在微电子学中增加可靠性和提高产率的直接键合堆叠结构的制作方法

在微电子学中增加可靠性和提高产率的直接键合堆叠结构
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求于2020年6月24日提交的美国非临时专利申请no.16/911,360的优先权，并且要求uzoh等人的于2019年6月26日提交的美国临时专利申请no.62/866,965的优先权，其全部内容通过引用并入本文。


背景技术：

3.在诸如高带宽存储器模块(hbm、hbm2、hbm3)等常规3dic微电子封装的制造期间，被键合在一起的集成电路微芯片(“管芯”)的堆叠由于垂直堆叠而容易受到某些类型的缺陷的影响，并且这些缺陷会影响整体生产产率。例如，在hbm2模块的情况下，存储器规格可能规定要构建的模块的某些物理尺寸，诸如700pm的高度要求。
4.如图1所示，示例常规hbm2存储器模块100的高带宽是通过在衬底104上的垂直堆叠103中将多个存储器管芯102键合在一起来实现的。每个个体管芯102可以具有一定的垂直厚度，诸如55pm。在垂直堆叠的顶部，要添加的顶部管芯106通常比其他管芯102厚，以达到700μm(或其他)的高度规格。例如，顶部管芯106的厚度可以是90-400μm，而顶部管芯106下方的每个管芯102的厚度为55μm。在一些情况下，该顶部管芯106可以是虚设或间隔管芯。模块100可以利用侧填充物108、底部填充物或模制材料来被填充和完成。
5.较厚的顶部管芯106可能会在制造工艺中导致在其下方堆叠的管芯102出现结构问题，从而降低平均可靠性和总生产产率。由于各种原因，在顶部管芯106下方的形成垂直存储器堆叠103的多个薄管芯102可能呈现负翘曲，翘曲向下凹入110。较厚的顶部管芯106通常以正翘曲结束，向上凹入112。当向上凹入的顶部管芯106在键合到垂直堆叠103期间被压入其下方的向下凹入的管芯堆叠102中时，在一定数目的情况下可能发生破坏性缺陷，诸如直接键合管芯102的裂纹114、管芯之间的键合后的分层116、或者垂直堆叠下方的衬底104在压力增加的点处的破裂和碎裂118，从而减小总产率。当管芯102之间的覆盖区尺寸略有不同时，薄管芯102的裂纹114可能发生在管芯102的边缘附近，从而在压力可以集中的位置处产生小悬垂。


技术实现要素：

6.提供了用于在微电子学中增加可靠性和提高产率的直接键合堆叠结构。针对存储器模块和3dic提供了用于减少垂直堆叠管芯中的严重和轻微缺陷的结构特征和堆叠配置。例如，示例工艺减轻了较厚的顶部管芯与其下方的直接键合管芯之间的翘曲应力。在一种技术中，顶部管芯上的蚀刻表面可以减轻翘曲应力。在另一种技术中，示例堆叠可以包括在顶部管芯与其下方管芯之间的顺应层。另一示例堆叠配置用模制材料层代替顶部管芯以规避翘曲应力。顶部管芯的键合表面上的腔体阵列也可以减轻应力。作为减轻堆叠应力和翘曲的另一种方式，还可以在顶部管芯的顶面或背面或在薄管芯之间创建一个或多个应力平衡层。使边缘圆角化可以防止应力和压力破坏性地传递穿过管芯和衬底层。这些不同的技术和结构并不是相互排斥的，而是可以一起或以各种组合用于封装中。
7.本概述不旨在确定所要求保护的主题的关键或基本特征，也不旨在用作限制所要求保护的主题的范围的帮助。
附图说明
8.图1是具有由各种应力和管芯翘曲引入的结构问题的常规现有技术的垂直管芯堆叠的图，包括键合分层、破裂和碎裂，导致不可靠性和生产产率减小。
9.图2是具有用于减轻垂直管芯堆叠中的翘曲应力的研磨/蚀刻特征的示例模块的图。
10.图3是用于制造图2的结构的示例工艺的流程图。
11.图4是具有垂直管芯堆叠的示例模块的图，该垂直管芯堆叠包括用于减轻垂直堆叠中的翘曲应力的顺应层特征。
12.图5是用于制造图4的示例模块的示例工艺的流程图。
13.图6是具有管芯堆叠的示例模块的图，该管芯堆叠包括用于减轻垂直堆叠中的翘曲应力的模制特征。
14.图7是用于制造图6的示例模块的示例工艺的流程图。
15.图8是具有垂直管芯堆叠的示例模块的图，该垂直管芯堆叠包括用于减轻垂直堆叠中的翘曲应力的浮雕腔体特征。
16.图9是用于制造图8的示例模块的示例工艺的流程图。
17.图10是具有管芯堆叠的示例模块的图，该管芯堆叠包括用于减轻垂直堆叠中的翘曲应力的应力平衡层特征。
18.图11是用于制造图10的示例模块的示例工艺的流程图。
19.图12是垂直堆叠管芯的示例模块的图，该垂直堆叠管芯具有至少一些圆形角部或边缘以防止应力集中在角部处。
20.图13是用于防止垂直管芯堆叠的制造中的破坏力集中的示例工艺的流程图。
21.图14是用多个薄管芯替代大管芯以减少管芯堆叠中的应力翘曲的示例模块的图。
22.图15是包括横向支撑件的示例结构的图，该横向支撑件用于在具有垂直管芯堆叠的模块的制造中消除翘曲问题并且增加产率。
23.图16是没有顶部管芯间隔物并且具有横向支撑结构和模制以用于减小内部应力的示例结构的示意图。
24.图17是在垂直管芯堆叠的制造期间使用温差减小翘曲应力的工艺中形成的示例结构的示意图。
25.图18是用于通过将多个预制的管芯堆叠键合同时减小内部应力翘曲，来制造堆叠管芯的示例模块的示例结构和相关工艺的图。
26.图19是具有用于减轻管芯堆叠中的翘曲应力的特征的示例结构的图，包括由包封物圆角或楔形物支撑的圆形管芯角部。
27.图20是用于构造具有多个堆叠管芯的更大模块而不会引入由应力翘曲引起的问题的示例结构的图。
28.图21是包括介电材料薄层和用于减少内部应力的特征的示例结构的图。
29.图22是可能包括用于减小内部应力的特征的示例结构的另一图。
30.图23是具有结合了应力消除措施、处理器和可选散热器的一个或多个的直接键合管芯堆叠的示例结构的图。
具体实施方式
31.概述
32.本公开描述了用于在微电子学中增加可靠性和提高产率的直接键合堆叠结构。针对存储器模块、堆叠无源元件、中介层和3dic提供了用于减少垂直堆叠管芯中的严重和轻微缺陷的结构特征和堆叠配置。例如，示例工艺和结构减轻了较厚的顶部管芯与其下方的直接键合管芯或直接键合到下方的较厚管芯的较薄顶部管芯之间的应力，诸如翘曲应力。
33.在一种实现中，在顶部管芯上已被研磨和蚀刻的表面可以减轻管芯堆叠的应力，诸如翘曲应力。在相同或另一实现中，示例堆叠可以包括顶部管芯与其下方的管芯之间的顺应层以减轻翘曲应力。在一种实现中，另一堆叠配置用模制材料层代替顶部管芯以规避翘曲应力。在另一实现中，顶部管芯的键合表面上或其他地方的腔体阵列可以减轻应力。另外，还可以在顶部管芯的顶面或背面上形成应力平衡层以减轻堆叠的翘曲应力，或者一个或多个应力平衡层可以介于管芯堆叠中的其他管芯之间。在另一示例技术和相关结构中，堆叠中一些管芯的直角角部被圆角化，以防止在堆叠制造期间压力集中在管芯的方形角部处，并且防止这些集中的力传递到相对脆弱的管芯或下方或上方的衬底层，使它们破裂和碎裂。
34.示例工艺和系统
35.示例工艺制造具有用于减少在直接键合管芯的垂直堆叠中可能出现的严重和轻微缺陷的结构特征和配置的堆叠结构。存储器模块包括但不限于hmc混合存储器立方体、hbm、hbm2和hbm3，以下将它们作为代表性示例进行描述，但所描述的技术可以应用于具有垂直堆叠管芯的任何微电子封装，尤其是直接键合在一起的管芯，并且本文中描述的结构和技术不限于存储器模块。
36.应当注意，以下描述的实施例在一些情况下可以组合在一起以形成单个实施例，该单个实施例包括下面描述的每个实施例的特征。下面描述的实施例并非旨在相互排斥，而是在可能的情况下可以组合在一起。
37.图2示出了具有管芯堆叠202的示例存储器模块200，管芯堆叠202包括用于减轻垂直堆叠202中的翘曲应力的特征。堆叠202的顶部管芯106的表面通过研磨204、并且然后通过湿蚀刻206或干蚀刻206被处理，以减轻翘曲112或顶部管芯106的内部应力，从而在某些情况下减小或消除其凹度112。蚀刻206释放来自研磨操作204的压抑应力。这又有助于减轻由可能在顶部管芯106与其下方的管芯102之间发生的应力引起的缺陷。如上所述，衬底104可以是有机或无机结构，诸如电路板、封装衬底、管芯、晶片、载体等，该结构可以电耦合到堆叠202，包括至少部分通过直接和/或混合键合、共晶键合等进行耦合。
38.图3示出了用于制造图2的结构200的示例工艺300。在图3中，示例工艺的操作在个体框中示出。
39.在框302，示例工艺包括将管芯102直接键合在一起以制造垂直堆叠202的一部分。
40.在框304，制备顶部管芯106以键合到其他管芯102的顶部以形成垂直堆叠202。
41.在框306，研磨顶部管芯106的背面。
42.在框308，然后对顶部管芯106的背面进行湿蚀刻206或干蚀刻以消除应力。
43.在框310，然后将顶部管芯106键合到下方的管芯102，以产生具有减小的内部应力和增加的可靠性的垂直堆叠管芯102和106的微电子封装200，从而减轻顶部管芯106与在垂直堆叠中在顶部管芯106下方的管芯102之间的翘曲应力。
44.图4示出了具有管芯堆叠402的示例存储器模块400，管芯堆叠402包括用于减轻垂直堆叠402中的翘曲应力的特征。垂直堆叠402制造有介于顶部管芯106与在顶部管芯106下方彼此直接键合后的管芯102之间的顺应层404。顶部管芯可以具有与直接键合管芯堆叠400中的至少一个其他管芯不同的垂直和/或水平尺寸。
45.顺应层404旨在缓冲在将顶部管芯106键合到垂直堆叠402期间不均匀的力，并且抵消或消散顶部管芯106与下方的管芯102之间的应力和翘曲力的持续不均匀。顺应材料或顺应层404的厚度范围可以在0.5-55.0微米之间并且优选地在3.0-30.0微米之间。顺应层404可以粘附或键合在管芯之间，并且当顶部管芯106是用于填充封装400的顶部空间的虚设管芯时可以提供单一的翘曲解决方案。顺应层404可以粘附或键合在管芯之间，并且当顶部管芯106是用于填充封装400的顶部空间的虚设管芯时可以提供单一的翘曲解决方案。顺应层404的杨氏模量优选地小于4gpa。
46.在一些实施例中，如在堆叠400中，顶部管芯106的宽度类似于下面的管芯102中的一个的宽度。在其他实施例中，如在堆叠400'中，例如，顶部管芯106'的宽度不同于垂直堆叠400'中的其他管芯的宽度，并且可以比下面的管芯102宽。
47.图5示出了用于制造图4的示例模块400的示例工艺500。示例工艺500的操作在个体框中示出。
48.在框502，示例工艺500包括将管芯102直接键合在一起以制造垂直堆叠402的一部分。
49.在框504，制备顶部管芯106以键合到直接键合管芯102的顶部。
50.在框506，例如，施加顺应层404以插入在垂直堆叠402的顶部管芯106与其他管芯102之间。
51.在框508，然后将顶部管芯106键合到顺应层404。例如，顺应层可以是通过薄膜管芯附接、印刷或模板化的管芯附接材料或其他粘合剂粘合的粘合剂或另一种顺应材料。具有垂直堆叠管芯102和106以及顺应层404的微电子封装400提供减小的内部应力和增加的可靠性，以减轻顶部管芯106与垂直堆叠402的管芯102之间的翘曲应力。可以使用放置的可流动材料用于顺应层404。分配的材料流动并且将很好地适应翘曲。在薄膜管芯附接实施例中，在升高的温度下实现流动并且流动的材料还适应翘曲管芯的高度差以减轻翘曲。顶部管芯106的宽度可以与下面的管芯102的宽度相似或不同，如图4所示。
52.图6作为示例模块示出了具有管芯堆叠602的微电子封装600，管芯堆叠602包括用于减轻垂直堆叠602中的翘曲应力的填充特征。在该示例微电子封装600中，一定体积的模制材料604、填充物、底部填充材料等代替顶部管芯106，顶部管芯106在本实施例中被去除。由于顶部管芯的正翘曲(不存在)与可能具有负翘曲的堆叠602的管芯102之间没有翘曲应力的冲突，垂直堆叠602中的实际管芯102保持轻微但可接受的负翘曲，并且微电子封装600用模塑料604填充以完成微电子封装600。直接键合管芯102的残余负翘曲也可以通过应力平衡层来解决和减轻，如关于图10-11所述。一个或多个应力平衡层(图6中未示出)可以施
加在堆叠602上或内部以抵消和消除整个堆叠602的净翘曲。或者，这样的应力平衡层可以与每个个体管芯102匹配以键合到堆叠602中。
53.在应力平衡层和翘曲管芯或堆叠配合在一起之前，每个应力平衡层被设计成抵消翘曲管芯或堆叠的拱度，其自身具有相反的拱度，由于具有为零的净总翘曲的平坦堆叠602，此时拱度彼此抵消。此外，在微电子封装600中，在堆叠管芯602的任一侧的模制材料604的横向宽度小于管芯102的宽度并且优选地小于管芯102的宽度的10％。在一些在实施例中，邻接顶部102管芯的模制材料的垂直厚度小于管芯堆叠602的厚度并且优选地小于管芯堆叠602的垂直厚度的50％。
54.图7示出了用于制造图6的示例模块600的示例工艺700。示例工艺700的操作在个体框中示出。
55.在框702，示例工艺700包括将管芯102直接键合在一起以制造垂直堆叠602。
56.在框704，模制材料604至少部分填充在垂直堆叠602周围以替代缺少的顶部管芯106的体积并且完成存储器模块600的外部物理尺寸以符合规范。垂直堆叠602之上的模制材料604的厚度可以是垂直堆叠602中个体管芯102厚度的倍数。例如，模制材料604的厚度可以是垂直堆叠602中的管芯102厚度的3倍。一个或多个应力平衡层可以被添加到堆叠602中或周围的任何地方。
57.图8示出了具有管芯堆叠802的示例模块800，该管芯堆叠802包括用于减轻垂直堆叠802中的翘曲应力的浮雕腔体(relief cavity)特征。在该示例模块800中，浮雕腔体804(未按比例)被形成在顶部管芯106的键合表面，以减轻顶部管芯106与顶部管芯106下方的至少下一管芯102”'之间的耦合力。浮雕腔体804的阵列可以放置在耦合力已知或被确定为不利于微电子封装800的稳定性的地方。如果顶部管芯106是有源管芯和存储器模块800的电子器件的一部分(而不仅仅是虚设管芯)，则可能存在金属互连，诸如在顶部管芯106与下面的下一管芯102”'之间直接键合互连。即使金属互连可能是刚性的，浮雕腔体804阵列仍然可以减少和缓解顶部管芯106与垂直堆叠802之间的耦合力，以减少微电子封装800中翘曲力的影响。
58.示例浮雕腔体804通常形成在邻近互连之间的介电区域的一些部分中。在其他应用中，浮雕腔体804可以形成在互连部分与管芯或单片化通道上的边缘之间。而且，浮雕腔体804可以是连续的或不连续的，并且浮雕腔体804的几何轮廓可以是三角形、矩形或曲线的。浮雕腔体804的深度可以在几纳米到几微米的范围内。在一种实现中，重要的是，在浮雕腔体804的紧邻区域中，顶部管芯106的键合表面与下面的管芯102的表面是不连续的。
59.图9示出了用于制造图8的示例模块800的示例工艺900。示例工艺900的操作在个体框中示出。
60.在框902，示例性工艺900包括将管芯102直接键合在一起以制造垂直堆叠802。
61.在框904，制备顶部管芯106以用于直接键合到垂直堆叠802。
62.在框906，在顶部管芯106中产生浮雕腔体804。
63.在框908，将顶部管芯106键合或直接键合到垂直堆叠802以创建微电子封装800，其中顶部管芯106与垂直堆叠802的管芯102之间的翘曲应力得到缓解，以提供严重缺陷的可能性减少的更可靠的封装。
64.图10示出了具有管芯堆叠1002的示例存储器模块1000，管芯堆叠1002包括用于减
轻垂直堆叠1002中的翘曲应力的特征。在一个示例实施例中，应力平衡层1004创建在顶部管芯106的背面(当垂直堆叠1002包括顶部管芯106时，垂直堆叠1002的顶面)。应力平衡层1004可以由通过例如物理气相沉积(pvd)方法或通过其他应用技术所施加的硬或坚固材料制成，以首先防止发生翘曲。应力平衡层1004也可以是一种或多种坚固的材料，以抑制或抵消由封装1000的构造引起或由操作期间的后续热变化引起的管芯或堆叠的翘曲。应力平衡层1004也可以是具有其自身的翘曲或弧度的层，被设计用于抵消和消除其将粘附或键合到的管芯或堆叠的翘曲或应力。在一些配置中，应力平衡层1004还可以重新分布应力，以通过局部翘曲和应力点与具有相反翘曲或应力的其他局部区域的水平重新分布来平衡局部应力，以实现为零的净总翘曲。
65.在一些应用和结构1000'中，应力平衡层1004可以涂覆在顶部管芯106的下侧。在这种布置中，应力平衡层1004设置在顶部管芯106与在堆叠1002'中紧接在顶部管芯106下方的键合管芯(诸如图10的结构1000'中的管芯4102”')之间。
66.在结构1000”中，一个或多个应力平衡层1004可以放置在管芯堆叠1002”中的薄管芯102之间，或在堆叠1002”中的任何地方。
67.这种应力平衡层1004也可以与每个个体管芯102匹配以键合到堆叠1002”中。每个应力平衡层1004被设计成抵消翘曲管芯102或堆叠1002的弧度，其自身具有相反的弧度。因此，应力平衡层1004可以对未翘曲的管芯或堆叠施加轻微的板簧作用。当每个应力平衡层1004与其翘曲的管芯或堆叠配合时，相对的弯曲相互抵消，从而产生平坦的堆叠1002或更平坦的堆叠1002，其在理想情况下的净总翘曲为零。
68.在其他实施例中，应力平衡结构可以包括应力平衡层1004和键合层，诸如不同的介电层(未示出)并且该键合层设置在应力平衡层1004与紧接在下面的键合管芯(诸如图10中的管芯4 102”)之间。在一些应用中，介电键合层可以是薄键合层并且键合层的厚度基本上比粘合管芯102中的一个薄。
69.在一种实现中，示例应力平衡层1004可以由一个或多个导电层制成，例如，示例应力平衡层1004可以由氮化钛和/或钽(tin/ta)或ta和al制成作为共蒸镀或共溅射层，或者这些金属可以依次沉积在彼此之上。但是示例应力平衡层1004不限于这些化合物和元素。多个应力平衡层1004可以被施加并且可以具有不同热膨胀系数(cte)以在不同温度下提供不同平衡力差。此外，可以在应力平衡层上形成键合层，诸如氧化物、氮化物或类似材料，以实现与另一表面的直接或混合键合。当应力平衡层1004是非导体时，应力平衡层1004可以能够容纳垂直导体，诸如穿过应力平衡层1004的厚度的tsv和/或金属互连。
70.在一种实现中，应力平衡层1004可以由光图案化聚合物制成，其组装或具有组装成弯曲几何形状的趋势。例如，差异光交联的su-8光刻胶膜可以在光刻图案化时弯曲。在另一实现中，具有异质机械特性的聚合物薄膜使弯曲的或板簧应力平衡层1004键合到翘曲管芯。
71.图11示出了用于制造包括一个或多个应力平衡层1004的图10的示例模块1000的示例工艺1100。示例工艺1100的操作在个体框中示出。
72.在框1102，示例工艺1100包括将管芯102直接键合在一起以制造管芯102的垂直堆叠1002。
73.在框1104，制备顶部管芯106以与垂直堆叠1002直接键合。
74.在框1106，顶部管芯106与应力平衡层1004相关联。在一个示例工艺中，顶部管芯106在其附接到垂直堆叠1002之前预先涂覆有应力平衡层1004。在附接步骤之后，可以进一步处理新的堆叠，例如，进行热退火或模制操作。
75.在框1108，顶部管芯106和应力平衡层1004被键合到垂直堆叠1002中的管芯102。
76.在示例工艺1100的变体中，一个或多个应力平衡层1004被放置在管芯堆叠中的任何位置以针对管芯、管芯组或整个管芯堆叠平衡应力或消除翘曲。
77.图12示出了直接键合在一起的垂直堆叠管芯102的存储器模块1200。堆叠1202中的一些管芯102的直角角部1204可以在x、y和/或z方向上被圆角化以防止应力集中：压力1205在堆叠制造期间集中在管芯102的常规方形角部1204处。压力1205通常可以使90度角部下方的易碎管芯或衬底104破裂和碎裂。对z平面与x/y平面之间的通常锐利的90度角或边缘进行圆角化、倒角或以其他方式缓和，可以防止或分散集中的压力1205传递到下面的相对易碎和易裂的管芯或衬底104。在一个实施例中，堆叠1202的键合管芯102的边缘被圆角化以防止角部1204处的点应力。在其他应用中，顶部管芯106的边缘也可以被圆角化。
78.图13示出了用于在制造垂直管芯堆叠1202时防止破坏力集中的示例工艺1300。示例工艺1300的操作在个体框中示出。
79.在框1302，示例工艺1300包括圆角化待被制成垂直管芯堆叠1202的所选择的管芯的直角角部。例如，圆角化可以通过在等离子蚀刻操作期间施加高压电介质蚀刻来实现。蚀刻操作可以包括蚀刻衬底104和涂覆的介电层。在其他情况下，键合表面的电介质的边缘需要在键合操作之前进行圆角化。在一些应用中，键合表面可以用保护剂屏蔽，并且所选择的边缘可以通过湿蚀刻方法或通过温和的磨料喷粉操作或通过激光喷射方法或其组合进行圆角化。然后根据垂直平面排列要在堆叠1202中使用的管芯102。具有至少一些圆角部1204的管芯102直接键合在一起以形成堆叠1202，对角部1204进行圆角化防止压力集中在角部1204，并且还防止这些力传递以破裂、破碎或碎裂下面的下一管芯或衬底104。
80.图14示出了根据用于减少构成模块1400的管芯堆叠1402中的应力翘曲的一种或多种技术构造的另一示例模块1400、存储器模块或其他堆叠器件。在这种实现中，代替在管芯堆叠1402之上使用大的单片管芯，两个或更多个更薄的管芯1404被键合在较小管芯102的堆叠1402之上。顶部的这些更薄的管芯1404要么与下方的堆叠1402一致，要么可以施加与下面的堆叠1402的翘曲的反翘曲。在一些布置中，模制材料1406横向包围键合管芯堆叠1402。
81.图15示出了用于在模块(诸如存储器模块和具有堆叠管芯的其他器件)制造中消除翘曲问题和产率减小的另一示例结构1500。
82.管芯102的堆叠设置有横向支撑件1502，诸如由底部填充材料或另一坚固的固体或颗粒复合层制成的侧支撑件。由于个体管芯102可以非常薄，诸如55pm的厚度或更薄，它们可能易于翘曲。在厚的顶部管芯1504键合到堆叠之前，横向支撑件1502靠着堆叠的侧面构建。这些一个或多个横向管芯支撑结构1502可以通过各种分配方法形成，包括印刷或模制方法。例如，在将顶部虚设管芯1504(或有源管芯)直接键合到管芯堆叠102期间，横向支撑件1502保持管芯的边缘并且还作为整体稳定管芯堆叠102。横向支撑结构1502还减少了常规处理操作对键合管芯的损坏的发生率。这产生成品模块，其中由于横向支撑件1502的固体稳定性，其中各种管芯102和1504更不容易碎裂或破裂。还可以添加侧模制件1506以进
一步稳定堆叠102和1504以及完成封装。注意，侧向支撑结构1502邻接键合管芯102的外围而不是顶部管芯1504的外围。此外，侧模制件1506设置在键合管芯102和顶部管芯1504周围，但例如，侧模制件1506不与堆叠键合管芯的下部管芯102(诸如管芯“1”102和管芯“2”102')直接接触。因此，侧模制件1506仅直接邻接键合管芯堆叠中的键合管芯的一些部分。
83.图16示出了类似于图15的结构1500的结构1600的实现，但是示例模块1600不使用顶部额外管芯1504。在这种情况下，侧模制件1602可以在放置横向支撑件1502之后使用，以完成较短的封装1600。如前所述，侧模制件1602直接邻接最上面的一个或多个管芯的一些部分，而不是键合管芯堆叠中的其他键合管芯。在一个实施例中，侧模制件1602不直接接触堆叠的键合管芯。
84.图17示出了用于创建具有堆叠管芯102的模块同时当管芯102直接键合在堆叠中时减少应力翘曲的附加示例结构1700和1702。当额外的虚设管芯1704直接键合在相应堆叠之上并且翘曲的凹度可能不同于其下方的管芯堆叠102的翘曲时，示例技术也适用。
85.首先，在示例工艺中，多个薄管芯102在第一温度下直接键合在一起，例如在大约140-350℃的范围内。然后，顶部管芯、额外的虚设管芯1704在优选地低于第一温度的第二温度下键合到管芯堆叠102。例如，在一个实施例中，多个薄管芯102可以在足以在紧密配合管芯之间的配合金属电接触之间形成金属键的温度下键合。例如，相对的电触点和非电触点的配合温度范围可以在150-300℃之间，优选地在180-250℃之间，持续时间为45分钟到2-4小时或甚至更长。键合温度取决于配合金属层的性质。实际上，键合温度越高，键合时间越短，反之亦然。
86.在将顶部额外的虚设管芯1704附接到管芯堆叠102中的最后的管芯的上表面之前，如果需要，允许管芯堆叠102冷却到较低的键合温度以进行附加处理。附加的虚设管芯1704然后在优选地低于键合后的堆叠管芯的金属配合温度的温度下键合。在一个实施例中，虚设管芯1704在从低于室温到低于130℃、优选地低于100℃的温度范围内键合。减小顶部管芯1704的键合温度，会减小从管芯1704传递到下面的键合管芯的应力，诸如在示例堆叠602(图6)中的堆叠1402(图14)和堆叠1801(图18)中。
87.在一种实现中，通过添加底部填充物或其他固体材料的侧支撑件1502以稳定堆叠来记录和“固定”在较高温度下直接键合并且然后冷却至较低温度的管芯堆叠102的翘曲状态。在另一实现中，根据需要，利用侧面的模制材料1706来稳定和/或完成封装。
88.图18示出了用于制造堆叠管芯的示例模块1800的示例结构和相关联的工艺，由于在制造期间更少的翘曲故障，该堆叠管芯具有减小的内部应力翘曲和/或更高的制造产率。第一管芯堆叠1801通过将薄管芯102彼此直接键合或通过其他键合方式组装。底部填充物或其他固体材料用于制造用于管芯堆叠102的横向支撑件1502，从而使管芯堆叠102稳定在非翘曲状态。
89.管芯1802和1804和1806和1808的另一堆叠1810单独制造，以应用如本文所述的一种或多种抗翘曲措施。该附加管芯的预制堆叠1810然后被键合或直接键合到初始管芯堆叠102，而不是仅仅通过逐一添加个体附加管芯1802和1804和1806和1808来继续初始单个堆叠102，这将传播并进一步夸大初始管芯堆叠102的负翘曲。
90.在一种实现中，在被组装的微电子器件或模块1800的这种实现中，在初始管芯堆叠102之上的层1812由有源管芯1802和1804制成，在常规模块中层1812会是用以填充封装
的额外的虚设管芯，这些管芯1802和1804不是虚设管芯。现在包含直接键合在一起的两个管芯堆叠102和1810的模块1800可以利用模制材料1814来填充和完成。
91.应当注意，在一种实现中，例如由底部填充材料制成的横向支撑件1502表示第一封装，第一封装仅接触、支撑和稳定第一管芯堆叠102的管芯102，而后面添加的模制材料1814表示第二封装，第二封装仅接触、支撑和稳定第二堆叠1810的管芯。因此，两个堆叠102和1810中的所有管芯都通过包封物稳定在非翘曲配置中，但当模块1800被组装时以不同方式用于堆叠中的每个。第一管芯堆叠102接纳来自支撑底部填充材料的横向支撑件1502，而下一管芯堆叠1810接纳来自完成封装的侧模制件1814的非翘曲稳定性。
92.图19示出了用于减轻管芯和微芯片堆叠中的翘曲应力的另一示例结构1900和方法，尤其是当管芯非常薄时。具有管芯102的堆叠1902的示例模块1900构建在衬底104上，诸如半导体晶片、载体、面板或中介层等。
93.在一种实现中，顶部管芯1904被添加到管芯堆叠102以使封装达到高度规格。顶部管芯1904可以是虚设管芯，但也可以是一个或多个有源管芯。在一种实现中，顶部管芯1904比构成其下方的堆叠1902的个体管芯102厚，因此其本身容易翘曲。顶部管芯1904的键合表面可以通过光刻和选择性材料方法形成。在一个示例中，管芯1904的键合表面可以被例如有机或无机抗蚀剂保护层选择性地保护。键合表面的未受保护部分可以通过干法或湿法被蚀刻，以去除足够的材料来防止蚀刻区域在键合操作期间和之后接触紧邻下方的管芯102的顶部键合表面。
94.在管芯1904上的材料去除步骤之后，保护层被剥离，顶部管芯的底部键合表面被清洁、制备并且键合到管芯102的顶部表面。顶部管芯1904可以在其键合侧面上主动地被赋予圆形边缘。顶部管芯1904在其中间区域直接键合到其下方的管芯堆叠，以形成超出键合区域的外围间隙。在该配置中，顶部管芯1904的制备的键合表面小于下方管芯102的键合表面。减少顶部管芯1904与下面的管芯(例如，管芯“4”102”')之间的键合面积，可以减少传递到下面的键合管芯的力。在一个实施例中，包封物楔形物或圆角1906可以被施加以填充超出管芯1904的键合区域的外围间隙。包封物圆角1906可以包括或包含颗粒材料以减少包封物材料的热膨胀。在其他实施例中，底部填充材料或模制材料1908可以被施加以封装键合管芯，诸如管芯102和管芯1904，并且填充顶部管芯1904与下面的管芯102”'之间的圆角1906。
95.封装材料1908牢固地耦合键合管芯堆叠102和顶部管芯1904，以形成集成的固体结构并且还充当保护层，从而防止管芯堆叠102与顶部管芯1904之间的应力破裂和分层。柔性材料的圆角1906也可以是与堆叠102和1904的侧面周围的模制件1908相同的材料，从而完成封装1900。
96.图20示出了用于构造具有多个堆叠管芯的更大模块2000的另一示例方案，而不会引入由应力翘曲引起的问题，这会减小制造期间的产率。在该实施例中，在管芯组之间，诸如在第一组管芯102、第二组2010管芯2002和2004和2006和2008以及第三组2012有源或虚设管芯之间，间隔地添加顺应层2001。在一个实施例中，顺应层2001包括一个或多个导电过孔，以用于将管芯“4”102”'的背面上的导电特征电连接到管芯“5”2002的导电特征。在一些应用中，层2001可以包括一种或多种低熔点导电材料(例如，焊料)，以用于将管芯“4”102”'的期望部分连接到管芯“5”2002中的类似部分。
97.在一种实现中，例如通过直接键合或直接混合键合，管芯102和顺应层2001个体地堆叠，一次一个管芯102或层2001。在另一实现中，管芯组102和2010和2012被分开构造，并且管芯组作为分组单元被添加到整个堆叠。
98.当管芯102和2010和2012的整个堆叠完成时，该堆叠可以用模制件2014或与顺应层2001中使用的相同的顺应材料进行封装。
99.图21示出了薄管芯2102直接混合键合到堆叠2104中。每个堆叠2104构建在例如公共晶片衬底2106或载体、面板等上。管芯2102和衬底2106上的电介质和金属的薄层2108(直接混合键合层2108)实现直接混合键合。即，键合层2108可以由多个层组成，和/或可以由(多个)介电材料和(多个)金属的组合组成。电介质可以由多层电介质组成，包括但不限于扩散阻挡层以及由si、o、n和c组成的用于键合后的电介质层。此外，层2108还可以包含金属材料作为导电焊盘，其中直接键合发生在电介质表面处，然后是在相同的整体直接键合操作的退火步骤中在管芯2102的金属键合焊盘、过孔和互连之间进行直接键合。每个堆叠2104之上的一个或多个额外的虚设管芯可以通过氧化物氧化物直接键合而直接键合到每个相应堆叠2104。
100.单片化操作2110将个体堆叠2104切割成个体模块单元2112，诸如个体高带宽存储器模块。
101.图22示出了薄管芯2202直接混合键合在一起以形成堆叠2204并且用模制材料2205封装。每个堆叠2204构建在公共晶片衬底2206、载体、面板等上。直接混合键合层2208由管芯2202和衬底2206上的极薄电介质层2208构成以实现直接混合键合。管芯2202和衬底2206上的电介质和金属薄层2208(直接混合键合层2108)能够实现直接混合键合。键合层2208可以由多层组成，和/或可以由(多个)介电材料和(多个)金属的组合组成。电介质可以由多层电介质组成，包括但不限于扩散阻挡层以及由si、o、n和c组成的用于键合后的电介质层。此外，层2208还可以包含金属材料作为导电焊盘，其中直接键合发生在电介质表面处，然后是在相同的整体直接键合操作的退火步骤中在管芯2202的金属键合焊盘、过孔和互连之间进行直接键合。例如，每个堆叠2204之上的一个或多个额外的虚设管芯可以通过氧化物-氧化物直接键合而直接键合到每个相应堆叠2204。
102.单片化操作2210将个体堆叠2204切割成预先封装2205的个体模块单元2212。
103.图23示出了示例模块2300，模块2300具有在衬底2304或板上的一个或多个直接键合管芯堆叠2302、以及安装在同一衬底2304或板上的微处理器2306和/或图形处理器或微控制器。一个或多个直接键合管芯堆叠2302中的每个包含图2至图22的所描述的应力或翘曲消除措施或应力翘曲防止装置中的一个。微处理器2306或其他逻辑单元或处理器与一个或多个直接键合管芯堆叠2302通信耦合。管芯2305和衬底2304上的电介质和金属薄层2303(直接混合键合层2303)实现直接混合键合。键合层2303可以由多层组成，和/或可以由(多个)介电材料和(多个)金属的组合组成。电介质可以由多层电介质组成，包括但不限于扩散阻挡层以及由si、o、n和c组成的用于键合后的电介质层。另外，层2303还可以包含金属材料作为导电焊盘，其中直接键合发生在电介质表面处，然后是在相同的整体直接键合操作的退火步骤中在管芯2305的金属键合焊盘、过孔和互连之间进行直接键合。
104.在一种实现中，模块2300包括至少一个散热器2308，并且在一种实现中，一个或多个管芯堆叠2302和微处理器2306与公共散热器2308接触。
105.在前述描述和附图中，已经阐述了特定术语和附图符号以提供对所公开实施例的透彻理解。在一些情况下，术语和符号可能暗示实践那些实施例不需要的特定细节。例如，任何特定尺寸、数量、材料类型、制造步骤等都可以不同于上述替代实施例中的那些。术语“耦合”在本文中用于表达直接连接以及通过一个或多个中间电路或结构的连接。术语“示例”、“实施例”和“实现”用于表达示例，而不是偏好或要求。此外，术语“可以”和“可能”可以互换使用以表示可选的(允许的)主题。任何一个术语的缺失不应当被解释为表示需要给定特征或技术。
106.在不脱离本公开的更广泛的精神和范围的情况下，可以对本文中呈现的实施例进行各种修改和改变。例如，任何实施例的特征或方面可以与任何其他实施例组合应用或代替其对应特征或方面。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。
107.虽然已经关于有限数目的实施例公开了本公开，但是受益于本公开的本领域技术人员将理解给定描述的很多可能的修改和变化。所附权利要求旨在涵盖落入本公开的真实精神和范围内的这样的修改和变化。