用于包括通过接合包含覆盖低熔点材料层的非低熔点材料层的两个接合部件而形成的高熔点合金的微电子组件的接合结构以及对应制造方法

摘要

一种微电子组件(10、110、210、310、410)包括：第一衬底(12、112、212、312、412、512、612、712、812、912)，具有第一导电元件(26、126、226、326、426、526、626、726、826、926、1022)；以及第二衬底(14、114、214、314、414)，具有第二导电元件(26、126、226、326、426)。该组件还包括导电合金块(16、116)，接合至第一和第二导电元件(26、126、226、326、426、526、626、726、826、926、1022)，包括第一、第二和第三材料。导电合金块(16、116)的第一和第二材料的熔点均低于合金的熔点。第一材料的浓度从朝向第一导电元件(26、126、226、326、426、526、626、726、826、926、1022)设置的位置处的相对较大量向朝向第二导电元件(26、126、226、326、426)的相对较小量变化，并且第二材料的浓度从朝向第二导电元件(26、126、226、326、426)设置的位置处的相对较大量向朝向第一导电元件(26、126、226、326、426、526、626、726、826、926、1022)的相对较小量变化。通过将具有第一接合部件(30、230、330、430)的第一衬底(12、112、212、312、412、512、612、712、812、912)与具有第二接合部件(40、240、340、440)的第二衬底(14、114、214、314、414)对准来形成微电子组件(10、110、210、310、410)，使得第一(30、230、330、430、1030)和第二(40、240、340、440)接合部件彼此接触，第一接合部件(30、230、330、430、1030)包括邻近第一导电元件(26、126、226、326、426、526、626、726、826、926、1022)的第一材料层(36、536、636、736、836、936)以及上覆第一材料层(36、536、636、736、836、936)的第一保护层(38、538、638、738、838、938)，第二接合部件(40、240、340、440)包括邻近第二导电元件(26)的第二材料层(46)以及上覆第二材料层(46)的第二保护层(48)，并且加热第一(30、230、330、430、1030)和第二(40、240、340、440)接合部件使得第一(36、536、636、736、836、936)和第二(46)材料层的至少部分一起扩散以形成使第一(12、112、212、312、412、512、612、712、812、912)和第二(14、114、214、314、414)衬底彼此接合的合金块(16、116)。可以在第一衬底(12、112、212、312、412、512、612、712、812、912)上形成多个第一导电元件(26、126、226、326、426、526、626、726、826、926、1022)以及在第二衬底(14、114、214、314、414)上形成多个第二导电元件(26、126、226、326、426)，由多个导电合金块(16、116)接合。导电合金块(116)还可以包围并密封内部容积。

说明书

背景技术

封装微电子设备和相关连接部件(诸如中介片等)使用各种结 构来利于与其他封装微电子设备或连接部件的附接，从而形成各种 微电子组件。这种结构可以包括在设备或部件的表面处露出的导电 金属的放大面积形式的接触焊盘。可选地，这种结构可以为金属化 过孔、导电销、柱等的露出端的形式。当与另一设备或部件中的类 似连接部件对准时，可以使用例如导电接合材料(诸如焊料块等) 将连接部件接合到一起。诸如图1A所示焊料块1的焊料块通常被用 于形成这种接合件，因为它们相对较低的熔化温度而容易在结构之 间接合。此外，这种导电接合块可以再加工或回流，允许修复或调 整接合件。

然而，这种接合块的使用可以具有一些缺陷，尤其当被熔化以 在例如接触焊盘等之间形成接合件时，这种接合件会经受横向变形。 这可以在冷却之前的块加宽的过程中显示出来，导致接合件宽于初 始沉积的块。此外，这种加宽会由于接合件的加热而在微电子组件 的正常使用期间增加。因此，如图1C所示，一般接受的是，导电连 接元件(诸如接触焊盘2(图1B)等)之间的最小间隔P等于导电 连接元件2本身的宽度W的1.5倍。此外，由于导电接合块(诸如 焊料等)的宽度直接与其高度相关(由于形成期间的表面张力，其 发生在液态)，所以这种接合件的期望高度越高，宽度越大。这种关 系会仅基于期望的接合高度而需要大接触焊盘2和大间隔P。

对于相对较大接触焊盘2或其他连接部件的需求会导致沿着这 些部件的接合表面3增加凹陷。具体地，当微电子设备或连接部件 的表面通过抛光(通过化学或机械装置)完成时，连接部件会产生 凹面。这种凹面可以在相对较大的部件中增加。这种凹陷会不利地 影响接合强度并且通常是不期望的。

发明内容

本公开的一个方面涉及一种微电子组件，其包括：第一衬底， 具有表面和第一导电元件；以及第二衬底，具有表面和第二导电元 件。该组件还包括接合至第一和第二导电元件的导电合金块。导电 合金块包括第一材料、第二材料和第三材料。第一和第二材料的熔 点均低于合金的熔点。第一材料的浓度从朝向第一导电元件设置的 位置处的相对较大量向朝向第二导电元件的相对较小量变化，并且 第二材料的浓度从朝向第二导电元件设置的位置处的相对较大量向 朝向第一导电元件的相对较小量变化。在一个示例中，第一衬底和 第二衬底中的至少一个为半导体材料或介电材料中的至少一种材 料。

合金块可具有小于5微米的厚度。在又一示例中，合金块具有 小于1微米的厚度。第一材料和第二材料中的至少一种材料的浓度 从相对较大浓度向相对较小浓度单调地变化。第一材料的相对较大 浓度的位置可以与第一导电元件相邻。

第三材料可包括铜、镍、钨、钴、磷、钯、硼、金或银或这些 材料的合金等中的至少一种。第一材料和第二材料中的每一个都可 在未与第三材料合金化的状态下具有小于200摄氏度的熔点。在又 一示例中，第一材料和第二材料中的至少一种材料在未与第三材料 合金化的状态下具有小于50℃的熔点。第一和第二材料可以是低熔 点材料。例如，第一和第二材料可以是从锡、铟和镓中选择的不同 材料。

在一个示例中，第一导电元件可包括块状导体块，导电合金块 上覆块状导体块。第一材料的一部分可扩散到块状导体块中。在另 一示例中，第一导电元件还可以包括上覆块状导体块的阻挡层，导 电合金块可以接合至阻挡层。

第一衬底可以包括半导体和介电材料中的至少一种材料的第一 支持材料层。在这种示例中，支持材料层限定第一衬底的表面，并 且第一导电元件可以是延伸穿过第一支持材料层的一部分并且在第 一表面处露出的金属化过孔。第一导电元件可以限定端面和远离端 面延伸的边缘面，并且边缘面的一部分可以接触过孔内的第一支持 材料层。此外，边缘面的一部分可以在第一支持材料外延伸。在这 种示例中，第二衬底可以包括半导体和介电材料中的至少一种材料 并限定第二元件的表面的第二支持材料。第二导电元件还可以是延 伸穿过第二支持材料层的一部分并在表面处露出的金属化过孔，并 且导电合金块的至少一部分可以设置在第二支持材料层内。

第一导电元件和第二导电元件在与导电合金块的相应接合界面 处均具有小于25微米的宽度。在又一示例中，第一导电元件和第二 导电元件在与导电合金块的相应接合界面处均具有小于3微米的宽 度。

第一元件可包括多个第一导电元件，并且第二元件可包括多个 第二导电元件。在这种示例中，多个导电合金块可以接合在相应的 第一导电元件和第二导电元件之间。在又一示例中，第一导电元件 均具有一宽度，并且第一导电元件在横向上相互隔开的间距小于第 一导电元件的宽度。

第一导电元件可包括在朝向第二元件的方向上延伸的多个毛细 结构，并且导电合金块可以环绕并接合至多个毛细结构中的至少一 些单个的毛细结构。

第一元件可以包括限定第一元件的表面并在横向上延伸的衬 底，且第一导电元件为远离表面延伸的柱的形式。

第一元件还可以包括与第一导电元件电连接的微电子元件。

本公开的另一方面涉及一种微电子组件，包括限定表面的第一 衬底和限定表面的第二衬底。该组件还包括合金块，接合至第一元 件和第二元件的表面。合金块包括第一材料、第二材料和第三材料。 第一材料的浓度从朝向第一元件设置的位置处的相对较大量向朝向 第二元件的相对较小量变化。第二材料的浓度从朝向第二元件设置 的位置处的相对较大量向朝向第一元件的相对较小量变化。合金块 的熔点大于第一材料处于未合金状态的熔点并且大于第二材料处于 未合金状态的熔点。

在一个示例中，导电合金块可环绕在第一元件和第二元件的表 面的对面部分之间限定的内部容积。此外，内部容积被密封。

在另一示例中，第一元件和第二元件可分别包括第一导电元件 和第二导电元件，第一导电元件和第二导电元件限定第一元件和第 二元件的表面的接合至导电合金块的部分。

本发明的另一方面涉及一种用于制造微电子组件的方法。该方 法包括：将第一接合部件与第二接合部件对准，使得第一接合部件 和第二接合部件相互接触。第一接合部件包括在第一元件中，第一 元件具有限定表面和表面处露出的第一导电元件的衬底。第一接合 部件包括与第一导电元件相邻的第一材料层和上覆第一材料层的第 一保护层。第二接合部件包括在第二元件中，第二元件包括限定表 面和在该表面处露出的第二导电元件的衬底。第二接合部件包括与 第二导电元件相邻的第二材料层和上覆第一材料层的第二保护层。 该方法还包括加热第一接合部件和第二接合部件，使得至少第一材 料层和第二材料层一起扩散以形成将第一元件和第二元件相互接合 的合金块。

可以以第一温度执行加热步骤，并且合金块的熔点处于大于第 一温度的第二温度。在加热以进一步形成合金块的步骤期间，第一 保护层和第二保护层与第一材料层和第二材料层一起扩散。可以执 行加热步骤，使得第一接合部件和第二接合部件的温度达到30℃和 200℃之间。在加热步骤之后，导电合金块的熔点在200℃和800℃ 之间。在一个示例中，合金块的熔点比第一或第二材料的熔点大至 少30摄氏度。

第一材料层可包括在加热之前在第二材料层中不存在的至少一 种材料组分。第一保护层和第二保护层可以为类似组成。第一材料 层和第二材料层可以为低熔点材料。在一个示例中，第一和第二低 熔点材料可以是从锡、铟、镓和/或它们的对应合金中选择的不同材 料。第一保护层可以包括铜，并且第二保护层可包括铜、镍、钨、 钴、磷、钯、硼、金、银和/或它们对应的合金中的至少一种。

第一导电元件可包括块状导体层和上覆块状导体层的晶种层。 第一接合部件可接合至晶种层。该方法可进一步包括：通过晶种层 的厚度控制在加热步骤期间温度会升高的第一材料层和第一保护层 的熔点。晶种层可包括铜。在加热步骤期间，晶种层还可以与第一 材料层和第二材料层一起扩散。在又一示例中，在加热期间，第一 材料层的一部分可扩散到块状导体层中。第一导电元件可以包括位 于块状导体层和晶种层之间的阻挡层。在这种示例中，阻挡层可以 防止第一材料在加热步骤期间扩散到块状导体层中。阻挡层可包括 钽、氮化钽、钼、铬-钼、镍、磷、钨、钴、钯、氮化钛、镍磷、钴 磷、钛钨、镍钨或它们的组合中的至少一种。

第一衬底可以是限定第一元件的表面的第一支持材料层，并且 第一导电元件可以是延伸穿过第一支持材料层的一部分的金属化过 孔。在这种示例中，该方法可进一步包括通过在上覆第一元件的表 面的光刻胶层的开口内沉积第一材料层来在金属化过孔之上形成第 一接合部件，开口与金属化过孔对准。形成第一接合部件的步骤还 可以包括：在光刻胶层的开口内沉积第一保护层。

在开口内沉积第一材料层之前，晶种层可以位于第一元件的表 面和光刻胶层之间，并且可以进一步上覆金属化过孔的端面。此外， 可以在开口内的晶种层上覆沉积第一材料层，并且该方法可进一步 包括去除光刻胶层和晶种层的未被第一材料层覆盖的部分。

第一衬底可以是限定第一元件的表面的第一支持材料层，并且 第一导电元件可位于第一支持材料层内的开口中。在这种示例中， 第一导电元件的端面和第一接合部件可以在开口内凹陷，并且将第 一接合部件与第二接合部件对准的步骤可以包括在第一支持材料层 的开口内定位第二接合部件。在又一示例中，第一导电元件的端面 和第一接合部件可以在孔内凹陷，使得第一保护层的外表面基本与 第一支持材料层的表面共面。

本发明的另一方面涉及一种用于制造微电子组件的方法。该方 法包括：将第一元件的表面处露出的第一接合部件与第二元件的表 面处露出的第二接合部件对准，使得第一接合部件和第二接合部件 相互接触。第一元件和第二元件中的每一个元件均包括衬底，并且 第一接合部件包括第一材料层和上覆第一材料层的第一保护层。第 二接合部件包括第二材料层和上覆第二材料层的第二保护层。该方 法进一步包括加热第一接合部件和第二接合部件，使得至少第一材 料层和第二材料层一起扩散以形成将第一元件和第二元件接合到一 起的合金块。在加热之前合金块的熔点高于第一材料层和第二材料 层的熔点。在加热以进一步形成合金块的步骤之前，第一保护层和 第二保护层与第一材料层和第二材料层一起扩散。

第一接合部件可环绕第一元件的表面的区域，第二接合部件可 环绕第二元件的表面的区域。在这种示例中，将第一接合部件与第 二接合部件对准可以在第一接合部件、第二接合部件以及第一元件 和第二元件的表面的被环绕部分内限定容积。此外，加热步骤还可 以使得内部容积变得被导电合金块密封。

第一元件和第二元件分别包括第一导电元件和第二导电元件， 第一导电元件和第二导电元件限定第一元件和第二元件的表面的接 合至接合部件的部分，并且加热步骤可以在第一导电元件和第二导 电元件之间接合合金块。

附图说明

现在将参照附图描述本发明的各个示例。应该理解，这些附图 仅示出了本发明的一些实施例，因此不用于限制其范围。

图1A至图1C示出了与本公开相关的技术中的各种结构；

图2示出了根据本公开一个方面的包括接合形成之前的对应接 合部分的元件；

图3示出了根据本发明一个方面的接合图2的元件的合金块；

图4示出了合金接合块的高度范围内的示例性浓度等级；

图5示出了根据本发明另一方面的包括多个导电元件和相关合 金块的元件；

图6和图7示出了根据本公开的方法的可用于形成合金块的接 合部件；

图8和图9示出了合金块形成方法中的进一步的步骤；

图10至图15示出了根据本公开一个方面的在用于制造接合部 件的方法的各个阶段期间的元件；

图16示出了根据本公开另一方面的组件，其具有相邻衬底的合 金块接合表面和每个衬底内的导电元件；

图17示出了本公开另一方面的组件，其中接合部件可用于形成 利用突出导电元件接合凹陷导电元件的合金块；

图18和图19示出了根据本公开又一方面的组件，其包括图16 和图17的部件的组合；

图20至图24示出了可使用利用表面、导电元件和接合部件之 间的可变关系的接合部件(诸如上面所讨论的)的结构；以及

图25示出了其中具有加强结构的导电元件之上的接合部件。

具体实施方式

参照附图，其中类似的参考标号用于表示类似的部件。图3示 出了根据本公开一个方面的微电子组件10。组件10包括通过合金块 16接合到一起的第一和第二元件。在图3中，其示出了接合图2的 元件的合金块16，第一和第二元件被示为微电子设备的一部分，其 可以是封装微电子元件、中介片、衬底等的形式。例如，第一和第 二元件12和14在图2-图3中被示为包括支持材料层18，其例如可 以是半导体或介电材料层(诸如在中介片结构中、在部分封装微电 子元件中或者在部分半导体裸片中所找到的)。在一个示例中，支持 材料层18可以是半导体材料或介电材料或半导体和介电材料的组合 中的一种，诸如在图2-图3所示的示例中，其中支持材料层18包括 半导体层19，其具有上覆半导体层19的介电层20。在这种示例中， 介电层20可用于绝缘形成在支持材料层18的表面28上的布线或其 他导电部件。

第一和第二元件12和14可以包括导电元件，其可以是导线、 焊盘、柱等。在图2-图3所示示例中，导电元件是金属化过孔22， 其包括至少通向表面28的位于支持材料层18中的开口23内的块状 导电块26。在各个示例中，开口48可以为盲孔，其终止在支持材料 层18内。在其他示例中，开口48可以是完全延伸穿过支持材料层 18的过孔。此外，在支持材料层18包括半导体材料的示例中，绝缘 层可以包括在块状导电层26和支持材料层18之间的开口48内。金 属化过孔22可以被结构化，使得过孔22的端面54在支持材料层18 的表面28处露出。如在本公开中参照衬底所使用的，在衬底的表面 处“露出”导电元件的表述表示：当衬底不与任何其他元件组装时， 导电元件可用于与在垂直于衬底的表面的方向上从衬底外侧朝向衬 底表面移动的理论点接触。因此，位于衬底表面处的端子或其他导 电元件可以从这种表面突出；可以与这种表面平齐；或者可以相对 于这种表面在衬底中的孔或凹部中凹陷。

例如，端面54可以与表面28平齐，或者在表面28下方凹陷。 在另一示例中，金属化过孔22的端面54可定位在表面28的外侧， 使得边缘面56还在支持材料层的表面28处露出。

如上所述，合金块16可以定位在第一元件12和第二元件14之 间以将封装12和14接合到一起。在图3所示示例中，合金块16接 合在金属化过孔22的对面(confronting)端面54之间。在这种示例 中，合金块16可以是导电的，使得过孔22可以机械且电地接合在 一起，从而可以从第一元件12向第二元件14传输电信号等。使用 合金块16的接合类型可用于连接第一元件12(例如为封装微电子元 件的形式)和第二元件14(中介片等的形式，其可以进一步电连接 至用于电子设备或作为部分电子系统的印刷电路板(“PCB”))。在 各个示例中，合金块16可根据结构具有大约1000埃至大约2000埃 之间的高度H，尽管可以具有更大或更小的高度。

合金块16可包括至少三种材料，它们的相应浓度在单个的合金 块16的整个结构中不同。如图4所示，在一个示例中，合金块16 可以包括镓(Ga)、铜(Cu)和铟(In)，并且合金材料内的这些材 料的浓度总体上可以在合金块16的整个结构中不同，至少在第一元 件12和第二元件14之间的方向上。如图4的示图所示，镓的量根 据与第一元件12的距离而变化，其中朝向元件12设置峰值浓度等 级70。在图4的示图所示的具体示例中，合金块16内的镓的峰值浓 度等级70可以位于合金块16和第一元件12的过孔22之间的附接 点处。

图4所示所有材料的浓度等级是示例性的，并且例如可以通过 合金块16连接的元件12和14的结构来影响。通过说明，图4所示 示例性组件10包括过孔22，它们均包括位于块状导体层26和合金 块16之间的阻挡层32。阻挡层32的存在可以防止合金块16中存在 的任何材料扩散到或者以其他方式进入到块状导体层26内。因此， 不具有阻挡层的结构可以在整个合金块16的各个位置处具有不同的 浓度等级，包括在块状导体层26和合金块16之间的接合界面周围。 然而，即使在这种示例中，镓的峰值浓度等级可以位于合金块16和 块状导体层26之间的接合界面内或界面处。

类似地，合金块16内的铟的浓度可以在一般设置为朝向第二元 件14的位置处具有峰值等级74。此外，如上面参照镓的浓度所讨论 的，铟的浓度概况可以偏离图4所示。例如，合金中的铟的浓度可 以在接近第一元件12的点处具有峰值。如上所述，这种概况可以依 赖于各种因素，包括处理温度、处理时间、初始浓度概况、其他处 理条件或者根据组件10的各种结构因素，诸如阻挡层的存在或不存 在。此外，合金块16中包括的材料可以变化。例如，合金块16可 以包括第一材料，如上所述，其可以为诸如镓的低熔点(“LMP”) 材料。一般来说，这种LMP材料具有低于大约250℃的熔点，并且 可以包括镓、锡、铟等。在一些示例中，诸如图4的示例中，其中 合金块16接合在导电过孔之间，第一材料优选为导电材料。

合金块16包括也为LMP材料的第二材料，其还可以为导电材 料，并且可以从任何上面列出的LMP材料中进行选择。在一些示例 中，第一和第二材料优选是不同的LMP材料，诸如如上所述，其中 第一材料为镓，而第二材料为铟。如上所述，合金块16可以包括第 三材料，诸如在图4的示例中为铜。第三材料可以是非LMP材料， 诸如熔点大于约160℃的材料。在一些示例中，第三材料可以具有大 于300℃的熔点。与第一和第二材料一样，第三材料可以是导电材料， 尤其当用于将其他导电部件接合到一起的时候。

当三种材料被扩散到一起时，诸如以类似于图4所示的方式， 合金块16可以具有大于其中找到的两种LMP材料的任一种的熔点。 此外，合金块16的熔点可以沿着其至少一部分小于300℃，使得通 过合金块16形成在第一和第二元件12和14之间的接合可以至少部 分地“再加工”。在一个示例中，在再加工接合件中，合金块16可 以至少部分地通过加热到小于300℃的温度而回流，使得合金块16 的至少一部分熔化，允许元件12和14相对于彼此的部分至少部分 地被调整或者进一步允许元件12和14相互分离。

如图4的示图所示，根据所使用的特定LMP材料层的特性，在 合金块16的形成期间，LMP材料可以远离表面(诸如过孔22的端 面54)迁移。因此，铟的峰值浓度74被示为远离元件14的对应表 面54间隔，其下具有铜的增加等级。注意，在一些示例中，铟的峰 值浓度可以趋于与镓的峰值浓度颠倒。与其相关联的保护层48的增 加厚度可以降低铟或类似材料的迁移并且可以防止这种颠倒。

当用于第一和第二材料的浓度峰值的位置被描述为朝向第一或 第二元件12或14中的任一个“设置”时，这种峰值可以接近期望 朝向设置的元件12或14。例如，图4中镓的浓度峰值70被描述为 朝向第一元件12设置，这可以表示峰值70与第二元件14相比更接 近第一元件12。此外，在这种约定下，第二材料(例如图4中所示 的镓)的峰值浓度74被描述为朝向第二元件14设置，这可以表示 该峰值74与第一元件12相比更接近第二元件14。可选地，朝向元 件12或14中的一个或另一个设置可以表示这种峰值与其他材料的 峰值浓度相比更接近这种元件12或14。例如，在图4的示例中，镓 的峰值浓度70可以认为是朝向第一元件12设置，因为其比铟的峰 值浓度74更接近第一元件，反之亦然。

可选地，材料的峰值浓度是否朝向元件12或14设置可以通过 这种峰值浓度是否在与元件的特定距离(诸如合金块16的整个高度 的百分比距离)内来确定。例如，镓的峰值你浓度70可以被认为是 朝向第一元件12设置，因为其在第一元件12的小于第一元件12和 第二元件14之间的距离(或者分别为第一元件12和第二元件14的 过孔22的端面54之间的距离)的50％的距离内。在又一些示例中， 这种百分比距离可以小于元件12和14之间的总距离的25％，或小 于10％。

如图4进一步所示，第三或非LMP材料也可以具有峰值浓度， 诸如图4的示图所示的铜的峰值浓度72。如图所示，非LMP材料的 峰值浓度72可以位于第一和第二LMP材料(在图4的示例中分别 为镓和铟)的峰值浓度70和74之间。因此，当确定LMP材料的峰 值浓度70或74以相对关系朝向哪个元件12或14设置时，该峰值 浓度70或74可以比另一LMP材料的峰值浓度74或70和非LMP 材料的峰值浓度72更接近该元件12或14。

合金块16内的材料的分布和相对浓度可以通过合金块16利用 其形成在元件12和14之间的方法来影响。根据本公开的一个方面， 在图6至图9中示出了用于制造接合在第一元件12和第二元件14 中的金属化过孔22的对面端面54之间并电连接端面54的合金块16 的方法。在图6中，第一元件12的一部分被示为具有金属化过孔22， 金属化过孔22至少部分地穿过支持层18并在其面板28处露出。阻 挡层32上覆过孔内的块状导体26，并且在该示例中，限定金属化过 孔22的端面54。如上所述，金属化过孔22可以不具有阻挡层，使 得通过块状导体26来限定端面54。块状导体可以是导电金属，诸如 铜、镍、钨或包括这些或其他适当材料的各种合金。如果存在的话， 阻挡层32可以是诸如氮化钽(TaN)、钼、钼-铬等的材料。晶种层 34可以任选地形成在阻挡层和/或块状导体26之上。晶种层可用于 利于在阻挡层32之上形成附加层，例如在特定材料的块状导体26 之上。晶种层还可以用于贡献以该方法或类似方法形成的合金块16 的各种特性，如以下所讨论的。在其他情况下，诸如当块状导体26 是铜且不存在阻挡层时，可以不需要晶种层34。如果存在的话，晶 种层34可以是铜或类似导电金属，并且可以根据以下讨论的标准来 选择。

第一LMP材料36上覆至少块状导体26，其中上述阻挡层32和 /或晶种层34任选地定位在块状导体26和第一LMP材料层36之间。 LMP材料层36可以包括任何上面列出的LMP材料。LMP层36可 以包括单个LMP材料(诸如镓，如上面参照图4所描述的示例)， 或者与诸如铜等的其他金属进行组合。例如，LMP层可以是镓的单 层、镓-铜合金的单层、铟-镓-铜合金的单层或者具有镓和铜的多个 子层、或者预定配置的镓、铜和铟等的一个或多个子层的结构，以 为LMP材料层36给出LMP材料36的期望总体百分比，其还可以 在层36的整个高度中创建LMP材料的梯度浓度等级。如此，如本 文其他地方限定的，LMP材料层本身可以不具有“低”熔点，但是 可以包含本文讨论的一种LMP材料的期望量。

第一保护层38可以上覆第一LMP材料层36并且可以包括与块 状导体26、晶种层34或LMP材料层36中包括的任何非LMP材料 类似的材料。在其他示例中，硒闪光层可用于保护层38。例如，保 护层38可以为LMP材料层34提供针对氧化等或者处理元件12期 间的损伤的保护。如上面参照4进一步讨论的，保护层还可以提供 完成合金块16内的非LMP材料的源的至少一部分。如以下讨论的， 保护层38的厚度，具体为相对于LMP材料层和/或晶种层34的相对 厚度可以影响合金块16形成的后续步骤期间接合部分30的行为。 在一个示例中，保护层38可以具有大约200埃的厚度，尽管可以例 如根据上述标准使用更厚或更薄的保护层38。可以使用电镀、无电 镀、蒸镀、化学气相沉积(“CVD”)等来形成第一接合部分30或任 何其他类型接合部分的各个层。

与第一接合部分30一样，第二接合部分40可以接合至第二元 件14或以其他方式与第二元件14连接。在图7所示示例中，第二 接合部分40上覆至少穿过第二元件14的支持材料层18的一部分的 金属化过孔22的端面54。类似于第一接合部分30，第二接合部分 40可以任选地包括晶种层44，其可以上覆过孔22的块状导体25， 并且过孔22可以任选地包括位于晶种层44和块状导体26之间的阻 挡层42。阻挡层42和晶种层44可以具有与上面参照图6讨论的阻 挡层32和晶种层34类似的结构和类似的组成。

第二接合部分40进一步包括上覆第二元件14的过孔22并且进 一步上覆阻挡层42和晶种层44(当结构中存在的话)的LMP材料 层46。LMP材料层46可以包括上文参照图4讨论的一种LMP材料， 并且可以进一步包括不同于LMP材料层36的LMP材料。例如，如 图4所示，LMP材料可以包括铟。此外，LMP材料46可以包括附 加材料，诸如铜等的导电金属。LMP材料层46内的任何附加非LMP 材料可以以合金的形式与LMP材料混合并且可以包括在LMP材料 层46的多个子层中，其可以被配置为在层46内提供期望的材料浓 度和/或在层46的整个厚度中提供期望的材料梯度。

如图8所示，第一元件12和第二元件14可以被定位为使得相 应的表面29相互面对，并且使得第一接合部分30与第二接合部分 40对准并沿着其保护层38和48相互接触。然后，至少接合部分30 和40可以被加热到预定温度，以使得相应LMP材料层36和46内 的LMP材料熔化并消耗在保护层38和48、晶种层34和44或者在 LMP材料层36和46自身的任何一个中找到的非LMP材料。在这种 加热期间，合金块16可以形成为消耗的非LMP材料变成在LMP材 料的液相中悬浮的固态颗粒并且形成为液体LMP材料混合到一起。 这种混合物将具有针对混合物整体的对应熔点，其将根据组成的百 分比(重量或原子量)而变化，在该点处，非LMP材料也将熔化到 混合物中并且整个系统将处于液相。类似地，诸如镓的LMP材料(其 熔点低于诸如铟的另一LMP材料)可以在其熔点(在镓的示例中为 30℃)之上但是在另一LMP材料的熔点(对于铟来说为大约156℃) 之下消耗另一LMP材料。

在接合部分30和40的一些变型中，可以不需要保护层38或48。 例如，在接合部分30和40的变型中，其中LMP材料36包括LMP 材料和非LMP材料的图案的多个镀层，这些层的最上部可以是保护 的非LMP材料，诸如铜。在其他变型中，LMP材料36或46的组成 可以是梯度合金结构，至少足够的保护材料在其上部附近以取消对 于分别的保护层38和48的需求。在该变型以及可能的其他变型(诸 如保护层是在加热期间蒸发的易失性材料)中，LMP材料层的材料 可以不与任何保护层材料扩散。在其他情况下，保护层可以不是必 须的，诸如当第一和第二元件12和14在具有低氧等级的环境中形 成和组装时或者在可以发生氧化之前形成和组装到一起时。

此外，可以被液体LMP材料消耗的非LMP材料的量随着系统 的温度而变化。即，用于消耗这种系统内的非LMP材料的温度随着 非LMP材料的量的增加而增加。因此，接合部分30和40内的LMP 材料与非LMP材料的比率增加，消耗保护层36和46所要求的温度 增加，因此增加接合部分30和40的对应材料和组成变得充分混合 以形成接合至第一元件12和第二元件14的合金块16所要求的温度。 如图4的示例性示图所示，混合物不需要同质以实现合金块16的形 成，但是至少应该消耗所有的保护层38和48。在一些示例中，合金 块16可以在暴露给禁止(proscribed)温度的10分钟和30分钟之间 的时间之后充分形成。这可以允许合金块16内的材料足够混合为使 得当冷却时，第一和第二元件将接合到一起，并且在图9的组件10 的情况下，相应元件12和14的过孔22电连接到一起。

由于用于合金块16形成所需的温度随着接合部分30和40内包 括的非LMP材料的量而增加，所以该温度(可以称为“接合温度”) 可以通过接合部分30和40中存在的保护层38和48以及任何晶种 层(诸如晶种层34和44)的厚度来控制。通过从上文列出的材料中 选择各种材料并通过调整接合部分30和40内的各种LMP材料和非 LMP材料的相对量，可以在30℃至150℃的范围内实现焊接温度。 在参照图6至图9讨论的示例中，其中第一LMP材料包括铟，第二 LMP材料包括镓，并且晶种层34和44以及保护层38和48为铜， 晶种层的初始厚度可以为30-600nm，镓的第一材料层的初始厚度可 以为100-500nm，并且保护层的初始厚度可以为10-100nm。类似厚 度可用于第二接合部分40。在接合部分30和40的变型中(在LMP 材料层36或46中包括非LMP材料)，这种非LMP材料与LMP材 料的比例还可以影响接合部分30和40的接合温度。

来自接合部分30和40的各个层的材料一起扩散到合金块16产 生具有较高熔点(高于其中包括的LMP材料(诸如上述示例所使用 的镓和铟)的熔点)的结构。此外，一旦合金块16冷却和固化，其 随后的熔点可以高于在其形成中所使用的焊接温度。对于接合部分 30和40内的层的上文列出的材料的各种组合可以使得接合部分30 和40具有在上文给出的范围内的焊接温度，其可以形成具有也在上 文给出的范围内的熔化温度的合金块16。接合部分的特定焊接温度 以及所生成的合金块16的熔化温度可以通过如上所述调整接合部分 30和40的组成的相对比例来控制或调整。换句话说，可以选择非 LMP材料以增加包括非LMP材料和至少一种其他LMP材料的合金 的熔点。

根据各种标准，接合部分30和40的选择性组成可以被设计为 控制其适当的焊接温度和所得到的合金块16的熔化温度。例如，可 以期望其形成可以在可达到的温度处再加工的合金块16而不对相关 元件(诸如元件12或14)的其他部分引起损伤或者甚至不会使得相 同封装10等内的其他接合本身变得再加工。这种标准可以利用相对 较高的LMP材料和非LMP材料组成的比率来实现。类似地，期望 可用于一些接合部分，它们用于形成合金块以具有低焊接温度，使 得它们可以被熔化并接合到一起而不引起已经形成的接合件或接合 回流或受损伤。另一方面，可以期望用于一些合金块16，它们被用 于将元件接合到一起以具有相对较高的熔化温度，使得它们更加耐 受更高温度的应用或者在创建随后的合金块16或组件中的其他接合 件期间不会回流。接合部分30和40可以根据上述标准来制造以实 现这些特性并且在用于形成它们的合金块16中实现这种特性。

如上所述，这种合金块16可用于接合元件，其中元件在其各个 部件处具有多个不同的微电子应用。在上述示例中，合金块16被用 于电且机械地接合元件中的导电过孔22，其中元件可以是中介片、 微电子裸片、封装微电子元件等。虽然只有单个合金块16被示为连 接至每个第一元件12和第二元件14中的对应金属化过孔22，但这 种组件10可以在每一个第一元件和第二元件中包括多个金属化过孔 22，其中对应的合金块16附接在相应的多个过孔22之间。这种过 孔可以以微电子组件或封装微电子设备中使用的任何数量的结构来 配置，诸如以过孔22(例如，隔开最小间距等)的行和列的阵列进 行配置。可以使用本文讨论的类型的合金块来接合类似阵列中的其 他部件，诸如接合焊盘与一个或多个其他导电部件(诸如导线等) 或者导电销或柱(可以上覆接触焊盘并与接合焊盘电连接)等连接。

在其他应用中，这种部件可以与大量焊料或其他接合金属接合， 这要求接合部件之间的最小间距至少为该部件的宽度的1.5倍(如图 1C所示)。如图5所示，上述的接合部分30和40可用于通过在应 用中形成合金块16来接合导电部件，其中导电部件位于具有小于导 电部件本身的宽度的最小间距P的阵列中。此外，在导电部件(形 成有大量导电接合材料)之间具有接合件的组件中，这种焊料、接 合高度或元件之间的间距可以直接与用于这种导电部件所需的宽度 相关。即，较大的接合高度需要导电部件的较大宽度。在使用用于 接合导电部件的前述合金块16的结构中，这种部件可以具有小于6 μm的宽度W，并且在一些情况下小于3μm，接合高度例如大于6μm， 尽管更大的宽度也是可以的。在相应的接合界面处具有减小的宽度 的导电部件的使用还可以产生一种结构，其可以更加可靠地制造为 在导电部件的界面表面处具有较少的凹陷。如图1B所示，与其他接 合结构连接所使用的大接触焊盘2由于形成这种元件的凹陷或其他 步骤而可以沿着表面3显示出凹陷(或者形成凸面)。这会导致降低 接合件可靠性，无论在制造还是使用这种元件期间。

前文示例中讨论的类型的接合部分30和40可以通过图10至图 15所示的方法形成在导电部件上。在该具体示例中，接合部分30 和40被示为形成在至少部分地穿过支持结构18的导电过孔22的端 面54之上。这种元件可以通过在半导体或介电层中形成孔、如果需 要的话涂覆这种孔以及在其中沉积导电金属来制造。这种孔可以是 盲孔，并且可以源于与表面28相对的表面。在这种方法中，在半导 体层19之上沉积介电层20之前，半导体层19可以反转并被蚀刻以 露出过孔的端部，其可以被抛光以露出金属化过孔22的端面54，以 实现图10所示的结构。尽管在图10的封装中仅示出了单个过孔22， 但可以使用类似方法在封装中同时形成多个过孔。还可以使用过孔 形成的其他方法。

如图11所示，如果期望阻挡层32、42和/或晶种层34、44，则 可以在元件12的表面28之上沉积这些层所期望的材料的层32’和 34’。光刻胶层52可以位于表面28之上并且位于元件12上所具有的 任何接合材料层32’或晶种材料层34’之上，并且开口50可以形成或 以其他方式存在于光刻胶层52中，其覆盖过孔22或期望接合部分 30的任何其他位置。根据上述任何组成，LMP材料层36可以沉积 在开口50内，然后保护层38可以沉积在LMP材料层36之上。然 后，可以去除光刻胶层52，在期望位置中在元件12上留下期望数量 的接合部分30。随后，可以剥离掉LMP材料层36外的接合材料层 32’和晶种材料层34’的部分。如图15所示，类似方法可用于在元件 14上制造接合部分40。然后，如上所述，将元件12和14对准并加 热以制造合金块16。类似方法可用于在其他导电部件(诸如焊盘、 柱等)上制造类似的接合部分。

上文讨论的创建用于将元件接合到一起的合金块的类型的接合 部分可在上面讨论的元件的变型中使用，诸如图16所示，其中附接 合金块116被用于在不包括导电部件的表面28的部分处将封装112 和114的支持材料层118接合到一起。如图所示，可以在相同的封 装中使用一些合金块116以接合诸如金属化过孔122的导电元件， 尽管在一些应用中，合金块116可用于仅沿着表面128接合元件112 和114。通过在光刻胶层52内包括不覆盖任何导电部件的开口50， 通过上述相同的方法可以制造接合至表面128的合金块116。在图 16所示的又一变型中，可以沿着表面128在一个或多个横向上延伸 合金块116，使得合金块116可以与表面128的对面部分一起限定内 部容积。在一些应用中，该类型的单个连续合金块116可以完全包 围该内部容积，并且在又一示例中密封该容积。

如图17所示，与上文描述类似的接合部分230和240可以上覆 导电过孔222或者在一个元件212中凹陷并且在另一元件214中从 表面228之上突出的其他部件。在变型中，根据接合部分240在与 过孔222相关联的开口内凹陷的深度，封装212的过孔222可以与 表面228平齐并且只有接合部分230可以从表面228之上突出。在 任意形式中，这种布置可以导致接合部分230和240在组装期间自 对准。一旦接合部分230和240被对准，它们就可以熔化，如上所 述以制造将元件212和214接合到一起的合金块。在图18和图19 示出了这种组件的又一些变型，其中，图18的组件310与图17的 示例相同包括突出和凹陷的过孔22，连同参照图16描述的表面接合 的接合部分330和304一起。如图19所示，这种接合部分430和440 可进一步被用于包括边缘芯片结构462的组件410中。

此外，如图20至图23所示，用于导电部件和相关接合部分的 各种不同结构在上文讨论的框架内都是可能的，在图20至图24中 示出其示例。如图20所示，过孔522的端面524可以凹陷到表面528 下方，使得LMP材料536或546还可以位于表面528下方，保护层 538或548与表面528对准或平齐。在图21的示例中，只有LMP 材料层636或646的部分可以位于表面529下方，剩余部分从其之 上突出，使得保护层538或548位于表面528之上。图22示出了一 种变型，其中接合部分730或740可以沿着LMP材料736或746的 部分呈锥形，使得保护层738或748沿着其部分包括顶点739。图 23示出了一种变型，其中块状导体826的一部分从表面828之上突 出，其中接合部分830或840形成在其上并在表面828之上隔开。 这种结构可用于在元件之间提供更大的间隔，或者创建自对准部件 (如参照图17所讨论的)。在又一可选示例中，图24示出了接合部 分930位于导电柱962上。这种结构可用于与接合至导电焊盘、另 一柱等的另一接合部分连接。

如图25所示，本文所讨论的类型的一个或两个接合部分可以包 括强化结构来帮助接合部分在上述焊接或回流期间保持其形状。在 一个示例中，在图25中，接合部分1030被示为在导电过孔1022的 块状导体上。多个毛细结构1058从金属化过孔1022的块状导体层 1026的端面1054突出。毛细结构1058可以是柔性材料(诸如聚酰 亚胺等)，并且可以是耐热至少达到接合部分1030的预期焊接温度 的材料。毛细结构1058可以在端面1054上隔开，使得接合部分1030 可以与金属化过孔22进行足够的电连接。此外，毛细结构1058可 以具有充分的大小和密度，使得接合部分1030的表面张力在熔化时 保持期望用于接合部分1030和所得合金块的一般成形。因此，接合 部分1030可以通常形成为比不具有毛细元件的类似组成的接合部分 具有更高的接合温度。毛细结构1058的任何柔性可以使得毛细结构 耐受在其组装期间元件之间的压力下的断裂等。毛细结构1058可以 通过在晶种层1034之上沉积聚酰亚胺层、然后将聚酰亚胺层图案化 为毛细结构1058的期望形状和密度并露出晶种层来形成。此外，晶 种层1034的存在可以使得块状导体1022内的金属间结构的形成最 小化。

尽管参照具体实施例进行了描述，但应该理解，这些实施例仅 是本公开的原理和应用的说明。因此，应该理解，可以对所示实施 例进行多种修改并且可以得到其他配置而不背离所附权利要求限定 的本公开的精神和范围。