12和界面20，并且進入第二接合層32，使得直通硅穿孔40接觸多個第一金屬內(nèi)連線14中的其中之一個第一金屬內(nèi)連線14a以及接觸多個第二金屬內(nèi)連線34中的其中之一個第二金屬內(nèi)連線34a，直通硅穿孔40可以分成二種不同態(tài)樣，例如直通硅穿孔40a和直通硅穿孔40b，可視產(chǎn)品的不同需求來選擇適合的直通硅穿孔40的態(tài)樣。請繼續(xù)參閱圖4，直通硅穿孔40a包含一第一硅穿孔分支140、一第二硅穿孔分支240和一連接元件340，第一硅穿孔分支140接觸第一金屬內(nèi)連線14a，第二硅穿孔分支240接觸第二金屬內(nèi)連線34a，第二硅穿孔分支240未進入第二晶片30，連接元件340設置在第一晶片10的背面18并且接觸第一硅穿孔分支140和第二硅穿孔分支240。詳細來說，第一硅穿孔分支140穿透第一晶片10并且進入第一接合層12，但第一硅穿孔分支140沒有穿透界面20，第二硅穿孔分支240穿透第一晶片10、第一接合層12、界面20并且進入第二接合層32。形成第一硅穿孔分支140和第二硅穿孔分支240的步驟包含：蝕刻第一晶片10以形成二孔洞穿透第一晶片10，進入第一接合層12，其中一個孔洞以第一金屬內(nèi)連線14a作為蝕刻停止層，并且前述孔洞作為后續(xù)形成第一硅穿孔分支140的孔洞，同時，繼續(xù)蝕刻另一個孔洞，使其穿透第一接合層12、界面20，進入第二接合層32，并且以第二金屬內(nèi)連線34a作為蝕刻停止層，此孔洞在后續(xù)會形成第二硅穿孔分支240。之后在二個孔洞內(nèi)填入金屬層，金屬層也會全面形成在第一晶片10的背面18，然后圖案化第一晶片10的背面18的金屬層，以形成連接元件340，圖案化第一晶片10的背面18的金屬層，除了可以形成連接元件340之外，也可以形成線路重布層(redistribution Layer)。

此外，直通硅穿孔40b的底部形成一階梯輪廓440，階梯輪廓包含一第 一平面540和一第二平面640，第一平面540和第二平面640高度不同，在圖4中以第一平面540高于第二平面640為例，但不限于此，第一平面540接觸該第一金屬內(nèi)連線14a，第二平面640接觸第二金屬內(nèi)連線34a，形成直通硅穿孔40b的步驟包含蝕刻第一晶片10以形成一孔洞穿透第一晶片10、進入第一接合層12后部分的孔洞以第一金屬內(nèi)連線14a作為蝕刻停止層，未被第一金屬內(nèi)連線14a阻擋的孔洞，則繼續(xù)延伸至穿透界面20，進入第二接合層34后停止在第二金屬內(nèi)連線34a上，也就是以第二金屬內(nèi)連線34a作為蝕刻停止層。之后在孔洞中填入金屬層，金屬層也會全面形成在第一晶片10的背面18，然后圖案化第一晶片10的背面18的金屬層，就完成直通硅穿孔40b，直通硅穿孔40b未進入第二晶片30。另外，直通硅穿孔40a和直通硅穿孔40b可以在同一步中制作。

此時，在第一接合層12中的第一金屬內(nèi)連線14a則通過直通硅穿孔40a或直通硅穿孔40b和在第二接合層32中的第二金屬內(nèi)連線34a電連結，如此本發(fā)明的晶片對晶片對接結構100業(yè)已完成。

此外，如前文所述，可視產(chǎn)品的不同需求來選擇適合的直通硅穿孔態(tài)樣在晶片對晶片對接結構100中，因此雖然上述圖4中的實施例是使用兩個直通硅穿孔40a和一個直通硅穿孔40b作為第一金屬內(nèi)連線14和第二金屬內(nèi)連線34電連結的方式，但不限于此方式，也可以全部都使用直通硅穿孔40a來作電連結，或者也可以如圖5所示，都使用直通硅穿孔40b來電連結第一金屬內(nèi)連線14和第二金屬內(nèi)連線34，若全部都使用直通硅穿孔40b，視產(chǎn)品的不同需求，如果不需要額外在第一晶片10的背面18制作線路重布層的話，在金屬層填入孔洞之后，可以把在第一晶片10的背面18上的金屬層利用化學機械研磨或是其它方式全部去除，使得直通硅穿孔40b的表面42和第一晶片10的背面18切齊。

再者，值得注意的是：直通硅穿孔40a或直通硅穿孔40b所接觸的第一金屬內(nèi)連線14a和第二金屬內(nèi)連線34a，兩者需有特殊的相對位置，這是由于制作直通硅穿孔40a和直通硅穿孔40b需要用第一金屬內(nèi)連線14a和第二金屬內(nèi)連線34a作為蝕刻停止層的原故。圖6所繪示的是第一金屬內(nèi)連線14a和第二金屬內(nèi)連線34a之間的相對位置，在圖6中為了使圖示清楚，只繪示了第一金屬內(nèi)連線14a、第二金屬內(nèi)連線34a、第一晶片10、第二晶片30、第一接合層12、界面20和第二接合層32，其它的第一金屬內(nèi)連線14、第二 金屬內(nèi)連線34、直通硅穿孔40a和直通硅穿孔40b則予以省略。如圖6所示，第A種第一金屬內(nèi)連線14a和第二金屬內(nèi)連線34a之間的相對位置是第一金屬內(nèi)連線14a以及第二金屬內(nèi)連線34a僅部分重疊；第B種第一金屬內(nèi)連線14a和第二金屬內(nèi)連線34a之間的相對位置是第二金屬內(nèi)連線34a完全重疊第一金屬內(nèi)連線14a，并且該第二金屬內(nèi)連線34a在水平方向上比第一金屬內(nèi)連線14a大；第C種第一金屬內(nèi)連線14a和第二金屬內(nèi)連線34a之間的相對位置是第一金屬內(nèi)連線14a與第二金屬內(nèi)連線34a互不重疊，第C種的相對位置較適合使用直通硅穿孔40a。另外，不論是那一種相對位置，其第一金屬內(nèi)連線14a和第二金屬內(nèi)連線34a之間，優(yōu)選是沒有其它任何的金屬內(nèi)連線，如此才能在制作直通硅穿孔40時，使用第一金屬內(nèi)連線14a和第二金屬內(nèi)連線34a作為蝕刻停止層。

依據(jù)上面的制作工藝，第二晶片30也可以使用相同的制作工藝，經(jīng)過薄化第二晶片30后在第二晶片30內(nèi)形成直通硅穿孔740穿透第二晶片30、第二接合層32和界面20，并且進入第一接合層12，以形成如圖7所示的雙面都有直通硅穿孔的晶片對晶片對接結構200。直通硅穿孔740接觸多個第一金屬內(nèi)連線14中的其中之一個第一金屬內(nèi)連線14b以及接觸多個第二金屬內(nèi)連線34中的其中之一個第二金屬內(nèi)連線34b。直通硅穿孔740的態(tài)樣如同直通硅穿孔40可以有兩種態(tài)樣，分別為直通硅穿孔740a和直通硅穿孔740b，直通硅穿孔740a和直通硅穿孔740b的結構，分別和直通硅穿孔40a和直通硅穿孔40b相同，請參閱前文，在此不再贅述。

如圖8所示，另外，在完成晶片對晶片對接結構100之后可以視情況需要形成一直通硅穿孔840，穿透第一晶片10、第一接合層12、界面20、第二接合層32和第二晶片30，使得直通硅穿孔840的一端與第一晶片10的背面18切齊，以及直通硅穿孔840的另一端與第二晶片30的背面118切齊，以形成一晶片對晶片對接結構300。

如圖4為根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實施例，依據(jù)前面第一優(yōu)選實施例所提供的晶片對晶片對接結構的制作方法，所獲得一種晶片對晶片對接結構，第二實施例中和第一實施例中具有相同元件符號的元件，其具有相同的材料、設置位置和元件功用，為使說明書簡單清楚，請參閱第一優(yōu)選實施例中的描述，在此不再贅述。

如圖4所示，晶片對晶片對接結構100包含一第一晶片10和一第二晶 片30，一第一接合層12和一第二接合層32設置于第一晶片10和第二晶片30之間，一界面20設置于第一接合層12與第二接合層32的接觸面，多個第一金屬內(nèi)連線14設置于第一接合層12內(nèi)，多個第二金屬內(nèi)連線34設置于第二接合層32內(nèi)以及一直通硅穿孔40穿透第一晶片10、第一接合層12和界面20，并且進入第二接合層32，其中直通硅穿孔40接觸第一金屬內(nèi)連線14中的其中之一個第一金屬內(nèi)連線14a以及接觸第二金屬內(nèi)連線34中的其中之一個第二金屬內(nèi)連線34a。第一晶片10包含一正面16和一背面18，背面18和正面16相對，第一接合層12覆蓋并接觸正面16，另外，直通硅穿孔40包含兩種態(tài)樣，分別為直通硅穿孔40a和直通硅穿孔40b，可視產(chǎn)品的不同需求來選擇適合的直通硅穿孔態(tài)樣，例如直通硅穿孔40a或直通硅穿孔40b。直通硅穿孔40a包含第一硅穿孔分支140、一第二硅穿孔分支240和一連接元件340，第一硅穿孔分支140接觸第一金屬內(nèi)連線14a，第二硅穿孔分支240接觸第二金屬內(nèi)連線34a，連接元件340設置在第一晶片10的背面18并且接觸第一硅穿孔分支140和第二硅穿孔分支240。第一硅穿孔分支140穿透第一晶片10并且進入第一接合層12，第一硅穿孔分支140沒有穿透界面20；第二硅穿孔分支240穿透第一晶片10、第一接合層12、界面20并且進入第二接合層32，第二硅穿孔分支240未進入第二晶片30。另外，直通硅穿孔40b的底部形成一階梯輪廓440，階梯輪廓包含一第一平面540和一第二平面640，第一平面540和第二平面640高度不同，第一平面540接觸第一金屬內(nèi)連線14a，第二平面640接觸第二金屬內(nèi)連線34a，直通硅穿孔40b未進入第二晶片30。

此外，如圖6所示，第一金屬內(nèi)連線14a和第二金屬內(nèi)連線34a之間的相對位置，具有第A種、第B種和第C種，第A種為第一金屬內(nèi)連線14a和第二金屬內(nèi)連線34a之間的相對位置是第一金屬內(nèi)連線14a以及第二金屬內(nèi)連線34a僅部分重疊；第B種第二金屬內(nèi)連線34a完全重疊第一金屬內(nèi)連線14a，并且第二金屬內(nèi)連線34a在水平方向上比第一金屬內(nèi)連線14a大；第C種為第一金屬內(nèi)連線14a與第二金屬內(nèi)連線34a互不重疊。

利用本發(fā)明的方式不需使用凸塊來電連接第一金屬內(nèi)連線和第二金屬內(nèi)連線，因此可以省去凸塊的制作工藝步驟，此外本發(fā)明是利用接合第一接合層和第二接合層對接第一晶片和第二晶片，由于第一接合層和第二接合層上沒有凸塊，所以第一接合層和第二接合層相互接觸的表面是平面的，因此 可以有好的接合效果。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，凡依本發(fā)明權利要求所做的均等變化與修飾，都應屬本發(fā)明的涵蓋范圍。