半导体芯片、半导体器件及其制造方法_4

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00nm和lOOOnm。第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度 每个可以例如是大约l〇nm至300nm。第一盖层30A和第二盖层30B可以是Ag层。在不例 实施方式中,构成图8C的接合结构B100的Sn、Ni和Ag元素的重量比(wt% )可以根据第 一盖层30A和第二盖层30B的厚度而变化。当第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度 每个约为l〇nm时,接合结构B100中的Sn:Ni:Ag的重量比可以是54. 23:45. 24:0. 53,当第 一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度每个约为20nm时,接合结构B100中的Sn:Ni:Ag 的重量比可以是53. 94:45. 0:1. 06,当第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度每个约为 30nm时,接合结构B100中的Sn:Ni:Ag的重量比可以是53. 66:44. 76:1. 58。
[0120] 此外,当第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度每个约为50nm时,接合结 构B100中的Sn:Ni:Ag的重量比可以是53. 10:44. 29:2. 61,当第一盖层30A的厚度和 第二盖层30B的厚度每个约为100nm时,接合结构B100中的Sn:Ni:Ag的重量比可以是 51. 75:43. 17:5. 08,当第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度每个约为300nm时,接合 结构B500中的Sn:Ni:Ag的重量比可以是46. 97:39. 18:13.84。然而,上述层的厚度和上述 元素的重量比仅是示例并可以不同地变化。第一 Ni层10A的厚度和第二Ni层10B的厚度 可以彼此不同,第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度也可以彼此不同。
[0121] 图9A至9C是示出根据示例实施方式的半导体器件的制造方法的截面图。
[0122] 参照图9A,在第一粘合层5A形成在第一基板结构1000上之后,第一金属层ML11 可以形成在第一粘合层5A上,类似于图8A。第一金属层ML11可以包括顺序地形成在第一 粘合层5A上的第一 Ni层11A和第一 Sn层22A。然后,可以形成覆盖第一金属层ML11的第 一盖层30A。第一盖层30A可以是包括Ag的第一 Ag层。
[0123] 在第二基板结构2000上形成第二粘合层5B之后,第二金属层ML22可以形成在第 二粘合层5B上。第二金属层ML22可以包括顺序地形成在第二粘合层5B上的第二Ni层11B 和第二Sn层22B。然后,可以形成覆盖第二金属层ML22的第二盖层30B。第二盖层30B可 以是包括Ag的第二Ag层。
[0124] 在将第二基板结构2000倒置以后,该倒置的第二基板结构2000可以位于第一基 板结构1000上。在示例实施方式中,第二基板结构2000的第二金属层ML22可以设置为面 对第一基板结构1000的第一金属层ML11。第一盖层30A和第二盖层30B可以在第一金属 层ML11和第二金属层ML22之间。
[0125] 第一盖层30A和第二盖层30B的功能可以与参考图8A所描述的相同或者类似。 即,第一盖层30A可以抑制或者防止第一金属层ML11的表面氧化和表面腐蚀,第二盖层30B 可以抑制和防止第二金属层ML22的表面氧化和表面腐蚀。第一盖层30A和第二盖层30B 可以改善表面润湿性。此外,第一盖层30A和第二盖层30B可以在后续的接合工艺中与第 一 Sn层22A和第二Sn层22B的Sn反应并因此形成金属间化合物,并且可以改善接合部分 的接合特性和物理性质。
[0126] 因为图9A的结构的上部与其下部是对称的,所以根据图9A至9C的实施方式的方 法中使用的接合方法可以被称为利用对称结构的接合方法。然而,因为图8A的结构的上部 与其下部是非对称的,所以根据图8A至8C的实施方式的方法中使用的接合方法可以被称 为利用非对称结构的接合方法。图9A中的第一 Sn层22A和第二Sn层22B的总体积可以 等于或者类似于图8A中的第一 Sn层20A的体积。即,图9A中的第一 Sn层22A和第二Sn 层22B的厚度之和可以等于或者类似于图8A中的第一 Sn层20A的厚度。此外,图9A中的 第一 Ni层11A和第二Ni层11B的厚度之和可以等于或者类似于图8A中的第一 Ni层10A 和第二Ni层10B的厚度之和。例如,第一 Ni层10A的厚度、第二Ni层10B的厚度、第一 Ni 层11A的厚度以及第二Ni层11B的厚度可以彼此相等或者彼此相似。
[0127] 参照图9B,在将第一金属层ML11附接到第二金属层ML22并且第一盖层30A和第 二盖层30B夹置在其间之后可以执行第一金属层ML11与第二金属层ML22之间的接合工 艺。在示例实施方式中,第一盖层30A和第二盖层30B可以被认为是一种中间层。接合工 艺可以与参考图8B所描述的相同或者类似。
[0128] 接合工艺的所得结构在图9C中示出。参照图9C,接合结构B110可以通过第一和 第二金属层ML11和ML22与第一和第二盖层30A和30B之间的反应而形成。接合结构B110 可以具有与图8C的接合结构B100相同或者类似的结构。即,接合结构B110可以包括中间 接合层26ab、第一剩余Ni层11a和第二剩余Ni层lib。第一剩余Ni层11a可以设置在中 间接合层26ab与第一基板结构1000之间,第二剩余Ni层lib可以设置在中间接合层26ab 与第二基板结构2000之间。中间接合层26ab可以包括Ag3Sn和Ni3Sn4。中间接合层26ab 的构造可以与图8C的中间接合层25ab相同或者类似。在图9C中,附图标记5a和附图标 记5b分别表示接合工艺之后的第一粘合层和第二粘合层。
[0129] 在图9A中,第一 Ni层11A的厚度、第一 Sn层22A的厚度、第二Sn层22B的厚度以 及第二附层1川的厚度可以例如分别是100011111、145011111、145011111和100011111。第一盖层3(^ 的厚度和第二盖层30B的厚度每个可以例如是大约10nm至300nm。第一盖层30A和第二盖 层30B可以是Ag层。在示例实施方式中,构成图9C的接合结构B110的Sn、Ni和Ag元素的 重量比(wt%)可以根据第一盖层30A和第二盖层30B的厚度而变化。该重量比可以与关于 图8C的接合结构B100所例示的那些相同。即,当第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚 度每个约为l〇nm时,接合结构B110中的Sn:Ni:Ag的重量比可以是54. 23:45. 24:0. 53,当 第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度每个约为20nm时,接合结构B110中的Sn: Ni : Ag 的重量比可以是53. 94:45. 0:1. 06,当第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度每个约为 30nm时,接合结构B110中的Sn:Ni:Ag的重量比可以是53. 66:44. 76:1. 58。
[0130] 此外,当第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度每个约为50nm时,接合结 构B110中的Sn:Ni:Ag的重量比可以是53. 10:44. 29:2. 61,当第一盖层30A的厚度和 第二盖层30B的厚度每个约为100nm时,接合结构B110中的Sn:Ni:Ag的重量比可以是 51. 75:43. 17:5. 08,当第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度每个约为300nm时,接合 结构B110中的Sn:Ni:Ag的重量比可以是46. 97:39. 18:13.84。然而,上述层的厚度和上述 元素的重量比仅是示例并可以不同地变化。第一 Ni层11A的厚度和第二Ni层11B的厚度 可以彼此不同,第一盖层30A的厚度和第二盖层30B的厚度也可以彼此不同。
[0131] 根据示例实施方式,图8C的接合结构B100和图9C的接合结构B110可以进一步 包括Ni3Sn。Ni3Sn可以通过控制接合工艺的条件而形成在接合结构B100和B110中。示例 在图10中示出。
[0132] 图10是用于说明根据示例实施方式的半导体器件的制造方法的截面图。
[0133] 参照图10,接合结构Bill的中间接合层27ab可以形成为进一步包括Ni3Sn区域。 在示例实施方式中,Ni3Sn区域可以设置在第一剩余Ni层12a与邻近于第一剩余Ni层12a 的Ni3Sn4g域之间以及第二剩余Ni层12b与邻近于第二剩余Ni层12b的Ni 3Sn4区域之间。 因此,Ni3Sn可以接触第一剩余Ni层12a和第二剩余Ni层12b。在图8C中,一些附#114可 以额外地与第一剩余Ni层10a和第二剩余Ni层10b的Ni反应,因此可以形成Ni3Sn。类 似地,在图9C中,一些附#114可以额外地与第一剩余Ni层1 la和第二剩余Ni层1 lb的Ni 反应,因此可以形成Ni3Sn。图10的接合结构Bill可以与图2的接合结构B11和图4的接 合结构B11相同或者类似。
[0134] 用于由图8B和图9B的结构形成图8C和9C所示的接合结构B100和B110的接合 工艺的具体条件(即,温度/压力)在图11的图形中示出。
[0135] 参照图11,大约160°C的温度可以最初施加持续大约5分钟,然后通过大约5分钟 将温度升高至大约240°C。240°C的温度可以保持大约5分钟。然后,可以通过大约5分钟 将温度升高至大约280°C,然后大约280°C的温度可以保持大约10分钟。然后,可以通过大 约10分钟将温度降低至大约160°C。压力方面的情况,大约0. 08MPa的压力可以最初施加 持续大约15分钟,然后可以施加大约0. 4MPa的压力。图8C和9C示出的接合结构B100和 B110可以通过具有这样的条件的接合工艺形成。然而,图11的图形所示的具体条件仅是示 例且可以不同地变化。
[0136] 用于由图8B和图9B的结构形成图10所示的接合结构Bill的接合工艺的具体条 件(即,温度/压力)在图12的图形中示出。
[0137] 参照图12,大约100°C的温度可以最初施加持续大约10分钟,然后通过大约10分 钟将该温度升高至大约160°C。160°C的温度可以保持大约10分钟。然后,可以通过大约15 分钟将温度升高至大约280°C,然后大约280°C的温度可以保持大约30分钟。然后,可以通 过大约15分钟将温度降低至大约100°C。压力方面的情况,大约0. 08MPa的压力可以最初 施加持续大约30分钟,然后可以施加大约0. 4MPa的压力。图10所示的接合结构Bill可 以通过具有这样的条件的接合工艺形成。与图11的情况相比,通过在缓慢升高温度之后保 持相对长的加热时间,可以额外地形成图10所示的Ni3Sn区域。然而,图12的图形所示的 具体条件仅是示例且可以不同地变化。
[0138] 从图11和图12的图形所示的条件可以理解,可以通过利用大约300°C或更低的温 度(低温)和大约〇.5MPa或更小的压力(低压)来执行接合工艺。此外,接合结构Bill 的组成物(包含的材料)可以通过调节接合工艺的条件而控制。
[0139] 图8A至8C、图9A至9C和图10中的第一基板结构1000和第二基板结构2000每 个可以包括晶片级基
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