阅读说明：本技术 混合的杂混接合结构及形成混合的杂混接合结构的方法 (Hybrid junction structures and methods of forming hybrid junction structures ) 是由 S.利夫 A.埃尔舍比尼 J.斯万 N.楚诺达 姚计敏 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：本发明的主题是“混合的杂混接合结构及形成混合的杂混接合结构的方法”。实施例包括混合的杂混接合结构,所述混合的杂混接合结构包括复合介电层,其中复合介电层包括具有多个无机填充材料的有机介电材料。一个或多个导电衬底互连结构在复合介电层内。管芯在复合介电层上,所述管芯在管芯介电材料内具有一个或多个导电管芯互连结构。一个或多个导电管芯互连结构直接接合到一个或多个导电衬底互连结构,并且复合介电层的无机填充材料接合到管芯介电材料。(The subject of the invention is a hybrid junction structure and a method of forming a hybrid junction structure. Embodiments include a hybrid junction structure including a composite dielectric layer, wherein the composite dielectric layer includes an organic dielectric material having a plurality of inorganic filler materials. One or more conductive substrate interconnect structures are within the composite dielectric layer. A die is on the composite dielectric layer, the die having one or more conductive die interconnect structures within a die dielectric material. The one or more conductive die interconnect structures are bonded directly to the one or more conductive substrate interconnect structures, and the inorganic filler material of the composite dielectric layer is bonded to the die dielectric material.)

具体实施方式

参考附图描述一个或多个实施例。虽然详细论述和描绘了特定配置和布置，但是应该理解，这只是出于说明性目的而进行的。相关领域的技术人员将认识到，在不脱离本描述的精神和范围的情况下，其它配置和布置是可能的。对相关领域的技术人员将显而易见的是，可以在除本文中详细描述的系统和应用之外的各种其他系统和应用中采用本文中描述的技术和/或布置。

在下面的详细描述中对附图进行参考，这些附图形成详细描述的一部分并且图示了示例性实施例。另外，要理解，可以利用其他实施例，并且可以进行结构和/或逻辑改变，而不脱离要求权利的主题的范围。还应该注意的是，方向和参考（例如上、下、顶、底等）可以仅仅用于便于附图中特征的描述。因此，以下详细描述将不在限制意义上被理解，并且要求权利的主题的范围仅由所附权利要求及其等效物来限定。

在下面的描述中，阐述了众多细节。然而，对于本领域技术人员来说将显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本文中的实施例。在一些情况下，公知的方法和装置以框图形式示出，而不是详细示出，以避免模糊本文中的实施例。在此说明书通篇对“实施例”或“一个实施例”或“一些实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构、功能或特性被包括在本文中的至少一个实施例中。因此，在此说明书通篇各处中出现短语“在实施例中”或“在一个实施例中”或“一些实施例”不一定是指同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定特征、结构、功能或特性可以以任何合适的方式组合。例如，第一实施例可以在与两个实施例关联的特定特征、结构、功能或特性不相互排斥的任何情况下与第二实施例组合。

如在描述和所附权利要求中所使用的，单数形式“一（a、an）”和“该”意图也包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还将理解，如本文中使用的术语“和/或”指的是并且包含关联的列出项中一个或多个的任何和所有可能的组合。

术语“耦合”和“连接”连同它们的派生词在本文中可以用来描述组件之间的功能或结构关系。应该理解，这些术语不意图作为彼此的同义词。相反，在特定实施例中，“连接”可用于指示两个或多于两个元件与彼此直接物理、光或电接触。“耦合”可以用于指示两个或多于两个元件与彼此直接或间接（在它们之间有其他中间元件）物理接触或电接触，和/或两个或多于两个元件与彼此协作或交互（例如，如在因果关系中）。

如本文中所使用的术语“在…上方”、“在…下方”、“在…之间”和“在…上”是指一个组件或材料相对于其他组件或材料的相对位置，其中此类物理关系是值得注意的。例如，在材料的上下文中，设置在另一材料上方或下方的一个材料或材料可以直接接触，或者可以具有一个或多个中间材料。而且，设置在两个材料或材料之间的一个材料可以与两个层直接接触，或者可以具有一个或多个中间层。相比之下，第二材料或材料“上”的第一材料或材料与该第二材料/材料直接接触。在组件组装的上下文中要进行类似区分。

如在此描述通篇以及在权利要求中所使用的，由术语“中的至少一个”或“中的一个或多个”连接的项目的列表可意味着所列出项目的任何组合。例如，短语“A、B或C中的至少一个”可意味着A；B；C；A和B；A 和C；B和C；或者A、B和C。

术语“电路”或“模块”可以指一个或多个无源和/或有源组件，它们被布置成与彼此协作以提供期望的功能。术语“信号”可以指至少一个电流信号、电压信号或磁信号。术语“基本上”、“靠近”、“近似”、“接近”和“大约”通常指在目标值的+/-10%内。

本文中的实施例的各种实现可以在衬底（诸如封装衬底）上形成或执行。在一些实施例中，封装衬底可以包括能够在诸如集成电路（IC）管芯的电组件和IC封装可以耦合到的下一级组件（诸如例如电路板）之间提供电通信的任何合适类型的衬底。在其它实施例中，衬底可以包括能够在IC管芯和与下部IC/管芯封装耦合的上部IC封装之间提供电通信的任何合适类型的衬底，并且在一些实施例中，衬底可以包括能够在上部IC封装和IC封装耦合到的下一级组件之间提供电通信的任何合适类型的衬底。

衬底也可以提供对于器件（诸如管芯）的结构支撑。举例来说，在一些实施例中，衬底可以包括围绕核心层（介电或者金属核心）增层的多层衬底——包括介电材料和金属的交替层，并且可以包括延伸穿过核心的通孔结构（through via structure）。在其他实施例中，衬底可以包括无芯多层衬底，在这种情况下，通孔结构可以不存在。其他类型的衬底和衬底材料也可与所公开的实施例一起使用（例如，陶瓷、蓝宝石、玻璃等）。此外，根据一些实施例，衬底可以包括在管芯本身上增层的介电材料和金属的交替层——这个过程有时被称为“无凸块增层过程”。在利用这种方法的情况下，可能需要或者可能不需要导电互连（因为在一些情况下，增层层可以直接设置在管芯/器件上）。

在一些实施例中，管芯可以包括正面和相对的背面，并且可以是集成电路管芯和/或集成电路器件。在一些实施例中，管芯的正面或背面中的一个或二者可以被称为管芯的“有源表面”。多个互连可以分别从管芯的正面和/或背面延伸到下面的衬底和/或上面的衬底，并且这些互连可以将管芯和一个或多个衬底电耦合。在一些情况下，管芯可以直接耦合到板，诸如母板。互连/迹线可以包括能够提供管芯和衬底/板之间电通信的任何类型的结构和材料。在一些实施例中，管芯可以以倒装芯片布置被设置在衬底上。在一些实施例中，互连包括管芯上的导电端子（例如，焊盘、凸块、柱形凸块（stud bump）、圆柱（column）、柱（pillar）或者其他合适的结构或结构的组合）和衬底上的对应导电端子（例如，焊盘、凸块、柱形凸块、圆柱、柱或者其他合适的结构或结构的组合）。

焊料（例如，以球或凸块的形式）可以在衬底和/或管芯的端子上，并且这些端子于是可以例如使用焊料回流工艺来连接。当然，应该理解，许多其他类型的互连和材料是可能的（例如，在管芯和衬底之间延伸的引线接合（wirebond））。在本文中的一些实施例中，管芯可以以倒装芯片布置通过多个互连与衬底耦合。然而，在其他实施例中，可以利用备选结构和/或方法来将管芯与衬底耦合，其中可以不使用焊料，如将在本文中进一步描述的。

本文中描述的是具有混合的杂混接合界面的微电子封装结构的实施例。在实施例中，复合有机介电层可以在衬底（诸如例如低CTE载体衬底）上。复合有机介电层可以包括填充有无机填充材料（诸如例如硅石）的有机介电层。一个或多个导电衬底互连结构可以被设置在复合有机介电层内。管芯可以在复合有机介电层上，该管芯在管芯介电材料/层内具有一个或多个导电管芯互连结构。一个或多个导电管芯互连结构被直接接合到一个或多个导电衬底互连结构，并且复合有机介电材料的无机填充材料被直接（例如共价）接合到管芯介电材料，其中共价接合发生在微电子封装结构的后续温度处理之后。导电互连结构的金属到金属接合（这发生在创建介电共价接合之后）是在不使用焊料或底部填充材料的情况下完成的。复合有机介电层包括在垂直于接合界面的方向上的CTE，该CTE大大低于管芯和衬底的导电互连结构的CTE。对于远低于50微米的间距，实现了管芯互连结构之间的间距缩放。

复合有机介电层可以具有在垂直于接合界面平面的方向上的CTE，该CTE大大低于管芯和衬底的导电互连结构的CTE。复合有机介电层在平面内方向上的CTE可以被优化以减少管芯和衬底之间的CTE失配。通过减少CTE失配，改进了良率和可靠性，并且可以减小互连的间距。在两个界面表面之间的介电接合形成之后，在不使用焊料或底部填充材料的情况下，实现导电衬底互连结构到导电管芯互连结构的直接金属到金属接合。对于低于50微米的间距，实现管芯互连结构之间的间距缩放。

图1A是根据本公开的一些实施例布置的混合的杂混接合结构10的一部分的横截面视图。混合的杂混接合结构10包括衬底104和管芯114。可以包括任何合适类型的管芯/器件的管芯114可以包括任何数量的电路元件，诸如任何类型的晶体管元件和/或无源元件。管芯114可以包括N型和/或P型晶体管，其可以包括诸如例如硅、锗、铟、锑化物、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓或锑化镓之类的材料。管芯可以包括诸如平面晶体管和/或非平面晶体管、FinFET晶体管、纳米线晶体管和/或纳米带晶体管之类的结构。

管芯114可以包括管芯接合层120。在实施例中，管芯接合层可以包括无机介电材料116，所述无机介电材料116具有设置在其中的导电管芯互连结构118。无机介电材料116可以包括任何合适的无机介电材料，诸如例如包括硅、氮、碳或氧及其组合的无机介电材料。一个或多个导电管芯互连结构118可以在无机介电层116内。一个或多个导电管芯互连结构118可以包括任何合适的导电材料，诸如例如铜、钌、钛、钽或钴及其组合。一个或多个导电管芯互连结构118中的各个导电管芯互连结构可以包括表面126。在实施例中，表面126可以略微凹陷在管芯接合层120的介电材料116的表面124下面。例如，在一些情况下，表面126可以在管芯介电材料116的表面124下面大约1nm至大约10nm。

一个或多个导电管芯互连结构118被无机介电材料116彼此分开。在实施例中，导电管芯互连结构118中邻近的各个导电管芯互连结构之间的间距129可包括大约50微米或以下。在其他实施例中，间距129可以大于50微米，这取决于特定的应用。衬底104可以包括在平台119上的衬底接合层102。平台119可以包括任何合适的平台，诸如载体或操纵晶圆（handle wafer），并且可以包括诸如硅、玻璃材料、III-V材料或低CTE载体上的多层有机材料之类的材料。衬底104的衬底接合层102可以包括复合有机介电层107和一个或多个导电衬底互连结构112。一个或多个导电衬底互连结构112可以包括任何合适的导电材料，诸如例如铜、钌、钛、钽或钴及其组合。一个或多个导电衬底互连结构112中的各个导电衬底互连结构可以包括顶表面113。

复合介电层107（其具有顶表面110）包括被设置在有机介电材料/层106内的多个无机填充材料/颗粒108。有机介电材料106可以包括诸如模塑化合物（mold compound）、诸如增层材料（build up material）的环氧树脂体系、芳族聚合物、聚酰亚胺、全氟环丁烷（PFCB）材料、苯并环丁烯（BCB）材料或其组合之类的材料。在其他实施例中，有机介电材料106可以包括具有低CTE填充材料的旋涂玻璃或溶胶-凝胶体系。

在实施例中，无机填充材料108可以包括硅石材料（诸如硅石颗粒）、低CTE介电纤维、介电颗粒或薄片（platelet）、氮化硅、二氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、氧化铝、金刚石颗粒（诸如CVD金刚石颗粒）或其组合。在实施例中，复合介电层107可以包括按重量计大约70%至大约95%之间的无机填充材料108。无机填充材料108的重量百分比可被优化以产生衬底接合层102的复合介电层107的低CTE。在实施例中，复合介电层107的CTE可以包括在大约0.5ppm每摄氏度至大约10 ppm每摄氏度之间。复合介电层107的CTE被优化为在接合方向（平面外）上显著小于导电互连112、118的CTE。此外，在一些情况下通过使用低CTE载体衬底119，管芯114和衬底104之间的平面内CTE失配被最小化，以实现更小的导电互连接合层间距129。在实施例中，导电互连118、112的CTE在接合方向上大于复合有机介电层107的CTE的大约30%。管芯接合层120直接在衬底接合层102上并且电耦合到衬底接合层102。

在图1B（描绘管芯接合层120和衬底接合层102之间界面的横截面部分）中，共价接合区域130被设置在管芯接合层120的无机介电材料116的顶表面124和衬底接合层102的顶表面110之间。在实施例中，衬底接合层102的多个无机填充材料108中的一个或多个可以与管芯接合层120的无机介电材料116形成无机共价接合131。此外，导电管芯互连结构118和导电衬底互连结构112在金属接合区域132中与彼此形成直接金属接合133。从而，通过利用根据本文描述的实施例的混合的杂混接合工艺，其中使用金属接合133和无机介电接合131两者将衬底和管芯接合在一起，接合可以在管芯到有机界面处在不使用焊料材料的情况下进行。在导电管芯和衬底互连结构上（以及在管芯接合层120和衬底接合层102界面127之间）不存在底部填充材料并且不存在种子层镀覆材料（seed layer plating material），因为镀覆、焊料和底部填充材料对于将导电互连结构接合到彼此不是必需的。复合介电层107包括在垂直于接合界面127的平面的方向上的CTE 121，该CTE 121大大低于管芯和衬底的导电互连结构的CTE 123（在垂直于接合界面127的平面的方向上）。

在图1C中，根据本公开的一些实施例描绘了混合的杂混接合结构12的一部分的横截面视图。混合的杂混接合结构12包括衬底104和管芯114。管芯114包括管芯接合层120，所述管芯接合层120包括无机介电材料116，其中一个或多个导电管芯互连结构118被设置在无机介电层116内。一个或多个导电管芯互连结构118包括顶表面126，其中顶表面126可以直接在导电衬底互连结构112的顶表面113上。

在实施例中，可以包括无机层111的涂层111可以在复合介电层107（例如，其类似于图1A的复合介电材料）的表面上。在实施例中，无机层111可以包括在大约10nm至大约1600nm之间的厚度。在实施例中，涂层111可以包括诸如硅、氧、氮或碳及其组合的材料。涂层111可以包括诸如物理气相沉积（PVD）材料、原子层沉积（ALD）材料、化学气相沉积（CVD）材料之类的材料，并且在一些情况下包括脉冲激光退火或旋涂介电材料。涂层111可以直接在包括无机填充材料108的有机介电材料106上，使得无机填充材料108的颗粒可以与涂层111直接接触，并且可以共价接合到涂层111。

在实施例中，涂层111在有机介电材料106上，但不在导电衬底互连结构112的顶表面113上，并且在导电衬底互连结构112的侧壁的一部分上。涂层111在管芯接合层120的顶表面上。无机层111共价接合到无机介电材料116，并且管芯互连结构118直接接合到衬底互连结构112，而不使用焊料或底部填充材料。包括多个无机填充材料108的复合介电层107的CTE在垂直于接合界面平面的方向上小于管芯112和衬底118的导电互连结构的CTE。

在图1D中，根据本公开的一些实施例描绘了杂混接合结构14的一部分的横截面视图。混合的杂混接合结构14包括衬底104和管芯114。管芯114包括管芯接合层120，所述管芯接合层120包括复合介电层107，其中多个无机填充材料108设置在有机介电材料106内。在实施例中，管芯接合层120的复合介电层107和衬底接合层102的复合介电层可以包括按重量计大约70%至大约95%之间的无机填充材料108。一个或多个导电管芯互连结构118在管芯接合层120的复合介电层107内。

一个或多个导电管芯互连结构118被复合介电层107彼此分开。衬底104的衬底接合层102包括复合介电层107，其中多个无机填充材料108在有机介电材料106内。管芯接合层120的复合介电层107在衬底接合层102的顶表面110上，其中管芯接合层120的无机填充材料108共价接合到衬底接合层102的无机填充材料108，并且管芯互连结构118直接接合到衬底互连结构112，而不使用焊料或底部填充材料。在垂直于接合界面平面的方向上，衬底接合层的复合介电层107的CTE和管芯接合层120的复合介电层107的CTE小于管芯112和衬底118的导电互连结构的CTE。

在实施例中，管芯接合层120的复合介电层107可以包括与衬底接合层的复合介电层107基本相同的材料，但是在其他实施例中，这些材料可以与彼此不同。因此，通过利用根据本文描述的实施例的杂混接合工艺，其中使用金属接合和无机介电接合两者将衬底和管芯接合在一起，接合可以在管芯到有机界面处在不使用焊料材料的情况下进行。在管芯接合层120和衬底接合层102界面处不存在底部填充材料、焊料材料并且不存在种子层镀覆材料，因为这些材料对于将导电互连结构接合到彼此不是必需的。

在图1E中，根据本公开的一些实施例描绘了混合的杂混接合结构16的一部分的横截面视图。混合的杂混接合结构16包括衬底104和管芯114。管芯114包括管芯接合层120，所述管芯接合层120包括无机介电材料116。一个或多个导电管芯互连结构118设置在无机介电材料116内。一个或多个导电管芯互连结构118可以包括顶表面126。

一个或多个导电管芯互连结构118被无机介电材料116彼此分开。在实施例中，衬底104的衬底接合层102包括第一部分115，其中第一部分115包括复合介电材料107，其中多个无机填充材料108设置在有机介电材料106内。衬底接合层102的第二部分125包括不含无机填充材料108的无机介电材料117。在实施例中，衬底接合层102的第一部分115的无机填充材料108可以包括硅石材料（诸如硅石颗粒）、低CTE介电纤维、颗粒或薄片、氮化硅、氧化硅、碳化硅、碳氮化硅。在实施例中，衬底接合层102的第一部分115的复合介电层107可以包括按重量计大约70%至大约95%之间的无机填充材料。可以根据特定器件/系统设计要求来优化衬底接合层102的第一部分115的复合介电层107的CTE。

管芯接合层120的无机介电层116在衬底接合层102的顶表面上，其中管芯接合层120的无机介电材料116共价接合到衬底接合层102的第一部分115的无机填充材料108，并且管芯接合层120的无机介电层116还共价接合到衬底接合层102的第二部分125的无机介电材料117。管芯互连结构118直接接合到衬底互连结构112，而不使用焊料或底部填充材料。衬底接合层102的复合介电层107的CTE在垂直于接合界面平面的方向上小于管芯112和衬底118的导电互连结构的CTE。另外，导电管芯互连结构118和导电衬底互连结构112形成到彼此的直接金属接合。在导电管芯和衬底互连结构上（在管芯导电互连结构118的顶表面126和衬底导电互连结构112的顶表面113之间的界面处）不存在底部填充材料并且不存在种子层镀覆材料，因为镀覆对于将导电互连结构接合到彼此不是必需的。

在图1F中，根据实施例，描绘了封装结构151的透视图。第一管芯140嵌入在一个或多个复合介电层107内，其中第一管芯140可以电和物理耦合到复合介电层107内的互连结构（未示出）。该复合有机介电层107附连到封装衬底150。复合层107的第一侧156在封装衬底150上。根据本文中描述的任何实施例，复合介电层107可以包括在第二侧156（相对侧158）上的管芯接合层。第二管芯142和第三管芯142’在复合介电层107的第二侧158上，并且物理和电耦合到复合介电层107内的互连结构（未示出）。第二管芯142和第三管芯142’可以包括管芯接合层120、120’，其中管芯接合层120、120’在复合介电层107的第二侧158上（图1G，横截面视图）。管芯接合层120、120’可以包含本文中描述的管芯接合层120的任何实施例。管芯接合层120的介电层可以共价接合到复合介电层107的有机填充材料（未示出）。管芯142、142’的管芯接合层内的导电互连结构（未示出，但是包含本文中包括的管芯接合层的任何实施例）和复合介电层107内的导电互连结构（未示出）利用金属接合而接合在一起，例如，如图1B上所示。

在图1H中，根据实施例，描绘了封装结构153的透视图。复合介电层107的第一侧156通过复合介电层107内的互连结构（未示出）物理和电耦合到封装衬底150。第一管芯142和第二管芯142’嵌入在复合介电层107内，并且可以彼此邻近。根据本文描述的任何实施例，复合介电层107可以包括衬底接合层102。第三管芯143可以包括根据本文中任何实施例的管芯接合层120，其中管芯接合层120在有机复合层107的衬底接合层102上（图1I，横截面视图）。管芯接合层120的介电层可以共价接合到复合介电层107的无机填充材料（未示出）。管芯接合层120内的导电互连结构和复合介电层107内的导电衬底互连结构利用介电和金属接合而接合在一起，例如，如图1B中所示。

在图1J中，根据实施例，描绘了封装结构155的透视图。第一管芯142和第二管芯142’在复合介电层107的第二侧158上，并且通过复合介电层107内的互连结构（未示出）物理和电耦合。复合介电层107的第一侧156通过复合介电层107内的互连结构（未示出）物理和电耦合到封装衬底150。第一管芯142和第二管芯142’可以包括管芯接合层120、120’，其中管芯接合层120、120’在复合介电层107的第二侧158上（图1K，横截面视图）。管芯接合层120、120’可以包括本文描述的管芯接合层120的任何实施例。管芯接合层120的介电层可以共价接合到复合介电层107的无机填充材料（未示出）。管芯和复合介电层107的导电互连结构（未示出）利用介电和金属接合而接合在一起，例如，如图1B上所示。

图2A-2E描绘了根据实施例的形成混合的杂混接合封装结构的方法的横截面视图。在图2A中，示出了封装结构204的一部分。增层衬底162（诸如例如镶嵌增层（damascenebuild up）或再分布层）可以在载体/操纵件（handle）160（诸如硅载体或任何其他合适的载体材料）上。在一些实施例中，增层衬底162可以包括导电和介电材料，这些材料可以根据特定应用而被图案化。例如，在一些实施例中，增层衬底162可以包括在（一个或多个）介电层内的导电互连结构/布线层219，其可以被配置成在任意数量的管芯之间路由电信号。

例如，互连结构可以包括诸如焊盘或迹线的布线结构，其被配置成接收去往和来自器件的电信号。在一些实施例中，导电互连结构/布线层包括沟槽、接地平面、电源平面、再分布层（RDL）和/或任何其他适当的电布线特征。增层衬底162还可以提供对于分立组件和/或任何其他类型的器件的结构支撑。管芯264可以在增层衬底162上。管芯264可以包括任何合适的管芯，诸如中央处理单元。在一些实施例中，管芯264可以包括处理系统（单核或多核）。在一些实施例中，管芯106可以是微处理器、图形处理器、信号处理器、网络处理器、芯片集、存储器器件或任何类型的无源器件等。在一些实施例中，管芯264可以是具有多个功能单元（例如，一个或多个处理单元、一个或多个图形单元、一个或多个通信单元、一个或多个信号处理单元、一个或多个安全单元等）的片上系统（SoC）。邻近管芯264并且在增层衬底262上的是一个或多个衬底导电互连结构212。

在图2B中，可以采用形成工艺201（诸如复合介电材料形成工艺201）来形成复合介电层107，该复合介电层107包括填充有无机填充材料的有机介电材料106，所述无机填充材料诸如例如包括以下各项的无机填充材料：硅石材料（诸如硅石颗粒）、低CTE介电纤维、介电颗粒或薄片、氮化硅、二氧化硅、碳化硅、碳氮化硅、氧化铝、金刚石颗粒或其组合。复合介电层107的CTE远小于导电互连结构212的CTE。形成工艺201可以包括诸如CVD、PVD、ALD、旋涂技术、利用激光脉冲退火或热退火的逐层沉积、传递或压缩模塑或者真空层压之类的形成技术，并且可以利用诸如模塑化合物材料、环氧材料、倍半硅氧烷、旋涂玻璃材料之类的材料，这些材料被填充有无机填充材料，诸如例如硅石颗粒。复合介电层107可以包括大约5至大约200微米的厚度，并且可以包括按重量计大约70%至大约95%的无机填充材料108。无机填充材料108的各个颗粒可以包括大约0.002微米至大约12微米之间的直径。

在图2C中，可以在复合介电层107的顶表面110和衬底互连结构212的顶表面213上以及管芯264上执行平坦化工艺203。在实施例中，平坦化工艺203可以包括化学机械抛光（CMP）工艺，其中管芯、复合介电层107和衬底互连结构212的表面的形貌可以针对特定应用而被优化。例如，可以通过改变诸如浆料成分、旋速、压力和/或时间等的平面化参数来调节管芯264的无机介电层和复合介电层107的表面110的光滑度。在实施例中，复合介电层107的均方根粗糙度的量可以小于大约0.5nm，但是取决于平坦化工艺203的优化。导电互连结构212的表面213和管芯264上的互连结构的中凹凹陷（dishing recess）的量也可以通过改变平坦化工艺203参数（诸如例如浆料化学性质）来调节。在执行平坦化工艺203时，在复合介电层107表面处的无机填充材料108中的一些无机填充材料可以被暴露，并且导电衬底互连结构212的表面也可以被暴露。导电衬底互连结构的表面可以从复合介电层107的表面并且从管芯264的无机介电层略微凹陷。

在图2D中，可以采用管芯附连工艺205来将管芯114附连到衬底204的一部分。在实施例中，管芯114可以包括管芯接合层120，其类似于图1A的管芯接合层120。管芯接合层120可以包括介电层116和一个或多个管芯互连结构118，所述介电层116可以是无机介电层。导电管芯互连结构118的顶表面126可以通过金属接合与衬底导电互连结构212的顶表面213接合。

复合介电层107的顶表面110可以与管芯接合层120的介电材料116的顶表面124接合。在实施例中，管芯接合层120的介电材料116和复合介电层107的（在一些实施例中，以及管芯264的电介质的）无机填充材料108可以最初与彼此形成共价接合，并且然后管芯互连结构118和导电互连结构112的导电金属接合可以在随后规定的温度处理期间进行。以这种方式，通过利用有机电介质内的无机共价接合和将管芯114接合到衬底204的金属到金属接合两者，焊料和底部填充材料的使用不是必需的，因为管芯附连工艺205是通过使用本文中公开的混合的杂混接合工艺完成的。图2E描绘了封装结构270的一部分的实施例，其中载体160已经被移除，并且在封装衬底170和有机衬底204的导电互连之间形成了多个焊料互连结构152。

图2F描绘了这样的实施例，其中涂层267可以选择性地形成在复合介电层107上，或者其中涂层267可以形成在衬底204的整个表面上，并且于是随后被图案化和/或平坦化。涂层267可以包括无机材料，诸如例如无机介电材料。例如，涂层267可以在低于复合介电层107的有机介电材料106的降解温度的温度下形成，或者在超过降解温度的温度下但经过脉冲激光退火工艺典型的极短持续时间（诸如数微秒）而形成。涂层267可以通过PVD、ALD、CVD或旋涂工艺中的一种或多种在有或没有热退火的情况下形成。在涂层267的形成之后，可以可选地对涂层267进行脉冲激光退火。涂层267与复合介电层107形成接合。在图2G中，可以采用管芯附连工艺205来将管芯114附连到管芯264和衬底204的部分，包括跨两个特征的涂层267。在实施例中，管芯114可以包括管芯接合层120，其类似于图1A的管芯接合层120。管芯接合层120可以包括介电层116和一个或多个管芯互连结构118，所述介电层116可以是无机介电层。导电管芯互连结构118的顶表面126可以通过金属接合与衬底导电互连结构212的顶表面213接合。涂层267可以与管芯114的无机电介质116接合。

图3A-3F描绘了根据实施例的形成杂混接合封装结构的方法的横截面视图。在图3A中，示出了衬底结构304的一部分。增层衬底162（诸如例如镶嵌增层或再分布层（RDL））可以在载体/操纵件160（诸如硅载体或任何其他合适的载体材料）上。在一些实施例中，增层衬底162可以包括导电和介电材料，这些材料可以根据特定应用的设计要求而被图案化。管芯364可以在增层衬底162上。管芯364可以包括任何合适的管芯，诸如例如CPU。

在图3B中，可以采用形成工艺301（诸如复合介电材料形成工艺301）来形成复合介电层107，该复合介电层107包括填充有无机填充材料（诸如例如包括硅石颗粒的无机填充材料108）的有机介电材料。复合介电层107的CTE在垂直于界面平面的方向上远小于随后要形成的导电互连结构的CTE。形成工艺301可以包括诸如CVD、PVD、ALD、旋涂技术、传递或压缩模塑和/或真空层压之类的形成技术，并且可以利用诸如模塑化合物材料、环氧材料、倍半硅氧烷、旋涂玻璃材料之类的材料，这些材料被填充有无机填充材料，诸如例如硅石颗粒。

在图3C中，可以采用移除工艺303（诸如例如蚀刻工艺）来移除复合介电层107的一部分，以形成一个或多个开口366。移除工艺303可以暴露增层层162中的一个或多个导电迹线163。在图3D中，可以采用金属形成工艺305。在实施例中，可以首先在一个或多个开口366内形成薄种子层和可选的阻挡层（未示出）。种子层和/或阻挡层可以包括任何合适的导电材料，诸如例如铜合金材料、钛、钽、氮化钽或其组合，并且可以通过溅射工艺、物理沉积工艺或任何其他合适的形成工艺形成。在实施例中，种子层可以包括10nm至400nm的厚度，并且可以包括导电金属，诸如铜合金。随后的电镀工艺然后用导电材料（诸如铜）填充一个或多个开口366，以形成一个或多个衬底导电互连结构312。导电金属367的一部分可以在衬底304的一部分的顶表面368上。

在图3E中，可以在导电材料367的顶表面368上执行金属平坦化工艺307，使得导电互连结构312的顶表面和管芯264的顶表面可以从复合介电层107的顶表面110略微凹陷，以及从管芯264的介电材料的顶表面略微凹陷。在实施例中，平坦化工艺307可以包括化学机械抛光（CMP）工艺，其中导电互连结构和复合介电层107的顶表面108的形貌可以针对特定应用而被优化。例如，复合介电材料的表面108的光滑度可以通过改变诸如浆料成分、转速、时间等的平面化参数来被调节。

在实施例中，复合介电层107的均方根粗糙度的量可以小于大约0.5nm。类似地，导电互连结构312的表面的凹陷或中凹的量也可以通过改变平坦化工艺307参数（诸如例如浆料化学性质）来被调节。在执行平坦化工艺307时，可以暴露复合介电层107的表面处的无机填充材料108中的一些无机填充材料以及管芯364的电介质，并且可以暴露导电衬底互连结构312的表面以及管芯364上的表面。在一些情况下，导电衬底互连结构的表面可以从复合介电材料的表面略微凹陷。

在图3F中，可以采用管芯附连工艺309来将管芯114附连到衬底204的一部分。在实施例中，管芯114可以包括管芯接合层120，其类似于图1A的管芯接合层120。管芯接合层120可以包括介电层116和一个或多个管芯互连结构118，所述介电层116可以是无机介电层。导电管芯互连结构118的顶表面126可以通过金属接合与衬底导电互连结构312的顶表面113接合。

复合介电材料106的顶表面110和管芯364的顶表面可以与管芯接合层120的介电材料116的顶表面124接合。在实施例中，管芯接合层的介电材料116和复合介电层107的无机填充材料108可以与彼此形成共价接合。在随后的温度处理期间，在导电互连118、112之间形成金属接合。以这种方式，通过利用无机共价接合以及将管芯114接合到衬底204和管芯364的金属到金属接合两者，焊料和底部填充材料的使用不是必需的，因为管芯附连工艺是通过使用本文中公开的杂混接合工艺来完成的。在实施例中，载体160已经被移除，并且有机衬底被附连到封装衬底，其中在封装衬底170和有机衬底304内的互连结构之间形成多个焊料互连结构152。

图4A-4H描绘了根据实施例的形成杂混接合封装结构的方法的横截面视图。在图4A中，示出了衬底结构404的一部分。增层衬底162（诸如例如镶嵌增层或RDL）可以设置在载体/操纵件160（诸如硅载体或任何其他合适的载体材料）上。在一些实施例中，增层衬底162可以包括导电和介电材料，这些材料可以根据特定应用的设计要求而被图案化。蚀刻停止层420可以选择性地跨增层衬底162而被图案化。

在图4B中，可以采用形成工艺401（诸如复合介电材料形成工艺401）来在增层衬底162上形成复合介电层107。复合介电层107包括填充有无机填充材料（诸如例如包括硅石颗粒的无机填充材料）的有机介电材料。复合介电层107的CTE在垂直于接合界面平面的方向上远小于随后要形成的导电互连结构的CTE。形成工艺301可以包括诸如CVD、PVD、ALD、旋涂技术、传递或压缩模塑和/或真空层压之类的形成技术，其利用诸如模塑化合物材料、环氧材料、倍半硅氧烷、旋涂玻璃材料、增层材料或其组合之类的材料，这些材料被填充有无机填充材料，诸如例如硅石颗粒。

在图4C中，可以采用移除工艺403（诸如例如蚀刻工艺）来移除复合介电层107的一部分以形成一个或多个开口466。移除工艺403可以暴露增层层162中的一个或多个导电迹线或焊盘163。在图4D中，可以采用金属形成工艺405。在实施例中，可以首先在一个或多个开口466内形成薄种子层和可选的阻挡层（未示出）。然后，形成工艺405用导电材料（诸如铜或铜合金）填充一个或多个开口466，以经由电镀、焊膏印刷（paste printing）、冷喷涂或类似此类工艺形成一个或多个衬底导电互连结构412。

在图4E中，可以采用移除工艺407（诸如例如蚀刻工艺）来移除复合介电层107的一部分，以形成开口368。可以利用选择性蚀刻停止层420来防止下面的介电表面的损坏。在实施例中，在工艺407期间，可以利用附加的选择性蚀刻步骤移除选择性蚀刻停止。在图4F中，可以通过利用工艺409来将管芯464附连到增层衬底162。间隙470可以邻近管芯464。可以用介电层472填充间隙470（图4G），并且在例如通过化学机械抛光来准备顶表面（图4G中描绘的）以满足特定的设计要求之后，管芯114可以附连到衬底404（图4H）。可以采用管芯附连工艺来将管芯114附连到衬底404的一部分。在实施例中，管芯114可以包括管芯接合层120，其类似于图1A的管芯接合层120。管芯接合层120可以包括介电层116和一个或多个管芯互连结构118，所述介电层116可以是无机介电层。一个或多个导电管芯互连结构118的表面可以通过金属接合与包括管芯464的表面的衬底导电互连结构412的表面接合。

复合介电材料106的顶表面和管芯464的介电表面可以与管芯接合层120的介电材料116的顶表面接合。在实施例中，管芯接合层的介电材料116和复合介电材料106的无机填充材料108以及管芯464的电介质可以与彼此形成共价接合，并且在随后的温度处理期间，形成导电互连412、118之间的接合。以这种方式，通过利用无机共价接合和将管芯114接合到衬底204的金属到金属接合两者，焊料和底部填充材料的使用不是必需的，因为管芯附连工艺是通过使用本文中公开的杂混接合工艺来完成的。在实施例中，载体160已经被移除，并且有机衬底404附连到封装衬底170，其中在封装衬底170和有机衬底404的导电特征之间形成多个焊料互连结构152。

图5描绘了如本文中所公开的形成混合的杂混接合结构的方法500的实施例的流程图。在实施例中描述的混合的杂混接合结构实现了具有更精细间距组装的更高密度互连。消除了对焊料的需要，也减轻了焊料周围的底部填料（underfill）或模具（mold）的移除。实现了更少的翘曲，并且消除了对焊料镀覆和光刻的需要。利用从结合了本申请中描述的实施例的系统中移除焊料，改进了功率输送和可靠性。方法500可以与本文中讨论的任何其他方法共享任何或所有特性，所述其他方法诸如但不限于例如在图2A-2G、3A-3F和4A-4H中公开的方法，这些附图可以示出采用方法500中描述的任何操作的结构的横截面视图。应当注意，根据特定应用，方法500的操作顺序可以被改变。

在操作502，可以在衬底的至少一部分上形成复合介电材料，其中复合介电材料包括有机介电材料并且填充有多个无机填充材料。在实施例中，可以使用任何合适的形成工艺在衬底上形成复合介电材料，诸如已经在本文中的实施例中描述的。可以将多个无机填充材料添加到合适的有机介电材料中，诸如已经在实施例中描述的，以便相对于金属互连的CTE降低有机衬底在垂直于接合界面平面的方向上的总体CTE。

在操作504，可以在复合介电材料内形成一个或多个导电衬底互连结构。在实施例中，一个或多个导电衬底互连结构的顶表面可以与复合介电材料的顶表面一起略微凹陷。在其他实施例中，一个或多个导电衬底互连结构的顶表面可以是从复合介电材料的表面中凹或者略微凹陷的，这取决于设计要求。例如，复合介电材料和导电结构的表面形貌例如可用CMP工艺来调节，并且通常电介质的均方根粗糙度必须小于0.5nm。

在操作506，管芯可以附连到复合介电材料的顶表面，其中管芯可以包括管芯介电材料内的一个或多个导电管芯互连结构。管芯介电材料可以包括无机材料，或者可以包括具有填充有无机填充颗粒的有机介电材料的复合介电材料。

在操作508，一个或多个导电管芯互连结构通过金属到金属接合直接接合到一个或多个导电衬底互连结构。如本文所述，衬底的复合介电材料与管芯共价接合。

图6是计算装置600的示意图，所述计算装置600可以被实现为结合包括混合的杂混接合结构的本文中任何实施例中描述的封装结构。本文中的封装器件的混合的杂混接合结构提供了较小的间距，并且没有焊料和底部填充材料，诸如例如在图1A中描绘的混合的杂混接合结构。在实施例中，计算装置600容纳板602，诸如例如母板602。板602可以包括多个组件，包括但不限于处理器604、管芯上存储器606和至少一个通信芯片608。处理器604可以物理和电耦合到板602。在一些实现中，至少一个通信芯片608可以物理和电耦合到板602。在另外的实现中，通信芯片608是处理器604的一部分。

根据其应用，计算装置600可以包括其他组件，所述其他组件可以或可以不物理和电耦合到板602，并且可以或可以不通信地耦合到彼此。这些其他组件包括但不限于易失性存储器（例如，DRAM）609、非易失性存储器（例如，ROM）610、闪速存储器（未示出）、图形处理器单元（GPU）612、芯片集614、天线616、诸如触摸屏显示器的显示器618、触摸屏控制器620、电池622、音频编解码器（未示出）、视频编解码器（未示出）、全球定位系统（GPS）装置626、集成传感器628、扬声器630、摄像机632、放大器（未示出）、压缩盘（CD）（未示出）、数字多功能盘（DVD）（未示出）等等。这些组件可以连接到系统板602、安装到系统板、或者与任何其他组件组合。

通信芯片608实现无线和/或有线通信以用于向计算装置600和从计算装置600传递数据。术语“无线”及其派生词可以用于描述可通过使用调制的电磁辐射通过非固体介质来传递数据的电路、装置、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并不暗示关联的装置不包含任何线材，尽管在一些实施例中它们可能不包含。通信芯片608可以实现多种无线或有线标准或协议中的任何标准或协议，包括但不限于Wi-Fi（IEEE 802.11系列）、WiMAX（IEEE802.16系列）、IEEE 802.20、长期演进（LTE）、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙、以太网及其派生物，以及被指定为3G、4G、5G及以后的任何其他无线和有线协议。

计算装置600可以包括多个通信芯片608。例如，第一通信芯片可以专用于较短程无线通信，诸如Wi-Fi和蓝牙，并且第二通信芯片可以专用于较长程无线通信，诸如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等等。术语“处理器”可以指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据以将该电子数据变换成可以被存储在寄存器和/或存储器中的其他电子数据的任何装置或装置的一部分。

在各种实现中，计算装置600可以是膝上型电脑、上网本、笔记本电脑、超级本、智能电话、平板电脑、个人数字助理（PDA）、超级移动PC、可穿戴装置、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数码摄像机、便携式音乐播放器或数字录像机。在另外的实现中，计算装置400可以是处理数据的任何其他电子装置。

本文描述的装置结构的实施例可以被实现为一个或多个存储器芯片、控制器、CPU（中央处理单元）、使用母板互连的微芯片或集成电路、专用集成电路（ASIC）和/或现场可编程门阵列（FPGA）的一部分。

虽然已经参考各种实现描述了本文中阐述的某些特征，但本描述不意图在限制意义上来被解释。因此，对本公开所属领域的技术人员来说显而易见的是，本文中描述的实现的各种修改以及其他实现被认为处在本公开的精神和范围内。

将认识到，本文的实施例不限于如此描述的实施例，而是可在不脱离所附权利要求的范围的情况下以修改和变更来实践。

然而，以上实施例在这些方面不受限制，并且在各种实现中，以上实施例可以包括仅采取此类特征的子集、采取此类特征的不同顺序、采取此类特征的不同组合和/或采取除了明确列出的那些特征之外的附加特征。因此，应该参考所附权利要求连同授予此类权利要求的等效物的全部范围来确定本文中实施例的范围。