專(zhuān)利名稱(chēng)：一種用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)及其鍵合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種混合鍵合結(jié)構(gòu)及其鍵合方法，尤其是一種用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)及其鍵合方法，屬于集成電路的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
三維集成電路的核心技術(shù)包括TSV (硅通孔)制作、晶圓減薄、薄晶圓拿持以及鍵合技術(shù)等。這些技術(shù)都存在極大的挑戰(zhàn)性。其中鍵合技術(shù)包括了芯片-芯片(chip-to-chip)、 芯片-晶圓(chip-to-wafer)以及晶圓-晶圓(wafer-to-wafer)鍵合等三種方式。對(duì)于上述三種鍵合技術(shù)，電氣互連有兩種材料，一是金屬凸點(diǎn)，如Cu，Au等；二是釬料凸點(diǎn)互連， 如Sn，In等。三維集成電路使用金屬凸點(diǎn)互連的好處是可以獲得很小的互連節(jié)距，Cu-Cu凸點(diǎn)鍵合可以獲得優(yōu)良的電性能和可靠性；其缺點(diǎn)是要求金屬凸點(diǎn)具有很高的平整度，通常需要較高的鍵合溫度(>300°C)，以及特殊的表面處理以去除金屬表面的氧化物。為降低鍵合溫度，研究人員做了很多努力。具有代表性的研究是日本東京大學(xué)開(kāi)發(fā)的表面活化鍵合技術(shù)(SAB, Surface activated bonding)。通過(guò)CMP (化學(xué)機(jī)械拋光)平整化,利用干法刻蝕獲得純凈金屬表面，并在高真空下完成鍵合過(guò)程。該方法雖然實(shí)現(xiàn)了了低溫鍵合，但是工藝復(fù)雜，產(chǎn)率低，成本高，不適于大規(guī)模產(chǎn)業(yè)應(yīng)用；具體見(jiàn)參考文獻(xiàn)T. Suga, “Feasibility of surface activated bonding for ultra-fine pitch interconnection，，，Proc. 2000 IEEE Electronic Components and Technolgoy Conference (ECTC), 2000, pp. 702-705. 和 T. H. Kim, M. M. R. Howlader, et al. , “Room temperature Cu-Cu direct bonding using surface activated bonding method”，J. Vac. Sci. Techno I. A, 21(2)，2003, pp. 449-453。與金屬凸點(diǎn)相比，釬料互連的主要優(yōu)點(diǎn)是釬料液/固反應(yīng)可以減小對(duì)鍵合界面平整度的要求，具體見(jiàn)參考文獻(xiàn) K. Sakuma, P. S. Andry, C. K. Tsang, S. L. Wright, et al. , “3D Chip-Stacking Technology with Through-Silicon Vias and Low-Volume Lead-free Interconnections，，，IBM J. RES. & DEV. 52(6)，2008, p611_631。電鍛凸點(diǎn)，特別是銅柱釬料凸點(diǎn)具有較好的電性能和可靠性，并能滿足細(xì)節(jié)距和低成本要求，因而受到工業(yè)界青睞。由于三維集成往往需要多層芯片(晶圓)堆疊，因此需要保證后續(xù)的堆疊不影響已形成的互連結(jié)構(gòu)。因此在釬料凸點(diǎn)鍵合基礎(chǔ)上，瞬態(tài)液相(TLP, transient liquid phase)鍵合應(yīng)用受到重視。所謂瞬態(tài)液相鍵合是指低熔點(diǎn)釬料鍵合后完全轉(zhuǎn)變成金屬間化合物(IMC),可以保證多層芯片堆疊的穩(wěn)定性,具體見(jiàn)參考文獻(xiàn)R. Agarwal, W. Zhang, P. Limaye, R. Labie, B. Dimcic, A. Phommahaxay, and P. Soussan, uCu/Sn Microbumps for 3D TSV Chip Stacking”， Proc. 2010 IEEE Electronic Components and Technolgoy Conference (ECTC), 2010, pp. 858-863。為解決超細(xì)節(jié)距凸點(diǎn)互連底部填充工藝難題，提高凸點(diǎn)互連的可靠性，混合鍵合 (hybrid bonding)方法在3D IC中日益受到重視。混合鍵合即是在待鍵合的襯底上下表面采用凸點(diǎn)和介電粘附層同時(shí)進(jìn)行鍵合，具體見(jiàn)參考文獻(xiàn)S. J. Koester, A. M. Young, R. R. Yu, S. Purrshothaman, et al. , “Wafer-level 3D Integration Technology, ” IBM J. RES. & DEV. 52(6)，2008，p583_597和 C. T. Ko, Z. C. Hsiao, H. C. Fu, K. N. Chen, ff. C. Lo, Y. H. Chen, “Wafer-to-wafer Hybrid Bonding Technology for 3D IC，，，3rd Electronic System-Integration Technology Conference (ESTC), 2010, PP. I - 5。常用的介電粘附層為BCB (干刻蝕型苯環(huán)丙丁烯)、SU-8 (近紫外負(fù)性光刻膠)， 以及PI (聚酰亞胺)等聚合物材料或者無(wú)機(jī)物Si02。鍵合采用熱壓鍵合方式，金屬/釬料凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)冶金互連，芯片間和凸點(diǎn)間的空隙則由介電粘附層通過(guò)熱壓固化填充，從而提高芯片間鍵合的結(jié)合力。混合鍵合研究也存在諸多問(wèn)題，材料與工藝需要優(yōu)化，缺乏可靠性研究。介電粘附層，特別是聚合物常常會(huì)擠壓而流到金屬鍵合界面，造成斷路和可靠性問(wèn)題。需要改進(jìn)鍵合技術(shù)來(lái)避免這個(gè)問(wèn)題。進(jìn)一步地，由于互連密度的增加，鍵合所需的壓力越來(lái)越大，這對(duì)于三維集成，特別是帶有TSV結(jié)構(gòu)的薄芯片會(huì)帶來(lái)?yè)p壞。因此，需要低壓力鍵合方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)及其鍵合方法，其結(jié)構(gòu)緊湊，工藝操作方便，提高鍵合的可靠性。按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，包括第一襯底；所述第一襯底上設(shè)有與第一襯底電連接的鍵合互連金屬，所述鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)與第一襯底相連的另一端部?jī)?nèi)陷形成凹腔，鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)設(shè)置凹腔的端部邊緣形成凸點(diǎn)頂部邊緣；第一襯底對(duì)應(yīng)形成鍵合互連金屬的表面覆蓋有第一介電粘附層，所述第一介電粘附層包圍鍵合互連金屬且第一介電粘附層的高度低于鍵合互連金屬的高度。所述鍵合互連金屬為高溫鍵合金屬。所述高溫鍵合金屬的材料為Cu、Ni、Al、Pt、 Pd或Au中的一種或幾種。所述鍵合互連金屬包括高溫鍵合金屬及位于所述高溫鍵合金屬一端的低熔點(diǎn)釬料，鍵合互連金屬中的高溫鍵合金屬與第一襯底對(duì)應(yīng)相連，并在低熔點(diǎn)釬料的端部?jī)?nèi)陷形成凹腔；第一介電粘附層的高度低于低熔點(diǎn)釬料形成凹腔端部的高度。所述低熔點(diǎn)釬料為錫基合金或銦基合金。所述第一介電粘附層的材料包括BCB、 SU-8、PI聚合物或SiO2。所述第一襯底通過(guò)鍵合互連金屬與第二鍵合體對(duì)應(yīng)配合，第二鍵合體包括第二襯底，所述第二襯底的表面上設(shè)有與第二襯底電連接的焊盤(pán)，第二襯底對(duì)應(yīng)形成焊盤(pán)的表面覆蓋第二介電粘附層；鍵合互連金屬通過(guò)凸點(diǎn)頂部邊緣與焊盤(pán)對(duì)應(yīng)接觸，并在所需的溫度及壓力下緊密結(jié)合，且第一介電粘附層與第二介電粘附層粘結(jié)后連成一體。所述焊盤(pán)的材料為高溫金屬或低熔點(diǎn)釬料。所述第二介電粘附層的材料包括BCB、 SU-8、PI聚合物或SiO2。所述第二襯底的材料包括硅。一種用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)的鍵合方法，所述鍵合方法包括如下步驟
a、提供第一鍵合體，所述第一鍵合體上相應(yīng)鍵合互連金屬的端部形成凹腔及凸點(diǎn)頂部邊緣；b、提供第二鍵合體，所述第二鍵合體上包括焊盤(pán)及第二介電粘附層；
C、將鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)形成凸點(diǎn)頂部邊緣的端部與第二鍵合體上的焊盤(pán)定位接觸； d、在所需的鍵合溫度及壓力下，鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)形成凸點(diǎn)頂部邊緣的端部與焊盤(pán)緊密接觸，第一鍵合體上的第一介電粘附層與第二鍵合體上的第二介電粘附層粘結(jié)成一體。所述步驟a中,包括如下步驟
al、提供第一襯底，并在所述第一襯底的表面制作與第一襯底電連接的種子層； a2、在第一襯底對(duì)應(yīng)形成種子層的表面涂覆第一光刻膠層，并光刻、顯影曝光后形成所需圖形；
a3、在上述第一襯底上電鍍形成所需高度與形狀的凸點(diǎn)材料，以形成鍵合互連金屬； a4、去除上述第一光刻膠層，并刻蝕第一襯底上對(duì)應(yīng)裸露的種子層； a5、在上述第一襯底上形成第一介電粘附層，所述第一介電粘附層覆蓋在第一襯底的表面并覆蓋鍵合互連金屬端部的凸點(diǎn)頂部邊緣；
a6、通過(guò)離子刻蝕去除覆蓋于鍵合互連金屬端部凸點(diǎn)頂部邊緣上的第一介電粘附層， 并使得第一介電粘附層的高度低于凸點(diǎn)頂部邊緣的高度，以形成所需的第一鍵合體。所述第一介電粘附層通過(guò)甩膠覆蓋在第一襯底及鍵合互連金屬上。所述步驟a3 中，電鍍形成所需高度的形狀與凸點(diǎn)材料包括高溫金屬或低熔點(diǎn)釬料。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)第一襯底上設(shè)有與第一襯底電連接的鍵合互連金屬，所述鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)與第一襯底相連的另一端部?jī)?nèi)陷形成凹腔，鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)設(shè)置凹腔的端部邊緣形成凸點(diǎn)頂部邊緣；第一襯底對(duì)應(yīng)形成鍵合互連金屬的表面覆蓋有第一介電粘附層， 所述第一介電粘附層包圍鍵合互連金屬且第一介電粘附層的高度低于凸點(diǎn)頂部邊緣的高度；當(dāng)通過(guò)鍵合互連金屬與焊盤(pán)鍵合時(shí)，第一介電粘附層的高度低于凸點(diǎn)頂部邊緣，當(dāng)在壓力作用下鍵合時(shí)，凸點(diǎn)頂部邊緣與焊盤(pán)接觸鍵合能夠阻擋介電粘附層進(jìn)入鍵合互連金屬與焊盤(pán)結(jié)合的表面，從而能夠避免造成斷路及可靠性問(wèn)題；結(jié)構(gòu)緊湊，工藝操作方便。


圖I為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明鍵合互連金屬的另一種結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為 圖6為本發(fā)明鍵合互連金屬形成的具體步驟剖視圖，其中
圖3為電鍍形成鍵合互連金屬后的剖視圖。圖4為去除光刻膠層并刻蝕種子層后的剖視圖。圖5為形成第一介質(zhì)粘附層后的剖視圖。圖6為形成第一鍵合體后的剖視圖。圖疒圖9為本發(fā)明與第二鍵合體鍵合的具體步驟剖視圖，其中
圖7為提供第一鍵合體與第二鍵合體后的剖視圖。圖8為通過(guò)凸點(diǎn)與焊盤(pán)相接觸的剖視圖。圖9為第一鍵合體與第二鍵合體鍵合后的剖視圖。圖10 圖12為本發(fā)明與第二鍵合體鍵合的具體步驟剖視圖，其中
圖10為提供第一鍵合體與第二鍵合體后的剖視圖。圖11為通過(guò)凸點(diǎn)與焊盤(pán)相接觸的剖視圖。
圖12為第一鍵合體與第二鍵合體鍵合后的剖視圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明1-第一鍵合體、2-第二鍵合體、10-第一襯底、20-第一介電粘附層、21-第一光刻膠層、22-鍵合互連孔、25-第二介電粘附層、30-高溫鍵合金屬、31-凹腔、 40-低熔點(diǎn)材料鍵合體、50-焊盤(pán)、60-凸點(diǎn)頂部邊緣及70-第二襯底。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。如圖I和圖2所示為了避免現(xiàn)有鍵合過(guò)程中造成斷路與可靠性問(wèn)題，本發(fā)明包括第一鍵合體I，第一鍵合體I包括第一襯底10 ;所述第一襯底10上設(shè)有與第一襯底10電連接的鍵合互連金屬，所述鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)與第一襯底10相連的另一端部?jī)?nèi)陷形成凹腔 31，即在鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)形成凹腔31的端部形成凸點(diǎn)頂部邊緣60，第一襯底10對(duì)應(yīng)形成鍵合互連金屬的表面覆蓋有第一介電粘附層20，所述第一介電粘附層20包圍鍵合互連金屬且第一介電粘附層20的高度低于鍵合互連金屬端部的高度；即第一介電粘附層20的高度低于凸點(diǎn)頂部邊緣60。圖I和圖2分別示出了鍵合互連金屬的不同結(jié)構(gòu)，其中，圖I中鍵合互連金屬全部采用高溫鍵合金屬30，圖2中鍵合互連金屬包括高溫鍵合金屬30及位于所述高溫鍵合金屬30端部的低熔點(diǎn)材料鍵合體40，在低熔點(diǎn)材料鍵合體40端部通過(guò)內(nèi)陷形成凹腔31。第一介電粘附層20的高度低熔點(diǎn)釬料40形成凹腔31端部的高度。所述高溫鍵合金屬30的材料為Cu、Ni、Al、Pt、Pd、或Au中的一種或幾種。所述低熔點(diǎn)釬料40為錫基合金或銦基合金。所述第一介電粘附層20的材料包括BCB、SU-8、、PI 聚合物或SiO2。如圖9和圖12所示為本發(fā)明第一鍵合體I與第二鍵合體2鍵合后的結(jié)構(gòu)示意圖。第二鍵合體2包括第二襯底70，第二襯底70的表面設(shè)有焊盤(pán)50，焊盤(pán)50與第二襯底 70電連接，第二襯底70的材料包括硅。第二襯底70對(duì)應(yīng)形成焊盤(pán)50的表面覆蓋有第二介電粘附層25，焊盤(pán)50與第二介電粘附層25之間的高度關(guān)系應(yīng)與凸點(diǎn)頂部邊緣60與第一介電粘附層20之間的高度關(guān)系相對(duì)應(yīng)，以避免通過(guò)凸點(diǎn)頂部邊緣60與焊盤(pán)50之間鍵合連接時(shí)，第一介電粘附層20或第二介電粘附層25間壓入第一介電粘附層20或第二介電粘附層25，以不會(huì)造成斷路及可靠性問(wèn)題為準(zhǔn)。本發(fā)明的實(shí)施例中，焊盤(pán)50的高度不高于第二介電粘附層25的高度，圖9為焊盤(pán)50的高度與第二介電粘附層25高度相同鍵合后的結(jié)構(gòu)圖，圖12為焊盤(pán)50的高度低于第二介電粘附層25高度鍵合后的結(jié)構(gòu)圖。焊盤(pán)50可以為高溫鍵合金屬，也可以為低熔點(diǎn)釬料或兩種材料的組合，第二介電粘附層25的材料可以與第一介電粘附層20的材料相同。鍵合時(shí)，第一鍵合體I通過(guò)鍵合互連金屬上的凸點(diǎn)頂部邊緣60與焊盤(pán)50相接觸，在所需的鍵合溫度與鍵合壓力作用下，鍵合互連金屬與焊盤(pán)50能緊密接觸，同時(shí)第一介電粘附層20與第二介電粘附層25粘結(jié)后連成一體。由于凸點(diǎn)頂部邊緣60位于鍵合互連金屬的端部邊緣，第一介電粘附層20的高度低于凸點(diǎn)頂部邊緣60，當(dāng)在壓力作用下鍵合時(shí)，凸點(diǎn)頂部邊緣60能夠阻擋第一介電粘附層 20進(jìn)入鍵合互連金屬與焊盤(pán)25結(jié)合的表面，從而能夠避免造成斷路及可靠性問(wèn)題。鍵合連接后，第一襯底10與第二襯底70通過(guò)鍵合互連金屬及焊盤(pán)50電連接。如圖7 圖9及圖10 圖12所示上述鍵合結(jié)構(gòu)的鍵合方方法包括如下步驟
a、提供第一鍵合體1，所述第一鍵合體I上相應(yīng)鍵合互連金屬的端部形成凹腔31及凸點(diǎn)頂部邊緣60 ；
如圖3 圖6所示為本發(fā)明第一鍵合體I的形成過(guò)程，第一鍵合體I的制備過(guò)程包括如下步驟
al、提供第一襯底10，并在所述第一襯底10的表面制作與第一襯底10電連接的種子層；第一襯底10為導(dǎo)體或半導(dǎo)體材料，種子層與第一襯底10電連接；
a2、在第一襯底(10)對(duì)應(yīng)形成種子層的表面涂覆第一光刻膠層(21)，并光刻、顯影曝光后形成所需圖形；
a3、在上述第一襯底10上電鍍形成所需高度與形狀的凸點(diǎn)材料，以形成鍵合互連金
屬；
如圖3所示所述鍵合互連金屬的形狀與高度可以通過(guò)電鍍形成，鍵合互連金屬的可以為圖I或圖2中的結(jié)構(gòu)；鍵合互連金屬通過(guò)種子層與第一襯底10電連接；凸點(diǎn)可以為高溫鍵合金屬30或高溫鍵合金屬30與低熔點(diǎn)釬料40的組合，以形成鍵合互連金屬； a4、去除上述第一光刻膠層21，并刻蝕第一襯底10上對(duì)應(yīng)裸露的種子層；
通過(guò)將裸露的種子層刻蝕，能夠避免第一襯底10上鍵合互連金屬間的絕緣隔離，如圖 4所示；
a5、在上述第一襯底10上形成第一介電粘附層20,所述第一介電粘附層20覆蓋在第一襯底10的表面并覆蓋鍵合互連金屬端部的凸點(diǎn)頂部邊緣60 ；
如圖5所示第一介電粘附層20通過(guò)甩膠或其他方式形成；
a6、通過(guò)離子刻蝕去除覆蓋于鍵合互連金屬端部凸點(diǎn)頂部邊緣60上的第一介電粘附層20，并使得第一介電粘附層20的高度低于凸點(diǎn)頂部邊緣60的高度，以形成所需的第一鍵合體I,如圖6所示；
b、提供第二鍵合體2，所述第二鍵合體2上包括焊盤(pán)50及第二介電粘附層25 ；
C、將鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)形成凸點(diǎn)頂部邊緣60的端部與第二鍵合體2上的焊盤(pán)50定位接觸；
d、在所需的鍵合溫度及壓力下，鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)形成凸點(diǎn)頂部邊緣60的端部與焊盤(pán)50緊密接觸，第一鍵合體I上的第一介電粘附層20與第二鍵合體2上的第二介電粘附層25粘結(jié)成一體。所述鍵合溫度及壓力根據(jù)鍵合互連金屬及焊盤(pán)50的材料來(lái)決定，相應(yīng)的壓力與所需的溫度具有對(duì)應(yīng)關(guān)系，與常規(guī)的鍵合溫度及壓力相一致，此處不在詳述。第二鍵合體2上焊盤(pán)50與第二介電粘附層25的高度具有相應(yīng)的關(guān)系，本發(fā)明的實(shí)施例中焊盤(pán)50的高度不高于第二介電粘附層25的高度。當(dāng)焊盤(pán)50的高度與第二介電粘附層25的高度一致時(shí)，第一鍵合體I與第二鍵合體2的鍵和步驟參考圖7 圖9所示；當(dāng)焊盤(pán)50的高度低于第二介電粘附層25的高度時(shí)，第一鍵合體I與第二鍵合體2的鍵合步驟參考圖10 圖12所示。當(dāng)焊盤(pán)50的高度低于第二介電粘附層25的高度時(shí)，有利于凸點(diǎn)頂部邊緣60與焊盤(pán)50接觸時(shí)的定位，同時(shí)在鍵合過(guò)程中不容易錯(cuò)位。本發(fā)明第一襯底10上設(shè)有與第一襯底10電連接的鍵合互連金屬，所述鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)與第一襯底10相連的另一端部?jī)?nèi)陷形成凹腔31，鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)設(shè)置凹腔31 的端部邊緣形成凸點(diǎn)頂部邊緣60 ;第一襯底10對(duì)應(yīng)形成鍵合互連金屬的表面覆蓋有第一介電粘附層20，所述第一介電粘附層20包圍鍵合互連金屬且第一介電粘附層20的高度低于鍵合互連金屬的高度；當(dāng)通過(guò)鍵合互連金屬與焊盤(pán)50鍵合時(shí)，凸點(diǎn)頂部邊緣60位于鍵合互連金屬的端部邊緣，第一介電粘附層20的高度低于凸點(diǎn)頂部邊緣60，當(dāng)在壓力作用下鍵合時(shí)，凸點(diǎn)頂部邊緣60能夠阻擋第一介電粘附層20進(jìn)入鍵合互連金屬與焊盤(pán)25結(jié)合的表面，從而能夠避免造成斷路及可靠性問(wèn)題；結(jié)構(gòu)緊湊，工藝操作方便。
權(quán)利要求
1.一種用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，包括第一襯底(10);其特征是所述第一襯底 (10)上設(shè)有與第一襯底(10)電連接的鍵合互連金屬，所述鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)與第一襯底(10)相連的另一端部?jī)?nèi)陷形成凹腔(31)，鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)設(shè)置凹腔(31)的端部邊緣形成凸點(diǎn)頂部邊緣(60);第一襯底(10)對(duì)應(yīng)形成鍵合互連金屬的表面覆蓋有第一介電粘附層 (20)，所述第一介電粘附層(20)包圍鍵合互連金屬且第一介電粘附層(20)的高度低于鍵合互連金屬的高度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，其特征是所述鍵合互連金屬為高溫鍵合金屬(30)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，其特征是所述高溫鍵合金屬(30)的材料為Cu、Ni、Al、Pt、Pd或Au中的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，其特征是所述鍵合互連金屬包括高溫鍵合金屬(30)及位于所述高溫鍵合金屬(30) —端的低熔點(diǎn)釬料(40)，鍵合互連金屬中的高溫鍵合金屬(30)與第一襯底(10)對(duì)應(yīng)相連，并在低熔點(diǎn)釬料(40)的端部?jī)?nèi)陷形成凹腔(31);第一介電粘附層(20)的高度低于低熔點(diǎn)釬料(40)形成凹腔(31)端部的高度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，其特征是所述低熔點(diǎn)釬料 (40)為錫基合金或銦基合金。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，其特征是所述第一介電粘附層(20)的材料包括BCB、SU-8、PI聚合物或Si02。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，其特征是所述第一襯底(10) 通過(guò)鍵合互連金屬與第二鍵合體(2)對(duì)應(yīng)配合，第二鍵合體(2)包括第二襯底(70)，所述第二襯底(70)的表面上設(shè)有與第二襯底(70)電連接的焊盤(pán)(50)，第二襯底(70)對(duì)應(yīng)形成焊盤(pán)(50)的表面覆蓋第二介電粘附層(25);鍵合互連金屬通過(guò)凸點(diǎn)頂部邊緣(60)與焊盤(pán) (50)對(duì)應(yīng)接觸，并在所需的溫度及壓力下緊密結(jié)合，且第一介電粘附層(20)與第二介電粘附層(25)粘結(jié)后連成一體。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，其特征是所述焊盤(pán)(50)的材料為高溫金屬或低熔點(diǎn)釬料。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，其特征是所述第二介電粘附層(25)的材料包括BCB、SU-8、PI聚合物或SiO2。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)，其特征是所述第二襯底(70) 的材料包括硅。
11.一種用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)的鍵合方法，其特征是，所述鍵合方法包括如下步驟(a)、提供第一鍵合體(1)，所述第一鍵合體(I)上相應(yīng)鍵合互連金屬的端部形成凹腔(31)及凸點(diǎn)頂部邊緣(60)；(b)、提供第二鍵合體(2)，所述第二鍵合體(2)上包括焊盤(pán)(50)及第二介電粘附層 (25)；(C)、將鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)形成凸點(diǎn)頂部邊緣(60)的端部與第二鍵合體(2)上的焊盤(pán) (50)定位接觸；(d)、在所需的鍵合溫度及壓力下，鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)形成凸點(diǎn)頂部邊緣(60)的端部與焊盤(pán)(50)緊密接觸，第一鍵合體(I)上的第一介電粘附層(20)與第二鍵合體(2)上的第二介電粘附層(25)粘結(jié)成一體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)的鍵合方法，其特征是，所述步驟(a)中，包括如下步驟(al)、提供第一襯底(10),并在所述第一襯底(10)的表面制作與第一襯底(10)電連接的種子層；(a2)、在第一襯底(10)對(duì)應(yīng)形成種子層的表面涂覆第一光刻膠層(21)，并光刻、顯影曝光后形成所需圖形；(a3)、在上述第一襯底(10)上電鍍形成所需高度與形狀的凸點(diǎn)材料，以形成鍵合互連金屬；(a4)、去除上述第一光刻膠層(21)，并刻蝕第一襯底(10)上對(duì)應(yīng)裸露的種子層；(a5)、在上述第一襯底(10)上形成第一介電粘附層(20)，所述第一介電粘附層(20)覆蓋在第一襯底(10)的表面并覆蓋鍵合互連金屬端部的凸點(diǎn)頂部邊緣(60)；(a6)、通過(guò)離子刻蝕去除覆蓋于鍵合互連金屬端部凸點(diǎn)頂部邊緣(60)上的第一介電粘附層(20)，并使得第一介電粘附層(20)的高度低于凸點(diǎn)頂部邊緣(60)的高度，以形成所需的第一鍵合體(I)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)的鍵合方法，其特征是所述第一介電粘附層(20 )通過(guò)甩膠覆蓋在第一襯底(10 )及鍵合互連金屬上。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)的鍵合方法，其特征是所述步驟(a3)中，電鍍形成所需高度的形狀與凸點(diǎn)材料包括高溫金屬或低熔點(diǎn)釬料。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于三維集成混合鍵合結(jié)構(gòu)及其鍵合方法，其包括第一襯底；所述第一襯底上設(shè)有與第一襯底電連接的鍵合互連金屬，所述鍵合互連金屬對(duì)應(yīng)與第一襯底相連的另一端部?jī)?nèi)陷形成凹腔；第一襯底上在鍵合互連金屬的周?chē)采w有第一介電粘附層，所述第一介電粘附層包圍鍵合互連金屬且第一介電粘附層的高度低于鍵合互連金屬的邊緣高度。本發(fā)明第一介電粘附層的高度低于凸點(diǎn)頂部邊緣的高度，當(dāng)在壓力作用下鍵合時(shí)，凸點(diǎn)頂部邊緣與第二襯底焊盤(pán)先鍵合，能夠阻擋介電粘附層進(jìn)入鍵合互連金屬與焊盤(pán)結(jié)合的表面，從而能夠避免造成斷路及可靠性問(wèn)題；結(jié)構(gòu)緊湊，工藝操作方便。
文檔編號(hào)H01L21/603GK102593087SQ20121005056
公開(kāi)日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月1日
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