半导体装置及其制造方法、半导体封装装置

技术领域

本公开涉及半导体封装技术领域，具体涉及半导体装置及其制造方法和半导体封装装置。

背景技术

无电镀(electroless plating)又称为化学镀(chemical plating)，是一种在无外加电流的情况下借助合适的还原剂，使镀液中金属离子还原成金属，并沉积到零件表面的镀覆方法。

在将无电镀应用于混合接合(hybrid bonding)时，通常会在氧化层(oxidelayer)上开设沟槽形成无电镀液的微流道，并且使铜柱(Cu pillar)位于流道内以便与无电镀液接触。但是，微流道的设计通常难以兼顾氧化层之间的接合效果与微流道的空间大小，具体来说：较宽的微流道会导致氧化层之间的接触面积较小，氧化层之间预接合(pre-bonding)的效果变差；较窄的微流道需要借助加压注入无电镀液，上述加压可能导致氧化层之间的接合面产生脱离(de-bonding)。

因此，有必要提出一种新的技术方案以解决上述至少一个技术问题。

发明内容

本公开提供了半导体装置及其制造方法、半导体封装装置。

第一方面，本公开提供了一种半导体装置，包括：

基板；

至少两个第一导电件，位于所述基板的第一区域，其中，所述至少两个第一导电件对应于至少两种不同的高度；

绝缘材，设置于相邻的所述第一导电件之间。

在一些可选的实施方式中，所述基板的至少一个边缘区域设置有第一高度的第一导电件，所述基板的两个相对的边缘区域之间设置有第二高度的第一导电件，所述第二高度大于所述第一高度。

在一些可选的实施方式中，所述半导体装置还包括：

至少两个第二导电件，位于所述基板的第二区域，其中所述第二区域的延伸方向不同于所述第一区域的延伸方向，所述至少两个第二导电件的高度相同。

在一些可选的实施方式中，所述第一区域和所述第二区域具有相邻区域，所述相邻区域的所述第一导电件的高度与所述相邻区域的所述第二导电件的高度相同。

在一些可选的实施方式中，所述半导体装置还包括：

线路层，位于所述基板和所述第一导电件之间，所述线路层与所述第一导电件电连接。

在一些可选的实施方式中，所述半导体装置还包括：

种子层，位于所述第一导电件和所述基板之间或者所述第一导电件和所述线路层之间。

第二方面，本公开提供了一种半导体封装装置，包括：

第一基板，设置有至少两个第一导电件；

第二基板，设置有至少两个第三导电件，所述至少两个第一导电件和所述至少两个第三导电件一一对应；

无电镀材，设置于所述第一导电件和相应的所述第三导电件之间，所述无电镀材在第一方向上具有厚度变化。

在一些可选的实施方式中，所述半导体封装装置的中央区域的所述无电镀材的厚度大于所述半导体封装装置的边缘区域的所述无电镀材的厚度。

在一些可选的实施方式中，所述无电镀材的厚度小于相应的所述第一导电件或者所述第三导电件的高度。

在一些可选的实施方式中，所述半导体封装装置还包括：

绝缘材，位于相邻的所述第一导电件之间，或者位于相邻的所述第二导电件之间。

在一些可选的实施方式中，所述第一方向为形成所述无电镀材的无电镀液流动的方向。

第三方面，本公开提供了一种半导体装置的制造方法，包括：

在基板上设置光刻胶；

在所述光刻胶上形成至少两个开孔；

在所述至少两个开孔内形成至少两个第一导电件，其中，所述至少两个第一导电件对应于至少两种不同的高度；

在相邻的所述第一导电件之间形成绝缘材。

在一些可选的实施方式中，所述在基板上设置光刻胶之前，所述方法还包括：

在所述基板上形成线路层；以及

所述在所述至少两个开孔内形成至少两个第一导电件，包括：

在所述至少两个开孔内形成与所述线路层电连接的至少两个第一导电件。

在一些可选的实施方式中，所述在相邻的所述第一导电件之间形成绝缘材，包括：

通过沉积方式，形成包覆所述至少两个第一导电件的绝缘材；

通过抛光方式，使所述至少两个第一导电件中较高的第一导电件暴露在外；

通过蚀刻方式，使所述至少两个第一导电件中较低的第一导电件暴露在外。

在本公开提供的半导体装置及其制造方法和半导体封装装置中，通过在基板上设置对应于至少两种不同的高度的至少两个第一导电件，能够在相对设置的两个半导体装置之间，利用较低的第一导电件之间的空间形成无电镀液的流动通道，从而在减小微流道宽度的同时保证微流道的空间大小，有利于提高混合接合的接合效果，进而提高产品良率。

此外，在上述半导体装置及其制造方法和半导体封装装置中，由于至少两个第一导电件之间存在高度差异，故可以避免因无电镀液中的金属离子在外围和中心浓度不均而引起的金属镀率不均问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本公开的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是现有技术中半导体封装装置的示意图；

图2-图7是根据本发明实施例的半导体装置的第一示意图至第六示意图；

图8是根据本发明实施例的半导体封装装置的示意图；

图9-图11是根据本发明实施例的半导体装置的制造方法的示意图。

符号说明：

11、下方芯片；12、上方芯片；13、微流通道；14、上方铜柱；15、下方铜柱；10、第一半导体装置；100、第一基板；110、第一导电件；120、第二导电件；130、第一绝缘材；140、第一线路层；150、第一种子层；20、第二半导体装置；200、第二基板；210、第三导电件；230、第二绝缘材；240、第二线路层；250、第二种子层；300、无电镀材；900、光刻胶。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对说明本发明的具体实施方式，通过本说明书记载的内容本领域技术人员可以轻易了解本发明所解决的技术问题以及所产生的技术效果。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，说明书附图中所绘示的结构、比例、大小等，仅用于配合说明书所记载的内容，以供本领域技术人员的了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“第一”、“第二”及“一”等用语，也仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当也视为本发明可实施的范畴。

还需要说明的是，本公开的实施例对应的纵向截面可以为对应前视图方向截面，横向截面可以为对应右视图方向截面，而水平截面可以为对应上视图方向截面。

另外，在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。

图1是现有技术中半导体封装装置的示意图，其示出现有半导体封装装置的纵向截面。如图1所示，上方芯片12和下方芯片11之间设置有微流通道13。上方芯片12设置有上方铜柱14，下方芯片11设置有下方铜柱15。上方铜柱14和下方铜柱15位置相对。上方铜柱14和下方铜柱15均位于微流通道13内，并且二者的侧壁均暴露在微流通道13中。在图1所示的结构中，如果微流通道13的宽度(即图1中微流通道左侧与右侧之间的距离)较大，则会导致两芯片的绝缘材之间的接触面积较小，绝缘材之间预接合的效果变差。如果微流通道13的宽度较小，则需要借助加压注入无电镀液，从而可能导致两芯片绝缘材之间的接合面产生脱离。这里，绝缘材可以是氧化层(Oxide layer)、介电层(Dielectric)、聚酰亚胺(Polyimide，PI)或者钝化层(Passivation)。

本实施例提供一种半导体装置。图2-图7是根据本发明实施例的半导体装置的第一示意图至第六示意图。

如图2所示，本实施例中的半导体装置，包括第一基板100、至少两个第一导电件110和第一绝缘材130。

在本实施例中，至少两个第一导电件110位于第一基板100的第一区域，并且至少两个第一导电件110对应于至少两种不同的高度，第一基板100的中央区域的第一导电件110高于第一基板100的边缘区域的第一导电件110。例如在图2中，三个第一导电件110沿Y方向直线排布于第一基板100的下部，其中，位于中央的第一导电件110高于位于两端的第一导电件110。第一导电件110的材料可以是金、银、铜等金属材料。

在图3中，较高的第一导电件110位于第一基板100的中央区域。在其他例子中，较高的第一导电件110也可以位于第一基板100的中央区域和边缘区域之间，即位于非中央区域。只要在第一基板100的两个相对的边缘区域之间设置较高的第一导电件110即可。

在图3中，位于第一基板100的两个边缘区域的第一导电件110的高度相同。在其他例子中，位于第一基板100的两个边缘区域的第一导电件110的高度也可以不同，只要它们的高度均低于较高的第一导电件110即可。

在本实施例中，第一导电件110可以是导电柱(Pillar)或者导电垫(Pad)等具体形态，本实施例对此不作限定。

在本实施例中，第一绝缘材130设置于相邻的第一导电件110之间。例如在图2中，位于左端的第一导电件110和位于中央的第一导电件110之间设置有第一绝缘材130。此外，位于两端的第一导电件110的外侧(例如图6中最左端第一导电件110的左侧)也设置有第一绝缘材130。

为了更好地展示本实施例中半导体装置的第一导电件110的高度特点，图3中去除了相邻的第一导电件110之间的第一绝缘材130。从图3中可以看出，从第一区域的一端至另一端(即沿图3中的Y方向)，第一导电件110的高度先增大再减小。

图4是本实施例中半导体装置的俯视图。在图4中，沿Y方向延伸的虚线矩形定义出了第一区域，该第一区域内设置有三个第一导电件110。容易理解，图4所示的半导体装置的表面共有4个第一区域，每个第一区域内设置有相应的三个第一导电件110。

图6和图7分别示出了本实施例中半导体装置的第一种纵向截面和第二种纵向截面。在图6中，第一基板100上设置有第一线路层140，第一导电件110进一步设置在第一线路层140上。第一导电件110和第一线路层140电连接。而在图7中，第一导电件110直接设置在第一基板100上。图6和图7所示的结构均为可选的实施方式。图6所示的结构可应用于开发阶段，其中第一线路层140可用于电信号的测量。待开发完成后，可在最终产品中去除第一线路层140，即采用图7所示的结构。

在利用本实施例中的半导体装置进行混合接合时，可参见图8，将第一半导体装置10和第二半导体装置20相对放置，并使第一半导体装置10上的第一导电件110和第二半导体装置20上的第三导电件210位置相对。由于位于中央的第一导电件110高于位于两端的第一导电件110(类似地，位于中央的第三导电件210高于位于两端的第三导电件210)，因此位于两端的导电件之间的空间大于位于中央的导电件之间的空间，进而可在纵向(即图1中的Z方向)形成大体上为中间窄、两端宽的微流道，从而满足无电镀液的流动需求，避免因在横向上(即图1中的X方向)增大微流道的尺寸而减小绝缘材的面积，同时保证微流道具有足够的空间。本实施例中的半导体装置，通过增大无电镀液入口处的导电件之间的距离，替代现有技术中只能依靠减少绝缘材面积来增加微流道体积的方式，缓解甚至消除现有技术中因绝缘材接触面积过小而导致的脱离问题。

如图8所示，可以通过无电镀方式在第一导电件110和第三导电件210之间形成无电镀材300，以将第一导电件110和第三导电件210电连接。其中，无电镀材300与第一导电件110和第三导电件210的材料一致，例如是铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)或者铅(Pb)等。其中，不同的材料可以对应不同的接合温度，例如铜对应的接合温度为45℃，镍对应的接合温度为80℃，金和铅对应的接合温度为50℃。

在本实施例中，可以通过将环境抽真空方式将无电镀液引入微流道，从而避免因加压导致相互接合的绝缘材脱离。

在现有技术中，无电镀液中的金属离子通常在外围和中心浓度不均，即中心的金属离子浓度小于外围的金属离子浓度，由此容易导致铜柱镀率不均问题，即中心铜柱上形成的无电镀铜的量小于外围铜柱上形成的无电镀铜的量。而在本实施例的半导体装置中，如图8所示，由于两端的第一导电件的高度低于中央的第一导电件的高度，其对无电镀材300的需求量更大，因此可以抵消因无电镀液中的金属离子在外围和中心浓度不均而引起的金属镀率不均。

在一个例子中，如图6所示，第一导电件110的高度小于或者等于相邻的第一绝缘材130的高度。其中，位于中央的第一导电件110的高度等于相邻的第一绝缘材130的高度，位于两端的第一导电件110的高度小于相邻的第一绝缘材130的高度。如此，第一导电件110可内埋于第一绝缘材130中，从而避免因在第一导电件110的侧壁形成无电镀材300导致第一导电件110侧壁桥接，有利于减小第一导电件110之间的间距。

在一个例子中，如图2-图5所示，该半导体装置还包括至少两个第二导电件120。至少两个第二导电件120位于基板的第二区域，其中第二区域的延伸方向不同于第一区域的延伸方向，至少两个第二导电件120的高度相同。例如在图4中和图5中，沿X方向延伸的虚线矩形定义出了第二区域，第二区域内设置有三个第二导电件120。从图3中可以看出，三个第二导电件120的高度相同。

在一个例子中，如图5所示，第一区域和第二区域具有相邻区域，该相邻区域通过图5中的虚线圆表示。该相邻区域内的第一导电件110的高度与相邻区域的第二导电件120的高度相同，即图5中第一区域内最左端的第一导电件110和第二区域内最下端的第二导电件120的高度相同。

在一个例子中，如图6和图7所示，该半导体装置还包括种子层。种子层位于第一导电件110或者第一线路层140下方，其材料例如包括钛(Ti)、钨(W)、镍(Ni)等。种子层有利于保证第一导电件110或者第一线路层140通过电镀方式顺利形成。

本实施例还提供一种半导体封装装置。如图8所示，本实施例中的半导体封装装置包括第一基板100、第二基板200和无电镀材300。

在本实施例中，第一基板100设置有至少两个第一导电件110。第二基板200设置有至少两个第三导电件210。其中，至少两个第一导电件110和至少两个第三导电件210一一对应。无电镀材300设置于第一导电件110和相应的第三导电件210之间，在第一方向(即图8中的Y方向)上具有厚度变化。其中，第一方向为形成无电镀材300的无电镀液流动的方向。

在本实施例中，半导体封装装置的中央区域的无电镀材300的厚度大于半导体封装装置的边缘区域的无电镀材300的厚度。如前文描述，此种结构能够消除因无电镀液中的金属离子在外围和中心浓度不均而引起的金属镀率不均。

在本实施例中，位于中央的无电镀材300的厚度小于相应的第一导电件110或者第三导电件210的高度。此外，位于两端的无电镀材300的厚度也可以小于相应的第一导电件110或者第二导电件120的高度。如此，有利于减小无电镀时间，提高生产效率。

在本实施例中，相邻的第一导电件110之间设置有第一绝缘材130，相邻的第二导电件120之间设置有第二绝缘材230。

在本实施例中，第一导电件110和第一基板100之间设置有第一线路层140，第二导电件120和第二基板200之间设置有第二线路层240。第一线路层140与第一导电件110电连接，第二线路层240和第二导电件120电连接。

在本实施例中，第一导电件110和第一线路层140之间设置有第一种子层150，第二导电件120和第二线路层240之间设置有第二种子层250。

本实施例中的半导体封装装置能够实现前文描述的半导体装置的技术效果，这里不再赘述。

本实施例还提供一种半导体装置的制造方法。图9和图10为该制造方法的第一实施方式，图11为该制造方法的第二实施方式。

如图9和图10所示，该制造方法的第一实施方式包括以下步骤：

第一步，通过物理气相沉积((Physical Vapour Deposition，PVD)等方式，在第一基板100上形成第一种子层150。

第二步，在第一种子层150上设置光刻胶900，并通过电化学沉积(Electrochemical deposition，ECD)等方式在第一种子层150上形成第一线路层140。

第三步，去除光刻胶900。

第四步，通过蚀刻或者打磨等方式，去除第一基板100上暴露在外的第一种子层150，保留第一基板100和第一线路层140之间的种子层。

第五步，在第一基板100和第一线路层140表面设置光刻胶900，并在光刻胶900上形成至少两个开孔，在此基础上通过物理气相沉积等方式，形成第一线路层140表面的第一种子层150。

第六步，在第一线路层140表面的第一种子层150的基础上，通过电化学沉积等方式在至少两个开孔内形成至少两个第一导电件110。其中，至少两个第一导电件110对应于至少两种不同的高度。这里，可以通过控制开孔的大小和无电镀液的成分等因素，实现不同第一导电件110之间的高度差。

第七步，去除光刻胶900。

第八步，通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition，CVD)等方式，在第一基板100的上表面形成第一绝缘材130。

第九步，通过化学机械抛光(Chemical Mechanical Polishing，CMP)等方式，减小第一绝缘材130的厚度以使较高的第一导电件110(例如图10中位于中央的第一导电件110)的顶端暴露在外。

第十步，通过干蚀刻(Dry etching)等方式，在较低的第一导电件110(例如图10中位于两端的第一导电件110)的上方形成开口，以使较低的第一导电件110的顶端暴露在外，最终得到如图6所示的结构。

如图11所示，该制造方法的第二实施方式包括以下步骤：

第一步，在第一基板100上设置光刻胶900，并通过曝光等方式在光刻胶900上形成至少两个开孔，在此基础上通过物理气相沉积等方式，形成第一基板100表面的第一种子层150。

第二步，通过电化学沉积等方式，在至少两个开孔内形成至少两个第一导电件110。

第三步，去除光刻胶900。

第四步，通过化学气相沉积等方式，在第一基板100的上表面形成第一绝缘材130。

第五步，通过化学机械抛光等方式，减小第一绝缘材130的厚度以使较高的第一导电件110(例如图11中位于中央的第一导电件110)的顶端暴露在外。

第六步，通过干蚀刻等方式，在较低的第一导电件110(例如图11中位于两端的第一导电件110)的上方形成开口，以使较低的第一导电件110的顶端暴露在外，最终得到如图7所示的结构。

本实施例中半导体装置的制造方法能够实现前文描述的半导体装置的技术效果，这里不再赘述。

尽管已参考本公开的特定实施例描述并说明本公开，但这些描述和说明并不限制本公开。所属领域的技术人员可清楚地理解，可进行各种改变，且可在实施例内替代等效元件而不脱离如由所附权利要求书限定的本公开的真实精神和范围。图示可能未必按比例绘制。归因于制造过程中的变量等等，本公开中的技术再现与实际设备之间可能存在区别。可存在未特定说明的本公开的其它实施例。应将说明书和图式视为说明性的，而非限制性的。可作出修改，以使特定情况、材料、物质组成、方法或过程适应于本公开的目标、精神以及范围。所有此些修改都落入在此所附权利要求书的范围内。虽然已参考按特定次序执行的特定操作描述本文中所公开的方法，但应理解，可在不脱离本公开的教示的情况下组合、细分或重新排序这些操作以形成等效方法。因此，除非本文中特别指示，否则操作的次序和分组并不限制本公开。