晶上集成结构及其形成方法

摘要

本公开涉及晶上集成结构及其形成方法。该用于形成晶上集成结构的方法包括：在第一基板形成锁孔结构，形成锁孔结构的步骤包括：形成从基板的键合面延伸入基板的键合槽；形成多个从键合槽延伸入基板的键合孔；形成低陷在键合槽内的金属层结构；在第二基板形成凸闩结构，形成凸闩结构的步骤包括：形成层叠于基板的金属焊盘，其中，金属焊盘的外周与对应的键合槽的槽壁匹配；形成多个层叠于金属焊盘的金属凸点，金属焊盘处金属凸点的位置与对应的键合槽内键合孔的位置匹配；形成延伸入基板的流道结构；将金属焊盘对接于键合槽内；以及将凸闩结构键合于锁孔结构。该方法执行简单。此外，该方法能够将两个基板牢固可靠地连接。

权利要求

1.用于形成晶上集成结构的方法，其特征在于，包括：

在两个基板中的第一基板形成锁孔结构，形成所述锁孔结构的步骤包括：形成从所述基板的键合面延伸入所述基板的键合槽；形成多个从所述键合槽延伸入所述基板的键合孔；形成低陷在所述键合槽内的金属层结构；

在所述两个基板中的第二基板形成凸闩结构，形成所述凸闩结构的步骤包括：形成层叠于所述基板的金属焊盘，其中，所述金属焊盘的外周与对应的所述键合槽的槽壁匹配，所述金属焊盘的高度等于所述金属层结构在所述键合槽内的深度；形成多个层叠于所述金属焊盘的金属凸点，所述金属焊盘处所述金属凸点的位置与对应的所述键合槽内所述键合孔的位置匹配；

对所述两个基板中至少一个形成延伸入所述基板的流道结构；

将所述金属焊盘对接于所述键合槽内；以及

将所述凸闩结构键合于所述锁孔结构。

2.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，还包括：在所述第一基板形成另一些所述凸闩结构；及在所述第二基板形成另一些所述锁孔结构。

3.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，所述将所述凸闩结构键合于所述锁孔结构的步骤包括：对所述第一基板和所述第二基板沿层叠方向施加压力；对所述第一基板和所述第二基板加热，其中，第一键合温度为350℃至450℃。

4.根据权利要求3所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，所述将所述凸闩结构键合于所述锁孔结构的步骤中，所述第一键合温度为350℃，第一键合压强为10MPa至15MPa，保持时间为10min至15min。

5.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，所述键合孔的内径大于所述金属凸点的外径；

所述键合槽的内径为毫米量级或微米量级，所述键合槽的深度为微米量级或纳米量级，所述键合孔的内径为微米量级，所述键合孔的深度为纳米量级。

6.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，形成所述金属层结构的步骤包括：溅射形成第一连接层，所述第一连接层的材料包括钛；及溅射形成层叠于所述第一连接层的第一键合层；

形成所述金属焊盘的步骤包括：溅射形成第二连接层，所述第二连接层的材料包括钛；

及溅射形成层叠于所述第二连接层的第二键合层，所述第二键合层的材料、所述金属凸点的材料及所述第一键合层的材料包括相同的金属材料，所述金属材料包括铜、金、镍或铂。

7.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，所述流道结构位于所述键合面处，设有所述流道结构的基板具有背向所述键合面的工作面，所述方法还包括：对至少一个设有所述流道结构的基板，形成从所述工作面延伸入所述基板的安装槽；

将芯片安装于所述安装槽；及

形成覆盖所述芯片的介质层或互连层。

8.根据权利要求7所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，形成贯穿所述基板的导电通道，设有所述流道结构的基板中所述导电通道电连接于所述芯片；及将所述第一基板的导电通道与所述第二基板的导电通道对接且电连接。

9.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，还包括：对所述两个基板中的一个，刻蚀所述键合面形成密封槽；

形成低陷在所述密封槽内的第一金属密封层；

对所述两个基板中的另一个，形成层叠于所述另一个基板的第二金属密封层；

将所述第二金属密封层对接于所述密封槽内；及

在所述将所述凸闩结构键合于所述锁孔结构的步骤之前，将所述第二金属密封层与所述第一金属密封层键合，得到沿所述基板的键合面围绕所述流道结构的密封结构，其中，第

4 5

二键合温度为380℃，第二键合压强为10Pa至10Pa，真空度0.1Pa。

10.根据权利要求1所述的用于形成晶上集成结构的方法，其中，还包括：在所述两个基板中的一个的键合面形成对准标记；

在所述两个基板中的另一个的外周形成对准切面，所述对准切面用于与所述对准标记对准，以使所述金属焊盘对接于所述键合槽内；以及将所述第一基板的键合面与所述第二基板的键合面键合或气密性封装。

11.晶上集成结构，其特征在于，包括：

第一基板，具有从所述第一基板的第一键合面延伸入所述第一基板的键合槽、及多个从所述键合槽延伸入所述第一基板的键合孔；

闩锁结构，填充于所述键合槽和所述键合孔内，所述闩锁结构包括金属层结构及凸闩结构，所述金属层结构低陷在所述键合槽内；所述凸闩结构包括金属焊盘和多个层叠于所述金属焊盘的金属凸点，所述金属焊盘的高度等于所述金属层结构在所述键合槽内的深度，所述金属焊盘处所述金属凸点的位置与对应的所述键合槽内所述键合孔的位置匹配，所述凸闩结构与所述金属层结构键合；以及第二基板，层叠于所述第一基板的设置所述键合槽的一侧，所述第二基板通过所述闩锁结构连接于第一基板，所述第二基板层叠于所述金属焊盘，所述第二基板和所述第一基板中的至少一个设有流道结构。

说明书

晶上集成结构及其形成方法

技术领域

[0001] 本公开涉及半导体技术领域，特别是涉及晶上集成结构及其形成方法。

背景技术

[0002] 随着芯片技术的快速发展，电路集成的高集成化和高散热化产生的影响越来越得到人们的重视。通过给工作中的芯片或者电子元器件加上散热结构，使其产生的热量则被
散热结构释放出来，保证其工作在稳定状态。

[0003] 微流道散热板是一种通道尺寸在微米级别或者亚毫米级别的液体循环散热装置，可以通过液体流动，将芯片或者电子元器件工作产生的热量带走。微流道散热板可以利用
如下方式形成：在一张晶圆基板的表面刻蚀出通道，然后可以将盖板与该刻蚀后的晶圆基
板键合在一起，同时两侧分别留出进水口和出水口。

[0004] 常见的盖板有硅片和玻璃片等。玻璃片与硅基微流道基板键合方式一般为阳极键合，需要通过施加热量与电压将玻璃片和硅基板键合，而且如此制造的微流道散热板随着
使用时间过长，其键合效果弱化、气密性降低。硅片于硅基微流道基板可以实现硅硅直接键
合，通过施加高温（＞800℃）以实现硅片之间的键合。硅硅直接键合的键合强度一般可以达
到12MPa以上，但是键合过程对温度条件、对硅片表面的平整度与清洁程度等有着极其高的
要求。

[0005] 目前，微流道散热板的制造工艺困难。

发明内容

[0006] 基于此，有必要针对微流道散热板的制造困难问题，提供晶上集成结构及其形成方法。

[0007] 本公开实施方式提供一种用于形成晶上集成结构的方法，该方法包括：在两个基板中的第一基板形成锁孔结构，形成锁孔结构的步骤包括：形成从基板的键合面延伸入基
板的键合槽；形成多个从键合槽延伸入基板的键合孔；形成低陷在键合槽内的金属层结构；
在两个基板中的第二基板形成凸闩结构，形成凸闩结构的步骤包括：形成层叠于基板的金
属焊盘，其中，金属焊盘的外周与对应的键合槽的槽壁匹配；形成多个层叠于金属焊盘的金
属凸点，金属焊盘处金属凸点的位置与对应的键合槽内键合孔的位置匹配；对两个基板中
至少一个形成延伸入基板的流道结构；将金属焊盘对接于键合槽内；以及将凸闩结构键合
于锁孔结构。

[0008] 本公开实施方式提供的用于形成晶上集成结构的方法执行简单。此外，该方法能够将两个基板牢固可靠地连接。

[0009] 在一些实施方式中，用于形成晶上集成结构的方法还包括：在第一基板形成另一些凸闩结构；及在第二基板形成另一些锁孔结构。

[0010] 如此设置，有助于精准配合，并提升第一基板与第二基板连接的牢固程度。

[0011] 在一些实施方式中，将凸闩结构键合于锁孔结构的步骤包括：对第一基板和第二基板沿层叠方向施加压力；对第一基板和第二基板加热，其中，第一键合温度为350℃至450
℃。

[0012] 如此设置，能够实现凸闩结构和锁孔结构的键合。

[0013] 在一些实施方式中，将凸闩结构键合于锁孔结构的步骤中，第一键合温度为350℃，第一键合压强为10MPa至15MPa，保持时间为10min至15min。

[0014] 如此设置，能够保证键合强度，保障晶上集成结构的性能及使用寿命。

[0015] 在一些实施方式中，金属焊盘的高度等于金属层结构在键合槽内的深度，键合孔的内径大于金属凸点的外径；键合槽的内径为毫米量级或微米量级，键合槽的深度为微米
量级或纳米量级，键合孔的内径为微米量级，键合孔的深度为纳米量级。

[0016] 如此设置，结构紧凑、尺寸小，在保证键合强度的同时，能够保证键合的精确性，继而第一基板和第二基板能准确地对正。

[0017] 在一些实施方式中，形成金属层结构的步骤包括：溅射形成第一连接层，第一连接层的材料包括钛；及溅射形成层叠于第一连接层的第一键合层；形成金属焊盘的步骤包括：
溅射形成第二连接层，第二连接层的材料包括钛；及溅射形成层叠于第二连接层的第二键
合层，第二键合层的材料、金属凸点的材料及第一键合层的材料包括相同的金属材料，金属
材料包括铜、金、镍或铂。

[0018] 如此设置，能够提升键合强度，此外通过同质的金属材料能降低键合难度。

[0019] 在一些实施方式中，流道结构位于键合面处，设有流道结构的基板具有背向键合面的工作面，方法还包括：对至少一个设有流道结构的基板，形成从工作面延伸入基板的安
装槽；将芯片安装于安装槽；及形成覆盖芯片的介质层或互连层。

[0020] 如此设置，便于加工制造基板，还使得芯片在工作时能被流道结构进行良好的散热。

[0021] 在一些实施方式中，形成贯穿基板的导电通道，设有流道结构的基板中导电通道电连接于芯片；及将第一基板的导电通道与第二基板的导电通道对接且电连接。

[0022] 如此设置，能够丰富基板的利用方式，晶上集成结构实现了更多的接电方式。

[0023] 在一些实施方式中，用于形成晶上集成结构的方法还包括：对两个基板中的一个，刻蚀键合面形成密封槽；形成低陷在密封槽内的第一金属密封层；对两个基板中的另一个，
形成层叠于另一个基板的第二金属密封层；将第二金属密封层对接于密封槽内；及在将凸
闩结构键合于锁孔结构的步骤之前，将第二金属密封层与第一金属密封层键合，得到沿基
4
板的键合面围绕流道结构的密封结构，其中，第二键合温度为380℃，第二键合压强为10 Pa
5
至10Pa，真空度0.1Pa。

[0024] 如此设置，能够提高晶上集成结构中流道结构与电路的隔离能力，并且也能提高基板间的连接强度。

[0025] 在一些实施方式中，用于形成晶上集成结构的方法，其中，还包括：在两个基板中的一个的键合面形成对准标记；在两个基板中的另一个的外周形成对准切面，对准切面用
于与对准标记对准，以使金属焊盘对接于键合槽内；以及将第一基板的键合面与第二基板
的键合面键合或气密性封装。

[0026] 如此设置，可以提升第一基板和第二基板的对准精度，并且能够较好地区分第一基板和第二基板。

[0027] 本公开实施方式还提供一种晶上集成结构，晶上集成结构包括：第一基板，具有从第一基板的第一键合面延伸入第一基板的键合槽、及多个从键合槽延伸入第一基板的键合
孔；闩锁结构，填充于键合槽和键合孔内；以及第二基板，层叠于第一基板的设置键合槽的
一侧，第二基板通过闩锁结构连接于第一基板，第二基板和第一基板中的至少一个设有流
道结构。

[0028] 本公开实施方式提供的晶上集成结构包括连接在一起的第一基板和第二基板，能够通过流道结构对各基板进行散热。该晶上集成结构使用寿命长，制造简单。

[0029] 示例性地，晶上集成结构通过如前述的用于形成晶上集成结构的方法得到。

[0030] 如此设置，能够实现牢固可靠的闩锁结构，保证第一基板和第二基板额连接强度。

附图说明

[0031] 图1为本公开实施方式的用于形成晶上集成结构的方法的示意性流程框图；

[0032] 图2为加工第一基板的示意性流程图；

[0033] 图3为形成金属层结构后的第一基板结构的结构示意图；

[0034] 图4为图3中A处的放大图；

[0035] 图5为形成凸闩结构后的第一基板结构的结构示意图；

[0036] 图6为图5中B处的放大图；

[0037] 图7为本公开实施方式的第一基板结构的示意性结构图；

[0038] 图8为本公开实施方式的第一基板结构的示意性俯视图；

[0039] 图9为凸闩结构的示意性俯视图；

[0040] 图10为本公开实施方式中加工第二基板的示意性流程图；

[0041] 图11为本公开实施方式的第二基板结构的示意性俯视图；

[0042] 图12为本公开实施方式的用于形成晶上集成结构的方法中键合步骤的示意图；

[0043] 图13为本公开实施方式的晶上集成结构的示意性俯视图；

[0044] 图14为本公开实施方式中加工第一基板的示意性流程图；

[0045] 图15为本公开实施方式中加工第二基板及键合步骤的示意性流程图；

[0046] 图16为本公开实施方式的用于形成晶上集成结构的方法中键合步骤的示意图；

[0047] 图17为本公开实施方式中加工第一基板的示意性流程图；

[0048] 图18为本公开实施方式的第一基板结构的示意性俯视图；

[0049] 图19为本公开实施方式中加工第二基板及键合步骤的示意性流程图；

[0050] 图20为本公开实施方式的用于形成晶上集成结构的方法中键合步骤的示意图；

[0051] 图21为本公开实施方式的晶上集成结构的结构示意图；

[0052] 图22为本公开实施方式的晶上集成结构的结构示意图。

[0053] 附图标记说明：10、芯片；100、第一基板；101、第一键合面；102、工作面；110、介质层；120、互连层；

[0054] 1、安装槽；2、标记槽；21、对准标记；3、锁孔结构；31、键合槽；32、键合孔；33、金属层结构；331、第一连接层；332、第一键合层；4、流道结构；41、第一流道口；42、第二流道口；5、凸闩结构；51、金属焊盘；511、第二连接层；512、第二键合层；52、金属凸点；6、第一金属密封层；7、第二金属密封层；8、导电通道；9、闩锁结构；11、密封结构；

[0055] 200、第二基板；201、第二键合面；202、对准切面；300、第三基板；301、辅助对准切面；400、第四基板；1000、晶上集成结构。

具体实施方式

[0056] 为使本公开实施方式的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本公开实施方式的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以
便于充分理解本公开实施方式。但是本公开实施方式能够以很多不同于在此描述的其它方
式来实施，本领域技术人员可以在不违背本公开实施方式内涵的情况下做类似改进，因此
本公开实施方式不受下面公开实施方式的具体实施例的限制。

[0057] 在本公开实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“垂直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开实施方式和简化描述，而不是
指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能
理解为对本公开实施方式的限制。

[0058] 在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第
一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或
仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”
可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特
征。

[0059] 此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可
以明示或者隐含地包括至少一个该特征。示例性地，第一基板也可被称作第二基板，第二基
板也可被称作第一基板。在本公开实施方式的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两
个，三个等，除非另有明确具体的限定。

[0060] 在本公开实施方式中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是柔性连接，也可以
是沿至少一个方向的刚性连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可
以通过中间媒介间接相连，或者使直接相连同时存在中间媒介，还可以是两个元件内部的
连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。术语“安装”、“设置”、“固定”等可
以广义理解为连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在
本公开实施方式中的具体含义。

[0061] 本文中所使用的，术语“层”、“区”指代包括具有一定厚度的区域的材料部分。层能够水平地、垂直地和/或沿着锥形表面延伸。层能够是均匀或不均匀连续结构的区域，其垂
直于延伸方向的厚度可不大于连续结构的厚度。层能够包括多个层，可以是堆叠的多个层，
也可以是离散地延伸的多个层。附图中各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关
系仅是示例性地，实际可能因制造公差或技术限制而有所偏差，并可根据实际需求而调整
设计。

[0062] 参阅图1，图1示出了本公开实施例中的用于形成晶上集成结构的方法。本公开实施例提供的用于形成晶上集成结构的方法S100包括步骤S110至步骤S150。结合图2至图13
详述本公开实施方式提供的用于形成晶上集成结构的方法。

[0063] 用于形成晶上集成结构的方法S100可包括：对基板进行加工的步骤。例如，对第一基板100进行加工和对第二基板200进行加工。

[0064] 图2示出了对第一基板100加工的步骤。在一些实施例中，第一基板100具有沿Z轴方向向背对的第一键合面101和工作面102，进而形成从工作面102延伸入第一基板100的安
装槽1。示例性地，该方法S100还包括：形成从第一键合面101延伸入第一基板100的标记槽
2。可通过刻蚀方式分别形成安装槽1和标记槽2。

[0065] 参考图2和图3，步骤S110包括：在两个基板中的第一基板100形成锁孔结构3。具体地，在第一基板100形成锁孔结构3的步骤包括：形成从该第一基板100的第一键合面延伸入
该第一基板100的键合槽31；形成多个从键合槽31延伸入该第一基板100的键合孔32；以及，
形成低陷在键合槽31内的金属层结构33。

[0066] 如图2所示，可在形成金属层结构33之前，形成从第一键合面101延伸入第一基板100的流道结构4。进一步地，步骤S130包括：对两个基板中至少一个形成延伸入基板的流道
结构4。

[0067] 参考图3和图4，在一些实施方式中，形成金属层结构33的步骤可包括：溅射形成第一连接层331；及溅射形成第一键合层332，第一键合层332层叠于第一连接层331。键合槽31
内沉积有第一连接层331和第一键合层332，且第一键合层332的顶面低于第一键合面101；
每个键合孔32内都可沉积有第一连接层331和第一键合层332。

[0068] 示例性地，可向标记槽2内溅射氧化硅材料，形成对准标记21。对准标记21位于锁孔结构3沿第一基板100径向的外侧。

[0069] 第一基板100处形成的锁孔结构3用于与第二基板200（图10）处的凸闩结构5匹配。参考图5和图6，示例性地，在第一基板100也可形成凸闩结构5，继而第一基板100处的凸闩
结构5用于与第二基板200处的锁孔结构3匹配。

[0070] 形成连接于第一基板100的凸闩结构5的步骤可包括：形成层叠于第一基板100的金属焊盘51，其中，该金属焊盘51的外周与第二基板200处对应的键合槽31的槽壁匹配；形
成多个层叠于金属焊盘51的金属凸点52，金属焊盘51处金属凸点52的位置与对应的键合槽
31内键合孔32的位置匹配。示例性地，形成金属焊盘51的步骤包括：溅射形成第二连接层
511；溅射形成层叠于第二连接层511的第二键合层512。

[0071] 如图7所示，可将芯片10安装在安装槽1内。芯片10也可以配置成其他无源器件。示例性地，在工作面102所在一侧形成介质层110覆盖芯片10。介质层110的材料可包括二氧化
硅。

[0072] 图8示出了第一基板结构的示意性俯视图。该第一基板结构包括第一基板100和连接于第一基板100的各附加结构。

[0073] 第一基板100的第一键合面101设置有至少两个对准标记21，两个对准标记21沿X轴方向间隔设置，两个对准标记21分别靠近第一基板100的一端且留有间隔。图8中第一键
合面101平行于XY面，图8中沿X轴方向或沿Y轴方向实现的布局方式是示例。

[0074] 流道结构4包括第一流道口41和第二流道口42。流道结构4沿X轴方向延伸凸出于右侧的对准标记21，第一流道口41位于对准标记21的右侧；流道结构4沿X轴方向延伸凸出
于左侧的对准标记21，第二流道口42位于对准标记21的左侧。

[0075] 锁孔结构3和凸闩结构5各自的数量可以根据需求设置，布置位置可以根据设计结构而配置。不同的锁孔结构3的尺寸、布局可以不同；不同的凸闩结构5的尺寸、布局可以不
同。锁孔结构3和凸闩结构5可围绕流道结构4，流道结构4大致对中设置于第一基板100。

[0076] 参考图9，示例性地，凸闩结构5包括多个层叠于第二键合层512的金属凸点52。金属凸点52的尺寸、数量及位置可根据需求设置，例如图9中示出了均匀围成一圈的八个金属
凸点52。可理解地，对应于该凸闩结构5的锁孔结构3的键合槽31内设置对应的八个键合孔
32。

[0077] 参考图10，图10示出了对第二基板200加工的步骤。第二基板200可具有第二键合面201，第二基板200的外周配置有对准切面202，例如沿X轴方向的两端为两个对准切面
202。

[0078] 示例性地，在第二基板200可形成锁孔结构3，第二基板200处的锁孔结构3用于配合第一基板100处的凸闩结构5。具体地，可形成从第二键合面201延伸入第二基板200的键
合槽31；形成从键合槽31延伸入第二基板200的键合孔32；以及，形成凹陷于键合槽31的金
属层结构33。

[0079] 步骤S120包括：在两个基板中的第二基板200形成凸闩结构5。形成该凸闩结构5的步骤可参考前述形成位于第一基板100的凸闩结构5的步骤，不再赘述。

[0080] 参考图11，第二基板200的第二键合面201处，凸闩结构5的设置与第一基板100的锁孔结构3对应；锁孔结构3中金属层结构33的设置与第一基板100的凸闩结构5对应。示例
性地，可以是一一对应；也可以例如两个凸闩结构对应一个锁孔结构3，键合孔32的数量是
金属凸点52的数量的例如两倍。

[0081] 参考图12和图13，步骤S140，将金属焊盘51对接于键合槽31内。示例性地，利用对准切面202与对准标记21使第二基板200与第一基板100能够准确地按所需方式对正。第二
基板200可基本盖住流道结构4。第一流道口41和第二流道口42分别凸出于第二基板200的
对准切面202，第一流道口41和第二流道口42中一者作为入水口，另一者可作为出水口，以
进行热交换。

[0082] 步骤S150，将凸闩结构5键合于锁孔结构3。凸闩结构5和锁孔结构3实现金属键合。

[0083] 本公开实施方式提供的用于形成晶上集成结构的方法执行容易，凸闩结构和锁孔结构的工艺要求低于硅硅直接键合，同时，凸闩结构和锁孔结构实现强度高寿命高的键合。

[0084] 在一些实施方式中，对于每一对凸闩结构5和锁孔结构3而言，可配置金属焊盘51的高度等于金属层结构33在键合槽31内的深度，如此保证金属焊盘51的第二键合层512能
够接触金属层结构33的第一键合层332。金属凸点52的高度可基本等于键合孔32的深度，如
此保证金属凸点52接触到键合孔32内的第一键合层332。还可配置键合孔32的内径大于金
属凸点52的外径，排解金属键合过程因受热引起的微小膨胀。

[0085] 键合孔32的截面形状可以设置为圆形、方形等，前述外径可指外接圆直径，内径可指内切圆直径。示例性地，键合孔32为方形，其在XY面内的长度或宽度均可大于方形金属凸
点52的长度与宽度。

[0086] 示例性地，键合槽31的内径为毫米量级或微米量级，键合槽31的深度为微米量级或纳米量级，键合孔32的内径为微米量级，键合孔32的深度为纳米量级。凸闩结构5和锁孔
结构3尺寸较小，适于在空间紧凑的基板上形成。利用多个键合孔的设置，使得凸闩结构5和
锁孔结构3有较大的接触面积，实现较强的结合强度。

[0087] 在一实施例中，参考图12所示的晶上集成结构1000，第一基板100为4寸晶圆，标记槽2的刻蚀深度为100nm，长度尺寸为200μm，宽度尺寸为100μm，对准标记21可填平标记槽2。
流道结构4的深度为150μm，每一条的宽度可为1mm。键合槽31的刻蚀深度为2μm，形状为边长
1mm的正方形。键合孔32的刻蚀深度为2μm，形状为边长100μm的正方形。每处金属层结构33
的厚度为1μm。金属焊盘51的厚度为1μm，形状为边长1mm的正方形。金属凸点52的厚度为1μ
m，形状为边长80μm的正方形。安装槽1中除了安装芯片10，还可安装电阻、电容或其他传感
器件。

[0088] 示例性地，第一连接层331的材料包括钛；第二连接层511的材料包括钛。钛材料可以于基板实现良好的连接。第二键合层512的材料、金属凸点52的材料及第一键合层332的
材料包括相同的金属材料，该金属材料包括铜、锡、金、镍或铂，例如为铜。相同的金属材料
可保证键合强度。

[0089] 在一些实施方式中，将凸闩结构5键合于锁孔结构3的步骤包括：对第一基板100和第二基板200沿层叠方向（Z轴方向）施加压力；对第一基板100和第二基板200加热，其中，第
一键合温度为350℃至450℃。示例性地，第二键合层512的材料、金属凸点52的材料及第一
键合层332的材料为铜，键合时，可加压加热，第一键合温度为350℃，第一键合压强为10MPa
至15MPa，保持时间为10min至15min，可实现铜铜键合。

[0090] 在一些实施方式中，在两个基板中的一个的键合面形成对准标记21；在两个基板中的另一个的外周形成对准切面202，对准切面202用于与对准标记21对准，以使金属焊盘
51对接于键合槽31内。继而，将第一基板100的第一键合面101与第二基板200的第二键合面
201键合或气密性封装，可进一步保证第一基板100与第二基板200的连接强度和使用寿命。

[0091] 示例性地，在实现铜铜键合后，将温度降低到300℃；施加电压1000V，施加键合压力700N，可完成玻璃材料的第二基板200与硅材料的第一基板100的表面键合。可选地，基板
的材料包括玻璃、半导体材料等。示例性地，基板的材料为BF33。

[0092] 参考图14和图15，虽然前述实施例中用于形成晶上集成结构的方法包括了：在第一基板100形成另一些凸闩结构5；及在第二基板200形成另一些锁孔结构3的步骤，但是本
实施例中略有不同的是，可以在第一基板100仅形成锁孔结构3，而在第二基板200仅形成凸
闩结构5。

[0093] 参考图14，对第一基板100进行的加工步骤可包括：形成安装槽1，形成标记槽2，形成包括金属层结构33的锁孔结构3，形成流道结构4，形成对准标记21，安装芯片10，以及形
成介质层110。

[0094] 参考图15，对第二基板200进行的加工步骤可包括：得到对准切面202，形成凸闩结构5。继而可将凸闩结构5对接于锁孔结构3内并键合。

[0095] 示例性地，第一基板100为4寸晶圆，标记槽2的刻蚀深度为100nm，长度尺寸为200μm，宽度尺寸为100μm。流道结构4的深度为150μm，每一条的宽度可为1mm。键合槽31的刻蚀深
度为1μm，形状为边长1mm的正方形。键合孔32的刻蚀深度为1μm，形状为边长100μm的正方
形。每处金属层结构33的厚度为0.5μm。金属焊盘51的厚度为0.5μm，形状为边长1mm的正方
形。金属凸点52的厚度为0.5μm，形状为边长80μm的正方形。可见，金属焊盘51的外周能够贴
靠键合槽31的侧壁；示例性地，金属凸点52也可接触到键合孔32的侧壁的至少一部分。

[0096] 示例性地，第二键合层512的材料、金属凸点52的材料及第一键合层332的材料为4 5
金，键合时，可加压加热，第一键合温度为380℃，第一键合压强为10Pa至10 Pa，保持时间为
10min至15min，可实现金属键合、硅金键合。示例性地，在实现硅金键合后，将温度降低到
300℃；施加电压1000V，施加键合压力700N，可完成第二基板200与第一基板100的阳极键
合。

[0097] 如图16所示，得到晶上集成结构1000的步骤中包括，设置依次层叠的一个第一基板100、一个第二基板200、另一个第一基板100及另一个第二基板200。下侧的第一基板100
可设置有锁孔结构3，其上的第二基板200可设置有凸闩结构5，该第一基板100和第二基板
200可通过锁孔结构3和凸闩结构5的键合实现连接。上侧的第一基板100可设置有锁孔结构
3，其上的第二基板200可设置有凸闩结构5，该第一基板100和第二基板200可通过锁孔结构
3和凸闩结构5的键合实现连接。上侧的第一基板100可设有介质层110，该介质层110可与下
侧的第二基板200固定。

[0098] 本公开实施方式提供的用于形成晶上集成结构的方法能够堆叠多层基板，以实现多样的散热布局、电路布局。

[0099] 参考图17至图20，本公开实施方式中，对第一基板100进行的加工步骤可包括：形成安装槽1，形成标记槽2，形成包括金属层结构33的锁孔结构3，形成流道结构4，形成对准
标记21，及形成凸闩结构5。

[0100] 示例性地，刻蚀第一基板100的键合面形成密封槽；形成低陷在密封槽内的第一金属密封层6。参考图18，第一金属密封层6基本实现环绕流道结构4，示例性地，每两个相邻的
流道凹槽之间都被第一金属密封层6分隔。

[0101] 在一实施例中，第一基板100为4寸晶圆，标记槽2的刻蚀深度为100nm，长度尺寸为200μm，宽度尺寸为100μm，对准标记21可填平标记槽2。流道结构4的深度为150μm，每一条的
宽度可为1mm。键合槽31的刻蚀深度为2μm，形状为边长1mm的正方形。键合孔32的刻蚀深度
为2μm，形状为边长100μm的正方形。每处金属层结构33的厚度为1μm。密封槽的深度可为
100nm，密封槽的宽度也可在纳米级。

[0102] 示例性地，第一金属密封层6的厚度为50nm。第一金属密封层6可包括钛材料的第三连接层和层叠于第三连接层的金材料的第三键合层。

[0103] 可在第一基板100形成凸闩结构5。金属焊盘51的厚度为1μm，形状为边长1mm的正方形。金属凸点52的厚度为1μm，形状为边长80μm的正方形。

[0104] 参考图17，该方法包括将芯片10安装到安装槽1内；形成介质层110；以及，形成互连层120。介质层110的材料可为二氧化硅，覆盖芯片10。互连层120内可包括多层再布线层，
互连层120电连接于芯片10，并引出到介质层110外。

[0105] 参考图19，对第二基板200进行的加工步骤可包括：得到对准切面202，形成锁孔结构3和凸闩结构5，以及，形成第二金属密封层7。第二金属密封层7包括层叠于第二基板200
第二键合面201的第四连接层、及层叠于第四连接层的第四键合层。第四键合层的材料与第
三键合层的材料相同，第二金属密封层7的厚度为50nm。

[0106] 对第一基板100和第二基板200两个基板而言，二者中的至少一个可刻蚀键合面形成密封槽，且形成低陷在密封槽内的第一金属密封层6；另一个的对应位置处形成第二金属
密封层7。

[0107] 如图19所示，可将凸闩结构5对接于锁孔结构3内并键合。同时，可将第二金属密封层7对接于密封槽内。

[0108] 示例性地，得到晶上集成结构1000的步骤中，在将凸闩结构5键合于锁孔结构3的步骤之前，将第二金属密封层7与第一金属密封层6键合，第二键合温度为380℃，第二键合
4 5
压强为10 Pa至10 Pa，真空度0.1Pa。然后可通过加压加热实现铜铜键合，具体地，第一键合
温度为350℃，第一键合压强为10MPa至15MPa，保持时间为10min至15min。

[0109] 参考图20，本公开实施方式中，对第一基板100进行的加工步骤可包括：形成安装槽1，形成标记槽2，形成流道结构4，形成键合槽31和键合孔32，形成密封槽。示例性地，第一
基板100为4寸晶圆，标记槽2的刻蚀深度为100nm，长度尺寸为200μm，宽度尺寸为100μm。流
道结构4的深度为100μm，每一条的宽度可为1mm。键合槽31的刻蚀深度为2μm，长宽均为1mm。
键合孔32的刻蚀深度为2μm，长宽均为100μm。密封槽的深度可为100nm，密封槽的宽度也可
在纳米级。

[0110] 示例性地，本实施例的方法还包括：形成贯穿第一基板100的导电通道8。该设有流道结构4的第一基板100中导电通道8被设计为电连接于将要安装的芯片10。具体地，可在各
流道凹槽之间避开流道结构4处实现深硅刻蚀，例如在两个密封槽之间实现深硅刻蚀。然后
可在得到的通孔中溅射铜种子层，然后电镀填充铜柱，得到第一基板100的导电通道8。

[0111] 本实施例的方法还包括：溅射氧化硅形成填充了标记槽2的对准标记21，并整平抛光；嵌入芯片10，沉积形成二氧化硅介质层110，并形成电连接于芯片10的互连层120。

[0112] 示例性地，每处金属层结构33的厚度为1μm。形成的凸闩结构5中，金属焊盘51的厚度为1μm，形状为边长1mm的正方形。金属凸点52的厚度为1μm，形状为边长80μm的正方形。溅
射形成的第一金属密封层6的厚度为50nm。金属凸点52的材料为铜，第三键合层的材料为
金。

[0113] 参考图20，对第二基板200进行的加工步骤可包括：得到对准切面202；形成对应的锁孔结构3和凸闩结构5；及形成第二金属密封层7。示例性地，第二基板200背向第二键合面
201的图示顶面（也称工作面）处，形成安装槽并嵌入芯片10；继而在第二基板200的图示顶
面之上也形成介质层110和互连层120。

[0114] 可以理解，第一基板100可被称为第二基板，第二基板200可被称为第一基板。对两个基板中至少一个形成延伸入基板的流道结构4。在第二基板200形成贯穿第二基板200的
导电通道8，第二基板200的导电通道8电连接于第二基板200处的芯片10。该导电通道8的材
料包括铜。第二金属密封层7包括钛材料的第四连接层和金材料的第四键合层，第二金属密
封层7的厚度为50nm。

[0115] 将第一基板100的导电通道8与第二基板200的导电通道8对接且电连接。同时，对应的锁孔结构3和凸闩结构5也对接，对应的第一金属密封层6和第二金属密封层7也对接。
4 5
示例性地，第二键合温度为380℃，第二键合压强为10Pa至10Pa，真空度0.1Pa，实现第二金
属密封层7与第一金属密封层6键合；然后可通过加压加热实现铜铜键合，具体地，第一键合
温度为350℃，第一键合压强为10MPa至15MPa，保持时间为10min至15min。

[0116] 本实施例中，第一基板100和第二基板200连接在一起，第一基板100处的芯片10可通过第一基板100的导电通道8和第二基板200的导电通道8电连接到第二基板200处的芯片
10。流道结构4可用于对其两侧的芯片10进行散热，且流道结构4被较好地密封，其内的液体
不会从第一基板100和第二基板200中间泄漏。

[0117] 参考图21，本公开实施方式中，对第一基板100进行的加工步骤可包括：对待设置流道结构4的第一基板100形成从工作面102延伸入第一基板100的安装槽1；形成标记槽2，
形成流道结构4，形成键合槽31和键合孔32，形成密封槽，形成贯穿第一基板100的导电通道
8。

[0118] 然后，可以形成填充了标记槽2的对准标记21；对安装槽1嵌入芯片10，沉积形成二氧化硅介质层110，并形成电连接于芯片10的互连层120；形成低陷于键合槽31的金属层结
构33，形成凸闩结构5，形成第一金属密封层6。该设有流道结构4的第一基板100中导电通道
8被设计为通过互连层120电连接于芯片10。

[0119] 可以理解，第一基板100可被称为第二基板，第二基板200可被称为第一基板。参考图21，对第二基板200进行的加工步骤可包括：形成贯穿第二基板200的第一流道口41和第
二流道口42；得到对准切面202；形成贯穿第二基板200的导电通道8，形成对应的锁孔结构3
和凸闩结构5；及形成第二金属密封层7。

[0120] 将第一基板100的导电通道8与第二基板200的导电通道8对接且电连接。同时，对应的锁孔结构3和凸闩结构5也对接，对应的第一金属密封层6和第二金属密封层7也对接。
此外，第一流道口41和第二流道口42分别连通于第一基板100的流道结构4。示例性地，实现
第二金属密封层7与第一金属密封层6键合，本实施例所得到的密封结构11完全围绕流道结
构4；然后对应的锁孔结构3和凸闩结构5实现键合，此外，还可实现第一基板100与第二基板
200的键合。

[0121] 本实施例中，第一基板100和第二基板200连接在一起，第一基板100处的芯片10可通过互连层120、第一基板100的导电通道8及第二基板200的导电通道8而引出到第二基板
200的背向其第二键合面201的一面。流道结构4通过第一流道口41和第二流道口42连通到
外部，用于对芯片10进行散热，且流道结构4被较好地密封，其内的液体不会从第一基板100
和第二基板200中间泄露。此外，闩锁结构9保证了第一基板100与第二基板200连接牢固且
对位可靠。

[0122] 参考图22，本实施例的方法得到的晶上集成结构1000包括依次堆叠的第一基板100、第二基板200、第三基板300及第四基板400。

[0123] 对第一基板100进行的加工步骤可包括：对待设置流道结构4的第一基板100形成从工作面102延伸入第一基板100的安装槽1；形成标记槽2，形成流道结构4，形成键合槽31
和键合孔32，形成密封槽；形成贯穿第一基板100的导电通道8。

[0124] 示例性地，第一基板100为4寸晶圆，标记槽2的刻蚀深度为100nm，长度尺寸为200μm，宽度尺寸为100μm。流道结构4的深度为100μm，每一条的宽度可为18mm。键合槽31的刻蚀
深度为2μm，长宽均为1mm。键合孔32的刻蚀深度为2μm，长宽均为100μm。密封槽的深度可为
100nm，密封槽的宽度也可在纳米级。

[0125] 然后，可以形成填充了标记槽2的对准标记21；对安装槽1嵌入芯片10，沉积形成二氧化硅介质层110，并形成电连接于芯片10的互连层120；形成低陷于键合槽31的金属层结
构33，形成低陷在密封槽内的第一金属密封层6；另外，还可形成凸闩结构5。第一基板100中
导电通道8被设计为电连接于互连层120。

[0126] 示例性地，第一键合层332的材料为铜，第三键合层的材料为金。溅射形成的第一金属密封层6的厚度为50nm。

[0127] 对第二基板200进行的加工步骤可包括：形成贯穿第二基板200的第一流道口41和第二流道口42；得到对准切面202；形成贯穿第二基板200的导电通道8；在第二键合面201形
成对应于第一基板100的锁孔结构3和凸闩结构5，及形成第二金属密封层7。在第二基板200
的背向第二键合面201的一面，形成对应于第三基板300的锁孔结构3和凸闩结构5。

[0128] 示例性地，第一流道口41和第二流道口42为截面的长、宽均为3mm的通孔。第二金属密封层7的厚度为50nm，第四键合层的材料为金。第二基板200的第二键合面201处的锁孔
结构3能够与第一基板100处的凸闩结构5匹配，第二基板200的第二键合面201处的凸闩结
构5能够与第一基板100处的锁孔结构3匹配。金属凸点52的材料为铜。

[0129] 可以理解，第三基板300可被称为第一基板，第四基板400可被称为第二基板。具体地，对第三基板300的加工步骤可包括前述加工第一基板100的步骤，此外，包括形成辅助对
准切面301的步骤，且第三基板300的流道结构4中，第一流道口41和第二流道口42贯穿第三
基板300。对第四基板400的加工步骤可包括前述加工第二基板200的步骤。

[0130] 将第一基板100、第二基板200、第三基板300及第四基板400依次堆叠时，将第一基板100的对准标记21和第二基板200的对准切面202对齐，具体地，对准切面202可对齐在对
准标记21的外边界；可将第三基板300的辅助对准切面301与第二基板200的对准切面202对
齐；利用第三基板300的对准标记21将第四基板400与第三基板300对齐。在另一些实施方式
中，可将第三基板的辅助对准切面与第二基板的对准标记对齐。

[0131] 各导电通道8对接且电连接，同时，对应的锁孔结构3和凸闩结构5、对应的第一金属密封层6和第二金属密封层7也对接。示例性地，第二键合温度为380℃，第二键合压强为
4 5
10Pa至10Pa，真空度0.1Pa，实现第二金属密封层7与第一金属密封层6键合，本实施例所得
到的密封结构11完全围绕流道结构4；然后可通过加压加热实现铜铜键合，具体地，第一键
合温度为350℃，第一键合压强为10MPa至15MPa，保持时间为10min至15min。闩锁结构9保证
了第一基板100与第二基板200连接牢固且对位可靠。

[0132] 第一基板100处的芯片10可通过第一基板100处的互连层120、第一基板100的导电通道8、第二基板200的导电通道8、第三基板300处的互连层120而电连接于第三基板300处
的芯片10；第三基板300处的互连层120还通过第三基板300处的导电通道8和第四基板400
处的导电通道8而引出到第四基板400背向第三基板300的一侧。

[0133] 参考图12、图15、图16、图19、图20、图21及图22，本公开实施方式在另一方面提供晶上集成结构1000，晶上集成结构1000可利用前述方法的步骤制造得到。

[0134] 晶上集成结构1000包括第一基板100、闩锁结构9以及第二基板200。

[0135] 第一基板100具有从第一基板100的第一键合面101延伸入第一基板100的键合槽31、及多个从键合槽31延伸入第一基板100的键合孔32。

[0136] 闩锁结构9填充于键合槽31和键合孔32内。闩锁结构9包括依次堆叠的第一连接层331、第一键合层332、第二键合层512及第二连接层511，闩锁结构9还包括从第二键合层512
延伸贯穿第一键合层332和第一连接层331的金属凸点52，及设置于金属凸点52下的另一第
一键合层332和另一第一连接层331。

[0137] 第二基板200层叠于第一基板100的设置键合槽31的一侧，第二基板200通过闩锁结构9连接于第一基板100，第二基板200和第一基板100中的至少一个设有流道结构4。

[0138] 本公开实施方式提供的晶上集成结构易于制造，良率高；连接牢固可靠，结构稳定，使用寿命长；散热效果好。

[0139] 以上公开的各实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合
不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

[0140] 以上公开的实施例中，除非另有明确的规定和限定，否则不限制各步骤的执行顺序，例如可以并行执行，也可以不同次序地先后执行。各步骤的子步骤还可以交错地执行。
可以使用上述各种形式的流程，还可重新排序、增加或删除步骤，只要能够实现本公开实施
方式提供的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

[0141] 以上公开的实施例仅表达了本发明创造的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明创造的专利保护范围的限制。应当指出的是，对于本领域
的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这
些都属于本发明创造要求的专利保护范围。因此，本发明创造的专利保护范围应以所附权
利要求为准。