倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法及结构的制作方法_2

文档序号:8396969阅读:来源:国知局
物在冷端金属焊盘上的形成生长,显著提高全金属间化合物焊点的制作效率;金属间化合物由温度相对较低的冷端向温度相对较高的热端连续生长,可有效避免形成的金属化合物中出现孔洞;金属凸点采用单晶或择优取向金属材料、选择合适的钎料,形成的金属间化合物具有单一晶体取向,从而提高了焊点的力学性能和服役可靠性;有效抑制了钎焊回流过程中在金属间化合物和金属焊盘之间的界面上形成柯肯达尔空洞,提高了焊点的可靠性;形成的全金属间化合物焊点具有较好的热稳定性,可在400°C以上长期可靠服役;采用传统的回流温度进行钎焊,避免对元器件的高温损伤,与现有半导体及封装工艺兼容性好,工艺简单,实现低温互连高温服役。
【附图说明】
[0034]图1为本发明步骤三中形成的组合体结构示意图。
[0035]图2为本发明步骤三中形成的具有第一可焊层的组合体结构示意图。
[0036]图3为本发明制备的全金属间化合物互连焊点结构示意图。
[0037]图4为本发明制备的具有残余相的全金属间化合物互连焊点结构示意图。
[0038]图5为本发明实施例1、2和3条件下金属间化合物生长速率与传统钎焊回流(等温时效)条件下金属间化合物生长速率的对比图。
[0039]附图标记说明:10_芯片;20_第一金属焊盘;22-第一可焊层;24_钎料凸点;30-基板;40第二金属焊盘;42第二可焊层;44焊剂;50金属间化合物;52残余相。
【具体实施方式】
[0040]下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
[0041]实施例1:
[0042]如图2和图3所示,本发明的倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法可以通过下述具体工艺步骤实现:
[0043]步骤一:提供芯片10,在所述芯片10上电镀制备20X30个厚度为10 μπι的Cu第一焊盘20的阵列,在所制得的Cu第一焊盘20上溅射制备Ni/Au第一可焊层22,在所述Ni/Au第一可焊层22上植Sn3.0Ag0.5Cu钎料球并回流制得直径为30 μ m的Sn3.0Ag0.5Cu钎料凸点24 ;提供基板30,在所述基板30上电镀制备20 X 30个厚度为50 μ m的Cu第二金属焊盘40的阵列,在所制得的Cu第二金属焊盘40上化学沉积OSP第二可焊层42 ;
[0044]步骤二:在OSP第二可焊层42的表面涂覆焊剂44 ;
[0045]步骤三:将Sn3.0Ag0.5Cu钎料凸点24和OSP第二可焊层42——对准,并接触放置,形成一个组合体;
[0046]步骤四:加热步骤三形成的组合体并进行钎焊回流,使Cu第一金属焊盘20的温度达到250°C且低于Cu第二金属焊盘40的温度,即在Cu第一金属焊盘20和Cu第二金属焊盘40之间形成20°C /cm的温度梯度,直至Sn3.0Ag0.5Cu钎料凸点24熔化后反应完毕全部转变为Cu-Sn金属间化合物50和Ag3Sn残余相52,制得全金属间化合物互连焊点。
[0047]如图5所示,本实施例中20°C /cm的温度梯度条件下金属间化合物生长速率显著大于传统钎焊回流等温时效条件下的金属间化合物生长速率。
[0048]实施例2:
[0049]如图2和图3所示,本发明的倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法可以通过下述具体工艺步骤实现:
[0050]步骤一:提供芯片10,在所述芯片10上电镀制备20X30个厚度为10 μπι的Cu第一焊盘20的阵列,在所制得的Cu第一焊盘20上溅射制备Ni/Au第一可焊层22,在所述Ni/Au第一可焊层22上植Sn3.0Ag0.5Cu钎料球并回流制得直径为40 μ m的Sn3.0Ag0.5Cu钎料凸点24 ;提供基板30,在所述基板30上电镀制备20 X 30个厚度为50 μ m的Cu第二金属焊盘40的阵列,在所制得的Cu第二金属焊盘40上化学沉积OSP第二可焊层42 ;
[0051]步骤二:在OSP第二可焊层42的表面涂覆焊剂44 ;
[0052]步骤三:将Sn3.0Ag0.5Cu钎料凸点24和OSP第二可焊层42——对准,并接触放置,形成一个组合体;
[0053]步骤四:加热步骤三形成的组合体并进行钎焊回流,使Cu第一金属焊盘20的温度达到250°C且低于Cu第二金属焊盘40的温度,即在Cu第一金属焊盘20和Cu第二金属焊盘40之间形成40°C /cm的温度梯度,直至Sn3.0Ag0.5Cu钎料凸点24熔化后反应完毕全部转变为Cu-Sn金属间化合物50和Ag3Sn残余相52,制得全金属间化合物互连焊点。
[0054]如图5所示,本实施例中40°C /cm的温度梯度条件下金属间化合物生长速率显著大于传统钎焊回流等温时效条件下的金属间化合物生长速率。
[0055]实施例3:
[0056]如图2和图3所示,本发明的倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法可以通过下述具体工艺步骤实现:
[0057]步骤一:提供芯片10,在所述芯片10上电镀制备20X30个厚度为10 μπι的Cu第一焊盘20的阵列,在所制得的Cu第一焊盘20上溅射制备Ni/Au第一可焊层22,在所述Ni/Au第一可焊层22上植Sn3.0Ag0.5Cu钎料球并回流制得直径为50 μ m的Sn3.0Ag0.5Cu钎料凸点24 ;提供基板30,在所述基板30上电镀制备20 X 30个厚度为60 μ m的Cu第二金属焊盘40的阵列,在所制得的Cu第二金属焊盘40上化学沉积OSP第二可焊层42 ;
[0058]步骤二:在OSP第二可焊层42的表面涂覆焊剂44 ;
[0059]步骤三:将Sn3.0Ag0.5Cu钎料凸点24和OSP第二可焊层42——对准,并接触放置,形成一个组合体;
[0060]步骤四:加热步骤三形成的组合体并进行钎焊回流,使Cu第一金属焊盘20的温度达到250°C且低于Cu第二金属焊盘40的温度,即在Cu第一金属焊盘20和Cu第二金属焊盘40之间形成50°C /cm的温度梯度,直至Sn3.0Ag0.5Cu钎料凸点24熔化后反应完毕全部转变为Cu-Sn金属间化合物50和Ag3Sn残余相52,制得全金属间化合物互连焊点。
[0061]如图5所示,本实施例中50°C /cm的温度梯度条件下金属间化合物生长速率显著大于传统钎焊回流等温时效条件下的金属间化合物生长速率。
[0062]实施例4:
[0063]如图1和图3所示,本发明的倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法可以通过下述具体工艺步骤实现:
[0064]步骤一:提供芯片10,在所述芯片10上溅射制备40 X 30个厚度为I μ m的单晶Cu第一焊盘20的阵列,在所制得的单晶Cu第一焊盘20上电镀制备Sn层并回流制得直径为20 ym的Sn钎料凸点24 ;提供基板30,在所述基板30上电镀制备40X30个厚度为30 μm的Cu第二金属焊盘40的阵列,在所制得的Cu第二金属焊盘40上电镀制备Ni/Pd/Au第二可焊层42 ;
[0065]步骤二:在Ni/Pd/Au第二可焊层42的表面涂覆焊剂44 ;
[0066]步骤三:将Sn钎料凸点24和Ni/Pd/Au第二可焊层42——对准,并接触放置,形成一个组合体;
[0067]步骤四:对步骤三形成的组合体进行钎焊回流,使单晶Cu第一金属焊盘20的温度达到280°C且低于Cu第二金属焊盘40的温度,即在单晶Cu第一金属焊盘20和Cu第二金属焊盘40之间形成55°C /cm的温度梯度,直至Sn钎料凸点24熔化后反应完毕全部转变为Cu-Sn金属间化合物50,制得单一取向金属间化合物互连焊点。
[0068]实施例5:
[0069]如图1和图3所示,本发明的倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法可以通过下述具体工艺步骤实现:
[0070]步骤一:提供芯片10,在所述芯片10上电镀制备30X30个厚度为5 μπι的择优取向Cu第一焊盘20的阵列,在所制得的择优取向Cu第一焊盘20上电镀制备In层并回流制得直径为20 μ m的In钎料凸点24 ;提供基板30,在所述基板30上电镀制备30 X 30个厚度为35 μπι的Cu第二金属焊盘40的阵列,在所制得的Cu第二金属焊盘40上电镀制备Au第二可焊层42 ;
[0071]步骤二:在Au第二可焊层42的表面涂覆焊剂44 ;
[0072]步骤三:将In钎料凸点24和Au第二可焊层42 —一对准,并接触放置,形成一个组合体;
[0073]步骤四:对步骤三形成的组合体进行钎焊回流,使择优取向Cu第一金属焊盘20的温度达到200°C且低于Cu第二金属焊盘40的温度,即在择优取向Cu第一金属焊
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