專(zhuān)利名稱：無(wú)焊劑倒裝芯片互連的制作方法
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背景技術(shù)：
發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明總的涉及半導(dǎo)體芯片封裝領(lǐng)域。更具體地，本發(fā)明涉及通過(guò)使用倒裝處理把半導(dǎo)體芯片與基片相接合。
相關(guān)技術(shù)描述傳統(tǒng)上，是將半導(dǎo)體芯片通過(guò)互連導(dǎo)線電連接到基片上的導(dǎo)電條上，此互連導(dǎo)線的一端被焊接在芯片的頂部區(qū)域，另一端焊接在包圍芯片的基片的導(dǎo)電條焊盤(pán)上。這些類(lèi)型的互連導(dǎo)線在空間上不太有效，因?yàn)樾枰杏糜谛酒幕酌婧蛯?dǎo)電條焊盤(pán)周界的面積。為了更有效地利用基片表面和促進(jìn)更小的芯片封裝，曾經(jīng)開(kāi)發(fā)了倒裝互連處理技術(shù)?；旧暇褪前寻雽?dǎo)體芯片的工作表面翻轉(zhuǎn)成面向基片，并把芯片直接焊接到位于工作表面附近的導(dǎo)電條焊盤(pán)上。其結(jié)果能使封裝更緊湊且空間利用更有效。
把翻轉(zhuǎn)的芯片電連接到基片的一個(gè)最成功和有效的方法是利用可控塌陷芯片連接技術(shù)(C4)。

圖1顯示C4處理過(guò)程。首先，如方塊105所示，焊料凸塊一般通過(guò)使用任何次數(shù)的適當(dāng)處理(包括鍍覆和汽相沉積)而被施加到基片的焊盤(pán)上。通常，使用具有低于200℃的熔點(diǎn)的鉛錫焊料。接著，在方塊110，通過(guò)把焊料凸塊加熱到焊料熔點(diǎn)以上的溫度，使得焊料凸塊回流，把焊料凸塊充分打濕覆蓋在它們的各自的焊盤(pán)。通常是把具有高鉛含量的金屬凸塊或凸起物沉積在相應(yīng)的芯片焊盤(pán)上。
在方塊115，焊劑被施加到要被接合的至少一個(gè)表面上。通常，焊劑包括媒液(vehicle)和活化劑。焊劑媒液起到在第二次回流期間把焊料表面與大氣隔離開(kāi)的作用，使焊料很熱和/或熔化時(shí)氧化的風(fēng)險(xiǎn)減到最小。焊劑媒液通常是發(fā)粘的，它提供接合力，以在第二次回流之前，把芯片與基片固定一起?；罨瘎┩ǔＪ怯袡C(jī)酸或無(wú)機(jī)酸，用來(lái)去除在焊料表面上存在的氧化物或表面薄膜，以利于焊料打濕要被接合的金屬面。在方塊120，芯片和基片的焊劑承載表面被放置成在大致對(duì)準(zhǔn)地互相接觸。
接著，如方塊125所示，通過(guò)把芯片和基片封裝加熱到焊料熔點(diǎn)以上的溫度而進(jìn)行第二次回流。熔化的焊料凸塊打濕相應(yīng)的金屬凸塊，熔化的焊料的表面張力使得金屬凸塊自對(duì)準(zhǔn)每個(gè)相應(yīng)的基片焊盤(pán)。新形成的互連點(diǎn)然后被冷卻，使得焊料凝固。
在方塊130所示的去焊劑操作中，從芯片和基片封裝上去除任何焊劑或焊劑殘余物。這個(gè)操作通常包括用溶劑清洗該封裝，以去除焊劑殘余物。也可以規(guī)定一個(gè)互連后烘烤周期，以揮發(fā)任何剩余的溶劑或低沸點(diǎn)的焊劑成分。
環(huán)氧樹(shù)脂底層填料被加到芯片的工作表面和基片的上表面之間以包圍和支撐焊料互連。底層填料大大地增加了封裝互連的可靠性和抗疲勞性。底層填料有助于發(fā)熱誘發(fā)的應(yīng)變所引起的應(yīng)力分布更均勻，這種應(yīng)變是由于在芯片與基片的整個(gè)表面上芯片與基片之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)的差別所造成的。如果在互連的芯片與基片之間的縫隙沒(méi)有被底層填充，則應(yīng)力將由相對(duì)較薄的焊料互連承載，這常常造成封裝過(guò)早出現(xiàn)故障。然而，為了正確地執(zhí)行底層填充，必須很好地接合芯片和基片表面。即使焊劑殘余物的薄膜也會(huì)造成接合面的過(guò)早的層剝離，最后導(dǎo)致一個(gè)或多個(gè)互連故障。因此，使用C4技術(shù)的重大的挑戰(zhàn)之一是從封裝上完全去除所有的焊劑殘余物。當(dāng)芯片與基片之間的縫隙的厚度減小時(shí)，這變得特別麻煩。
總的生產(chǎn)時(shí)間(TPT)，或制作一個(gè)焊接好的芯片所花費(fèi)的時(shí)間，主要受從保護(hù)焊劑去除殘余物(這是特別費(fèi)時(shí)的)所需要時(shí)間的影響。例如，化學(xué)去焊劑可能花費(fèi)幾分鐘，而后烘烤去除任何剩余的焊劑或溶劑殘余物可能花費(fèi)幾小時(shí)。已開(kāi)發(fā)了在高溫下完全揮發(fā)的焊劑。然而，因?yàn)樵贑4處理過(guò)程中需要焊劑在回流之前把芯片和基片粘在一起，只有其揮發(fā)溫度處在或高于焊料熔點(diǎn)的那些焊劑才適用于C4處理過(guò)程。然而，芯片與基片之間的縫隙厚度較薄與焊劑高的揮發(fā)溫度一起，使得在回流處理過(guò)程期間，或在隨后的以略低于焊料熔化溫度的后烘烤操作中，通過(guò)沸騰去除所有的焊劑殘余物成為很困難，甚至不可能。由于揮發(fā)焊劑需要很長(zhǎng)的后烘烤時(shí)間和去焊劑操作，所以不可能大幅度降低TPT。
附圖簡(jiǎn)述在附圖中以例子說(shuō)明本發(fā)明，而不是只限于這些例子，在圖上，相同的標(biāo)號(hào)是指相似的元件，其中圖1表示對(duì)于使用C4接合處理創(chuàng)建倒裝接合一般所需要的操作的圖2顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所用的接合處理過(guò)程的方框圖。
圖3顯示被施加到基片的粘接焊盤(pán)上并回流的焊料凸塊，以及涂有貴金屬帽的基于銅的金屬凸塊，此帽是加在芯片上表面的接合焊盤(pán)上。
圖4a-c顯示在互連處理過(guò)程期間進(jìn)行各種操作時(shí)的芯片與基片。
圖5提供在本發(fā)明的實(shí)施例中可利用的接合周期圖。
圖6A是芯片/基片的封裝圖，其中基片包含一個(gè)針柵陣列。
圖6B是從實(shí)驗(yàn)中得出的圖，表示按照本發(fā)明的實(shí)施例執(zhí)行芯片互連處理過(guò)程期間，在芯片和基片上的幾個(gè)位置所觀察到的溫度。
發(fā)明詳細(xì)描述本發(fā)明描述了不使用焊劑而把芯片互連到基片的倒裝方法。通過(guò)使用熱壓縮接合器(或類(lèi)似裝備的設(shè)備)，使焊料凸塊在回流之前通過(guò)接觸壓力保持芯片和相關(guān)基片大致對(duì)準(zhǔn)，因而在焊料凸塊回流之前不必使用焊劑來(lái)把芯片與基片接合在一起。因此，通過(guò)在高溫接合處理過(guò)程中使用抗氧化貴金屬的金屬帽來(lái)保護(hù)金屬凸塊(或凸起物)，可以完全不使用焊劑。其優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)消除費(fèi)時(shí)的去焊劑和烘烤周期，TPT可以大大地減小。使用熱壓縮接合器來(lái)執(zhí)行接合操作，與使用爐子提供用于焊料回流所必須的熱量的現(xiàn)有技術(shù)的C4接合相比較，可進(jìn)一步減小TPT。另外，有可能進(jìn)一步增加芯片與基片表面的底層填充接合的整體性，以獲得具有更高的抗疲勞性和更長(zhǎng)的預(yù)期壽命的芯片封裝。
圖2是顯示按照本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例所用的接合處理過(guò)程的方框圖。首先，如方塊205所示的，焊料通常被施加到基片的上表面的接合焊盤(pán)上，雖然在替換的實(shí)施例中，焊料也可以被施加到芯片(管心)的接合焊盤(pán)上。焊料可以通過(guò)使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何數(shù)目的適當(dāng)?shù)募夹g(shù)(包括但不限于汽相沉積和電鍍)被施加到接合焊盤(pán)上。在施加焊料后，基片被施加熱到超過(guò)焊料的熔點(diǎn)，使得焊料回流(如方塊210所示)，以利于完全打濕接合焊盤(pán)。在優(yōu)選實(shí)施例中，規(guī)定了具有約221℃的熔點(diǎn)的96.5％錫/3.5％銀的易熔焊料，雖然也可以利用任何數(shù)目的適當(dāng)?shù)暮噶匣旌衔铩Ｗ罾硐胧菬o(wú)鉛焊料，以消除由鉛造成的潛在的環(huán)境問(wèn)題。
通常，如方塊215所示，金屬凸塊被施加到芯片的接合焊盤(pán)上，但在替換的實(shí)施例中，金屬凸塊也可被施加到基片上。金屬凸塊可以通過(guò)使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的各種方法(包括但不限于，汽相沉積，鍍覆和導(dǎo)線成塊(wire bumping))被施加到接合焊盤(pán)上。最理想是選擇具有良好電性能的凸塊金屬。傳統(tǒng)上，在慣用的C4倒裝接合處理過(guò)程中利用了抗氧化的、基于鉛的凸塊金屬，諸如97％鉛/3％錫合金?；阢U的凸塊金屬和使用該物質(zhì)的焊料，在慣用的C4處理過(guò)程中，在加熱爐溫度逐漸上升和保持時(shí)間期間，可提供必要的抗氧化性，特別是在使用焊劑時(shí)。但是，以鉛為主的凸塊金屬的電性能比較差，尚有很大的改進(jìn)余地。在本發(fā)明的實(shí)施例中，逐漸上升和保持時(shí)間是相當(dāng)短的(每秒逐漸上升100度以及1-5秒保持時(shí)間)；因此，產(chǎn)生嚴(yán)重氧化的可能性非常之小，所以在金屬凸塊中可以利用具有極佳電性能的更具活性的底金屬。在該優(yōu)選實(shí)施例中，指明用銅基金屬凸塊。
為了幫助確保金屬凸塊表面在焊料回流和接合之前保持不被氧化，給金屬凸塊的接合面配上一個(gè)金屬帽，如方塊220所示。金屬帽通常由在100到300℃的高溫下具有良好的抗氧化性的金屬或金屬合金組成。合適的金屬包括貴金屬，諸如鉑，銥，金和鈀。最好金屬還具有不錯(cuò)的電性能。金屬帽可以通過(guò)使用本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的多種方法(包括鍍覆和汽相沉積)被施加到金屬凸塊上。圖3顯示被施加到基片315的接合焊盤(pán)310并被回流的焊料凸塊305。也顯示了被施加到芯片325的上表面的接合焊盤(pán)335的銅基底金屬凸塊320。金屬凸塊320在它的一部分表面覆蓋以鈀金屬帽330，防止在芯片互連處理過(guò)程期間銅的氧化。
參照?qǐng)D2的方塊225，芯片320由熱壓縮接合器頭托起并與基片315對(duì)準(zhǔn)。圖4A上顯示了與金屬凸起物的芯片對(duì)準(zhǔn)的帶焊料凸起物的基片315。熱壓縮接合器是在芯片封裝操作中經(jīng)常使用的設(shè)備，它具有通過(guò)臺(tái)板405和移動(dòng)頭410提供熱和壓力的能力。因?yàn)樵诒景l(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中，由熱壓縮接合器施加的壓力被用來(lái)在回流之前使得芯片與基片保持在一起，所以，與現(xiàn)有技術(shù)的C4處理過(guò)程不同，不必采用焊劑來(lái)在回流之前使得芯片與基片保持在一起。在該優(yōu)選實(shí)施例中，熱壓縮接合器的下部的臺(tái)板405裝備有臺(tái)板加熱器，這樣，臺(tái)板405可被保持在室溫與焊料凸塊的熔化溫度之間的一個(gè)中間溫度。在該優(yōu)選實(shí)施例中，下部的臺(tái)板405被保持在約135℃的溫度。同樣地，頭部410可保持在一個(gè)中間溫度，通常在30到100℃之間。頭部410可包括內(nèi)部加熱元件，或如圖4A所示利用能夠快速加熱(例如，大于每秒25℃)的脈沖加熱工具415。
接著，在方塊230，開(kāi)始互連周期。首先，如圖4B所示，讓覆蓋著芯片325的基底金屬凸塊320的帽金屬與基片315的相應(yīng)的焊料凸塊305相接觸，并施加壓力。在方塊235，脈沖加熱工具415被快速地加熱到遠(yuǎn)高于焊料凸塊305的熔點(diǎn)的溫度。圖5顯示在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中采用的接合周期。線540代表在該周期期間某個(gè)時(shí)間脈沖加熱工具340的溫度。線545是一條壓力曲線，表示在某個(gè)時(shí)間施加到金屬凸塊與焊料凸塊之間的交界面的力總量。如以上討論的，開(kāi)始時(shí)脈沖加熱工具被保持在一個(gè)中間溫度，例如30℃。芯片在時(shí)刻525由熱壓縮接合器頭托起。芯片與基片對(duì)準(zhǔn)，而且使芯片與基片相接觸，并在時(shí)刻530左右施施加壓力。通常，根據(jù)芯片的尺寸和要被作出的倒裝連接的數(shù)目，施加2到5公斤的力。此后不久，脈沖加熱工具被通電，并被快速加熱到它的保持溫度。在優(yōu)選實(shí)施例中，規(guī)定了約100℃的加熱速率。峰值保持溫度515通常是約250到400℃，它取決于幾個(gè)因素，包括芯片厚度，芯片的熱傳導(dǎo)率，以及焊料凸塊305的熔點(diǎn)和想要的回流溫度。通常，一個(gè)溫度梯度將在芯片上形成，使得與焊料凸塊305的交界面處的溫度小于與脈沖加熱工具415的交界面處的溫度。因此，脈沖加熱工具415的保持溫度515通常大于焊料凸塊305的回流溫度。在時(shí)刻550或其前后，在芯片與基片之間的交界面處達(dá)到焊料的熔化溫度，而且不再需要壓力來(lái)將芯片與基片保持在一起，因?yàn)楹噶贤箟K開(kāi)始熔化并打濕金屬凸塊。因此，加到芯片的力被釋放，使得施加的壓力減小到零，正如壓力曲線545所表示的。在脈沖加熱工具保持在溫度515時(shí)，焊料凸塊成為完全熔化和回流。芯片上的金屬凸塊被打濕，連同熔化的焊料的表面張力一起，將有助于促進(jìn)芯片與基片的自對(duì)準(zhǔn)，其間芯片作小量必要的橫向移動(dòng)，使得所有的互連的平均有效表面張力最小。脈沖加熱工具被保持在溫度515很短的時(shí)間間隔，通常1到5秒，在這之后，脈沖加熱工具340斷電，焊料凸塊很快地重新固化。一旦脈沖加熱工具達(dá)到溫度510(在該優(yōu)選實(shí)施例中約為200℃)已接合的芯片與基片就從熱壓縮接合器處取下，讓接合器空出來(lái)執(zhí)行另一個(gè)芯片接合。圖4C顯示互連的芯片與基片，其中焊料凸塊已變形并打濕了金屬凸塊的帶帽的表面。
不像回流是在爐子中進(jìn)行的C4那樣，這里金屬凸塊和焊料被暴露在高溫中的總的時(shí)間是非常短的。因此，對(duì)于優(yōu)選的錫和銀焊料凸塊幾乎沒(méi)有時(shí)間發(fā)生嚴(yán)重的氧化。另外，在高的互連溫度下，在抗氧化金屬帽上不會(huì)形成阻止焊料打濕凸塊金屬的氧化物。
正如上面提到的，在優(yōu)選實(shí)施例中，利用96.5％錫/3.5％銀焊料來(lái)形成焊料凸塊。這個(gè)焊料具有約221℃的熔點(diǎn)，需要至少比熔點(diǎn)大幾度的回流溫度。正如以上討論的，諸如C4那樣的現(xiàn)有技術(shù)方法通常利用基于鉛的焊料(諸如37％鉛63％錫)，它具有小于190℃的熔點(diǎn)。較低的熔點(diǎn)的焊料當(dāng)通過(guò)使用C4處理來(lái)把芯片接合到裝有管腳的基片時(shí)是特別需要的，因?yàn)槌^(guò)210℃的溫度會(huì)造成管腳焊料的軟化(典型的焊料是，95％錫5％銻，它在232℃左右開(kāi)始熔化)，導(dǎo)致管腳的移動(dòng)。本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例中使用96.5％錫/3.5％銀焊料，使管腳焊料的溫度不超過(guò)200℃。在高端的芯片與脈沖加熱工具交界面和低端的臺(tái)板與基片交界面之間的溫度梯度在脈沖加熱工具通電的短時(shí)間內(nèi)決沒(méi)有機(jī)會(huì)達(dá)到平衡。圖6A是芯片/基片封裝圖，其中基片包括針柵陣列(PGA)。PGA的管腳620通過(guò)管腳焊料620被固定就位。圖6B是從實(shí)驗(yàn)中得出的圖，表示在按照本發(fā)明的實(shí)施例執(zhí)行的芯片接合期間，在芯片和基片上的幾個(gè)位置觀察到的溫度。沿水平軸列出的溫度表示在芯片接合區(qū)域605的中心處的溫度。應(yīng)當(dāng)指出，優(yōu)選的焊料的熔化和回流通常發(fā)生在220和225℃之間的溫度。上部線表示在基片的針柵陣列面的中心處的相應(yīng)溫度。底部線表示在基片的針柵陣列列面的邊緣處相應(yīng)的溫度。如圖6B所示，在基片的針柵陣列面上的溫度從未超過(guò)165℃，而同時(shí)達(dá)到和超過(guò)了焊料凸塊的熔化溫度，這有利于回流和接合。
回過(guò)來(lái)參照?qǐng)D2，在芯片與基片之間的縫隙通常以環(huán)氧樹(shù)脂作底層填充，以便顯著增加互連的耐久性，環(huán)境抵抗性，和疲勞強(qiáng)度，如方塊240所示。使用現(xiàn)有的C4處理過(guò)程，在芯片與基片之間存在的任何焊劑殘余物需要在去焊劑操作中被去除，這通常要用溶劑清洗。而且，也許要進(jìn)行烘烤周期，來(lái)“燒掉”任何剩余的殘余物。可以理解，執(zhí)行這些操作要耗費(fèi)大量的時(shí)間并大大增加芯片/基片互連的TPT。通過(guò)使用不用焊劑的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案，可以消除去焊劑和烘烤操作，從而可以大大地減小TPT。
替換實(shí)施例在以上的描述中，為了說(shuō)明起見(jiàn)而闡述了許多具體細(xì)節(jié)，以便對(duì)本發(fā)明有透徹的了解。詳細(xì)的說(shuō)明和這里討論的實(shí)施例并不是要限制如權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的范圍。相反，權(quán)利要求的各種實(shí)施例包含著權(quán)利要求書(shū)語(yǔ)言的全部?jī)?nèi)容。因此，可以不用這里提供的某些具體的細(xì)節(jié)而實(shí)施本發(fā)明。
例如，以上主要藉助于使用熱壓縮接合器的倒裝接合處理過(guò)程來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例?？梢韵胂蟮剑梢允褂闷渌O(shè)備來(lái)完成權(quán)利要求書(shū)的界定的內(nèi)容，這對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。同樣，雖然該處理過(guò)程是藉助于使用96.5％錫/3.5％銀焊料的示例性實(shí)施例來(lái)描述的，但可考慮有其他適用的焊料。在優(yōu)選實(shí)施例中，一旦焊料凸塊開(kāi)始熔化，相對(duì)于基片施加到芯片的壓力就被撤除，然而，可考慮有替換的實(shí)施例，其中在互連處理中至少保持對(duì)于芯片的某些壓力。此外，在其他備選實(shí)施例中，可考慮把揮發(fā)溫度低于焊料熔化溫度的免清洗焊劑的薄涂層加到焊料凸塊上，以便在加熱期間從焊料凸塊去除任何氧化物。免清洗焊劑在完成芯片接合之前被完全蒸發(fā)掉，因而不需要任何后續(xù)的去焊劑或烘烤操作。在至今為止描述的實(shí)施例中，金屬凸塊被施加到芯片表面上，而焊料凸塊被施加到基片上，但是，也可以把金屬和焊料凸塊的放置顛倒過(guò)來(lái)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括把基片與相應(yīng)的芯片對(duì)準(zhǔn)，基片具有相對(duì)的第一和第二基片表面，第一基片表面具有多個(gè)被附著在其上的焊料凸塊，焊料凸塊具有熔化溫度，芯片具有相對(duì)的第一和第二芯片表面，第一芯片表面具有被附著在其上的金屬凸起物，金屬凸起物至少部分地覆蓋有金屬帽，金屬凸起物主要包括第一金屬，金屬帽主要包括第二金屬；使得多個(gè)焊料凸塊與多個(gè)隆起金屬凸起物互相接觸；以及把多個(gè)焊料凸塊加熱到大于熔化溫度的第一溫度，以熔化多個(gè)焊料凸塊。
2.權(quán)利要求1的方法，其中使得多個(gè)焊料凸塊與多個(gè)隆起金屬凸起物互相接觸還包括施加接觸力。
3.權(quán)利要求2的方法，其中在所述把多個(gè)焊料凸塊加熱到第一溫度期間，一旦多個(gè)焊料凸塊開(kāi)始熔化，接觸力就被釋放。
4.權(quán)利要求1的方法，其中把多個(gè)焊料凸塊加熱到第一溫度包括通過(guò)把第二芯片表面固定裝置快速加熱到第二溫度而產(chǎn)生在芯片上的溫度梯度，第二溫度比起第一溫度大得多。
5.權(quán)利要求4的方法，其中完成所述快速加熱第二芯片表面的熱量是通過(guò)與第二芯片表面相接觸的加熱器而提供的。
6.權(quán)利要求4的方法，其中當(dāng)多個(gè)焊料凸塊處在第一溫度時(shí)，在第二基片表面處的第三溫度大大低于第一溫度。
7.權(quán)利要求1的方法，還包括將多個(gè)焊料凸塊在等于或大于第一溫度的溫度下保持一段時(shí)間。
8.權(quán)利要求1的方法，其中第二金屬是在高溫下抗氧化的金屬或金屬合金。
9.權(quán)利要求1的方法，其中多個(gè)焊料凸塊由無(wú)鉛焊料組成。
10.權(quán)利要求4的方法，其中快速加熱第二芯片表面到第二溫度是通過(guò)使用每秒超過(guò)50℃的加熱速率完成的。
11.一種方法，包括把基片或芯片放置在第一固定裝置中，在基片或芯片上沉積多個(gè)焊料凸塊，焊料凸塊具有在第一溫度的熔點(diǎn)，第一固定裝置被保持在低于第一溫度的第二溫度，把基片或芯片的另一個(gè)放置在第二固定裝置中，在基片或芯片的另一個(gè)上附著多個(gè)主要由第一金屬組成的金屬凸起物，多個(gè)金屬凸起物的每一個(gè)至少部分地覆蓋有金屬帽，金屬帽主要包括第二金屬；通過(guò)使第一和第二固定裝置之一或二者朝向彼此移動(dòng)，而使得多個(gè)焊料凸塊與多個(gè)隆起金屬凸起物互相接觸；快速加熱與第一或第二固定裝置相連的加熱器，從第三溫度加熱到第四溫度，第三溫度低于第一溫度，以及第四溫度高于第一溫度；將加熱器保持在大約第四溫度或高于第四溫度下，直至多個(gè)焊料凸塊熔化和打濕每個(gè)金屬凸起物的金屬帽的至少一部分為止。
12.權(quán)利要求11的方法，其中加熱器以及第一和第二固定裝置包括熱壓縮接合器。
13.權(quán)利要求11的方法，其中在基片上沉積多個(gè)焊料凸塊，以及在芯片上附著多個(gè)金屬凸起物。
14.權(quán)利要求11的方法，其中脈沖加熱工具在大約1與5秒之間的一段時(shí)間內(nèi)保持在第四溫度。
15.權(quán)利要求11的方法，其中使得多個(gè)焊料凸塊與多個(gè)金屬凸起物互相接觸還包括施加接觸力，以使多個(gè)焊料凸塊與多個(gè)金屬凸起物保持互相接觸。
16.接合芯片與基片的倒裝芯片方法，包括把金屬凸起物施加到芯片的工作表面上的電互連焊盤(pán)上，芯片具有與工作表面相對(duì)的第二表面，金屬凸起物包括第一金屬以及具有一表面，其中包括抗氧化金屬或金屬合金的金屬帽覆蓋該表面的至少一部分；把無(wú)鉛焊料凸塊施加到基片的上表面上的電互連焊盤(pán)上，基片也具有與上表面相對(duì)的底部表面，焊料凸塊具有熔化溫度，熔化溫度處在200-400℃的范圍內(nèi)；把基片的底部表面放置在熱壓縮接合器的臺(tái)板上，臺(tái)板被保持在小于熔化溫度的第一溫度，第一溫度處在70-190℃的范圍內(nèi)；把芯片的第二表面附著到熱壓縮接合器的頭部，頭部包含一個(gè)加熱器，該頭部被保持在第二溫度，第二溫度低于120℃；把焊料凸塊大致對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的金屬凸起物；降低該頭部或升高該臺(tái)板，使得焊料凸塊與金屬凸起物相接觸；施加接觸力，以將焊料凸塊與相應(yīng)的金屬凸起物保持在一起；快速增加加熱器的溫度到第三溫度，直至基片的上表面達(dá)到第四溫度為止，第三溫度處在250-400℃的范圍內(nèi)，第四溫度大于熔化溫度；以及將上表面在第四溫度下保持一段時(shí)間。
17.權(quán)利要求16的方法，還包括在焊料凸塊開(kāi)始熔化后，但在這段時(shí)間間隔消逝之前，釋放接觸力。
18.權(quán)利要求16的方法，還包括在所述一段時(shí)間結(jié)束和焊料凸塊固化之后，從熱壓縮接合器上取下互連的芯片與基片封裝件。
19.權(quán)利要求16的方法，其中焊料凸塊由基于錫主的焊料組成。
20.一種方法，包括把多個(gè)金屬凸起物施加到芯片的芯片表面上，多個(gè)金屬凸起物主要包括第一金屬；以及至少部分地用金屬帽覆蓋多個(gè)金屬凸起物，金屬帽主要包括第二金屬。
21.權(quán)利要求20的方法，其中金屬凸起物被施加到位于芯片表面上的電接合焊盤(pán)上。
22.權(quán)利要求20的方法，其中第二金屬在175與250℃之間的高溫下抗氧化。
23.權(quán)利要求20的方法，其中第一金屬是銅。
全文摘要
本發(fā)明描述了接合芯片與基片的倒裝芯片方法。熱壓縮接合器被用來(lái)對(duì)準(zhǔn)芯片與基片，并施加一個(gè)接觸力以將基片上的焊料凸塊與芯片上的金屬凸塊保持在一起。芯片由接合器頭中的脈沖加熱器從它的非工作面進(jìn)行快速加熱直至達(dá)到焊料凸塊的回流溫度為止。在接近達(dá)到焊料凸塊的回流溫度時(shí)，接觸力被釋放。焊料被保持在高于它的回流溫度幾秒鐘，以利于基片的金屬凸起物打濕和接合。由諸如鈀等貴金屬組成的金屬帽被施加到金屬凸塊的表面，以防止金屬凸塊(它通常包括高導(dǎo)電的和高活性的金屬，諸如銅)正好在回流操作之前和期間在高溫下氧化。
文檔編號(hào)H01L23/485GK1513206SQ02810933
公開(kāi)日2004年7月14日 申請(qǐng)日期2002年2月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月28日
發(fā)明者J·庫(kù)波塔, J 庫(kù)波塔, K·塔卡哈施, ü 申請(qǐng)人:英特爾公司