用于扇出封装或互连桥的可转移柱结构的制作方法

用于扇出封装或互连桥的可转移柱结构


背景技术：

1.本发明涉及电气、电子和半导体器件领域。明确地说，本发明涉及可转移柱结构及形成柱结构的方法，用于物品(例如半导体集成电路(ic)芯片)的扇出封装或互连桥。
2.典型的半导体集成电路(ic)芯片具有堆叠的层，使得层特征彼此重叠以形成单独的器件并将器件连接在一起。通过在薄半导体晶片上形成芯片阵列来批量生产ic。每个阵列位置被称为裸片并且每个裸片可以容纳多层结构，如ic芯片或用于测试或对准的结构。
3.随着晶体管技术的发展，芯片特征和器件变得越来越小，并且具有典型地远低于一微米(1μm)的最小尺寸。较小的芯片特征和器件允许ic制造商在相同的芯片面积中集成更多的功能。典型的ic可以包括数十亿个晶体管，这些晶体管被布线在一起成为提供芯片功能的电路。ic电路还可以包括微型机器结构，如微型传感器或其他微机电系统(mems)结构。典型的mems结构(例如悬臂和膜形成)已通过在表面布线结构下方堆叠多层级间通孔且在不损坏周围特征的情况下底切表面布线来形成。
4.每个完成的芯片或裸片的表面层通常由用于连接至芯片电源和输入/输出(i/o)信号的可探测片外焊盘填充。在每个裸片上封装更多功能通常意味着在一个(顶部)侧或针对三维(3d)芯片结构在两个(顶部和底部)侧为每个裸片提供更多i/o信号。每个裸片具有用于每个i/o信号的至少一个表面焊盘和多个电源(电源和接地)连接焊盘。当裸片在尺寸上缩小时提供这些i/o信号和电源，因此驱动更严格的片外i/o连接要求，即，越来越密集的i/o焊盘阵列。例如，在现有技术的ic晶片上，每个裸片的表面层可以由几千个连接焊盘填充。为了实现这一点，需要非常紧密地具有小于50微米(＜50μm)的间距的超精细间距焊盘。
5.对于封装中的多个芯片的异构集成，通常期望在层上方结合硅桥结构以提供连接两个或更多个有源裸片的精细间距布线。这种结构可能需要两个不同高度以及可能不同横向尺寸的电互连。一些互连可能需要高纵横比结构(即，大的高度与间距比)。此外，两个不同间距之间可能需要面对面互连。


技术实现要素：

6.本发明的实施例涉及一种柱结构。柱结构包括多个柱。每个柱包括形成在蚀刻到模板晶片中的凹坑中的覆盖材料层、形成在覆盖材料层上的导电插塞、形成在导电插塞上的基底层以及形成在基底层上的附接材料层。柱被垂直地连接在一起以形成柱结构。
7.本发明的其他实施例涉及一种形成柱结构的方法。该方法包括：形成多个柱，通过在蚀刻到模板晶片的凹坑中形成覆盖材料层、在覆盖材料层上形成导电插塞、在导电插塞上形成基底层以及在基底层上形成附接材料层来形成每个柱；以及将所述柱垂直地连接在一起以形成所述柱结构。
8.其他实施例涉及桥接结构。桥接结构包括：衬底；桥接件，形成在衬底上；多个柱堆叠体，形成在衬底上，每个柱堆叠体包括形成在彼此顶部上的多个柱，每个柱包括覆盖材料层、形成在覆盖材料层上的导电插塞、形成在导电插塞上的基底层以及形成在基底层上的附接材料层；以及形成在所述柱堆叠体的顶部上的多个芯片。
9.以上概述并不旨在描述本发明的每个所示实施例或每个实现方式。
附图说明
10.本技术包括的附图被结合到说明书中并且形成说明书的一部分。它们展示了本发明的实施例，并且与说明书一起解释本发明的原理。附图仅说明了某些实施例，而并不限制本发明。
11.图1a是根据实施例的在制造过程的中间阶段在突起位置处凹坑的模板晶片的实例的横截面图。
12.图1b是根据实施例的在制造过程的后续阶段在图1a的模板晶片中形成转移的示例的横截面图。
13.图1c是根据实施例的在制造过程的后续阶段形成图1b的模板晶片的可转移柱的示例的横截面图。
14.图1d是根据实施例的在制造过程的后续阶段在图1c的模板晶片中形成可转移柱的尖端的示例的横截面图。
15.图1e是根据实施例的在制造过程的后续阶段在图1d的模板晶片中形成可转移柱的尖端的示例的横截面图。
16.图1f是根据实施例的可转移柱已附接到物品之后和可转移柱已从模板晶片分离之后的可转移柱的实例的横截面图。
17.图1g是根据实施例的在可转移柱已经从模板晶片分离之后并且在可转移柱的尖端已经被刺入焊球之后的图1f的可转移柱的示例的横截面图。
18.图1h是根据实施例的图1f的可转移柱在已经从模板晶片分离之后并且在可转移柱的尖端已经经受压印过程以形成扁平尖端形状或钩状尖端形状之后的可转移柱的示例的横截面图。
19.图2a为根据实施例的在将可转移柱的尖端插入焊球中之后并且在移除制品之前的图1g的第一完成结构的示例的横截面图。
20.图2b是根据实施例的在去除制品之后图2a所示的第一完成结构的横截面图。
21.图2c是根据实施例的在被转移到被转移的衬底之前的图2b中所示的第一完成结构的横截面图。
22.图2d是根据实施例的在被转移到被转移的衬底之后的包括图2c所示的第一完成结构的柱结构的横截面图。
23.图2e是根据实施例的在被转移到被转移的衬底之前的包括第二完成结构的图2d中所示的柱结构的横截面图。
24.图2f是根据实施例的在被转移到被转移的衬底之后的包括第二完成结构的图2e所示的柱结构的横截面图。
25.图2g是根据实施例的在被转移到被转移的衬底之后的包括第三完成结构的图2f中所示的柱结构的横截面图。
26.图3是根据实施例的图2g中所示的柱结构的示例的横截面图，所述柱结构附接到不同的衬底层配置。
27.图4a是根据实施例的在焊料回流之前的具有厚端子焊料层的柱结构的示例的横
截面图。
28.图4b是根据实施例的在焊料回流之后具有厚端子焊料层的柱结构的实例的横截面图。
29.图5a是根据实施例的包括多个不同柱结构的预模制柱芯片的示例的横截面图。
30.图5b是根据实施例的在柱结构已被转移到临时处理衬底之后的图5a中所示的预模制柱芯片的示例的横截面图。
31.图5c是根据实施例的在柱结构已被转移到临时处理衬底之后以及在释放层和临时处理衬底已被移除之后的图5b所示的预模制芯片的示例的横截面图。
32.图6a是根据实施例的用于包括图5c中所示的预模制柱芯片的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的转移柱结构的示例的横截面图。
33.图6b是根据实施例的用于扇出层叠封装(pop)结构的转移柱结构或者包括图6a的预模制柱芯片的桥接结构在桥已经附接到层压衬底之后的横截面图。
34.图6c是根据实施例的用于包括图6b的预模制柱芯片的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的转移柱结构的横截面图，其中预模制柱芯片被带入层压衬底的表面附近。
35.图6d是根据实施例的包括在预模制柱芯片已附接到层压衬底之后的图6c的预模制柱芯片的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的转移柱结构的横截面图。
36.图6e是根据实施例的在平面化工艺之后并且在添加芯片之后的用于包括图6d的预模制柱芯片的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的转移柱结构的横截面图。
37.图7a是根据实施例的用于包括在插入之后模制的柱结构的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的转移柱结构的示例的横截面图。
38.图7b是包括形成在垂直柱结构之间的间隙空间中的模制层的图7a的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的横截面图。
39.图7c是图7b的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的横截面图，其中，柱状结构使用cmp工艺平坦化。
40.图7d是根据实施例的在去除层压衬底之后的图7c的转移柱结构的示例的横截面图。
41.图8a是根据实施例的用于包括插入到预成型的b阶段底部填料/热塑模制化合物中的柱结构的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的转移柱结构的示例的横截面图。
42.图8b是根据实施例的被插入模制化合物层中的图8a的器件的柱结构的横截面图。
43.图8c是图8b的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的横截面图，其中，柱状结构使用cmp工艺平坦化。
44.应当理解，为了简单和清晰，附图中的元件被示出。为了简化和帮助理解所示实施例，在商业上可行的实施例中可能有用或必需的很好理解的元件可能未被示出。
具体实施方式
45.本发明描述可结合扇出结构或互连桥使用的柱结构。具体来说，本发明描述一种包括多个柱的柱结构。每个柱包括形成在蚀刻到模板晶片中的凹坑中的覆盖材料层、形成在覆盖材料层上的导电插塞、形成在导电插塞上的基底层以及形成在基底层上的附接材料层。柱被垂直地连接在一起以形成柱结构。柱可堆叠在彼此的顶部上以形成柱结构的所要
总高度，且柱结构可用于扇出结构或互连桥中。
46.本文参考相关附图描述本发明的各种实施例。在不背离本发明的范围的情况下，可设计可替换的实施方式。要注意的是，在以下描述和附图中，在元件之间阐述了各种连接和位置关系(例如，上方、下方、相邻等)。除非另有规定，否则这些连接和/或位置关系可以是直接或间接的，并且本公开不旨在限制该方面。因此，实体的连接可以指直接的或间接的连接，并且实体之间的位置关系可以是直接的或间接的位置关系。作为间接位置关系的实例，在本说明书中提及在层“b”上形成层“a”包括其中一个或多个中间层(例如，层“c”)在层“a”和层“b”之间的情况，只要中间层基本上不改变层“a”和层“b”的相关特征和功能。
47.以下定义和缩写将用于解释权利要求书和说明书。如在此使用的，术语“包括”、“包含”、“具有”、或“含有”或其任何其他变体旨在涵盖非排他性的包括。例如，包含一系列要素的组合物、混合物、工艺、方法、物品或设备不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的或这种组合物、混合物、工艺、方法、物品或设备固有的其他要素。
48.出于下文描述的目的，术语“上”、“下”、“右”、“左”、“竖直”、“水平”、“顶部”、“底部”及其派生词将涉及如图中定向的所描述的结构和方法。术语“覆盖”、“顶部”、“在顶部”、“定位在
…
上”或“定位在
…
顶部”是指第一元件(如第一结构)存在于第二元件(如第二结构)上，其中中间元件(如界面结构)可以存在于第一元件与第二元件之间。术语“直接接触”是指诸如第一结构的第一元件和诸如第二结构的第二元件在两个元件的界面处没有任何中间导电、绝缘或半导体层的情况下连接。应注意，术语“选择性”，诸如，“第一元件选择性用于第二元件”是指可以蚀刻第一元件，并且第二元件可以充当蚀刻止挡件。
49.为了简洁起见，在此可以或可以不详细描述与半导体器件和集成电路(ic)制造相关的常规技术。此外，本文描述的各种任务和过程步骤可以并入具有本文未详细描述的附加步骤或功能的更全面的程序或过程中。特别地，半导体器件和基于半导体的ic的制造中的各步骤是公知的，因此，为了简洁起见，许多常规步骤将仅在本文中简要提及，或将完全省略，而不提供公知的工艺细节。
50.一般而言，用于形成将被封装成ic的微芯片的各种工艺落入四个一般类别，即，膜沉积、去除/蚀刻、半导体掺杂和图案化/光刻。
51.沉积是将材料生长、涂覆或以其他方式转移到晶片上的任何工艺。可用的技术包括物理气相沉积(pvd)、化学气相沉积(cvd)、电化学沉积(ecd)、分子束外延(mbe)以及最近的原子层沉积(ald)等。另一沉积技术为等离子体增强化学气相沉积(pecvd)，其为使用等离子体内的能量以在晶片表面处引发反应的工艺，否则反应将需要与常规cvd相关联的较高温度。在pecvd沉积期间的能量离子轰击还可改善膜的电性能和机械性能。
52.去除/蚀刻是从晶片去除材料的任何工艺。实例包括蚀刻工艺(湿法或干法)、化学机械平坦化(cmp)等。去除工艺的一个实例是离子束蚀刻(ibe)。通常，ibe(或铣削)指的是干法等离子体蚀刻方法，该方法利用远程宽束离子/等离子体源通过物理惰性气体和/或化学反应气体装置来去除衬底材料。与其他干法等离子体蚀刻技术类似，ibe具有诸如蚀刻速率、各向异性、选择性、均匀性、深宽比、和基板损伤的最小化之类的益处。干法移除工艺的另一实例为反应离子蚀刻(rie)。通常，rie使用化学反应等离子体来去除沉积在晶片上的材料。利用rie，在低压(真空)下通过电磁场产生等离子体。来自rie等离子体的高能离子攻击晶片表面并与其反应以去除材料。
53.半导体掺杂是通过掺杂(例如，晶体管源极和漏极)、通常通过扩散和/或通过离子注入来改变电性质。这些掺杂工艺之后是炉退火或快速热退火(“rta”)。退火用于活化注入的掺杂剂。导体(例如，多晶硅、铝、铜等)和绝缘体(例如，各种形式的二氧化硅、氮化硅等)的膜用于连接和隔离晶体管及其部件。半导体衬底的各个区域的选择性掺杂允许衬底的导电性随着电压的施加而改变。通过创建这些不同部件的结构，数百万个晶体管可以被构建并且被布线在一起以形成现代微电子器件的复杂电路。
54.半导体光刻是在半导体衬底上形成三维浮雕图像或图案以用于随后将图案转移到衬底。在半导体光刻中，图案由被称为光致抗蚀剂的光敏聚合物形成。为了构建构成晶体管的复杂结构和连接电路的数百万晶体管的许多导线，光刻和蚀刻图案转移步骤重复多次。将印刷在晶片上的每个图案与先前形成的图案对准，并且逐渐建立导体、绝缘体和选择性掺杂区以形成最终器件。
55.现在转向与本发明的各方面更具体地相关的技术的概述，有两种方法来创建高(即，高纵横比)互连，每种方法具有某些缺点。这些方法之一是使用对于球体以高宽比＝1滴过筛并焊接的cu球。这些方法中的另一个是使用电镀cu柱，通常电镀在裸片上。在该第二种方法中，柱高度与宽度的纵横比为至多2：1至3：1。在该第二种方法中，存在通过图案化的湿膜掩模或干膜掩模的电镀的基本限制。
56.本实施例提供使用释放工艺将电镀柱结构从另一衬底转移到裸片。选定区域转移将柱仅放置在所需区域中。此外，在某些实施例中，选择性转移所需的区域是包含捕获垫的区域。换言之，柱将仅在存在对应的捕捉垫时才被转移。此外，可使用倒装芯片接合工艺来进行多次转移，以产生具有精确光刻控制高度的高纵横比结构。高度可以通过在定位模式下使用倒装芯片焊接机来控制。此外，高度可以通过使多个尖端充当“止挡件”与散布的焊料层来控制。
57.对于封装中的多个芯片的异构集成，通常期望在层上方结合硅桥接结构以提供连接两个或更多个有源裸片的精细间距布线。这种结构可能需要两个不同高度以及可能不同横向尺寸的电互连。一些互连可能需要高纵横比结构，即，大的高度与间距比。两个不同间距之间可能需要面对面互连。考虑到构造具有互连桥(其对于每个芯片可能需要不同的间距和高度考虑)的封装的这些挑战，本发明的实施例使用可转移的柱结构来实现柱特征尺寸的精确调谐，以创建桥接结构的偏移。
58.本实施例利用可转移柱方法在单独衬底上产生柱结构，并且选择性地将所述结构转移到所需封装，以形成扇出封装或桥接结构中的芯片的偏移。可以重复执行该过程以进一步增加总柱结构高度，而不受纵横比的限制。
59.现在参考附图，并且首先参考图1a，该图是根据实施例的在制造过程的中间阶段在突起位置处凹陷的模板晶片的实例的横截面图。下面的某些步骤包括制造过程中的电化学镀敷步骤。如图1a所示，模板晶片100在至少一个突出位置103(还参见图1b)形成凹坑105并且用涂覆每个凹坑105的低粘附表面层或晶种层102覆盖。应当理解，虽然在图1a中示出了单个凹坑105，但是模板晶片100可以包括多个凹坑105。涂覆的凹坑105提供了非平面的表面，该表面在每个凹坑105中引起局部电流拥挤，这有助于在凹坑105中成核而没有电流稳定性的风险，因为锚定效应允许连续的电流供应。此外，凹坑105空腔提供流体边界层，该流体边界层通过扩散而不是整体流动提供质量传递，并且该流体边界层防止浴搅拌无意地
脱离成核。此外，当在模板晶片100上电镀连续膜时，晶种层102与下层结构(凹坑105)协作锚定膜以防止分层，同时提供用于连续沉积的稳定、均匀的电流。由于核附着于晶种层102，并且晶种层102附着于凹坑105和其间的水平表面，因此电镀溶液保持相对无颗粒污染。凹坑105允许随后电镀的水平膜膨胀以释放应力。最后，形成模板晶片100的受应力材料促进较厚的无断裂电镀，从而在电镀空腔的金属中以及通过在相邻凹坑105之间的平坦部分上的膜分层而释放应力。此外，模板晶片100可被刷新并重新用于制造突起和将突起附接到附加制品。
60.在某些实施例中，模板晶片100是具有棱柱形、圆锥形、圆柱形或金字塔形凹坑105的硅晶片。在这个实例中，凹坑105具有倒金字塔形状，该倒金字塔形状具有正方形基底和等边三角形的边101。为了使50微米(50μm)或以下的微-c4的球栅阵列(bga)或微柱阵列撞击ic芯片，或者为了形成这种晶片的测试探针，凹坑105为1-25μm深，优选8μm深，表面对角线/直径为1-50μm，例如14μm。可以使用任何公知的半导体图案和蚀刻工艺来形成凹坑105，例如，用于深或浅沟槽隔离(sti)中的沟槽形成。可以使用任何合适的湿法或干法蚀刻。例如，使用四甲基氢氧化铵(tmah或tmaoh)的各向异性湿法蚀刻在模板晶片100的表面中蚀刻金字塔形凹坑105。在另一实例中，koh可以用于湿蚀刻。进一步，由于可以使用众所周知的图案和蚀刻来形成凹坑105，所以取决于所选择的特定技术特征，凹坑105可以向下缩放到任何尺寸和任何间距。
61.晶种层102覆盖每个凹坑105，并且在某些实施例中，晶种层102具有作为金属层的多个子层(图1a中未示出)。在一个示例中，作为第一子层，晶种层102包括直接形成在硅模板晶片100上的基底层(例如，钛)，以确保与模板晶片100(例如，硅衬底)的良好粘附性。在此实例中，作为第二子层，晶种层102包括高导电层(未示出)，例如铜(cu)、银(ag)或金(au)，其形成于基底层上以确保均匀的电流分布且在电镀期间维持电流稳定性。在此实例中，作为第三子层，晶种层102包括形成在高导电层上的籽晶材料(例如，ti)的表面层(未示出)。在ti表面层上形成的原生氧化物(未示出)确保与ti表面层的足够低的粘附力，以允许随后以相对低的力分离电镀材料。
62.在此实例中，表面非线性或其他表面粗糙度(凹坑)促进电镀成核，在电镀期间维持随后电镀的金属对模板晶片的粘附，其中足够低的粘附以相对低的力释放电镀。其他合适的籽晶材料可包括例如不锈钢和铬(cr)。同样，晶种层102可以是单个金属层(例如，如图1a所示)，如果该层充分粘附至模板晶片100并且提供充分均匀的电流分布的话。
63.现在参见图1b，该图是根据各实施例的在制造过程的后续阶段在图1a的模板晶片100中形成可转移柱的示例的横截面图。在某些实施例中，如图1b所示，每个可转移柱包括形成硬尖端盖的覆盖材料层(或硬覆盖层106)，在模板晶片100上形成牺牲层104并对牺牲层104进行图案化之后，覆盖材料层电镀至晶种层102。图案化牺牲层104界定在每一凹坑105上方的突出位置103，所述突出位置103涂覆有晶种层102。或者，在多尖头尖端实施例中，每个可转移柱形成于多个凹坑105上方，其中凹坑105之间的表面不被图案化的牺牲层104中断，并且随后在凹坑105处和其间均匀地发生电镀。在该单尖头尖端实例中，硬覆盖层106仅在突出位置103处覆盖晶种层102，并且完全形成凹坑105的衬。在某些实施例中，硬覆盖层106的覆盖材料是电镀至例如1-30μm、优选地5μm的厚度的镍(ni)、钴(co)、铁(fe)、金(au)或适合的难熔金属或其合金。
64.现在参见图1c，该图是根据各实施例的在制造过程的后续阶段在图1b的模板晶片100中形成可转移柱150的示例的横截面图。如图1c所示，导电插塞108(例如，铜)被镀至硬覆盖层120，从而使得镀铜导电插塞108具有例如1-100μm、优选地10μm的最小厚度。接下来，将基底层110(优选镍)电镀至导电插塞108。接下来，将例如金的中间层112施加到基底层110。在某些实施例中，可以省略中间层112。然后，附接材料114(优选地，无铅焊料，诸如锡/银(sn/ag)焊料)被电镀至基底层中间层112。在本实施例中，所述基底层110的厚度为0.5-3μm，优选为2μm；所述附接材料114的厚度为1-100μm，优选为10μm。而且，在该示例中，倒置的金属突起或可转移柱150(即，覆盖层106、导电插塞108、基底层110、中间层112和附接材料114)完全填充每个凹坑105(参见图1b)。在图1b所示的示例中，导电插塞108被示为仅部分地填充(或平坦化)凹坑105(即，在导电插塞108的顶部存在仍具有凹坑105的形状的小部分)。然而，应当理解，在其他实例中，导电插塞108的足够材料用于完全填充凹坑105。
65.现在参见图1d，该图是根据各实施例的在制造过程的后续阶段在图1c的模板晶片100中形成可转移柱150的示例的横截面图。如图1d所示，通过任何典型的湿法剥离、冲洗和干法工艺去除图案化牺牲层104。这个移除步骤暴露了图1d中的倒置的可转移柱150。即使粘着性相对较低，但仍存在足够的粘着性以在剥离图案化牺牲层104的抗蚀剂材料时将特征(即，倒置的可转移柱150)固持在适当位置。
66.现在参见图1e，该图是根据实施例的在制造过程的后续阶段在图1d的模板晶片100中形成可转移柱150的示例的横截面图。如图1e所示，可转移柱150相对于图1所示的透视图倒置，并移动到附接至物品116的位置中。在某些实施例中，物品116(或转移衬底)可以是陶瓷、硅或有机衬底，如图1e所示。在其他实施例中，如果制品116是临时载体，则该制品可以是玻璃。在该实例中，焊盘151是分层的焊盘，其包括形成在物品116上的基底层118(优选为铜)、形成在基底层118上的界面层120(优选为镍)以及形成在界面层120上的抗氧化层122(优选为金)。尽管参考焊接来描述，但任何合适的附接方法(例如，胶合)可用于将可转移柱150附接到焊盘151。
67.现在参见图1f，该图是根据实施例的可转移柱150在已经附接到物品116之后和在可转移柱150已经从模板晶片100分离之后的示例的横截面图。如图1f所示，暴露的金属突出部(即，可转移柱150)附接至物品116，例如，其通过回流基于焊料的附接材料114而焊接至物品116上的焊盘151。一旦可转移柱150附接到焊盘151，则使用非常小的力来撬开或拉出模板晶片100，模板晶片100与完成的转移柱152(即，可转移柱150和焊盘151)(其也可以被称为转移柱)分离。此外，因为转移柱152可以被光刻地限定，所以多个转移柱152可以被非常精细地倾斜(pitched)，并且它们可以被形成在非常均匀的高度处。
68.现参考图1g，该图是根据实施例的在已经从模板晶片100分离转移柱152之后并且在转移柱152的尖端已经刺入焊球126之后的转移柱152的实例的横截面图。应当理解，在本文描述的若干实施例中，转移柱152的尖端是尖的或尖锐的。然而，在其他实施例中，转移柱152的尖端不一定具有尖锐的轮廓。此外，虽然在图1a-1g的示例实施例中的转移柱152的尖端具有四边棱锥形状，但是可以利用其他合适的形状(例如，圆锥形状、或平坦形状)。如图1g所示，焊料衬底124设置有形成在其上的焊球126。随着物品116移动得更靠近焊料衬底124，转移柱152的尖端部分地(或完全地)嵌入到焊球中。在某些实施例中，可以加热焊球126以软化球(即，没有完全熔化或回流焊料)，这可以允许转移柱152的尖端进入焊球126中
的穿透量的增加。在某些实施例中，在插入转移柱152的尖端之后，在焊球126与转移柱152之间存在机械互锁，这可以帮助阻止转移柱152与焊球126的任何后续分离。在某些实施例中，在转移柱152的尖端已经插入到焊球126中之后，移除物品116(即，图1g中的上衬底)，在焊料衬底124上留下完成结构153(即，转移柱152和焊球126)。如下文进一步详细描述，多个这些完成结构153可堆叠在彼此的顶部上以形成具有所要总高度的柱。此外，多个不同柱可形成有不同数目的堆叠的完成结构153，从而产生具有不同总高度的柱。因此，通过具有不同高度的柱，这可以实现两个或更多个不同高度的电互连。如上所述，通常期望在层压片上方结合硅桥接结构以提供连接两个或更多个有源裸片的细间距布线，并且这种结构可能需要不同高度的电互连。包括本发明实施例的一个或多个完成结构153的柱可以适应这些不同的高度。
69.现在参见图1h，该图是根据实施例的在图1f的转移柱152已经从模板晶片100分离之后并且在转移柱152的尖端已经被压铸(或变形)以形成钩形之后的转移柱152的示例的横截面视图。如图1h所示，转移柱152被推到变形衬底180上，直到转移柱152的尖端稍微变形(即，压印操作)或变平。在某些实例中，这种压印工艺导致转移柱152的顶部的稍微钩的形状，并且这有助于焊球126与转移柱152之间的机械互锁。
70.在本文所述的各种实施例中，完成的转移柱152被用在许多不同的堆叠配置中(即，其中包括转移柱152和焊球126的多个完成结构153堆叠在彼此的顶部上)，以实现许多不同的扇出能力和配置。即，转移柱152的完成结构(或多个完成结构153的堆叠体)可用作能够实现这些不同扇出配置的间隔件。换言之，完成结构153可建立到不同的高度以适应不同的扇出。虽然图1a-1h的示例示出了转移柱152上的单个尖端，但应当理解的是，转移柱152可以包括多个不同的尖端(例如，如图2a中所示的两个尖端)以防止或最小化柱的倾斜。换言之，具有两个或更多个尖端的转移柱152与这些尖端接触的任何表面具有多个接触点，并且这些多个尖端为高纵横比柱提供竖直稳定性的某个措施。应当理解，一个转移柱152本身可具有用作探针的能力，但是在本实施例中，完成结构153用作间隔件(或互连柱)或类似于非常精细间距的光刻形成的针栅阵列的导电结构。
71.现在参见图2a-2g，并且最初参见图2a，该图是根据实施例的图1g的第一完成结构153-1(即，转移柱152和焊球126)的在转移柱152的尖端插入到焊球126中之后并且在物品116被移除之前的示例的横截面图。为了便于说明，转移柱152未被描绘为具有以上关于图1a-1g所描述的所有组件层。如图2b所示，移除物品116，留下焊料衬底124上的第一完成结构153-1。
72.现在参见图2c，该图是在被转移到转移衬底200(例如，器件管芯的衬底)之前的图2b中示出的第一完成结构153-1的示例的横截面图。如图2c所示，转移基板200设置有例如铜层202和焊料层204。焊料衬底124被定位成使得形成在其上的第一完成结构153-1靠近转移衬底200的焊料层204。
73.如图2d所示，焊料衬底124移动得更靠近转移衬底200，使得转移柱152与焊料层204接触。然后，焊料层204被回流以将转移柱152与转移衬底200的铜层202连接。
74.在某些实施例中，作为将可转移柱150从模板晶片100转移至物品116(例如，其中物品可以是陶瓷、硅、或有机衬底)的过程的替代方案(如图1f所示)，并且然后从物品116转移至焊料衬底124(如图2b所示)，并且然后从焊料衬底124转移至转移衬底200(如图2c所
示)，可转移柱150可以直接接合在转移衬底200上。即，在某些实施例中，可转移柱150可以在不使用焊料衬底的情况下转移。换句话说，可存在任何适当数目的不同类型的方式来将可转移柱150转移到最终目的地衬底。此外，在其他实施例中，应当理解，可转移柱150的尖头尖端可以到达其最终目的地衬底，其中尖端在向上方向或向下方向上定向。即，尖端可以面向上或向下的方向。
75.现在参见图2e，该图是第二完成结构153-2在被转移到图2d所示的转移衬底200之前的示例的横截面图。应当理解，第二完成结构153-2可以以与第一完成结构153-1完全相同的方式(或不同的方式)形成并且具有与第一完成结构153-1完全相同的结构(或不同的结构)。例如，在图1f中示出的转移柱152从模板晶片100(例如，对于第一完成结构153-1)移除之后，模板晶片100可按与以上关于图1a-1f讨论的相同的方式再使用以形成第二完成结构153-2的转移柱152。如图2e所示，使第二完成结构153-2的转移柱152与先前转移的第一完成结构153-1的焊球126接近。
76.如图2f所示，在第二完成结构153-2的转移柱152与第一完成结构153-1的焊球126接触之后，然后第一完成结构153-1的焊球126回流以连接第二完成结构153-2的转移柱152与第一完成结构153-1的转移柱152。在某些实施例中，第一完成结构153-1的转移柱152的尖端(即，金字塔形尖端的顶点)被足够深地掩埋在第一完成结构153-1的焊球中，使得它们与第二完成结构153-2的转移柱152接触。换言之，第一完成结构153-1的焊球126的回流后高度h与第一完成结构153-1的转移柱152的锥形尖端的高度相同。因此，如果尖端接触，则可以实现整体柱结构的良好控制的高度。然而，应当理解，即使尖端不接触，也可由本领域技术人员已知的倒装芯片接合器控制高度。
77.现在参考图2g，该图是在被转移至图2d中所示的转移衬底200之后的第三完成结构153-3的转移柱的示例的横截面图。应当理解，第二完成结构153-3可以以与第一完成结构153-1和第二完成结构153-2完全相同的方式(或不同的方式)形成并且具有与第一完成结构153-1和第二完成结构153-2完全相同的结构(或不同的结构)。尽管图2g中所示的第三完成结构153-3被示出为没有添加焊球126，但应当理解的是，在其它示例中可具有焊球。因此，如图2g中所示，非常高的(即，高纵横比)柱结构250由三个单独的完成结构的组合形成。应当理解，组合完成的结构的这个过程可以重复任何合适的次数，以获得用于特定应用的期望高度的柱结构250。应当理解，焊料回流操作可以在柱的每个单独的转移之后执行(即，对于每个连续的柱转移水平可能需要焊料层次结构，诸如不同的焊料成分)，或者在已经形成整个多柱结构之后执行。该组合回流操作可以在临时载体基板上进行，或者在最终的目标衬底上进行。
78.此外，在某些实施例中，可如上所述形成可转移柱150，其中可转移柱150被转移到临时载体，然后堆叠在临时载体上，然后从临时载体转移到器件晶片，并且然后焊料回流。
79.现在参见图3，该图是根据实施例的附连到不同衬底层配置的柱结构250的示例的横截面图。如图3所示，柱结构250经由不同的铜层和焊料层配置附接至转移衬底200。与图2c中所示的实施例(其中为柱结构250中的每一者提供单个铜层202和单个焊料层204)相比，在图3中所示的此实施例中，为柱结构中的每一者提供多个铜层300和焊料层302。在其他方面，柱结构250具有与上面参照图2g描述的构造相同的构造。
80.在某些实施例中，柱的堆叠体(即，柱结构250)可能已经附接到层压衬底(例如，图
6a中所示的层压衬底600)，并且随后转移衬底200可接合到它。以此方式，转移衬底200与柱结构250的组合将永远不会不具有层压体。
81.现在参考图4a，该图是根据实施例的在焊料回流之前具有厚端子焊料层400的柱结构450的示例的横截面图。
82.现在参考图4b，该图是根据实施例的在焊料回流之后具有厚端子焊料层400的图4a的柱结构450的示例的横截面图。
83.现在参见图5a-5c并且最初参见图5a，根据实施例的包括多个不同柱结构550的预模制柱芯片506的示例。如图5a所示，多个柱结构550(例如，图2g或图3所示的柱结构250，或图4b所示的柱结构450)设置在模板晶片100上并且将被转移到临时操作衬底500。释放层502可以形成在临时操作衬底500上以允许柱结构550随后从临时操作衬底500释放。
84.现在参照图5b，根据实施例，示出了在柱结构550已经转移至临时操作衬底500之后的图5a中示出的预模制柱芯片506的示例。如图5b所示，模板晶片100已被移除，并且模制化合物层552围绕柱结构550形成。
85.现在参考图5c，示出了根据实施例的在柱结构550已经转移到临时操作衬底500之后并且在释放层502和临时操作衬底500已经去除之后的图5b中示出的预模制芯片506的示例。在某些实施例中，临时操作衬底500可在转移至层压衬底的过程中保持附接，以实现预模制柱(例如，图6a中示出的层压衬底600)的晶片级转移过程。如图5c所示，释放层502和临时操作衬底500已被移除，留下包括多个柱结构550的预模制芯片506。在某些实施例中，可以通过平坦化工艺(例如，cmp)去除位于最上部的转移柱152的尖端(图5c中未示出)，使得存在预模制柱芯片506的平坦上表面。即，转移柱152的尖锐金字塔形尖端对于多个不同的转移柱152的转移和堆叠是有用的，但在位于最上部的转移柱152上不是有用的。
86.现在参见图6a-6e，并且最初参见图6a，示出了根据各实施例的包括图5c中所示的预模制柱芯片的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的转移柱结构的示例。如图6a所示，提供层压衬底600。桥接件602利用裸片附接膜(daf)604附接到层压衬底600。如图6a所示，桥接件602可以使用附接至桥接件602的顶部表面的层压衬底600(或桥接件操作衬底)附接，其在附接桥接件602之后被移除。因此，通过在图6a中示出的箭头方向上移动桥接件602，桥接件602附接至层压衬底600的顶侧。层压铜层606和层压焊料凸块608形成在层压衬底600的各个部分上。这些层压铜层606和层压焊料凸块608的位置对应于柱结构550在待附接的预模制柱芯片506内的位置，如下文进一步详细讨论的。
87.现在参见图6b，根据实施例示出了在桥接件602已经附接到层压衬底600之后的包括图6a的预模制柱芯片506的桥接结构或者扇出层叠封装(pop)结构的转移柱结构。如图6b所示，在桥接件602已经通过daf 604附接至层压衬底600之后，从桥接件602的顶部表面移除层压衬底600(或桥接件操作衬底)。
88.现在参见图6c，示出了根据各实施例的包括图6b的预模制柱芯片506的桥接结构或扇出层叠封装(pop)结构的转移柱结构，其中预模制柱芯片506被带到层压衬底600的表面附近。如图6c所示，预模制柱芯片506被带入层压衬底600附近。如以上所讨论的，预模制柱芯片506可被设计成使得各个柱结构550的位置对应于层压铜层606和层压焊料凸块608的位置。
89.现在参见图6d，示出了根据各实施例的包括图6c的预模制柱芯片506的桥接结构
或扇出层叠封装(pop)结构的转移柱结构，在预模制柱芯片506已经附接至层压衬底600之后。如图6d所示，使预模制柱状芯片506与层压焊料凸块608接触，使得柱结构550的位置与层压焊料凸块608的位置相同。在某些实施例中，层压焊料凸块608可被加热或回流以将预模制柱芯片506贴附到层压衬底600。如以上所讨论的，应当理解，预模制柱芯片506可包含堆叠在彼此顶部上的一个或多个完成结构153(见图2g)，使得柱结构550的总高度通常对应于桥接件602的上表面。因此，在存在具有不同高度的多个桥接件602的程度上，不同的预模制柱芯片506可被设计成具有适当数量的完成结构153，使得相应柱结构550的高度对应于不同的桥接件602高度。然后，添加底部填充层610(或模制化合物)以填充相邻层压焊料凸块608之间以及桥接件602和预模制柱芯片506之间的任何间隙。如图6d中所示，在某些实施例中，一定量的底部填充层610也可被添加在预模制柱芯片506和桥接件602的顶部上。
90.现在参见图6e，示出了根据实施例的在平坦化工艺之后并且在添加芯片之后的、包括图6d的预模制柱芯片506的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的转移柱结构。如图6e所示，柱结构550的尖端的尖表面使用cmp工艺(或其他合适的材料去除工艺)来平坦化。由此，在平坦化步骤之后，整个预模制柱芯片506的顶表面处于与桥接件602的顶表面相同的高度处。在某些实施例中，桥接结构可能需要用于平坦化的某种类型的保护膜以停止在其上，该保护膜可以稍后被蚀刻掉，等等。在这些实施例中，这种保护膜的使用可以取决于是否形成重分布层(rdl)或焊盘等。在某些实施例中，在结构的平坦化之后，可以实施可选的再分布层(rdl)、焊盘或凸起工艺。在图6e所示的示例中，形成凸块612。凸块612的位置可对应于柱结构550上和桥接件602上的某些电触点。第一芯片616和第二芯片618可以通过任何合适的方法附接至整体结构。在某些示例中，可以添加底部填充层614以填充凸块612周围的空隙空间。在某些示例中，可以在芯片616、618之间的位置添加模制层620。在某些实施例中，可以使用多个底部填充，使得由于凸块间距的差异等，在桥接区域中相对于桥接区域外部可能存在不同的底部填充。
91.现在参见图7a-7d，并且最初参见图7a，示出了根据各实施例的包括在插入之后模制的柱结构550(例如，图2g所示的柱结构250)的扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的转移柱结构的示例。如图7a所示，柱结构550与层压焊料凸块608接触，直到柱结构的暴露尖端(例如，金字塔形尖端)以上述方式刺入焊料凸块608中。与上文关于图6a-6e描述的实施例相比，此实施例中的柱结构550未嵌入(或预先形成在)模制芯片结构中。因此，在这个阶段，在焊料凸块608回流之后，高纵横比柱结构550在移除转移衬底(图7a中未示出)之后是独立结构。应注意，与关于图6a-6e描述的实施例(其中柱结构550的尖端被定向在柱结构的顶侧(即，远离底层衬底))相反，在图7c中，柱结构550的尖端被定向在柱结构550的底侧。就此而言，应了解，取决于柱结构的转移或形成过程的性质，对装置的操作并不关键的是，柱结构的尖端形成于哪一侧上。
92.现在参见图7b，该图示出了在垂直柱结构550之间的间隙空间中形成的模制层706。
93.如图7c所示，柱结构550使用cmp工艺(或其他合适的材料去除工艺)被平坦化。因此，在平坦化步骤之后，整个柱结构550的顶表面与桥接件602的顶表面处于相同高度。在某些实施例中，在结构的平坦化之后，可以实施可选的再分布层(rdl)、焊盘或凸起工艺。在图7c所示的示例中，形成凸块612。凸块612的位置可对应于柱结构550上和桥接件602上的某
些电触点。第一芯片616和第二芯片618可以通过任何合适的方法附接至整体结构。在某些示例中，可以添加底部填充层614以填充凸块612周围的空隙空间。在某些示例中，可以在芯片616、618之间的位置添加模制层620。
94.现参考图7d，示出了根据实施例的在去除层压衬底600之后的图7c的转移柱结构的示例。如图7d所示，已经移除层压衬底600(或者载体或临时衬底)，并且已经添加各种互连凸块750。应当理解，(尽管未在图7d中示出)可以添加任何合适数量或各种互连特征以将互连凸块750电连接至桥接件602和不同的柱状结构550。
95.现在参见图8a-8c，并且最初参见图8a，示出了根据实施例的用于扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构的转移柱结构的示例，该扇出层叠封装(pop)结构或桥接结构包括插入到预成型的b阶段底部填料/热塑模制化合物中的柱结构550(例如，图2g中所示的柱结构250)。如图8a所示，在层压铜层606、层压焊料凸块608、daf 604和桥接件602上方和周围的层压衬底600之上形成模制化合物层806(或b阶段底部填料)。在某些示例中，模制化合物层806形成为高于桥接件602的顶表面的高度。
96.现在参见图8b，该图示出了在箭头方向上插入到模制化合物层806中的柱结构550(其附接到临时转移衬底808)。如在上文所描述的其他实施例中，高柱可以利用单个或多堆叠的转移柱来形成并且插入到具有高填料含量的该b级底部填料(或模制化合物层806)中。
97.如图8c所示，柱结构550使用cmp工艺(或其他合适的材料去除工艺)被平坦化。因此，在平坦化步骤之后，整个柱结构550的顶表面与桥接件602的顶表面处于相同高度。在某些实施例中，在结构的平坦化之后，可以实施可选的再分布层(rdl)、焊盘或凸起工艺。在图7c所示的示例中，形成凸块612。凸块612的位置可对应于柱结构550上和桥接件602上的某些电触点。第一芯片616和第二芯片618可以通过任何合适的方法附接至整体结构。在某些示例中，可以添加底部填充层614以填充凸块612周围的空隙空间。在某些示例中，可以在芯片616、618之间的位置添加模制层620。
98.在某些实施例中，可在可转移柱堆叠体上执行电测试以确保焊料回流操作成功，且柱结构是导电的。取决于如何制造柱结构，电测试可以进行一次或多次，并且该测试可以在焊料回流之前或之后进行。
99.由此，本实施例利用可转移柱方法来在分离的衬底上产生柱结构，并且选择性地将所述结构转移到期望的封装，以形成扇出封装或桥接结构中的芯片的偏移。可以重复执行该过程以进一步增加总柱结构高度，而不受纵横比的限制。
100.已经出于说明的目的呈现了不同实施例的描述，并且这些描述并非旨在是详尽的或限于所披露的实施例。在不脱离所描述的实施例的范围的情况下，许多修改和变化对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。这里使用的术语被选择来最好地解释实施例的原理、实际应用或对在市场中找到的技术的技术改进，或者使得本领域普通技术人员能够理解这里公开的实施例。
101.在本发明的实施例中，提供了一种桥接结构，包括：衬底；桥接件，形成在衬底上；至少一个柱，每个柱包括覆盖材料层、形成在覆盖材料层上的导电插塞、形成在导电插塞上的基底层、以及形成在基底层上的附接材料层；以及至少一个芯片，形成在所述至少一个柱的顶部上。该柱可以具有尖头尖端。

技术特征：
1.一种形成柱结构的方法，所述方法包括：形成多个柱，每个柱由以下各项形成：在被蚀刻到模板晶片的凹坑中形成覆盖材料层，在所述覆盖材料层上形成导电插塞，在所述导电插塞上形成基底层，以及在所述基底层上形成附接材料层；以及将所述柱垂直地连接在一起以形成所述柱结构。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述附接材料层是焊料材料。3.根据权利要求1所述的方法，其中，将所述柱垂直地连接在一起包括：提供转移衬底；将所述柱中的第一个柱附接到所述转移衬底；从所述柱中的所述第一个柱移除第一模板晶片；将所述柱中的第二个柱附接至所述柱中的所述第一个柱；以及从所述柱中的所述第二个柱移除第二模板晶片。4.根据权利要求3所述的方法，所述方法进一步包括为所述多个柱中的每一个柱回流所述附接材料。5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括将所述柱结构嵌入到预模制芯片中。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柱中的每一个均包括与形成在所述模板晶片中的所述凹坑的形状对应的尖端。7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述尖端具有锥形或金字塔形。8.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：将多个所述柱结构附接至扇出pop结构或桥接结构；以及提供填充层以填充所述柱结构之间的空间。9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述柱结构中的第一个包括第一数量的柱，并且所述柱结构中的第二个包括与所述第一数量的柱不同的第二数量的柱。10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述柱中的每一个具有对应于所述凹坑的形状的尖头尖端，所述方法进一步包括使所述尖头尖端变形。11.一种柱结构，包括：多个柱，每个柱包括：形成在被蚀刻到模板晶片中的凹坑中的覆盖材料层，导电插塞，形成在所述覆盖材料层上，基底层，形成在所述导电插塞上，以及附接材料层，形成在所述基底层上；以及其中，所述柱被垂直地连接在一起以形成所述柱结构。12.根据权利要求11所述的柱结构，其中，所述附接材料层是焊料材料。13.根据权利要求11所述的柱结构，其中，所述柱结构被嵌入在预模制芯片中。14.根据权利要求11所述的柱结构，其中，所述柱中的每一个均包括与形成在所述模板晶片中的所述凹坑的形状对应的尖端。15.根据权利要求14所述的柱结构，其中，所述尖端具有锥形或金字塔形形状。
16.根据权利要求11所述的柱结构，其中，所述柱结构被形成为扇出pop结构或桥接结构，并且其中，模制层被形成为填充所述柱结构之间的空间。17.根据权利要求16所述的柱结构，其中，所述柱结构中的第一个包括第一数量的柱，并且所述柱结构中的第二个包括与所述第一数量的柱不同的第二数量的柱。18.根据权利要求11所述的柱结构，其中，每个所述柱具有与所述凹坑的形状对应的尖头尖端，并且其中，所述尖头尖端变形。

技术总结
提供了一种柱结构。柱结构包括多个柱。每个柱包括形成在蚀刻到模板晶片中的凹坑中的覆盖材料层、形成在覆盖材料层上的导电插塞、形成在导电插塞上的基底层以及形成在基底层上的附接材料层。柱被垂直地连接在一起以形成柱结构。柱结构。柱结构。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：国际商业机器公司
技术研发日：2021.11.12
技术公布日：2023/8/13