TWI752187B - 用於對半導體元件進行接合的系統及其方法 - Google Patents

用於對半導體元件進行接合的系統及其方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI752187B
TWI752187B TW107108057A TW107108057A TWI752187B TW I752187 B TWI752187 B TW I752187B TW 107108057 A TW107108057 A TW 107108057A TW 107108057 A TW107108057 A TW 107108057A TW I752187 B TWI752187 B TW I752187B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
semiconductor element
conductive structures
bonding
conductive
semiconductor
Prior art date
Application number
TW107108057A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201903911A (zh
Inventor
羅伯特 N. 奇拉克
多明尼克 A. 迪安傑利斯
赫斯特 克勞伯格
Original Assignee
美商庫利克和索夫工業公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/458,381 external-priority patent/US9780065B2/en
Application filed by 美商庫利克和索夫工業公司 filed Critical 美商庫利克和索夫工業公司
Publication of TW201903911A publication Critical patent/TW201903911A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI752187B publication Critical patent/TWI752187B/zh

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/63—Connectors not provided for in any of the groups H01L24/10 - H01L24/50 and subgroups; Manufacturing methods related thereto
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/185—Joining of semiconductor bodies for junction formation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67092—Apparatus for mechanical treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67005—Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/67011—Apparatus for manufacture or treatment
    • H01L21/67098—Apparatus for thermal treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70—Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71—Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/768—Applying interconnections to be used for carrying current between separate components within a device comprising conductors and dielectrics
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
    • H01L2224/73203—Bump and layer connectors
    • H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/81—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a bump connector

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
  • Wire Bonding (AREA)

Abstract

一種對半導體元件進行超音波接合的方法，包括以下步驟：(a)將第一半導體元件的複數個第一導電結構的表面與第二半導體元件的複數個第二導電結構的相對應表面對準；(b)在該等第一導電結構中的多個第一導電結構與該等第二導電結構中的相對應多個第二導電結構之間超音波地形成定位接合部；以及(c)在該等第一導電結構和該等第二導電結構之間形成完整接合部。

Description

用於對半導體元件進行接合的系統及其方法
本發明涉及半導體封裝的形成，尤其涉及用於將半導體元件接合在一起的改進系統及方法。
傳統的半導體封裝通常包括晶粒附接製程和導線接合製程。在這個工業中，先進半導體封裝技術(例如，倒裝晶片接合、熱壓接合等)正獲得更多的關注。例如，在熱壓接合中，在半導體元件之間使用熱量和壓力來形成複數個互連部。
雖然先進封裝技術的應用日益增加，但是在這些技術中存在許多限制，這些限制包括例如與一些先進封裝技術的相對初期(relative infancy)有關的限制。因此，期望能提供用於將半導體元件接合在一起的改進系統及方法。
根據本發明的示例性實施例，提供了一種對半導體元件進行超音波接合的方法。該方法包括以下步驟：(a)將第一半導體元件的複數個第一導電結構的表面與第二半導體元件的複數個第二導電結構的相應表面對準；(b)在該等第一導電結構中的多個第一導電結構與該等第二導電結構中相對應的多個第二導電結構之間超音波地形成定位接合部；以及(c)在該等第一導電結構和該等第二導電結構之間形成完整接合部。
根據本發明的另一個示例性實施例，提供了一種接合系統。該接合系統包括用於支撐第一半導體元件的支撐結構，該第一半導體元件包括複數個第一導電結構。該接合系統還包括接合工具，該接合工具用於承載包括複數個第二導電結構的第二半導體元件，並且用於給該第二半導體元件施加超音波能量，以在該等第二導電結構中的多個第二導電結構與該等第一導電結構中相對應的多個第一導電結構之間形成定位接合部。
如本發明所使用的，「半導體元件」一詞意指包括(或被配置成在隨後的步驟中包括)半導體晶片或晶粒的任何結構。示例性的半導體元件包括裸露的半導體晶粒、位於基板(例如，導線框架、PCB、載體等)上的半導體晶粒、封裝半導體裝置、倒裝晶片半導體裝置、嵌入基板中的晶粒、由半導體晶粒構成的堆疊等。此外，半導體元件可以包括被配置成被接合或者以其它方式被包括在半導體封裝中的元件(例如，被結合在堆疊晶粒構型中的間隔件、基板等)。
根據本發明的某些示例性實施例，提供了用於裝配諸如疊層封裝(即，package on package, PoP)結構的半導體裝置的創新技術(及結構)。例如，多個半導體元件(可以是封裝)可以呈堆疊結構佈置。這些元件中的每個元件較佳地包括被超音波接合在一起的鋁(或鋁合金、或部分是鋁(partially aluminum))導電結構。這種技術具有某些優點，包括例如：與其它互連技術(例如，基於焊料的PoP技術)相比，密度減小；與其它互連技術相反，不使用焊料塊回流；並且在某些應用中通過使用鋁-鋁互連使得能進行室溫超音波接合。
圖1A顯示超音波接合機100的部分，超音波接合機100包括接合工具124以及支撐結構150。如本領域技術人員將理解到的，熱壓接合機(諸如機器100或本發明中所描述的任何其它機器的實施例)可包括為了簡單起見而未在附圖中顯示的許多元件。示例性的元件包括例如：複數個輸入元件，其用於提供欲與其它半導體元件接合的複數個輸入工件；複數個輸出元件，其用於接收此時包括其它半導體元件的複數個已加工工件；用於移動複數個工件的傳送系統；用於對複數個工件進行成像和對準的成像系統；承載接合工具的接合頭元件；用於移動接合頭元件的運動系統；包括用於操作機器的軟體的電腦系統；以及其它元件。
再次參考圖1A，上部半導體元件108由接合工具124的保持部分110(例如，通過真空，諸如通過由保持部分110的保持表面所定義的真空埠)保持。上部半導體元件108包括位於其下表面上的上部導電結構112a及112b。下部半導體元件160包括被接合至基板104(或者以其它方式由基板104支撐)的半導體晶粒102。下部導電結構106a及106b被設置在下部半導體晶粒102的上表面上。基板104又由支撐結構150(例如，機器100的加熱塊、機器100的砧座或者任何其它理想的支撐結構)支撐。在圖1A所示的結構(準備進行接合)中，上部導電結構112a及112b中的每一個通常是與相對應的下部導電結構106a及106b對準。通過接合工具124的運動(如圖1A中的箭頭126所示)使半導體元件108向下移動。在這個運動之後，圖1B顯示相應導電結構106a與112a以及106b與112b之間的接觸。利用超音波換能器(未於圖中示出，但在附圖中被表示為「ultrasonic generator, USG」，即超音波發生器)通過接合工具124將超音波能量114施加至上部半導體元件108以及上部導電結構112a和112b。例如，承載接合工具124的超音波換能器又可以由機器100的接合頭元件承載。
在超音波接合期間，下部導電結構106a及106b可通過由支撐結構150提供給下部半導體元件160的支撐(例如，支撐結構150的支撐表面可包括一個或多個真空埠，以在接合期間將基板104緊固至支撐結構150)來保持相對靜止。超音波能量114(與可選的接合力及/或熱量一起)可以使得導電結構局部變形。例如，在圖1C中，導電結構106a及106b以及112a及112b被顯示為部分地變形。在圖1C中，超音波接合部被形成在相應成對的導電結構之間。例如，超音波接合部128a被形成在變形的導電結構112a'/106a'之間，並且超音波接合部128b被形成在變形的導電結構112b'/106b'之間。導電結構106a及106b以及112a及112b可以由鋁或鋁合金形成、或者可以在它們的接合表面處包含鋁等等。
相應成對的導電元件106a與112a以及106b與112b可以在室溫下(在接合過程期間無需添加熱量)被接合在一起。可選地，可以施加額外的熱量，例如：(1)在接合過程期間，通過接合工具124給上部半導體元件108施加額外的熱量，由此加熱上部導電元件112a及112b；及/或(2)在接合過程期間，通過支撐結構150(例如，加熱塊150)給下部半導體元件160施加額外的熱量，由此加熱下部導電結構106a及106b。這種可選的加熱(例如，通過接合工具及/或支撐結構等)適用於在本發明中示出並描述的本發明的任何實施例。
圖1A至圖1C所示的半導體元件160和108可以是被配置成接合在一起的多個半導體元件中的任何一種。在一個特別具體的示例(其也可適於在本發明中示出並描述的其它實施例)中，半導體元件160是處理器(例如，也可被稱為應用處理器單元(application processor unit, APU)的行動電話處理器)，並且半導體元件108是被配置成如圖1A至圖1C所示地接合至處理器的存儲裝置。
圖1A至圖1C所示的導電結構(即，112a、112b、106a、106b)被顯示為通用結構。這些結構可以採取許多不同的形式，諸如導電柱、柱形凸起(例如，使用柱形凸起機形成)、電鍍導電結構、濺射導電結構、導線部分、接合焊盤、接觸焊盤以及其它形式。本發明提供的各種其它附圖顯示這些結構的具體示例。根據本發明的某些實施例，導電結構在於該位置處將被接合至其它導電結構的接觸區域(即，接合表面)包括鋁。在這些實施例中，導電結構可以由鋁或鋁合金(例如，鋁與銅熔成合金、鋁與矽和銅熔成合金等)形成。在其它示例中，導電結構可以包括除鋁之外的基底導電材料(例如，銅)與位於接觸區域的鋁(或鋁合金)。在本申請中，如果導電結構被稱為「鋁」，則應理解到，該結構可以是鋁，可以是鋁合金，或者可以在這種導電結構的接觸區域包括鋁(或鋁合金)。
圖2A顯示超音波接合機200的部分，超音波接合機200包括接合工具224以及支撐結構250。上部半導體元件208由接合工具224的保持部分210(例如，通過真空)保持，並且包括設置在其下表面處的上部導電結構222a及222b(即，導電鋁焊盤222a及222b)。下部半導體元件260包括被接合至基板204(或者以其它方式由基板204支撐)的半導體晶粒202。下部導電結構206a及206b被設置在下部半導體晶粒202的上表面上。基板204又由支撐結構250支撐。在圖2A所示的結構中，上部導電結構222a及222b中的每一個通常是與相對應的下部導電結構206a及206b對準(並且被配置成超音波接合至相對應的下部導電結構206a及206b)。下部導電結構206a包括被設置在下部半導體晶粒202上的上表面上的銅(Cu)柱230以及位於銅柱230的上表面上的上部鋁接觸結構216。上部鋁接觸結構216例如可以被電鍍或濺射到下部銅柱230的上表面上。圖2B是圖2A的「B」部分的放大圖，並且示出了下部導電結構206a的與上部導電元件222a處於接觸的頂部。
利用超音波換能器(未於圖中示出)通過接合工具224將超音波能量施加至上部半導體元件208。如圖2C所示，超音波能量可以使導電結構局部變形。即，超音波接合部228被形成在變形的上部導電結構222a'與變形的接觸結構216'之間(如圖2C所示)。
如本領域技術人員將理解到的，銅柱230(包括電鍍或濺射的鋁接觸結構/部分216)僅是包括鋁的導電結構的一個示例。圖2A還示出了另一種示例性的導電結構206b。下部導電結構206b是諸如一部分鋁線(可以使用導線接合製程來接合)、鋁柱等的鋁結構(或鋁合金結構)。
圖3顯示超音波接合機300的部分，超音波接合機300包括接合工具324以及支撐結構350。上部半導體元件308由接合工具324的保持部分310(例如，通過真空)保持，並且包括上部導電結構322a及322b(即，導電鋁焊盤322a及322b)。圖3顯示封裝半導體裝置360(即，下部半導體元件360)到上部半導體元件308的接合。下部半導體元件360包括接合至基板304(或以其它方式由基板304支撐)的半導體晶粒302。下部導電結構306a及306b被設置在基板304的上表面上。基板304又由支撐結構350支撐。導線環320a及320b被接合在半導體晶粒302和基板304之間(雖然未在圖3中示出，但是晶粒302可以倒裝晶片接合至基板304，這與導線環互連不同或是對它的補充)。已經在晶粒302和導線環320a及320b上施加塗層/封裝334(例如，環氧樹脂模塑膠)。如圖所示，下部導電結構306a及306b的上部部分暴露於塗層/封裝334上方，以允許電連接至上部半導體元件308。
在圖3所示的結構中，上部導電結構322a及322b中的每一個通常是與相對應的下部導電結構306a及306b對準(並且被配置成超音波接合至相對應的下部導電結構306a及306b)。如圖3所示，下部導電結構306a及306b中的每一個包括位於基板304的上表面上的相應銅柱330a及330b、以及位於銅柱330a及330b的上表面上的相應上部鋁接觸結構316a及316b。上部鋁接觸結構316a及316b可以被電鍍或濺射到銅柱330a及330b的相應上表面上。如圖所示，已經通過接合工具324的運動(如圖3中的箭頭所示)使半導體元件308向下移動，使得圖3示出了導電結構306a與322a以及306b與322b之間的接觸。使用超音波換能器來(例如，通過接合工具324)將超音波能量(與可選的熱量及/或接合力一起)施加至上部半導體元件308，以在鋁導電結構322a及322b與相應的鋁接觸結構316a及316b之間形成超音波接合部。
圖4A示出了超音波接合機400的部分，超音波接合機400包括接合工具424以及支撐結構450。上部半導體元件408由接合工具424的保持部分410(例如，通過真空)保持，並且包括位於其下表面上的上部導電結構412a及412b(即，例如濺射鋁凸起、鋁柱形凸起等)。下部半導體元件460包括被接合至支撐結構404(例如，FR4支撐結構)(或以其他方式由支撐結構404支撐)的半導體晶粒402。下部導電結構406a及406b(即，例如濺射鋁凸起、鋁柱形凸起等)被設置在下部半導體晶粒402的上表面上。基板404又由支撐結構450支撐。在圖4A所示的結構中，上部導電結構412a及412b中的每一個通常是與相對應的下部導電結構406a及406b對準(並且被配置成超音波接合至相對應的下部導電結構406a及406b)。圖4B顯示結構412a及406a(在超音波接合之前)的細節。再次參考圖4A，已經通過接合工具424的運動(如圖4A中的箭頭所示)使半導體元件408向下移動，使得接觸被顯示在導電結構406a與412a以及406b與412b之間。使用超音波換能器來(例如，通過接合工具424)將超音波能量414(與可選的熱量及/或接合力一起)施加至上部半導體元件408，以在變形的上部鋁導電結構和變形的相應下部鋁接觸結構之間形成超音波接合部428a和428b(參見，例如圖4C所示的被形成在變形的結構412a'與變形的結構406a'之間的完整超音波接合部428a')。
圖5A示出了超音波接合機500的部分，超音波接合機500包括接合工具524以及支撐結構550。上部半導體元件508由接合工具524的保持部分510(例如，通過真空)保持，並且包括上部導電結構522a及522b(即，導電鋁焊盤522a及522b)。下部半導體元件560包括被接合至基板504(例如，FR4支撐結構)(或者以其它方式由基板504支撐)的半導體晶粒502。下部導電結構506a及506b(即，例如濺射鋁凸起、鋁柱形凸起等)被設置在下部半導體晶粒502的上表面上。基板504又由支撐結構550支撐。在圖5A所示的結構中，上部導電結構522a及522b中的每一個通常是與相對應的下部導電結構506a及506b對準(並且被配置成超音波接合至相對應的下部導電結構506a及506b)。圖5B顯示結構522a及506a(在超音波接合之前)的細節。如圖所示，已經通過接合工具524的運動(如圖5A中的箭頭所示)使半導體元件508向下移動，圖5A示出了導電結構506a與522a之間的接觸。使用超音波換能器來(例如，通過接合工具524)將超音波能量(與可選的熱量及/或接合力一起)施加至上部半導體元件508，以在變形的上部鋁導電結構與變形的相應下部鋁接觸結構之間形成超音波接合部528a及528b(參見，例如圖5C所示的被形成在變形的結構522a'與變形的結構506a'之間的完整超音波接合部528a')。
圖6A示出了超音波接合機600的部分，超音波接合機600包括接合工具624以及支撐結構650。在圖6A中，根據本發明的教導，多個半導體元件已經呈堆疊結構接合在一起。具體而言，半導體元件660a包括被接合至基板604a(或者以其它方式由基板604a支撐)的半導體晶粒602a，其中導電結構606a及606b(即，例如濺射鋁凸起、鋁柱形凸起等)被設置在半導體晶粒602a的上表面上。半導體元件660a由支撐結構650支撐。
另一個半導體元件660b(包括被接合至基板604b或者以其它方式由基板604b支撐的相應半導體晶粒602b，並且包括位於基板604b上的導電結構612a及612b)已經預先被接合至半導體元件660a。具體而言，接合工具624預先將元件660b接合(例如，超音波接合)至元件660a，使得在相應成對的鋁導電結構612a與606a以及612b與606b之間形成超音波接合部628a及628b。元件660b還包括導電結構606a'及606b'，它們已經在下面描述的步驟中被接合至元件660c的導電結構。圖6B顯示包括變形的導電結構612a及606a的超音波接合部628a的詳細視圖。
類似地，又一個半導體元件660c(包括被接合至基板604c或者以其它方式由基板604c支撐的相應半導體晶粒602c，並且包括位於基板604c上的導電結構612a'及612b')已經預先被接合至半導體元件660b。具體而言，接合工具624預先將元件660c接合(例如，超音波接合)至元件660b，使得在相應成對的鋁導電結構612a'與606a'以及612b'與606b'之間形成超音波接合部628a'及628b'。元件660c還包括導電結構606a''及606b''，它們將在下面描述的步驟中被接合至元件660d的導電結構。
如圖6A所示，上部半導體元件660d由接合工具624的保持部分610(例如，通過真空)保持，並且包括被接合至基板604d(或者以其它方式由基板604d支撐)的半導體晶粒602d。導電結構612a''及612b''(即，例如濺射鋁凸起、鋁柱形凸起等)被設置在基板604d的下表面上。導電結構612a''及612b''通常是與相對應的導電結構606a''及606b''對準(並且被構造成超音波接合至相對的相應導電結構606a''及606b'')。通過接合工具624的運動(如圖6A中的箭頭所示)使半導體元件660d向下移動。在該向下運動之後，在相應成對的導電結構612a''與606a''以及612b''與606b''之間發生接觸(參見，例如圖6C的結構612a''與606a''之間在通過超音波接合變形前的接觸的詳細視圖)。使用超音波換能器(未於圖中示出)通過接合工具624將超音波能量施加至上部半導體元件604d，以在相應成對的導電結構612a''與606a''以及612b''與606b''之間形成超音波接合部。
雖然已經顯示具體的示例性上部鋁導電結構和下部鋁導電結構，但是本領域技術人員將理解到，在本發明的教示內允許有各種形狀和設計的上部鋁導電結構和下部鋁導電結構。
圖7顯示根據本發明的一個示例性實施例的將半導體接合在一起的方法的流程圖。如本領域技術人員所理解到的，可以省略被包括在流程圖的某些步驟；可以增加一些額外的步驟；以及，步驟的順序可以相對於所示出的順序改變。在步驟700中，第一半導體元件(例如，包括位於基板上的半導體晶粒)被支撐在接合機的支撐結構上。第一半導體元件(例如，半導體結構的上表面)包括至少部分地由鋁構成的多個第一導電結構(參見，例如圖1A中的元件160的結構106a及106b；圖2A中的元件260的結構206a及206b；圖3A中的元件360的結構306a及306b；圖4A中的元件460的結構406a及406b；圖5A中的元件560的結構506a及506b；以及圖6A中的元件660c的結構606a''及606b'')。在步驟702中，第二半導體元件由接合機的接合工具的保持部分保持(參見，例如相應附圖中的元件108、208、308、408、508以及660d)。第二半導體元件包括至少部分地由鋁構成的多個第二導電結構(例如，位於第二半導體元件的下表面上)。在步驟704中，第一導電結構和第二導電結構被彼此對準(參見，例如圖1A和圖6A)，隨後使它們彼此接觸。在可選的步驟706中，以預定大小的接合力將多個被對準的第一導電結構和第二導電結構壓在一起。預定大小的接合力可以是單個接合力值，或者可以是接合操作期間實際接合力在其中變化的接合力曲線(profile)。在可選的步驟708中，將熱量施加至多個被對準的第一導電結構及/或第二導電結構。例如，可以使用支撐第一半導體元件的支撐結構來將熱量施加至第一導電結構。類似地，可以使用保持第二半導體元件的接合工具來將熱量施加至第二導電結構。在步驟710中，多個第一導電結構和第二導電結構被超音波接合在一起，以在它們之間形成超音波接合部。
如本領域技術人員將理解到的，由於本發明將鋁材料接合至鋁材料，這可以容易地利用超音波能量及/或接合力來完成，而通常不需要加熱，因此當期望環境溫度/較低溫度的接合操作時，本發明尤其有益。
雖然本發明主要係描述並示出關於被超音波接合在一起的兩對導電結構，但是本發明當然不限於此。實際上，根據本發明裝配的半導體封裝(例如，先進封裝)可以具有任意數量的導電結構，並且可以具有被超音波接合在一起的數百(或者甚至數千)對導電結構。此外，導電結構不需要成對接合。例如，一個結構可以被接合至兩個或更多個相對的結構。因此，來自一個半導體元件的任意數量的導電結構可以被超音波接合至另一個半導體的任意數量的導電結構。
雖然本發明主要描述(和示出)了超音波能量通過接合工具(例如，在接合工具與超音波換能器接合的位置)的施加，但是本發明不限於此。更確切地說，可以通過任何期望的結構傳輸超音波能量，例如支撐結構。
如本領域技術人員將理解到的，根據具體應用，超音波接合的細節可廣泛變化。儘管如此，現在描述一些非限制性的示例性細節。例如，可以結合導電結構(例如，柱結構等)的設計來對超音波換能器的頻率進行設計，使得換能器諧振頻率大致與給定的半導體元件的諧振頻率一致，在這種情況下，導電結構可以作為懸臂梁來動態地起作用。在另一個示例性替代方案中，換能器能夠以簡單的「從動」型方式相對於半導體元件成非諧振狀態運行。
施加至超音波換能器(例如，施加至換能器驅動器中的壓電晶體/陶瓷)的能量的示例性範圍可以在0.1kHz至160kHz、10kHz至120kHz、20kHz至60kHz等範圍內。在接合期間，可以施加單個頻率，或者可以施加多個頻率(例如，依序地、同時地或者依序且同時地)。對半導體元件的擦洗(scrub)(即，被施加至由接合工具保持的半導體元件的振動能量)可以在多個期望方向中的任意方向上被施加，並且可以通過保持半導體元件的接合工具(如本發明中所示出的)、通過支撐半導體元件的支撐結構、以及其它結構來施加。具體參考本發明所示的實施例(其中超音波能量通過保持半導體元件的接合工具施加)，可以在大致平行於或者大致垂直於接合工具的縱向軸線的方向上(或者在其它方向上)施加擦洗。
由超音波換能器施加的振動能量可以例如以0.1 um至10 um的峰-峰幅度範圍施加(例如，利用對恆定電壓、恆定電流的回饋控制、或包括但不限於斜坡電流、斜坡電壓的交替控制方案、或基於一個或多個輸入的比例回饋控制)。
如本發明所描述的，還可以在超音波接合週期的至少一部分期間施加接合力。接合力的示例性範圍為0.1kg至100kg。接合力可以作為恆定值施加，或者可以是在接合週期期間改變的接合力曲線。在受控的接合力實施方式中，基於一個或多個輸入(例如，超音波振幅、時間、速度、變形、溫度等)，對接合力的回饋控制可以是恆定的、斜坡的或成比例的。
如本發明所描述的，可以在接合週期前及/或在接合週期期間對半導體元件中的一個或多個進行加熱。半導體元件的示例性溫度範圍在20℃至250℃之間。熱量(例如，通過接合工具和支撐結構中的一個或全部、或者其它元件施加的)可以作為恆定值施加，或者可以是在接合週期期間改變的溫度曲線，並且可以利用回饋控制來控制。
雖然本發明主要係描述並示出關於位於相應半導體元件上的鋁導電結構之間形成超音波接合部，但是本發明當然不限於此。即，本發明的教示可以適用在具有不同成分的導電結構之間形成超音波接合部。用於被連接的導電結構的材料的示例性列表包括：鋁與銅(即，在位於一個半導體元件上的鋁導電結構與位於另一半導體元件上的銅導電結構之間形成超音波接合部)；無鉛焊料(例如，主要由錫組成)與銅；無鉛焊料與鋁；銅與銅；鋁與銀；銅與銀；鋁與金；金與金；以及銅與金。當然，可以設想導電結構成分(例如，銦)的其它組合。
如以上所提供的，雖然已經結合被包括在半導體元件的各種導電結構中的鋁材料來描述本發明的多個方面，但是本發明不限於此。即，位於半導體元件上的導電結構可以包括各種不同的材料(或由各種不同的材料形成)。例如，位於上部半導體元件(例如，使用接合工具承載和接合的元件)上的導電結構及/或位於下部半導體元件(例如，上部導電元件被接合至的元件)上的導電結構可以由銅形成(或者包括銅)。
根據本發明的某些面向，超音波擦洗/能量可以結合多步驟接合製程使用。例如，超音波擦洗/能量可以用作倒裝晶片及/或熱壓接合製程的開始(initiator)。例如，可以使用超音波擦洗來移除與形成初始接合部相關的氧化物，由此為最終連接製程(例如，擴散連接製程)做準備。這種多步驟接合製程可以具有許多不同的配置。例如，利用超音波擦洗/能量，接合工具可以在位於第一半導體元件上的第一導電結構與位於第二半導體元件上的第二導電結構之間形成初始接合部(例如，「定位(tack)」接合部)。可以使用同一接合工具(例如，通過施加熱量及/或力)來完成接合部，其中圖8A至圖8D顯示出這種製程的一個示例。在另一個示例中，可以使用不同製程(例如，在同一接合機上、在不同的接合機上等)以在後續完成接合。使用這種後續(不同)製程，可以通過「群(gang)」接合製程來同時完成多個元件的接合部，其中圖8E的添加與圖8A至圖8C一起顯示這種製程的一個示例。
因此，根據本發明的某些實施例，在隨後將半導體元件(例如，半導體晶粒)倒裝晶片及/或熱壓接合至另一個半導體元件(例如，至基板、至另一個晶粒、至晶圓等)之前，利用超音波擦洗(根據需要，與力一起)開始穩定且堅固的焊接。超音波運動擦除待連接表面上的氧化物。超音波擦洗及/或力旨在將互連部(即，第一半導體元件的導電結構與第二半導體元件的導電結構)定位在一起，這有助於防止導電結構的接合表面的氧化。待連接的導電結構的示例包括：Sn與Cu、Cu與Al、Al與Al、以及Cu與Cu。當然，可以設想導電結構材料的其它組合。在定位後，半導體元件(例如，晶粒)可以被單獨或成群地接合。
圖8A至圖8E(與圖9的流程圖一起)、圖10A至圖10E(與圖11的流程圖一起)、圖12A至圖12D(與圖13的流程圖一起)、以及圖14A至14D(與圖15的流程圖一起)顯示利用示例性的多步驟接合製程在半導體元件之間形成互連部的系統及方法。圖9、圖11、圖13以及圖15則顯示根據本發明的示例性實施例的將半導體元件接合在一起的方法的流程圖。如本領域技術人員所理解到的，可以省略被包括在流程圖中的某些步驟；可以增加某些附加步驟；以及，步驟的順序可以相對於所示出的順序改變。
具體參考圖8A，上部半導體元件808由接合工具824的保持部分810(例如，通過真空，諸如通過由保持部分810的保持表面限定的真空埠)保持。上部半導體元件808包括位於其下表面上的上部導電結構812a及812b(例如，諸如銅柱的銅導電結構或者其它導電結構)。下部半導體元件860包括被接合至基板804(或者以其它方式由基板804支撐)的半導體晶粒802。例如，基板804可以是有機基板、半導體晶圓、臨時支撐結構(例如，矽、金屬或玻璃晶圓或面板)以及其它基板。在另一個示例中，無論附圖如何示出單獨的基板804，半導體晶粒802仍可以是半導體晶圓的一部分。下部導電結構806a及806b(例如，諸如銅柱的銅導電結構或者其它導電結構)被設置在下部半導體晶粒802的上表面上。基板804又由支撐結構850(例如，機器800的加熱塊、機器800的砧座或任何其它期望的支撐結構)支撐。可選地，半導體晶粒802仍可以是由支撐結構850直接支撐的整個或部分晶圓的一部分，而沒有任何附加的居間基板(intervening substrate)804。在如圖8A所示的結構(準備進行接合)中，上部導電結構812a及812b中的每個大體與相對的相應下部導電結構806a及806b對準。通過接合工具824的運動(如圖8A中的箭頭826所示)使半導體元件808向下移動。在該運動之後，圖8B示出了相應導電結構806a與812a以及806b與812b之間的接觸。利用超音波換能器(未示出，但在附圖中被表示為“USG”(ultrasonic generator)，即超音波發生器)通過接合工具824將超音波能量814施加至上部半導體元件808以及上部導電結構812a及812b。例如，承載接合工具824的超音波換能器又可以由倒裝晶片接合機800的接合頭組件承載。在超音波接合期間，下部導電結構806a及806b可通過由支撐結構850提供給下部半導體元件860的支撐(例如，支撐結構850的支撐表面可包括一個或多個真空埠，以在接合期間將基板804緊固至支撐結構850)來保持相對靜止。超音波能量814(與可選的接合力及/或熱量一起)可以使導電結構局部變形。例如，在圖8C中，導電結構806a及806b以及812a及812b被示出為變形(或者至少部分地變形)。在圖8C中，初始(定位)超音波接合部被形成在相應成對的導電結構之間。例如，如圖8C所示，初始(例如，定位)超音波接合部828a被形成在變形的導電結構812a'/806a'之間，並且初始(例如，定位)超音波接合部828b被形成在變形的導電結構812b'/806b'之間。
在本發明的某些實施例中，可以如圖8D所示地完成多步驟接合製程。即，在圖8C中已經形成初始(定位)接合部，並且在圖8D中可以使用來自接合工具824或不同的接合工具824a(例如，在相同或不同的機器上)的熱量及/或力來形成最終接合部。
在本發明的其它實施例中，可以使用不同的接合工具(例如，在相同或不同的機器上)來如圖8E所示地以組或「群」為基礎(例如，同時接合多個半導體元件)形成最終接合部。在這種實施例中，在圖8C之後，半導體元件808及860的導電結構被「定位」接合在一起。隨後，在圖8E中，一組上部半導體元件808被「群」接合(例如，利用熱量及/或力)至相應的一組下部半導體元件860。在如圖8E所示的示例中，提供了一個群接合工具875，可以在圖8A的機器800或者不同的倒裝晶片及/或熱壓機上使用該工具875。如果在同一機器上，支撐結構850(如圖8A)可被用於在「群」接合製程期間支撐多個下部半導體元件860。如果在不同的機器上，支撐結構879可被用於在「群」接合製程期間支撐多個下部半導體元件860。「群」接合工具875(包括保持部分877)完成多個上部半導體元件808的導電結構到對應的下部半導體元件860的導電結構(其中，如上面結合圖8A所述，每個元件860包括晶粒802)的接合。在該最終接合製程期間，熱量及/或力可以通過接合工具875、通過支撐結構850/879或者通過接合工具875和支撐結構850/879提供。
具體參考圖9，在步驟900中，第一半導體元件(例如，包括位於基板上的半導體晶粒，諸如圖8A所示的元件860)被支撐在接合機的支撐結構上。第一半導體元件(例如，半導體結構的上表面)包括多個第一導電結構。在步驟902中，第二半導體元件(參見，例如圖8A中的元件808)由接合機的接合工具的保持部分保持。第二半導體元件包括多個第二導電結構(例如，位於第二半導體元件的下表面上)。在步驟904中，第一導電結構和第二導電結構被彼此對準(參見，例如圖8A)，並隨後使它們彼此接觸(參見，例如圖8B)。在步驟906中，超音波能量被施加至第二半導體元件(諸如在圖8B中，通過承載第二半導體元件的接合工具)，使得第二半導體元件的導電結構被如圖8C所示地「初始」接合(例如，定位接合)至第一半導體元件的導電結構(參見定位接合部828a及828b)。
步驟908A、步驟908B以及步驟908C在此通常被視為可相互替代。在步驟908A中，使用在步驟906中所使用的同一接合工具來逐個(通過每次一個地接合半導體元件)完成第一導電結構到第二導電結構的倒裝晶片(例如，熱壓)接合製程。例如，參考圖8D所示的示例，可使用接合工具824來施加熱量及/或壓力，以形成完整接合部828a'(包括進一步變形的導電結構806a''及812a'')及828b'(包括進一步變形的導電結構806b''及812b'')。
作為步驟908A的替代方案，在步驟908B中，使用與步驟906中所使用的接合工具不同的工具(例如，同一機器上的不同接合工具、不同機器上的不同接合工具)來逐個(通過每次一個地接合半導體元件)完成第一導電結構到第二導電結構的倒裝晶片(例如，熱壓)接合製程。例如，再次參考圖8D所示的示例(其中，元件860由支撐結構850a支撐)，可使用接合工具824a(包括保持部分810a)來施加熱量及/或壓力，以形成完整接合部828a'(包括進一步變形的導電結構806a''及812a'')及828b'(包括進一步變形的導電結構806b''及812b'')。
作為步驟908A、步驟908B的替代方案，在步驟908C中，使用與步驟906中所使用的接合工具不同的工具(例如，同一機器上的不同接合工具、不同機器上的不同接合工具)來以組為基礎地(通過同時接合多個半導體元件)完成第一導電結構到第二導電結構的倒裝晶片(例如，熱壓)接合製程。例如，此時參考圖8E所示的示例，可使用接合工具875(包括保持部分877，將多個半導體元件808接合至相應的半導體元件860)(其中，如果在同一接合機800上，元件860可以由支撐結構850支撐；或者如果在不同的接合機上，元件860可以被支撐在支撐結構879上)來施加熱量及/或壓力，以形成包括進一步變形的導電結構對806a'a與812a'a以及806b'b與812b'b的完整接合部。
因此，通過圖9中描述的選項(並在圖8A至圖8E中示出)，描述了用於定位和焊接(weld)(或者定位和群)接合的各種類型的系統及方法。當然，形成初始(定位)接合部並隨後形成完整(最終)接合部的進一步變型被認為在本發明的範圍內。結合圖8A至圖8E及圖9示出並描述的系統及製程(以及位於本發明的範圍內的其它系統及製程)的某些變型涉及被設置在接合在一起的半導體元件之間的非導電材料(例如，糊劑、環氧樹脂、丙烯酸酯、矽酮、雙馬來醯亞胺、聚醯亞胺、聚酯等，或者非導電膜)的使用。這種非導電材料可以含有諸如二氧化矽或氧化鋁的粉末的無機填料材料。圖10A至圖10E(以及圖11中的流程圖)、圖12A至圖12D(以及圖13中的流程圖)以及圖14A至圖14D(以及圖15中的流程圖)顯示出這種系統及製程的示例。
具體參考圖10A，上部半導體元件1008由接合工具1024的保持部分1010(例如，通過真空，諸如通過由保持部分1010的保持表面限定的真空埠)保持。上部半導體元件1008包括位於其下表面上的上部導電結構1012a及1012b(例如，諸如銅柱的銅導電結構或者其它導電結構)。下部半導體元件1060包括被接合至基板1004(或者以其它方式由基板1004支撐)的半導體晶粒1002。例如，基板1004可以是有機基板、半導體晶圓、臨時支撐結構(例如，矽、金屬或玻璃晶圓或面板)以及其它基板。在另一個示例中，無論附圖如何示出單獨的基板1004，半導體晶粒1002仍可以是半導體晶圓的一部分。下部導電結構1006a及1006b(例如，諸如銅柱的銅導電結構或者其它導電結構)被設置在下部半導體晶粒1002的上表面上。基板1004又由支撐結構1050(例如，機器1000的加熱塊、機器1000的砧座或任何其它期望的支撐結構)支撐。可選地，半導體晶粒1002仍可以是由支撐結構1050直接支撐的整個或部分晶圓的一部分，而沒有任何附加的居間基板1004。在如圖10A所示的結構(準備進行接合)中，上部導電結構1012a及1012b中的每一個通常是與相對應的下部導電結構1006a及1006b對準。通過接合工具1024的運動(如圖10A中的箭頭1026所示)使半導體元件1008向下移動。在該運動之後，圖10B示出了相應導電結構1006a與1012a以及1006b與1012b之間的接觸。利用超音波換能器(未於圖中示出，但在附圖中被表示為「USG」，即超音波發生器)通過接合工具1024將超音波能量1014施加至上部半導體元件1008以及上部導電結構1012a及1012b。例如，承載接合工具1024的超音波換能器又可以由倒裝晶片接合機1000的接合頭組件承載。在超音波接合期間，下部導電結構1006a及1006b可通過由支撐結構1050提供給下部半導體元件1060的支撐(例如，支撐結構1050的支撐表面可包括一個或多個真空埠，以在接合期間將基板1004緊固至支撐結構1050)來保持相對靜止。超音波能量1014(與可選的接合力及/或熱量一起)可以使導電結構局部變形。例如，在圖10C中，導電結構1006a'及1006b'以及1012a'及1012b'被示出為變形(或者至少部分地變形)(與圖10A至圖10B相比)。在圖10C中，初始(定位)超音波接合部1028a及1028b被形成在相應成對的導電結構之間。例如，如圖10C所示，初始(例如，定位)超音波接合部1028a被形成在變形的導電結構1012a'/1006a'之間，並且初始(例如，定位)超音波接合部1028b被形成在變形的導電結構1012b'/1006b'之間。
在形成如圖10C所示的初始(定位)超音波接合部後，如圖10D所示，非導電材料1040(例如，非導電糊劑、環氧材料、丙烯酸酯、矽酮、雙馬來醯亞胺、聚醯亞胺、聚酯等，其中這種非導電材料可以包括諸如二氧化矽或氧化鋁粒子的無機粒子等)被施加在半導體元件1008與半導體元件1002之間。取決於所選材料以及應用場合的其它細節，材料1040可以通過任何期望的方式(例如，作為流體分配、使用毛細底部填充技術分配等)來施加。在圖10E中，已經(例如，利用熱量、壓力等)完成第一導電結構到第二導電結構的接合，以形成完整接合部1028a'(包括進一步變形的導電結構1006a''及1012a'')及1028b'(包括進一步變形的導電結構1006b''及1012b'')。在圖10E中，在圖10D中被施加的非導電材料已被固化，以形成固化的非導電材料1040'。
具體參考圖11，在步驟1100中，第一半導體元件(例如，包括位於基板上的半導體晶粒，諸如圖10A所示的元件1060)被支撐在接合機的支撐結構上。第一半導體元件(例如，半導體結構的上表面)包括多個第一導電結構。在步驟1102中，第二半導體元件(參見，例如圖10A中的元件1008)由接合機的接合工具的保持部分保持。第二半導體元件包括多個第二導電結構(例如，位於第二半導體元件的下表面上)。在步驟1104中，第一導電結構和第二導電結構被彼此對準(參見，例如圖10A)，並隨後使它們彼此接觸(參見，例如圖10B)。在步驟1106中，超音波能量被施加至第二半導體元件(諸如在圖10B中，通過承載第二半導體元件的接合工具)，使得第二半導體元件的導電結構被如圖10C所示地「初始」接合(例如，定位接合)至第一半導體元件的導電結構(參見定位接合部1028a及1028b)。在步驟1108中，非導電材料(參見，例如在圖10D中施加的材料1040)被施加在第一半導體元件和第二半導體元件之間。在步驟1110中，(例如，通過施加熱量及/或力)完成第一導電結構和第二導電結構的倒裝晶片及/或熱壓接合，以及，在步驟1112中，非導電材料已經被固化(參見圖10E)。如本領域技術人員將理解到的，如果需要，可以在同時執行步驟1110和步驟1112。
具體參考圖12A，上部半導體元件1208由接合工具1224的保持部分1210(例如，通過真空，諸如通過由保持部分1210的保持表面限定的真空埠)保持。上部半導體元件1208包括位於其下表面上的上部導電結構1212a及1212b(例如，諸如銅柱的銅導電結構或者其它導電結構)。下部半導體元件1260包括被接合至基板1204(或者以其它方式由基板1204支撐)的半導體晶粒1202。例如，基板1204可以是有機基板、半導體晶圓、臨時支撐結構(例如，矽、金屬或玻璃晶圓或面板)以及其它基板。在另一個示例中，無論附圖如何示出單獨的基板1204，半導體晶粒1202仍可以是半導體晶圓的一部分。下部導電結構1206a及1206b(例如，諸如銅柱的銅導電結構或者其它導電結構)被設置在下部半導體晶粒1202的上表面上。基板1204又由支撐結構1250(例如，機器1200的加熱塊、機器1200的砧座或任何其它期望的支撐結構)支撐。可選地，半導體晶粒1202仍可以是由支撐結構1250直接支撐的整個或部分晶圓的一部分，而沒有任何附加的居間基板1204。在如圖12A所示的結構(準備進行接合)中，上部導電結構1212a及1212b中的每一個通常是與相對應的下部導電結構1206a及1206b對準。如圖12A所示，非導電材料1240被施加(例如，非導電糊劑、環氧材料、丙烯酸酯、矽酮、雙馬來醯亞胺、聚醯亞胺、聚酯等，其中這種非導電材料可以包括諸如二氧化矽或氧化鋁粒子的無機粒子等)在半導體元件1208與半導體元件1202之間(在這個示例中，材料1240實際上被施加至半導體晶粒1202上)。取決於所選材料以及應用場合的其它細節，材料1240可以通過任何期望的方式(例如，作為流體分配、使用毛細底部填充技術分配等)來施加。
如圖12A所示，通過接合工具1224的運動(如圖12A中的箭頭1226所示)使半導體元件1208向下移動。這種運動使得非導電材料1240分佈在半導體元件1208和半導體元件1260之間，包括圍繞1206a與1212a以及1206b與1212b分佈。在該運動之後，圖12B顯示出相應導電結構1206a與1212a以及1206b與1212b之間的接觸。利用超音波換能器(未示出，但在附圖中被表示為「USG」，即超音波發生器)通過接合工具1224將超音波能量1214施加至上部半導體元件1208以及上部導電結構1212a及1212b。例如，承載接合工具1224的超音波換能器又可以由倒裝晶片接合機1200的接合頭組件承載。在超音波接合期間，下部導電結構1206a及1206b可通過由支撐結構1250提供給下部半導體元件1260的支撐(例如，支撐結構1250的支撐表面可包括一個或多個真空埠，以在接合期間將基板1204緊固至支撐結構1250)來保持相對靜止。超音波能量1214(與可選的接合力及/或熱量一起)可以使導電結構局部變形。例如，在圖12C中，導電結構1206a'及1206b'以及1212a'及1212b'被顯示為變形(或者至少部分地變形)(與圖12A至圖12B相比)。在圖12C中，初始(定位)超音波接合部1228a及1228b被形成在相應成對的導電結構之間。例如，如圖12C所示，初始(例如，定位)超音波接合部1228a被形成在變形的導電結構1212a'/1206a'之間，並且初始(例如，定位)超音波接合部1228b被形成在變形的導電結構1212b'/1206b'之間。
在形成如圖12C所示的初始(定位)超音波接合部後，在圖12D中，已經(例如，利用熱量、壓力等)完成第一導電結構到第二導電結構的接合，以形成完全接合部1228a'(包括進一步變形的導電結構1206a''及1212a'')及1228b'(包括進一步變形的導電結構1206b''及1212b'')。在圖12D中，在圖12A中被施加的非導電材料已被固化，以形成固化的非導電材料1240'。
具體參考圖13，在步驟1300中，第一半導體元件(例如，包括位於基板上的半導體晶粒，諸如圖12A所示的元件1260)被支撐在接合機的支撐結構上。第一半導體元件(例如，半導體結構的上表面)包括多個第一導電結構。在步驟1302中，第二半導體元件(參見，例如圖12A中的元件1208)由接合機的接合工具的保持部分保持。第二半導體元件包括多個第二導電結構(例如，位於第二半導體元件的下表面上)。在步驟1304中，非導電材料(參見，例如在圖12A中施加的材料1240)被施加在第一半導體元件和第二半導體元件之間。在步驟1306中，第一導電結構和第二導電結構被彼此對準(參見，例如圖12A)，並隨後使它們彼此接觸(參見，例如圖12B)。在步驟1308中，超音波能量被施加至第二半導體元件(諸如在圖12B中，通過承載第二半導體元件的接合工具)，使得第二半導體元件的導電結構被如圖12C所示地「初始」接合(例如，定位接合)至第一半導體元件的導電結構(參見定位接合部1228a及1228b)。在步驟1310中，(例如，通過施加熱量及/或力)完成第一導電結構和第二導電結構的倒裝晶片及/或熱壓接合，以及，在步驟1312中，非導電材料已經被固化(參見圖12D)。如本領域技術人員將理解到的，如果需要，可以同時執行步驟1310和步驟1312。
具體參考圖14A，上部半導體元件1408由接合工具1424的保持部分1410(例如，通過真空，諸如通過由保持部分1410的保持表面限定的真空埠)保持。上部半導體元件1408包括位於其下表面上的上部導電結構1412a及1412b(例如，諸如銅柱的銅導電結構或者其它導電結構)。下部半導體元件1460包括被接合至基板1404(或者以其它方式由基板1404支撐)的半導體晶粒1402。例如，基板1404可以是有機基板、半導體晶圓、臨時支撐結構(例如，矽、金屬或玻璃晶圓或面板)以及其它基板。在另一個示例中，無論附圖如何示出單獨的基板1404，半導體晶粒1402仍可以是半導體晶圓的一部分。下部導電結構1406a及1406b(例如，諸如銅柱的銅導電結構或者其它導電結構)被設置在下部半導體晶粒1402的上表面上。基板1404又由支撐結構1450(例如，機器1400的加熱塊、機器1400的砧座或任何其它期望的支撐結構)支撐。可選地，半導體晶粒1402仍可以是由支撐結構1450直接支撐的整個或部分晶圓的一部分，而沒有任何附加的居間基板1404。在如圖14A所示的結構(準備進行接合)中，上部導電結構1412a及1412b中的每一個通常是與相對應的下部導電結構1406a及1406b對準。如圖14A所示，非導電膜1440(例如，作為固態非導電膜等施加)被施加在半導體元件1408與半導體元件1402之間(在這個示例中，膜1440實際上被施加至半導體晶粒1402上)。
如圖14A所示，通過接合工具1424的運動(如圖14A中的箭頭1426所示)使半導體元件1408向下移動。這種運動使得非導電膜1440分佈在半導體元件1408和半導體元件1460之間，包括圍繞導電結構1406a與1412a以及導電結構1406b與1412b分佈。在該運動之後，圖14B顯示出相應導電結構1406a與1412a以及1406b與1412b之間的接觸。利用超音波換能器(未於圖中示出，但在附圖中被表示為「USG」，即超音波發生器)通過接合工具1424將超音波能量1414施加至上部半導體元件1408以及上部導電結構1412a及1412b。例如，承載接合工具1424的超音波換能器又可以由倒裝晶片接合機1400的接合頭組件承載。在超音波接合期間，下部導電結構1406a及1406b可通過由支撐結構1450提供給下部半導體元件1460的支撐(例如，支撐結構1450的支撐表面可包括一個或多個真空埠，以在接合期間將基板1404緊固至支撐結構1450)來保持相對靜止。超音波能量1414(與可選的接合力及/或熱量一起)可以使導電結構局部變形。例如，在圖14C中，導電結構1406a'及1406b'以及1412a'及1412b'被示出為變形(或者至少部分地變形)(與圖14A至圖14B相比)。在圖14C中，初始(定位)超音波接合部1428a及1428b被形成在相應成對的導電結構之間。例如，如圖14C所示，初始(例如，定位)超音波接合部1428a被形成在變形的導電結構1412a'/1406a'之間，並且初始(例如，定位)超音波接合部1428b被形成在變形的導電結構1412b'/1406b'之間。
在形成如圖14C所示的初始(定位)超音波接合部後，在圖14D中，已經(例如，利用熱量、壓力等)完成第一導電結構到第二導電結構的接合，以形成完全接合部1428a'(包括進一步變形的導電結構1406a''及1412a'')及1428b'(包括進一步變形的導電結構1406b''及1412b'')。在圖14D中，於圖14A中被施加的非導電材料已被固化，以形成固化的非導電材料1440'。
具體參考圖15中，在步驟1500中，第一半導體元件(例如，包括位於基板上的半導體晶粒，諸如圖14A所示的元件1460)被支撐在接合機的支撐結構上。第一半導體元件(例如，半導體結構的上表面)包括多個第一導電結構。在步驟1502中，第二半導體元件(參見，例如圖14A中的元件1408)由接合機的接合工具的保持部分保持。第二半導體元件包括多個第二導電結構(例如，位於第二半導體元件的下表面上)。在步驟1504中，非導電膜(參見，例如在圖14A中施加的膜1440)被施加在第一半導體元件和第二半導體元件之間。在步驟1506中，第一導電結構和第二導電結構被彼此對準(參見，例如圖14A)，並隨後使它們彼此接觸(參見，例如圖14B)。在步驟1508中，超音波能量被施加至第二半導體元件(諸如在圖14B中，通過承載第二半導體元件的接合工具)，使得第二半導體元件的導電結構被如圖14C所示地「初始」接合(例如，定位接合)至第一半導體元件的導電結構(參見，定位接合部1428a及1428b)。在步驟1510中，(例如，通過施加熱量及/或力)完成第一導電結構和第二導電結構的倒裝晶片及/或熱壓接合，以及在步驟1512中，非導電膜已經被固化(參見圖14D)。如本領域技術人員將理解到的，如果需要，可以在同時執行步驟1510和步驟1512。
圖10A至圖10E、圖12A至圖12D以及圖14A至圖14D中的每一個被示出為利用原來的接合工具來完成初始(定位)超音波接合以及後續的完整接合步驟。然而，應理解到，這些實施例(以及圖11、圖13及圖15所示的相應流程圖)中的每一個可以利用不同的工具來完成最終接合，其中不同的工具可以位於同一接合機或不同的接合機上，並且不同的工具可以逐個或成組(例如，如圖8E所示)地接合半導體元件。在圖8A至圖8E、圖9、圖10A至圖10E、圖11、圖12A至圖12D、圖13、圖14A至圖14D、圖15中示出的實施例中的每一個特別適用於定位和群製程(tack and gang processes)，其中，元件首先作為單獨元件超音波定位接合(例如，參見圖8C、圖10C、圖12C、圖14C)，並且隨後(使用群接合工具，諸如圖8E所示的工具875)利用熱量及/或壓力進行群接合，以使導電結構進一步變形成最終的完整接合狀態。這種定位和群製程很好地適用於晶片到晶圓(「chip to wafer, C2W」)場合，即單獨使用超音波接合工具將各個半導體晶粒(晶片)超音波定位接合至晶圓，隨後使用群接合工具(例如，利用熱量及/或壓力)對一組接合的晶粒進行群接合。
多步驟接合利用(i)初始超音波定位接合製程，其中利用超音波接合工具對各個半導體元件(例如，晶粒)進行定位接合；隨後利用(ii)群接合製程，其中多個半導體元件通過最終接合製程(將接合工具與熱量及/或壓力一起使用)；這種多步驟接合尤其適於將上部銅導電結構(位於上部半導體元件上)接合至下部銅導電結構(位於下部半導體元件上)。形成最終接合部的製程趨於涉及對跨越上部導電結構與下部導電結構的介面的增長顆粒(grow gains)進行熱處理。這種製程趨於涉及相當長的時間。為了提供高效的製程產量(例如，UPH或每小時產量)，群接合尤其適用。因此，相對快速的「定位」超音波接合製程可以每次一個半導體元件地來完成，而相對耗時的「群」接合製程(涉及熱量及/或壓力)能夠以同時接合多個半導體元件的方式來完成。
儘管本發明參考具體實施例示出和描述了本發明，但是本發明不意圖限於所示細節。更確切地說，可以在權利要求的等同物的界限和範圍內並且在不脫離本發明的情況下對細節進行各種修改。
100‧‧‧超音波接合機、機器102‧‧‧半導體晶粒、下部半導體晶粒104‧‧‧基板106a、106b‧‧‧導電結構、下部導電結構、導電元件、結構106a'‧‧‧導電結構108‧‧‧半導體元件、上部半導體元件、元件110‧‧‧保持部分112a、112b‧‧‧導電結構、上部導電結構、導電元件、上部導電元件112a'‧‧‧導電結構114‧‧‧超音波能量124‧‧‧接合工具126‧‧‧箭頭128a、128b‧‧‧超音波接合部150‧‧‧支撐結構160‧‧‧下部半導體元件、元件200‧‧‧超音波接合機202‧‧‧半導體晶粒、下部半導體晶粒204‧‧‧基板206a、206b‧‧‧下部導電結構、導電結構、結構208‧‧‧上部半導體元件、元件210‧‧‧保持部分216‧‧‧上部鋁接觸結構、鋁接觸結構/部分216'‧‧‧接觸結構222a、222b‧‧‧上部導電結構、導電鋁焊盤222a'‧‧‧上部導電結構224‧‧‧接合工具228‧‧‧超音波接合部230‧‧‧銅柱250‧‧‧支撐結構260‧‧‧下部半導體元件、元件300‧‧‧超音波接合機302‧‧‧半導體晶粒、晶粒304‧‧‧基板306a、306b‧‧‧下部導電結構、導電結構、結構308‧‧‧上部半導體元件、元件310‧‧‧保持部分316a、316b‧‧‧上部鋁接觸結構、鋁接觸結構320a、320b‧‧‧導線環322a、322b‧‧‧上部導電結構、導電鋁焊盤、導電結構、鋁導電結構324‧‧‧接合工具330a、330b‧‧‧銅柱334‧‧‧塗層/封裝350‧‧‧支撐結構360‧‧‧封裝半導體裝置、下部半導體元件、元件400‧‧‧超音波接合機402‧‧‧半導體晶粒、下部半導體晶粒404‧‧‧支撐結構、基板406a、406b‧‧‧下部導電結構、導電結構、結構406a、406a'‧‧‧結構408‧‧‧上部半導體元件、半導體元件、元件410‧‧‧保持部分412a、412b‧‧‧上部導電結構、導電結構412a、412a'‧‧‧結構414‧‧‧超音波能量424‧‧‧接合工具428a、428b‧‧‧超音波接合部428a'‧‧‧完整超音波接合部450‧‧‧支撐結構460‧‧‧下部半導體元件、元件500‧‧‧超音波接合機502‧‧‧半導體晶粒、下部半導體晶粒504‧‧‧基板506a、506b‧‧‧下部導電結構、結構506a、506a'‧‧‧結構508‧‧‧上部半導體元件、元件510‧‧‧保持部分522a、522b‧‧‧上部導電結構、導電鋁焊盤522a、522a'‧‧‧結構524‧‧‧接合工具528a、528b‧‧‧超音波接合部528a'‧‧‧完整超音波接合部550‧‧‧支撐結構560‧‧‧下部半導體元件、元件600‧‧‧超音波接合機602a、602b、602c602d‧‧‧半導體晶粒604a、604b、604c、604d‧‧‧基板604d‧‧‧上部半導體元件606a、606b、612a、612b‧‧‧導電結構、鋁導電結構606a'、606b'、612a'、612b'‧‧‧導電結構、鋁導電結構606a''、606b''、612a''、612b''‧‧‧導電結構、結構624‧‧‧接合工具628a、628b‧‧‧超音波接合部628a'、628b'‧‧‧超音波接合部650‧‧‧支撐結構660a、660b、660c、660d‧‧‧半導體元件、元件700、702、704、706、708、710‧‧‧步驟800‧‧‧倒裝晶片接合機、機器802‧‧‧晶粒、下部半導體晶粒、半導體晶粒804‧‧‧居間基板、基板806a、806b‧‧‧下部導電結構、導電結構806a'、806b'‧‧‧導電結構806a''、806b''‧‧‧導電結構806a'a、806b'b‧‧‧導電結構對808‧‧‧半導體元件、上部半導體元件、元件810、810a‧‧‧保持部分812a、812b‧‧‧導電結構、上部導電結構812a'、812b'‧‧‧導電結構812a''、812b''‧‧‧導電結構812a'a、812b'b‧‧‧導電結構對814‧‧‧超音波能量824、824a‧‧‧接合工具828a‧‧‧超音波接合部、定位接合部828a'、828b'‧‧‧完整接合部828b‧‧‧定位接合部850、879、850a‧‧‧支撐結構860‧‧‧下部半導體元件、半導體元件、元件875‧‧‧群接合工具、工具、接合工具877‧‧‧保持部分900、902、904、906、908A、908B、908C‧‧‧步驟1000‧‧‧機器、倒裝晶片接合機1002‧‧‧半導體晶粒1004‧‧‧基板、居間基板1006a、1006b‧‧‧下部導電結構、導電結構1006a'、1006b'‧‧‧導電結構1006a''、1006b''‧‧‧導電結構1008‧‧‧上部半導體元件、半導體元件、元件1010‧‧‧保持部分1012a、1012b‧‧‧上部導電結構、導電結構1012a'、1012b'‧‧‧導電結構1012a''、1012b''‧‧‧導電結構1014‧‧‧超音波能量1024‧‧‧接合工具1026‧‧‧箭頭1028a、1028b‧‧‧超音波接合部、定位接合部1028a'、1028b'‧‧‧完整接合部1040‧‧‧材料、非導電材料1040'‧‧‧非導電材料1050‧‧‧支撐結構1060‧‧‧下部半導體元件、元件1100、1102、1104、1106、1108、1110、1112‧‧‧步驟1200‧‧‧機器、倒裝晶片接合機1202‧‧‧半導體晶粒、下部半導體晶粒、半導體元件1204‧‧‧基板、居間基板1206a、1206b‧‧‧下部導電結構、導電結構1206a'、1206b'‧‧‧導電結構1206a''、1206b''‧‧‧變形的導電結構1208‧‧‧上部半導體元件、半導體元件、元件1210‧‧‧保持部分1212a、1212b‧‧‧上部導電結構、導電結構1212a'、1212b'‧‧‧導電結構1212a''、1212b''‧‧‧變形的導電結構1214‧‧‧超音波能量1224‧‧‧接合工具1228a、1228b‧‧‧超音波接合部、定位接合部1228a'‧‧‧完全接合部1226‧‧‧箭頭1240‧‧‧非導電材料、材料1240'‧‧‧非導電材料1250‧‧‧支撐結構1260‧‧‧下部半導體元件、半導體元件、元件1300、1302、1304、1306、1308、1310、1312‧‧‧步驟1400‧‧‧機器、倒裝晶片接合機1402‧‧‧半導體晶粒、下部半導體晶粒、半導體元件1404‧‧‧基板、居間基板1406a、1406b‧‧‧下部導電結構、導電結構1406a'、1406b'‧‧‧導電結構1406a''、1406b''‧‧‧變形的導電結構1408‧‧‧上部半導體元件、半導體元件1410‧‧‧保持部分1412a、1412b‧‧‧上部導電結構、導電結構1412a'、1412b'‧‧‧導電結構1412a''、1412b''‧‧‧變形的導電結構1414‧‧‧超音波能量1424‧‧‧接合工具1426‧‧‧箭頭1428a、1428b‧‧‧初始(定位)超音波接合部、超音波接合部、定位接合部1428a'、1428b'‧‧‧完全接合部1440‧‧‧非導電膜、膜1440'‧‧‧非導電材料1450‧‧‧支撐結構1460‧‧‧下部半導體元件、半導體元件1500、1502、1504、1506、1508、1510、1512‧‧‧步驟
當結合附圖閱讀下面的詳細描述時，將最佳地理解本發明。需要強調的是，根據一般慣例，附圖的各種特徵不是按比例繪製的。相反地，為清楚起見，各種特徵的尺寸被任意擴大或減小。附圖中包括以下圖式： 圖1A至圖1C是超音波接合機的部分的方塊圖，它們顯示出根據本發明的一個示例性實施例的將上部半導體元件接合至下部半導體元件的結構及方法； 圖2A是超音波接合機的部分的方塊圖，其顯示根據本發明的另一個示例性實施例的將上部半導體元件接合至下部半導體元件的結構及方法； 圖2B是圖2A的「圖2B」部分的放大圖； 圖2C是圖2B在超音波接合後的示意圖； 圖3是超音波接合機的部分的方塊圖，其顯示根據本發明的又一個示例性實施例的將上部半導體元件接合至下部半導體元件的結構及方法； 圖4A是超音波接合機的部分的方塊圖，其顯示根據本發明的又一個示例性實施例的將上部半導體元件接合至下部半導體元件的結構及方法； 圖4B是圖4A的「圖4B」部分的放大圖； 圖4C是圖4B在超音波接合後的示意圖； 圖5A是超音波接合機的部分的方塊圖，其顯示根據本發明的另一個示例性實施例的將上部半導體元件接合至下部半導體元件的結構及方法； 圖5B是圖5A的「圖5B」部分的放大圖； 圖5C是圖5B在超音波接合後的示意圖； 圖6A是超音波接合機的部分的方塊圖，其顯示根據本發明的又一個示例性實施例的將上部半導體元件接合至下部半導體元件的結構及方法； 圖6B是圖6A的「圖6B」部分的放大圖； 圖6C是圖6A的一部分在導電結構之間接觸後的示意圖； 圖7顯示根據本發明的一個示例性實施例的對半導體元件進行超音波接合的方法的流程圖； 圖8A至圖8E是超音波接合機的部分的框圖，它們顯示根據本發明的一個示例性實施例的將上部半導體元件接合至下部半導體元件的結構及方法； 圖9是顯示根據本發明的一個示例性實施例的對半導體元件進行超音波接合的方法的流程圖； 圖10A至圖10E是超音波接合機的部分的方塊圖，它們顯示根據本發明的另一個示例性實施例的將上部半導體元件接合至下部半導體元件的另一個結構及方法； 圖11是顯示根據本發明的又一個示例性實施例的對半導體元件進行超音波接合的又一個方法的流程圖； 圖12A至圖12D是超音波接合機的部分的方塊圖，它們顯示根據本發明的又一個示例性實施例的將上部半導體元件接合至下部半導體元件的又一個結構及方法； 圖13是顯示根據本發明的又一個示例性實施例的對半導體元件進行超音波接合的又一個方法的流程圖； 圖14A至圖14D是超音波接合機的部分的方塊圖，它們顯示根據本發明的又一個示例性實施例的將上部半導體元件接合至下部半導體元件的又一個結構及方法；以及 圖15是顯示根據本發明的又一個示例性實施例的對半導體元件進行超音波接合的又一個方法的流程圖。
1402‧‧‧半導體晶粒、下部半導體晶粒、半導體元件
1404‧‧‧基板、居間基板
1406a"、1406b"‧‧‧變形的導電結構
1408‧‧‧上部半導體元件、半導體元件
1410‧‧‧保持部分
1412a"、1412b"‧‧‧變形的導電結構
1424‧‧‧接合工具
1428a'、1428b'‧‧‧完全接合部
1440'‧‧‧非導電材料
1450‧‧‧支撐結構

Claims (30)

  1. 一種對半導體元件進行超音波接合的方法，該方法包括以下步驟：(a)將一第一半導體元件的複數個第一導電結構的表面與第二半導體元件的複數個第二導電結構的相對應表面對準；(b)使用用於承載該第二半導體元件且用於給該第二半導體元件施加超音波能量的一接合工具，在該等第一導電結構中的多個第一導電結構與該等第二導電結構中相對應的多個第二導電結構之間超音波地形成定位接合部；以及(c)在該等第一導電結構和該等第二導電結構之間形成完整接合部。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該第一半導體元件為一半導體晶粒。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該第一半導體元件和該第二半導體元件中的每一個為一相對應的半導體晶粒。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該第一半導體元件包括一半導體晶粒。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該第一半導體元件和該第二半導體元件中的每一個包括一相對應的半導體晶粒。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，進一步包括以下步驟：使該第一半導體元件朝著該第二半導體元件移動，使得該等第一導電結構的複數個下表面與相對應的該等第二導電結構的複數個上表面接觸。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，進一步包括以下步驟：在該步驟(b)的至少一部分期間，在該第一半導體元件與該第二半導體元件之間施加壓力。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，進一步包括以下步驟：在該步驟(b)期間，使該等第一導電結構中的多個第一導電結構變形。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該步驟(b)在環境溫度下進行。
  10. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，進一步包括以下步驟：在該步驟(b)的至少一部分期間對該第一半導體元件和該第二導電元件中的至少一個進行加熱。
  11. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，進一步包括以下步驟：在該步驟(b)的至少一部分期間，使用保持該第一半導體元件的接合工具來對該第一半導體元件進行加熱。
  12. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，進一步包括以下步驟：在該步驟(b)的至少一部分期間，使用在該步驟(b)期間支撐該第二半導體元件的一支撐結構來對該第二半導體元件進行加熱。
  13. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該等第一導電結構和該等第二導電結構中的至少一種導電結構由銅形成。
  14. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該等第一導電結構和該等第二導電結構均為銅導電結構。
  15. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該步驟(b)包括使用在該步驟(b)期間保持該第一半導體元件的一接合工具來將該等第一導電結構中的多個第一導電結構超音波接合至該等第二導電結構中相對應的多個第二導電結構。
  16. 根據申請專利範圍第15項所述的方法，其中，在該步驟(b)期間，該接合工具與超音波換能器接合以提供超音波能量。
  17. 根據申請專利範圍第15項所述的方法，該接合工具在該步驟(b)期間利用真空來保持該第一半導體元件。
  18. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該步驟(b)包括使用被配置成將該第二半導體元件接合至該第一半導體元件的一接合工具來超音波地形成定位接合部。
  19. 根據申請專利範圍第18項所述的方法，其中，該步驟(c)包括使用該接合工具對該第二半導體元件進行加熱，以形成該完整接合部。
  20. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該步驟(c)包括對該第一半導體元件和該第二半導體元件中的至少一個進行加熱，以形成該完整接合部。
  21. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，其中，該步驟(c)被包括在群接合製程中，在該群接合製程期間，複數個完整接合部被形成在複數個第一半導體元件的複數個第一導電結構與複數個第二半導體元件的相對應的複數個第二導電結構之間。
  22. 根據申請專利範圍第21項所述的方法，其中，使用被加熱的一群接合工具來完成該群接合製程。
  23. 根據申請專利範圍第1項所述的方法，進一步包括以下步驟：在該第一半導體元件和該第二半導體元件之間施加非導電材料。
  24. 一種接合系統，包括：一支撐結構，該支撐結構用於支撐一第一半導體元件，該第一半導體元件包括複數個第一導電結構；以及一接合工具，該接合工具用於承載包括複數個第二導電結構的一第二半導體元件，並且用於給該第二半導體元件施加超音波能量，以在該等第二導電結構中的多個第二導電結構與該等第一導電結構中相對應的多個第一導電結構之間形成定位接合部。
  25. 根據申請專利範圍第24項所述的接合系統，其中，在形成該定位接合部後，該接合工具被配置成在該等第二導電結構中的該多個第二導電結構與該等第一導電結構中相對應的該多個第一導電結構之間形成完整接合部。
  26. 根據申請專利範圍第25項所述的接合系統，其中，該接合工具是被加熱的接合工具，並且該接合工具給該第二半導體元件施加熱量，以形成該完整接合部。
  27. 根據申請專利範圍第24項所述的接合系統，進一步包括第二接合工具，其中，在通過該接合工具形成該定位接合部後，該第二接合工具被配置成在該等第二導電結構中的該多個第二導電結構與該等第一導電結構中相對應的該多個第一導電結構之間形成完整接合部。
  28. 根據申請專利範圍第27項所述的接合系統，其中，該第二接合工具是被加熱的接合工具，並且該第二接合工具給該第二半導體元件施加熱量，以形成該完整接合部。
  29. 根據申請專利範圍第24項所述的接合系統，進一步包括群接合工具，其中，在通過該接合工具形成該定位接合部後，該群接合工具被配置成在複數個第一半導體元件和相對應的複數個第二半導體元件之間形成完整接合部。
  30. 根據申請專利範圍第29項所述的接合系統，其中，該群接合工具是被加熱的接合工具，且該群接合工具給該第二半導體元件施加熱量，以形成該完整接合部。
TW107108057A 2017-03-14 2018-03-09 用於對半導體元件進行接合的系統及其方法 TWI752187B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/458,381 US9780065B2 (en) 2013-10-08 2017-03-14 Systems and methods for bonding semiconductor elements
US15/458,381 2017-03-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201903911A TW201903911A (zh) 2019-01-16
TWI752187B true TWI752187B (zh) 2022-01-11

Family

ID=63574476

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW107108057A TWI752187B (zh) 2017-03-14 2018-03-09 用於對半導體元件進行接合的系統及其方法

Country Status (3)

Country Link
KR (1) KR102453172B1 (zh)
CN (2) CN118039509A (zh)
TW (1) TWI752187B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116469858A (zh) * 2022-01-12 2023-07-21 长鑫存储技术有限公司 一种半导体结构及一种半导体结构的制作方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100320258A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor device
US20130228916A1 (en) * 2012-03-02 2013-09-05 Texas Instruments Incorporated Two-solder method for self-aligning solder bumps in semiconductor assembly
US20160225748A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Qualcomm Incorporated Package-on-package (pop) structure

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000133672A (ja) * 1998-10-28 2000-05-12 Seiko Epson Corp 半導体装置及びその製造方法、回路基板並びに電子機器
JP2002270642A (ja) * 2001-03-12 2002-09-20 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JP3860088B2 (ja) * 2002-07-25 2006-12-20 Ｎｅｃエレクトロニクス株式会社 ボンディング方法及びボンディング装置
JP2005209833A (ja) * 2004-01-22 2005-08-04 Sony Corp 半導体装置の製造方法
JP2009246185A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Toray Eng Co Ltd 超音波接合装置および超音波接合方法
TWI509713B (zh) * 2011-03-31 2015-11-21 Soitec Silicon On Insulator 形成結合的半導體結構之方法及用該方法所形成之半導體結構
US9484241B2 (en) * 2013-07-29 2016-11-01 Asm Technology Singapore Pte Ltd Device for holding multiple semiconductor devices during thermocompression bonding and method of bonding

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20100320258A1 (en) * 2009-06-19 2010-12-23 Kabushiki Kaisha Toshiba Method for manufacturing semiconductor device
US20130228916A1 (en) * 2012-03-02 2013-09-05 Texas Instruments Incorporated Two-solder method for self-aligning solder bumps in semiconductor assembly
US20160225748A1 (en) * 2015-01-29 2016-08-04 Qualcomm Incorporated Package-on-package (pop) structure

Also Published As

Publication number Publication date
TW201903911A (zh) 2019-01-16
KR20180105088A (ko) 2018-09-27
CN118039509A (zh) 2024-05-14
CN108573883A (zh) 2018-09-25
KR102453172B1 (ko) 2022-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10312216B2 (en) Systems and methods for bonding semiconductor elements
US7648856B2 (en) Methods for attaching microfeature dies to external devices
US10297568B2 (en) Systems and methods for bonding semiconductor elements
TWI682512B (zh) 熱壓結合器及其操作方法，以及用於細間距覆晶組裝的互連方法
TWI791013B (zh) 用於對半導體元件進行超音波接合的方法
TWI752187B (zh) 用於對半導體元件進行接合的系統及其方法
US9779965B2 (en) Systems and methods for bonding semiconductor elements
CN110071058B (zh) 键合机用键合工具、半导体元件键合用键合机及相关方法
JP6213946B2 (ja) 回路基板の接合方法及び半導体モジュールの製造方法
JP2000349099A (ja) はんだ接合方法および、半導体装置の製造方法
Suppiah et al. A short review on thermosonic flip chip bonding
TWI686883B (zh) 熱壓接合器、熱壓接合器的操作方法以及熱壓接合中的水平摩擦運動
JP2008016668A (ja) 半導体装置の製造方法