本實用新型的各種實施例和其實施方式涉及三維集成結(jié)構(gòu)，例如包括剛性附接在一起的單獨芯片的結(jié)構(gòu)，或者被稱為單片的——換句話說，由各種元件(襯底、互連部分等)的連續(xù)堆疊形成的——三維結(jié)構(gòu)，并且更具體而言，涉及這種結(jié)構(gòu)的各種元件之間的互連的布線。

背景技術(shù)：

通常，集成電路的部件由在兩個優(yōu)選的正交方向上行進(jìn)的導(dǎo)電軌道互連。這一類型的布線被本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為“曼哈頓(Manhattan)布線”。這一類型的布線不允許電路的斜向定位的兩個部件“以直線”連接，例如在由優(yōu)選的正交連接方向形成的參考系中相對于彼此沿著對角線連接?；ミB長度(并且因此，信號的傳播時間)不是在電路的所有方向上都是最優(yōu)的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

從電路的性能特性的觀點來看，允許斜向(例如對角線)互連的布線將是期望的，但是與用于具有高集成密度的集成電路的制造技術(shù)不兼容。

因此，根據(jù)一個實施例，提供了如下集成結(jié)構(gòu)，其包括在至少三個不同方向上行進(jìn)的傳導(dǎo)軌道，并且其制造通過常規(guī)方法以簡單方式執(zhí)行。

根據(jù)一個方面，提供了如下三維集成結(jié)構(gòu)，其包括：至少第一襯底，包括定向在至少第一方向上的第一部件(例如，形成晶體管的柵極或者電阻器的多晶硅的線，其在第一方向上行進(jìn)從而向這些晶體管或者這些電阻給出第一定向)；第二襯底，包括定向在至少第二方向上的第二部件；以及至少一個互連層級，包括在至少第三方向上行進(jìn)的導(dǎo)電軌道，第二方向和/或第三方向與第一方向形成非直角并且非零角，以這樣的方式使得第一部件或者第二部件的兩個點經(jīng)由包括導(dǎo)電軌道中的至少一個導(dǎo)電軌道的第一電鏈路連接。

因此，通過使用三維集成結(jié)構(gòu)(其一部分相對于該結(jié)構(gòu)的另一部分旋轉(zhuǎn)非零并且非直角的角)，成為可能的是，以簡單方式，在兩個點之間形成直的和斜向的電鏈路，這對于“曼哈頓”類型的常規(guī)布線是不可能的。

無論結(jié)構(gòu)是單片類型的還是由單獨的芯片形成的，這都是可應(yīng)用的。

因此，在單片結(jié)構(gòu)的情形下，兩個襯底可以成角度地偏移，其中第三方向平行于第二方向，但是因為這一原因，相對于第一方向成角度地偏移。

作為變體，兩個襯底可以不成角度地偏移，但是在這一情形下，是互連層級相對于兩個襯底成角度地偏移。

當(dāng)然可能的是，在每個襯底的頂部上提供互連的至少一個層級，其中例如組件“與第二襯底關(guān)聯(lián)的互連層級”相對于組件“與第一襯底關(guān)聯(lián)的互連層級”成角度地偏移。

在單獨芯片的情形下，第一芯片可以包含第一襯底和第一互連部分，第二芯片可以包含第二襯底和第二互連部分，并且當(dāng)兩個芯片被組裝時，它們將成角度地偏移。

優(yōu)選地，非直角并且非零角是45°的角。

根據(jù)“單獨芯片”類型的一個變體，集成結(jié)構(gòu)可以包括至少：

-第一元件(例如第一芯片)，其包括第一襯底和至少第一互連層級，第一互連層級包含至少在平行于或者正交于第一方向的第四方向上行進(jìn)的第一導(dǎo)電軌道，以及

-第二元件(例如第二芯片)，其包括至少第二襯底和至少第二互連層級，第二互連層級包含在至少第三方向的定向上行進(jìn)的第二導(dǎo)電軌道。

兩個元件被剛性附接在一起，并且

-第二方向與第一方向形成非直角并且非零角，

-第三方向平行于或者正交于第二方向，并且

-第一元件的至少兩個點通過包括第二導(dǎo)電軌道中的至少一個第二導(dǎo)電軌道的第一電鏈路電連接。

因此，所提供的結(jié)構(gòu)包括兩個元件，兩個元件的互連的布線以常規(guī)方式形成，例如被稱為“曼哈頓布線”的布線，并且兩個元件被以如下方式剛性附接，使得該結(jié)構(gòu)包括在三個方向上行進(jìn)的金屬軌道，這三個方向包括相對于其它兩個方向的一個斜向方向，這允許相對于僅包括兩個優(yōu)選布線方向的結(jié)構(gòu)而言減少軌道的長度。

換句話說，屬于第二芯片的至少一個互連層級的第二軌道中的至少一個第二軌道被用于以斜向方式將第一芯片的兩個點電連接。

一般而言，第一導(dǎo)電軌道可以在第四和/或第五正交方向上行進(jìn)，并且第二導(dǎo)電軌道可以在第三和/或第六正交方向上行進(jìn)。

每個元件可以包括互連部分，例如BEOL(后道工序)(根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的首字母縮寫)類型的互連部分，該互連部分包括若干金屬層級，并且所討論的元件的至少一個互連層級是該互連部分的至少一個金屬層級。

第一電鏈路可以包括將兩個點連接到至少第二導(dǎo)電軌道的過孔。

第一元件和第二元件可以通過導(dǎo)電柱體或者經(jīng)由它們的相應(yīng)互連部分通過混合結(jié)合剛性附接在一起。

兩個元件中的至少一個元件可以包括至少一個集成電路，例如形成在其襯底內(nèi)的集成電路。

第二元件的至少兩個點也可以通過第二電鏈路電連接，第二電鏈路包括與至少第二互連層級的第二導(dǎo)電軌道形成非直角并且非零角的第一導(dǎo)電軌道中的至少一個第一導(dǎo)電軌道。

換句話說，此處這由雙結(jié)構(gòu)組成，其中例如，第一元件的兩個部件可以經(jīng)由定位在第二元件的層級處的斜向鏈路連接，并且反之亦然。

根據(jù)另一變體，集成結(jié)構(gòu)可以是包括至少第一襯底、第二襯底、以及至少一個互連層級的三維單片結(jié)構(gòu)。

例如，第一和第二方向可以是平行的，并且第三方向與第一方向和第二方向形成非直角并且非零角。

作為變體，第二方向和第三方向可以是平行的，并且與第一方向形成非直角并且非零角。

在這一實施例中，第一襯底的兩個點可以通過包括至少一個互連層級的導(dǎo)電軌道中的一個導(dǎo)電軌道的電鏈路連接。

單片集成結(jié)構(gòu)還可以包括第一襯底和第二襯底之間的至少一個附加互連層級，并且附加互連層級的兩個點可以通過包括在至少第三方向上行進(jìn)的第二互連層級的第二導(dǎo)電軌道的第二電鏈路連接。

根據(jù)另一方面，提供了用于制造三維集成結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括：

-形成至少第一襯底，該第一襯底包括定向在至少第一方向上的第一部件，

-形成第二襯底，該第二襯底包括定向在至少第二方向上的第二部件，以及

-形成至少一個互連層級，該至少一個互連層級包括在至少第三方向上行進(jìn)的導(dǎo)電軌道，

第一襯底、第二襯底、以及至少一個互連層級被剛性附接在一起，使得第二方向和/或第三方向與第一方向形成非直角并且非零角，并且第一部件或者第二部件的兩個點通過包括導(dǎo)電軌道中的至少一個導(dǎo)電軌道的第一電鏈路連接。

優(yōu)選地，非直角并且非零角是45°的角。

根據(jù)一個實施例，該方法可以包括：

-形成包括第一襯底和至少第一互連層級的至少第一元件，第一互連層級包含至少在平行于或者正交于第一方向的第四方向上行進(jìn)的第一導(dǎo)電軌道，

-形成包括至少第二襯底和至少第二互連層級的第二元件，第二互連層級包含在至少第三方向的定向上行進(jìn)的第二導(dǎo)電軌道，

-在元件中的一個元件相對于另一元件旋轉(zhuǎn)非直角并且非零角，使得第二方向與第一方向形成非直角并且非零角度之后，剛性附接兩個元件，第三方向平行于或者正交于第二方向。

第一電鏈路包括電連接第一元件的至少兩個點的第二導(dǎo)電軌道中的至少一個第二導(dǎo)電軌道。

根據(jù)另一實施例，該方法可以包括形成單片集成結(jié)構(gòu)，該單片集成結(jié)構(gòu)包括組裝在一起的至少第一襯底、第二襯底、以及至少一個互連層級。

第二和第三方向可以是平行的，并且與第一方向形成非直角并且非零角。

該方法還可以包括形成如下導(dǎo)電鏈路，該導(dǎo)電鏈路包括互連層級的導(dǎo)電軌道中的一個導(dǎo)電軌道并且連接第一襯底的兩個點。

該方法還可以包括在第一襯底和第二襯底之間形成至少一個附加互連層級，并且形成包括在至少第三方向上行進(jìn)的第二互連層級的第二導(dǎo)電軌道的第二電鏈路，第二電鏈路連接第一附加互連層級的兩個點。

通過考慮旋轉(zhuǎn)非直角并且非零角，有利地實施了對各種部件和導(dǎo)電軌道的放置/布線。

附圖說明

本實用新型的其它優(yōu)勢和特征將在細(xì)閱對實施例和其實施方式以及附圖的詳細(xì)描述時變得明顯，其中

-圖1至圖9圖示了三維集成結(jié)構(gòu)的方面。

具體實施方式

圖1和圖2圖示了包括例如第一芯片的第一元件E1和例如第二芯片的第二元件E2的三維集成結(jié)構(gòu)STR。結(jié)構(gòu)STR因此是“單獨芯片”類型的。

第一元件E1包括第一襯底S1和第一互連部分B1(通常由本領(lǐng)域技術(shù)人員使用針對后道工序(Back End Of Line)的首字母縮寫B(tài)EOL來表示)，第一互連部分B1包括：若干互連層級(金屬層級)，每個互連層級包括導(dǎo)電軌道(例如第一金屬軌道21)；和這些金屬層級之間的過孔V1的層級。

第二元件E2包括第二襯底S2和第二互連部分B2，第二互連部分B2包括第二金屬軌道22、和這些金屬層級之間的過孔V2的層級。

兩個元件E1和E2每個都包括形成在其相應(yīng)的襯底S1和S2內(nèi)和/或上的多個部件1，例如晶體管。

如圖2所示，第一襯底S1的部件被定向在至少第一優(yōu)選方向D1上。在這一示例中，方向D1與X軸共線。因此，形成晶體管1的柵極的多晶硅線在第一方向D1上行進(jìn)。

然而，一些晶體管可以具有如下柵極，其(大部分)在優(yōu)選方向上延伸，并且具有垂直連接定向在優(yōu)選方向上的部分的短分段，以便形成例如具有“T”、“U”、或者“E”形狀的柵極。不過，雖然具有這些柵極附屬物，但是部件將被認(rèn)為定向在第一優(yōu)選方向D1上。

第二襯底的部件以如下方式被定向在第二優(yōu)選方向D2上，例如這里為具有沿著X軸的分量和沿著Y軸的分量的方向，使得第二方向與第一方向形成非直角并且非零角θ，例如45°的角θ。

第一互連部分B1的金屬軌道21在第四方向D4上(這里與第一方向D1共線)、并且在正交于第四方向D4的第五方向D5上行進(jìn)。

第二互連部分B2的金屬軌道22在第三方向D3上(這里與第二方向D2共線)、并且在正交于第三方向D3的第六方向D6上行進(jìn)。

兩個元件E1和E2包括在它們的相應(yīng)互連部分上的金屬突塊2，金屬突塊2通過金屬-金屬結(jié)合來固定集成結(jié)構(gòu)，絕緣體-絕緣體結(jié)合通過位于金屬突塊之間的部分獲得。金屬突塊2因此通過屬于第一和第二互連部分B1和B2的上金屬軌道的兩個部分的結(jié)合形成。這一類型(分子類型)的結(jié)合通常用術(shù)語“混合結(jié)合”表示。

集成結(jié)構(gòu)STR包括連接第一元件E1的兩個點4和5并且包括第二互連部分B2的金屬軌道30的第一電鏈路3。這里，兩個點各自屬于第一互連部分B1的不同金屬軌道。

兩個點4和5借助于兩個過孔31和32連接到金屬軌道30。

包括第二金屬軌道60的第二電鏈路6在這一示例中借助于兩個過孔61和62連接第二互連層級B2的兩個點7和8。

因此，第二互連部分B2的金屬軌道30已經(jīng)被用于在第一互連部分B1的兩個點4和5之間形成對角線或者斜向鏈路。應(yīng)該注意，金屬軌道30不可以電連接到第二互連層級B2的任何其它金屬軌道，并且因此僅被用于在第一元件E1的兩個點4和5之間形成電鏈路。如果需要的話，金屬軌道30可以被用于將第一元件E1的兩個點4和5電連接到彼此，但是還連接到第二元件E2的另一點。

相似地，第一互連部分B1的金屬軌道60已經(jīng)被用于在第二互連部分B2的兩個點7和8之間形成對角線或者斜向鏈路。

在形成這種結(jié)構(gòu)的過程期間，元件E1和E2中的每個都以常規(guī)方式形成，并且兩個元件的剛性附接是在將兩個元件中的一個元件相對于另一元件旋轉(zhuǎn)45°之后完成的。

此外，過孔31、32、61、以及62中的每個過孔的形成在兩個部分中執(zhí)行。每個過孔的第一分段被形成在第一元件中，并且第二分段被形成在第二元件中。過孔的每個分段從定位在該過孔位于其中的互連部分的上表面上的結(jié)合突塊2開始延伸，所述上表面面對所關(guān)聯(lián)的第二分段。每個過孔的兩個分段被以如下方式組裝，以便當(dāng)?shù)谝辉偷诙唤Y(jié)合在一起時形成同一個過孔。

因此，電鏈路3和6僅在兩個元件E1和E2的結(jié)合時形成。第一元件E1的放置/布線是在考慮了第二元件E2的放置/布線的情況下執(zhí)行的，和/或反之亦然。

應(yīng)該注意，圖1不是真正的橫截面圖，而是上文描述的電鏈路的示意性簡化視圖。第一元件E1的點4和5不位于平行于圖平面的相同平面內(nèi)，而是沿著X軸相對于彼此偏移。

相似地，過孔31的兩個分段和過孔31的兩個分段從其開始行進(jìn)的結(jié)合突塊對相對于過孔31的兩個分段并且相對于過孔31的兩個分段從其開始行進(jìn)的結(jié)合突塊對沿著X軸偏移。

相同的說明可以被應(yīng)用于點7和8并且被應(yīng)用于被包括在鏈路6中的元件。

根據(jù)圖3所示的另一實施例，每個互連部分包括在其上表面上的導(dǎo)電柱體10，例如銅柱體10，并且兩個元件E1和E2借助于這些柱體剛性附接在一起。

結(jié)構(gòu)STR還包括連接第一元件的兩個點4和5的電鏈路11。

電鏈路包括兩個過孔111和112以及第二互連部分B2的第二金屬軌道110。這里，每個過孔的每個分段在這里從銅柱體開始行進(jìn)，并且電鏈路11僅在兩個元件E1和E2經(jīng)由它們相應(yīng)的銅柱體10的剛性附接時形成。

如圖4所示，兩個元件中的一個元件(例如第二元件E2)可以包括在其襯底S2的下表面上而非在其互連部分B2的上表面上的銅柱體10。

連接第一元件的兩個點4和5的電鏈路14因此包括過孔141和142，過孔141和142的一部分(本領(lǐng)域技術(shù)人員稱為首字母縮寫TSV(針對硅通孔(Through Silicon Via)))從銅柱體10延伸到第二元件中，從而穿過第二襯底S2直到存在于第二互連層級中的金屬軌道140。

應(yīng)該注意，電鏈路14延伸到第二襯底S2的不包括任何部件的部分中。

這里再次，電鏈路14僅在兩個元件E1和E2借助于銅柱體10的剛性附接時形成。

根據(jù)圖5所示的另一方面，集成結(jié)構(gòu)可以是單片結(jié)構(gòu)，其包括第一襯底S3、第一互連部分B3、第二襯底S4、以及第二互連部分B4的堆疊。

相比于之前的實施例，結(jié)構(gòu)STR不是通過分開形成的兩個元件的剛性附接獲得的，而是通過各個層S3、B3、S4、B4的疊置獲得的。

單片結(jié)構(gòu)是以常規(guī)方式通過連續(xù)并且疊置地形成層S3、B3、S4、以及B4，通過在形成第一互連部分B3和形成第二襯底S4之間執(zhí)行旋轉(zhuǎn)45°的角θ來形成的。

因此，如圖6所示，第一襯底S3的部件1被定向在第一優(yōu)選方向D1上，第一優(yōu)選方向D1在這一示例中與X軸共線。

第二襯底S4的部件被定向在第二優(yōu)選方向D2上，此處第二優(yōu)選方向D2包括沿著X軸的分量和沿著Y軸的分量，以便形成與第一方向D1的45°的角θ。

第一互連部分B3的金屬軌道在第四方向D4和正交于第四方向D4的第五方向D5上行進(jìn)。此處，第四方向D4與第一方向D1共線。

第二互連部分B4的金屬軌道在第三方向D3和正交于第三方向D3的第六方向D6上行進(jìn)。在這一示例中，第三方向包括沿著X軸的分量和沿著Y軸的分量，以這樣的方式使得形成與第一方向的非直角且非零的角θ，例如此處為45°的角θ。

單片結(jié)構(gòu)STR包括連接第一互連部分B3的兩個點16和17并且包括第二互連部分B4的金屬軌道150的電鏈路15。

這兩個點通過根據(jù)常規(guī)方法形成的過孔151和152連接到金屬軌道150。

因此，第二互連部分B4的金屬軌道150被用于形成在第一互連部分B3的兩個點16和17之間的對角線或者斜向鏈路。

根據(jù)圖7所示的一個變體，單片結(jié)構(gòu)可以包括第一襯底S5、第二襯底S6、以及互連部分B的堆疊。

在這一變體中，結(jié)構(gòu)STR是以常規(guī)方式通過連續(xù)并且疊置地形成層S5、S6、以及部分B，通過在形成第二襯底S6和形成互連部分B之間執(zhí)行旋轉(zhuǎn)45°的角θ的來形成的。

該結(jié)構(gòu)還包括連接第一襯底S5的兩個點19和20(例如，形成在第一襯底S5內(nèi)的兩個晶體管1的兩個電極)并且包括互連層級S1的金屬軌道180的電鏈路18。

兩個點181和182通過過孔181和182連接到金屬軌道180，過孔181和182穿過第二襯底S6的不包括任何部件的部分。

如圖8所示，第一襯底S5的部件被定向在第一優(yōu)選方向D1上，并且第二襯底S6的部件被定向在第二優(yōu)選方向D2上。此處，第一優(yōu)選方向和第二優(yōu)選方向是共線的，沿著X軸定向。因此，形成晶體管1的柵極的多晶硅線在第一方向上行進(jìn)。

互連部分B的金屬軌道被定向在第三優(yōu)選方向D3和正交于第二優(yōu)選方向D2的第六優(yōu)選方向D6上。

在這一示例中，第三優(yōu)選方向D3在包括沿著X軸的分量和沿著Y軸的分量的方向上行進(jìn)，以這樣的方式使得形成與第一方向的非直角并且非零的角θ，例如此處為45°的角θ。

因此，互連部分B的金屬軌道180被用于形成在第一襯底的兩個點19和20之間的對角線或者斜向鏈路。

根據(jù)圖9所示的一個變體，結(jié)構(gòu)STR是以常規(guī)方式通過連續(xù)并且疊置地形成層S5、S6、以及部分B，通過在形成第一襯底S5和形成第二襯底S6之間執(zhí)行旋轉(zhuǎn)45°的角θ來形成的。

因此，第一方向D1沿著X軸延伸，并且第二方向和第三方向是共線的并且包括沿著X軸的分量和沿著Y軸的分量，以這樣的方式使得形成與第一方向D1的45°的角θ。

本文中呈現(xiàn)的實施例和其實施方式是非限制性的。顯而易見，雖然非直角并且非零角度在本文中具有45°的值，本文中呈現(xiàn)的實施例和其實施方式兼容任何角度值。

此外，在“單獨芯片”類型的結(jié)構(gòu)的變體中，將可能提供“背靠背”類型(根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的表達(dá)方式)的結(jié)構(gòu)，換句話說，為如下結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，兩個元件E1和E2的襯底S1和S2通過其背面(換句話說，其與承載互連部分(BEOL)的面相反的面)剛性附接。

本實用新型還可應(yīng)用于通過被稱為“結(jié)合和/或順序構(gòu)建結(jié)構(gòu)”的技術(shù)獲得的三維結(jié)構(gòu)，該技術(shù)使用例如“種子窗口”以促進(jìn)該結(jié)構(gòu)的頂部部分中的硅的晶體部分的生長，或者沉積硅膜隨后是晶化。