可調(diào)復(fù)合中介層的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及微電子裝置和中介層（interposer)結(jié)構(gòu)的封裝，尤其是傳導(dǎo) (conductive)過孔結(jié)構(gòu)的封裝，以及在半導(dǎo)體和中介層封裝中形成這類過孔結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 微電子元件大體上包括：半導(dǎo)體材料（諸如，硅或者砷化鎵）的薄板，通常稱為裸 片或者半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體芯片通常設(shè)置為單獨(dú)的、預(yù)先封裝的單元。在一些單元設(shè)計(jì)中， 半導(dǎo)體芯片安裝至襯底或者芯片載體，襯底或者芯片載體又安裝在電路板諸如印刷電路板 上。
[0003] 有源電路系統(tǒng)制備在半導(dǎo)體芯片的第一面（例如，第二表面）中。為了方便至有 源電路系統(tǒng)的電連接，芯片在相同面上設(shè)置有鍵合焊盤。鍵合焊盤典型地放置成矩形陣列， 圍繞著裸片的邊緣、或者針對(duì)多個(gè)存儲(chǔ)器器件而言在裸片中央。鍵合焊盤大體上由大約 〇.5μπι厚的傳導(dǎo)金屬制成，諸如銅或者鋁。鍵合焊盤可以包括單層或者多層金屬。鍵合焊 盤的大小隨著裝置類型而變化，但是通常在一側(cè)測(cè)量為數(shù)十至數(shù)百微米。
[0004] 使用硅通孔（TSV)將鍵合焊盤與半導(dǎo)體芯片的與第一面（例如，第一表面）相對(duì) 的第二面連接。常規(guī)的過孔包括穿過半導(dǎo)體芯片的孔、和從第一面延伸通過該孔到達(dá)第二 面的傳導(dǎo)材料。鍵合焊盤可以電連接至過孔，以在鍵合焊盤與在半導(dǎo)體芯片的第二面上的 傳導(dǎo)元件之間實(shí)現(xiàn)連通。
[0005] 常規(guī)的TSV孔可以減小第一面的可以用于包含有源電路系統(tǒng)的部分。在第一面上 的可以用于有源電路系統(tǒng)的可用空間的這類減小，可以增加生產(chǎn)每個(gè)半導(dǎo)體芯片所需的硅 的量，從而潛在地增加每個(gè)芯片的成本。
[0006] 因?yàn)閺倪^孔輻射出的非最佳應(yīng)力分布、和在例如半導(dǎo)體芯片與該芯片所鍵合到的 結(jié)構(gòu)之間的熱膨脹（CTE)系數(shù)的不匹配，所以常規(guī)的過孔可能具有可靠性挑戰(zhàn)。例如，當(dāng)在 半導(dǎo)體芯片內(nèi)的傳導(dǎo)過孔通過較薄且較硬的介電材料絕緣時(shí)，由于在過孔的傳導(dǎo)材料與襯 底的材料之間的CTE不匹配的影響，在過孔內(nèi)可以存在顯著應(yīng)力。另外，當(dāng)半導(dǎo)體芯片鍵合 至聚合物襯底的傳導(dǎo)元件時(shí)，由于CTE不匹配的影響，在芯片與襯底的更高CTE結(jié)構(gòu)之間的 電連接將處于應(yīng)力之下。
[0007] 在芯片的任何物理布置中，大小都是一個(gè)重要的考慮。隨著便攜式電子裝置的快 速發(fā)展，對(duì)芯片更加緊湊的物理布置的需求已經(jīng)變得更加強(qiáng)烈。僅僅舉例說明，通常稱為 "智能手機(jī)"的裝置將蜂窩電話的功能與強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理器、存儲(chǔ)器和輔助裝置（諸如，全球 定位系統(tǒng)接收器、電子照相機(jī)、和局域網(wǎng)連接、以及伴隨高分辨率顯示器和相關(guān)的圖像處理 芯片）整合在一起。這類裝置可以將各種能力，諸如完整的互聯(lián)網(wǎng)連接、包括全分辨率視頻 的娛樂、導(dǎo)航、電子銀行等，全部設(shè)置在口袋大小的裝置中。復(fù)雜的便攜式裝置要求將大量 芯片封裝到小空間中。而且，一些芯片具有許多輸入輸出連接，通常稱為"I/O"。這些I/O 必須與其它芯片的I/O互連。該互連應(yīng)該是短的并且應(yīng)該具有低阻抗以使信號(hào)傳播延遲最 小化。形成互連的部件不應(yīng)該大大地增加組件的大小。相似的需要也出現(xiàn)在其它應(yīng)用中， 如在例如數(shù)據(jù)服務(wù)器中的需要，諸如在互聯(lián)網(wǎng)搜索引擎中使用的數(shù)據(jù)服務(wù)器。例如，在復(fù)雜 芯片之間提供大量短的、低阻抗互連的結(jié)構(gòu)，可以增加搜索引擎的帶寬并且減小其功耗。
[0008] 盡管半導(dǎo)體過孔和中介層過孔形成和互連已經(jīng)取得了進(jìn)步，但是仍然需要改進(jìn)以 在增強(qiáng)電互連可靠性的同時(shí)、使半導(dǎo)體芯片和中介層結(jié)構(gòu)的大小最小化?？梢酝ㄟ^如在下 文所描述的部件的構(gòu)造和制備部件的方法，來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些屬性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，一種復(fù)合中介層可以包括襯底元件和支撐元件。襯底元 件可以基本上由電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料中的至少一個(gè)組成。襯底元件可以具有限定出小于 或等于200微米的厚度的相對(duì)的第一和第二表面，并且可以具有暴露在第一表面處的多個(gè) 觸點(diǎn)、以及延伸通過該厚度的電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。支撐元件可以具有電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料中的 至少一個(gè)的本體，其暴露在支撐元件的第二表面處。支撐元件的第二表面可以與襯底元件 的第二表面結(jié)合。本體可以具有低于每攝氏度百萬分之十二（"ppm/°C"）的熱膨脹系數(shù) ("CTE"）。
[0010] 該支撐元件也可以具有：開口，其延伸通過本體的在支撐元件的第二表面與同該 第二表面相對(duì)的第一表面之間的厚度。支撐元件也可以具有：多個(gè)電傳導(dǎo)過孔，其在至少一 些開口內(nèi)、在本體的厚度方向上延伸。支撐元件也可以具有：端子，其暴露在支撐元件的第 一表面處，該端子被配置用于將中介層與在中介層外部的部件電連接。端子可以通過傳導(dǎo) 過孔和電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)與觸點(diǎn)電連接。
[0011] 在一個(gè)特定實(shí)施例中，觸點(diǎn)可以具有比端子更小的最小間距。在一個(gè)示例中，觸點(diǎn) 可以具有小于端子的最小間距的五分之一（至少比端子的最小間距小五倍）的最小間距。 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，延伸通過襯底元件厚度的電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)傳導(dǎo)過孔。在 襯底元件的傳導(dǎo)過孔中的任意兩個(gè)相鄰傳導(dǎo)過孔之間的最小間距可以小于或等于在延伸 通過支撐元件的開口的傳導(dǎo)過孔中的任意兩個(gè)相鄰傳導(dǎo)過孔之間的最小間距。在一個(gè)特定 示例中，延伸通過襯底元件厚度的電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)傳導(dǎo)過孔。在襯底元件的傳導(dǎo) 過孔中的任意兩個(gè)相鄰傳導(dǎo)過孔之間的最小間距可以大于在延伸通過支撐元件的開口的 傳導(dǎo)過孔中的任意兩個(gè)相鄰傳導(dǎo)過孔之間的最小間距。
[0012] 在一個(gè)實(shí)施例中，延伸通過襯底元件厚度的電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)傳導(dǎo)過孔。 襯底元件的傳導(dǎo)過孔的數(shù)量可以大于或等于延伸通過支撐元件的開口的傳導(dǎo)過孔的數(shù)量。 在一個(gè)特定實(shí)施例中，延伸通過襯底元件厚度的電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)傳導(dǎo)過孔。襯底 元件的傳導(dǎo)過孔的數(shù)量可以小于延伸通過支撐元件的開口的傳導(dǎo)過孔的數(shù)量。在一個(gè)示例 中，襯底元件的厚度可以小于支撐元件的厚度。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，襯底元件的厚度可 以小于支撐元件的厚度的五分之一。
[0013] 在一個(gè)特定示例中，支撐元件的厚度可以是襯底元件的厚度的至少1. 5倍。支撐 元件的楊氏模量可以大于60GPa。在一個(gè)實(shí)施例中，支撐元件的厚度可以是襯底元件的厚度 的至少1.5倍。支撐元件的楊氏模量可以是襯底的楊氏模量的至少1.3倍。在一個(gè)特定實(shí) 施例中，支撐元件的本體可以基本上由介電材料組成。在一個(gè)示例中，襯底元件可以基本上 由半導(dǎo)體材料組成。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，支撐元件的本體可以基本上由玻璃、陶瓷或者 低k材料組成。在一個(gè)特定示例中，支撐元件的本體可以具有與襯底元件的CTE相差30% 以內(nèi)的CTE。
[0014] 在一個(gè)實(shí)施例中，支撐元件的本體可以基本上由中間相材料或者液晶材料組成。 在一個(gè)特定實(shí)施例中，復(fù)合中介層也可以包括：沿著支撐元件的第一表面延伸的順應(yīng)性 (compliant)介電層。至少一些端子可以至少部分地覆在順應(yīng)性介電層上。在一個(gè)示例中， 傳導(dǎo)過孔的與端子相鄰的端部可在至少一個(gè)橫向方向中的第一方向上相對(duì)于襯底元件移 動(dòng)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，傳導(dǎo)過孔可以被配置用于，減小由于與附接至此的與傳導(dǎo)過孔 相鄰的部件相關(guān)差異熱膨脹的影響、而施加至復(fù)合中介層的應(yīng)力。
[0015] 在一個(gè)特定示例中，每個(gè)傳導(dǎo)過孔的外表面不與開口中的對(duì)應(yīng)開口的內(nèi)表面的輪 廓一致。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)傳導(dǎo)過孔可以基本上完全地填充開口中的對(duì)應(yīng)開口。在一 個(gè)特定實(shí)施例中，每個(gè)傳導(dǎo)過孔可以在支撐元件的第一表面處具有第一寬度并且在支撐元 件的第二表面處具有第二寬度，第二寬度與第一寬度不同。在一個(gè)示例中，至少一些傳導(dǎo)過 孔可以包括其中分散在傳導(dǎo)材料內(nèi)的空腔。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該至少一些傳導(dǎo)過孔 可以是接線鍵合。在一個(gè)特定示例中，通過順應(yīng)性介電材料使該至少一些傳導(dǎo)過孔中的每 一個(gè)與該傳導(dǎo)過孔在其中延伸的開口的內(nèi)表面分開。
[0016] 在一個(gè)實(shí)施例中，順應(yīng)性介電材料可以基本上由聚酰亞胺或者硅組成。順應(yīng)性介 電材料可以具有小于3GPa的彈性模量。在一個(gè)特定實(shí)施例中，順應(yīng)性介電材料可以基本上 由泡沫材料或者低k材料中的至少一個(gè)組成。在一個(gè)示例中，至少一些開口可以基本上完 全地填充有順應(yīng)性介電材料。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，該至少一些開口可以各自在開口的 內(nèi)表面與支撐元件的第一表面之間限定出圓角。在一個(gè)特定示例中，可以通過在其間延伸 的空腔使至少一些傳導(dǎo)過孔中的每一個(gè)與該傳導(dǎo)過孔在其中延伸的開口的內(nèi)表面分開。在 一個(gè)實(shí)施例中，至少一些端子可以不覆在支撐元件的第一表面上。在一個(gè)示例中，至少一些 端子可以不覆在支撐元件的第一表面上。
[0017] 在一個(gè)特定實(shí)施例中，一個(gè)或者多個(gè)開口可以各自具有在其中延伸的多個(gè)傳導(dǎo)過 孔。在一個(gè)示例中，具有在其中延伸的多個(gè)傳導(dǎo)過孔的至少一個(gè)開口可以具有：長(zhǎng)度，其在 至少一個(gè)橫向方向中的第一方向上延伸；以及寬度，其在該至少一個(gè)橫向方向中的橫斷第 一方向的第二方向上延伸，長(zhǎng)度是寬度的至少兩倍。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，兩個(gè)或者更多 個(gè)開口可以具有：分開的部分，其從支撐元件的第二表面朝著其第一表面延伸；以及單個(gè) 的聯(lián)接部分，其從分開的部分延伸至支撐元件的第一表面。
[0018] 在一個(gè)特定示例中，一個(gè)或者多個(gè)開口可以各自完全地填充有介電材料。在一個(gè) 實(shí)施例中，該一個(gè)或者多個(gè)開口中的至少一個(gè)可以具有：長(zhǎng)度，其在該至少一個(gè)橫向方向中 的第一方向上延伸；以及寬度，其在該至少一個(gè)橫向方向中的橫斷第一方向的第二方向上 延伸，長(zhǎng)度是寬度的至少兩倍。在一個(gè)特定實(shí)施例中，復(fù)合中介層也可以包括：導(dǎo)體層，其沿 著襯底元件的第二表面或者支撐元件的第二表面中的至少一個(gè)延伸。導(dǎo)體層可以在傳導(dǎo)過 孔與電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)之間提供直接電連接。
[0019] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，一種復(fù)合中介層可以包括襯底元件和支撐元件。襯底元 件可以基本上由電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料中的至少一個(gè)組成。襯底元件可以具有限定出小于 或等于200微米的厚度的相對(duì)的第一和第二表面，并且可以具有暴露在第一表面處的多個(gè) 觸點(diǎn)、以及延伸通過該厚度的電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)。支撐元件可以具有：電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料中的 至少一個(gè)的本體，暴露在支撐元件的第二表面處。支撐元件的第二表面可以面朝襯底元件 的第二表面。本體可以具有小于12ppm/°C的CTE。
[0020] 支撐元件也可以具有：開口，其延伸通過本體的在支撐元件的第二表面與同該第 二表面相對(duì)的第一表面之間的厚度。支撐元件也可以具有：多個(gè)電傳導(dǎo)過孔，其在至少一些 開口內(nèi)、在本體的厚度方向上延伸。支撐元件也可以具有：端子，其暴露在支撐元件的第一 表面處，該端子被配置用于將中介層與在中介層外部的部件電連接。端子可以通過傳導(dǎo)過 孔和電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)與觸點(diǎn)電連接。支撐元件可以通過將傳導(dǎo)過孔與電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)電連接的多個(gè) 傳導(dǎo)聯(lián)接單元，來與襯底元件聯(lián)接。
[0021] 根據(jù)本發(fā)明的又一方面，微電子組件可以包括：微電子元件，其具有在其上承載元 件觸點(diǎn)的表面；以及復(fù)合中介層。復(fù)合中介層可以包括：襯底元件，其具有相對(duì)的第一和第 二表面；以及支撐元件，與該襯底元件組裝在一起。襯底元件也可以具有：多個(gè)觸點(diǎn)，其暴 露在第一表面處；以及電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)，其延伸通過襯底元件的厚度。微電子元件可以與襯底元 件組裝在一起，從而使得至少一些觸點(diǎn)與至少一些元件觸點(diǎn)電連接。
[0022] 支撐元件可以具有：電介質(zhì)或者半導(dǎo)體材料中的至少一個(gè)的本體，暴露在支撐元 件的第二表面處。支撐元件的第二表面可以面朝襯底元件的第二表面。支撐元件可以具 有：開口，其延伸通過本體的在支撐元件的第二表面與同該第二表面相對(duì)的第一表面之間 的厚度。支撐元件也可以具有：多個(gè)電傳導(dǎo)過孔，其在至少一些開口內(nèi)、在本體的厚度方向 上延伸。支撐元件可以具有：端子，其暴露在支撐元件的第一表面處，該端子被配置用于將 中介層與在微電子組件外部的部件電連接。端子可以通過傳導(dǎo)過孔和電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)與觸點(diǎn)電 連接。
[0023] 在一個(gè)示例中，微電子元件和襯底元件可以基本上由硅組成。在一個(gè)示例性實(shí)施 例中，襯底元件可以在其第一和第二表面之間限定出小于或等于200微米的厚度。在一個(gè) 特定示例中，支撐元件的本體可以具有小于12ppm/°C的CTE。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一些元 件觸點(diǎn)可以面朝并且可以聯(lián)接至襯底元件的至少一些觸點(diǎn)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，微電子 元件的背表面可以面朝襯底元件的第一表面。至少一些元件觸點(diǎn)可以通過傳導(dǎo)引線來電連 接至襯底元件的至少一些觸點(diǎn)。該至少一些傳導(dǎo)引線可以包括接線鍵合。
[0024] 在一個(gè)示例中，微電子元件可以包含更大量的有源器件以與任何其它功能相比更 提供存儲(chǔ)器存儲(chǔ)陣列功能（memory storage array function)。在一個(gè)示例性實(shí)施例中，微 電子組件也可以包括：另外的微電子元件，其具有在其上承載元件觸點(diǎn)的表面，并且包括主 要被配置用于執(zhí)行邏輯功能的半導(dǎo)體芯片。襯底元件的至少一些觸點(diǎn)可以與另外的微電子 元件的至少一些元件觸點(diǎn)電連接。在一個(gè)特定示例中，另外的微電子元件可以包括：緩沖芯 片，其被配置用于重新生成接收信號(hào)，并且將重新生成的信號(hào)輸出至微電子元件。在一個(gè)實(shí) 施例中，微電子組件也可以包括：包封劑，其在微電子元件與另外的微電子元件之間、在平 行于襯底元件的第一表面的水平方向的延伸。
[0025] 在一個(gè)特定實(shí)施例中，包封劑可以是拓?fù)浒材Ｖ萍╰opographical overmold)，其具有可以平行于微電子元件的背表面的第一表面部和可以平行于另一微電 子元件的背表面的第二表面部。第一表面部可以在與第二表面部不同的平面中延伸。在 一個(gè)示例中，微電子組件也可以包括：另外的微電子元件，其具有在其上承載元件觸點(diǎn)的表 面。襯底元件的至少一些觸點(diǎn)可以與另外的微電子元件的至少一些元件觸點(diǎn)電連接。微電 子元件的元件觸點(diǎn)可以通過襯底元件的用于在微電子元件之間傳遞信號(hào)的電傳導(dǎo)結(jié)構(gòu)直 接地電連接至另外的微電子元件的元件觸點(diǎn)。信號(hào)可以表示數(shù)據(jù)或者指令中的至少一個(gè)。 微電子元件可以適用于同時(shí)執(zhí)行進(jìn)程的給定線程的一組指令。
[0026] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，微電子元件和另外的微電子元件可以具有基本上相同的 結(jié)構(gòu)。在一個(gè)特定示例中，微電子元件可以包括：堆疊的多個(gè)電互連半導(dǎo)體芯片。在一個(gè)實(shí) 施例中，每個(gè)芯片可以包含更大量的有源器件，用于與其它功能相比更提供存儲(chǔ)器存儲(chǔ)陣 列功能。在一個(gè)特定實(shí)施例中，該堆疊的多個(gè)半導(dǎo)體芯片可以包括：第一半導(dǎo)體芯片，在其 上具有聯(lián)接至襯底元件的觸點(diǎn)的元件觸點(diǎn)；以及至少一