[发明专利]金属凸块接合结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，具体而言，涉及金属凸块接合结构。

背景技术

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。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一方面，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。

根据本发明的另一方面，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。