[發明專利]半導體接合結構及方法，以及半導體芯片

有效

• 申請號: 201310064575.5
• 申請日: 2013-02-28
• 公開（公告）號: CN104022090B
• 公開（公告）日: 2018-01-23
• 發明（設計）人: 陳國華;林慈樺;陳冠能;黃彥斌
• 申請（專利權）人: 日月光半導體制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L21/60;H01L21/603
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司31100
• 代理人: 陸勍

技術領域

本發明關于一種半導體接合結構及方法，以及半導體芯片，詳言之，關于一種不需使用焊料且可在低溫環境下完成的半導體接合結構及方法。

背景技術

已知半導體覆晶接合方法中，會在上芯片的金屬柱(Metal Pillar)上鍍上一層鎳層作為障蔽層(Barrier Layer)，之后再將焊料形成于該鎳層上。接著，將該上芯片置放于一下芯片或一基板上，使得該金屬柱上的焊料接觸該下芯片或該基板上的焊墊上的表面處理層。接著，進行回焊工藝，使得該焊料融化而接合于該焊墊上，以形成一覆晶接合結構。

該已知方法中，必須使用焊料。由于焊料的外徑無法有效地縮小，因此，該金屬柱之間的間距無法有效地減少。此外，為了使焊料達到熔融狀態，必須加溫至高于300℃，而在此高溫環境下，該上芯片、該下芯片或該基板容易發生翹曲，而且該金屬柱容易發生氧化。為了避免該金屬柱的氧化，另一種已知技術將此高溫接合步驟改至真空環境下進行，如此，將會增加制造成本，然而仍無法解決翹曲的問題。

因此，有必要提供一種半導體接合結構及方法，以及半導體芯片，以解決上述問題。

發明內容

本揭露的一方面關于一種半導體接合結構。在一實施例中，該半導體接合結構包括一第一柱體、一第二柱體、一中間區域、一第一界面及一第二界面。該第一柱體包含一第一金屬。該第二柱體包含該第一金屬。該中間區域位于該第一柱體及該第二柱體之間，且包含該第一金屬。該第一界面位于該第一柱體及該中間區域之間，且包含該第一金屬及一第二金屬氧化物，其中該第一金屬在該第一界面中的含量比例小于該第一金屬在該中間區域中的含量比例。該第二界面位于該第二柱體及該中間區域之間，且包含該第一金屬及該第二金屬氧化物，其中該第一金屬在該第二界面中的含量比例小于該第一金屬在該中間區域中的含量比例。

本揭露的另一方面關于一種半導體芯片。在一實施例中，該半導體芯片包括一芯片本體、一布線層、一保護層、一球下金屬層(UBM)、一柱體及一擴散層。該芯片本體具有一第一表面。該布線層位于該芯片本體的第一表面上。該保護層位于該芯片本體的第一表面上，且具有一開口，以顯露部分該布線層。該球下金屬層位于該保護層的開口，且接觸該布線層。該柱體位于該球下金屬層上，該柱體包含一第一金屬，該第一金屬選自由銀、金、鋁及銅所組成的群。該擴散層位于該柱體的末端，該擴散層包含一第二金屬，該第二金屬與該第一金屬不同，且該第二金屬選自由銀、金、鉑、鈀、鋨、銥、釕、鈦、鎂、鋁、銅、鈷、鎳及鋅所組成的群。該擴散層的厚度介于1納米至30納米之間。

本揭露的另一方面關于一種半導體接合方法。在一實施例中，該半導體接合方法包括以下步驟：(a)提供一第一半導體元件及一第二半導體元件，該第一半導體元件具有至少一第一柱體及至少一第一擴散層，該第一柱體包含一第一金屬，該第一擴散層位于該第一柱體的末端且包含一第二金屬，該第二半導體元件具有至少一第二柱體及至少一第二擴散層，該第二柱體包含該第一金屬，該第二擴散層位于該第二柱體的末端且包含該第二金屬，該擴散層的厚度介于1納米至30納米之間；(b)將該第一半導體元件對接該第二半導體元件，使得該第一擴散層接觸該第二擴散層；及(c)對該第一半導體元件及該第二半導體元件施加一對接壓力，且持續一段時間，使得該第一柱體的第一金屬朝向該第二柱體擴散，該第二柱體的第一金屬朝向該第一柱體擴散，而接觸后形成中間區域；該第一擴散層的第二金屬氧化物朝向該第一柱體擴散而與該第一金屬混合后形成一第一界面；該第二擴散層的第二金屬氧化物朝向該第二柱體擴散而與該第一金屬混合后形成一第二界面。

附圖說明

圖1顯示本發明半導體封裝結構的一實施例的剖視示意圖；

圖2顯示圖1的半導體封裝結構中該第一半導體元件及該第二半導體元件間的接合結構的一實施例的區域A的放大示意圖；

圖3顯示圖2的接合結構的穿透式電子顯微鏡(TEM)分析圖；及

圖4至圖7顯示本發明半導體接合方法的一實施例的示意圖。

具體實施方式

參考圖1，顯示本發明半導體封裝結構的一實施例的剖視示意圖。該半導體封裝結構1包括一基材10、數個外接焊球36、一第一半導體元件38、一第一底膠40、一第二半導體元件42、一第二底膠46及一封膠材料48。