TWI892171B

TWI892171B - 封裝結構以及接合方法

Info

Publication number: TWI892171B
Application number: TW112124428A
Authority: TW
Inventors: 陳智; 曾祥厚
Original assignee: 台灣積體電路製造股份有限公司; 國立陽明交通大學
Priority date: 2022-07-15
Filing date: 2023-06-29
Publication date: 2025-08-01
Also published as: TW202412181A; US20240021549A1; US20250266378A1; CN220585228U; US12300645B2

Abstract

在本揭露內容的一些實施例中，一種方法包含分別在第一晶圓及第二晶圓上形成第一連接器及第二連接器，其中藉由在介電層中形成開口形成第一及第二連接器中的每個連接器；在開口中沉積第一金屬層，其中第一金屬層具有(111)定向的奈米雙晶結構；在第一金屬層上沉積第二金屬層，第二金屬層及第一金屬層由不同的材料製成，其中第二金屬層具有(111)定向的奈米雙晶結構。將第一晶圓連接至第二晶圓，使得第一晶圓上的第一連接器的第二金屬層與第二晶圓上的第二連接器的第二金屬層接觸；及進行熱壓製程以接合第一及第二晶圓。

Description

封裝結構以及接合方法

本揭露是關於封裝結構以及接合方法。

半導體產業中的接合為一種可用於形成堆疊半導體元件及三維積體電路的技術。接合的一些範例包含晶圓對晶圓的接合、晶片對晶圓的接合、及晶片對晶片的接合。

在本揭露內容的一些實施例中，一種接合方法包含分別在第一晶圓及第二晶圓上形成第一連接器及第二連接器，其中藉由在介電層中形成開口形成第一及第二連接器中的每個連接器；在開口中沉積第一金屬層，其中第一金屬層具有(111)定向的奈米雙晶結構；在第一金屬層上沉積第二金屬層，第二金屬層及第一金屬層由不同的材料製成，其中第二金屬層具有(111)定向的奈米雙晶結構。將第一晶圓連接至第二晶圓，使得第一晶圓上的第一連接器的第二金屬層與第二晶圓上的第二連接器的第二金屬層接觸；及進行熱壓製程以接合第一及第二晶圓。

在本揭露內容的一些實施例中，一種接合方法包含以藉由將晶片的第一連接器連接至矽中介層的第一側上的第二連接器以將晶片接合至矽中介層，其中矽中介層的第二連接器電性地連接至矽中介層中的導電柱；對矽中介層的第二側進行研磨製程，以暴露矽中介層中的導電柱，矽中介層的第二側與矽中介層的第一側相對；在矽中介層的第二側形成第三連接器，並電性地連接至導電柱；及藉由將矽中介層的第三連接器連接至基材的第四連接器將矽中介層接合至基材，其中第一、第二、第三、及第四連接器各自包含具有採用(111)定向的奈米雙晶結構的金屬。

在本揭露內容的一些實施例中，封裝結構包含矽中介層、晶片、及基材。矽中介層包含在矽中介層的第一側上的第一連接器及在矽中介層的與硅中介層的第一側相對的第二側上的第二連接器。晶片從矽中介層的第一側接合至矽中介層，其中晶片包含連接至矽中介層的第一連接器的第三連接器。基材從矽中介層的第二側接合至矽中介層，其中基材包含連接至矽中介層的第二連接器的第四連接器。第一、第二、第三、及第四連接器的每一者包含主體金屬；及接合金屬，其中主體金屬及接合金屬二者均包含具有(111)定向的奈米雙晶結構。

T1~T8:槽

O1,O2:開口

P1~P8:處理

PK1,PK2:封裝結構

W,W1~W8:晶圓

10:電鍍裝置

11:陽極

12:陰極

13:電鍍溶液

14:奈米雙晶銅層

15:直流電性電力供應電源

16:柱狀晶體晶粒

19:堆積方向

60,80,702,704:晶片

70:矽中介層

74:貫穿導電柱

76:重分佈結構

90:密封材料

91:載體基材

100,102,200,302,600,800:基材

105,115,120,215,220,415,420,515:金屬層

520,535,540,565,570,635,640,815,820:金屬層

110,210,410,510,810:金屬種子層

112₀:觸點

120X:氧化物層

161:奈米雙晶平面

162:晶體晶粒邊界

205,405,802,805:黏著層

230,430,530,550,580,650,702C,720C,830:連接器

250,310₁~310_M,311₁~311_M,450,501~503,601:介電層

255,855:遮罩層

303:半導體突起/鰭狀結構

304:元件

304_G:閘極結構

304_GM:閘極金屬層

304_GD:閘極介電層

304_SD:源極/汲極區

304_SP:間隔件

305:淺溝槽隔離區/STI區

306:互連接結構

308₁~308_M:金屬化層

310₀:層間介電層/ILD層

312₀:接觸柱塞

314₁~314_M:導電線路

316₁~316_M:導電柱

700:晶片堆疊

704,706:晶片

710:插入件

720:基材

730:電路板

735:凸塊

870:底部填充材料

O₂:氧氣

當與隨附圖示一起閱讀時，可由以下實施方式最佳地理解本揭露內容的態樣。應注意到根據此產業中之標準實務，各種特徵並未按比例繪製。實際上，為論述的清楚性，可任意增加的或減少各種特徵的尺寸。

第1圖至第5圖圖示根據本揭露內容的一些實施例，用於晶圓對晶圓接合的依序製造操作的各種階段。

第6圖至第23圖圖示根據本揭露內容的一些實施例，用於晶圓對晶圓接合的依序製造操作的各種階段。

第24圖至第25圖圖示根據本揭露內容的一些實施例，用於晶圓對晶圓接合的依序製造操作的各種階段。

第26圖至第32圖為根據本揭露內容的一些實施例，形成封裝結構的截面視圖。

第33圖為根據本揭露內容的一些實施例，封裝結構的截面視圖。

第34圖至第44圖圖示根據本揭露內容的一些實施例，用於晶圓對晶圓接合的依序製造操作的各種階段。

以下揭露內容提供用於實行所提供的標的的不同特徵的許多不同的實施例或範例。後文描述組件及佈置之特定範例以簡化本揭露內容。當然，此等僅為範例且未意圖具限制性。舉例而言，在後文的描述中，在第二特徵之上或上之第一特徵的形成可包含其中以直接接觸方式形成第一特徵及第二特徵的實施例，且亦可包含其中在第一特徵與第二特徵間形成額外特徵，使得第一特徵及第二特徵可不直接接觸之實施例。此外，在各種範例中，本揭露內容可能重複元件符號及/或字母。此重複係出於簡單及清楚的目的，且重複本身並不規範所論述的各種實施例及/或配置間之關係。

進一步地，為便於描述，本文中可使用諸如「在...之下」、「在...下方」、「較低」、「在...上方」、「較高」、及類似者的空間相對術語，以描述圖示中所例示之一個元件或特徵與另一元件(等)或特徵(等)的關係。除圖示中所描繪之定向之外，空間相對術語亦預期涵蓋元件在使用或操作中之不同定向。設備能以其他方式定向(旋轉90度或以其他定向)，且本文中使用之空間相對描述語可同樣以相應的方式解釋。

亦可包含其他特徵及製程。舉例而言，可包含測試結構以有助於對3D封裝或3DIC裝置進行驗證測試。測試結構可包含，舉例而言，在再分佈層中形成或允許測試3D封裝或3DIC、使用探針及/或探針卡、及類似者的基材上的測試墊。可在中間結構及最終結構上進行驗證測試。額外地，本文中所揭露的結構及方法可與合併已知良好晶片的中間驗證的測試方法學協合使用，以增加產量並降低成本。

參考第1圖。圖示有基材100。基材100可為由合適的元素型晶體半導體(諸如，矽、鑽石、或鍺)、合適的合金或複合晶體半導體(諸如第IV-IV族複合半導體(例如，矽鍺(SiGe)、碳化矽(SiC)、矽碳化矽鍺(SiGeC)、GeSn、SiSn、SiGeSn)、第III至V族複合半導體(例如，砷化鎵、銦鎵砷化鎵、砷化銦、磷化銦、銻化銦、鎵磷化銻、或磷化鎵銦)、或類似物，所製成。在一些實施例中，將晶體矽用作基材100。在一些實施例中，基材100為P型基材，其包含P型摻雜劑或雜質。p型摻雜劑的範例可為硼(B)、鎵(Ga)、銦(In)、鋁(Al)、或類似物。

在基材100之上設置金屬層105。在一些實施例中，可由鈦(Ti)製成金屬層105。在一些其他實施例中，可由Ru、Ta、W、Co、Ni、Al、Nb、或其他合適的金屬材料製成金屬層105。在一些實施例中，金屬層105的厚度在自約90nm至約110nm的範圍內，諸如100nm。在一些實施例中，可使用合適的沉積製程，諸如物理氣相沉積(PVD)製程、化學氣相沉積(CVD)製程、原子層沉積(ALD)製程、或類似者，在基材100之上形成金屬層105。

參考第2A圖。在金屬層105之上沉積金屬種子層110。之後，在金屬種子層110之上沉積金屬層115。在一些實施例中，藉由物理氣相沉積(PVD)製程及/或化學氣相沉積(CVD)製程形成金屬種子層110。在一些實施例中，金屬種子層110的厚度在自約180nm至約220nm 的範圍內，諸如200nm。在一些實施例中，沉積金屬種子層110以在金屬層105之上形成連續層，以便在電鍍製程期間提供連續導電表面以形成金屬層115的本體。在一些實施例中，由銅(Cu)製成金屬種子層110。

在一些實施例中，金屬層115由雙晶銅製成。雙晶銅亦稱作奈米雙晶銅或奈米雙晶體銅。這裡，根據一些實施例，材料中的術語「雙晶」可代表採用鏡像對稱關係的兩個晶體。此種銅微觀結構可藉著使用合適的電鍍添加劑的電沉積方法來實現。人造微觀結構在具有單向(111)定向的柱狀晶粒中擁有高密度的奈米間距雙晶。據此，雙晶銅亦可稱作(111)定向的雙晶銅。在一些實施例中，金屬層115及金屬種子層110可包含不同的晶體結構。舉例而言，由奈米雙晶銅製成金屬層115，而由普通銅製成金屬種子層110。

在一些實施例中，金屬層115的形成可使用如第2B圖中所圖示的電鍍裝置10。電鍍裝置10包含陽極11、陰極12，將它們浸泡至電鍍溶液13中並各連接至直流電性電力供應電源15。在一些實施例中，由包含金屬銅、磷銅、或惰性陽極(舉例而言，電鍍有鈦的鉑)的材料製成陽極11。可由包含其表面具有電鍍有銅種子層(例如，第2A圖的金屬種子層110)的矽基材(例如，第2A圖的基材100)的材料製成陰極12，並可由選自其表面電鍍有導電層及種子層的玻璃基材、導電層、及種子層電鍍表面玻璃基材、石英基材、金屬基材、塑料基材、或印刷電路板等所組成的群組的材料製成。

電鍍溶液13可包含硫酸銅粉末、硫酸(H₂SO₄)及鹽酸(HCl)。電鍍溶液13中亦可添加入其他表面活性劑或晶格改性劑。在一些實施例中，硫酸銅粉末包含自約0.6M至約1.0M，諸如0.8M。硫酸可為96%的硫酸，包含自約90g/L至約110g/L(例如，100g/L)。鹽酸包含自約30ppm至約50ppm(例如，40ppm)。其他表面活性劑或晶格改性劑可包含3ml/L至約4ml/L(例如，3.5ml/L)。

接下來，在電鍍中使用直流電，使得奈米雙晶銅層(例如，金屬層115)從陰極12沿箭頭所指的方向成長，如第2B中圖所圖示。對電鍍溶液13施加約1200rpm的旋轉速度。在室溫(例如，25℃至約27℃及約1個大氣托之壓力的壓力之下進行電鍍。在成長製程期間，雙晶的(111)表面及奈米雙晶銅金屬層的平坦表面大致垂直地於電場定向。完全地成長的奈米雙晶銅金屬層可包含複數個晶體晶粒，其中藉由雙晶銅形成晶體晶粒。由於奈米雙晶延伸到達表面，仍然在表面上暴露(111)表面。從電鍍實現的第2A圖的金屬層115的厚度為自約2μm至約20μm，諸如5μm。

第2C圖為根據本揭露內容的一些實施例，奈米雙晶銅層的示意圖。特別地，第2C圖例示第2A圖的金屬層115的晶體結構，其由奈米雙晶銅層製成。第2C圖中所圖示的奈米雙晶銅層14包含複數個柱狀晶體晶粒16，每個晶體晶粒具有複數個層狀奈米雙晶銅(舉例而言，相鄰的黑線及白線構成雙晶銅，並在堆積方向19上堆疊以形成晶體晶粒16)。此等柱狀晶體晶粒16的直徑D可在自約0.5μm至8μm的範圍內，且晶體晶粒16的高度可在自約0.1μm至20μm的範圍內，奈米雙晶平面161(水平條紋)及(111)平面表面彼此平行，可在雙晶之間找到晶體晶粒邊界162。

在金屬種子層110之上形成金屬層115之後，可進行化學機械拋光(CMP)製程以平坦化金屬層115的頂部表面。

參照第3A圖。在金屬層115之上沉積金屬層120。在一些實施例中，由與金屬層115不同的材料製成金屬層120。舉例而言，可由銀(Ag)製成金屬層120。在一些實施例中，金屬層120可由銀(Ag)製成，金屬層115可由銅(Cu)製成。在一些實施例中，金屬層120的厚度為在自約10奈米至約300奈米的範圍內。

在一些實施例中，可由雙晶銀製成金屬層120。雙晶銀亦稱作奈米雙晶銀或奈米雙晶體銀。雙晶銀可包含(111)定向。據此，雙晶銅亦可稱作(111)定向的雙晶銅。在一些實施例中，由於下層的金屬層115具有大致上相同的晶體結構金屬層120形成為具有(111)定向的雙晶結構。在金屬層115不包含具有(111)定向的雙晶結構的一些實施例的情況中，金屬層120可不包含具有(111)定向的雙晶結構。

第3B圖至第3I圖例示根據本揭露內容的一些實施例，用於形成第圖3A圖的金屬層120的依序操作。更詳細地，第3B圖至第3I圖例示用於在金屬層115上沉積金屬層120的無電沉積。更詳細地，將包含第2A圖中所圖示結構的晶圓W依序地浸泡至填充有不同液體的不同槽中，這將在後文論述。

在第3B圖中，將晶圓W移動至槽T1中，並浸泡至在丙酮中。在一些實施例中，使用丙酮去除金屬層115頂部表面的有機材料。第3B圖的浸泡可在室溫(例如，25℃至約27℃)之下進行約30秒至約2分鐘(如，1分鐘)。在一些實施例中，在浸泡製程期間可施加超音波振動以有助於有機材料的去除。

在第3C圖中，將晶圓W移動至槽T2中，並浸泡至清潔液體中。在一些實施例中，清潔液體可包含硫酸、表面活性劑、或水，並可用於去除殘留在金屬層115上的丙酮(參照第3B圖)。在一些實施例中，第3C圖的浸泡在40℃至約50℃(例如，45℃)之下進行約1分鐘至約3分鐘(例如，2分鐘)。

在第3D圖中，將晶圓W移動至槽T3中，浸泡在去離子水(DI-water)中。在一些實施例中，去離子水可用於去除殘留在金屬層115上的清潔液體(參照第3C圖)。在一些實施例中，第3D圖的浸泡在室溫(例如，25℃至約27℃)之下進行約10秒至約30秒(例如，20秒)。

在第3E圖中，將晶圓W移動至槽T4中，浸泡在硫酸中。在一些實施例中，硫酸可為5%的硫酸，使用於蝕刻掉金屬層115表面之上的天然氧化物，諸如氧化銅。第3B圖的浸泡可在室溫(例如，25℃至約27℃)之下進行約30秒至約2分鐘(例如，1分鐘)。在一些實施例中，在浸泡期間可施加超音波振動以有助於天然氧化物的去除。

在第3F圖中，將晶圓W移動至槽T5中，浸泡在去離子水(DI-water)中。在一些實施例中，去離子水可用於去除殘留在金屬層115上的硫酸(參照第3E圖)。在一些實施例中，第3F圖的浸泡在室溫(例如，25℃至約27℃)之下進行約10秒至約30秒(例如，20秒)。

在第3G圖中，將晶圓W移動至槽T6中，並浸泡在第一溶液中。在一些實施例中，第一溶液包含溶劑以提供在金屬層115之上待形成的金屬來源。舉例而言，第一溶液的溶劑可包含銀源，諸如用於沉積Ag膜的硝酸銀(AgNO₃)。在一些實施例中，第3G圖的浸泡在30℃至約50℃(例如，40℃)之下進行約30秒至約60秒(例如，45秒)。在一些實施例中，第3G圖的操作可稱作預浸製程。

在第3H圖中，將晶圓W移動至槽T7中，並浸泡在第二溶液中。在一些實施例中，第二溶液包含溶劑以提供在金屬層115之上待形成的金屬來源。在一些實施例中，第3H圖的浸泡在35℃至約55℃(例如，45℃)之下進行約60秒至約180秒(例如，60秒)。

第二溶液包含與第3G圖的第一溶液相同的溶劑。舉例而言，第二溶液的溶劑可包含銀源，諸如用於沉積Ag膜的硝酸銀(AgNO₃)。然而，第3H圖中第二溶液的溶劑(例如，AgNO₃)濃度高於第3G圖中第一溶液的濃度。特別地，採用較低硝酸銀濃度的第一溶液(第3G圖)使用於在金屬層115的表面上以形成連續的Ag薄膜。進一步地，污染物可留在槽T6的第一溶液中以防止污染槽T7中的第二溶液。之後，使用具有較高硝酸銀濃度的第二溶液(第3H圖)在金屬層115的表面之上形成具有所需厚度的更厚的Ag膜。

在第3I圖中，將晶圓W移動至槽T8中，浸泡在去離子水(DI-water)中。在一些實施例中，去離子水可用於去除殘留在金屬層115上的第二溶液(參照第3H圖)。在一些實施例中，第3I圖的浸泡在50℃至約70℃(例如，60℃)之下進行約30秒至約2分鐘(例如，1分鐘)。

再次參照第3A圖，藉由無電鍍製程形成金屬層120。相反地，藉由電鍍製程形成金屬層115。在藉由其他沉積製程，諸如電鍍製程、PVD、CVD、ALD形成金屬層120的一些實施例的情況中，金屬層120可能不呈現令人滿意的晶體結構(例如，奈米雙晶結構)，這繼而會劣化如後文所論述之接合製程。此外，一些沉積製程，諸如PVD、CVD、或ALD不提供選擇性沉積，因而金屬層將在晶圓之上形成覆蓋層，因此可能需要額外的製程，諸如蝕刻，以去除不被希望的材料。

參考第4圖，其中第4圖為使用第1圖至第3I圖中所描述之製程形成的結構的晶圓接合製程的範例。圖示有兩個半導體晶圓W1及W2。在此等實施例中，晶圓W1及W2可包含藉由如第1圖至第3I圖中描述之製程形成的大致上相同的配置。舉例而言，晶圓W1及W2中的每個晶圓包含基材100、基材100之上的金屬層105、金屬層105之上的金屬種子層110、金屬種子層110之上的金屬層115、及位於金屬層115之上的金屬層120。

在一些實施例中，由於晶圓W1及W2可能暴露在空氣中，所以可在晶圓W1及W2中的每個晶圓的金屬層120的暴露表面上形成薄的天然氧化物層120X。舉例而言，若由銀(Ag)製成金屬層120，則氧化物層120X可為氧化銀。

晶圓W1及W2之一者可旋轉一百八十度。舉例而言，在第4圖中，晶圓W2被旋轉一百八十度，使得晶圓W1的金屬層120將面對晶圓W2的金屬層120。晶圓W1的金屬層120可在以下製程中與晶圓W2的金屬層120接合在一起，用以結合晶圓W1及W2。

參考第5圖。晶圓W1與W2彼此施壓抵靠，使得晶圓W1的金屬層120與晶圓W2的金屬層120接觸。在一些實施例中，使用熱壓接合製程使晶圓W1及W2與彼此接合。

如上述，可由銀製成金屬層120，可由氧化銀製成氧化層120X(見第4圖)。在一些實施例中，氧化銀可在自約160℃至約200℃(例如，180℃)範圍內的溫度之下分解成銀及氧。據此，若接合製程的溫度在自約160°C至約200℃(例如，180℃)的範圍內或低於約200℃，則氧化物層120X將被分解，且將從結構(參照第5圖中的箭頭)釋放氧氣O₂，而保留具有純金屬表面(例如，銀)的金屬層120供用於接合製程。亦即，即使氧化物層120X會因為暴露於空氣而在金屬層120的表面上形成，氧化物層120X亦會在熱壓接合製程期間分解。因此，藉由使用由銀製成的金屬層120作為接合層，熱壓接合製程可在低溫度之下進行，並可在大氣壓力之下進行。然而，若將銅製成的金屬層115層用作接合層，在接合製程期間可能需要高溫及真空環境。

如上述，由銀製成金屬層120，具有面心立方(face-center-cubic；FCC)結構。在一些實施例中，銀原子在FCC結構的(111)表面具有最高的擴散速率。如上述，由銀製成的金屬層120具有(111)定向，因此可明顯地減少接合製程的持續時間及溫度。在一些實施例中，熱壓接合製程可進行約10分鐘至約30分鐘。

本揭露內容的實施例提供一種接合結構，其中該接合結構包含第一金屬層(例如，金屬層115)及在第一金屬層之上的第二金屬層(例如，金屬層120)。由具有奈米雙晶結構的銅製成第一金屬層。可使用無電鍍沉積製程在第一金屬層之上形成由銀製成的第二金屬層，使得第二金屬層亦包含奈米雙晶結構。無電鍍沉積製程為選擇性沉積製程，因此可減少製程成本。進一步地，使用銀作為接合層的接合製程可減少接合溫度及接合時間，並可在大氣壓力而非真空環境之下進行。若省略第二金屬層，則以銅製成的第一金屬層用作接合層，而銅容易被氧化，會劣化接合製程。若第二金屬層通過其他沉積製程，諸如PVD沉積，則第二金屬層可能不包含令人滿意的晶體結構，這將劣化接合製程。此外，PVD不提供選擇性沉積，且因此可能會增加製程成本。

第6圖至第23圖圖示根據本揭露內容的一些實施例，用於晶圓對晶圓接合的依序製造操作的各種階段。應注意到，第6圖至第23圖的一些元素與第1圖至第5圖中所描述者類似，且因此為簡潔起見不再重複相關細節。

參考第6圖。圖示有基材200，其中基材200可類似於第1圖至第5圖中描述的基材100。在基材200之上沉積介電層250。在一些實施例中，可由氧化物，諸如氧化矽，製成介電層250。在一些其他實施例中，可由氮化物、氧氮化物、或其他合適的介電材料製成介電層250。在一些實施例中，沉積介電層250可使用合適的沉積製程，諸如電漿增強CVD(PECVD)、PVD、原子層沉積(ALD)、或類似者。

參考第7圖。在介電層250之上形成遮罩層255。在一些實施例中，遮罩層255為光阻。光阻可為本領域中使用的合適材料，諸如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚甲基戊二酰亞胺(PMGI)、苯酚甲醛樹脂(DNQ/Novolac)、SU-8，並可為正性或負性光阻之任一者。可將遮罩層255 的材料以液體的方式形成，且通常而言，為旋塗以確保厚度的均勻性。

參考第8圖。圖案化遮罩層255以在遮罩層255中形成開口O1。在一些實施例中，可使用光微影圖案化製程圖案化遮罩層255。光微影圖案化製程可包含光阻塗覆、軟烘烤、遮罩對準、曝光、曝光後烘烤、顯影光阻、漂洗、乾燥(例如，硬烘烤)、其他合適的製程、及/或其等的組合。

參考第9圖。藉由使用遮罩層255作為蝕刻遮罩蝕刻介電層250。更詳細地，將經由遮罩層255的開口O1暴露的部分介電層250移除，以便將遮罩層255的開口O1延伸至介電層250中。可使用合適的蝕刻製程，諸如乾式蝕刻、濕式蝕刻、或其等的組合，蝕刻介電層250。在一些實施例中，在完成蝕刻製程之後，可暴露基材200的頂部表面。

參考第10圖。去除遮罩層255。在遮罩層255為光阻的一些實施例的情況中，可藉由剝離製程去除遮罩層255。在去除遮罩層255之後，可暴露介電層250的頂部表面。

參考第11圖。在基材200之上沉積黏著層205。之後，在黏著層205之上沉積金屬種子層210。在一些實施例中，以共形(conformal)方式沉積黏著層205，使得黏著層205可共形地沿著介電層250及基材200的表面延伸。黏著層205可包含諸如鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、及其等的組合的金屬，並使用物理氣相沉積、濺鍍、或類似物形成黏著層。黏著層有助於改善隨後所形成的金屬種子層210對介電層250的黏著。

在一些實施例中，藉由物理氣相沉積(PVD)製程及/或化學氣相沉積(CVD)製程形成金屬種子層210。在一些實施例中，沉積金屬種子層210以在黏著層205之上形成連續層，以便在電鍍製程期間提供連續導電表面以形成金屬層215的本體(見第12圖)。在一些實施例中，由銅(Cu)製成金屬種子層110。

參考第12圖。在金屬種子層210之上沉積金屬層215並過度填充介電層250的開口O1。可使如第1圖至第5圖中所描述沉積金屬層115電鍍製程來沉積金屬層215。

在一些實施例中，金屬層215由雙晶銅製成。雙晶銅亦稱作奈米雙晶銅或奈米雙晶體銅。這裡，根據一些實施例，材料中的術語「雙晶」可代表採用鏡像對稱關係的兩個晶體。此種銅微觀結構可藉著使用合適的電鍍添加劑的電沉積方法來實現。人造微觀結構在具有單向(111)定向的柱狀晶粒中擁有高密度的奈米間距雙晶。據此，雙晶銅亦可稱作(111)定向的雙晶銅。

參考第13圖。進行化學機械拋光(CMP)製程以去除多餘的金屬層215，直到暴露介電層250的頂部表面。在一些實施例中，在CMP製程期間，可能會發生下陷效應(dishing effect)用。因此，在完成CMP製程之後，保留在介電層250的開口O1中的金屬層215的每個部分可包含凹陷的頂部表面。

參考第14圖至第21圖，其中第14圖至第21圖例示形成金屬層220的依序操作(見第21圖)。更詳細地，第14圖至第21圖中論述的操作類似於第3B圖至第3I圖中描述的操作，其中包含用於在金屬層215上沉積金屬層220的無電沉積。

在第14圖中，進行處理P1，其中將第13圖的結構浸泡在丙酮中。在一些實施例中，使用丙酮去除金屬層215頂部表面的有機材料。第14圖的浸泡可在室溫(例如，25℃至約27℃)之下進行約30秒至約2分鐘(例如，1分鐘)。在一些實施例中，在浸泡製程期間可施加超音波振動以有助於有機材料的去除。

在第15圖中，進行處理P2，其中將第14圖的結構浸泡在清潔液體中。在一些實施例中，清潔液體可包含硫酸、表面活性劑、或水，並可用於去除殘留在金屬層215上的丙酮(參照第14圖)。在一些實施例中，第15圖的浸泡在40℃至約50℃(例如，45℃)之下進行約1分鐘至約3分鐘(例如，2分鐘)。

在第16圖中，進行處理P3，其中將第15圖的結構浸泡在去離子水(DI-water)中。在一些實施例中，去離子水可用於去除殘留在金屬層215上的清潔液體(參照第15圖)。在一些實施例中，第16圖的浸泡在室溫(例如，25℃至約27℃)之下進行約10秒至約30秒(例如，20秒)。

在第17圖中，進行處理P4，其中將第16圖的結構浸泡在硫酸中。在一些實施例中，硫酸可為5%的硫酸，使用於蝕刻掉金屬層215表面之上的天然氧化物，諸如氧化銅。處理P4亦可稱作微蝕刻製程。第17圖的浸泡可在室溫(例如，25℃至約27℃)之下進行約30秒至約2分鐘(例如，1分鐘)。在一些實施例中，在浸泡期間可施加超音波振動以有助於天然氧化物的去除。

在第18圖中，進行處理P5，其中將第17圖的結構浸泡在去離子水(DI-water)中。在一些實施例中，去離子水可用於去除殘留在金屬層215上的硫酸(參照第17圖)。在一些實施例中，第3F圖的浸泡在室溫(例如，25°C至約27℃)之下進行約10秒至約30秒(例如，20秒)。

在第19圖中，進行處理P6，其中將第18圖的結構浸泡在第一溶液中。在一些實施例中，第一溶液包含溶劑以提供在金屬層215之上待形成的金屬來源。舉例而言，第一溶液的溶劑可包含用於沉積Ag膜的硝酸銀(AgNO₃)。在一些實施例中，第19圖的浸泡在30℃至約50℃(例如，40℃)之下進行約30秒至約60秒(例如，45秒)。在一些實施例中，第19圖的操作可稱作預浸製程。

在第20圖中，進行處理P7，其中將第19圖的結構浸泡在第二溶液中，以便在金屬層215之上形成金屬層220。在一些實施例中，第二溶液包含溶劑以提供在金屬層215之上待形成的金屬層215的來源。在一些實施例中，第20圖的浸泡在35℃至約55℃(例如，45℃)之下進行約60秒至約180秒(例如，60秒)。

第二種溶液包含與第19圖的第一種溶液相同的溶劑。舉例而言，第二溶液的溶劑可包含用於沉積Ag膜的硝酸銀(AgNO₃)。然而，第20圖中第二種溶液的溶劑(例如AgNO₃)濃度高於第19圖中第一種溶液的濃度。特別地，將採用較低硝酸銀濃度的第一溶液(第19圖)使用於在金屬層215的表面上形成連續的Ag薄膜。進一步地，污染物可留在第一種溶液中以防止污染第二種溶液。之後，使用具有較高硝酸銀濃度的第二溶液(第20圖)在金屬層215的表面之上形成具有所需厚度的更厚的Ag膜。

在一些實施例中，在黏著層205、金屬種子層210、及金屬層215的暴露表面上選擇性地形成金屬層220，而不形成在介電層250的暴露表面上。亦即，金屬層220在黏著層205、金屬種子層210、及金屬層215上具有的沉積速率比在介電層250上的沉積速率更高。

在第21圖中，進行處理P8，其中將第20圖的結構浸泡在去離子水(DI-water)中。在一些實施例中，去離子水可用於去除殘留在金屬層220上的第二溶液(參照第20圖)。在一些實施例中，第21圖的浸泡在50℃至約70℃(例如，60℃)之下進行約30秒至約2分鐘(例如，1分鐘)。

參考第22圖。進行化學機械拋光(CMP)製程以去除多餘的金屬層220，直到暴露介電層250的頂部表面。在一些實施例中，在CMP製程期間，可能會發生凹陷效應 (dishing effect)用。因此，在完成CMP製程之後，金屬層215之上的金屬層220的每個部分可包含凹陷的頂部表面。

在完成CMP製程之後，複數個連接器230形成。每個連接器230可包含黏著層205、金屬種子層210、金屬層215、及金屬層220。在一些實施例中，金屬層220可分別與黏著層205、金屬種子層210、及金屬層215接觸。在一些實施例中，黏著層205及金屬種子層210可包含U形狀的截面。金屬層220可包含條形狀的截面。在一些實施例中，金屬層220比金屬層215更薄。

參考第23圖。圖示有兩個半導體晶圓W3及W4。在此等實施例中，晶圓W3及W4可包含由第6圖至第22圖中描述的製程形成的大致上相同的配置。舉例而言，晶圓W3及W4中的每個晶圓包含基材200、基材200之上的介電層250、及介電層250中的連接器230。

在第23圖的實施例中，晶圓W4旋轉一百八十度。一旦晶圓W3的每個連接器230的金屬層220面對晶圓W4的每個連接器230的金屬層220，晶圓W3的金屬層220可與晶圓W4的金屬層220接合在一起，用以結合晶圓W3及W4。更詳細地，晶圓W3與W4彼此施壓抵靠，使得晶圓W3的每個連接器230的金屬層220與晶圓W4的每個連接器230的對應金屬層220接觸。在一些實施例中，金屬層220亦可稱作連接器230的接合金屬或接合層，金屬層215可稱作連接器230的主體金屬。

在一些實施例中，使用熱壓接合製程使晶圓W3及W4與彼此接合。可在從自約160℃至約200℃(例如，180℃)或低於約200℃的範圍內的溫度之下進行熱壓接合製成。如上述參照第5圖所述，如此溫度可能致使金屬層220的天然氧化物(例如，氧化銀)分解，且氧氣將從金屬層220中釋放出來，保留具有純金屬表面的金屬層220(例如，銀)用於接合製程。據此，藉由使用由銀製成的金屬層220作為接合層，熱壓接合製程可在低溫度之下進行，並可在大氣壓力之下進行。

如上述，由銀製成金屬層220，具有面心立方(FCC)結構。應注意到銀原子在FCC結構的(111)表面具有最高的擴散速率。如上述，由銀製成的金屬層220具有(111)定向，因此可明顯地減少接合製程的持續時間及溫度。在一些實施例中，熱壓接合製程可進行約10分鐘至約30分鐘。

參考第24圖。圖示有半導體晶圓W5，其中晶圓W5為已形成電晶體及互連接結構的IC製造製程的中間結構。在一些實施例中，半導體晶圓W5可包含基材302。基材102可包含，舉例而言，摻雜或無摻雜的塊狀矽，或絕緣體上半導體(SOI)基材的主動層。

在一些實施例中，在基材302上形成一個或更多個主動及/或非主動元件304(例示成單一電晶體)。一個或更多個元件304可包含各種N型金屬氧化物半導體(NMOS)及/或P型金屬氧化物半導體(PMOS)元件，諸如電晶體、電容器、電阻器、二極體、光電二極體、保險絲、及類似物。熟習此項技藝者將理解，提供以上範例僅用於例示目的，並非意味著以任何方式限制本揭露內容。對於給定的應用，亦可依適用的方式形成其他電路系統。

在一些實施例中，在一個或更多個元件304及基材302之上形成互連接結構306。互連接結構306將一個或更多個元件304電性地連接以在半導體結構上形成功能電路。互連接結構306可包括一個或更多個金屬化層308₁至308_M，其中M為一個或更多個金屬化層308₁至308_M的數量。在一些實施例中，M的值可根據半導體結構的設計規格而變化。在下文中，亦可將一個或更多個金屬化層308₁至308_M被統稱作一個或更多個金屬化層308。金屬化層308₁至308_M分別包含介電層310₁至310_M及介電層311₁至311_M。在對應的介電層310₁至310_M之上形成介電層311₁至311_M。金屬化層308₁至308_M包含一個或更多個水平互連接，諸如分別在介電層311₁至311_M中水平或橫向地延伸的導電線路314₁至314_M及垂直互連接，諸如分別在介電層310₁至310_M中垂直延伸的導電柱316₁至316_M層。互連接結構306的形成可稱作生產線後端(BEOL)製程。

接觸柱塞312₀將上層互連接結構306電性地耦合至下層元件304。在所描繪的實施例中，元件304為鰭狀結構場效應電晶體(FinFET)，其為在稱作鰭狀結構的半導體突起303的似鰭狀結構條帶中形成的三維MOSFET結構。第24圖中圖示為沿著鰭狀結構的縱軸在平行於源極/汲極區304_SD之間的電流方向的方向上截取的橫截面。

在鰭狀結構303的相對側壁上形成的淺溝槽隔離(STI)區305，STI區305可藉由沉積一種或更多種介電材料(例如，氧化矽)以完全地填充鰭狀結構周圍的溝槽，且接著使介電材料的頂部表面凹陷，形成STI區305。

在一些實施例中，FinFET元件304的閘極結構304_G為可使用後閘極製程流程形成的高k值金屬閘極最終(HKMG)結構。閘極介電層304_GD包含，舉例而言，高k值介電材料諸如金屬的氧化物及/或矽酸鹽、(例如，Hf、Al、Zr、La、Mg、Ba、Ti、及其他金屬的氧化物及/或矽酸鹽)、氮化矽、氧化矽、及類似物，或其等的組合、或其等的多層。在一些實施例中，閘極金屬層304_GM可為多層金屬閘極堆疊層，包含在閘極介電層304_GD頂部依次地形成的阻擋層、工作功能層及閘填充層。用於阻擋層的範例材料包含TiN、TaN、Ti、Ta；或類似物、或其等的多層組合。工作功能層可包含用於p型FET的TiN、TaN、Ru、Mo、Al，及用於n型FET的Ti、Ag、TaAl、TaAlC、TiAlN、TaC、TaCN、TaSiN、Mn、Zr。可使用其他合適的工作功能材料、或其等組合、或其等的多層。填充凹陷其餘部分的閘極填充層可包含金屬，諸如Cu、Al、W、 Co、Ru、或類似物、或其等的組合、或其等的多層。

在閘極結構304_G的相對側壁上設置間隔件304_SP，在基材302之上及閘極結構304_G的相對側上設置源極/汲極區30_4SD。間隔件304_SP可包含一種或更多種介電質，諸如氧化矽、氮化矽、氧氮化矽、碳化矽、碳氮化矽、類似物、或其等的組合。源極/汲極區域304_SD為半導體鰭狀結構303中的摻雜區。源極/汲極區304_SD亦可為磊晶術結構。磊晶術結構可為元素的(例如，Si或Ge、或類似物)或合金(例如，Si_1-xC_x或Si_1-xGe_x、或類似物)。

在基材302之上沉積層間介電(ILD)層310₀，並覆蓋源極/汲極區304_SD及閘極結構304_G。在一些實施例中，ILD層310₀可包含氧化矽、磷矽酸鹽玻璃(PSG)、硼矽酸鹽玻璃(BSG)、摻硼磷矽酸鹽玻璃(BPSG)、無摻雜矽酸鹽玻璃(USG)、低介電常數(低-k值)介電，諸如，氟矽酸鹽玻璃(FSG)、氧碳化矽(SiOCH)、碳摻雜氧化物(CDO)、可流動氧化物、或多孔氧化物(例如，幹凝膠/氣凝膠)、或類似物、或其等的組合。

在基材302中形成的電子元件的電極可使用通過中間介電層形成的觸點112₀電性地連接至導電線路314₁至314_M及導電柱316₁至316_M。舉例而言，觸點112₀與閘極結構304_G及FinFET 304的源極/汲極區304_SD電性連接。可使用光微影、蝕刻、及沉積技術形成觸點112₀。可由金屬製成觸點。

在互連接結構306之上設置介電層450。在介電層450中設置複數個連接器430。在一些實施例中，每個連接器430可包含黏著層405、金屬種子層410、金屬層415、及金屬層420。介電層450、黏著層405、金屬種子層410、金屬層415、及金屬層420的材料及形成方法可與參照第6圖至第23圖中的介電層250、黏著層205、金屬種子層210、金屬層215、及金屬層220描述類似，且因此為簡潔起見不再重複相關細節。舉例而言，在互連接結構306之上形成介電層450，且接著在介電層450中形成連接器430。

參考第25圖。圖示有兩個半導體晶圓W5及W6。在此等實施例中，晶圓W5及W6可包含與第24圖中描述的大致上相同的配置。在第25圖的實施例中，晶圓W6旋轉一百八十度。一旦晶圓W5的每個連接器430的金屬層420面對晶圓W4的每個連接器430的金屬層420，晶圓W5的金屬層420可與晶圓W4的金屬層420接合在一起，這可結合晶圓W5及W4。可使用熱壓接合製程使晶圓W5及W6與彼此接合，這與參照第6圖至第23圖所描述的類似，且因此為簡潔起見不再重複相關細節。

參考第26圖。顯示有複數個晶片60及80。在一些實施例中，晶片60可包含一個或更多個邏輯晶片(例如，中央處理單元、圖形處理單元、晶片上系統(SoC)、現場可編程閘極陣列(FPGA)、微控制器等)、記憶體晶片(例如，動態隨機存取記憶體(DRAM)晶片、靜態隨機存取記憶體(SRAM)晶片、或類似物)、電源管理晶片(例如，電源管理積體電路(PMIC)晶片)、射頻(RF)晶片、感應器晶片、微機電系統(MEMS)晶片、訊號處理晶片(例如，數位訊號處理(DSP)晶片)、前端部晶片(例如，模擬前端部(AFE)晶片)、類似物、或其等的組合。

在一些實施例中，晶片80包含一個或更多個記憶體晶片，諸如堆疊記憶體晶片(例如，DRAM晶片、SRAM晶片、高帶寬記憶體(HBM)晶片、混合儲存立方體(HMC)晶片、或類似物)。

晶片60及80中的每個可包含複數個連接器530，其類似於第6圖至第23圖中描述的連接器230。在一些實施例中，每個連接器530可包含金屬層515及金屬層515之上的金屬層520。金屬層515及金屬層520的材料及形成方法可與第6圖至第23圖中描述的金屬層215及金屬層220類似，且因此為簡潔起見在此不再重複相關細節。在一些其他實施例中，每個連接器530亦可包含黏著層及金屬種子層，其類似於第6圖至第23圖中描述的黏著層205及金屬種子層210。在一些實施例中，可在晶片60及80的介電層501中形成連接器530。介電層501可類似於第6圖至第23圖中描述的介電層250。

第26圖亦例示矽中介層70。在一些實施例中，矽中介層70可包含塊狀半導體基材、SOI基材、多層半導體基材、或類似物。基材的半導體材料可為矽、鍺、包含矽鍺、碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦、及/或銻化銦的化合物半導體；合金半導體，包含SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP、及/或GaInAsP；或其等的組合。亦可使用其他基材，諸如多層或梯度基材。

形成貫穿導電柱(Through Via)74以從矽中介層70的頂部表面延伸至矽中介層70中。當矽中介層70為矽基材時，貫穿導電柱74有時亦被稱作基材貫穿導電柱或矽貫穿導電柱。可藉由，舉例而言，藉由蝕刻、銑削、雷射技術、其等的組合、及/或類似者在矽中介層70中形成凹陷，形成貫穿導電柱74。可在凹陷中沉積導電材料。可藉由電化學電鍍製程、CVD、ALD、PVD、其等的組合、及/或類似物形成導電材料。導電材料的範例為銅、鎢、鋁、銀、金、其等的組合、及/或類似物。藉由，舉例而言，CMP從矽中介層70的前側去除多餘的導電材料及阻擋層。

矽中介層70進一步包含在矽中介層70的頂部表面之上形成的重分佈結構76，並被使用於將積體電路裝置(若有的話)及/或貫穿導電柱74電連接在一起及/或電性地連接至外部裝置。重分佈結構76可包含一個或更多個介電層及介電層中的相應金屬化圖案。金屬化圖案可包含將任何裝置及/或貫穿導電柱74互連接在一起及/或與外部設備互連接的貫穿導電柱及/或跡線。

矽中介層70進一步包含在重分佈結構76之上設置的複數個連接器550，其類似於第6圖至第23圖中描述的連接器230。連接器550可電性地連接至重分佈結構76中的金屬化圖案。在一些實施例中，每個連接器550可包含金屬層535及金屬層535之上的金屬層540。金屬層535及金屬層540的材料及形成方法可與第6圖至第23圖中描述的金屬層215及金屬層220類似，且因此為簡潔起見在此不再重複相關細節。在一些其他實施例中，每個連接器550亦可包含黏著層及金屬種子層，其類似於第6圖至第23圖中描述的黏著層205及金屬種子層210。在一些實施例中，可在矽中介層70之上的介電層502中形成連接器550。介電層502可類似於第6圖至第23圖中描述的介電層250。

參考第27圖。將晶片60及晶片80連接至矽中介層70，舉例而言，通過晶片60及68上的連接器530及矽中介層70上的連接器550並藉由翻轉晶片接合(flip-chip bonding)實現。可使用，舉例而言，取放工具將晶片60及晶片80放置在矽中介層70上，使得晶片60及68上的連接器530可與矽中介層70上的對應連接器550連接。在一些實施例中，晶片60/80之上的介電層501可與矽中介層70之上的介電層502接觸。

一旦晶片60/80的每個連接器530的金屬層520連接至矽中介層70的每個連接器550的對應金屬層540，晶片60/80的金屬層520即可與矽中介層70的金屬層 540接合在一起，其可結合晶片60/80及矽中介層70。可使用熱壓接合製程將晶片60/80接合至矽中介層70，該製程類似於參照第6圖至第23圖所描述的製程，且因此為簡潔起見在此不再重複相關細節。

參考第28圖。在各種組件，諸如晶片60及80，上形成密封材料90。密封材料90可為模製化合物、環氧樹脂、或類似物，並可藉由壓縮模製、轉移模製、或類似者來施加。進行固化步驟，諸如熱固化、紫外線(UV)固化、或類似者，以固化密封材料90。在一些實施例中，晶片60及80被埋入在密封材料90中，並在密封材料90固化之後，可進行平坦化步驟，諸如研磨，可進行以去除密封材料90的多餘部分，此等多餘部分在晶片60及80的頂部表面之上。據此，晶片60及80的頂部表面被暴露，並與密封材料90的頂部表面齊平。在一些實施例中，密封材料90與介電層501的側壁及介電層502的頂部表面接觸。

參考第29圖。將第28圖的結構翻面並可放置在載體基材91上。之後，對矽中介層70進行薄化製程以薄化矽中介層70直到暴露出貫穿導電柱74。薄化製程可包含蝕刻製程、研磨製程、類似者、或其等的組合。

參考第30圖。在矽中介層70之上形成複數個連接器580。舉例而言，可在矽中介層70之上形成介電層503，且接著在介電層503中形成連接器580。介電層503可類似於第6圖至第23圖中描述的介電層250。

在一些實施例中，連接器580類似於第6圖至第23圖中描述的連接器230。舉例而言，每個連接器580可包含金屬層565及金屬層565之上的金屬層570。金屬層565及金屬層570的材料及形成方法可與第6圖至第23圖中描述的金屬層215及金屬層220類似，且因此為簡潔起見在此不再重複相關細節。在一些其他實施例中，每個連接器580亦可包含黏著層及金屬種子層，其類似於第6圖至第23圖中描述的黏著層205及金屬種子層210。

參考第31圖。切割第30圖的結構以形成個別的封裝結構PK1。切割可為鋸切、粒切、或類似者。在一些實施例中，每個封裝結構PK1包含矽中介層70，其中在矽中介層70上設置一個晶片60及兩個晶片80。然而，本揭露並非限制於此。

參考第32圖。將封裝結構PK1連接至基材600。基材600可包含封裝基材，諸如其中包含芯的聚積基材、包含複數個層壓介電膜的層壓基材、PCB、或類似物。基材600包含複數個連接器650，其類似於第6圖至第23圖中描述的連接器230。

在一些實施例中，每個連接器650可包含金屬層635及金屬層635之上的金屬層640。金屬層635及金屬層640的材料及形成方法可與第6圖至第23圖中描述的金屬層215及金屬層220類似，且因此為簡潔起見在此不再重複相關細節。在一些其他實施例中，每個連接器650 亦可包含黏著層及金屬種子層，其類似於第6圖至第23圖中描述的黏著層205及金屬種子層210。在一些實施例中，可在基材600之上的介電層601中形成連接器650。介電層601可類似於第6圖至第23圖中描述的介電層250。

封裝結構PK1可使用，舉例而言，取放工具放置在基材600上，使得封裝結構PK1的矽中介層70上的連接器580可與基材600上的對應連接器650連接。

一旦封裝結構PK1的每個連接器580的金屬層570連接至基材600的每個連接器650的金屬層640，金屬層570即可與金屬層640接合在一起，這可結合封裝結構PK1及基材600。封裝結構PK1可使用熱壓接合製程接合至基材600，這類似於參照第6圖至第23圖所描述的製程，且因此為簡潔起見在此不再重複相關細節。在一些實施例中，介電層503與介電層601接觸。

第33圖為根據本揭露內容的一些實施例，封裝結構的截面視圖。第33圖例示封裝結構PK2。在一些實施例中，封裝結構PK2可為基材上晶圓上晶片(CoWoS)結構。

封裝結構PK2包含晶片堆疊700，其中晶片堆疊700包含彼此堆疊的複數個晶片702，及作為晶片堆疊700的底部晶片的晶片704。在一些實施例中，每個晶片702可為記憶體晶片(例如，DRAM晶片、SRAM晶片、高帶寬記憶體(HBM)晶片、混合儲存立方體(HMC)晶片、或類似物)。在一些實施例中，晶片704可為邏輯晶片。

每個晶片702可包含複數個連接器702C。在一些實施例中，每個連接器702C可包含與第6圖至第23圖中描述的連接器230大致上相同的配置。舉例而言，每個連接器702C可包含第一金屬及在第一金屬之上的第二金屬，其中第一及第二金屬可類似於第6圖至第23圖中描述的金屬層215及220。將晶片702通過連接器702C接合至彼此。接合製程類似於第6圖至第23圖中描述的接合製程。舉例而言，晶片702的連接器702C的第二金屬連接至另一個晶片702的連接器702C的對應第二金屬，且接著進行熱壓接合製程以結合兩個毗鄰的晶片702。

晶片704可包含複數個連接器704C。在一些實施例中，每個連接器704C可包含與第6圖至第23圖中描述的連接器230大致上相同的配置。舉例而言，每個連接器704C可包含第一金屬及在第一金屬之上的第二金屬，其中第一及第二金屬可類似於第6圖至第23圖中描述的金屬層215及220。將最底部的晶片702通過連接器702C及704C接合至晶片704。接合製程類似於第6圖至第23圖中描述的接合製程。舉例而言，最底部晶片702的連接器702C的第二金屬連接至晶片704的連接器704C的對應第二金屬，且接著進行熱壓接合製程以結合最底部晶片702及晶片704。

封裝結構PK2進一步包含複數個邏輯晶片706。將晶片堆疊700及邏輯晶片706接合至插入件710。插入件710可為具有互連接結構的矽晶圓，用於電性地連接晶片堆疊700及邏輯晶片706中的主動元件(未圖示)以形成功能電路。

每個晶片706可包含複數個連接器706C，且插入件710包含複數個連接器710C。在一些實施例中，每個連接器706C/710C可包含與第6圖至第23圖中描述的連接器230大致上相同的配置。舉例而言，每個連接器710C可包含第一金屬及在第一金屬之上的第二金屬，其中第一及第二金屬可類似於第6圖至第23圖中描述的金屬層215及220。

晶片堆疊700通過連接器704C及710C接合至插入件710，且邏輯晶片706通過連接器706C及710C接合至插入件710。接合製程類似於第6圖至第23圖中描述的接合製程。舉例而言，將晶片堆疊700的邏輯晶片704的連接器704C的第二金屬連接至插入件710的連接器710C的對應第二金屬，且接著進行熱壓接合製程以結合晶片堆疊700的邏輯晶片704及插入件710。類似地，邏輯晶片706的連接器706C的第二金屬連接至插入件710的連接器710C的對應第二金屬，且接著進行熱壓接合製程以結合邏輯晶片706及插入件710。

封裝結構PK2進一步包含基材720。基材720可為任何合適的封裝基材，諸如印刷電路板(PCB)、有機基材、陶瓷基材、主機板、或類似物。基材720包含複數個連接器720C。在一些實施例中，每個連接器720C可包含與第6圖至第23圖中描述的連接器230大致上相同的配置。舉例而言，每個連接器720C可包含第一金屬及在第一金屬之上的第二金屬，其中第一及第二金屬可類似於第6圖至第23圖中描述的金屬層215及220。

將插入件710通過連接器710C及720C接合至基材720。接合製程類似於第6圖至第23圖中描述的接合製程。舉例而言，將插入件710的連接器710C的第二金屬連接至基材720的連接器720C的對應第二金屬，且接著進行熱壓接合製程以結合插入件710及基材720。

封裝結構PK2進一步包含電路板730。在一些實施例中，電路板730可包含電氣系統的數種元件組件。在一些實施例中，基材720通過凸塊735接合至電路板730，凸塊包含與連接器702c、704C、706C、710C、及720C不同的材料。凸塊735為焊球及/或金屬凸塊，諸如球閘陣列(BGA)球、C4微凸塊、ENIG形成的凸塊、ENEPIG形成的凸塊、或類似物。

第34圖至第44圖圖示根據本揭露內容的一些實施例，用於晶圓對晶圓接合的依序製造操作的各種階段。應注意到第34圖至第44圖的一些元素與第1圖至第5圖及第6圖至第23圖中描述的元素類似，且因此為簡潔起見在此不再重複相關細節。

參考第34圖。圖示有基材800，其中基材800可類似於第1圖至第5圖中描述的基材100。在一些實施例中，基材800可包含如第24圖中描述的電晶體及互連接結構。

參考第35圖。在基材800之上沉積黏著層805。之後，在黏著層805之上沉積金屬種子層810。黏著層805可類似於第6圖至第23圖中描述的黏著層205，且金屬種子層810可類似於第6圖至第23圖中描述的金屬種子層210。

參考第36圖。在金屬種子層810之上形成遮罩層855。在一些實施例中，遮罩層855為光阻。

參考第37圖。圖案化遮罩層855以在遮罩層855中形成開口O2。在一些實施例中，開口O2可暴露金屬種子層810。

參考第38圖。通過開口O2在金屬種子層810的暴露部分之上沉積金屬層815。可使用類似於第1圖至第5圖中描述的金屬層115的電鍍製程沉積金屬層815。在一些實施例中，開口O2中的金屬層815的每個部分具有圓形頂部表面。在一些實施例中，在金屬種子層810的暴露部分上選擇性地形成金屬層815。亦即，金屬層815在金屬種子層810的表面上具有比在遮罩層855的表面上更高的沉積速率。據此，在形成金屬層815之後，遮罩層855的頂部表面可不含金屬層815的覆蓋。

參考第39圖。去除遮罩層855。在去除遮罩層855之後，可暴露在遮罩層855之下的金屬種子層810的部分(參見第38圖)。在遮罩層855為光阻的一些實施例的情況中，可使用剝離製程去除遮罩層855。

參考第40圖。進行蝕刻製程以去除金屬層815裸露的金屬種子層810及黏著層805的部分，以便將金屬種子層810及黏著層805切割成個別的部分。在完成蝕刻製程之後，可以暴露基材800的頂部表面。在一些實施例中，可進行各向異性蝕刻以通過金屬層815之內的間隔件去除金屬種子層810及黏著層805。在一些實施例中，亦可蝕刻金屬層815，因此金屬層815的頂部表面可由於蝕刻製程而降低。在一些實施例中，金屬層815及下層的金屬種子層810及黏著層805的每個部分可包含大致上相同的寬度。

參考第41圖。進行化學機械拋光(CMP)製程以平坦化金屬層815的頂部表面。

參考第42圖。在金屬層815及金屬種子層810的表面之上選擇性地形成金屬層820。在一些實施例中，金屬層820可類似於金屬層220，且可使用參照第14圖至第21圖描述的方法形成，且因此為簡潔起見在此不再重複相關細節。在一些實施例中，金屬層820在金屬層815及金屬種子層810的表面上具有比在黏著層802的表面上更高的形成速率。舉例而言，可不在黏著層802上形成金屬層820，因此在形成金屬層820之後，黏著層802的側壁仍然維持暴露在外。

在形成金屬層820之後，形成複數個連接器830。每個連接器830可包含黏著層805、金屬種子層810、金屬層815、及金屬層820。在一些實施例中，金屬層820 可與金屬種子層810及金屬層815接觸。在一些實施例中，黏著層805及金屬種子層810可包含條形狀截面。金屬層820可包含U形狀截面。在一些實施例中，金屬層820可覆蓋金屬層815的頂部表面及側壁，並可延伸至金屬種子層810的相對側壁。在一些實施例中，黏著層805的側壁不含金屬層820的覆蓋。

參考第43圖。圖示有兩個半導體晶圓W7及W8。在此等實施例中，晶圓W7及W8可包含由第34圖至第42圖中描述的製程形成的大致上相同的配置。舉例而言，晶圓W7及W8中的每個晶圓包含基材800及在基材800之上的連接器830。

在第43圖的實施例中，晶圓W8旋轉一百八十度。一旦晶圓W7的每個連接器830的金屬層820面對晶圓W8的每個連接器830的金屬層820，晶圓W7的金屬層820可與晶圓W8的金屬層820接合在一起，這可結合晶圓W7及W8。更詳細地，晶圓W7與W8彼此施壓抵靠，使得晶圓W7的每個連接器830的金屬層820與晶圓W8的每個連接器830的對應金屬層820接觸。在一些實施例中，金屬層820亦可稱作連接器830的接合金屬或接合層，金屬層815可稱作連接器830的主體金屬。在一些實施例中，使用第23圖中描述的熱壓接合製程使晶圓W7及W8與彼此接合，且因此為簡潔起見在此不再重複相關細節。

在第44圖的實施例中。在晶圓W7及W8與彼此接合之後，形成底部填充材料870以填充晶圓W7與W8 之間的空間。在一些實施例中，底部填充材料870可橫向地包圍晶圓W7及W8的每個連接器830並與它們接觸。在一些實施例中，底部填充材料870可與每個連接器830的金屬層820及黏著層805接觸。在一些實施例中，底部填充材料870可包含環氧樹脂或聚合物、或類似物。

基於以上論述，可看出本揭露內容提供優點。然而，應當瞭解，其他實施例可提供額外的優點，且在本文中不必然揭露所有優點，且對於所有實施例均不需要特定的優點。一個優點為本揭露內容的實施例提供一種接合結構，其中接合結構包含第一金屬層及位於第一金屬層之上的第二金屬層。由具有奈米雙晶結構的銅製成第一金屬層。可使用無電鍍沉積製程在第一金屬層之上形成由銀製成的第二金屬層，使得第二金屬層亦包含奈米雙晶結構。無電鍍沉積製程為選擇性沉積製程，因此可減少製程成本。進一步地，使用銀作為接合層的接合製程可減少接合溫度及接合時間，並可在大氣壓力而非真空環境之下進行。

在一些實施例中，第一金屬層由銅製成，第二金屬層由銀製成。

在一些實施例中，第一金屬層藉由電沉積製程沉積，第二金屬層藉由無電沉積製程沉積。

在一些實施例中，方法進一步包含在介電層的開口中形成黏著層；及在金屬種子層之上沉積第一金屬層，其中在金屬種子層之上沉積第一金屬層。

在一些實施例中，方法進一步包含在沉積第二金屬層之前，對第一金屬層、金屬種子層、及黏著層進行第一平坦化製程；及對第二金屬層進行第二平坦化製程。

在一些實施例中，第二金屬層由銀製成，及形成第二金屬層包含將第一金屬層浸泡至丙酮中；將第一金屬層浸泡至清潔液體中；將第一金屬層浸泡至去離子水中；將第一金屬層浸泡至硫酸中；將第一金屬層再次浸泡至去離子水中；將第一金屬層浸泡至包含硝酸銀的第一溶液中；及將第一金屬層浸泡至包含硝酸銀的第二溶液中，其中第二溶液中硝酸銀的濃度高於第一溶液中硝酸銀的濃度。

在一些實施例中，第二金屬層由銀製成，進行熱壓製程使得在熱壓製程期間分解第二金屬層上的天然氧化銀。

在一些實施例中，第二金屬層在第一金屬層上的沉積速率高於在介電層上的沉積速率。

在一些實施例中，第二金屬層比第一金屬層更薄。

在本揭露內容的一些實施例中，方法包含以藉由將晶片的第一連接器連接至矽中介層的第一側上的第二連接器以將晶片接合至矽中介層，其中矽中介層的第二連接器電性地連接至矽中介層中的導電柱；對矽中介層的第二側進行研磨製程，以暴露矽中介層中的導電柱，矽中介層的第二側與矽中介層的第一側相對；在矽中介層的第二側形成第三連接器，並電性地連接至導電柱；及藉由將矽中介層的第三連接器連接至基材的第四連接器將矽中介層接合至基材，其中第一、第二、第三、及第四連接器各自包含具有採用(111)定向的奈米雙晶結構的金屬。

在一些實施例中，第一、第二、第三、及第四連接器中的每一者的金屬包含銅層；及銅層之上的銀層，其中銅層及銀層二者均包含具有(111)定向的奈米雙晶結構。

在一些實施例中，形成第三連接器包含在介電層中形成開口；藉由電沉積製程在開口中沉積第一金屬層；及藉由無電沉積製程在第一金屬層上沉積第二金屬層，由不同材料製成第二金屬層及第一金屬層。

在一些實施例中，第二金屬層具有的沉積速率，在第一金屬層上較高於在介電層上的沉積速率。

在一些實施例中，將晶片接合至矽中介層的步驟在低於約200℃的一溫度之下進行，而將矽中介層接合至基材的步驟在於約200℃的一溫度之下進行。

在一些實施例中，方法進一步包含在進行研磨製程之前，在矽中介層的第一側上形成密封材料以密封晶片；及在將矽中介層接合至基材之前，通過密封材料及矽中介層進行切割製程以形成封裝結構。

在本揭露內容的一些實施例中，結構包含矽中介層、晶片、及基材。矽中介層包含在矽中介層的第一側上的第一連接器及在矽中介層的與硅中介層的第一側相對的第二側上的第二連接器。晶片從矽中介層的第一側接合至矽中介層，其中晶片包含連接至矽中介層的第一連接器的第三連接器。基材從矽中介層的第二側接合至矽中介層，其中基材包含連接至矽中介層的第二連接器的第四連接器。第一、第二、第三、及第四連接器的每一者包含主體金屬；及接合金屬，其中主體金屬及接合金屬二者均包含具有(111)定向的奈米雙晶結構。

在一些實施例中，主體金屬由銅製成，接合金屬由銀製成。

在一些實施例中，矽中介層包含圍繞第一連接器的第一介電層，且晶片包含圍繞第三連接器的第二介電層，且第一介電層與第二介電層接觸。

在一些實施例中，結構進一步包含接合至基材的電路板，基材垂直地位於電路板與矽中介層之間，其中電路板藉由金屬凸塊接合至基材，金屬凸塊由不同於第一、第二、第三、及第四個連接器的一材料製成。

在一些實施例中，第一、第二、第三、及第四連接器中的每一者進一步包含黏著層，黏著層與接合金屬接觸並在截面視圖中覆蓋主體金屬的至少三個側面。

上述概述數種實施例的特徵，以便熟習此項技藝者可更瞭解本揭露內容的態樣。熟習此項技藝者應當理解，熟習此項技藝者可輕易地使用本揭露內容作為設計或修改其他製程及結構之基礎，以實現本文中所介紹之實施例的相同目的及/或達成相同優點。熟習此項技藝者亦應當認知，此均等構造不脫離本揭露內容的精神及範圍，且在不脫離本揭露內容之精神及範圍之情況下，熟習此項技藝者可在本文中進行各種改變、替換、及變更。

O ₂:氧氣 W1,W2:晶圓 100:基材 105,115,120:金屬層 110:金屬種子層

Claims

一種接合方法，包括以下步驟：在一第一晶圓及一第二晶圓上分別形成一第一連接器及一第二連接器，其中該第一及該第二連接器中的每個連接器藉由以下方式形成：在一介電層中形成一開口；在該開口中沉積一第一金屬層，其中該第一金屬層具有(111)定向的一奈米雙晶結構；以及在該第一金屬層上沉積一第二金屬層，該第二金屬層及該第一金屬層由不同的一材料製成，其中該第二金屬層具有(111)定向的一奈米雙晶結構；將該第一晶圓連接至該第二晶圓，使得該第一晶圓上的該第一連接器的該第二金屬層與該第二晶圓上的該第二連接器的該第二金屬層接觸；以及進行一熱壓製程以接合該第一及該第二晶圓。
如請求項1所述之方法，其中該第一金屬層由銅製成，該第二金屬層由銀製成。
如請求項1所述之方法，其中該第二金屬層的材質由銀製成，並形成該第二金屬層之步驟包括以下步驟：將該第一金屬層浸泡至丙酮中；將該第一金屬層浸泡至清潔液體中；將該第一金屬層浸泡至去離子水中；將該第一金屬層浸泡至硫酸中；將該第一金屬層再次浸泡至去離子水中；將該第一金屬層浸泡至包含硝酸銀的一第一溶液中；以及將該第一金屬層浸泡至包含硝酸銀的一第二溶液中，其中該第二溶液中硝酸銀的一濃度高於該第一溶液中硝酸銀的一濃度。
如請求項1所述之方法，其中該第二金屬層由銀製成，進行該熱壓製程使得在該熱壓製程期間分解該第二金屬層上的一天然氧化銀。
一種接合方法，包括以下步驟：藉由將一晶片的一第一連接器連接至一矽中介層的一第一側上的一第二連接器以將該晶片接合至該矽中介層，其中該矽中介層的該第二連接器電性地連接至該矽中介層中的一導電柱；對該矽中介層的一第二側進行一研磨製程，以暴露該矽中介層中的該導電柱，該矽中介層的該第二側與該矽中介層的該第一側相對；在該矽中介層的該第二側形成一第三連接器，並電性地連接至該導電柱；以及藉由將該矽中介層的該第三連接器連接至一基材的一第四連接器將該矽中介層接合至該基材，其中該些第一、第二、第三、及第四連接器的每一者包括具有採用(111)定向的一奈米雙晶結構的一金屬。
如請求項5所述之方法，其中該些第一、第二、第三、及第四連接器中的每一者的該金屬包括：一銅層；以及該銅層之上的一銀層，其中該銅層及該銀層二者均包含具有(111)定向的一奈米雙晶結構。
如請求項5所述之方法，其中將該晶片接合至該矽中介層的步驟在低於約200°C的一溫度之下進行，而將該矽中介層接合至該基材的步驟在於約200°C的一溫度之下進行。
如請求項5所述之方法，進一步包括以下步驟：在進行該研磨製程之前，在該矽中介層的該第一側上形成一密封材料以密封該晶片；以及在將該矽中介層接合至該基材之前，通過該密封材料及該矽中介層進行一切割製程以形成一封裝結構。
一種封裝結構，包括：一矽中介層，包括在該矽中介層的一第一側上的一第一連接器及在該矽中介層的與一硅中介層的一第一側相對的一第二側上的一第二連接器；一晶片，從該矽中介層的該第一側接合至該矽中介層，其中該晶片包括連接至該矽中介層的該第一連接器的一第三連接器；以及一基材，從該矽中介層的該第二側接合至該矽中介層，其中該基材包括連接至該矽中介層的該第二連接器的一第四連接器，其中該第一連接器、該第二連接器、該第三連接器、及該第四連接器的每一者包括：一主體金屬；以及一接合金屬，其中該主體金屬及該接合金屬二者均包含具有(111)定向的一奈米雙晶結構。
如請求項9所述之封裝結構，其中該些第一、第二、第三、及第四連接器中的每一者進一步包括一黏著層，該黏著層與該接合金屬接觸並在一截面視圖中覆蓋該主體金屬的至少三個側面。