本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，具體地，涉及一種片間互連方法。

背景技術(shù)：

隨著電子器件的功能、速度不斷提升，集成電路I/O端口密度越來(lái)越高，因此電子元器件的焊盤之間的節(jié)距(即中心距)也不斷縮小。根據(jù)國(guó)際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)2011年報(bào)告中指出2015年典型的片間互連節(jié)距將降低至25μm。

傳統(tǒng)的片間互連技術(shù)包括焊料連接、固液互擴(kuò)散連接技術(shù)、銅-銅(Cu-Cu)熱壓鍵合技術(shù)等。前兩項(xiàng)技術(shù)在鍵合工藝中存在液態(tài)相，這限制了互連節(jié)距的持續(xù)減小。而熱壓鍵合技術(shù)需要較高的鍵合溫度(300℃及以上)及較高的鍵合壓力，這可能損傷電子器件(例如晶體管)，特別是可能損傷應(yīng)用于三維集成的超薄芯片、MEMS(微電子機(jī)械系統(tǒng))的敏感器件。因此，亟需一種能夠同時(shí)降低節(jié)距和所需鍵合溫度的片間互連方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠適用于三維集成的片間互連方法，以實(shí)現(xiàn)層間節(jié)距的持續(xù)減小，并降低鍵合溫度，提高集成度。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種片間互連方法，該方法包括：在襯底上形成第一鍵合凸點(diǎn)；在所述第一鍵合凸點(diǎn)上沉積具有導(dǎo)電性能的第一三維納米結(jié)構(gòu)；利用所述第一三維納米結(jié)構(gòu)將所述第一鍵合凸點(diǎn)與待鍵合件上形成的第二鍵合凸點(diǎn)進(jìn)行鍵合，以使所述襯底與所述待鍵合件互連。

優(yōu)選地，在所述第一鍵合凸點(diǎn)上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)的步驟包括： 在所述襯底上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)的區(qū)域上涂覆保護(hù)層；在所述襯底上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)覆蓋所述保護(hù)層和所述第一鍵合凸點(diǎn)；以及所述方法還包括：移除所述保護(hù)層。

優(yōu)選地，移除所述保護(hù)層的步驟在利用所述第一三維納米結(jié)構(gòu)將所述第一鍵合凸點(diǎn)與所述第二鍵合凸點(diǎn)進(jìn)行鍵合的步驟之前完成。

優(yōu)選地，所述第一鍵合凸點(diǎn)相對(duì)于所述保護(hù)層向內(nèi)凹陷。

優(yōu)選地，移除所述保護(hù)層的步驟在利用所述第一三維納米結(jié)構(gòu)將所述第一鍵合凸點(diǎn)與待鍵合件上形成的第二鍵合凸點(diǎn)進(jìn)行鍵合的步驟之后完成。

優(yōu)選地，所述第一鍵合凸點(diǎn)相對(duì)于所述保護(hù)層向外突出。

優(yōu)選地，在所述第一鍵合凸點(diǎn)上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)的步驟包括：在所述襯底上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)覆蓋所述襯底上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)的區(qū)域以及所述第一鍵合凸點(diǎn)；直接移除所述襯底上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)的區(qū)域上的第一三維納米結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，在所述第一鍵合凸點(diǎn)上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)的步驟包括：在所述襯底上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)覆蓋所述襯底上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)的區(qū)域以及所述第一鍵合凸點(diǎn)；在所述第一鍵合凸點(diǎn)周圍形成保護(hù)層，以使所述保護(hù)層包圍所述第一鍵合凸點(diǎn)及所述第一鍵合凸點(diǎn)上的第一三維納米結(jié)構(gòu)；移除所述襯底上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)的區(qū)域上的第一三維納米結(jié)構(gòu)；以及移除所述保護(hù)層。

優(yōu)選地，在所述第一鍵合凸點(diǎn)上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)的步驟包括：在所述襯底的所述第一鍵合凸點(diǎn)的上方設(shè)置一模板，該模板上形成有與所述第一鍵合凸點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的通孔；在所述模板上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)的至少一部分穿過(guò)所述通孔到達(dá)所述第一鍵合凸點(diǎn)上；以及移除所述模板。

優(yōu)選地，所述待鍵合件為晶圓或芯片。

優(yōu)選地，該方法還包括：在利用所述第一三維納米結(jié)構(gòu)將所述第一鍵合凸點(diǎn)與所述第二鍵合凸點(diǎn)進(jìn)行鍵合的步驟之前，先在所述待鍵合件的所述第二鍵合凸點(diǎn)上沉積具有導(dǎo)電性能的第二三維納米結(jié)構(gòu)；之后，再利用所述第一三維納米結(jié)構(gòu)和所述第二三維納米結(jié)構(gòu)將所述第一鍵合凸點(diǎn)與所述第二鍵合凸點(diǎn)進(jìn)行鍵合。

優(yōu)選地，所述第一三維納米結(jié)構(gòu)和/或所述第二三維納米結(jié)構(gòu)形成為絮狀或團(tuán)簇狀。

優(yōu)選地，所述第一三維納米結(jié)構(gòu)和/或所述第二三維納米結(jié)構(gòu)由以下材料中的至少一者形成：銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、銀(Ag)、金(Au)。

在上述技術(shù)方案中，由于采用三維納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行片間互連，因而能夠?qū)崿F(xiàn)層間節(jié)距的降低(甚至降低到亞微米尺度)，提高集成度，同時(shí)由于納米效應(yīng)能夠大大降低鍵合溫度。此外，由于三維納米結(jié)構(gòu)具有疏松多孔的特點(diǎn)，在鍵合時(shí)各納米結(jié)構(gòu)單元相互之間會(huì)發(fā)生咬合、鑲嵌和匹配，從而形成機(jī)械閉鎖，使得互連更加牢固穩(wěn)定。另外，三維納米結(jié)構(gòu)具有較好的塑性變形能力，一旦受到任何外力，就會(huì)迅速移動(dòng)，形成新的表面層，這使得鍵合過(guò)程中對(duì)于襯底及鍵合區(qū)域的平整性需求大大降低，因?yàn)椴黄秸膮^(qū)域可以通過(guò)移動(dòng)的三維納米結(jié)構(gòu)來(lái)填補(bǔ)。同時(shí)，這種三維形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)的比表面積更大，小晶界的納米效應(yīng)使得原子擴(kuò)散速度大幅度提高，因而可以提高鍵合速率。本發(fā)明提供的片間互連方法可以用于多層芯片堆疊的三維集成，也可以用于溫度敏感的MEMS封裝，還可以用于電流密度較高、電遷移要求極高的微波器件的片間互連等等。

本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的具體實(shí)施方式部分予以詳細(xì)說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

附圖是用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與 下面的具體實(shí)施方式一起用于解釋本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的片間互連結(jié)構(gòu)的示意圖；

圖2a-2e是用于在襯底上形成鍵合凸點(diǎn)的工藝的示意圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于制造片間互連結(jié)構(gòu)的方法的流程圖；

圖4a-4c是根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式的在鍵合凸點(diǎn)上沉積三維納米結(jié)構(gòu)的工藝流程圖；

圖5a-5b是根據(jù)本發(fā)明的另一種實(shí)施方式的在鍵合凸點(diǎn)上沉積三維納米結(jié)構(gòu)的工藝流程圖；

圖6a-6d是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的在鍵合凸點(diǎn)上沉積三維納米結(jié)構(gòu)的工藝流程圖；

圖7a-7c是根據(jù)本發(fā)明的又一實(shí)施方式的在鍵合凸點(diǎn)上沉積三維納米結(jié)構(gòu)的工藝流程圖；

圖8a-8b是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的形成封裝結(jié)構(gòu)的過(guò)程示意圖；

圖9a-9c是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的形成封裝結(jié)構(gòu)的過(guò)程示意圖；

圖10是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的片間互連方法的流程圖；以及

圖11a-11d是根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的片間互連方法的工藝流程圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明

10 片間互連結(jié)構(gòu) 101 襯底 102 第一鍵合凸點(diǎn)

103 第一三維納米結(jié)構(gòu) 104 絕緣介質(zhì)層 105 層間互連線

106 金屬層 107 粘附層 108 光刻膠

109 保護(hù)層 110 模板 111 通孔

20 待鍵合件 201 第二鍵合凸點(diǎn) 202 第二三維納米結(jié)構(gòu)

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解的是，此處所描述的具體實(shí)施方式僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限制本發(fā)明。

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的片間互連結(jié)構(gòu)10的示意圖。如圖1所示，該片間互連結(jié)構(gòu)10可以包括襯底101和在所述襯底101上形成的第一鍵合凸點(diǎn)102。形成所述襯底101的材料可以例如包括但不限于以下中的一者：硅、玻璃、氮化鎵(GaN)、或砷化鎵(GaAs)等。所述第一鍵合凸點(diǎn)102可以為任意適用于鍵合的金屬，例如，銅(Cu)、金(Au)、錫(Sn)、鋁(Al)、銀(Ag)等。所述第一鍵合凸點(diǎn)102可以例如為通過(guò)PVD(物理氣相沉積)等方式沉積的薄膜凸點(diǎn)，或者是通過(guò)電鍍方式形成的凸點(diǎn)，對(duì)此本發(fā)明并不進(jìn)行限定。該第一鍵合凸點(diǎn)102的個(gè)數(shù)可以為一個(gè)或多個(gè)。在圖1所示的片間互連結(jié)構(gòu)10中，在襯底101的表面上形成有多個(gè)第一鍵合凸點(diǎn)102。

如何在襯底101上制備第一鍵合凸點(diǎn)102的工藝是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，下面將以一種示例為例進(jìn)行說(shuō)明，不過(guò)應(yīng)當(dāng)理解的是，其他用于在襯底101上形成第一鍵合凸點(diǎn)102的制備工藝均適用于本發(fā)明。

圖2a-2e示出了用于在襯底101上形成第一鍵合凸點(diǎn)102的工藝的示意圖。首先，如圖2a所示，在襯底101的表面上布設(shè)一絕緣介質(zhì)層104(也可替換地稱為“鈍化層”)，其中，形成該絕緣介質(zhì)層104的材料可以包括但不限于以下中的一者：二氧化硅、氮化硅、BCB(苯并環(huán)丁烯)、或PI(聚酰亞胺)等。

之后，如圖2b所示，在所述絕緣介質(zhì)層104上布置層間互連線105。在一種示例實(shí)施方式中，可以采用Al等材料作為互連線，并采用光刻、刻蝕等工藝進(jìn)行圖形化。應(yīng)當(dāng)理解的是，如何在絕緣介質(zhì)層104形成層間互連線105的制備工藝是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的，對(duì)此本發(fā)明不進(jìn)行詳細(xì)描述。

之后，如圖2c所示，沉積用于鍵合的金屬層106，所述金屬層106例如為Cu或其他金屬。為了增加所述金屬層106的粘附特性，并阻擋金屬層106與層間互連線105之間的擴(kuò)散，優(yōu)選地，在沉積所述金屬層106之前，先布設(shè)一層粘附層107(例如，濺射TiW(鈦鎢合金)或者Ti(鈦)薄膜)，其中，所述粘附層107不僅覆蓋所述絕緣介質(zhì)層104上未形成有層間互連線105的區(qū)域，并且包圍所述層間互連線105。之后，再在所述粘附層107上沉積所述金屬層106。

接下來(lái)，如圖2d所示，可以在金屬層106上待形成第一鍵合凸點(diǎn)102的鍵合區(qū)域上布設(shè)光刻膠108，之后，對(duì)金屬層106上不形成第一鍵合凸點(diǎn)102的非鍵合區(qū)域進(jìn)行蝕刻，以移除所述非鍵合區(qū)域上的粘附層和金屬層。之后，如圖2e所示，去除所述鍵合區(qū)域上的光刻膠108，從而形成第一鍵合凸點(diǎn)102。

現(xiàn)在再轉(zhuǎn)到圖1。如圖1所示，本發(fā)明提供的片間互連結(jié)構(gòu)10還可以包括沉積在所述第一鍵合凸點(diǎn)102上、并且具有導(dǎo)電性能的第一三維納米結(jié)構(gòu)103。例如，可以通過(guò)薄膜工藝制備所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103。所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103可以由多個(gè)基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元組成，其中，所述基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元可以例如為納米球、納米顆粒、納米塊等等。優(yōu)選地，由這些基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元形成的第一三維納米結(jié)構(gòu)103可以形成為絮狀或團(tuán)簇狀。絮狀或團(tuán)簇狀的三維納米結(jié)構(gòu)更加具有疏松多孔的特點(diǎn)，在鍵合受到擠壓時(shí)更加有利于各基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元相互之間發(fā)生咬合、鑲嵌和匹配，從而形成機(jī)械閉鎖。

另外，所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103可以具有導(dǎo)電性能，例如，可以為納米金屬。有很多金屬(例如，金(Au)，銀(Ag)，鎳(Ni)，銅(Cu)，鋁(Al)等)都可以形成具有三維形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)。

由于采用三維納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行層間互連，因而能夠?qū)崿F(xiàn)層間節(jié)距的降低 (甚至降低到亞微米尺度)，提高集成度，同時(shí)由于納米效應(yīng)能夠大大降低鍵合溫度。此外，由于三維納米結(jié)構(gòu)具有疏松多孔的特點(diǎn)，在鍵合受到擠壓時(shí)各基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元相互之間會(huì)發(fā)生咬合、鑲嵌和匹配，從而形成機(jī)械閉鎖，使得互連更加牢固穩(wěn)定。另外，三維納米結(jié)構(gòu)具有較好的塑性變形能力，一旦受到任何外力，就會(huì)迅速移動(dòng)，形成新的表面層，這使得鍵合過(guò)程中對(duì)于襯底及鍵合區(qū)域的平整性需求大大降低，因?yàn)椴黄秸膮^(qū)域可以通過(guò)移動(dòng)的三維納米結(jié)構(gòu)來(lái)填補(bǔ)。同時(shí)，這種三維形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)的比表面積更大，小晶界的納米效應(yīng)使得原子擴(kuò)散速度大幅度提高，因而可以提高鍵合速率。此外，還有很多三維納米結(jié)構(gòu)的納米效應(yīng)都會(huì)極大地有利于片間互連。

圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的用于制造片間互連結(jié)構(gòu)的方法的流程圖。如圖3所示，該方法可以包括：步驟S101，在襯底(例如，圖1中的襯底101)上形成鍵合凸點(diǎn)(例如，圖1中的第一鍵合凸點(diǎn)102)?？梢园凑?qǐng)D2a-圖2e所示的工藝來(lái)形成所述鍵合凸點(diǎn)。接下來(lái)，步驟S102，在所述鍵合凸點(diǎn)上沉積具有導(dǎo)電性能的三維納米結(jié)構(gòu)(例如，圖1中的第一三維納米結(jié)構(gòu)103)。

本發(fā)明提供了多種用于在鍵合凸點(diǎn)上沉積三維納米結(jié)構(gòu)的方式。下面將以圖1中示出的片間互連結(jié)構(gòu)10為例，結(jié)合圖4a-4c、圖5a-5b、圖6a-6d、圖7a-7c來(lái)分別描述這幾種方式。

首先，在第一種實(shí)施方式中，所述步驟S102可以包括：

1)在襯底101上未形成第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上涂覆保護(hù)層109，例如，如圖4a所示。所述保護(hù)層109的材料可以包括但不限于：用于光刻的各種光刻膠(如AZ系列、SU8等)、具有光敏特性的有機(jī)絕緣介質(zhì)層(BCB、PI)等。

2)沉積第一三維納米結(jié)構(gòu)103，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)103覆蓋所述保護(hù)層109和第一鍵合凸點(diǎn)102，如圖4b所示。可以采用薄膜沉積 工藝(包括蒸發(fā)、濺射、脈沖激光沉積等方式)在真空或者大氣中沉積形成三維形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)。

3)移除所述保護(hù)層109。移除方法可以是濕法過(guò)程(如丙酮、異丙醇、乙醇處理等)，也可以是干法過(guò)程(氬(Ar)等離子處理等)。不過(guò)應(yīng)當(dāng)理解的是，此種移除方法不能夠破壞位于第一鍵合凸點(diǎn)102上的第一三維納米結(jié)構(gòu)。在移除所述保護(hù)層109之后，就可以僅保留沉積在襯底101上的第一鍵合凸點(diǎn)102上的第一三維納米結(jié)構(gòu)，如圖4c所示。由此，完成了本發(fā)明提供的片間互連結(jié)構(gòu)10的制造。

在第二種實(shí)施方式中，所述步驟S102可以包括：

1)在襯底101上沉積第一三維納米結(jié)構(gòu)103，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)103覆蓋所述襯底101上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域以及所述第一鍵合凸點(diǎn)102，如圖5a所示?？梢圆捎帽∧こ练e工藝(包括蒸發(fā)、濺射、脈沖激光沉積等方式)在真空或者大氣中沉積形成三維形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)。

2)直接移除所述襯底101上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上的第一三維納米結(jié)構(gòu)。例如，可以采用微機(jī)械手、探針、原子力顯微鏡定位技術(shù)來(lái)剝離所述襯底101上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上的第一三維納米結(jié)構(gòu)，從而僅保留第一鍵合凸點(diǎn)102上的第一三維納米結(jié)構(gòu)，如圖5b所示。由此，完成了本發(fā)明提供的片間互連結(jié)構(gòu)10的制造。

在第三種實(shí)施方式中，所述步驟S102可以包括：

1)在襯底101上沉積第一三維納米結(jié)構(gòu)103，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)103覆蓋所述襯底101上未形成第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域以及第一鍵合凸點(diǎn)102，如圖6a所示?？梢圆捎帽∧こ练e工藝(包括蒸發(fā)、濺射、脈沖激光沉積等方式)在真空或者大氣中沉積形成三維形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)。

2)在第一鍵合凸點(diǎn)102周圍形成保護(hù)層109，以使所述保護(hù)層109包圍所述第一鍵合凸點(diǎn)102及所述第一鍵合凸點(diǎn)102上的第一三維納米結(jié)構(gòu)，如 圖6b所示。所述保護(hù)層109的材料例如包括但不限于：用于光刻的各種光刻膠(如AZ系列、SU8等)、具有光敏特性的有機(jī)絕緣介質(zhì)層(BCB、PI)等。由此，可以在移除襯底101上未形成第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上的第一三維納米結(jié)構(gòu)的時(shí)候，對(duì)第一鍵合凸點(diǎn)102及其上方的第一三維納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行保護(hù)，防止破壞第一鍵合凸點(diǎn)102及其上方的第一三維納米結(jié)構(gòu)。

3)移除襯底101上未形成第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上的第一三維納米結(jié)構(gòu)。可以采用化學(xué)腐蝕、物理干法刻蝕以及超聲等方法移除該第一三維納米結(jié)構(gòu)。移除了襯底101上未形成第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上的第一三維納米結(jié)構(gòu)之后的狀態(tài)如圖6c所示。

4)移除所述保護(hù)層109?？梢圆捎脻穹ǜg的方法移除所述保護(hù)層109。在移除所述保護(hù)層109之后，就可以僅保留沉積在襯底101上的第一鍵合凸點(diǎn)102上的第一三維納米結(jié)構(gòu)，如圖6d所示。由于保護(hù)層109包圍了第一鍵合凸點(diǎn)102上的第一三維納米結(jié)構(gòu)，因此，移除保護(hù)層109時(shí)可能會(huì)去除掉部分第一三維納米結(jié)構(gòu)，不過(guò)大部分第一三維納米結(jié)構(gòu)仍保留在第一鍵合凸點(diǎn)102上。由此，完成了本發(fā)明提供的片間互連結(jié)構(gòu)10的制造。

在第四種實(shí)施方式中，所述步驟S102可以包括：

1)在襯底101的第一鍵合凸點(diǎn)102的上方設(shè)置一模板110(例如，通過(guò)一臨時(shí)支架(未示出)來(lái)固定所述模板110)，該模板110上形成有與所述第一鍵合凸點(diǎn)102相對(duì)應(yīng)的通孔111，如圖7a所示。所述模板110可以為硬質(zhì)模板，例如，鋼網(wǎng)模板、玻璃模板、氧化鋁模板、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)模板等等。

2)在所述模板110上沉積第一三維納米結(jié)構(gòu)103，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)103的至少一部分穿過(guò)所述通孔111到達(dá)第一鍵合凸點(diǎn)102上，如圖7b所示?？梢圆捎帽∧こ练e工藝(包括蒸發(fā)、濺射、脈沖激光沉積等方式)在真空或者大氣中沉積形成三維形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)。

3)移除所述模板110(例如，通過(guò)拆除所述臨時(shí)支架來(lái)取走所述模板110)，這樣，穿過(guò)所述通孔111的第一三維納米結(jié)構(gòu)被保留在第一鍵合凸點(diǎn)102上，如圖7c所示。由此，完成了本發(fā)明提供的片間互連結(jié)構(gòu)10的制造。

通過(guò)上面任一實(shí)施方式均可以實(shí)現(xiàn)在鍵合凸點(diǎn)上沉積三維納米結(jié)構(gòu)，并由此完成片間互連結(jié)構(gòu)的制造。

圖8a-8b示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的形成封裝結(jié)構(gòu)的過(guò)程示意圖。如圖8a-8b所示，該封裝結(jié)構(gòu)可以包括：根據(jù)本發(fā)明提供的所述片間互連結(jié)構(gòu)10；以及待鍵合件20，該待鍵合件20上可以形成有第二鍵合凸點(diǎn)201，其中，所述第二鍵合凸點(diǎn)201可以與所述第一鍵合凸點(diǎn)102相對(duì)應(yīng)。所述片間互連結(jié)構(gòu)10的所述襯底101上的所述第一鍵合凸點(diǎn)102可以通過(guò)所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103與所述待鍵合件20上的所述第二鍵合凸點(diǎn)201鍵合。

圖8a示出的是在片間互連結(jié)構(gòu)10與待鍵合件20的鍵合過(guò)程中封裝結(jié)構(gòu)的示意圖，圖8b示出的是在完成片間互連結(jié)構(gòu)10與待鍵合件20的鍵合之后封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。對(duì)比圖8a和圖8b可以看出，在通過(guò)鍵合片間互連結(jié)構(gòu)10與待鍵合件20來(lái)形成所述封裝結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，第一三維納米結(jié)構(gòu)103的形態(tài)會(huì)發(fā)生變化。

在圖8a中，在片間互連結(jié)構(gòu)10與待鍵合件20的鍵合過(guò)程中，由于第一鍵合凸點(diǎn)102上的第一三維納米結(jié)構(gòu)103塑性變形，使得該第一三維納米結(jié)構(gòu)103逐漸被壓縮，逐漸變薄。此時(shí)，在外界較低溫度作用下該被壓縮的第一三維納米結(jié)構(gòu)103發(fā)生熔融，最終形成可靠、牢固的薄膜式結(jié)構(gòu)，如圖8b所示。由于該薄膜式結(jié)構(gòu)是通過(guò)第一三維納米結(jié)構(gòu)103的基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元發(fā)生熔融形成的，因此，該薄膜式結(jié)構(gòu)具有很好的鍵合強(qiáng)度，從而使得片間互連結(jié)構(gòu)10與待鍵合件20之間能夠更加牢固地鍵合。

圖8a和8b中示出的示例是僅通過(guò)一側(cè)的鍵合凸點(diǎn)上沉積的三維納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行鍵合的示例。但本發(fā)明不限于此，也可以在另一側(cè)的鍵合凸點(diǎn)上沉積 三維納米結(jié)構(gòu)、并之后通過(guò)兩側(cè)鍵合凸點(diǎn)上的三維納米結(jié)構(gòu)相互接觸擠壓形成層間互連。如圖9a所示，在所述待鍵合件20的所述第二鍵合凸點(diǎn)201上沉積有第二三維納米結(jié)構(gòu)202。在這種情況下，如圖9b所示，所述片間互連結(jié)構(gòu)10的所述襯底101上的所述第一鍵合凸點(diǎn)102可以通過(guò)所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103和所述第二三維納米結(jié)構(gòu)202與所述待鍵合件20上的所述第二鍵合凸點(diǎn)201鍵合。在鍵合過(guò)程中，第一鍵合凸點(diǎn)102上的第一三維納米結(jié)構(gòu)103與第二鍵合凸點(diǎn)201上的第二三維納米結(jié)構(gòu)202發(fā)生機(jī)械閉鎖，使得該第一三維納米結(jié)構(gòu)103和第二三維納米結(jié)構(gòu)202逐漸被壓縮，逐漸變薄。此時(shí)，在外界較低溫度作用下該被壓縮的第一三維納米結(jié)構(gòu)103和第二三維納米結(jié)構(gòu)202發(fā)生熔融，最終形成可靠、牢固的薄膜式結(jié)構(gòu)，如圖9c所示。由于該薄膜式結(jié)構(gòu)是通過(guò)第一三維納米結(jié)構(gòu)103的基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元與第二三維納米結(jié)構(gòu)202的基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元發(fā)生機(jī)械閉鎖及熔融形成的，因此，該薄膜式結(jié)構(gòu)具有更強(qiáng)的鍵合強(qiáng)度，從而使得片間互連結(jié)構(gòu)10與待鍵合件20之間能夠更加牢固地鍵合。

同上面描述的第一三維納米結(jié)構(gòu)103類似，所述第二三維納米結(jié)構(gòu)202也可以由多個(gè)基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元組成，其中，所述基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元可以例如為納米球、納米顆粒、納米塊等等。并且優(yōu)選地，由這些基礎(chǔ)納米結(jié)構(gòu)單元形成的第二三維納米結(jié)構(gòu)202可以形成為絮狀或團(tuán)簇狀。此外，所述第二三維納米結(jié)構(gòu)202可以由以下材料中的至少一者形成：銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、銀(Ag)、金(Au)。

本發(fā)明所提供的片間互連結(jié)構(gòu)10既可以用于形成晶圓級(jí)互連，也可以用于形成芯片級(jí)互連。因此，所述待鍵合件20可以為晶圓或芯片。

圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方式的片間互連方法的流程圖。如圖9所示，該方法可以包括：步驟S201，在襯底101上形成第一鍵合凸點(diǎn)102。可以按照與上面結(jié)合圖2a-2e描述的形成第一鍵合凸點(diǎn)102的方法相同的方 法來(lái)實(shí)現(xiàn)。之后，步驟S202，在所述第一鍵合凸點(diǎn)102上沉積具有導(dǎo)電性能的第一三維納米結(jié)構(gòu)103。接下來(lái)，步驟S203，利用所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103將所述第一鍵合凸點(diǎn)102與待鍵合件20上形成的第二鍵合凸點(diǎn)201進(jìn)行鍵合，以使所述襯底101與所述待鍵合件20互連。

通過(guò)三維納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行鍵合，不僅可以降低層間節(jié)距(甚至降低到亞微米尺度)，提高集成度，并且無(wú)需較高的鍵合溫度和壓力。在本發(fā)明中，鍵合過(guò)程的氣氛可以包括但不限于：真空、氮?dú)狻⑦€原性氣體(H₂、HCOOH等)。

在一種實(shí)施方式中，所述步驟S202可以包括：1)在襯底101上未形成第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上涂覆保護(hù)層109；2)在襯底101上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)103覆蓋所述保護(hù)層109和所述第一鍵合凸點(diǎn)102。并且，所述片間互連方法還可以包括移除所述保護(hù)層109的步驟。上述步驟1)和步驟2)與結(jié)合圖4a和圖4b描述的步驟1)和步驟2)相同。

然而，與上面結(jié)合圖4a-4c所描述的用于制造片間互連結(jié)構(gòu)10的方法所不同的是，在本發(fā)明提供的片間互連方法中，可以根據(jù)襯底101上形成的第一鍵合凸點(diǎn)102的厚度來(lái)決定何時(shí)移除所述保護(hù)層109。

例如，在所述第一鍵合凸點(diǎn)102的厚度較薄的情況下(例如，通過(guò)PVD等方式沉積的薄膜凸點(diǎn))，可以在襯底101上未形成第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上涂覆較厚的保護(hù)層109，以使所述第一鍵合凸點(diǎn)102相對(duì)于所述保護(hù)層109向內(nèi)凹陷，例如，圖4a所示。之后，在襯底101上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)103覆蓋所述保護(hù)層109和所述第一鍵合凸點(diǎn)102，如圖4b所示。在這之后，并在進(jìn)行步驟S203之前(即，在鍵合之前)，移除所述保護(hù)層109，如圖4c所示。

而在所述第一鍵合凸點(diǎn)102的厚度較厚的情況下(例如，通過(guò)電鍍方法 形成這種厚度較厚的凸點(diǎn))，可以在襯底101上未形成第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上涂覆較薄的保護(hù)層109(該保護(hù)層109的厚度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于第一鍵合凸點(diǎn)102的厚度)，以使所述第一鍵合凸點(diǎn)102相對(duì)于所述保護(hù)層109向外突出，例如，圖11a所示。之后，在襯底101上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)103覆蓋所述保護(hù)層109和所述第一鍵合凸點(diǎn)102，如圖11b所示。之后，先進(jìn)行步驟S203，即，先進(jìn)行鍵合，如圖11c所示。在完成步驟S203之后，再移除所述保護(hù)層109，以移除非鍵合區(qū)域上的三維納米結(jié)構(gòu)，如圖11d所示。由于第一鍵合凸點(diǎn)102的厚度較大，因而可以保證在鍵合之后，在非鍵合區(qū)域中留有足夠的操作空間來(lái)移除這些非鍵合區(qū)域中的保護(hù)層109?？梢岳绮捎没瘜W(xué)試劑超聲或者等離子轟擊等方法來(lái)移除所述保護(hù)層109，從而去除非鍵合區(qū)域上的三維納米結(jié)構(gòu)。

在另一種實(shí)施方式中，所述步驟S202可以包括：1)在襯底101上沉積第一三維納米結(jié)構(gòu)103，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)103覆蓋所述襯底101上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域以及所述第一鍵合凸點(diǎn)102；2)直接去除所述襯底101上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上的第一三維納米結(jié)構(gòu)。上述步驟1)-步驟2)的實(shí)現(xiàn)同上面結(jié)合圖5a-圖5b所描述的過(guò)程及工藝相一致，對(duì)此，本發(fā)明在此不進(jìn)行贅述。

在另一種實(shí)施方式中，所述步驟S202可以包括：1)在所述襯底101上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)103覆蓋所述襯底101上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域以及所述第一鍵合凸點(diǎn)102；2)在所述第一鍵合凸點(diǎn)102周圍形成保護(hù)層109，以使所述保護(hù)層109包圍所述第一鍵合凸點(diǎn)102及所述第一鍵合凸點(diǎn)102上的第一三維納米結(jié)構(gòu)103；3)移除所述襯底101上未形成所述第一鍵合凸點(diǎn)102的區(qū)域上的第一三維納米結(jié)構(gòu)；以及4)移除所述保護(hù)層109。上述步驟1)-步驟4)的實(shí)現(xiàn)同上面結(jié)合圖6a-圖6d所描述的過(guò)程及工藝相一致，對(duì)此，本發(fā)明在此不 進(jìn)行贅述。

在又一種實(shí)施方式中，所述步驟S202可以包括：1)在所述襯底101的第一鍵合凸點(diǎn)102的上方設(shè)置一模板110，該模板110上形成有與所述第一鍵合凸點(diǎn)102相對(duì)應(yīng)的通孔111；2)在所述模板110上沉積所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103，以使所沉積的第一三維納米結(jié)構(gòu)103的至少一部分穿過(guò)所述通孔111到達(dá)所述第一鍵合凸點(diǎn)102上；以及3)移除所述模板110。上述步驟1)-步驟3)的實(shí)現(xiàn)同上面結(jié)合圖7a-圖7c所描述的過(guò)程及工藝相一致，對(duì)此，本發(fā)明在此不進(jìn)行贅述。

在根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方式的片間互連方法中，該方法還可以包括：在利用所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103將所述第一鍵合凸點(diǎn)102與所述第二鍵合凸點(diǎn)201進(jìn)行鍵合的步驟之前，先在所述待鍵合件20的所述第二鍵合凸點(diǎn)201上沉積具有導(dǎo)電性能的第二三維納米結(jié)構(gòu)202；之后，再利用所述第一三維納米結(jié)構(gòu)103和所述第二三維納米結(jié)構(gòu)202將所述第一鍵合凸點(diǎn)102與所述第二鍵合凸點(diǎn)201進(jìn)行鍵合，如圖9a-9c、11d所示。

應(yīng)當(dāng)理解的是，在第二鍵合凸點(diǎn)201上沉積所述第二三維納米結(jié)構(gòu)202的方法及工藝同上面描述的在第一鍵合凸點(diǎn)102上沉積第一三維納米結(jié)構(gòu)103的方法及工藝相同，對(duì)此，本發(fā)明在此不進(jìn)行贅述。

綜上所述，在本發(fā)明中，采用三維納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行片間互連不僅夠?qū)崿F(xiàn)層間節(jié)距的降低(甚至降低到亞微米尺度)，提高集成度，同時(shí)由于納米效應(yīng)能夠大大降低鍵合溫度。此外，由于三維納米結(jié)構(gòu)自身所具有的特性，使用其進(jìn)行片間互連還具備如下優(yōu)勢(shì)：

1)機(jī)械閉鎖：由于三維納米結(jié)構(gòu)的沉積存在縫隙，而鍵合過(guò)程中，上下表面的三維納米結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)縫隙和縫隙之間咬合、鑲嵌和匹配，從而使得鍵合更加穩(wěn)定、牢固。

2)塑性變形：當(dāng)宏觀金屬形成三維納米結(jié)構(gòu)后，由于尺寸效應(yīng)，金屬 表面原子所占的比重越來(lái)越大，其變形機(jī)制越來(lái)越受表層原子的運(yùn)動(dòng)影響。一旦受到任何外力，外層原子就會(huì)迅速地運(yùn)動(dòng)起來(lái)。此時(shí)，納米金屬就兼具了固體和液體的特性。在擠壓后，表層原子迅速移動(dòng)，形成了新的表面層。鍵合過(guò)程就是利用了上下兩層納米金屬的迅速移動(dòng)的特性發(fā)生連接。并且，由于三維納米結(jié)構(gòu)易產(chǎn)生塑性變形，使得鍵合過(guò)程中對(duì)于襯底及鍵合區(qū)域的平整性需求大大降低，因?yàn)椴黄秸膮^(qū)域可以通過(guò)移動(dòng)的三維納米結(jié)構(gòu)來(lái)填補(bǔ)。

3)缺陷回復(fù)：由于薄膜沉積方法形成的三維納米結(jié)構(gòu)，可形成團(tuán)簇，這些團(tuán)簇之間存在很多的缺陷，例如層錯(cuò)、孿晶等。此種缺陷的自由能非常高，在外界壓力和溫度作用下，相鄰的層錯(cuò)(位錯(cuò))缺陷互相連接，逐漸回復(fù)，自由能降低，因此完成鍵合。

4)晶界擴(kuò)散：三維形態(tài)的納米結(jié)構(gòu)比表面積大，晶粒小、晶界多，因此在鍵合過(guò)程中納米顆粒的接觸界面多，原子沿納米顆粒的接觸面的晶界擴(kuò)散比體材料的接觸面沿界面擴(kuò)散的速度快很多。

5)外殼熔融：三維納米結(jié)構(gòu)因其納米效應(yīng)，其結(jié)構(gòu)的周圍有熔融現(xiàn)象，因此在鍵合過(guò)程會(huì)出現(xiàn)納米顆粒邊緣互相融合，從而發(fā)生鍵合。

本發(fā)明提供的片間互連結(jié)構(gòu)可以用于多層芯片堆疊的三維集成，也可以用于溫度敏感的MEMS封裝，還可以用于電流密度較高、電遷移要求極高的微波器件的片間互連等等。

以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但是，本發(fā)明并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行多種簡(jiǎn)單變型，這些簡(jiǎn)單變型均屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。

另外需要說(shuō)明的是，在上述具體實(shí)施方式中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過(guò)任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本發(fā)明對(duì)各種可能的組合方式不再另行說(shuō)明。

此外，本發(fā)明的各種不同的實(shí)施方式之間也可以進(jìn)行任意組合，只要其不違背本發(fā)明的思想，其同樣應(yīng)當(dāng)視為本發(fā)明所公開的內(nèi)容。