[發(fā)明專利]金屬凸塊接合結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310055099.0
• 申請(qǐng)日: 2013-02-20
• 公開（公告）號(hào): CN103779297B
• 公開（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林俊成
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L23/485
• 分類號(hào): H01L23/485;H01L21/60
• 代理公司: 北京德恒律治知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，具體而言，涉及金屬凸塊接合結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

由于各種電子元件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成密度的不斷提高，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷了快速發(fā)展。大多數(shù)情況下，這種集成密度提高源自于最小部件尺寸的不斷減小，這允許更多的元件集成在給定的區(qū)域內(nèi)。近來，隨著對(duì)甚至更小的電子器件的需求的增加，對(duì)更小型且更具有創(chuàng)造性的半導(dǎo)體管芯封裝技術(shù)的需要也在增長(zhǎng)。

隨著半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，已經(jīng)出現(xiàn)了基于芯片級(jí)或芯片尺寸封裝的半導(dǎo)體器件，其作為用于進(jìn)一步減小半導(dǎo)體芯片的物理尺寸的有效替換方式。在基于芯片級(jí)封裝的半導(dǎo)體器件中，對(duì)具有由各種凸塊(包括銅凸塊和/或焊球等)提供的接觸件的管芯生成封裝。可以通過應(yīng)用基于芯片級(jí)封裝的半導(dǎo)體器件實(shí)現(xiàn)高得多的密度。此外，基于芯片級(jí)封裝的半導(dǎo)體器件可以實(shí)現(xiàn)更小的形狀因數(shù)、成本高效益、增強(qiáng)的性能、更低的功耗和更少的熱發(fā)生。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種結(jié)構(gòu)，包括：第一半導(dǎo)體元件，所述第一半導(dǎo)體元件包括：第一金屬凸塊，形成在所述第一半導(dǎo)體元件的頂面上方；和第一阻擋層，形成在所述第一金屬凸塊上方；第二半導(dǎo)體元件，所述第二半導(dǎo)體元件包括：第二金屬凸塊，形成在所述第二半導(dǎo)體元件的頂面上方；和第二阻擋層，形成在所述第二金屬凸塊上方；以及焊料接合結(jié)構(gòu)，電連接所述第一金屬凸塊和所述第二金屬凸塊，其中，所述焊料接合結(jié)構(gòu)包括：金屬間化合物區(qū)域，形成在所述第一阻擋層和所述第二阻擋層之間，其中，所述金屬間化合物區(qū)域具有第一高度尺寸；和圍繞部分，沿著所述第一金屬凸塊和所述第二金屬凸塊的外壁形成，其中，所述圍繞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。

在所述的結(jié)構(gòu)中，所述圍繞部分具有半橢圓形狀；以及所述圍繞部分包括：從所述第一阻擋層到所述半橢圓形狀的表面的第一距離；和從所述第二阻擋層到所述半橢圓形狀的表面的第二距離，并且其中：所述第一距離大于所述第一尺寸；以及所述第二距離大于所述第一尺寸。

在所述的結(jié)構(gòu)中，所述第一阻擋層由鎳形成；以及所述第二阻擋層由鎳形成。

在所述的結(jié)構(gòu)中，所述金屬間化合物區(qū)域包含Ni₃Sn₄。

在所述的結(jié)構(gòu)中，所述第一金屬凸塊由銅形成；以及所述第二金屬凸塊由銅形成。

在所述的結(jié)構(gòu)中，所述第一半導(dǎo)體元件是半導(dǎo)體芯片；以及所述第二半導(dǎo)體元件是封裝基板。

在所述的結(jié)構(gòu)中，所述第一半導(dǎo)體元件是封裝基板；以及所述第二半導(dǎo)體元件是半導(dǎo)體芯片。

在所述的結(jié)構(gòu)中，所述第一半導(dǎo)體元件是第一半導(dǎo)體芯片；以及所述第二半導(dǎo)體元件是第二半導(dǎo)體芯片。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種器件，包括：第一半導(dǎo)體芯片，所述第一半導(dǎo)體芯片包括：第一半導(dǎo)體襯底；第一互連結(jié)構(gòu)，形成在所述第一半導(dǎo)體襯底上方；第一銅凸塊，形成在所述互連結(jié)構(gòu)上；和第一阻擋層，位于所述第一銅凸塊上方；第二半導(dǎo)體芯片，堆疊在所述第一半導(dǎo)體芯片上，其中，所述第二半導(dǎo)體芯片包括：第二半導(dǎo)體襯底；第二互連結(jié)構(gòu)，形成在所述第二半導(dǎo)體襯底上方；第二銅凸塊，形成在所述第二互連結(jié)構(gòu)上方；和第二阻擋層，位于所述第二銅凸塊上方；以及焊料接合結(jié)構(gòu)，電連接所述第一銅凸塊和所述第二銅凸塊，其中，所述焊料接合結(jié)構(gòu)包括：金屬間化合物區(qū)域，形成在所述第一阻擋層和所述第二阻擋層之間，其中所述金屬間化合物區(qū)域具有第一高度尺寸；和圍繞部分，沿著所述第一銅凸塊和所述第二銅凸塊的外壁形成，其中所述圍繞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，所述第一互連結(jié)構(gòu)包括：形成在所述第一半導(dǎo)體襯底上方的第一金屬層；形成在所述第一金屬層上的第一介電層；形成在所述第一介電層上的第二金屬層；形成在所述第二金屬層上方的第一鈍化層；形成在所述第一鈍化層上方的第二鈍化層；嵌入所述第一鈍化層和所述第二鈍化層中的接合焊盤；形成在所述第二鈍化層上的聚合物層；以及形成在所述接合焊盤上的第一銅凸塊。

在所述的器件中，所述第一阻擋層由鎳形成；以及所述第二阻擋層由鎳形成。

在所述的器件中，所述圍繞部分具有半橢圓形狀。

在所述的器件中，所述金屬間化合物區(qū)域包含Ni₃Sn₄。

在所述的器件中，所述金屬間化合物區(qū)域的高度在約3μm至約5μm的范圍內(nèi)。