具有互锁的金属至金属接合的半导体产物及制造其的方法与流程

具有互锁的金属至金属接合的半导体产物及制造其的方法
1.本技术为申请日2017年1月6日、申请号201710012110.3、发明创造名称“具有互锁的金属至金属接合的半导体产物及制造其的方法”的分案申请。
技术领域
2.本发明关于具有互锁的金属至金属接合的半导体产物及制造其的方法。


背景技术：

3.用于形成电气连接的现有方法，举例来说，在集成电路之中所使用的方法，皆有缺点。举例来说，焊接虽然普遍；但是，焊料却有相对低的熔点，其会对后续的处理步骤以及最终的产物造成温度限制。另外，焊料原子还有沿着铜接点迁移的倾向，从而会在被焊接的接点老化时改变它们的电气特性以及机械特性。直接金属至金属接合(举例来说，铜至铜(cu-cu)接合等)虽然不需要用到焊料；但是，经过证实，因为高温、高压、以及冗长的停留时间(dwell time)的关系而使得组装制程变得复杂、增加组装制程的成本、并且增加组装制程的延迟时间，所以，无法以节省成本的制程来大规模生产这些接合。


技术实现要素：

4.本发明的各项观点提供一种用于在电子装置中实施金属至金属接合的半导体装置及制造其的方法。举例来说，而且没有任何限制意义，本发明的各项观点提供一种运用被配置成用以增强金属至金属接合的互锁结构的半导体装置及制造其的方法。
5.一种半导体装置，其包括：第一基板，其包括含有金属的第一金属接点结构，所述第一金属接点结构包括凸形末端；第二基板，其包括含有所述金属的第二金属接点结构，所述第二金属接点结构包括凹形末端；以及金属至金属接合，其在接合区域处的所述凸形末端和所述凹形末端之间，所述接合区域在所述凹形末端的纵轴附近为不对称。进一步地，所述半导体装置包括间隙，所述间隙在所述凸形末端和所述凹形末端的至少一者的周围边缘处的所述凸形末端和所述凹形末端之间。进一步地，所述接合区域朝所述凹形末端的第一侧偏移。进一步地，所述接合区域朝所述凹形末端的所述第一侧偏移所述第一金属接点结构的宽度的至少5％。进一步地，在所述凹形末端的第一侧的所述接合区域比在所述凹形末端的第二侧大。进一步地，在所述凹形末端的所述第一侧的所述接合区域比在所述凹形末端的所述第二侧大至少5％。进一步地，所述第一金属接点结构和所述第二金属接点结构的至少一者包括铜柱。进一步地，所述第一金属接点结构包括第一铜；所述第二金属接点结构包括第二铜；以及所述金属至金属接合是直接铜至铜接合。进一步地，所述第一金属接点结构包括第一铜；所述第二金属接点结构包括第二铜；以及所述金属至金属接合包括在所述第一铜和所述第二铜之间的至少一中间金属。进一步地，所述第一基板和所述第二基板中的至少一者包括半导体晶粒。
6.一种半导体装置，其包括：第一基板，其包括含有金属的第一金属接点结构，所述第一金属接点结构包括凸形末端；第二基板，其包括含有所述金属的第二金属接点结构，所
述第二金属接点结构包括凹形末端；金属至金属接合，其在所述凸形末端和所述凹形末端之间；以及间隙，其在所述凸形末端和所述凹形末端的至少一者的周围边缘处的所述凸形末端和所述凹形末端之间。进一步地，在所述周围边缘的第一部分的所述间隙比在所述周围边缘的第二部分大。进一步地，所述第一金属接点结构和所述第二金属接点结构中的第一者从所述第一金属接点结构和所述第二金属接点结构中的第二者突出。进一步地，所述间隙完全地在所述周围边缘附近延伸。进一步地，所述间隙是在所述凸形末端和所述凹形末端之间的最大间隙。
7.一种制造半导体装置的方法，所述方法包括：提供第一基板，其包括含有金属的第一金属接点结构，所述第一金属接点结构包括凸形末端；提供第二基板，其包括含有所述金属的第二金属接点结构，所述第二金属接点结构包括凹形末端；以及将所述凸形末端和所述凹形末端挤压在一起，用以在接合区域处形成金属至金属接合，所述接合区域在所述凹形末端的纵轴附近为不对称。进一步地，所述接合区域朝所述凹形末端的第一侧偏移。进一步地，在所述凹形末端的第一侧的所述接合区域比在所述凹形末端的第二侧大。进一步地，所述第一金属接点结构包括第一铜；所述第二金属接点结构包括第二铜；以及所述金属至金属接合是直接铜至铜接合。进一步地，所述第一金属接点结构包括第一铜；所述第二金属接点结构包括第二铜；以及所述金属至金属接合包括在所述第一铜和所述第二铜之间的至少一中间金属。
附图说明
8.图1所示的是根据本发明各项观点的范例金属至金属接合以及接合方法。
9.图2所示的是根据本发明各项观点的范例互锁金属至金属接合以及接合方法。
10.图3所示的是根据本发明各项观点的范例互锁结构以及接合方法的透视图。
11.图4所示的是根据本发明各项观点的范例互锁结构以及接合方法的剖视图。
12.图5所示的是根据本发明各项观点的范例互锁结构以及接合方法的剖视图。
13.图6所示的是根据本发明各项观点的范例互锁结构以及接合方法的透视图。
14.图7所示的是根据本发明各项观点的范例互锁结构以及接合方法的透视图。
15.图8a至图8e所示的是根据本发明各项观点形成一互连结构的方法的各个阶段的透视图。
16.图9a至图9c所示的是根据本发明各项观点形成一互连结构的方法的各个阶段的透视图。
具体实施方式
17.下面的讨论通过提供本发明范例以提出本发明的各项观点。这些范例为非限制性，且因此，本发明各项观点的范畴不应该受限于本文所提供范例的任何特殊特征。在下面的讨论中，「举例来说」、「示范性」等词组为非限制性并且大体上和「举例来说，但是没有限制意义」同义。
18.如本文中的用法，「及/或」的意义为通过「及/或」来连接的列表之中的项目的任何一或更多者。举例来说，「x及/或y」的意义为三要素集合{(x)、(y)、(x,y)}之中的任何要素。换言之，「x及/或y」的意义为「x与y之中的一或两者」。于另一范例中，「x、y、及/或z」的意义
为七要素集合{(x)、(y)、(z)、(x,y)、(x,z)、(y,z)、(x,y,z)}之中的任何要素。换言之，「x、y、及/或z」的意义为「x、y、以及z之中的一或更多者」。
19.本文中所使用的术语仅是为达成说明特殊范例的目的而没有限制本发明的意图。如本文中的用法，除非文中额外清楚提及，否则单数的形式也希望包含复数形式。进一步要了解的是，当本说明书中使用到「包括」、「包含」、「具有」、以及类似用词时是表明所述特征图样、数字、步骤、操作、组件及/或器件的存在，但是并不排除有一或多个其它特征图样、数字、步骤、操作、组件、器件及/或其群组的存在，甚至并不排除加入一或多个其它特征图样、数字、步骤、操作、组件、器件及/或其群组。
20.应该了解的是，虽然本文中可以使用「第一」、「第二」等用词来说明各种组件；不过，这些组件并不应该受限于这些用词。这些用词仅是用来区分其中一个组件以及另一个组件。因此，举例来说，下文所讨论的第一组件、第一器件、或是第一区段也可被称为第二组件、第二器件或是第二区段，其并不会脱离本发明的教示内容。同样地，本文也可能利用「上方」、「下方」、「侧边」、以及类似用词以相对的方式来区分其中一个组件和另一个组件。然而，应该了解的是，器件可以不同的方式来配向，举例来说，一半导体装置可以向侧边翻转，俾使得其「顶端」表面面向水平方向并且使得其「侧边」表面面向垂直方向，其并不会脱离本发明的教示内容。除此之外，本文件中还使用「在
…
之上」来表示「在
…
之上」以及「直接在
…
之上」(举例来说，没有任何中间层)两种意义。
21.在图式中，为清楚解释起见，各种维度(举例来说，层厚度、宽度等)可能会被放大。除此之外，在各种范例的所有讨论中，相同的组件符号则被用来表示相同的组件。
22.本文中的讨论虽然大体上提供以铜至铜接合为背景的范例；然而，应该了解的是，本发明的范畴并不受限于此。举例来说，本发明的各项观点同样适用于其它金属至金属接合(au至au金接合、ag至ag接合等)。另外，举例来说，也可以运用各种合金(举例来说，铜合金、银合金、金合金等)。应该注意的是，金属可能还包括各种程度的杂质。举例来说，一铜柱基本上可以由100％的铜所形成；但是，也可能具有特定百分比的杂质。
23.在本文中所提供的一范例施行方式中，一种制造半导体装置的方法包括：提供一第一基板，其包括一第一铜接点结构，该第一铜接点结构包括一圆顶形状末端；提供一第二基板，其包括一第二铜接点结构，该第二铜接点结构包括一碟状末端，其具有一碟深度；配接该圆顶形状末端以及该碟状末端，俾使得该圆顶形状末端会在该圆顶形状末端的周长的多个点处接触该碟状末端，并且仅位在深入该碟状凹腔之中介于该碟深度之5％与95％之间的距离处；以及将该已配接的圆顶形状末端与碟状末端挤压在一起，用以形成一铜至铜接合。本文中还提供一种根据此范例方法所生产的电子装置。
24.在本文中所提供的一范例施行方式中，一种制造半导体装置的方法包括：提供一第一基板，其包括一由一金属所制成的第一金属接点结构，该第一金属接点结构包括一凸形末端，该凸形末端包括一具有第一凸形曲率半径的第一凸形部以及一具有第二凸形曲率半径的第二凸形部；提供一第二基板，其包括一由该金属所制成的第二金属接点结构，第二金属接点结构包括一凹形末端，该凹形末端包括一具有第一凹形曲率半径的第一凹形部，其中，该第一凹形曲率半径小于该第一凸形曲率半径并且该第一凹形曲率半径大于该第二凸形曲率半径；配接该凸形末端以及该凹形末端，俾使得该第二凸形部会在该凹形末端的周长的多个点处接触该凹形末端并且该第一凸形部不会接触该凹形末端；以及将该已配接
的凸形末端与凹形末端挤压在一起，用以形成一由该金属所制成的金属至金属接合。本文中还提供一种根据此范例方法所生产的电子装置。
25.在本文中所提供的一范例施行方式中，一种制造半导体装置的方法包括：提供一第一基板，其包括一由一金属所制成的第一金属接点结构，该第一金属接点结构包括一凸形末端；提供一第二基板，其包括一由该金属所制成的第二金属接点结构，第二金属接点结构包括一凹形末端，该凹形末端包括一中心点、一边缘、以及一沿着介于该中心点与该边缘之间的该凹形末端的一表面的中心至边缘距离；配接该凸形末端以及该凹形末端，俾使得该凸形末端会在该凸形末端之周长的多个点处接触该凹形末端并且仅位在和该中心点相隔大于该中心至边缘距离的10％与90％的距离处；以及将该已配接的凸形末端与凹形末端挤压在一起，用以形成一由该金属所制成的金属至金属接合。本文中还提供一种根据此范例方法所生产的电子装置。
26.图1所示的是一范例金属至金属接合制程。如图在符号100处所示，两个基板110、120具有要被结合的铜接点(或是互连)结构112、122，在本文中这些铜接点也可被称为接点。基板110与120可以包括任何各式各样的特征。举例来说，这些基板110与120中的一或两者可以包括一半导体晶粒(举例来说，具有晶圆形式、具有平板形式、具有独特切晶的形式等)。另外，举例来说，这些基板110与120中的一或两者可以包括一中介片(举例来说，被形成在一载板之上(举例来说，玻璃载板、金属载板、硅载板等)，其会在该中介片形成之后被移除)。除此之外，举例来说，这些基板110与120中的一或两者可以包括一层迭基板(举例来说，封装基板、主板等)。据此，本发明的范畴不应该受限于任何特殊类型基板的特征。
27.图中所示的铜接点112与122虽然是为达成解释的目的；但是，举例来说，其可以包括任何各式各样不同类型互连结构的特征。举例来说，这些接点112与122中的一或两者可以包括一金属柱体或杆体(举例来说，具有大体上垂直的侧表面)。另外，举例来说，这些接点112与122中的一或两者可以包括一金属触垫或线路。除此之外，举例来说，这些接点112与122中的一或两者也可以包括一大于横向宽度的纵向长度(或是高度)；及/或这些接点112与122中的一或两者可以包括一大于纵向长度(或是高度)的横向宽度。应该注意的是，于各种范例施行方式中，第一接点112以及第二接点122可以由相同的金属(举例来说，铜等)所形成；但是，情况未必为如此。在另一范例施行方式中，一中间金属可以被形成在该第一接点112以及该第二接点122之间。
28.本文中所示的许多范例虽然以圆柱形状来显示这些接点112与122；不过，也可以运用任何各式各样的形状。举例来说，这些接点112与122中的一或两者可以具有矩形剖面(举例来说，垂直于一垂直轴所切割的剖面、垂直于一水平轴所切割的剖面等)。另外，举例来说，这些接点112与122中的一或两者可以具有一大体上为多边形(举例来说，n边，其中，n为整数)的剖面(举例来说，垂直于一垂直轴所切割的剖面、垂直于一水平轴所切割的剖面等)。除此之外，举例来说，这些接点112与122中的一或两者可以具有一圆形或椭圆形剖面(举例来说，垂直于一垂直轴所切割的剖面、垂直于一水平轴所切割的剖面等)。
29.进一步言之，本文中所示的许多范例虽然显示第一接点112(举例来说，柱体或杆体、长柱体或杆体等)的纵向长度(举例来说，在图中的垂直向)长于该第二接点122(举例来说，触垫或基座、短柱体或杆体等)；不过，应该了解的是，这些相对长度仅为解释性而非限制性。举例来说，该第一接点112与该第二接点122可以有相等长度、该第二接点122可以长
过该第一接点112等。另外，本文中大体上所示的第一接点112与第二接点122虽然具有相同或雷同的轴宽度(举例来说，图中的水平维度)；不过，应该了解的是，这些相对宽度仅为解释性而非限制性。举例来说，该第一接点112可以窄于该第二接点122、该第二接点122可以窄于该第一接点112等。另外，举例来说，该第一接点112的宽度(举例来说，在其最宽部分处的最大宽度)可以小于该第二接点122的宽度(举例来说，在其最宽部分处的最大宽度)、该第二接点122的宽度(举例来说，在其最宽部分处的最大宽度)可以小于该第一接点112的宽度(举例来说，在其最宽部分处的最大宽度)等。
30.图中虽然仅显示其中一个配接的互连结构对；不过，应该了解的是，可以在这些基板上形成许多相同的结构。举例来说，图中所示的接点112与122可以为被用来电气及/或机械性耦合基板110与120的数十个或数百个相同或雷同结构中的其中一者。举例来说，这些接点可以相对紧密的分隔(举例来说，间距为50微米或更小、30微米或更小等)。
31.在各种施行方式中，第一接点112及/或第二接点122可以任何各式各样的方式来形成。举例来说，一金属触垫或线路可以被形成在一硅基板之上并且经由一介电层(或钝化层)而露出。应该注意的是，此触垫或线路可以为一多层信号分布结构中的一部分。一或更多个晶种层及/或底层凸块金属(under bump metal，ubm)层可以被沉积(举例来说，溅镀、电镀等)在该触垫或线路之上，并且举例来说，该(些)接点可以经由一介电模板之中的开口被形成在此(些)晶种层及/或ubm层之上，该介电模板接着便可以被移除。于各种施行方式中，一焊帽虽然可以被形成在该接点之上；不过，根据本发明的各项观点，所形成的接点或是其尖端可以维持裸秃(举例来说，没有焊剂)。
32.据此，本发明的范畴不应该受限于这些互连接点(举例来说，第一接点112及/或第二接点122等)的特殊特征或是受限于制造这些接点的任何特殊方式。
33.在符号150处，基板110、120会被结合(或是配接)在一起，以便让铜接点112接触铜接点122。为在这些铜接点112与122之间的接口处形成cu-cu接合，通常会施加高压与高热维持一段很长的停留时间。倘若这些铜接点112与122的两个配接表面为干净(举例来说，完全干净等)的话，那么，随机原子运动最终将会导致原子横越该两个表面之间的接口，因此会弄脏该接口，并且随着时间经过，该接口可能完全消失。然而，因为原子运动通常为随机(举例来说，大部分为随机或者完全随机)，所以，这是一种缓慢的过程。举例来说，范例压力可以大于200个百万帕斯卡(200mpa)；举例来说，范例温度可以大于300℃；以及举例来说，范例停留时间的大小可以为一个小时至数个小时。
34.现在参考图2，此图所示的是根据本发明各项观点的一种范例互锁金属至金属接合以及接合方法。图2的范例结构及方法或是其任何部分可以和本文中所讨论的其它类似结构或方法(举例来说，针对图1以及图3至图9c)有共同的任何或是所有特征。
35.如符号200处所示，两个基板210与220具有要被结合的铜接点212与222。如本文中的讨论(举例来说，针对图1等)，这些基板210与220可以包括任何各式各样的特征及/或可以任何各式各样的方式来形成。同样如本文中的讨论(举例来说，针对图1等)，这些铜接点212与222可以包括任何各式各样的特征及/或可以任何各式各样的方式来形成。
36.如本文中所作的详细讨论，该第一铜接点212包括一凸形(举例来说，圆顶形)末端，并且该第二铜接点222包括一凹形(举例来说，碟状)末端。
37.举例来说，该第一铜接点212可以运用金属电镀操作来形成。该第一铜接点212的
该末端(举例来说，要接触该第二铜接点222的对应末端的末端)的形状可以被形成为具有凸形形状。举例来说，此形状可以通过调整各种电镀制程参数而达成。举例来说，在一范例施行方式中，一凸形末端可以通过提高在电镀制程中所运用的整平剂(leveler)的浓度而达成。举例来说，通过将被用来取得一大体上扁平末端的整平剂的浓度加倍可以达成大于该接点的整体高度的10％或15％的凸形末端(或是圆顶)高度。
38.举例来说，该第二铜接点222可以运用金属电镀操作来形成。该第二铜接点222的该末端(举例来说，要接触该第一铜接点212的对应末端的末端)的形状可以被形成为具有凹形形状。举例来说，此形状可以通过调整电镀制程参数而达成。举例来说，在一范例施行方式中，一凹形末端可以通过降低在电镀制程中所运用的整平剂的浓度而达成。举例来说，通过将被用来取得一大体上扁平末端的整平剂的浓度减半可以达成大于该接点的整体高度的10％或15％的凹形末端(或是碟状体)深度。
39.在一范例施行方式中，在这些接点的这些末端中各点处的凸面及/或凹面程度可以通过调整单一电镀制程之中的整平剂的浓度及/或通过调整多个连续电镀制程之中的整平剂的浓度来调整。应该注意的是，在包含多个连续电镀制程的范例施行方式中，每一个电镀制程并不需要覆盖完全相同的面积，因而可以很有弹性地塑形这些接点的末端。
40.在符号250处，如同在图1的符号150处，基板210、220会被结合(或是配接)在一起，以便让铜接点212接触铜接点222。为在这些铜接点212与222之间的接口处形成cu-cu接合，可以施加压力与热量维持一段停留时间。倘若这些铜接点212与222的两个配接表面为干净(举例来说，完全干净等)的话，那么，随机原子运动最终将会导致原子横越该两个表面之间的接口，因此会弄脏该接口，并且随着时间经过，该接口可能完全消失。然而，倘若铜接点212与222的配接接口确切地匹配的话，那么，这仍可能是一种缓慢的过程，通常如同图1的范例方法，因为原子运动通常为随机(举例来说，大部分为随机或者完全随机)。因此，根据本发明的各项观点，如本文中的讨论，这些配接表面可能会刻意不匹配，用以增强金属至金属接合。
41.根据本发明的各项观点，一底层填充层可以被形成在这些基板210与220之间。举例来说，在这些铜接点212与222之间进行附接之后，一底层填充层可以被形成在这些基板210与220之间及/或包围这些铜接点212与222(举例来说，通过毛细管底层填充、模制底层填充等)。在另一范例中，在这些铜接点212与222之间进行附接之前，可以在这些基板210与220的一或更多者之上形成一前置涂敷的底层填充层(举例来说，利用非导电膏(non-conductive paste，ncp)等)。举例来说，此底层填充层形成制程可以在这些铜接点212与222的配接之前先被实施而不会污染它们的配接末端。
42.参考图3，此图所示的是根据本发明各项观点的范例互锁结构以及接合方法的透视图300。图3的范例结构及方法或是其任何部分可以和本文中所讨论的其它类似结构或方法(举例来说，针对图2以及图4至图9c)有共同的任何或是所有特征。
43.如本文中的讨论，这些互连结构的末端可以被形成用以进行不完美配接。图4所示的是根据本发明各项观点的范例互锁结构以及接合方法的透视图。图4的范例结构及方法或是其任何部分可以和本文中所讨论的其它类似结构或方法(举例来说，针对图1至图3以及图5至图9c)有共同的任何或是所有特征。
44.第一(或顶端)铜接点412包括一凸形表面413，并且第二(或底部)铜接点422包括
一面向该凸形表面413的凹形表面423。图式400为当第一铜接点412以及第二铜接点422沿着一纵轴对齐排列时沿着贯穿这些接点的该纵轴所取得的剖视图。在剖视图400之中所示的凸形表面413在第一接触点432处以及第二接触点434处接触凹形表面423。如本文中的讨论，此接点可以在三个维度中延伸围绕该凸形表面413(举例来说，形成一个圆等)。
45.凹形表面423包括一介于该凹形表面423的顶端周围边缘以及该凹面的一底部点(举例来说，位在凹形表面423的中心点等)之间的深度495。图中所示的第一接触点432以及第二接触点434约略在该顶端周围边缘以及该底部点之间的垂直向半途497处。在各种范例施行方式中，接触点432以及434的垂直向位置可以在从该顶端周围边缘的垂直水平处进入该凹形区(举例来说，该碟状区等)达到该深度495的25％至75％。于各种其它范例施行方式中，接触点432以及434的垂直向位置可以在从该顶端周围边缘的垂直水平处进入该凹形凹面达到该深度495的10％至90％，或者，从该顶端周围边缘的垂直水平处进入该凹形区达到该深度495的5％至95％，或者，从该顶端周围边缘的垂直水平处进入该凹形区达到该深度495的0％至95％。
46.举例来说，第一接触点432以及第二接触点434也可以位于凹形表面423中从该底部(或中心)点至该顶端周围边缘的距离的25％与75％之间。在另一范例施行方式中，举例来说，第一接触点432以及第二接触点434也可以位于凹形表面423中从该底部点至该顶端周围边缘的距离的10％与90％之间，或者，位于凹形表面423中从该底部点至该顶端周围边缘的距离的5％与95％之间，或者，位于凹形表面423中大于从该底部点至该顶端周围边缘的距离的5％或10％(举例来说，其可以一直延伸至该顶端周围边缘)。
47.如图4中所示，总作用力f
t
可以被施加用以将第一铜接点412以及第二铜接点422挤压在一起。因为在接触点432以及434处，凸形表面413以及凹形表面423以没有正交于该作用力f
t
的方向的某个角度彼此接触，所以，作用力f
t
会有一个挤压作用力fc分量，其会操作用以将凸形表面413以及凹形表面423直接挤压在一起(举例来说，以正交的方式作用于接触点432以及434处的接口)。在本文中，此作用力fc也可以被称为正向作用力。此作用力f
t
还可以有一个剪力作用力fs分量，其会沿着凸形表面413以及凹形表面423之间的接口以正切的方式操作在接触点432以及434处。
48.挤压作用力fc和剪力作用力fs的结合会操作在第一铜接点412以及第二铜接点422的金属上(举例来说，铜等)，导致塑性变形(plastic deformation)。接着，此塑性变形可能会提高凸形表面413以及凹形表面423之间的原子扩散的程度。接着，此经提高的扩散程度可以导致用以在第一铜接点412以及第二铜接点422之间创造有效的铜至铜接合所需要的压力数额、温度、及/或停留时间的整体下降。
49.端视凸形表面413以及凹形表面423的变形量而定，在该金属至金属(举例来说，铜至铜等)接合已经完成之后，在凸形表面413以及凹形表面423的个别部分之间可能会有间隙。应该注意的是，情况未必如此。举例来说，在接合制程期间，凸形表面413及/或凹形表面423可能会发生足量的变形而消弭凸形表面413以及凹形表面423之间的一部分或全部间隙。
50.图5所示的是根据本发明各项观点的范例互锁结构的剖视图。图5的范例结构及方法或是其任何部分可以和本文中所讨论的其它类似结构或方法(举例来说，针对图1至图4以及图6至图9c)有共同的任何或是所有特征。举例来说，图5的上半部为沿着该纵轴(举例
来说，本文中的范例图标中的上/下方向)所切割的剖视图，并且举例来说，图5的下半部为靠近这些金属至金属接合的区域的俯视图。
51.如本文中所提及，即使在该金属至金属接合制程之后，在凸形表面513以及凹形表面523的不同个别部分之间可能会有间隙。范例图式500提供这些间隙的解释性范例。举例来说，为达清楚解释起见，这些间隙的尺寸可能被放大。
52.范例500包括一中间区域562，其对应于凸形表面513及/或凹形表面523的塑性变形以及第一铜接点512与第二铜接点522之间的金属至金属接合。举例来说，该中间区域562包括区域551与区域553，如上方剖视图之中所示。于一范例施行方式中，该中间区域562形成一环体，其围绕凸形表面513并且在凹形表面523里面。另外，举例来说，在凸形表面513(举例来说，其尖端或是中心)以及凹形表面523的底部(或是中心)之间的高度(举例来说，最大高度)d的中心区域563中会有一间隙。除此之外，举例来说，在凸形表面513(举例来说，其周围边缘)以及凹形表面523的周围边缘之间的高度(举例来说，最大高度)p的周围区域561中也会有一间隙。
53.不过，如本文中的解释，凸形表面513及/或凹形表面523的变形虽然可能足以消弭这些表面之间的间隙；但是，情况未必如此。举例来说，凸形表面513以及凹形表面523可以彼此接触并且在中心区域563之中及/或在周围区域561之中彼此金属至金属接合。如果这些接合存在的话，举例来说，它们强度可能会弱于接合区域562之中的接合；但是，情况未必如此。举例来说，在一范例施行方式中，位于凸形表面513以及凹形表面523之间的中心区域563之中及/或在周围区域561之中的接口线在该接合制程之后可能会比中间区域562之中的接口线更为显见(举例来说，比较看得见等)。
54.图5的范例500虽然大体上被图解为具有对称的特征；不过，此对称性并非必要。举例来说，第一接点512及/或第二接点522可以为不对称。接着，此不对称可能会导致第一接点512及第二接点522被接合的区域之中的不对称。举例来说，参考图5的接合区域562，此接合区域562可能会相对于第一接点512及/或第二接点522的中心为偏离中心(或者偏移)(举例来说，偏离接点宽度的至少5％或10％、偏离至少大于制造公差的某个百分比等)。另外，举例来说，接合区域562的其中一侧可以薄于另一侧(举例来说，区域551可以短于区域553，反之亦可)，举例来说，薄于任一区域宽度的至少5％或10％、薄于至少大于制造公差的某个百分比等。除此之外，举例来说，接合区域562的其中一侧可以该中心为基准以不同于另一侧的方式被定位(举例来说，区域551可以该中心为基准被偏移，而区域553则没有被偏移或是被偏移不同的数额)。进一步举例来说，图5的左侧处所示的间隙p可以不同于图5的右侧处的类似间隙(举例来说，为间隙p宽度的至少5％或10％、为大于制造公差的某个百分比等)。
55.各种范例凸形表面以及凹形表面的形状也可以一或更多个曲率半径来描述。此特征的非限制性范例提供在图6处，图6所示的是根据本发明各项观点的范例互锁结构以及接合方法的透视图。图6的范例结构及方法或是其任何部分可以和本文中所讨论的其它类似结构或方法(举例来说，针对图1至图5以及图7至9c)有共同的任何或是所有特征。
56.在范例图式600中，第一金属接点612包括一凸形表面613。举例来说，该凸形表面613在一中心区域655之中的一部分可以具有r2的曲率半径。另外，举例来说，该凸形表面613在中间区域651与653之中的一部分可以具有r3的曲率半径。除此之外，举例来说，该凸
形表面613在周围区域657与659之中的一部分可以具有r4的曲率半径。
57.另外，在范例图式600中，第二金属接点622包括一凹形表面623，其具有r1的曲率半径。应该注意的是，图中所示的凹形表面623虽然有单一曲率半径；不过，此特征是为清楚解释起见。举例来说，凹形表面623的多个部分可以各自包括一不同的个别曲率半径。在该范例图式600中，r2》r1以及r3《r1。除此之外，r3《r4《r1。于另一范例施行方式中，r4＝r3。
58.应该注意的是，在接合制程期间，由于凸形表面613及/或凹形表面623的变形的关系，该曲率半径在进行该金属至金属接合的区域之中通常会变为相同。在一第一范例施行方式中，其中，金属至金属接合仅发生在中间区域662之中(举例来说，其包含剖面区域651与653)，在中心区域663之中以及周围区域661之中在凸形表面613及凹形表面623之间仍然有一间隙。在此范例施行方式中，由于变形的关系，凸形表面613及凹形表面623的曲率半径会在中间区域662之中变成大体上相同，r2将仍然大于r1，并且r4将仍然小于r1。
59.在金属至金属接合最后会发生在中心区域663以及中间区域662之中的范例施行方式中，举例来说，由于变形的关系，凸形表面613及凹形表面623的曲率半径会在中心区域663以及中间区域662之中变成大体上相同。在金属至金属接合最后会发生在周围区域661以及中间区域662之中的范例施行方式中(除了发生在中心区域663之中之外，或者不会发生在中心区域663之中)，举例来说，由于变形的关系，凸形表面613及凹形表面623的曲率半径会在周围区域661以及中间区域662之中变成大体上相同。
60.如本文中的讨论(举例来说，针对图5)，图6的范例600虽然大体上被图解为具有对称的特征；但是，此特征并非必要。举例来说，第一接点612及/或第二接点622可以为不对称。接着，此不对称可能会导致第一接点612及第二接点622被接合的区域之中的不对称。举例来说，参考图6的接合区域662，此接合区域662可能会相对于第一接点612及/或第二接点622的中心为偏离中心(或者偏移)(举例来说，偏离接点宽度的至少5％或10％、偏离至少大于制造公差的某个百分比等)。另外，举例来说，接合区域662的其中一侧可以薄于另一侧(举例来说，区域651可以短于区域653，反之亦可)，举例来说，薄于任一区域宽度的至少5％或10％、薄于至少大于制造公差的某个百分比等。除此之外，举例来说，接合区域662的其中一侧可以该中心为基准以不同于另一侧的方式被定位(举例来说，区域651可以该中心为基准被偏移，而区域653则没有被偏移或是被偏移不同的数额)。进一步举例来说，图6的左侧处所示的r3(及/或r4)可以不同于图6的右侧处所示的r3(及/或r4)(举例来说，为r3(及/或r4)的至少5％或10％、为大于制造公差的某个百分比等。)。
61.如本文中的讨论，这些金属接点可以为圆柱形、矩形、大体上多边形等。在各种范例施行方式中，在该凸形表面及该凹形表面之间虽然并不需要一连续的接合线或区域；但是，于其它范例施行方式中也可能有一连续的接合线或区域。图7所示的是根据本发明各项观点的范例互锁结构的透视图。在这些范例中，这些金属至金属接合区域完全分开，而并非连续。
62.举例来说，在图7的符号700处的范例图式中，一具有正方形剖面的接点可能变形并且在四个角边区域771、772、773、以及774处接合。另外，举例来说，在图7的符号750处的范例图式中，一具有八角形剖面的接点可能变形并且在八个角边区域781至788处接合。应该注意的是，如本文中的讨论，由于接合制程期间这些接点的变形的关系，即使在这些第一金属接点与第二金属接点之间的初始接触仅发生在完全分开的点处的情况中，当这些凸形
表面及/或凹形表面变形时，此接触仍然可能展开而创造多个连续耦合的接合区域，并且甚至会展开而在整个凸形表面及/或凹形表面上方创造一全面性的接合区域。
63.如本文中所提及，在这些范例中虽然仅大体上图解与讨论一个配接的互连结构对；不过，应该了解的是，也可以在这些基板上形成许多个完全相同的结构。举例来说，图中所示的接点可以为被用来电气及/或机械性耦合这些基板的数十个或数百个相同或雷同结构中的其中一者。举例来说，这些接点可以被排列成一数组、一实心矩阵、一方形或矩形排列、一直线、多条平行直线等。应该了解的是，所有这些接点虽然可能雷同于本文中所讨论的接点；不过，所有这些接点并不需要相同。举例来说，于一具有多个这些接点的电子器件的范例施行方式中，这些接点中的第一部分可以不同于这些接点中的第二部分。另外，举例来说，这些接点中的第一部分可以为如本文中的讨论，而第二部分则可以具有实质上扁平的末端。除此之外，举例来说，这些接点中的第一部分可以为不对称，而第二部分可以为对称。进一步举例来说，这些接点中的第一部分可以具有第一高度、宽度、或是间距，而这些接点中的第二部分则可以具有不同于第一高度、宽度、或是间距的第二高度、宽度或是间距。
64.如本文中所提及，该基板可以为各种形式，其包含晶圆形式。因此，本发明的范畴包含晶圆级凸块(举例来说，铜柱晶圆级凸块)。凸块制程的范例(举例来说，晶圆级凸块制程等)会提供在图8a与图9c之中。
65.图8a至图8e所示的是根据本发明各项观点形成一互连结构的方法的各个阶段的透视图。图8a至图8e中所示的范例结构及/或方法或是其任何部分可以和本文中所示的其它类似结构及/或方法(举例来说，针对图1至图7以及图9c)有共同的任何或是所有特征。图中虽然显示仅形成一个晶圆级凸块；不过，应该了解的是，此形成制程可以在单一晶圆上重复数百次或数千次。另外应该注意的是，本发明的范畴并不受限于晶圆级操作。举例来说，此处所揭示的任何或所有操作皆可以在单独晶粒、晶粒面板、晶粒晶圆上被实施。
66.在图8a处表现一包括一触垫811(举例来说，一i/o触垫、一接合触垫等)的基板810。应该注意的是，虽然可以有任何数量的触垫；不过，为清楚解释起见，此处仅显示一个触垫。举例来说，基板810可以包括一半导体晶粒(举例来说，一硅半导体晶粒、一半导体晶粒的有作用侧、一电气连接至前侧的半导体晶粒的背侧等)。
67.举例来说，一接合触垫811可以被形成用以在多个接点位置处覆盖基板810的顶端部分。举例来说，触垫811可以包括任何各式各样的导体材料(举例来说，铜、铝、银、金、镍、它们的合金等)。
68.一介电层812(其也可被称为钝化层)会被形成在该基板810之上，举例来说，用以覆盖基板810的顶端侧。举例来说，该介电层812可以覆盖该接合触垫811的侧表面及/或该接合触垫811的顶端表面的外周围。该介电层812可以包括任何各式各样类型的材料，举例来说，无机材料(举例来说，氮化硅(si3n4)、氧化物(sio2)、sion等)及/或有机材料(举例来说，聚酰亚胺(pi)、环苯丁烯(bcb)、聚苯并恶唑纤维(pbo)、双马来酰亚胺-三氮杂苯(bt)、酚系树脂、环氧树脂等)；但是，本发明的范畴并不受限于此。举例来说，介电层812可以通过任何各式各样的制程来形成(举例来说，旋涂、印刷、喷涂、烧结、热氧化、物理气相沉积(physical vapor deposition，pvd)、化学气相沉积(chemical vapor deposition，cvd)、原子层沉积(atomic layer deposition，ald)等)。举例来说，该介电层812可以包括一孔径，经由该孔径露出触垫811的一部分。
69.一ubm晶种层813可以被形成在该介电层812的上方及/或经由该介电层812中的孔径而露出的触垫811部分的上方。举例来说，该ubm晶种层813可以包括任何各式各样的导体材料(举例来说，铜、金、银、金属等)。该ubm晶种层813可以任何各式各样的方式来形成(举例来说，溅镀、无电极电镀、cvd、pvd、ald等)。
70.如图8b中所示，一屏蔽821(或是模板)会被形成及/或图样化在ubm晶种层813的上方，用以定义一要于其中形成一ubm及/或互连结构(举例来说，金属柱体等)的区域。举例来说，该屏蔽821可以包括一光阻(photoresist，pr)材料或是其它材料，其可以被图样化用以覆盖要于其中形成一ubm及/或互连结构的区域以外的区域。
71.如图8c中所示，ubm 831是被形成在经由屏蔽821露出的ubm晶种层813之上。该ubm 831可以包括任何各式各样的材料(举例来说，钛、铬、铝、钛/钨、钛/镍、铜、它们的合金等)。该ubm 831可以任何各式各样的方式被形成在ubm晶种层813之上(举例来说，电镀、无电极电镀、溅镀、cvd、pvd、原子层沉积(ald)等)。
72.同样如图8c中所示，互连结构832是被形成在ubm 831之上。该互连结构832可以包括任何各式各样的特征。举例来说，该互连结构832可以和本文中所讨论的任何或所有互连结构(举例来说，接点212、222、312、322、412、422、512、522、612、622等)具有共同的任何或所有特征。举例来说，该互连结构832可以包括铜(举例来说，纯铜、有某些杂质的铜等)、铜合金、镍等。
73.如本文中的讨论，互连结构832可以被形成为具有一凸形(或是圆顶形)末端，举例来说，通过调整整平剂浓度。举例来说，通过将被用来取得一大体上扁平末端的整平剂的浓度加倍可以达成大于该互连结构832的整体高度的10％或15％的凸形末端(或是圆顶)高度。
74.如图8d处所示(举例来说，对照于图8c)，屏蔽821(举例来说，光阻等)会被剥除。屏蔽821可以任何各式各样的被移除(举例来说，化学剥除、灰化等)。如图8e处所示(举例来说，对照于图8d)，ubm晶种层813(举例来说，至少没有被互连结构832覆盖的部分)会被移除(举例来说，化学蚀刻等)。应该注意的是，在该晶种层813的蚀刻期间，举例来说，至少该ubm晶种层813的一横向边缘部分会被蚀刻。举例来说，此蚀刻可以在互连结构832及/或ubm831底下造成一下切量。
75.如本文中的讨论，一互连结构可被形成为具有一凹形(或是碟状)末端，取代凸形(或是圆顶形)末端。此形成制程的一范例显示在图9a至图9c之中。
76.图9a至图9c所示的是根据本发明各项观点形成一互连结构的方法的各个阶段的透视图。举例来说，图9中所示的方法可以和图8中所示的方法有共同的任何或是所有特征。因此，本讨论将大体上聚焦在差异处。图9a至图9c中所示的范例结构及/或方法或是其任何部分可以和本文中所示的其它类似结构及/或方法(举例来说，针对图1至图8e)有共同的任何或是所有特征。图中虽然显示仅形成一个晶圆级凸块；不过，应该了解的是，此形成制程可以在单一晶圆上重复数百次或数千次。另外应该注意的是，本发明的范畴并不受限于晶圆级操作。举例来说，此处所揭示的任何或所有操作皆可以在单独晶粒、晶粒面板、晶粒晶圆上被实施。
77.如图9a中所示，如同图8c，ubm 831是被形成在经由屏蔽821露出的ubm晶种层813之上。该ubm 831可以包括任何各式各样的材料(举例来说，钛、铬、铝、钛/钨、钛/镍、铜、它
们的合金等)。该ubm 831可以任何各式各样的方式被形成在ubm晶种层813之上(举例来说，电镀、无电极电镀、溅镀、cvd、pvd、原子层沉积(ald)等)。
78.同样如图9a中所示，如同图8c的互连结构832，该互连结构832是被形成在ubm 831之上。该互连结构832可以包括任何各式各样的特征。举例来说，该互连结构832可以和本文中所讨论的任何或所有互连结构(举例来说，接点212、222、312、322、412、422、512、522、612、622等)具有共同的任何或所有特征。举例来说，该互连结构832可以包括铜(举例来说，纯铜、有某些杂质的铜等)、铜合金、镍等。
79.如本文中的讨论，互连结构932可以被形成为具有一凹形(或是碟状)末端(不同于图8的范例互连结构832)，举例来说，通过调整整平剂浓度。举例来说，在一范例施行方式中，通过降低在电镀制程之中所运用的整平剂的浓度可以取得凹形末端。举例来说，通过将被用来取得一大体上扁平末端的整平剂的浓度减半可以达成大于该互连结构932之整体高度的10％或15％的凹形末端(或是碟状体)深度。
80.如图9b处所示(举例来说，对照于图9a)，屏蔽821(举例来说，光阻等)会被剥除。屏蔽821可以任何各式各样的被移除(举例来说，化学剥除、灰化等)。如图9c处所示(举例来说，对照于图9b)，ubm晶种层813(举例来说，至少没有被互连结构832覆盖的部分)会被移除(举例来说，化学蚀刻等)。应该注意的是，在该晶种层813的蚀刻期间，举例来说，至少该ubm晶种层813的一横向边缘部分会被蚀刻。举例来说，此蚀刻可以在互连结构832及/或ubm831底下造成一下切量。
81.总结来说，本发明的各项观点提供一种用于在电子装置中实施金属至金属接合的半导体装置及制造其的方法。举例来说，而且没有任何限制意义，本发明的各项观点提供一种运用被配置成用以增强金属至金属接合的互锁结构的结构及方法。前文虽然已经参考特定观点及范例作说明；不过，熟习本技术的人士便会了解，可以进行各种改变并且以等效例来取代，其并不会脱离本发明的范畴。此外，也可以进行许多修正，以便让一特殊情况或材料适应于本发明的教示内容，而没有脱离其范畴。所以，本发明并不希望受限于已揭的特殊范例；确切地说，本发明涵盖落在权利要求书的范畴里面的所有范例。