半导体装置和其制造方法制造方法及图纸

技术编号:30342581 阅读:15 留言:0更新日期:2021-10-12 23:17
提供了一种半导体装置和其制造方法。所述方法包含提供第一衬底。所述方法还包含在所述第一衬底上形成第一金属层。所述第一金属层包含第一金属材料。所述方法进一步包含用包含第二金属材料的离子的溶液处理所述第一金属层的第一表面。另外,所述方法包含在所述第一金属层的所述第一表面的一部分上形成包含所述第二金属材料的多个金属颗粒。第二金属材料的多个金属颗粒。第二金属材料的多个金属颗粒。

【技术实现步骤摘要】
半导体装置和其制造方法


[0001]本公开涉及一种半导体装置和其制造方法。

技术介绍

[0002]铜-铜键合(copper to copper bonding)是制造半导体装置的一个步骤。铜-铜键合通常通过退火工艺来实施。然而,常规退火工艺在超过250℃的温度下执行,从而导致半导体装置、晶圆或其它电子组件损坏。因此,需要新的方法来提高制造半导体装置的产率。

技术实现思路

[0003]根据本公开的一些实施例,一种用于制造半导体装置的方法包含提供第一衬底。所述方法还包含在所述第一衬底上形成第一金属层。所述第一金属层包含第一金属材料。所述方法进一步包含用包含第二金属材料的离子的溶液处理所述第一金属层的第一表面。另外,所述方法包含在所述第一金属层的所述第一表面的一部分上形成包含所述第二金属材料的多个金属颗粒。
[0004]根据本公开的一些实施例,一种半导体装置包含衬底和导电元件。所述导电元件安置在所述衬底上。所述导电元件包含第一金属层、第二金属层和合金层。所述第一金属层包含第一金属材料。所述第二金属层包含第二金属材料。所述合金层包含所述第一金属材料和所述第二金属材料,并且安置在所述第一金属层与所述第二金属层之间。所述第一金属层和所述第二金属层沿某一方向交替布置。
[0005]根据本公开的一些实施例,一种半导体装置包含衬底和导电元件。所述导电元件安置在所述衬底上。所述导电元件具有侧面。所述导电元件包含第一金属层、多个金属颗粒和多个合金壳体。所述第一金属层包含第一金属材料。所述多个金属颗粒包含第二金属材料。所述多个金属颗粒中的至少一个金属颗粒嵌入在所述第一金属层中。所述多个金属颗粒中的至少一个金属颗粒具有从所述第一金属层的所述侧面凸出的一部分。所述多个合金壳体包含所述第一金属材料和所述第二金属材料。所述多个合金壳体中的每个合金壳体覆盖对应的金属颗粒。
附图说明
[0006]当与附图一起阅读以下详细描述时,可以根据以下详细描述容易地理解本公开的各方面。应当注意的是,各种特征可能不一定按比例绘制。实际上,为了讨论的清楚起见,可以任意增大或减小各种特征的尺寸。
[0007]图1是根据本公开的一些实施例的半导体装置的横截面视图。
[0008]图2A是图1中所示出的半导体装置的局部放大视图。
[0009]图2B、图2C和图2D是根据本公开的一些实施例的导电元件的横截面视图。
[0010]图3、图4、图5、图6和图7是根据本公开的一些实施例的半导体装置的横截面视图。
[0011]图8A、图8B、图8C、图8D和图8E展示了根据本公开的一些实施例的用于制造半导体
装置的方法的各个阶段。
[0012]图9A和图9B展示了根据本公开的一些实施例的经过改进的金属衬垫。
[0013]贯穿附图和详细描述,使用相同的附图标记来指示相同或类似的部件。根据以下结合附图进行的详细描述,本公开将更加明显。
具体实施方式
[0014]以下公开提供了用于实施所提供主题的不同特征的许多不同实施例或实例。下文描述了组件和布置的具体实例。当然,这些仅仅是实例并且不旨在是限制性的。在本公开中,在以下描述中对在第二特征之上或上形成或安置第一特征的引用可以包含将第一特征和第二特征形成为或安置为直接接触的实施例,并且还可以包含可以在第一特征与第二特征之间形成或安置另外的特征使得第一特征和第二特征可以不直接接触的实施例。此外,本公开可以在各个实例中重复附图标记和/或字母。这种重复是为了简单和清晰的目的并且本身并不指示所讨论的各个实施例和/或配置之间的关系。
[0015]下文详细讨论了本公开的实施例。然而,应当理解的是,本公开提供了许多可以在各种各样的特定上下文中具体化的适用概念。所讨论的具体实施例仅是说明性的,而不限制本公开的范围。
[0016]图1是根据本公开的一些实施例的半导体装置1a的横截面视图。在一些实施例中,半导体装置1a包含衬底10、衬底20和导电元件30。
[0017]衬底10可以包含印刷电路板(PCB)、晶圆、重新分布层(RDL)、封装衬底、插入件或其它衬底。PCB可以包含纸基铜箔层压板、复合铜箔层压板或聚合物浸渍的玻璃纤维基铜箔层压板。在一些实施例中,衬底10还可以包含引线框架。在一些实施例中,衬底10可以包含晶圆管芯,如硅晶圆管芯、扇出晶圆管芯、玻璃晶圆管芯或其组合。
[0018]衬底20面向衬底10。衬底20可以包含印刷电路板(PCB)、晶圆、重新分布层(RDL)、封装衬底、插入件或其它衬底。PCB可以包含纸基铜箔层压板、复合铜箔层压板或聚合物浸渍的玻璃纤维基铜箔层压板。在一些实施例中,衬底20还可以包含引线框架。在一些实施例中,衬底20可以包含晶圆管芯,如硅晶圆管芯、扇出晶圆管芯、玻璃晶圆管芯或其组合。
[0019]导电元件(conductive element)30安置在衬底10上。导电元件30安置在衬底10与20之间。导电元件30被配置成用作例如电极、导电衬垫、虚设衬垫、导电柱、虚设柱或其组合,并且本公开不限于此。在一些实施例中,导电元件30包含金属层31、金属层32和界面层(interface layer)33。
[0020]金属层31安置在衬底10上。金属层31包含至少第一金属材料。第一金属材料可以包含铜(Cu)、铝(Al)、铁(Fe)、锌(Zn)、镍(Ni)、锡(Sn)、铅(Pb)、银(Ag)、汞(Hg)、金(Au)或其组合。在一些示范性实施例中,选择铜作为第一金属材料的实例。
[0021]金属层32安置在衬底20上。在一些实施例中,金属层32包含至少第一金属材料。在一些实施例中,金属层32的材料与金属层31的材料相同。
[0022]在一些实施例中,界面层33安置在金属层31上。在一些实施例中,界面层33安置在金属层31与32之间。在以下段落中伴随图2A和图2B公开了界面层33的细节。
[0023]在一些实施例中,半导体装置1a进一步包含钝化层60。钝化层60安置在衬底10与衬底20之间。钝化层60可以围绕导电元件30。钝化层60可以被配置成保护导电元件30不受
损伤或污染。钝化层60可以包含如氮化硅、氧化硅或氧氮化硅等无机介电材料、如聚酰亚胺(PI)、聚苯并恶唑(PBO)或苯并环丁烯(BCB)等有机介电材料或其它适合的材料。
[0024]图2A是根据本公开的一些实施例的图1中示出的半导体装置1a中的区域R的放大视图。在一些实施例中,界面层33包含合金层(alloy layer)331和金属层332。金属层332至少包含与第一金属材料不同的第二金属材料。在一些实施例中,第二金属材料的还原电位(reduction potential)大于或超过第一金属材料的还原电位。在一些实施例中,第二金属材料的离子的还原电位大于或超过第一金属材料的还原电位。在一些实施例中,第二金属材料包含铜、铝、铁、镍、锡、铅、银、汞、金、铂或其组合。在一些示范性实施例中,使用铜作为第一金属材料的实本文档来自技高网
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于制造半导体装置的方法,所述方法包括:提供第一衬底;在所述第一衬底上形成第一金属层,所述第一金属层包括第一金属材料;用包括第二金属材料的离子的溶液处理所述第一金属层的第一表面;以及在所述第一金属层的所述第一表面的一部分上形成包括所述第二金属材料的多个金属颗粒。2.根据权利要求1所述的方法,其中所述第二金属材料的所述离子的还原电位大于所述第一金属材料的还原电位。3.根据权利要求1所述的方法,其中包括所述第二金属材料的所述多个金属颗粒中的每个金属颗粒的大小处于约10nm到约100nm的范围内。4.根据权利要求1所述的方法,其中在所述第一金属层的所述第一表面上形成所述多个金属颗粒之后,所述第一金属层的所述第一表面的粗糙度处于约1nm到约50nm的范围内。5.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括:处理所述第一金属层的包括所述第二金属材料的第二表面,其中所述第二表面垂直于所述第一表面或相对于所述第一表面倾斜。6.根据权利要求1所述的方法,其进一步包括:在所述第一金属层的所述第一表面的所述部分上形成所述多个金属颗粒之后形成金属-金属键合,其中形成所述金属-金属键合包括:提供第二衬底,所述第二衬底具有包括所述第一金属材料的第二金属层;执行工艺,使所述第二衬底与所述第一衬底结合;以及在所述第一金属层与所述第二金属层之间形成界面层。7.根据权利要求6所述的方法,其中所述界面层包括合金层,所述合金层包括所述第一金属材料和所述第二金属材料。8.根据权利要求6所述的方法,其中所述第二金属层具有对应于所述第一金属层的所述第一表面和第二表面的凹表面,并且所述第二表面垂直于所述第一表面或相对于所述第一表面倾斜。9.根据权利要求1所述的方法,其中所述多个金属颗粒包括在平行于所述第一表面的方向上以树枝形状分布的所述第二金属材料。10.一种半导体装置,其包括:衬底;以及导电元件,所述导电元件安置在所述衬底上,所述导电元件包括:第一金属层,所述第一金属层包括第一金属材料;第二金属层,所述第二金属层包括第二金属材料;以及合金层,所述合金层包括所述第一金属材料和所述第二金属材料,所...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈昭丞张皇贤吕文隆庄劭萱陈憬儒周泽川
申请(专利权)人:日月光半导体制造股份有限公司
类型:发明
国别省市:

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