金属凸块接合结构制造技术

一种结构包括具有第一金属凸块的第一半导体芯片和具有第二金属凸块的第二半导体芯片。该结构还包括电连接第一半导体芯片和第二半导体芯片的焊料接合结构，其中焊料接合结构包括位于第一金属凸块和第二金属凸块之间的金属间化合物区域，其中金属间化合物区域具有第一高度尺寸；和沿着第一金属凸块和第二金属凸块的外壁形成的围绕部分，其中围绕部分具有第二高度尺寸，并且第二高度尺寸大于第一高度尺寸。本发明专利技术提供了金属凸块接合结构。

【技术实现步骤摘要】
金属凸块接合结构
本专利技术涉及半导体器件，具体而言，涉及金属凸块接合结构。
技术介绍
由于各种电子元件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成密度的不断提高，半导体产业经历了快速发展。大多数情况下，这种集成密度提高源自于最小部件尺寸的不断减小，这允许更多的元件集成在给定的区域内。近来，随着对甚至更小的电子器件的需求的增加，对更小型且更具有创造性的半导体管芯封装技术的需要也在增长。随着半导体技术进一步发展，已经出现了基于芯片级或芯片尺寸封装的半导体器件，其作为用于进一步减小半导体芯片的物理尺寸的有效替换方式。在基于芯片级封装的半导体器件中，对具有由各种凸块(包括铜凸块和/或焊球等)提供的接触件的管芯生成封装。可以通过应用基于芯片级封装的半导体器件实现高得多的密度。此外，基于芯片级封装的半导体器件可以实现更小的形状因数、成本高效益、增强的性能、更低的功耗和更少的热发生。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的问题，根据本专利技术的一方面，提供了一种结构，包括：第一半导体元件，所述第一半导体元件包括：第一金属凸块，形成在所述第一半导体元件的顶面上方；和第一阻挡层，形成在所述第一金属凸块上方；第二半导体元件，所述第二半导体元件包括：第二金属凸块，形成在所述第二半导体元件的顶面上方；和第二阻挡层，形成在所述第二金属凸块上方；以及焊料接合结构，电连接所述第一金属凸块和所述第二金属凸块，其中，所述焊料接合结构包括：金属间化合物区域，形成在所述第一阻挡层和所述第二阻挡层之间，其中，所述金属间化合物区域具有第一高度尺寸；和围绕部分，沿着所述第一金属凸块和所述第二金属凸块的外壁形成，其中，所述围绕部分具有第二高度尺寸，并且所述第二高度尺寸大于所述第一高度尺寸。在所述的结构中，所述围绕部分具有半椭圆形状；以及所述围绕部分包括：从所述第一阻挡层到所述半椭圆形状的表面的第一距离；和从所述第二阻挡层到所述半椭圆形状的表面的第二距离，并且其中：所述第一距离大于所述第一尺寸；以及所述第二距离大于所述第一尺寸。在所述的结构中，所述第一阻挡层由镍形成；以及所述第二阻挡层由镍形成。在所述的结构中，所述金属间化合物区域包含Ni3Sn4。在所述的结构中，所述第一金属凸块由铜形成；以及所述第二金属凸块由铜形成。在所述的结构中，所述第一半导体元件是半导体芯片；以及所述第二半导体元件是封装基板。在所述的结构中，所述第一半导体元件是封装基板；以及所述第二半导体元件是半导体芯片。在所述的结构中，所述第一半导体元件是第一半导体芯片；以及所述第二半导体元件是第二半导体芯片。根据本专利技术的另一方面，提供了一种器件，包括：第一半导体芯片，所述第一半导体芯片包括：第一半导体衬底；第一互连结构，形成在所述第一半导体衬底上方；第一铜凸块，形成在所述互连结构上；和第一阻挡层，位于所述第一铜凸块上方；第二半导体芯片，堆叠在所述第一半导体芯片上，其中，所述第二半导体芯片包括：第二半导体衬底；第二互连结构，形成在所述第二半导体衬底上方；第二铜凸块，形成在所述第二互连结构上方；和第二阻挡层，位于所述第二铜凸块上方；以及焊料接合结构，电连接所述第一铜凸块和所述第二铜凸块，其中，所述焊料接合结构包括：金属间化合物区域，形成在所述第一阻挡层和所述第二阻挡层之间，其中所述金属间化合物区域具有第一高度尺寸；和围绕部分，沿着所述第一铜凸块和所述第二铜凸块的外壁形成，其中所述围绕部分具有第二高度尺寸，并且所述第二高度尺寸大于所述第一高度尺寸。在所述的器件中，所述第一互连结构包括：形成在所述第一半导体衬底上方的第一金属层；形成在所述第一金属层上的第一介电层；形成在所述第一介电层上的第二金属层；形成在所述第二金属层上方的第一钝化层；形成在所述第一钝化层上方的第二钝化层；嵌入所述第一钝化层和所述第二钝化层中的接合焊盘；形成在所述第二钝化层上的聚合物层；以及形成在所述接合焊盘上的第一铜凸块。在所述的器件中，所述第一阻挡层由镍形成；以及所述第二阻挡层由镍形成。在所述的器件中，所述围绕部分具有半椭圆形状。在所述的器件中，所述金属间化合物区域包含Ni3Sn4。在所述的器件中，所述金属间化合物区域的高度在约3μm至约5μm的范围内。在所述的器件中，所述围绕部分的高度在约4μm至约6μm的范围内。根据本专利技术的又一方面，提供了一种方法，包括：在第一半导体元件的顶面上方形成第一金属凸块；在所述第一金属凸块上方沉积第一阻挡层；在第二半导体元件的顶面上方形成第二金属凸块；在所述第二金属凸块上方沉积第二阻挡层；以及通过回流工艺将所述第二半导体元件接合在所述第一半导体元件上，其中，熔化焊球以形成焊料接合结构，所述焊料接合结构包括：金属间化合物区域，形成在所述第一阻挡层和所述第二阻挡层之间，其中，所述金属间化合物区域具有第一高度尺寸；和围绕部分，沿着所述第一金属凸块和所述第二金属凸块的外壁形成，其中，所述围绕部分具有第二高度尺寸，并且所述第二高度尺寸大于所述第一高度尺寸。所述的方法还包括：在所述第一阻挡层上形成所述焊球；以及实施回流工艺以熔化所述焊球从而形成所述焊料接合结构。所述的方法还包括：在所述第二阻挡层上形成所述焊球；以及实施回流工艺以熔化所述焊球从而形成所述焊料接合结构。所述的方法还包括：在衬底上方形成第一金属层；在所述第一金属层上形成第一介电层；以及在所述第一介电层上形成第二金属层。在一个实施例中，上述方法还包括在所述第二金属层上方形成第一钝化层；在所述第一钝化层上方形成第二钝化层；形成接合焊盘，其中，所述接合焊盘嵌入所述第一钝化层和所述第二钝化层中；以及在所述第二钝化层上形成聚合物层。附图说明为了更全面地理解本专利技术及其优点，现在将参考结合附图所进行的以下描述，其中：图1示出根据本专利技术的各个实施例的半导体器件的截面图；以及图2详细地示出根据本专利技术的各个实施例的在图1中示出的半导体芯片的截面图。除非另有说明，不同附图中的相应标号和符号通常是指相应部件。绘制附图用于清楚地示出各实施例的相关方面而不必按比例绘制。具体实施方式在下面详细论述本专利技术的实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的专利技术构思。所论述的具体实施例仅是制造和使用本专利技术的说明性具体方式，而不用于限制本专利技术的范围。将结合具体环境中的实施例描述本专利技术，即位于两个半导体管芯之间的界面处的金属凸块接合结构(jointstructure)。然而，本专利技术还可以适用于各种半导体器件的接合结构。在下文中，将参照附图详细说明各个实施例。图1示出根据本专利技术各个实施例的半导体器件的截面图。半导体器件100包括第一半导体元件130和第二半导体元件150。如图1所示，通过金属凸块接合结构在第一半导体元件130的顶部上堆叠第二半导体元件150。金属凸块接合结构包括在第一半导体元件130上方形成的第一金属凸块132、在第二半导体元件150上方形成的第二金属凸块152和位于两个半导体元件130和150之间的界面处的焊料接合结构144。应当注意到，虽然图1示出在每个半导体元件(例如，第一半导体元件130)处仅有一个金属凸块(例如，金属凸块132)，但是半导体元件130和150都可以容纳任何数量的金属凸块。在一些实施例中，半导体元件1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构，包括：第一半导体元件，包括：第一金属凸块，形成在所述第一半导体元件的顶面上方；和第一阻挡层，形成在所述第一金属凸块上方；第二半导体元件，包括：第二金属凸块，形成在所述第二半导体元件的顶面上方；和第二阻挡层，形成在所述第二金属凸块上方；以及焊料接合结构，电连接所述第一金属凸块和所述第二金属凸块，其中，所述焊料接合结构包括：金属间化合物区域，形成在所述第一阻挡层和所述第二阻挡层之间，其中，所述金属间化合物区域具有第一高度尺寸；和围绕部分，沿着所述第一金属凸块和所述第二金属凸块的外壁形成，其中，所述围绕部分具有第二高度尺寸，并且所述第二高度尺寸大于所述第一高度尺寸。

【技术特征摘要】
2012.10.22 US 13/656,9681.一种半导体器件的结构，包括：第一半导体元件，包括：第一金属凸块，形成在所述第一半导体元件的顶面上方；和第一阻挡层，形成在所述第一金属凸块的第一平坦表面上而不形成在所述第一金属凸块的侧表面上；第二半导体元件，包括：第二金属凸块，形成在所述第二半导体元件的顶面上方；和第二阻挡层，形成在所述第二金属凸块的第二平坦表面上而不形成在所述第二金属凸块的侧表面上；以及焊料接合结构，电连接所述第一金属凸块和所述第二金属凸块，其中，所述焊料接合结构包括：金属间化合物区域，形成在所述第一阻挡层和所述第二阻挡层之间，所述金属间化合物区域由焊料与所述第一阻挡层和/或所述第二阻挡层之间的冶金反应形成，所述金属间化合物区域未与所述第一金属凸块和所述第二金属凸块直接接触，其中，所述金属间化合物区域具有第一高度尺寸；和围绕部分，沿着所述第一金属凸块和所述第二金属凸块的外壁形成，其中，所述围绕部分具有第二高度尺寸，并且所述第二高度尺寸大于所述第一高度尺寸。2.根据权利要求1所述的结构，其中：所述围绕部分具有半椭圆形状；以及所述围绕部分包括：从所述第一阻挡层到所述半椭圆形状的表面的第一距离；和从所述第二阻挡层到所述半椭圆形状的表面的第二距离，并且其中：所述第一距离大于所述第一高度尺寸；以及所述第二距离大于所述第一高度尺寸。3.根据权利要求1所述的结构，其中：所述第一阻挡层由镍形成；以及所述第二阻挡层由镍形成。4.根据权利要求1所述的结构，其中：所述金属间化合物区域包含Ni3Sn4。5.根据权利要求1所述的结构，其中：所述第一金属凸块由铜形成；以及所述第二金属凸块由铜形成。6.根据权利要求1所述的结构，其中：所述第一半导体元件是半导体芯片；以及所述第二半导体元件是封装基板。7.根据权利要求1所述的结构，其中：所述第一半导体元件是封装基板；以及所述第二半导体元件是半导体芯片。8.根据权利要求1所述的结构，其中：所述第一半导体元件是第一半导体芯片；以及所述第二半导体元件是第二半导体芯片。9.一种半导体器件，包括：第一半导体芯片，包括：第一半导体衬底；第一互连结构，形成在所述第一半导体衬底上方；第一铜凸块，形成在所述第一互连结构上；和第一阻挡层，位于所述第一铜凸块的第一平坦表面上而不位于所述第一铜凸块的侧表面上；第二半导体芯片，堆叠在所述第一半导体芯片上，其中，所述第二半导体芯片包括：第二半导体衬底；第二互连结构，形成在所述第二半导体衬底上方；第二铜凸块，形成在所述第二互连结构上方；和第二阻挡层，位于所述第二铜凸块的第二平坦表面上而不位于所述第二铜凸块的侧表面上；以及焊料接合结构，电连接所述第一铜凸块和所述第二铜凸块，其中，所述焊料接合结构包括：金属间化合物区域，形成在所述第一阻挡层和所述第二阻挡层之间，所述金属间化合物区域由焊料与所述第一阻挡层和/或所述第二阻挡层之间的冶金反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：林俊成，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：台湾;71