电子元件的接合结构及其制造方法与流程

1.本发明涉及一种接合结构及其制造方法，尤其涉及一种电子元件的接合结构及其制造方法。


背景技术：

2.一般而言，会有诸多因素影响电子产品品质。举例而言，在电子元件的接合结构中，其接合面因工艺条件常会具有氧化的问题，且欲接合元件的表面平坦度与自身材料特性(如材料本身的物质组成与晶粒微结构)等也会影响接合强度。因此，如何设计出一种电子元件的接合结构可以在有效改善接合面氧化的问题的同时提升接合强度，进而可以具有较佳的产品品质已成为本领域的技术人员的一大挑战。


技术实现要素：

3.本发明是针对一种一种电子元件的接合结构及其制造方法，其可以在有效改善接合面氧化的问题的同时提升接合强度，进而可以具有较佳的产品品质。
4.根据本发明的实施例，一种电子元件的接合结构的制造方法包括而不限于以下步骤。提供包括而不限于第一导电接合部的第一电子组件。提供包括而不限于第二导电接合部的第二电子组件。形成第一有机高分子层于第一导电接合部上。形成第二有机高分子层于第二导电接合部上。通过第一导电接合部与第二导电接合部接合第一电子组件与第二电子组件，以使第一电子组件与第二电子组件电性连接。进行接合后第一有机高分子层与第二有机高分子层扩散至第一导电接合部与第二导电接合部内。
5.在本发明的一实施例中，上述的第一导电接合部与第二导电接合部为金属对金属接合。
6.在本发明的一实施例中，上述的第一有机高分子层与第二有机高分子层的形成方法为使用有机高分子溶液对第一导电接合部与第二导电接合部进行湿工艺。
7.在本发明的一实施例中，上述的进行湿工艺的步骤包括而不限于将第一导电接合部与第二导电接合部浸泡至有机高分子溶液中或对第一导电接合部与第二导电接合部喷洒有机高分子溶液。
8.在本发明的一实施例中，上述的当第一导电接合部的材料与第二导电接合部的材料为铜时，有机高分子溶液包括而不限于具有含氮的官能基、含硫的官能基或其组合的化合物。
9.在本发明的一实施例中，上述的进行接合前有机高分子层的厚度至少小于2微米。
10.在本发明的一实施例中，上述的进行接合前第一有机高分子层完全覆盖第一导电接合部的裸露表面以及第二有机高分子层完全覆盖第二导电接合部的裸露表面。
11.在本发明的一实施例中，上述的当进行接合时第一有机高分子层的量与第二有机高分子层的量逐渐减少。
12.在本发明的一实施例中，上述的第一有机高分子层的材料与第二有机高分子层的
材料相同。
13.在本发明的一实施例中，上述的第一有机高分子层的材料与第二有机高分子层的材料不具有导电性。
14.在本发明的一实施例中，上述的第一电子组件与第二电子组件通过热压合工艺进行接合。
15.在本发明的一实施例中，上述的第一有机高分子层进一步形成于第一电子组件相对于第一导电接合部的表面上且第二有机高分子层进一步形成于第二电子组件相对于第二导电接合部的表面上。
16.根据本发明的实施例，一种电子元件的接合结构，包括而不限于第一电子组件以及第二电子组件。第一电子组件包括而不限于第一导电接合部。第二电子组件包括而不限于第二导电接合部。第二导电接合部接合于第一导电接合部，以使第一电子组件与第二电子组件电性连接。第一导电接合部与所述第二导电接合部内的晶粒具有细微化晶粒分布的结构。
17.在本发明的一实施例中，细微化晶粒分布的结构为第一导电接合部与第二导电接合部内的晶粒靠近第一导电接合部与第二导电接合部的接合处的部分的晶粒尺寸小于远离第一导电接合部与第二导电接合部的接合处的部分的晶粒尺寸。
18.在本发明的一实施例中，上述的第一电子组件与第二电子组件接合包括而不限于晶圆对晶圆接合或线路基板对线路基板接合。
19.在本发明的一实施例中，上述的第一导电接合部与第二导电接合部分别为导电凸块、导电接垫。
20.在本发明的一实施例中，上述的第一导电接合部与第二导电接合部为多个，且相邻的第一导电接合部之间与相邻的第二导电接合部之间构成空腔。
21.在本发明的一实施例中，上述的空腔内不具有底胶。
22.在本发明的一实施例中，上述的第一导电接合部与第二导电接合部直接接触。
23.在本发明的一实施例中，上述的电子元件的接合结构更包括而不限于第一有机高分子层以及第二有机高分子层。第一有机高分子层位于第一电子组件相对于第一导电接合部的表面上。第二有机高分子层位于第二电子组件相对于第二导电接合部的表面上。
24.基于上述，本发明于欲进行接合的电子组件上的导电接合部形成有机分子层，因此在接合过程中有机分子层可以保护电子组件上的导电接合部，以有效改善接合面氧化的问题。此外，接合会使有机高分子层扩散至导电接合部内而于导电接合部内形成新的化合物使晶粒微结构发生变化，由柱状微结构转变为细微化晶粒分布的结构，以强化导电接合部内的晶粒微结构提升接合强度。因此，本发明的电子元件的接合结构及其制造方法，其可以在有效改善接合面氧化的问题的同时提升接合强度，进而可以具有较佳的产品品质。
25.为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
26.图1a至图1c是依据本发明一实施例的电子元件的接合结构的部分制造方法的部分剖面示意图；
27.图1d是依据本发明一实施例的电子元件的接合结构的第一导电接合部与第二导电接合部的部分晶粒结构示意图；
28.图1e是先前技术的电子元件的接合结构的第一导电接合部与第二导电接合部的部分晶粒结构示意图；
29.图2a至图2c是依据本发明另一实施例的电子元件的接合结构的部分制造方法的部分剖面示意图；
30.图3a至图3c是依据本发明又一实施例的电子元件的接合结构的部分制造方法的部分剖面示意图；
31.图4a至图4c是依据本发明再一实施例的电子元件的接合结构的部分制造方法的部分剖面示意图；
32.图5a至图5c是依据本发明又另一实施例的电子元件的接合结构的部分制造方法的部分剖面示意图。
具体实施方式
33.现将详细地参考本发明的示范性实施例，示范性实施例的实例说明于附图中。只要有可能，相同元件符号在附图和描述中用来表示相同或相似部分。
34.有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的各实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的方向用语，例如：“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附加附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明，而并非用来限制本发明。
35.各实施例的详细说明中，“第一”、“第二”等术语可以用于描述不同的元素。这些术语仅用于将元素彼此区分，但在结构中，这些元素不应被这些术语限制。例如，第一元素可以被称为第二元素，并且，类似地，第二元素可以被称为第一元素而不背离本发明构思的保护范围。另外，在制造方法中，除了特定的工艺流程，这些元件或构件的形成顺序亦不应被这些术语限制。例如，第一元素可以在第二元素之前形成。或是，第一元素可以在第二元素之后形成。亦或是，第一元素与第二元素可以在相同的工艺或步骤中形成。
36.并且，附图中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似的参考号码表示相同或相似的元件，以下段落将不再一一赘述。
37.图1a至图1c是依据本发明一实施例的电子元件的接合结构的部分制造方法的部分剖面示意图。在本实施例中，电子元件的接合结构100的制造过程可以包括而不限于以下步骤。图1d是依据本发明一实施例的电子元件的接合结构的第一导电接合部与第二导电接合部的部分晶粒结构示意图。图1e是先前技术的电子元件的接合结构的第一导电接合部与第二导电接合部的部分晶粒结构示意图。
38.请参照图1a，提供第一电子组件110与第二电子组件120，其中第一电子组件110可以包括而不限于第一基板112与第一导电接合部114，而第二电子组件120可以包括而不限于第二基板122与第二导电接合部124。
39.在一些实施例中，第一基板112例如是半导体晶圆或线路基板，而第二基板122例如是半导体晶圆或线路基板。举例而言，第一基板112与第二基板122例如皆是半导体晶圆，因此后续第一电子组件110与第二电子组件120接合可以是晶圆对晶圆接合，或者第一基板
112与第二基板122例如皆是线路基板，因此后续第一电子组件110与第二电子组件120接合可以是线路基板对线路基板接合。
40.在一些实施例中，第一导电接合部114与第二导电接合部124可以分别为导电凸块、导电接垫。举例而言，如图1a所示，第一导电接合部114与第二导电接合部124可以皆是导电凸块，但本发明不限于此。应说明的是，本发明不限制第一基板112、第二基板122、第一导电接合部114与第二导电接合部124的种类，可以视实际设计上的需求而定。
41.请继续参照图1a，为了在后续接合过程中可以保护第一电子组件110与第二电子组件120，以有效改善接合面氧化的问题，因此可以于第一电子组件110与第二电子组件120欲接合的部分上分别形成有机高分子层。举例而言，例如是于第一电子组件110的第一导电接合部114上形成第一有机高分子层10，而于第二电子组件120的第二导电接合部124上形成第二有机高分子层20。
42.在本实施例中，第一有机高分子层10可以是完全覆盖第一导电接合部114的裸露表面114a，而第二有机高分子层20可以完全覆盖第二导电接合部124的裸露表面124a。换句话说，第一有机高分子层10可以是完全覆盖第一导电接合部114的顶面与侧壁，而第二有机高分子层20可以完全覆盖第二导电接合部124的顶面与侧壁，但本发明不限于此。
43.在一实施例中，进行接合前有机高分子层可以具有较小的厚度。举例而言，进行接合前第一有机高分子层10的厚度12与第二有机高分子层20的厚度22可以是至少小于2微米(micrometer,μm)，但本发明不限于此，有机高分子层的厚度可以视实际情况进行调整。
44.在一实施例中，第一有机高分子层10的材料与第二有机高分子层20的材料可以不具有导电性。进一步而言，由于有机高分子层为薄分子层，因此即使第一有机高分子层10的材料与第二有机高分子层20的材料不具有导电性也不会实质上影响到第一电子组件110与第二电子组件120接合后的电性表现，但本发明不限于此。
45.在一些实施例中，第一有机高分子层10与第二有机高分子层20的形成方法可以为使用有机高分子溶液对第一电子组件110的第一导电接合部114与第二电子组件120的第二导电接合部124进行湿工艺。
46.举例而言，在一实施例中，例如是通过将第一电子组件110的第一导电接合部114与第二电子组件120的第二导电接合部124浸泡至有机高分子溶液中进行湿工艺。然而，本发明不限于此，在另一实施例中，例如是通过对第一电子组件110的第一导电接合部114与第二电子组件120的第二导电接合部124喷洒有机高分子溶液进行湿工艺。
47.进一步而言，由于有机高分子溶液的官能基可以对金属具有选择性，因此使用有机高分子溶液进行湿工艺可以仅于第一电子组件110与第二电子组件120上的金属材料表面形成有机高分子层，而第一电子组件110与第二电子组件120上的介电材料表面不会形成有机高分子层，换句话说，上述湿工艺可以根据第一电子组件110与第二电子组件120中的金属材料去选择具有相应官能基的有机高分子溶液，以于其上的金属材料表面形成所需的有机高分子层。
48.因此，在一些实施例中，当第一电子组件110的第一导电接合部114的材料与第二电子组件120的第二导电接合部124为金属时，有机高分子溶液可以分别于第一导电接合部114与第二导电接合部124上形成第一有机高分子层10与第二有机高分子层20。举例而言，第一导电接合部114的材料与第二导电接合部124的材料例如是铜、镍或金，其中当第一导
电接合部114的材料与第二导电接合部124的材料为铜时，有机高分子溶液可以包括而不限于具有含氮的官能基、含硫的官能基或其组合的化合物。
49.举例而言，具有含氮的官能基的化合物例如是具有苯并三唑(benzotriazole)或胺的化合物，其中具有苯并三唑的化合物的结构式可以下式(1)、式(2)、式(3)、式(4)表示，而具有胺的化合物的结构式可以下式(5)、式(6)。含具有硫的官能基的化合物例如是具有硅烷(silane)的化合物，其中具有硅烷的化合物的结构式可以下式(7)表示。然而，本发明不限于此，具有含氮的官能基、含硫的官能基的化合物可以是其他任何适宜的化合物。
50.式(1)
[0051][0052]
式(2)
[0053][0054]
式(3)
[0055][0056]
式(4)
[0057][0058]
式(5)
[0059][0060]
其中n为1或以上。
[0061]
式(6)
[0062]
[0063]
式(7)
[0064][0065]
在一实施例中，第一电子组件110与第二电子组件120可以使用同一种有机高分子溶液进行湿工艺，因此第一有机高分子层10的材料与第二有机高分子层20的材料可以相同，以使后续第一有机高分子层10与第二有机高分子层20扩散时可以均匀扩散达到更加的产品品质。
[0066]
应说明的是，本发明不限制有机高分子溶液的浓度，有机高分子溶液的浓度可以视实际设计上的需求而调整。
[0067]
请同时参照图1b与图1c，在本实施例中，通过第一导电接合部114与第二导电接合部124接合第一电子组件110与第二电子组件120，以使第一电子组件110与第二电子组件120电性连接，其中进行接合后第一有机高分子层10与第二有机高分子层20扩散至第一导电接合部114与第二导电接合部124内，使第一导电接合部114与第二导电接合部124内的晶粒具有细微化晶粒分布的结构。举例而言，如图1d所示，细微化晶粒分布的结构可以为第一导电接合部114与第二导电接合部124内的晶粒靠近第一导电接合部114与第二导电接合部124的接合处b1的部分的晶粒尺寸小于远离第一导电接合部114与第二导电接合部124的接合处b1的部分的晶粒尺寸，因此相较于先前技术中(如图1e所示)，第一导电接合部1141与第二导电接合部1241内的晶粒靠近第一导电接合部1141与第二导电接合部1241的接合处b2的部分的晶粒尺寸近似于远离第一导电接合部1141与第二导电接合部1241的接合处b2的部分的晶粒尺寸而言，本实施例的电子元件的接合结构100可以在有效改善接合面氧化的问题的同时提升接合强度，进而可以具有较佳的产品品质。
[0068]
在一些实施例中，当第一导电接合部114与第二导电接合部124的材料为铜时，第一导电接合部114与第二导电接合部124内的晶粒靠近第一导电接合部114与第二导电接合部124的接合处b1的部分的晶粒尺寸可以为0.1微米至0.4微米，而第一导电接合部114与第二导电接合部124内的晶粒远离第一导电接合部114与第二导电接合部124的接合处b1的部分的晶粒尺寸可以为大于1微米，相较而言，在先前技术中，第一导电接合部1141与第二导电接合部1241内的晶粒靠近第一导电接合部1141与第二导电接合部1241的接合处b2的部分的晶粒尺寸可以为0.5微米至1微米，而第一导电接合部1141与第二导电接合部1241内的晶粒远离第一导电接合部1141与第二导电接合部1241的接合处b2的部分的晶粒尺寸可以为大于1微米，因此本实施例的电子元件的接合结构100可以在有效改善接合面氧化的问题的同时提升接合强度，进而可以具有较佳的产品品质。
[0069]
在一些实施例中，第一导电接合部114与第二导电接合部124可以是在低温工艺下进行接合，低温工艺的温度例如是介于200℃至250℃之间，由于一般在低温工艺下进行接合会因为其工作温度及压力较难使接合界面的铜晶粒达到再结晶，而导致介面的晶粒相对较大且尺寸不一，而本实施例之电子元件的接合结构100的制造方法由于可以使第一导电接合部114与第二导电接合部124内的晶粒具有细微化晶粒分布的结构，因此即使在低温工艺下进行接合介面处b1的晶粒尺寸也会具有较佳的均匀度，但本发明不限于此。
[0070]
进一步而言，于欲进行接合的电子组件(如第一电子组件110与第二电子组件120)
上的导电接合部(如第一导电接合部114与第二导电接合部124)形成有机分子层(如第一有机分子层10与第二有机分子层20)，因此在接合过中有机分子层(如第一有机分子层10与第二有机分子层20)可以保护电子组件(如第一电子组件110与第二电子组件120)上的导电接合部(如第一导电接合部114与第二导电接合部124)，以有效改善接合面氧化的问题。此外，接合会使有机高分子层(如第一有机分子层10与第二有机分子层20)扩散至导电接合部(如第一导电接合部114与第二导电接合部124)内而于导电接合部(如第一导电接合部114与第二导电接合部124)内形成新的化合物使晶粒微结构发生变化，由柱状微结构转变更细微化晶粒分布的结构，以强化导电接合部(如第一导电接合部114与第二导电接合部124)内的晶粒微结构提升接合强度。因此，本实施例的电子元件的接合结构及其制造方法，其可以在有效改善接合面氧化的问题的同时提升接合强度，进而可以具有较佳的产品品质。
[0071]
在一实施例中，由于第一有机高分子层10与第二有机高分子层20会扩散至第一导电接合部114与第二导电接合部124内，因此当进行接合时第一有机高分子层10的量与第二有机高分子层20的量逐渐减少，换句话说，第一有机高分子层10的厚度12与第二有机高分子层20的厚度22会逐渐变薄。
[0072]
在本实施例中，如图1c所示，位于第一电子组件110与第二电子组件120的接合面的第一有机高分子层10与第二有机高分子层20可以是完全扩散至第一导电接合部114与第二导电接合部124内，因此接合后第一导电接合部114与第二导电接合部124可以直接接触。
[0073]
另一方面，位于第一电子组件110与第二电子组件120的侧壁上的第一有机高分子层10与第二有机高分子层20可以是部分扩散至第一导电接合部114与第二导电接合部124内，且第一有机高分子层10与第二有机高分子层20可以是形成连续侧壁，换句话说，第一有机高分子层10与第二有机高分子层20之间不具有介面。然而，本发明不限于此，在其他未示出的实施例中，位于第一电子组件110与第二电子组件120的侧壁上的第一有机高分子层10与第二有机高分子层20也可以是完全扩散至第一导电接合部114与第二导电接合部124内，因此电子元件的接合结构100上可以是不残留有机高分子层。应说明的是，为了清楚示意，图1b至图1c中并未示出第一有机高分子层10与第二有机高分子层20的侧壁厚度变化。
[0074]
在一实施例中，第一电子组件110与第二电子组件120可以通过热压合工艺进行接合，因此工艺中所提供的温度及压力可以进一步促进第一有机高分子层10与第二有机高分子层20扩散至第一导电接合部114与第二导电接合部124内而于导电接合部内形成新的化合物使晶粒微结构发生变化，因此可以进一步确保接合强度可以有效地被提升。然而，本发明不限于此，在其他实施例中，第一电子组件110与第二电子组件120也可以通过其他适宜的工艺进行接合。
[0075]
在一实施例中，当第一导电接合部114的材料与第二导电接合部124为金属时，第一导电接合部114与第二导电接合部124可以为金属对金属接合，但本发明不限于此。
[0076]
在本实施例中，第一导电接合部114与第二导电接合部124可以为多个，且相邻的第一导电接合部114之间与的第二导电接合部124之间可以构成空腔c，如图1c所示。进一步而言，由于第一导电接合部114与第二导电接合部124通过前述制造方法已经得到有效的保护，因此空腔c内可以不具有底胶(underfill)，以进一步节省成本，但本发明不限于此。
[0077]
图2a至图2c是依据本发明另一实施例的电子元件的接合结构的部分制造方法的部分剖面示意图。图3a至图3c是依据本发明又一实施例的电子元件的接合结构的部分制造
方法的部分剖面示意图。
[0078]
请同时参照图2a至图2c与图3a至图3c，与图1a至图1c类似，而图2a至图2c的电子元件的接合结构200与图3a至图3c电子元件的接合结构300为线路基板对线路基板的接合的实例。
[0079]
进一步而言，图2a至图2c实施例的第一电子组件210的第一基板212可以是ic(integrated circuit)载板，而第二电子组件220的第二基板222可以是细线路(fine line)基板，其中细线路基板的定义例如是含有15um以下线路设计的芯片级封装(chip scale package,csp)、球栅阵列(ball grid array,bga)、方型玻璃载板及晶圆基板，但本发明不限于此。此外，图2a至图2c实施例的第一电子组件210的第一导电接合部214为导电接垫，而第二电子组件220的第二导电接合部224为导电凸块。
[0080]
另一方面，图3a至图3c实施例的第一电子组件310的第一基板312与第二电子组件320的第二基板322可以是双面线路基板。此外，图3a至图3c实施例的第一电子组件310的第一导电接合部314为导电凸块，而第二电子组件320的第二导电接合部324为导电凸块。
[0081]
图4a至图4c是依据本发明再一实施例的电子元件的接合结构的部分制造方法的部分剖面示意图。与图3a至图3c类似，差异在于图4a至图4c的电子元件的接合结构300a的第一有机高分子层10可以进一步形成于第一电子组件310相对于第一导电接合部314的表面310a上，而第二有机高分子层20可以进一步形成于第二电子组件320相对于第二导电接合部324的表面320a上，因此第一有机高分子层10与第二有机高分子层20可以分别保护第一电子组件310相对于第一导电接合部314的表面310a上的导电构件与第二电子组件320相对于第二导电接合部324的表面320a上的导电构件，减少其被氧化的机率。在本实施例中，第一有机高分子层10可以是仅形成于第一导电接合部314的表面310a的第一导电连接件316上，而第二有机高分子层20可以是仅形成于第二导电接合部324的表面320a的第二导电连接件326上，但本发明不限于此，在其他实施例中，第一有机高分子层10与第二有机高分子层20的覆盖范围可以进行调整。
[0082]
图5a至图5c是依据本发明又另一实施例的电子元件的接合结构的部分制造方法的部分剖面示意图。与图4a至图4c类似，差异在于图5a至图5c的电子元件的接合结构300b的第一有机高分子层10可以是全面覆盖于第一电子组件310相对于第一导电接合部314的表面310a上，而第二有机高分子层20可以是全面覆盖于第二电子组件320相对于第二导电接合部324的表面320a上。在本实施例中，第一有机高分子层10可以覆盖至第一电子组件310的第一基板312，而第二有机高分子层20可以覆盖至第二电子组件320的第二基板322。
[0083]
应说明的是，本发明不限于上述实施例中线路基板的种类，只要线路基板上可以具有导电接合部以相互接合皆属于本发明的保护范围。
[0084]
综上所述，本发明于欲进行接合的电子组件上的导电接合部形成有机分子层，因此在接合过程中有机分子层可以保护电子组件上的导电接合部，以有效改善接合面氧化的问题。此外，接合会使有机高分子层扩散至导电接合部内而于导电接合部内形成新的化合物使晶粒微结构发生变化，由柱状微结构转变为更细微化晶粒分布的结构，以强化导电接合部内的晶粒微结构提升接合强度。因此，本发明的电子元件的接合结构及其制造方法，其可以在有效改善接合面氧化的问题的同时提升接合强度，进而可以具有较佳的产品品质。
[0085]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽
管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。