用于低温接合的结构和方法技术

一种制造组件的方法，其可包含将在第一基板的第一表面处的第一电性传导元件的顶表面与在第二基板的主要表面处的第二电性传导元件的顶表面并置。其中为下列中之一者：所述第一传导元件的所述顶表面可下凹至所述第一表面之下，或所述第二基板的所述顶表面可下凹至所述主要表面之下。电性传导纳米粒子是被设置在所述第一传导元件和所述第二传导元件的所述顶表面之间。所述传导纳米粒子具有的长度尺寸是小于100纳米。所述方法亦可包含至少在所述经并置的第一传导元件和第二传导元件的界面处提高温度到一结合温度，在所述结合温度时所述传导纳米粒子可造成冶金结合形成于所述经并置的第一传导元件和第二传导元件之间。经并置的第一传导元件和第二传导元件之间。经并置的第一传导元件和第二传导元件之间。

【技术实现步骤摘要】
用于低温接合的结构和方法
[0001]本申请是申请日为2017年10月25日，优先权日为2016年10月27日，申请号为201780064766.8的专利技术专利申请的分案申请。
[0002]相关申请案的交叉引用
[0003]本申请案为2015年7月10日申请的美国申请案第14/796,381号的部分接续申请案，所有该申请案的揭示内容在此以引用的方式并入本文中。

技术介绍

[0004]本专利技术关于微电子封装、关于用于制造微电子封装的构件以及关于制造所述封装和构件的方法。
[0005]微电子装置通常包括半导体材料的薄片，例如通常称为晶粒或半导体晶片的硅或砷化镓。半导体晶片通常作为单独的预包装单元而被提供。在一些单元设计中，所述半导体晶片被安装到基板或晶片载体，所述基板或晶片载体又被安装在例如印刷电路板的电路面板上。
[0006]在半导体晶片的一面制作主动电路。为了便于与主动电路的电连接，所述晶片在同一面上设有接合衬垫。所述接合衬垫通常以规则的阵列或者围绕晶粒的边缘而放置，或者对于许多记忆体装置则是放置于晶粒中心。所述接合衬垫通常由0.5μm厚的传导金属例如铜、金或铝所制成。所述接合衬垫的尺寸将随着装置类型而改变，但通常在一侧上测量几十到几百微米。
[0007]覆晶互连是用于将半导体晶片上的接合衬垫传导性地连接到基板上的接触衬垫或一个或多个其他半导体晶片的常用方式。在覆晶互连中，通常将金属块放置或形成在每个接合衬垫上。然后倒置晶粒，使得金属块提供接合衬垫和基板之间的电通路以及晶粒与基板的机械连接。
[0008]覆晶制程有许多变化，但是一种常见的配置是使用作为金属块的焊料以及焊料的熔化以将其焊接到接合衬垫和基板的方法。当金属块熔化时，焊料流动形成截断的球体。
[0009]以覆晶方式封装半导体晶片变得越来越困难，其中晶片的接触点朝向封装基板的相应接触点。晶片接触点的密度增加导致接触点之间的间距减小。因此，可用于将每个晶片接触点结合到相应封装接触点的焊料的体积减小。使用相对小体积的焊料进行接触点连接的风险在于，整个焊料体积可能会与接触点的金属转换成脆性的金属间化合物(inter
‑
metallic compound)，这可能会损害焊接点的可靠性。
[0010]再者，较小的焊接点使得接触承载晶片表面与封装基板的相邻表面之间的隔离高度(stand
‑
off height)降低。然而，当接触密度非常高时，为了在晶片和封装基板的相邻表面之间形成适当的底部填充，隔离高度可能需要大于简单焊接点的高度。此外，为了使封装基板的接触点相对于晶片的接触点稍微移动，以便补偿晶片和基板之间的不同的热膨胀，可能有必要要求最小的隔离高度。
[0011]已经提出的解决这些问题的一种方法涉及借由使用覆盖在晶片前表面上的光阻遮罩直接在晶片接触点上电镀金属(例如铜)来形成金属柱，以定义柱的位置和高度。然后
可以将具有从其上的接合衬垫延伸的柱的晶片接合到封装基板的对应接触点。或者，可以采取类似的方法在基板的曝露衬垫上形成金属柱。然后可以将具有从其上的接触点延伸的柱的所述基板连接到晶片的相应接触点。
[0012]然而，当在大面积上同时执行时，借由电镀形成柱的过程可能是有问题的，所述大面积例如晶圆的整个区域(具有约200毫米到约300毫米的直径)或在基板面板的整个区域(通常具有约500平方毫米的尺寸)。很难在整个基板上实现高度、尺寸和形状均匀的金属柱。当柱的尺寸和高度非常小时，例如柱直径约75微米或更小，柱高约50微米或更小时，所有这些都很难实现。光阻遮罩厚度的变化、图案布局的均匀性、衬垫密度的局部变化、电解质的质量传输的局部变化、电镀电流分布的局部变化或者图案的形状尺寸的变化诸如晶片或基板面板的区域可能对于获得具有统一高度、尺寸和形状的柱有影响。
[0013]在另一种方法中，可以将焊膏或其他金属填充的焊膏的凸块模印到基板面板的曝露表面上的传导衬垫上。然后可以借由随后的压印使凸起变平，以提高平面度。然而，可能需要严格的制程控制来形成具有均匀焊料体积的凸块，特别是当间距非常小时，例如约50微米或更小时。当间距非常小，例如大约50微米或更小时，消除凸块之间焊料桥接的可能性也是非常困难的。
[0014]尽管覆晶互连有了进展，但仍需要进一步改进。

技术实现思路

[0015]一种制造组件的方法，其包含形成第一传导元件在第一构件的基板的第一表面，所述第一传导元件在远离所述第一表面的方向上延伸，以及借由曝露于无电电镀槽而形成传导纳米粒子在所述传导元件的表面，所述传导纳米粒子具有的长度尺寸是小于100纳米。所述方法亦可包含将第一传导元件的所述表面与第二传导元件的对应表面并置于第二构件的基板的主要表面处，且所述传导纳米粒子被设置在所述第一传导元件和所述第二传导元件的该些表面之间。所述方法可进一步包含在所述经并置的第一传导元件和第二传导元件的界面处提高温度到一结合温度，在所述结合温度时，所述些传导纳米粒子造成冶金结合形成于所述经并置的第一传导元件和第二传导元件之间。
[0016]在一个实施例中，所述第一传导元件可为位在所述第一表面处的多个第一传导元件中的一个，且所述第二传导元件可为位在所述主要表面处的多个第二传导元件中的一个，所述第一传导元件和所述第二传导元件的对应表面是彼此并置。所述方法亦可包含，在所述并置期间中，借由在经并置的所述第一传导元件以及所述第二传导元件中的不同者之间的不同距离挤压所述接合区域的所述厚度，所述接合区域的所述厚度在经并置的所述第一传导元件和所述第二传导元件中不同的传导元件之间变化高达3微米，以迁就至少一些第一传导元件的顶表面的非共平面性。
[0017]在特别的实施例中，所述第一传导元件可为实质上刚性杆，并且所述实质上刚性杆的表面可为顶表面，所述顶表面突出高于所述第一构件的所述第一表面一高度，使得所述顶表面是远离所述第一表面，所述杆具有远离所述顶表面以大角度(substantial angle)延伸的边缘表面。所述传导纳米粒子的形成可以沉积所述传导纳米粒子于所述杆的所述边缘表面上，所述传导纳米粒子实质上完全覆盖所述杆的顶表面和边缘表面。
[0018]在一实施例中，在提高温度步骤之后，经并置的所述第一传导元件和第二传导元
件的界面可包含微通孔，每个微通孔具有小于0.5微米的最大宽度。在一特定实施例中，所述第一构件和所述第二构件中的至少一个可以是包含主动半导体装置的微电子元件，并且所述结合温度可以不高于150℃。在一范例性实施例中，所述第一传导元件和所述第二传导元件中的至少一个可包含电性传导衬垫、电性传导迹线或电性传导的实质上刚性杆。
[0019]制造组件之另外的方法可包含形成传导纳米粒子于第一构件的基板的第一表面处的第一传导元件的表面，其借由在大于所述电解槽的质量传输限制电流密度的一电流密度的情况之下，将所述第一传导元件曝露于电解槽，所述传导纳米粒子具有的长度尺寸是小于100纳米。所述方法亦可包含将所述第一传导元件的表面与在第二本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制造微电子组件的方法，其包含：将在第一基板的第一表面处的第一电性传导元件的顶表面与在第二基板的主要表面处的第二电性传导元件的顶表面并置，所述第一基板的所述第一表面和所述第二基板的所述主要表面每个包含介电材料，其中所述第一电性传导元件是刚性柱，所述刚性柱的所述顶表面远离所述第一基板的所述第一表面并且在所述第一表面之上突出一高度，所述刚性柱具有基本上沿垂直方向远离其所述顶表面延伸的边缘表面；蚀刻所述第二基板的所述主要表面以形成在所述主要表面下方延伸的凹槽并且暴露所述凹槽内的所述第二电性传导元件的所述顶表面；在所述蚀刻之后，然后在所述第二电性传导元件的所述顶表面上沉积阻障材料，并且将电性传导纳米粒子沉积到所述阻障材料上，所述电性传导纳米粒子具有小于100纳米的长度尺寸；所述第一表面的所述介电材料与所述主要表面的所述介电材料接合；以及至少在经并置的所述第一电性传导元件和所述第二电性传导元件的界面处提高温度到一结合温度，在所述结合温度时，所述电性传导纳米粒子造成冶金结合形成于经并置的所述第一电性传导元件和所述第二电性传导元件之间。2.如权利要求1的方法，其中通过电解槽以大于所述电解槽的质量传输限制电流密度的电流密度沉积所述电性传导纳米粒子。3.如权利要求1的方法，其还包括在所述并置之前，在所述第一电性传导元件上方沉积第二阻障材料。4.如权利要求3的方法，其中在所述接合之前，所述电性传导纳米粒子包括第一层传导纳米粒子和第二层传导纳米粒子，所述第二层传导纳米粒子设置在所述第一层传导纳米粒子上，所述第二层传导纳米粒子包含至少一种材料，所述第二层传导纳米粒子的所述至少一种材料是不同于所述第一层传导纳米粒子所包含的至少一种材料。5.如权利要求4的方法，其中在所述接合之前，所述电性传导纳米粒子还包括形成在所述第二层传导纳米粒子上的第三层传导纳米粒子，所述第三层传导纳米粒子包含至少一种材料，所述第三层传导纳米粒子的所述至少一种材料是不同于所述第二层传导纳米粒子所包含的至少一种材料，所述第二层传导纳米粒子经配置以避免所述第三层传导纳米粒子的金属渗透到所述第一层传导纳米粒子之中。6.如权利要求1的方法，其中在所述接合之前，将所述电性传导纳米粒子设置在所述第一电性传导元件和所述第二电性传导元件中的一个电性传导元件的所述顶表面之上。7.如权利要求1的方法，其中在所述第一表面和所述主要表面处的介电材料每个都包含未完全固化的B阶段材料层，并且在所述温度的提高过程中，所述B阶段材料层才被完全地固化。8.一种制造微电子组件的方法，其包含：将在第一基板的第一表面处的第一电性传导元件的顶表面与在第二基板的主要表面处的第二电性传导元件的顶表面并置，所述第一基板的所述第一表面和所述第二基板的所述主要表面每个包含介电材料，其中以下之一或两者：所述第一电性传导元件的所述顶表面下凹至所述第一基板的所述第一表面之下，和/或所述第二电性传导元件的所述顶表面下凹至所述第二基板的主要表面之下，且电性传导纳米粒子被设置在所述第一电性传导元
件和所述第二电性传导元件的所述顶表面上的阻障材料之间，所述电性传导纳米粒子具有的长度尺寸是小于100纳米；所述第一表面的所述介电材料与所述主要表面的所述介电材料接合；并且加热所述第一电性传导元件和所述第二电性传导元件，使得经并置的所述第一电性传导元件和所述第二电性传导元件之间形成冶金结合。9.如权利要求8的方法，其中所述第一电性传导元件的所述顶表面下凹至所述第一基板的所述第一表面之下，并且所述第二电性传导元件的所述顶表面下凹至所述第二基板的所述主要表面之下。10.如权利要求9的方法，其中所述电性传导纳米粒子包含铜。11.如权利要求10的方法，其还包括在所述并置之前，在所述第一电性传导元件和所述第二电性传导元件中的每个电性传导元件上提供所述电性传导纳米粒子的层。12.如权利要求10的方法，其中所述阻障材料包括阻障金属。13.如权利要求12的方法，其中所述阻障金属包括镍。14.如权利要求9的方法，其还包括在所述第一电性传导元件和所述第二电性传导元件的所述顶表面上提供所述阻障材料，以及在所述并置之前在所述第一电性传导元件和所述第二电性传导元件中的至少一个电性传导元件的...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞普里昂，
申请(专利权)人：艾德亚半导体科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：