Au第二可焊层42 —一对准，并接触放置，形成一个组合体；
[0115]步骤四:加热步骤三形成的组合体并进行钎焊回流，使单晶Ni第一金属焊盘20的温度达到200°C且低于Ni第二金属焊盘40的温度，在单晶Ni第一金属焊盘20和Ni第二金属焊盘40之间形成170°C /cm的温度梯度，直至In钎料凸点24熔化后反应完毕全部转变为N1-1n金属间化合物50，制得单一取向金属间化合物互连焊点。
[0116]实施例13:
[0117]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:
[0118]步骤一:提供芯片10，在所述芯片10上蒸镀制备50X50个厚度为2 ym的Ag第一焊盘20的阵列，在所制得的Ag第一焊盘20上电镀Sn并回流制得直径为5 μπι的Sn钎料凸点24 ;提供基板30，在所述基板30上电镀制备50 X 50个厚度为20 μ m的Ag第二金属焊盘40的阵列，在所制得的Ag第二金属焊盘40上电镀制备Pd/Au第二可焊层42 ;
[0119]步骤二:在Pd/Au第二可焊层42的表面涂覆焊剂44 ；
[0120]步骤三:将Sn钎料凸点24和Pd/Au第二可焊层42——对准，并接触放置，形成一个组合体；
[0121]步骤四:加热步骤三形成的组合体并进行钎焊回流，使Ag第一金属焊盘20的温度达到260°C且低于Ag第二金属焊盘40的温度，即在Ag第一金属焊盘20和Ag第二金属焊盘40之间形成175°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Ag-Sn金属间化合物50，制得全金属间化合物互连焊点。
[0122]实施例14:
[0123]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:
[0124]步骤一:提供芯片10，在所述芯片10上溅射制备50X50个厚度为1.5 μπι的单晶Ni第一焊盘20的阵列，在所制得的单晶Ni第一焊盘20上电镀Sn并回流制得直径为5 ym的Sn钎料凸点24 ;提供基板30，在所述基板30上溅射制备50 X 50个厚度为10 μ m的Ni第二金属焊盘40的阵列，在所制得的Ni第二金属焊盘40上溅射制备Ag第二可焊层42 ;
[0125]步骤二:在Ag第二可焊层42的表面涂覆焊剂44 ；
[0126]步骤三:将Sn钎料凸点24和Ag第二可焊层42 —一对准，并接触放置，形成一个组合体；
[0127]步骤四:加热步骤三形成的组合体并进行钎焊回流，使单晶Ni第一金属焊盘20的温度达到260°C且低于Ni第二金属焊盘40的温度，在单晶Ni第一金属焊盘20和Ni第二金属焊盘40之间形成200°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Ni3Sn4金属间化合物50，制得单一取向金属间化合物互连焊点。
[0128]对比例1:
[0129]本对比例中，第一焊盘采用Cu，设定钎焊回流的温度为250°C，未形成温度梯度，即在传统钎焊回流(等温时效)条件下进行反应，其它步骤、材料和工艺条件等均与实施例1相同，如图2和图3所示，最终制得全金属间化合物互连焊点。
[0130]本对比例的金属间化合物生长速率如图5中250°C等温时效曲线图所示。
[0131]上述实施例是对本发明所作的进一步详细说明，并不用以限制本发明，所用材料和工艺条件仅限于上述实施例，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法，其特征在于包括以下步骤: 步骤一:提供芯片(10)，所述芯片(10)上采用电镀、溅射、气相沉积或蒸镀制备至少一个第一金属焊盘(20)，所述第一金属焊盘(20)上采用电镀、溅射、气相沉积、蒸镀或植球后再回流制备钎料凸点(24);提供基板(30)，所述基板(30)上采用电镀或溅射制备至少一个第二金属焊盘(40)，所述第二金属焊盘(40)上采用电镀、溅射或化学沉积制备第二可焊层(42)； 所述第一金属焊盘(20)和第二金属焊盘(40)具有相同的材质和相同的排布图形； 所述第二可焊层(42)的材质不同于所述第二金属焊盘(40)的材质； 步骤二:第二可焊层(42)的表面涂覆焊剂(44); 步骤三:将钎料凸点(24)和第二可焊层(42) —一对准，并接触放置，形成一个组合体； 步骤四:对步骤三形成的组合体加热至所需温度下进行钎焊回流，并使第一金属焊盘(20)的温度低于第二金属焊盘(40)的温度，即在第一金属焊盘(20)和第二金属焊盘(40)之间形成温度梯度，直至钎料凸点(24)熔化后发生钎焊反应全部转变为金属间化合物(50)； 所述温度梯度定义为Λ T/Λ d，所述Λ T为第二金属焊盘(40)上表面与第一金属焊盘(20)下表面之间的温度差，所述△(!为第二金属焊盘(40)上表面与第一金属焊盘(20)下表面之间的距离； 所述金属间化合物(50)在第一金属焊盘(20)上形成生长； 所述第一金属焊盘(20)和第二金属焊盘(40)在钎焊反应后仍有剩余。
2.根据权利要求1所述的一种倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法，其特征在于，所述温度梯度不小于20°C /cm。
3.根据权利要求1所述的一种倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法，其特征在于，所述温度梯度的范围是20?200°C /cm。
4.根据权利要求1-3任一所述的一种倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法，其特征在于，所述第一金属焊盘(20)为单晶或具有择优取向， 所述第一金属焊盘(20)为单晶或择优取向Cu时，钎料凸点(24)为Sn、In或SnCu中的一种； 所述第一金属焊盘(20)为单晶或择优取向Ni时，钎料凸点(24)为Sn或In中的一种； 所述第一金属焊盘(20)为单晶或择优取向Ag时，钎料凸点(24)为Sn、In、SnAg或InAg中的一种。
5.根据权利要求1-3任一所述的一种倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法，其特征在于，所述第一金属焊盘(20)和钎料凸点(24)之间包含采用电镀、溅射、气相沉积或蒸镀制备的第一可焊层(22)，所述第一可焊层的材质不同于所述第一金属焊盘(20)的材质。
6.根据权利要求1-3任一所述的一种倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法，其特征在于，所述金属间化合物(50)内包括残余相(52)。
7.根据权利要求5所述的一种倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法，其特征在于，所述金属间化合物(50)内包括残余相(52)。
8.根据权利要求6所述的一种倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法，其特征在于，所述残余相(52)包括Ag3Sn、富Pb相或富Bi相。
9.根据权利要求7所述的一种倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法，其特征在于，所述残余相(52)包括Ag3Sn、富Pb相或富Bi相。
10.权利要求4所述制备方法制备的倒装芯片用全金属间化合物互连焊点结构，包括芯片(10)和位于所述芯片(10)上的至少一个第一金属焊盘(20)，基板(30)和位于所述基板(30)上的至少一个第二金属焊盘(40)，其特征在于，所述第一金属焊盘(20)为单晶或具有择优取向，所述第一金属焊盘(20)和第二金属焊盘(40)通过金属间化合物(50)连接，所述金属间化合物(50)沿所述温度梯度的方向具有单一取向。
【专利摘要】一种倒装芯片用全金属间化合物互连焊点的制备方法及结构，在芯片上制备第一金属焊盘、第一可焊层和钎料凸点，在基板上制备第二金属焊盘和第二可焊层，在第二可焊层的表面涂覆焊剂，将钎料凸点和第二金属焊盘一一对准、接触放置，形成一个组合体，对该组合体加热至所需温度下进行钎焊回流，在第一金属焊盘和第二金属焊盘之间形成温度梯度ΔT/Δd，直至钎料凸点熔化后发生钎焊反应全部转变为金属间化合物。本发明在钎焊回流时形成温度梯度，加速了金属间化合物的生长速率，提高了全金属间化合物互连焊点的制备效率；与半导体和封装技术工艺兼容性好，金属间化合物具有择优取向和热稳定性，提高了焊点的力学性能和服役可靠性，实现低温互连高温服役。
【IPC分类】H01L33-62, H01L21-60, H01L23-488
【公开号】CN104716058
【申请号】CN201510068044
【发明人】赵宁, 黄明亮, 钟毅, 马海涛, 刘亚伟, 黄斐斐
【申请人】大连理工大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年2月9日