中介層系統及方法

2023-07-29 14:21:26 2

中介層系統及方法
【專利摘要】本發明提供了一種用於設置中介層的系統和方法。實施例包括在中介層晶圓上形成第一區域和第二區域，其中，該中介層在第一區域和第二區域之間具有劃線區域。然而，第一區域和第二區域通過位於劃線區域上方的電路相互連接。在另一個實施例中，第一區域和第二區域可以相互分離，然後在第一區域連接至第二區域之前，將第一區域和第二區域密封在一起。
【專利說明】中介層系統及方法【技術領域】
[0001]本發明一般地涉及半導體【技術領域】，更具體地來說，涉及半導體器件及其製造方法。
【背景技術】
[0002]半導體器件用於各種電子應用(諸如個人計算機、手機、數位相機及其他電子設備等)中。半導體產業通過不斷減少最小部件的尺寸來連續提高各種電子部件(例如，電晶體、二極體、電阻器、電容器等)的集成密度，從而允許更多的部件集成在指定區域中。由於集成部件所佔用的體積基本上是位於半導體晶圓的表面上，因此，實際上這些集成度改善基本都是二維(2D)的。儘管在光刻方面的顯著提高已經引起了 2D集成電路結構大幅提高，但是還存在可以以二維實現的密度方面的物理局限性。這些局限性中的一個是製造這些部件需要的最小尺寸。而且，當更多的器件置於一個晶片中時，需要更複雜的設計。另一個局限性來自於隨著器件數量的增加器件之間的互連件的數量和長度也顯著增加。當互連件的數量和長度增加時，電路RC延遲和功耗都會增加。
[0003]因此，在一些應用中，已經將注意力轉移到比以前的封裝件使用更小面積的較小封裝件上。已經開發的一種更小的封裝件是三維(3D) 1C，其中，兩個管芯或IC接合在一起，並且，電連接件使用位於中介層上的接觸焊盤形成在各個管芯之間。
[0004]在這些情況下，電源線和信號線可以穿過中介層。這些線可以是從中介層的一側到中介層相對側上的管芯或其他電連接件的連接件。

【發明內容】

[0005]為了解決現有技術中所存在的缺陷，根據本發明的一方面，提供了一種半導體器件，包括:中介層，具有第一側和第二側，`所述中介層包括:第一區域，包括第一電路;第二區域，包括第二電路；和第三區域，位於所述第一區域和所述第二區域之間，所述第三區域沒有電路並且從所述第一側延伸到所述第二側；以及導電路徑，位於所述第一區域和所述第二區域之間，所述導電路徑在所述第三區域上方延伸。
[0006]在該半導體器件中，所述第三區域為位於所述第一區域和所述第二區域之間的劃線區域。
[0007]在該半導體器件中，所述第三區域包括密封劑。
[0008]在該半導體器件中，所述導電路徑為第一半導體管芯的一部分。
[0009]該半導體器件進一步包括附接至所述第一區域的第二半導體管芯。
[0010]在該半導體器件中，所述第一電路和所述第二電路具有不同的圖案。
[0011 ] 在該半導體器件中，所述第一電路與所述第二電路相同。
[0012]根據本發明的另一方面，提供了一種半導體器件，包括:中介層，具有位於第二區域和第三區域之間且沒有功能電路的第一區域；第一接觸件，位於所述第二區域中；第二接觸件，位於所述第三區域中；以及導電路徑，在所述第一區域上方延伸，所述導電路徑電連接所述第一接觸件和所述第二接觸件。
[0013]在該半導體器件中，所述導電路徑是位於所述第一區域上方的第一半導體管芯的一部分。
[0014]該半導體器件進一步包括位於所述第二區域上方的第二半導體管芯。
[0015]在該半導體器件中，所述導電路徑包括位於所述第一區域上方的鈍化後互連件。
[0016]該半導體器件進一步包括與所述鈍化後互連件接觸的第一半導體管芯。
[0017]該半導體器件進一步包括位於所述第二區域和所述第一區域之間的密封環。
[0018]該半導體器件進一步包括延伸穿過所述第二區域的襯底通孔。
[0019]根據本發明的又一方面，提供了一種製造半導體器件的方法，所述方法包括:使用光刻工藝在晶圓的第一區域中形成第一電路、在所述晶圓的第二區域中形成第二電路以及在所述第一區域和所述第二區域之間形成劃線區域，其中，所述光刻工藝使用具有第一尺寸的圖案化曝光能量並且所述晶圓的所述第一區域具有所述第一尺寸；在不分離所述第一區域和所述第二區域的情況下，將所述第一區域和所述第二區域與所述晶圓分離；並且在所述劃線區域的上方將所述第一電路連接至所述第二電路。
[0020]在該方法中，所述使用光刻工藝通過使所述劃線區域不暴露於所述圖案化曝光能量來形成所述劃線區域。
[0021 ] 在該方法中，將所述第一電路連接至所述第二電路進一步包括將所述第一電路和所述第二電路連接至位於所述劃線區域上方的半導體管芯。
[0022]在該方法中，將所述第一電路連接至所述第二電路進一步包括在所述劃線區域上方形成鈍化後互連件。
[0023]在該方法中，所述第一電路包括襯底通孔。
[0024]該方法進一步包括在所述劃線區域和所述第一區域之間形成密封環。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0025]為了更完整的理解本實施例及其優點，現在將結合附圖所進行的以下描述作為參考，其中，
[0026]圖1示出根據實施例的第一中介層(interposer)區域和第二中介層區域；
[0027]圖2示出根據實施例的第一中介層區域和第二中介層區域的分離；
[0028]圖3A至圖3D示出根據實施例的第一半導體管芯、第二半導體管芯和第三半導體管芯至第一中介層區域和第二中介層區域的連接；
[0029]圖4示出根據實施例的連接第一中介層區域和第二中介層區域的鈍化後互連件的形成；
[0030]圖5示出根據實施例的第一半導體管芯、第二半導體管芯和第三半導體管芯至鈍化後互連件的連接；
[0031]圖6示出根據實施例的第一中介層區域從第二中介層區域上的分離；
[0032]圖7示出根據實施例的第一中介層區域和第二中介層區域之間的區域的封裝；以及
[0033]圖8示出根據實施例的第一半導體管芯、第二半導體管芯和第三半導體管芯至第一中介層區域和第二中介層區域的連接。[0034]除非另有說明，否則不同附圖中的相應標號和符號通常指的是相應部件。繪製附圖以清楚地示出實施例的相關方面而不必按比例繪製。
【具體實施方式】
[0035]下面，詳細討論本發明實施例的製造和使用。然而，應該理解，本發明提供了許多可以在各種具體環境中實現的可應用的創造性概念。所討論的具體實施例僅僅示出了製造和使用所公開主題的具體方式，而不用於限制不同實施例的範圍。
[0036]將參考具體上下文(S卩，用於半導體晶片的中介層)來描述實施例。然而，也可以將其他實施例應用於其他類型的連接器件上。
[0037]現在參考圖1，示出了中介層晶圓100，該晶圓具有襯底101、第一中介層區域103、第二中介層區域105、第一划線區域107、第二劃線區域109、以及第三劃線區域111。例如，用於中介層晶圓100的襯底101可以是矽襯底、摻雜或不摻雜的或者絕緣體上矽(SOI)襯底的有源層，以用於為中介層晶圓100提供支撐。然而，可選地，襯底101可以是玻璃襯底、陶瓷襯底、聚合物襯底或可以提供合適的保護和/或互連功能的任何其他襯底。可選地，這些以及任何其他合適的材料均可以用於襯底101。
[0038]襯底101可以劃分為第一中介層區域103和第二中介層區域105。第一中介層區域103和第二中介層區域105被設計成連接至半導體管芯，諸如，處理器和內存管芯(在圖1中未示出，但是下面結合圖3A進行了示出和描述)，並且被設計成，一旦第一中介層區域103和第二中介層區域105從中介層晶圓100上分離，提供半導體管芯的支撐和連接。
[0039]第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111位於中介層晶圓100上的各個中介層區域(諸如，如圖1所示的第一中介層區域103和第二中介層區域105)之間並且將各個中介層區域間隔開。在一個實施例中，第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111是在其中沒有形成有源電路的中介層晶圓100的區域，或者是在中介層晶圓100形成之後沒有被使用的電路的區域。同樣地，當期望從中介層晶圓100上去除第一中介層區域103和第二中介層區域105時，為了不損害第一中介層區域103和第二中介層區域105中的電路，可以將第一划線區域107和第三劃線區域111用作要去除的區域。
[0040]在一個實施例中，第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111可以在製造中介層晶圓100上的其他部件期間形成，並且可以具有介於大約60 和大約160iim之間(諸如大約80iim)的第一寬度例如，在本文所述的一個實施例中，第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111可以與襯底通孔(TSV) 113、第一金屬化層115、第一接觸焊盤117的形成一起形成。第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111可以與下面描述的這些結構和其他結構同時形成。
[0041]使用特定實例，第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111的部分可以在製造第一金屬化層115期間形成,例如,第一金屬化層115可以使用一系列的光刻掩模和蝕刻工藝，其中，可以施加許多光刻膠(例如第一光刻膠(在圖1中沒有單獨示出))，並且這些光刻膠被顯影來用作用於圖案化下面的層的掩模。第一光刻膠可以是諸如深紫外(DUV)光刻膠，並且可以通過使用旋塗工藝以在製造工藝中將第一光刻膠置於在合適位置來在中介層晶圓100上沉積第一光刻膠。
[0042]一旦放置了第一光刻膠，第一光刻膠就可以被曝露給穿過圖案化中間掩模(圖1中沒有單獨示出)的例如光的能量(在圖1中通過標記為106的箭頭表示)，以形成將會影響第一光刻膠的標線區域(reticule field) 108,從而在第一光刻膠曝露給能量的那些部分中引起反應。由於標線區域108 (其第二寬度W2介於大約13mm和大約64mm之間(例如大約32mm),並且其長度(圖1中未示出)介於大約13mm和大約52mm之間(例如大約26mm))沒有大到足以在單次曝光中覆蓋中介層晶圓100，因此，通過對中介層晶圓100的一部分(例如，第一中介層區域103)進行曝光並接著移動至中介層晶圓100的另一部分(例如，第二中介層區域105)以逐步的方式來曝光中介層晶圓100的各個部分。以這種方式，可以通過逐步移動並曝光中介層晶圓100的每一部分來圖案化中介層晶圓100。
[0043]使用逐步曝光系統，可以通過對第一區域(例如，第一中介層區域103)進行曝光並接著以從第一區域橫向移動一距離對緊鄰的第二區域(例如，第二中介層區域105)進行曝光，從而在第一中介層區域103和第二中介層區域105之間留下未曝光區域來形成第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111。由於對第一中介層區域103和第二中介層區域105之間的未曝光區域沒有進行任何處理，所以該未曝光區域將成為第二劃線區域109，從而使得第二劃線區域109沒有任何功能電路。可以使用相似的步進模式來形成第一划線區域107和第三劃線區域111。
[0044]然而，中介層晶圓100的逐步非曝光並不是可以形成第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111的唯一方法。例如，第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111可以與它們相應的緊鄰中介層區域(例如，第一中介層區域103或第二中介層區域105) —起被曝光，但是這種曝光可以使第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111沒有功能電路。可選地，在期望將測試電路或其他結構置於第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111中的實施例中(但是，一旦第一中介層區域103和第二中介層區域105從中介層晶圓100上分離，就不採用該實施例)，可以通過這些結構來圖案化第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111。
[0045]此外，處於相同定向的相同圖案化標線可用於曝光的每一步驟中，從而形成相似的標線區域108並在中介層晶圓100的每部分(例如，第一中介層區域103和第二中介層區域105)上以相同布局形成對稱結構。在另一實施例中，如果需要，則可以以不同定向(例如旋轉180° )將相同圖案化標線用於不同部分。通過使用被相同圖案化的標線，使得整個工藝更便宜並且更有效。然而，在其他實施例中，可以將被不同圖案化的標線用於每次曝光中。通過形成用於中介層晶圓100的組合曝光，可以在中介層晶圓100內形成更詳細更具體的圖案。
[0046]作為可以用於在中介層晶圓100上方和內部形成結構並且也用於形成第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111的製造工藝的實例，可以形成穿過襯底101的襯底通孔(TSV) 113，可以在襯底101的第一側上方形成第一金屬化層115和第一接觸焊盤117，可以在襯底101的第二側上方形成第二金屬化層119和第二接觸焊盤121。可以以與第二接觸焊盤121接觸的方式形成第一外部連接件123，以幫助提供電連接。將以下段落中更詳細地討論這些結構中的每一個。
[0047]可以通過應用合適的光刻膠(例如，以上描述的第一光刻膠，未示出)並進行顯影，然後蝕刻襯底101以生成TSV開口(如下所述，稍後填充的)，來形成TSV 113。處於該階段的用於TSV的開口可以形成為以延伸進入襯底101到至少大於成品中介層晶圓100的最終期望高度的深度。因此，雖然該深度取決於中介層晶圓100的整體設計，但是該深度可以在襯底101的表面下方大約Iym和大約700 ilm之間，其中，優選深度為大約50 y m。用於TSV 113的開口的直徑可以形成為介於大約I Pm和大約10011111之間，諸如大約611111。
[0048]一旦形成了 TSV 113的開口，例如就可以用勢壘層和導電材料來填充TSV 113的開口。勢壘層可以包括諸如氮化鈦的導電材料，但是也可以可選地使用其他材料，諸如氮化鉭、鈦、電介質等。可以使用諸如，PECVD的CVD工藝形成該勢壘層。然而，可選地，可以使用其他可選的工藝，諸如，濺射或金屬有機化學汽相沉積(MOVCD)。可以形成該勢壘層以勾畫TSV 113的開口的下面的形狀的輪廓。
[0049]導電材料可以包括銅，但是可以可選地使用其他合適的材料，諸如鋁、合金、摻雜多晶矽、它們的組合等。可以通過沉積晶種層，然後在該晶種層上電鍍銅、填充且過填充TSV113的開口來形成導電材料。一旦填充TSV113的開口，就可以通過研磨工藝(諸如，化學機械拋光(CMP))去除位於TSV 113開口外部的多餘的勢壘層和多餘的導電材料，但是可以使用任何合適的去除工藝。
[0050]一旦導電材料位於TSV 113開口內，就可以實施減薄襯底101的第二側，以暴露TSV 113開口並且通過延伸穿過襯底101的導電材料制形成TSV113。在一個實施例中，減薄襯底101的第二側可以留下TSV 113。可以通過諸如CMP或蝕刻的平坦化工藝來實施襯底101的第二側的減薄。
[0051]然而，如本領域技術人員所公知的，上述用於形成TSV 113的工藝僅僅是形成TSV113的一種方法，並且其他方法也完全旨在包含在本實施例的範圍內。例如，也可以使用形成TSV 113的開口、用介電材料填充TSV113的開口、減薄襯底101的第二側暴露介電材料、去除介電材料以及用導體填充TSV 113的開口。用於在襯底101內形成TSV 113的該方法和所有其他合適的方法完全旨在包括在本實施例的範圍內。
[0052]可選地，TSV 113可以形成為延伸穿過位於襯底101上方的中介層晶圓100的多層，諸如第一金屬化層115 (下面進一步描述)。例如，可以在形成第一金屬化層115之後或者甚至部分與金屬化層115同時形成TSV113。例如，可以在單個工藝步驟中形成穿過第一金屬化層115和襯底101的TSV 113的開口。可選地,可以在形成第一金屬化層115之前，在襯底101中形成TSV 113的開口的一部分並且進行填充，並且，與每個第一金屬化層115單獨形成一樣，可以形成並填充隨後層的TSV 113開口。可以形成TSV 113的這些工藝中的任何一種以及任何其他合適的工藝均完全旨在包括在本實施例的範圍內。
[0053]第一金屬化層115形成在襯底101的第一側上方，並被設計成將襯底101的第一側互連至襯底101第二側上的外部器件(例如，第一半導體管芯301、第二半導體管芯303以及第三半導體管芯305，其未在圖1中示出而是下文結合圖3A示出並進行描述)。雖然圖1示出電介質和互連件的單層，但是第一金屬化層115由電介質和導電材料的交替層形成，並且可以通過任何合適的工藝(諸如，沉積、鑲嵌、雙鑲嵌等)形成第一金屬化層115。在一個實施例中，可以具有一個或多個的金屬化層，但是第一金屬化層115中層的準確數量至少部分取決於中介層晶圓100的設計。
[0054]第一接觸焊盤117可以形成在第一金屬化層115上方並與第一金屬化層115電接觸。第一接觸焊盤117可以包括鋁，但是也可以可選地使用其他材料，諸如銅。可以使用諸如濺射的沉積工藝形成材料層(未示出)然後可以通過合適的工藝(諸如，光刻掩模和蝕亥Ij)去除材料層的一部分形成第一接觸焊盤117來形成第一接觸焊盤117。然而，也可以任何其他合適的工藝來形成第一接觸焊盤117，諸如在電介質中形成開口，沉積用於第一接觸焊盤117的材料，然後平坦化該材料和電介質。第一接觸焊盤117的厚度可以形成為介於約0.5 u m和約4 u m之間，諸如約1.45 u m。
[0055]第二金屬化層119形成在襯底101的第二側上方並被設計成將襯底101的第二側互連至至外部接觸件上。儘管圖1示出為電介質和互連件的單層，但是第二金屬化層119可由電介質和導電材料的交替層形成，並且可以通過任何合適的工藝(諸如沉積、鑲嵌、雙鑲嵌等)形成第二金屬化層119。在一個實施例中，可以具有一個或多個的金屬化層，但是第二金屬化層119中層的準確數量至少部分取決於中介層晶圓100的設計。
[0056]第二接觸焊盤121可以形成在襯底101的第二側上的第二金屬化層119上方並與第二金屬化層119電接觸。第二接觸焊盤121可以包括鋁，但是也可以可選地使用其他材料，諸如銅。可以使用諸如濺射的沉積工藝以形成材料層(未示出)，然後可以通過合適的工藝(諸如，光刻掩模和蝕刻)去除材料層的一部分以形成第二接觸焊盤121來形成第二接觸焊盤121。然而，也可以任何其他合適的工藝來形成第二接觸焊盤121，諸如在電介質中形成開口，沉積用於第二接觸焊盤121的材料，然後平坦化該材料和電介質。第二接觸焊盤121的厚度可以形成為介於約0.5iim和約4iim之間,諸如約1.45 u m0
[0057]可以形成第一外部連接件123以提供位於第二接觸焊盤121和外部器件(圖1中沒有單獨示出)之間的外部連接。第一外部連接件123可以是接觸凸塊，諸如微凸塊或可控塌陷晶片連接(C4)凸塊，並且可以包括諸如錫的材料或諸如銀或銅的其它合適的材料。在第一外部連接件123為錫焊料凸塊的實施例中，可以通過首先通過任何合適的方法(諸如蒸發、電鍍、列印、焊料轉移、植球等)使錫層形成為大約100 的優選厚度來形成第一外部連接件123。一旦在結構上形成錫層，優選地實施回流來使材料成型為期望的凸塊形狀。
[0058]可選地，可以在第一中介層區域103和第二中介層區域105周圍形成密封環125以將第一中介層區域103和第二中介層區域105與第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111分隔開。密封環125可以用於幫助保護第一中介層區域103和第二中介層區域105的功能件。此外，如果需要，密封環125可以與第一中介層區域103和第二中介層區域105中的功能電路元件電連接以提供與這些元件的電連接。密封環125可以包括諸如銅、鋁、鎢、它們的合金等的導電材料。然而，可選地，可以使用其他材料，諸如，多層導電材料和絕緣材料。該密封環125的厚度可以形成為介於大約5 iim和大約300iim之間，諸如大約10 u m。
[0059]圖2示出了可將中介層晶圓100分成多個單獨的中介層的劃線。在一個實施例中，例如使用金剛石塗層鋸(diamond coated saw) 201將這些單獨的中介層與中介層晶圓100分離，鋸201用於沿著諸如第一划線區域107和第三劃線區域111的劃線切割中介層晶圓100。然而，在可選實施例中，也可以使用其他劃線方法,諸如使用雷射劃線器或使用一系列的蝕刻或其他分離工藝以將中介層晶圓100劃分成多個單獨的中介層。
[0060]此外，在一個實施例中，雖然金剛石塗層鋸201用於沿著第一划線區域107和第三劃線區域111切割中介層晶圓100，但是金剛石層面鋸201不用於切割第二劃線區域109。通過沒有穿過第二劃線區域109進行切割，雖然第一中介層區域103和第二中介層區域105與中介層晶圓100的其餘部分分開，但是第一中介層區域和第二中介層區域保持彼此固定。通過保持第一中介層區域103和第二中介層區域105彼此固定，可以獲得大於光刻工藝的曝光區域的單個中介層200。例如，單個中介層200的第一寬度可以介於大約32mm和大約52mm之間，諸如大約42mm。
[0061]然而，如本領域技術人員所公知的，處於該階段的第一中介層區域103與第二中介層區域105的分離僅是示例性的，而並不用於進行限定。相反地，第一中介層區域103與第二中介層區域105可以在製造工藝期間的任何期望階段被分離，包括在半導體管芯(例如，下面參照圖3A和3B描述的第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305)的附接之後。可以利用將第一中介層區域103與第二中介層區域105分離的任何合適的時間，並且所有的這樣的時間完全旨在包括在本實施例中。
[0062]圖3A示出了單個中介層200與第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305的連接。在一個實施例中，例如，第一半導體管芯301可以是諸如圖形處理單元的邏輯管芯，而第二半導體管芯303和第三半導體管芯305可以是存儲器管芯。然而，可選地，可以使用任何合適的組合半導體管芯以及任何數量的半導體管芯，並且所有這種數量、組合和功能性均完全旨在包含在本實施例的範圍內。
[0063]圖3B示出了用於第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305的可重複的LogicX 1+DRAMX4布局的一個實施例的平面圖。在一個實施例中，第二半導體管芯303和第三半導體管芯305中的多個可以設置在位於中心的第一半導體管芯301周圍。在一個實施例中，第一半導體管芯301 (例如，邏輯管芯)的第三寬度W3可以介於約Ilmm和約33mm之間，諸如約22mm,第二長度I2介於約16mm和約36mm之間，諸如約26mm。第二半導體管芯303(例如，DRAM)的第四寬度W4可以介於約7mm和約14mm之間，諸如約7mm,第三長度I3可以介於約7mm和約17mm之間，諸如約12mm。可以在整個中介層晶圓100上重複這種連接布局。
[0064]圖3C示出了可以利用LogicX 1+DRAMX8圖案的可選布局。在該實施例中，6個第二半導體管芯303和第三半導體管芯305位於第一半導體管芯301的周圍。例如，2個第二半導體管芯303可以位於第一半導體管芯301的每一側。
[0065]圖3D示出了可以使用第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305的多種布局。在第一區域310中，第一半導體管芯301位於兩個第二半導體管芯303的相對側。在第二區域312中，第一半導體管芯301的單個內核被設置為緊鄰第二半導體管芯303和第三半導體管芯305。在第三區域314中，第一半導體管芯301的兩個內核被布置為緊鄰兩個第二半導體管芯303。在第四區域316中，轉換了第三區域314的布局。這些和所有其他合適的布局均完全旨在包括在本實施例的範圍內。
[0066]現在，再次參考圖3A，在一個實施例中，第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305中的每一個均分別包括第二襯底307、有源器件(在圖3A中未單獨示出)、第三金屬化層309、第三接觸焊盤311和第二外部連接件313。第二襯底307可以是具有(110)的晶體定向的半導體材料，諸如矽、鍺、金剛石等。可選地，也可以使用具有其他晶體定向的複合材料，諸如矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化銦、磷化銦、矽鍺碳化物、磷砷化鎵、磷化銦鎵、它們的組合等。此外，第二襯底307可以包括絕緣體上矽(SOI)襯底。通常，SOI襯底包括半導體材料層，諸如外延矽、鍺、矽鍺、SO1、絕緣體上矽鍺(SGOI)或它們的組合。第二襯底307可以摻雜有p型摻雜劑，諸如，硼、鋁、鍺等，但是本領域公知的是，該襯底可以可選地摻雜有n型摻雜劑。
[0067]第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305中的每一個均可以具有形成在它們相應的第二襯底307上的有源器件。如本領域技術人員所公知的，可以使用多種有源器件和無源器件，諸如電容器、電阻器、電感器等以生成設計的期望結構和功能要求。例如，與電晶體耦合的電容器可以用於形成第二半導體管芯303和第三半導體管芯305中的存儲單元。可以使用任何合適的方法在相應的第二襯底307的表面內或者上形成有源器件。
[0068]第三金屬化層309可以形成在相應的第二襯底307和有源器件上方，並且被設計成連接它們相應的管芯上的多個第一有源器件以形成功能電路。第三金屬化層309可以由介電材料和導電材料的交替層形成，並且可以通過任何合適的工藝(諸如沉積、鑲嵌、雙鑲嵌等)形成。在一個實施例中，存在通過至少一個層間介電層(ILD)與第二襯底307分離的四個金屬化層，但是第三金屬化層309的準確數量是分別取決於第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305的設計。
[0069]此外，可以對第一半導體管芯301內的第三金屬化層309進行圖案化以提供單個中介層200內的第一中介層區域103和第二中介層區域105之間的連接通路317。可以利用第一半導體管芯301內的連接通路317以在第一中介層區域103和第二中介層區域105之間傳遞信號和/或功率並且使用第一中介層區域103和第二中介層區域105作為單個單元來代替作為兩個分離的不同單元。在一個實施例中，可以形成連接通路317，使得當第一半導體管芯301連接至單個中介層200時，連接通路317將越過第二劃線區域109和密封環125以在第一中介層區域103和第二中介層區域105之間建立電連接。
[0070]第三接觸焊盤311可以形成在位於相應管芯上的第三金屬化層309上方並且與該第三金屬化層電接觸。第三接觸焊盤311可以包括鋁，但是也可以可選地使用諸如銅的其他材料。可以使用諸如濺射的沉積工藝以形成材料層(未示出)，然後可以通過合適的工藝(諸如光刻掩模和蝕刻)去除材料層的一部分以形成第三接觸焊盤311來形成第三接觸焊盤311。然而，可以使用任何其他合適的工藝來形成第三接觸焊盤311，諸如，在電介質中形成開口、沉積用於第三接觸焊盤311材料、然後平坦化該材料和電介質。第三接觸焊盤311的厚度可以形成為介於約0.5iim和約4iim之間,諸如約1.45 u m0
[0071]可以形成第二外部連接件313以提供第三接觸焊盤311和單個中介層200之間的外部連接。第二外部連接件313可以是接觸凸塊，諸如微凸塊或可控塌陷晶片連接(C4)凸塊，並且可以包括諸如錫的材料或諸如銀或銅的其它合適的材料。在第二外部連接件313為錫焊接凸塊的實施例中，可以通過首先通過任何合適的方法(諸如蒸發、電鍍、列印、焊料轉移、植球等)使錫層形成至大約100 U m的優選厚度來形成第二外部連接件313。一旦在結構上形成錫層，優選地，就實施回流來使材料成型為期望的凸塊形狀。
[0072]此外，可以在單個中介層200和任何器件之間使用偽凸塊(在圖3A中沒有單獨示出)，諸如單個中介層200可以連接至第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305。這些偽凸塊可以用於為結構提供支撐並減少可能產生的應力。通過提供這種支撐，可以防止存儲和使用過程中可能出現的重複的熱循環和環境循環期間的損害。
[0073]可以將第一半導體管芯301、第二半導體管芯303、第三半導體管芯305置於在單個中介層200上。在一個實施例中，可以以第一接觸焊盤117面對第二外部連接件313並與該第二外部連接件313對準的方式將第一半導體管芯301、第二半導體管芯303、第三半導體管芯305置於單個中介層200上。一旦對準，就可以通過第二外部連接件313與第一接觸焊盤117接觸並實施回流以將第二外部連接件313的材料回流並接合至第一接觸焊盤117來將第二外部連接件313和第一接觸焊盤117接合在一起。然而，可以可選地使用任何合適的接合方法，諸如銅-銅接合，以將第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305接合至單個中介層200。
[0074]可以在第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305與單個中介層200之間的空間內注射或者以不同的方法形成底部填充材料315。例如，該底部填充材料315可以包括液態環氧樹脂，液態環氧樹脂被散布在第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305與單個中介層200之間，然後進行固化以被硬化。該底部填充材料315可以用於防止在第二外部連接件313中形成裂縫，其中，該裂縫通常由熱應力引起。
[0075]可選地，為了防止在第二外部連接件313中產生裂縫，可以在第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305與單個中介層200之間形成可變形的凝膠或矽橡膠。可以通過在第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305與單個中介層200之間注射或以其它方式放置該凝膠或橡膠來形成該凝膠或矽橡膠。該可變形的凝膠或矽橡膠也可以在隨後的工藝期間提供應力消除。
[0076]通過保持第一中介層區域103和第二中介層區域105之間的連接並且通過在第二劃線區域109上方形成連接通路317以互連第一中介層區域103和第二中介層區域105，可以克服通過光刻工藝設定的單個中介層上的尺寸限制。這使得在中介層的設計和使用上以及連接件的數量和類型上更加靈活，其中，該連接件可以將中介層連接至半導體管芯和其它器件。
[0077]圖4示出了另一實施例，其中，代替第一中介層區域103通過第一半導體管芯301連接至第二中介層區域105，第一中介層區域103通過形成在第一中介層區域103、第二中介層區域105和第二劃線區域109上方的鈍化後互連件(PPI)407連接至第二中介層區域105。然而，由於用於PPI407的光刻曝光區域並不像用於第一中介層區域103和第二中介層區域105的光刻曝光區域那樣有限，所以用於形成PPI 407的光刻掩模和蝕刻工藝可以用於同時圖案化第一中介層區域103和第二中介層區域105。
[0078]在一個實施例中，可以通過首先在襯底101上形成第一鈍化層401來在第一金屬化層115和第一接觸焊盤117上方形成PPI 407。第一鈍化層401可以由一個或多個合適的介電材料製成，諸如二氧化矽、氮化矽、諸如摻碳氧化物的低k電介質、諸如摻多孔碳的二氧化矽的超低k電介質、它們的組合等。第一鈍化層401可以通過諸如化學汽相沉積(CVD)的工藝形成，但是可以使用其他合適的工藝，並且第一鈍化層401的厚度可以介於0.5 y m和約5 urn之間，諸如約9.25 KA0
[0079]形成第一鈍化層401之後，可以通過去除第一鈍化層401 —部分以暴露下面的第一接觸焊盤117的至少一部分來製作穿過第一鈍化層401的開口。該開口允許第一接觸焊盤117和PPI 407 (在下面進一步描述)之間的接觸。可以使用合適的光刻掩模和蝕刻工藝形成該開口，但是可以使用任何合適的工藝以暴露第一接觸焊盤117的一部分。[0080]在暴露第一接觸焊盤117之後，可以形成沿著第一鈍化層401延伸的PPI 407oPPI407可以用作再分布層以允許第一中介層區域103和第二中介層區域105通過PPI 407相互電連接，並且用於提供在第一半導體管芯301、第二半導體管芯303、第三半導體管芯305與單個中介層200之間的信號和功率布線的額外靈活性。在一個實施例中，可以通過合適的形成工藝(諸如CVD或濺射)最初形成鈦銅合金的晶種層(未示出)來形成PPI 407。然後形成光刻膠(未示出)以覆蓋晶種層，然後圖案化光刻膠以暴露晶種層的位於期望PPI407定位的位置處的那些部分。
[0081]一旦形成並圖案化光刻膠，就可以通過諸如電鍍的沉積工藝在晶種層上形成諸如銅的導電材料。該導電材料的厚度可以形成為介於約Iym和約1011111之間，諸如約511111，其沿著襯底101的寬度介於約5 iim和約300iim之間，諸如15 ym。然而，雖然所描述的材料和方法適於形成導電材料，但是這些材料僅僅是示例性的。可選地，可以使用諸如AlCu或Au的任何其他合適的材料和諸如CVD或PVD的任何其他合適的形成工藝以形成PPI407。
[0082]一旦形成導電材料，就可以通過諸如灰化的合適的去除工藝來去除光刻膠。而且，在去除光刻膠之後，例如，可以通過使用導電材料作為掩模的合適的蝕刻工藝來去除晶種層被光刻膠覆蓋的那些部分。
[0083]一旦形成PPI 407，就可以形成第二鈍化層405以保護PPI 407和其他下面的結構。第二鈍化層405可以由諸如聚醯亞胺的聚合物形成，或者可選地，可以由與第一鈍化層401類似的材料(例如，二氧化矽、氮化矽、低k電介質、超低k電介質、它們的組合等)形成。第二鈍化層405的厚度可以形成為介於約2 u m和約15 m之間，諸如約5 u m,並且第二鈍化層405可以通過諸如CMP的工藝與PPI 407 一起被平坦化。
[0084]圖5示出了第一中介層區域103和第二中介層區域105與中介層晶圓100分離之後通過PPI 407與單個中介層200連接的第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305的布置。在一個實施例中，第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305可以以第一接觸焊盤117面對PPI 407並與PPI 407對準的方式置於單個中介層上。一旦對準，然後第二外部連接件313和PPI 407就可以通過將第二外部連接件313與PPI 407接觸並且實施回流以回流第二外部連接件313的材料並接合至PPI 407來接合在一起。然而，可選地，可以使用任何合適的接合方法，諸如，銅-銅接合以將第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305接合至PPI 407。
[0085]通過在第二劃線區域109上方形成PPI 407, PPI 407有助於電互連第一中介層區域103和第二中介層區域105。第一中介層區域103和第二中介層區域105的互連有助於將第一中介層區域103和第二中介層區域105用作單個中介層以代替僅僅是物理上相互附接的多個中介層。該集成使得單個中介層200更有效並且集成度更高。
[0086]圖6示出了用於另一實施例的起始點，其中，例如利用金剛石層面鋸201經由第一划線區域107、第二劃線區域109和第三劃線區域111進行分割第一中介層區域103和第二中介層區域105與中介層晶圓100分離並且相互分離。然而，在第一中介層區域103和第二中介層區域105相互分離之後，第一中介層區域103和第二中介層區域105可以再接合在一起。
[0087]在一個實施例中，例如，第一中介層區域103和第二中介層區域105可以使用成型裝置(未示出)接合在一起。例如，第一中介層區域103和第二中介層區域105可以置於成型裝置的腔體中，並且該腔體可以被氣密性地密封。可以在氣密性地密封腔體之前將密封劑701置於腔體內，或者通過注射口將密封劑注射到腔體內。在一個實施例中，密封劑701可以是模塑料樹脂，例如，聚醯亞胺、PPS、PEEK、PES、耐熱水晶樹脂、它們的組合等。
[0088]一旦將密封劑701置於腔體中使得密封劑701密封第一中介層區域103和第二中介層區域105之間的區域，可以固化密封劑701以硬化用於提供最佳保護的密封劑701。雖然嚴格的固化工藝至少部分取決於選擇用於密封劑701的特定材料，但是在將模塑料選為密封劑701的實施例中，可以通過諸如將密封劑701加熱到介於約100°C與約130°C之間(諸如加熱到約125°C並加熱約60秒到約3000秒，諸如600秒)的工藝來進行固化。此外，密封劑701中可以包括引發劑和/或催化劑以更好地控制固化工藝。
[0089]然而，如本領域技術人員所公知的，上述的固化工藝僅僅是示例性的工藝，並不意味著限定本實施例。可選地，也可以使用其它固化工藝，諸如，照射甚至允許在環境溫度下硬化該密封劑701。可以使用任何合適的固化工藝，並且所有這樣的工藝均完全旨在包含在本文所論述的實施例的範圍內。
[0090]通過密封第一中介層區域103和第二中介層區域105之間的區域，密封劑701用作將第一中介層區域103和第二中介層區域105物理連接到單個中介層200的橋。該橋用於代替上述實施例所論述的未被劃線的第二劃線區域109，並且由於第一中介層區域103和第二中介層區域105被分離且(如果需要)被重新接合以用於更有效的工藝集成，所以該橋提供了更多的靈活性。
[0091 ] 圖8示出了第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305放置並接合至單個中介層200上。在一個實施例中，第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305可以以第一接觸焊盤117面對第二外部連接件313並與第二外部連接件313對準的方式放置在單個中介層上。一旦對準，第二外部連接件313和第一接觸焊盤117就可以通過將第二外部連接件313與第一接觸焊盤117接觸並且實施回流以回流第二外部連接件313的材料且接合至第一接觸焊盤117來接合在一起。然而，可選地，可以使用任何合適的接合方法，諸如，銅-銅接合，以將第一半導體管芯301、第二半導體管芯303和第三半導體管芯305接合至單個中介層200。
[0092]根據一個實施例，提供了一種包括具有第一側和第二側的中介層的半導體器件。該中介層包括具有第一電路的第一區域、具有第二電路的第二區域和位於第一區域和第二區域之間的第三區域，該第三區域沒有電路並且從第一側延伸到第二側。導電通路位於第一區域和第二區域之間，該導電通路在第三區域上方延伸。
[0093]根據另一個實施例，提供了一種包括中介層的半導體器件，其中，劃線區域位於第一區域和第二區域之間。第一接觸件位於第一區域中，第二接觸件位於第二區域中。導電通路在劃線區域上方延伸，該導電通路電連接第一接觸件和第二接觸件。
[0094]根據又一個實施例，提供一種製造半導體器件的方法，該方法包括:使用光刻工藝以在晶圓的第一區域中形成第一電路、在晶圓的第二區域中形成第二電路以及在第一區域和第二區域之間形成劃線區域，其中，光刻工藝使用通過第一尺寸的被圖案化的曝光能量，並且提供了具有第一尺寸晶圓的第一區域。在第一區域與第二區域不分離的情況下，將第一區域和第二區域與晶圓分離，並且第一電路與第二電路在劃線區域上方相連接。
[0095]儘管已經詳細地描述了本實施例及其優勢，但應該理解，可以在不背離所附權利要求限定的本發明的精神和範圍的情況下，做各種不同的改變、替換和更改。例如，可以改變或變更製造確切材料和方法，也可以重新設置工藝步驟的順序，但是這仍然保持在本實施例的範圍內。
[0096]而且，本申請的範圍並不僅限於本說明書中描述的工藝、機器、製造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領域普通技術人員應理解，通過本發明，現有的或今後開發的用於執行與根據本發明所採用的所述相應實施例基本相同的功能或獲得基本相同結果的工藝、機器、製造、材料組分、裝置、方法或步驟根據本發明可以被使用。因此，所附權利要求應該包括在這樣的工藝、機器、製造、材料組分、裝置、方法或步驟的範圍內。
【權利要求】
1. 一種半導體器件，包括: 中介層，具有第一側和第二側，所述中介層包括: 第一區域，包括第一電路； 第二區域，包括第二電路；和 第三區域，位於所述第一區域和所述第二區域之間，所述第三區域沒有電路並且從所述第一側延伸到所述第二側；以及 導電路徑，位於所述第一區域和所述第二區域之間，所述導電路徑在所述第三區域上方延伸。
2.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述第三區域為位於所述第一區域和所述第二區域之間的劃線區域。
3.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述第三區域包括密封劑。
4.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述導電路徑為第一半導體管芯的一部分。
5.根據權利要求4所述的半導體器件，進一步包括附接至所述第一區域的第二半導體管芯。
6.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述第一電路和所述第二電路具有不同的圖案。
7.根據權利要求1所述的半導體器件，其中，所述第一電路與所述第二電路相同。
8.一種半導體器件，包括: 中介層，具有位於第二區域和第三區域之間且沒有功能電路的第一區域； 第一接觸件，位於所述第二區域中； 第二接觸件，位於所述第三區域中；以及 導電路徑，在所述第一區域上方延伸，所述導電路徑電連接所述第一接觸件和所述第 接觸件。
9.根據權利要求8所述的半導體器件，其中，所述導電路徑是位於所述第一區域上方的第一半導體管芯的一部分。
10.一種製造半導體器件的方法，所述方法包括: 使用光刻工藝在晶圓的第一區域中形成第一電路、在所述晶圓的第二區域中形成第二電路以及在所述第一區域和所述第二區域之間形成劃線區域，其中，所述光刻工藝使用具有第一尺寸的圖案化曝光能量並且所述晶圓的所述第一區域具有所述第一尺寸； 在不分離所述第一區域和所述第二區域的情況下，將所述第一區域和所述第二區域與所述晶圓分離；並且 在所述劃線區域的上方將所述第一電路連接至所述第二電路。
【文檔編號】H01L21/768GK103579183SQ201210592167
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年12月28日 優先權日:2012年8月10日
【發明者】餘振華, 鄭心圃, 侯上勇, 葉德強 申請人:臺灣積體電路製造股份有限公司