[发明专利]用于堆叠式微电子装置的集成群接合和包封的方法和设备

说明书

本申请案涉及用于堆叠式微电子装置的集成群接合和包封的方法和设备。用于制造微电子装置组合件的方法，所述方法包括在衬底上提供相互隔开的微电子装置堆叠；以及大体上同时包封所述衬底上的所述微电子装置堆叠，且群接合垂直相邻的微电子装置的相互对准的导电元件。本申请案还公开用于实施所述方法的压缩模制设备，和所产生的微电子装置组合件。

优先权主张

本申请案主张2019年8月28日申请的标题为“用于堆叠式微电子装置的集成群接合和包封的方法和设备(Methods and Apparatus for Integrated Gang Bonding andEncapsulation of Stacked Microelectronic Devices)”第16/553,504号美国专利申请案的申请日权益。

技术领域

本文所公开的实施例涉及堆叠式微电子装置的经包封组合件的制造。更明确地说，本文所公开的实施例涉及与堆叠式微电子装置(例如半导体裸片)的模制化合物的集成(例如大体上同时)群接合和包封的方法和设备。

背景技术

随着电子行业已走向堆叠式微电子装置的三维组合件，最常是以堆叠式半导体裸片的形式，在包封裸片堆叠之前，机械和电连接所堆叠裸片的经对准导电元件时所引发的时间和成本已经成为一个问题。按照惯例，经单分半导体裸片与裸片的和邻近裸片的垫对准的导柱堆叠，其中待形成的裸片堆叠除顶部裸片之外全部包括穿衬底通孔(TSV，又称为“穿硅通孔”)，其在每一裸片的相对表面在呈导柱和垫的形式的导电元件处终止。每一裸片堆叠形成于未单分基底晶片、其它块状半导体衬底或其它组件的裸片位置的导电元件上并与之对准。导柱可包括单个导电材料，例如铜，或由焊料覆盖的导电材料。

热压接合技术已证实提供组件之间的稳健机械和电连接，其中施加热量和压力(即，垂直力)来致使半导体裸片的导电元件接合到另一半导体裸片或基底衬底的导电元件。然而，如按照惯例所实践，当将接合多个堆叠式半导体裸片时，热压接合昂贵且耗时，更加常见的要求是使用减小间距的较小导电元件的半导体裸片的三维(3D)组合件以商业规模实施。举例来说，包括四个、八个、十二个或甚至十六个半导体裸片的存储器裸片堆叠例如可实施于混合存储器立方体架构中，且可制造在高带宽存储器(HBM)架构的情况下包含逻辑裸片的那类堆叠。

举例来说，当多个半导体裸片将堆叠于块状半导体衬底(例如晶片)的裸片位置上时，随着堆叠形成，给定层级的经单分裸片经放置且接着逐个地热压群接合到基底晶片，或通过热量和压力的施加接合到较低层级的裸片，且一个裸片级接一个裸片级重复所述过程，直到实现所要数目(例如四个裸片、八个裸片等)的裸片堆叠。即使在以晶片级执行此类堆叠和群接合时，将了解，此方法也是成本和时间密集的，在继续进行以形成下一较高层级之前，要求使用抓放设备来进行堆叠和个别地群接合每一裸片层级的裸片的多个动作。另外，铜到铜导电元件的常规热压接合是固态扩散接合工艺，其导致在不合需要的高温(约300℃，即使对于所谓的“低温”接合也是如此)下进行的两个抵接金属表面之间的原子的相互扩散和晶粒生长。此类温度大大超过了按照惯例用来包封裸片堆叠的电介质模制化合物的温度容差，从而需要在包封之前完成所有裸片堆叠的接合。归因于裸片的热预算限制、以及接合后热机械应力控制和对准准确性约束条件，与热压接合相关联的较高温度的避免也是合意的。

发明内容

在一些实施例中，一种制造微电子装置组合件的方法包括：将支撑在衬底上的至少一个微电子装置堆叠安置在模制设备中；以及大体上同时至少部分地包封所述至少一个微电子装置堆叠，且在所述模制设备内接合所述至少一个微电子装置堆叠的相互对准的导电元件。