本发明涉及半导体装置和其制造方法，且更确切地说，涉及包含固体接合结构的半导体装置，和用于将金属接合到金属、金属接合到陶瓷或用于接合其它固体材料的固体接合方法。
背景技术：
热压缩接合技术允许在不使用锡(sn)焊料的情况下将金属直接接合到另一金属。然而，此技术通常是在高工作温度(例如，大于400摄氏度(℃))和高压力(例如，大于10兆帕斯卡(mpa))下进行，这会增加制造成本并损害待接合的电路。因此，期望研发可在相对低的温度和压力下进行的热压缩接合技术。
技术实现要素：
在一些实施例中，一种用于制造半导体装置的方法包含：提供包含第一金属接点的第一电子组件和包含第二金属接点的第二电子组件，改变所述第一金属接点的晶格，以及在预定压力和预定温度下将所述第一金属接点接合到所述第二金属接点。
在一些实施例中，一种用于制造半导体装置的方法包含：提供包含第一金属接点的第一电子组件和包含第二金属接点的第二电子组件，所述第一金属接点具有第一表面且所述第二金属接点具有第二表面；通过使所述第一金属接点的所述第一表面处的晶格发生变形而粗糙化所述第一金属接点的所述第一表面；以及将所述第一金属接点的所述第一表面接合到所述第二金属接点的所述第二表面。
附图说明
图1说明根据本发明的一些实施例的制造半导体装置的方法；
图2a、图2b和图2c说明根据本发明的一些实施例的晶格的示意图；以及
图3说明根据本发明的一些实施例的半导体装置。
贯穿图式和具体实施方式使用共同参考编号来指示相同或类似组件。根据以下结合附图进行的详细描述可最好地理解本发明。
具体实施方式
图1说明用于在不使用接合剂(例如焊料或铟)的情况下直接将一个电子组件(例如，第一电子组件)接合到另一电子组件(例如，第二电子组件)的方法。
参考操作s11，提供包含第一金属接点的第一电子组件和包含第二金属接点的第二电子组件。在一些实施例中，第一电子组件为集成电路(ic)芯片、晶片(例如，晶片上的裸片)、插入件、衬底、电阻器、电容器、电感器或其组合。在一些实施例中，第二电子组件相同于第一电子组件。替代地，第二电子组件与第一电子组件不同。在一些实施例中，第一金属接点和第二金属接点由金属形成或包含金属，所述金属例如但不限于铜、铝、银、金或用于接合的任何其它合适的金属。
参考操作s12，在第一电子组件的第一金属接点上照射电磁辐射以加热第一金属接点。在一些实施例中，电磁辐射为红外线(ir)或紫外线(uv)。在一些实施例中，电磁辐射的波长介于约200纳米(nm)到约3000nm的范围内，例如从约700nm到约1100nm或例如从约200nm到约400nm。在一些实施例中，由电磁辐射照射第一金属接点达预定时间，例如约15秒或更少、约10秒或约5秒或更少，或从约5秒到约10秒。在一些实施例中，电磁辐射的总功率为约1000瓦特(w)。在一些实施例中，电磁辐射照射在第一金属接点的一部分上或整个第一金属接点上。
图2a示出未由电磁辐射照射的第一金属接点的晶格的结构。图2b示出第一金属接点的晶格在由电磁辐射照射预定时间量之后的结构。图2c示出第一金属接点的晶格在冷却之后的结构。在一些实施例中，在由电磁辐射照射预定时间量之后，第一电子组件的第一金属接点的晶格发生膨胀，且接着第一金属接点的晶格在冷却之后发生变形。通过照射第一金属接点，能增加第一金属接点的粗糙度、硬度、模数和剪切强度。举例来说，经照射第一金属接点的粗糙度(例如，均方根表面粗糙度)的范围可介于约4nm到约6nm，所述粗糙度为未经照射第一金属接点的粗糙度的约2.2到约2.8倍。经照射第一金属接点的硬度的范围可介于约5.5吉帕斯卡(gpa)到约6.5gpa，所述硬度为未经照射第一金属接点的硬度的约2到约2.2倍。经照射第一金属接点的模数的范围可介于约140gpa到约210gpa，所述模数为未经照射第一金属接点的模数的约1.1到约1.5倍。经照射第一金属接点的剪切强度的范围可介于约45mpa到约50mpa，所述剪切强度为未经照射第一金属接点的剪切强度的约1.18到约1.23倍。因此，通过照射第一金属接点，第一金属接点的晶格发生变形以使第一金属接点的晶格生成较多缺陷，这会增加第一金属接点与待接合的另一金属接点(例如第二金属接点)之间的接合强度。
参考图1，在操作s12之后，金属氧化物(例如，氧化铜(cuo))可形成于第一金属接点的表面上。因此，在操作s13中，进行去氧化过程以消除或移除经照射第一金属接点的表面上的金属氧化物。在一些实施例中，通过用丙酮、甲醇、柠檬酸和去离子(d.i.)水浸渍或清洗经照射第一金属接点来进行去氧化过程。
在操作s14中，进行接合过程以将第一电子组件的第一金属接点直接接合到第二电子组件的第二金属接点。在一些实施例中，对第一金属接点与第二金属接点进行对准，且接着在预定条件下对第一金属接点和第二金属接点进行热压缩。在一些实施例中，预定条件包含小于约400℃或小于约300℃(例如约250℃)的温度、约20分钟的操作时间和约10mpa的压力。
热压缩接合技术可应用于在不使用接合剂(例如焊料或铟)的情况下接合两种金属(例如将铜接合到铜或铜接合到铝)或两个不同固体(例如金属与陶瓷或金属与玻璃)。在一些实施例中，通过热压缩接合将来自一个电子组件(例如第一电子组件)的铜凸点或衬垫(例如第一金属接点和第二金属接点)直接连接到另一电子组件(例如第二电子组件)。相比来说，为达成热压缩接合，要使用高的工作温度(例如，大于400℃)和压力(例如，大于10mpa)。然而，高的工作温度可能增加制造成本，且可能损害待接合的电路。如图1中的方法示出，在一些实施例中，通过照射第一金属接点以使第一金属接点的晶格发生变形并使第一金属接点的晶格生成较多缺陷，可增加第一金属接点与第二金属接点之间的接合强度，且因此可以相对较低的温度(例如，250℃)进行接合过程。因此，图1中示出的方法可减少制造成本，且可防止待接合的电子组件由于高温而受损。在一些实施例中，可由电磁辐射在如图1中所示出的操作中照射第一电子组件的第一金属接点和第二电子组件的第二金属接点两者，这可进一步增加其间的接合强度。
图3为根据本发明的一些实施例的半导体装置3的示意图。参考图3，半导体装置3包含第一电子组件31和第二电子组件32，所述第一电子组件包含在图1中示出的操作期间经历照射的第一金属接点31a，所述第二电子组件包含并不经历照射的第二金属接点32a。在一些实施例中，第一电子组件31和第二电子组件32可为ic芯片、晶片(例如，晶片上的裸片)、插入件、衬底、电阻器、电容器、电感器或其组合。在一些实施例中，第二电子组件32相同于第一电子组件31。替代地，第二电子组件32与第一电子组件31不同。在一些实施例中，第一金属接点31a和第二金属接点32a可由金属形成或可包含金属，所述金属例如但不限于铜、铝、银、金或用于接合的任何其它合适的金属。
在图1中示出的操作s12之后，第一金属接点31a的表面31a1的晶格发生改变(例如，变形或膨胀)，且因此第一金属接点31a的表面31a1的晶格在粗糙度、硬度、模数和剪切强度方面不同于第二金属接点32a的表面32a1的晶格。举例来说，第一金属接点31a的表面31a1的粗糙度、硬度、模数和剪切强度可都大于第二金属接点32a的表面32a1的粗糙度、硬度、模数和剪切强度。在一些实施例中，第一金属接点31a的侧壁31a2的晶格也可发生改变。举例来说，第一金属接点31a的侧壁31a2的粗糙度、硬度、模数和剪切强度可都大于第二金属接点32a的侧壁32a2的粗糙度、硬度、模数和剪切强度。
如本文中所使用，除非上下文另外明确指示，否则单数术语“一(a/an)”和“所述(the)”可包含多个参考物。
如本文中所使用，术语“导电(conductive/electricallyconductive)”和“导电性”指代输送电流的能力。导电材料通常指示对于电流流动展现极少或零对抗的那些材料。导电性的一个量度为西门子/米(s/m)。通常，导电材料为具有大于大约104s/m(例如至少105s/m或至少106s/m)的导电性的一种材料。材料的导电性有时可能随温度而变化。除非另外规定，否则材料的导电性是在室温下测量的。
如本文中所使用，术语“大约”、“大体上”、“大体”和“约”用于描述和解释小的变化。当与事件或情形结合使用时，所述术语可指其中事件或情形明确发生的情况以及其中事件或情形极接近于发生的情况。举例来说，当结合数值使用时，所述术语可指小于或等于所述数值的±10％的变化范围，例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％，或小于或等于±0.05％。举例来说，如果两个数值之间的差值小于或等于所述值的平均值的±10％(例如小于或等于±5％、小于或等于±4％、小于或等于±3％、小于或等于±2％、小于或等于±1％、小于或等于±0.5％、小于或等于±0.1％，或小于或等于±0.05％)，那么可认为所述两个数值“大体上”相同。举例来说，“大体上”平行可指相对于0°的小于或等于±10°(例如小于或等于±5°、小于或等于±4°、小于或等于±3°、小于或等于±2°、小于或等于±1°、小于或等于±0.5°、小于或等于±0.1°，或小于或等于±0.05°)的角度变化范围。
另外，有时在本文中按范围格式呈现量、比率和其它数值。应理解，此类范围格式是用于便利和简洁起见，且应灵活地理解为不仅包含明确地指定为范围限制的数值，而且包含涵盖于所述范围内的所有个别数值或子范围，如同明确地指定每一数值和子范围一般。
虽然已参考本发明的特定实施例描述和说明本发明，但这些描述和说明并不限制本发明。所属领域的技术人员应理解，可在不脱离如由所附权利要求书界定的本发明的真实精神和范围的情况下，作出各种改变且取代等效物。所述说明可能未必按比例绘制。由于制造过程和容差，本发明中的艺术再现与实际装备之间可存在区别。可存在并未特定说明的本发明的其它实施例。应将本说明书和图式视为说明性的而非限制性的。可作出修改，以使具体情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本发明的目标、精神和范围。所有此类修改都既定在所附权利要求书的范围内。虽然本文中所公开的方法已参考按特定次序执行的特定操作加以描述，但应理解，可在不脱离本发明的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并非本发明的限制。