用於接合的多撞擊工藝的製作方法

2023-04-26 09:32:04

本發明實施例涉及封裝及其形成方法以及用於接合的多撞擊工藝。

背景技術：

由於集成電路的發明，由於各個電組件(例如，電晶體、二極體、電阻器、電容器等)的集成密度的持續改進，半導體工業已經經歷了持續地快速增長。對於大部分而言，這種集成密度的改進來自於最小部件尺寸的連續減小，這使得更多的組件集成到給定的區域。

這些集成改進基本上是二維(2d)的性質，由集成組件佔據的體積基本上在半導體晶圓的表面上。雖然光刻中的巨大改進已經引起了2d集成電路形成中的相當大的改進，但是對於二維中獲得的密度，存在物理限制。這些限制的一個是這些組件的最小尺寸的需求。同樣，當更多器件放入到一個晶片時，需要更複雜的設計。

隨著器件數量的增加，額外的限制來自於器件之間的互連件的數量和長度的顯著增加。當互連件的數量和長度增加時，電路rc延遲和功耗增加。

因此，探索了三維(3d)集成電路(ic)以解決以上討論的限制。在3dic的典型的形成工藝中，形成兩個晶圓或管芯(每個均包括一些集成電路)，並且之後接合在一起。接合通常包括使用焊料以接合在銅凸塊上形成的鎳層。

技術實現要素：

根據本發明的一個實施例，提供了一種用於形成封裝件的方法，包括：實施第一撞擊工藝以使第一封裝組件的金屬凸塊撞擊第二封裝組件的金屬焊盤，其中，所述金屬凸塊和所述金屬焊盤的第一個包括銅，並且所述金屬凸塊和所述金屬焊盤的第二個包括鋁；實施第二撞擊工藝以使所述金屬凸塊撞擊所述金屬焊盤；以及實施退火以將所述金屬凸塊接合在所述金屬焊盤上。

根據本發明的另一實施例，還提供了一種用於形成封裝件的方法，包括：將第一封裝組件提高至第二封裝組件上方並且與所述第二封裝組件間隔開；實施第一撞擊工藝以使所述第一封裝組件撞擊所述第二封裝組件；在所述第一撞擊工藝之後，將所述第一封裝組件提高至所述第二封裝組件上方並且與所述第二封裝組件間隔開；實施第二撞擊工藝以使所述第一封裝組件撞擊所述第二封裝組件；以及退火所述第一封裝組件和所述第二封裝組件以將所述第一封裝組件接合至所述第二封裝組件。

根據本發明的又一實施例，還提供了一種封裝件結構，包括：第一封裝組件，包括含銅凸塊；第二封裝組件，包括含鋁焊盤，其中，所述含銅凸塊接合至所述含鋁焊盤，並且其中，所述含銅凸塊延伸至所述含鋁焊盤內；以及金屬間化合物(imc)，將所述含銅凸塊連接至所述含鋁焊盤，其中，所述金屬間化合物包括銅和鋁。

附圖說明

當結合附圖進行閱讀時，從以下詳細描述可最佳理解本發明的各個方面。應該指出，根據工業中的標準實踐，各個部件未按比例繪製。實際上，為了清楚的討論，各個部件的尺寸可以任意地增大或減小。

圖1至圖14示出了根據一些實施例的用於形成封裝件的管芯/晶圓的形成和接合工藝中的中間階段的截面圖。

圖15至圖17示出了根據一些實施例的一些接合的封裝件的截面圖。

圖18示出了根據一些實施例的用於通過接合形成封裝件的工藝流程。

具體實施方式

以下公開內容提供了許多用於實現本發明的不同特徵的不同實施例或實例。下面描述了組件和布置的具體實例以簡化本發明。當然，這些僅僅是實例，而不旨在限制本發明。例如，以下描述中，在第二部件上方或者上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸形成的實施例，並且也可以包括在第一部件和第二部件之間可以形成額外的部件，從而使得第一部件和第二部件可以不直接接觸的實例。此外，本發明可在各個實施例中重複參考標號和/或字符。該重複是為了簡單和清楚的目的，並且其本身不指示所討論的各個實施例和/或配置之間的關係。

而且，為便於描述，在此可以使用諸如「在…之下」、「在…下方」、「下部」、「在…之上」、「上部」等空間相對術語，以描述如圖所示的一個元件或部件與另一個(或另一些)原件或部件的關係。除了圖中所示的方位外，空間相對術語旨在包括器件在使用或操作中的不同方位。裝置可以以其他方式定向(旋轉90度或在其他方位上)，而本文使用的空間相對描述符可以同樣地作出相應的解釋。

根據各個示例性實施例提供了封裝件及其形成方法。示出了形成接合結構的中間階段。討論了一些實施例的一些改變。貫穿各個視圖和示例性實施例，相同的參照標號用於指定相同的元件。

圖1至圖14示出了根據一些實施例的封裝件的形成中的中間階段的截面圖。圖1至圖14中所示的步驟也示出了圖18中所示的示意性工藝流程。

圖1示出了封裝組件100的截面圖。根據本發明的一些實施例，封裝組件100是包括有源器件(諸如電晶體和/或管芯)和可能的無源器件(諸如電容器、電感器、電阻器等)的器件晶圓。根據本發明的可選實施例，封裝組件100是插入式晶圓，可以包括或可以不包括有源器件和/或無源器件。根據本發明的又另一可選實施例，封裝組件100是封裝襯底帶，可以是其中具有核芯或無核芯的封裝襯底。在隨後的討論中，器件晶圓用作示例性封裝組件100。本發明的理念也可以應用於插入式晶圓、封裝襯底等。

根據本發明的一些實施例，示例性晶圓100包括半導體襯底20和在半導體襯底20的頂面處形成的部件。半導體襯底20可以由晶體矽、晶體鍺、矽鍺和/或iii-v族化合物半導體(諸如gaasp、alinas、algaas、gainas、gainp、gainasp)等形成。半導體襯底20也可以包括塊狀矽襯底或絕緣體上矽(soi)襯底。可以在半導體襯底20中形成淺溝槽隔離(sti)區域(未示出)以隔離半導體襯底20中的有源區域。雖然未示出，但是也可以形成延伸至半導體襯底20內的貫通孔，其中，該貫通孔用於電互連位於晶圓100的相對側上的導電部件。

根據本發明的一些實施例，晶圓100包括集成電路器件22(形成在半導體襯底20的頂面上)。示例性集成電路器件22包括互補金屬氧化物半導體(cmos)電晶體、電阻器、電容器、二極體等。此處未示出集成電路器件22的細節。根據可選實施例，晶圓100用於形成插入器，沒有形成有源器件，其中，襯底20可以是半導體襯底或介電襯底。

層間電介質(ild)24形成在半導體襯底20上方並且填充了集成電路器件22中的電晶體的柵極堆疊件(未示出)之間的間隔。根據一些示例性實施例，ild24包括磷矽酸鹽玻璃(psg)、硼矽酸鹽玻璃(bsg)、硼摻雜的磷矽酸鹽玻璃(bpsg)、氟摻雜的矽酸鹽玻璃(fsg)、正矽酸乙酯(teos)等。可以使用旋塗、可流動化學汽相沉積(fcvd)等形成ild24。根據本發明的可選實施例，使用諸如等離子體增強化學汽相沉積(pecvd)、低壓化學汽相沉積(lpcvd)等的沉積方法形成ild24。

接觸插塞28形成在ild24中，並且用於將集成電路器件22電連接至上面的金屬線和通孔。根據本發明的一些實施例，接觸插塞28由從鎢、鋁、銅、鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭、它們的合金和/或它們的多層中選擇的導電材料形成。接觸插塞28的形成可以包括在ild24中形成開口，將導電材料填充至接觸開口，以及實施平坦化(諸如化學機械拋光(cmp))至接觸插塞28的頂面以與ild24的頂面齊平。

如圖1所示，如果有的話，在ild24和集成電路器件22上方形成蝕刻停止層26。蝕刻停止層26可以由碳化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳氮化矽等形成。蝕刻停止層26也由相對於上面的介電層30具有高蝕刻選擇性的材料形成，並且因此蝕刻停止層26可以用於停止介電層30的蝕刻。

圖1中還示出了介電層30(在下文中可選地稱為金屬間介電(imd)層30)。根據本發明的一些實施例，imd層30由低k介電材料(具有低於約3.0、約2.5或甚至更低的介電常數(k值))形成。imd層30由blackdiamond(註冊商標的應用材料)、含碳的低k介電材料、氫倍半矽氧烷(hsq)、甲基倍半矽氧烷(msq)等形成。imd層30也可以具有低k值(可以低於約3.0、2.5或2.0)。根據本發明的一些實施例，imd層30的形成可以包括沉積含致孔劑的介電材料並且之後實施固化工藝以逐出致孔劑，並且因此剩餘的imd層30是多孔的。根據可選實施例，imd層30由非低k介電材料(諸如氧化矽、氮化矽、碳化矽、氮氧化矽等)形成。

在imd層30中形成導線32。根據一些實施例，導線32包括擴散阻擋層34和位於擴散阻擋層34上方的含銅材料36。擴散阻擋層34可以包括鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭等，並且具有防止含銅材料36中的銅擴散至imd層30的功能。導線32在下文中也稱為金屬線32。導線32的形成可以包括單鑲嵌工藝。

在imd層30和導線32上方形成蝕刻停止層38和imd層40。根據本發明的一些實施例，蝕刻停止層38是由從碳化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳氮化矽等中選擇的介電材料形成。imd層40可以由低k介電材料或非低k介電材料形成，並且imd層40的材料可以從用於形成imd層30的備選材料的相同的組中選擇。

形成導電通孔42和導線44以電連接至導線32。根據本發明的一些實施例，導電通孔42和導線44的形成包括形成通孔開口和溝槽，實施毯式沉積以形成導電襯墊，沉積銅或銅合金的薄晶種層(未示出)，並且例如，通過電鍍、化學鍍、沉積等用導電材料填充剩餘的通孔開口和溝槽。導電襯墊可以由鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭或其它替代物形成。導電材料可以包括銅、銅合金、銀、金、鎢、鋁等。實施諸如cmp的平坦化以使導電襯墊和導電材料的表面齊平，並且從imd層40的頂面去除過量的材料。

圖1也示意性地示出了更多介電(imd)層46和位於介電層46中的相應的導線和通孔(未示出)。根據一些示例性實施例，根據封裝組件100的路由需求確定imd層46的數量，並且可以在從0至7的範圍。imd層46的數量等於0意味著隨後形成的蝕刻停止層48和介電層56直接形成在imd層40上方，其中，它們之間沒有額外的介電層和導線。imd層46中的導線和通孔(未示出)可以電連接至集成電路器件22。

在介電層46上方形成蝕刻停止層48和imd層50。根據本發明的一些實施例，蝕刻停止層48由從用於形成蝕刻停止層26的備選材料的相同的組中選擇的介電材料形成，其中，該備選材料可以包括碳化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳氮化矽等。imd層50也可以由低k介電材料或非低k介電材料形成，並且imd層50的材料可以從用於形成imd層30和40的備選材料的相同的組中選擇。

參照圖1，在imd層50中形成通孔52和導電部件54。通孔52和導電部件54的材料可以從用於形成通孔42和導線44的相同的備選材料中選擇。形成工藝也與通孔42和導線44的形成類似，並且因此不在此處重複。導電部件54包括導電焊盤和可能的導線。

參照圖2，在imd層50上方形成介電層62。根據本發明的一些實施例，介電層62由非低k介電材料形成。例如，如圖2所示，介電層62包括位於imd層50上方的層56、位於層56上方的蝕刻停止層58和位於蝕刻停止層58上方的層60。根據本發明的一些示例性實施例，介電層56和60由未摻雜的矽酸鹽玻璃(usg)形成，並且蝕刻停止層58由與介電層56和60的材料不同的材料(諸如氮化矽)形成。根據可選實施例，整個介電層62由均質介電材料(諸如usg)形成。

參照圖3，形成了溝槽63和通孔開口65，並且暴露了金屬部件54的焊盤部分。根據一些實施例，如圖3所示，通孔開口65的橫向尺寸小於溝槽63的橫向尺寸。根據可選實施例，通孔開口65的橫向尺寸與溝槽63的橫向尺寸基本相同。因此，溝槽63和通孔開口65組合形成了開口(具有從介電層62的頂部表面至底部表面一直延伸的直線邊緣)。當介電層62由相同的材料形成時，使用單蝕刻工藝形成開口。

圖4示出了通孔64和金屬凸塊66的形成。根據一些實施例，如圖4所示，通孔64和金屬凸塊66包括擴散阻擋層71和含銅材料73。根據可選實施例(參照圖6)，通孔64和金屬凸塊66包括含銅材料，而沒有形成擴散阻擋層。如圖4所示的含銅材料73可以具有高於約70％的原子百分比或90％的銅百分比。含銅材料73也可以由基本純銅(例如，銅原子百分比高於約99％)形成。

在形成金屬凸塊66之後，實施回蝕刻以允許金屬凸塊66的至少部分從剩餘的介電層62的頂面凸出來。例如，如圖5所示，蝕刻介電層60，其中，蝕刻停止層58停止蝕刻，並且在回蝕刻之後暴露蝕刻停止層58。根據可選實施例，在蝕刻介電層60的底部之前，停止蝕刻。例如，時間模式可以用於停止蝕刻。相應地，虛線69用於示出產生的介電層60的頂面。圖6示出了在金屬凸塊66中沒有形成擴散阻擋層的結構。圖1至圖6所示的工藝步驟示出為圖18中所示的工藝流程中的步驟302。

圖7示出了根據可選實施例的封裝組件100的截面圖。在這些實施例中，在頂部低k介電層上方形成鈍化層68。金屬焊盤72形成在鈍化層68上方，並且通過金屬線和通孔電連接至集成電路器件22。金屬焊盤72可以是鋁焊盤或鋁銅焊盤，並且可以使用其它金屬材料。

形成鈍化層70以覆蓋金屬焊盤72的邊緣部分，並且金屬焊盤72的中心部分通過鈍化層70中的開口暴露。每個鈍化層68和70均可以是單層或複合層，並且可以由非低k介電材料形成。根據本發明的一些實施例，鈍化層68和70的一個或兩個是複合層(包括氧化矽層(未示出)和位於氧化矽層上方的氮化矽層(未示出))。

在鈍化層70上方形成聚合物層74。聚合物層74可以由聚合物(諸如聚醯亞胺、聚苯並惡唑(pbo)、苯並環丁烯(bcb)等)形成。圖案化聚合物層74，並且形成鈍化後互連件(ppi)76，該鈍化後互連件(ppi)76包括位於聚合物層74上面的第一部分以及延伸至聚合物層74內以電連接至金屬焊盤72的第二部分。在聚合物層74上方形成聚合物層78。聚合物層78可以包括聚醯亞胺或其它聚合物基材料(諸如pbo或bcb)。金屬凸塊66延伸至聚合物層78內以接觸ppi76。如圖所示，金屬凸塊66可以包括凸塊下金屬(ubm)和位於ubm上方的含銅材料。

圖8示出了根據一些實施例的封裝組件200的截面圖。封裝組件200可以是器件管芯，器件管芯包括半導體襯底120、有源器件122、ild124、接觸插塞128、金屬線132、144和154以及通孔142和152。此外，器件管芯200可以包括低k介電層130、140、146和150。也形成了金屬焊盤172以及鈍化層168和170。鈍化層170的一些部分可以覆蓋金屬焊盤172的邊緣部分。根據一些實施例，金屬焊盤172是鋁焊盤，鋁焊盤具有可以高於約70％的原子百分比、高於約90％的鋁百分比或可以由基本純鋁(例如，鋁原子百分比高於約99％)形成。

圖9至圖14示出了根據一些實施例的封裝組件100和200的接合中的中間階段的截面圖，其中，在接合中實施多撞擊工藝。簡化了圖9至圖13中的封裝組件100和200，並且可以參照圖1至圖8發現封裝組件100和200的詳細的結構。

圖9示出了初始階段，其中，封裝組件100和200彼此間隔開。封裝組件100和200可以是離散的管芯或未鋸切的晶圓。相應地，圖9至圖13中所示的接合工藝可以是管芯至管芯接合工藝、晶圓至晶圓接合工藝或管芯至晶圓接合工藝。封裝組件100中的金屬凸塊66包括金屬凸塊66表面處的氧化物層67。如圖13中示意性示出的，氧化物層67也可以在金屬凸塊66的側壁上。氧化物層67可以是原生氧化物層。例如，當金屬凸塊66是銅凸塊時，氧化物層67是銅氧化物層。封裝組件200中的金屬焊盤172包括金屬焊盤172表面處的氧化物層167。氧化物層167也可以是原生氧化物層。例如，當金屬焊盤172是鋁焊盤時，氧化物層167是鋁氧化物層。氧化物層67和167是完全地覆蓋金屬凸塊66和金屬焊盤172的連續的氧化物層。

例如，使用真空頭拿起封裝組件100，從而使得金屬凸塊66與金屬焊盤172間隔開。下一步，封裝組件100朝向封裝組件200移動，從而使得金屬凸塊66撞擊金屬焊盤172。相應的工藝步驟如圖18中所示的工藝流程中的步驟304所示。如撞擊的結果，連續的氧化物層67和167打破成更小的碎片(pieces)。同樣，通過現在未連續的氧化物層67和167暴露金屬凸塊66和金屬焊盤172的一些最初覆蓋的非氧化表面。

封裝組件100的速度(在衝擊時)足夠大以打破足夠百分比的氧化物層67和167。例如，根據形成的撞擊多少，暴露衝擊的金屬凸塊66和金屬焊盤172的多於10％、20％、30％、40％或50％或更多的非氧化表面。如果實施較少的撞擊，則在每個撞擊中，則由每個撞擊暴露金屬凸塊66和金屬焊盤172的更高的百分比的非氧化表面。為了打破氧化物層67和167，選擇的封裝組件100和200的相對速度應足夠大。例如，在衝擊時，金屬凸塊66和金屬焊盤172的相對速度可以高於約100μm/秒。

圖10示出了衝擊期間封裝組件100和200的截面圖，其中，氧化物層67和167示出為打破成的更小的碎片，並且通過更小的碎片之間的間隙暴露金屬凸塊66和金屬焊盤172的一些表面。應該理解，雖然圖10至圖12示出的打破的碎片為更規律的圖案，但是氧化物層67和167的打破的碎片的圖案是任意的。

參照圖11，再次拿起封裝組件100直至它與封裝組件200間隔開。如圖12所示，實施第二撞擊工藝。相應的工藝步驟如圖18中所示的工藝流程中的步驟306所示。第二撞擊工藝導致氧化物層67和167的已經打破的碎片進一步打破成更小的碎片。此外，如第二撞擊工藝的結果，通過氧化物層67和167的打破的碎片暴露金屬凸塊66和金屬焊盤172的更多非氧化表面。與第一撞擊相比，第二撞擊可以導致金屬凸塊66的暴露的表面的百分比增加多於約10％。在第二撞擊工藝衝擊時，金屬凸塊66和金屬焊盤172的相對速度可以高於約100μm/秒。

在第二撞擊工藝之後，非氧化金屬凸塊66的一些暴露的表面與非氧化金屬焊盤172的暴露的表面直接接觸。根據一些實施例，在第二撞擊工藝之後，實施更多撞擊工藝，每個撞擊工藝均導致氧化物層67和167打破成更小的碎片，並且可能導致暴露更多非氧化表面。控制撞擊工藝的總數量以防止封裝組件100和200的其它部分受到損壞。例如，撞擊工藝的總數量小於10。根據可選實施例，在第二撞擊工藝之後，沒有實施更多的撞擊工藝，並且退火封裝組件100和200。

根據可選實施例，在整個撞擊工藝期間，氧化物層67和相應的氧化物層167保持接觸實施撞擊工藝。例如，首先將氧化物層67放入至與相應的氧化物層167接觸(沒有撞擊)。下一步，使用工具(與錘子類似，未示出)撞擊與封裝組件200接觸的封裝組件100。在每個撞擊期間和之間，封裝組件100保持與封裝組件200接觸。

在完成撞擊工藝時，金屬凸塊66的所有與相應的金屬焊盤172的非氧化部分直接接觸的非氧化表面具有總面積。該總面積和金屬凸塊66的總底部面積的比率可以大於約30％(傾向於高)，以改進接合的可靠性。

在撞擊工藝期間和之間，可以沒有加熱封裝組件100和200，並且可以處於室溫(例如，在約17℃和約23℃之間)。在最終的撞擊工藝(可以是第二或之後的撞擊工藝)之後，金屬凸塊66保持與相應的金屬焊盤172接觸而沒有再次分隔開。之後，實施退火，期間，金屬凸塊66也保持與相應的金屬凸塊172接觸。相應的工藝步驟如圖18中所示的工藝流程中的步驟308所示。可以在介於約150℃和約250℃之間的範圍內的溫度下實施退火。退火持續時間可以介於約1.5小時和約2.5小時之間。

在退火期間，彼此直接接觸的銅和鋁彼此互擴散(銅比鋁具有更高的擴散速率)。在存在氧化物碎片67和167的位置，基本沒有互擴散發生。作為擴散的結果，如圖13中示意性示出的，形成了金屬間化合物(imc)82，並且因此，金屬凸塊66接合至金屬焊盤172。imc82包括銅和鋁的合金以及金屬凸塊66和金屬焊盤172中的可能的其它元素(如果存在的話)。在封裝組件100和200的接合之後，底部填充物80可以分配至封裝組件100和200之間的間隙。底部填充物80可以與位於金屬凸塊66的側壁上的氧化物層67接觸，並且可以與氧化物層167接觸。

由於金屬凸塊66的底部轉換成imc82，因此金屬凸塊66的剩餘的未覆蓋的部分稱為金屬凸塊66』。類似地，在下文中，金屬焊盤172的未覆蓋的剩餘的部分也稱為金屬焊盤172』。圖14示出了金屬凸塊66』和金屬焊盤172』的部分的放大視圖。如圖14中示意性示出的，在金屬凸塊66』和金屬焊盤172』的界面處，存在氧化部分67、氧化部分167和imc82，這將(非氧化的和非合金的)金屬凸塊66』與(非氧化的和非合金的)金屬焊盤172』分隔開。一些氧化部分67(或167)可以具有接觸金屬凸塊66』的上部表面和接觸金屬焊盤172』的底部表面的上表面。一些其它氧化部分67(或167)可以完全地在imc82中(並且由imc82包圍)。相應地，一些氧化部分67和167可以形成完全由imc82環繞(或包圍)的島，並且imc82的一些部分可以由氧化部分67和/或167環繞。此外，根據一些實施例，金屬凸塊66』可以延伸至金屬焊盤172』內大於約0.1μm的一深度d1(即，氧化物層167的底部表面(未改變部分)和金屬凸塊66』的最低部分之間的垂直距離)。應該注意，最初的金屬凸塊66撞擊至金屬焊盤172』內一距離d1』d1』是氧化物層167的底部表面和imc82(假設轉換成imc82的金屬凸塊66和金屬焊盤172的部分具有相同的厚度)的中間高度之間的垂直距離。

根據一些示例性實施例，金屬凸塊66是銅凸塊，並且金屬焊盤172是鋁焊盤。根據其它實施例，金屬凸塊66是鋁凸塊，並且金屬焊盤172是銅焊盤。

圖15至圖17示出了根據一些實施例的一些應用。圖15和圖17中的封裝組件100和200的接合結構和接合工藝可以與圖1至圖14中所示的基本相同，並且因此這些應用中的工藝細節和材料不在此處重複。圖15示出了晶圓上晶片(cow)結構，其中，晶片100接合至晶圓200。晶圓200可以是其中包括有源器件的器件晶圓或可以是無有源器件的插入式晶圓。貫通孔202穿透晶圓200的襯底(例如，半導體襯底)。

圖16示出了集成扇出(info)結構，該集成扇出(info)結構包括穿透包封材料(諸如模塑料)206的貫通孔204。晶片100接合至晶片(或晶圓)200，其中，包封材料206也包封其中的晶片100。圖17示出了與圖16中所示的結構類似的結構，其中，有兩個晶片100接合至相同的晶片200。

本發明的實施例具有一些優勢特徵。通過直接接合鋁和銅，不再需要用於傳統接合結構的焊料區域、鎳層等。可以實施多個撞擊工藝，並且因此不需要使用化學溶液去除氧化物層。因此節約了接合工藝的成本，並且增強了接合工藝的吞吐量。銅凸塊可以直接形成為相應的晶圓/管芯中的頂金屬層，並且因此簡化了相應的晶圓的結構和形成工藝，並且減小了成本。

根據本發明的一些實施例，一種方法包括實施第一撞擊工藝以使第一封裝組件的金屬凸塊撞擊第二封裝組件的金屬焊盤。金屬凸塊和金屬焊盤的第一個包括銅。金屬凸塊和金屬焊盤的第二個包括鋁。該方法還包括實施第二撞擊工藝以使金屬凸塊撞擊金屬焊盤。實施退火以將金屬凸塊接合在金屬焊盤上。

根據本發明的一些實施例，一種方法包括將第一封裝組件提高至位於第二封裝組件上方並且與第二封裝組件間隔開，並且實施第一撞擊工藝以使第一封裝組件撞擊第二封裝組件。該方法還包括，在第一撞擊工藝之後，將第一封裝組件提高至位於第二封裝組件上方並且與第二封裝組件間隔開，實施第二撞擊工藝以使第一封裝組件撞擊第二封裝組件，並且退火第一封裝組件和第二封裝組件以將第一封裝組件接合至第二封裝組件。

根據本發明的一些實施例，一種結構包括具有含銅凸塊的第一封裝組件和具有含鋁焊盤的第二封裝組件。含銅凸塊接合至含鋁焊盤。含銅凸塊延伸至含鋁焊盤。imc將含銅凸塊連接至含鋁焊盤，並且imc包括銅和鋁。

根據本發明的一個實施例，提供了一種用於形成封裝件的方法，包括：實施第一撞擊工藝以使第一封裝組件的金屬凸塊撞擊第二封裝組件的金屬焊盤，其中，所述金屬凸塊和所述金屬焊盤的第一個包括銅，並且所述金屬凸塊和所述金屬焊盤的第二個包括鋁；實施第二撞擊工藝以使所述金屬凸塊撞擊所述金屬焊盤；以及實施退火以將所述金屬凸塊接合在所述金屬焊盤上。

在上述方法中，還包括在所述第一撞擊工藝之後且在所述第二撞擊工藝之前的第三撞擊工藝，其中，所述第三撞擊工藝包括使所述金屬凸塊撞擊所述金屬焊盤。

在上述方法中，在所述第一撞擊工藝之前，位於所述金屬凸塊的表面處的第一氧化物層和位於所述金屬焊盤的表面處的第二氧化物層是連續的氧化物層，其中，在所述第一撞擊工藝中，所述第一氧化物層撞擊所述第二氧化物層。

在上述方法中，在所述第一撞擊工藝和所述第二撞擊工藝中，所述第一氧化物層和所述第二氧化物層均被打破成碎片。

在上述方法中，將所述第一封裝組件從與所述第二封裝組件間隔開的位置移動以衝擊所述第二封裝組件來實施所述第一撞擊工藝。

在上述方法中，在所述第一撞擊工藝和所述第二撞擊工藝的每個之後，所述金屬凸塊延伸至所述金屬焊盤內。

在上述方法中，在所述退火期間，所述金屬凸塊保持延伸至所述金屬焊盤內。

在上述方法中，在所述第二撞擊工藝之後，所述金屬凸塊保持與所述金屬焊盤接觸直至完成所述退火。

根據本發明的另一實施例，還提供了一種用於形成封裝件的方法，包括：將第一封裝組件提高至第二封裝組件上方並且與所述第二封裝組件間隔開；實施第一撞擊工藝以使所述第一封裝組件撞擊所述第二封裝組件；在所述第一撞擊工藝之後，將所述第一封裝組件提高至所述第二封裝組件上方並且與所述第二封裝組件間隔開；實施第二撞擊工藝以使所述第一封裝組件撞擊所述第二封裝組件；以及退火所述第一封裝組件和所述第二封裝組件以將所述第一封裝組件接合至所述第二封裝組件。

在上述方法中，所述第一封裝組件和所述第二封裝組件的第一個包括突出的金屬凸塊，以及所述第一封裝組件和所述第二封裝組件的第二個包括凹進的金屬焊盤，並且其中，在所述第一撞擊工藝和所述第二撞擊工藝中，所述突出的金屬凸塊撞擊所述凹進的金屬焊盤。

在上述方法中，通過所述第一撞擊工藝和所述第二撞擊工藝將位於所述突出的金屬凸塊的表面上的第一氧化物層和位於所述凹進的金屬焊盤的表面上的第二氧化物層打破成碎片，並且在所述第二撞擊工藝之後，所述突出的金屬凸塊的非氧化表面與所述凹進的金屬焊盤的非氧化表面物理接觸。

在上述方法中，所述第二撞擊工藝導致所述突出的金屬凸塊延伸至所述凹進的金屬焊盤內，並且其中，在所述第二撞擊工藝和所述退火之間的整個持續時間中，所述突出的金屬凸塊保持延伸至所述凹進的金屬焊盤內。

在上述方法中，所述凹進的金屬焊盤的邊緣部分被鈍化層覆蓋，並且在所述第一撞擊工藝中，所述突出的金屬凸塊延伸至所述鈍化層中的開口內。

在上述方法中，在所述第一撞擊工藝和所述第二撞擊工藝中，所述第一封裝組件以高於100μm/秒的速度衝擊所述第二封裝組件。

根據本發明的又一實施例，還提供了一種封裝件結構，包括：第一封裝組件，包括含銅凸塊；第二封裝組件，包括含鋁焊盤，其中，所述含銅凸塊接合至所述含鋁焊盤，並且其中，所述含銅凸塊延伸至所述含鋁焊盤內；以及金屬間化合物(imc)，將所述含銅凸塊連接至所述含鋁焊盤，其中，所述金屬間化合物包括銅和鋁。

在上述結構中，還包括：多個離散的鋁氧化物碎片，接觸所述金屬間化合物；以及多個離散的銅氧化物碎片，接觸所述金屬間化合物。

在上述結構中，所述多個離散的鋁氧化物碎片和所述多個離散的銅氧化物碎片的一個被所述金屬間化合物環繞。

在上述結構中，所述第二封裝組件還包括覆蓋所述含鋁焊盤的邊緣部分的鈍化層，並且所述含銅凸塊延伸至所述鈍化層中的開口內。

在上述結構中，還包括位於所述第一封裝組件和所述第二封裝組件之間的底部填充物，其中，所述底部填充物環繞所述含銅凸塊。

在上述結構中，所述含銅凸塊延伸至所述含鋁焊盤內大於0.1μm的深度。

上面概述了若干實施例的特徵，使得本領域人員可以更好地理解本發明的方面。本領域人員應該理解，他們可以容易地使用本發明作為基礎來設計或修改用於實施與本人所介紹實施例相同的目的和/或實現相同優勢的其他工藝和結構。本領域技術人員也應該意識到，這種等同構造並不背離本發明的精神和範圍，並且在不背離本發明的精神和範圍的情況下，本文中他們可以做出多種變化、替換以及改變。