專利名稱：用于高溫應(yīng)用的焊料凸點(diǎn)/凸點(diǎn)下金屬結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開內(nèi)容大體上涉及電子產(chǎn)品封裝，并且更具體地，涉及其上形成有焊并?；蚧ミB凸點(diǎn)的凸點(diǎn)下金屬層(under bump metallurgy, UBM )。
背景技術(shù)：
用于筒化IC的封裝和互連的利用焊沖+凸點(diǎn)陣列集成電^各(IC) 封裝(例如倒裝芯片裝配、芯片級封裝、以及球柵陣列結(jié)構(gòu))的表面安裝技術(shù)在半導(dǎo)體工業(yè)中是/>知的，該IC例如是包括發(fā)光二相—管(LED)的IC。通常， 一系列形成在IC封裝的表面上或其他一于 底表面上的環(huán)狀(如前文所述，或三維的半J求形)焊;扦凸點(diǎn)與形成 于其中的有源器件或無源器件接觸或貼附在這些襯底上。然后將這 樣的焊料凸點(diǎn)與形成在第二襯底上的相應(yīng)圖案中的焊盤對齊，其中 第一襯底^皮安裝在第二襯底上。前述的焊津牛凸點(diǎn)通常形成在半導(dǎo)體 晶片(例如Si或GaAs)上，該半導(dǎo)體晶片例如是硅襯底(silicon submount)或其他襯底。通常，在晶片的上表面上形成絕《彖層或鈍 化層，以及一系列暴露的導(dǎo)電焊盤(稱為1/0焊盤)可通過形成在 4屯化層中的通孔。通常，每一個(gè)焊料凸點(diǎn)都形成在i/o焊盤的頂部，其通常由鋁敷鍍金屬形成，但是也可以使用其他金屬諸如銅，在一些情況下也 可以使用金。在形成焊料凸點(diǎn)的過程中，通常首先在器件敷鍍金屬之上形成UBM的結(jié)構(gòu)，而焊料凸點(diǎn)隨后形成在該UBM結(jié)構(gòu)頂部 上。利用焊料凸點(diǎn)的器件的熱性能會受到焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)耐熱性的 限制，該焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括焊料凸點(diǎn)及其所結(jié)合的UBM結(jié)構(gòu)。更 具體地，常規(guī)的焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)不能在高溫(例如接近或高于250°C ) 下進(jìn)行令人滿意的操作，這通常是由于焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的不希望的 擴(kuò)散和/或其他不希望的熱性能。由于熱穩(wěn)定性和/或性能不足，現(xiàn)有的焊料凸點(diǎn)接頭不能夠承受 在高功率器件中通常存在的相當(dāng)高的操作溫度。而且，現(xiàn)有的高溫 焊料含有污染與焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)相連的電子器件的其他部分的金屬。 例如，在LED器件中，這才羊的污染物的擴(kuò)散會不希望;也改變發(fā)光的顏色。此外，裝置的長期連續(xù)使用會導(dǎo)致焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的熱不穩(wěn)定 性，甚至是在較低的溫度下也會這樣，這取決于所〗吏用的材料。即 使認(rèn)為現(xiàn)有的焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)在低溫操作中是熱穩(wěn)定的，由于其在更 高溫度下缺少足夠的穩(wěn)定性和/或性能，因此也不能轉(zhuǎn)用于高溫應(yīng)用。因此，需要一種改進(jìn)的焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其熱穩(wěn)定性更高且在較 高溫度纟喿作下具有更好的性能，并且能夠用于操作溫度為約250°C 或更高的電子產(chǎn)品封裝(例如LEDIC封裝)中的互連應(yīng)用。


為了更加完整地理解本發(fā)明披露內(nèi)容，現(xiàn)參照以下附圖進(jìn)行描 述，其中，在所有附圖中相同的標(biāo)號代表相同的部件圖1至圖5圖示說明了利用鍍覆形成的UBM結(jié)構(gòu)。圖6至圖9圖示i兌明了利用濺射沉積和鍍覆形成的UBM結(jié)構(gòu)。圖10和圖11圖示i兌明了在器件#丈鍍金屬(device metallization ) 上經(jīng)由濺射形成的UBM結(jié)構(gòu)。圖12圖示說明了具有焊料凸點(diǎn)的焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該焊料凸點(diǎn) 形成在UBM結(jié)構(gòu)上。本文中的舉例說明示出了特定的實(shí)施方式，而這樣的實(shí)施方式 不是要以任何方式限制本發(fā)明。
具體實(shí)施方式
以下i兌明書和附圖"i兌明了足以讓本4頁i或:技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍?文所描述的結(jié)構(gòu)和方法的特定實(shí)施方式。其4也實(shí)施方式可結(jié)合結(jié) 構(gòu)、方法和其他改變。實(shí)施例〗又僅代表可能的變型。本發(fā)明公開內(nèi)容提供了具有形成在支持UBM結(jié)構(gòu)上的焊料凸 點(diǎn)(或由除下文所描述的焊4'牛之外的材料構(gòu)成的凸點(diǎn))的互連凸點(diǎn) 結(jié)構(gòu)。如以下的若干個(gè)實(shí)施方式所述，與現(xiàn)有的焊津+凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)相比， 該互連或焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)通常具有改善的熱穩(wěn)定性，并且還能夠在 250°C或更高，更優(yōu)選高于300°C的操作溫度下進(jìn)行較長時(shí)間的操 作。該焊^1"凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)利用多層UBM結(jié)構(gòu)，該UBM結(jié)構(gòu)能夠4氐抗 不希望的擴(kuò)散并保護(hù)器件敷鍍金屬，同時(shí)提供該焊料與器件敷鍍金 屬之間的良好附著/結(jié)合。在選擇用于UBM結(jié)構(gòu)的各層的材料時(shí)， 希望所選擇的材料提供能夠抵抗不期望的擴(kuò)散的 一個(gè)或多個(gè)層，其 中擴(kuò)散會導(dǎo)致有缺陷的互連。在第一實(shí)施方式中，UBM結(jié)構(gòu)包括Ni-P層、Pd-P層和金層。 Ni-P層和Pd-P層作為擴(kuò)散屏障層和/或可焊接/可粘結(jié)層。上面的金 層作為保護(hù)層以防止下面的金屬在凸點(diǎn)貼附過程之前被氧化。在第二實(shí)施方式中，UBM結(jié)構(gòu)包括Ni-P層和金層。Ni-P層作 為擴(kuò)散屏障層和/或可焊接/可粘結(jié)層。上面的金層作為保護(hù)層。在第三實(shí)施方式中，UBM結(jié)構(gòu)包括(i)具有良好導(dǎo)電性和附 著力的金屬薄層(例如鈦、鋁、或Ti/W合金)；(ii)屏障金屬層(例 如NiV、 W、 Ti、 Pt、 Ti/W合金或Ti/W/N合金)，其作為屏障金屬位于屏障金屬層上的額外金屬層(例如Pd-P、 Ni-P、 NiV或Au)。 可替代地，可以具有位于屏障金屬層之上的金屬或合金第二額外 層?？梢岳蒙鲜隽谐龅挠糜谛纬善琳辖饘賹拥牟牧现械?一種來形 成該第二額外層。上面的金層作為保護(hù)層。在UBM結(jié)構(gòu)上形成的互連凸點(diǎn)或焊津+凸點(diǎn)可由以下材津+中的 一種或多種形成PbSbGa、 PbSb、 AuGe、 AuSi、 AuSn、 ZnAl、 CdAg、 GeAl、 Au、 Ag、 Pd、 Pb、 Ge、 Sn、 Si、 Zn、 Al或前述材料的組合。 作為焊料凸點(diǎn)的一種可替代材料，在其他實(shí)施方式中，金或4艮凸點(diǎn) 可以位于本文中描述的與這樣的金或銀材料的應(yīng)用相容的任意的 UBM金屬或合金之上。應(yīng)該注意到，在上述的可焊一妾/可粘結(jié)處，所指的(一個(gè)或多個(gè)) 層適合于焊接以及金屬線粘結(jié)。這些表面即使是在焊接凸點(diǎn)的高溫 組裝后也仍適合金屬線粘結(jié)。UBM結(jié)構(gòu)的形成UBM結(jié)構(gòu)通常以晶片級形成在器件或石圭^)"底(silicon submount)或其他襯底敷鍍金屬之上。大多數(shù)器件的敷鍍金屬通常 為鋁，盡管也可以使用其他金屬，例如銅，以及4支少用的金。UBM 結(jié)構(gòu)可以是多層的，且可以包括個(gè)別的粘附層、催化劑層、屏障層、 可焊接/可粘結(jié)層、表面保護(hù)層、和/或具有這些特性的組合的層。UBM結(jié)構(gòu)可以是例如通過薄膜金屬賊射法或通過浸漬、化學(xué) 鍍、或電解法，或通過濺射和鍍覆的組合而形成的。盡管本文中所 描述的特定實(shí)施方式利用鍍覆和濺射，但用于在UBM結(jié)構(gòu)中形成 一個(gè)或多個(gè)層的其他適合的制造方法(例如蒸發(fā)、印刷等)也可以 使用。利用4S^形成UBM結(jié)構(gòu)以下描述利用鍍覆技術(shù)形成UBM結(jié)構(gòu)的五個(gè)不同的、非限制 性的實(shí)施例。在每一個(gè)實(shí)施例中，最初經(jīng)由浸漬鍍將催化劑薄層沉 積在器件敷鍍金屬的表面上。應(yīng)注意，在圖1至圖5中，為了簡化 圖示i兌明，未示出UBM結(jié)構(gòu)的犧4生金屬層和^M匕劑層。以下的實(shí) 施例為示意性實(shí)施例。實(shí)施例1參見圖1 ， UBM結(jié)構(gòu)200的初始層形成在器件201的敷鍍金屬 表面202上，其中敷鍍金屬表面通常為鋁或銅。出于舉例說明的目 的，示出了 一個(gè)具有圍繞的4屯化層203的器件H鍍金屬表面202的 1/0焊盤。該初始層是犧4生金屬或催化劑的薄層，其經(jīng)由浸漬鍍而沉積在 敷鍍金屬表面202上。如果器件具有鋁敷鍍金屬，則沉積的金屬是鋅(犧牲金屬層)。如果器件敷鍍金屬是銅，則沉積的金屬是把(用 于進(jìn)一步鍍覆的催化劑)。應(yīng)該注意到，本發(fā)明公開內(nèi)容中提到將Pd用作催化劑，在最 終的UBM結(jié)構(gòu)中Pd仍為一非常薄的層。然而，本發(fā)明公開內(nèi)~容中 才是到將鋅用作犧牲層，在最終的UBM結(jié)構(gòu)中基本不存在Zn層。而 且，當(dāng)將襯底/晶片放進(jìn)入化學(xué)鍍Ni鍍槽中時(shí)，Zn立即被溶解并 回到溶液中，隨即鎳鍍開始。鋅層最適合被描述為用于保護(hù)鋁不被 氧化的犧牲層。在Ni槽中將Zn層除去后，就暴露出干凈的(未被 氧化)的Al。 Ni能夠鍍在干凈的Al上，卻不能鍍在#:氧化的Al 上。在沉積金屬催化劑層或犧牲層之后，形成含P的鎳-磷(Ni-P ) 合金的層204。該合金中含P的范圍為按重量計(jì)約1-16%,且更優(yōu) 選的范圍為約7-9%，并且可經(jīng)由4匕學(xué)鍍方法來;兄積。在一些'清況 下，合金中P的百分比可以小于1%。 Ni-P沉積物的厚度范圍為 0.1-50微米，且更優(yōu)選地為1-5樣i米的范圍。在Ni-P沉積之后，經(jīng) 由浸漬鍍方法沉積4巴金屬催化劑薄層(未示出)。接著，形成釔-磷(Pd-P)合金的層206。該合金中含P的范圍 為約0.1-10%，且更優(yōu)選的范圍為約0.1-5%,并且可經(jīng)由化學(xué)鍍方 法來沉積。Pd-P沉積物的厚度范圍為約0.1-50微米，且更優(yōu)選地 為0.1-5微米的范圍。這里的層204和層206提供了金屬合金疊層 (stack )。在Pd-P沉積之后，經(jīng)由浸漬鍍方法鍍覆金層208。金層的厚度 范圍是0.02-3.0微米，且更優(yōu)選的范圍是0.05-0.1微米。UBM結(jié)構(gòu)200的Ni-P和Pd-P層(204, 206 )可起到屏障層或 可焊接/可粘結(jié)層的作用，或這些層可以提供這些功能的組合，這取決于層的厚度。金層208起到保護(hù)層或可焊接/可粘結(jié)層的作用，這 取決于層的厚度。催化劑層(未示出)可以在各隨后的層的沉積中起到輔助作用， 并且盡管催化劑層相對較薄，^旦它們的具體厚度可以才艮據(jù)沉積設(shè) 備、技術(shù)、工藝參數(shù)以及所使用的材料質(zhì)量而變化，其中所使用的 材料質(zhì)量可根據(jù)設(shè)備制造商而有所不同。可替代地，可以在Ni-P 沉積后不沉積4巴金屬催化劑的情況下實(shí)施上述程序，因?yàn)椴鹏迵?jù)所4吏 用的條件和材料的質(zhì)量，可以在Ni-P層的之上直接形成適合的Pd-P 沉積層。實(shí)施例2如圖2所示，4要照實(shí)施例1中所述的考呈序形成UBM結(jié)構(gòu)300， 在沉積薄的犧牲層或催化劑層之后，實(shí)施Ni-P沉積，并實(shí)施Au層 沉積步鳥聚，^f旦省去Pd-P層沉積步驟。這才羊，在Ni-P層204沉積后， 經(jīng)由浸漬鍍方法沉積金層208。金層208的厚度范圍是0.02-3.0農(nóng)t 米，且更優(yōu)選的范圍是0.05-0.U敞米。在該實(shí)施方式中，Ni-P層可 起到屏障層或可焊接/可粘結(jié)層的作用，或提供這些功能的組合。金 起到保護(hù)層或可焊接/可粘結(jié)層的作用，這取決于層的厚度。實(shí)施例3該實(shí)施例僅適用于具有Cu敷鍍金屬的器件。首先將鈀金屬催 化劑沉積在Cu表面上(如上述實(shí)施例所述)，然后經(jīng)由化學(xué)鍍方法 沉積P范圍按重量計(jì)為0.1-10 %且更優(yōu)選0.1-5%的Pd-P層402， 乂人 而形成圖3中示出的UBM結(jié)構(gòu)400。 Pd-P層402的厚度范圍是 0.1-5(H斂米，且更優(yōu)選的范圍是0.1-5孩史米。在沉積Pd-P層之后，利用浸漬鍍方法沉積金層404。該金層的 厚度范圍為0.02-3微米，且更優(yōu)選的范圍是0.05-0.1微米。在該實(shí) 施例中，Pd-P層起到屏障層和可焊接/可粘結(jié)層的作用。Au層起到 保護(hù)層的作用。實(shí)施例4如圖4所示，4安照上述實(shí)施例3簡單地形成UBM結(jié)構(gòu)500。 在該實(shí)施例中，在Pd-P層402上沒有沉積其他的層。在該實(shí)施例 中，Pd-P層起到屏障層和可焊接/可粘結(jié)層的作用，因?yàn)镻d-P不像 Ni-P那樣容易被氧化。實(shí)施例5如圖5所示，4要上述實(shí)施例1形成UBM結(jié)構(gòu)600,然后經(jīng)由 化學(xué)鍍方法在第一 Ni-P層204之上沉積第二 Ni-P層602。不同于 第一層204的P的百分比，該第二Ni-P層602的P的百分比范圍 可以是按重量計(jì)1-16%,而更優(yōu)選的范圍是1-6%。第二Ni-P層602 的厚度范圍為0.1-50微米，且更優(yōu)選為l-5微米的范圍。在沉積第 二 Ni-P層602后，經(jīng)由浸漬鍍方法沉積金層604。該Au層604的 厚度范圍是0.02-3微米，且更優(yōu)選為0.02-0.10微米的范圍。在該 實(shí)施方式中，該第一Ni-P層204起到屏障層的作用。第二Ni-P層 602起到屏障層和可焊4妄層的作用。Au層604起到保護(hù)層的作用。利用'濺射沉積和lt:覆形成UBM結(jié)構(gòu)以下描述了"i午多利用濺射沉積和鍍覆才支術(shù)形成UBM結(jié)構(gòu)的非 限制性實(shí)施例。在每一實(shí)施例中，開始時(shí)將具有良好導(dǎo)電性和粘附 力的金屬薄層經(jīng)由濺射沉積工藝沉積在器件敷鍍金屬的表面上。這 樣的金屬的實(shí)例包括鈦、鋁和TiW合金。接著，將金屬沉積在導(dǎo)電金屬薄層之上，該金屬優(yōu)選起到屏障 金屬的作用并且選擇其以與所選擇的焊沖+合金是可潤濕的。這樣的金屬的實(shí)例包括NiV、 W、 Ti、 Pt、 Ti/W合金以及Ti/W/N合金。 在金屬(例如NiV)迅速氧化的情況下，可以可選地沉積保護(hù)層以 防止氧化，然后在隨后的層沉積之前除去該^f呆護(hù)層。然后可在屏障金屬上沉積諸如Pd-P、 Ni-P，或NiV,或TiW 的金屬合金。在上述沉積之前，可以可選地在該屏障金屬上沉積一 薄犧牲層或催化劑層以促進(jìn)金屬合金的沉積，這取決于所使用的合 金的類型。最后，沉積金層或4艮層。應(yīng)該注意到，對于以下某些實(shí) 施例(例如實(shí)施例IO和實(shí)施例17),前述的一些步驟可以省略。實(shí)施例6如圖6所示，通過最初在器件敷鍍金屬202的表面上進(jìn)行賊射 沉積而沉積鈥金屬的薄粘附層802而形成UBM結(jié)構(gòu)800。該器件 l丈鍍金屬202通常為鋁、銅、或金。接著，將起到屏障金屬作用的鎳釩屏障層804濺射在粘附層 802上。然而，NiV層804在暴露于空氣之后會迅速^皮氧化，從而 有可能使得難以蝕刻材料并形成圖案。這樣，可利用可選的保護(hù)層 (未示出)來防止NiV材料的氧化。例如，可利用濺射沉積而沉積 鋁薄層。在NiV表面上鍍金屬之前可爿尋鋁層除去?？蛇x地，在沉積NiV層804之后，或除去鋁之后(如果利用鋁 層來防止氧化)，可經(jīng)由浸漬鍍方法在該NiV層804之上沉積釔金 屬催化劑薄層(未示出)。接著，經(jīng)由化學(xué)鍍方法沉積鈀-磷(Pd-P) 合金層806 (如果使用的話，沉積在4巴金屬催化劑上，如果不1"吏用 催化劑，則沉積在NiV層之上)，其中P的范圍為按重量計(jì)0.1 -10 % ， 更優(yōu)選0.1-5%。 Pd-P沉積物的厚度優(yōu)選為在0.1-5孩i米之間。隨后，經(jīng)由浸漬鍍方法鍍覆金層808。該金層的厚度范圍為 0.02-3.0樣t米，且優(yōu)選在0.05-0.10樣i米之間。在該實(shí)施方式中，NiV層804和Pd-P層806能夠起到屏障層 和/或可焊接層的作用，這取決于層的厚度。金層808起到保護(hù)層的作用。實(shí)施例7除了在上述初始金屬沉積步驟中使用起到粘附層作用的鋁層 替代層802中的鈥之外，根據(jù)實(shí)施例6的步驟形成類似于結(jié)構(gòu)800 的UBM結(jié)構(gòu)。實(shí)施例8除了使用鎢層替代屏障金屬沉積步驟中的NiV層804之外，根 據(jù)實(shí)施例6或?qū)嵤├?的步艱《形成類似、于結(jié)構(gòu)800的UBM結(jié)構(gòu)。實(shí)施例9除了使用鈥作為粘附層802和屏障層804之外，根據(jù)實(shí)施例6 的步驟形成類似于結(jié)構(gòu)800的UBM結(jié)構(gòu)。實(shí)施例10如圖7所示，利用上述實(shí)施例6中的初始金屬沉積、屏障金屬 沉積、可選的保護(hù)層沉積、以及金層沉積步驟來形成UBM結(jié)構(gòu)900。 經(jīng)由浸漬鍍方法將金層808沉積在NiV層804之上(注意，在該實(shí) 施例中Pd-P層806被省略)。Au層808的厚度范圍為0.02-3.0孩i米， 且優(yōu)選在l-2孩i米之間。在該實(shí)施方式中，NiV層804起到屏障層和/或可焊接層的作用。Au層808起到保護(hù)層或可焊接/可粘結(jié)層的 作用，這取決于該層的厚度。實(shí)施例11如圖8所示，開始在根據(jù)實(shí)施例6中的初始金屬沉積步驟之后 形成UBM結(jié)構(gòu)1000，其中鈥層802被沉積在敷鍍金屬層202上。 之后，經(jīng)由濺射法將鴒(W)層1002沉積在鈥層802上。在沉積 W層1002之后，經(jīng)由化學(xué)鍍方法沉積鎳-磷(Ni-P)層1004，其中 P范圍為1-16 %，且優(yōu)選在7-9%之間。M-P層1004的厚度范圍為 0.1 -50樣i米，JU尤選在1 -5孩吏米之間。在Ni-P沉積之后，經(jīng)由浸漬 鍍方法鍍覆金層808。該金層808的厚度范圍為0.02-3.0微米，且 優(yōu)選在0.02-0.10樣i米之間。實(shí)施例12除了用濺射的NiV層替代實(shí)施例11的Ni-P層1004之外，類 似于實(shí)施例11的UBM結(jié)構(gòu)1000形成UBM結(jié)構(gòu)。實(shí)施例13除了用濺射的Ti/W合金層替代實(shí)施例11的W層1002之外， 類似、于實(shí)施例11的UBM結(jié)構(gòu)1000形成UBM結(jié)構(gòu)。實(shí)施例14除了用濺射的Ti/W/N合金層替代實(shí)施例11的W層1002之外， 類似于實(shí)施例11的UBM結(jié)構(gòu)1000形成UBM結(jié)構(gòu)。實(shí)施例15除了用賊射的Ti/W合金層替代實(shí)施例11的W層1002 (在屏 障金屬沉積步驟中)，以及用濺射的NiV合金層替代Ni-P層1004 (在合金沉積步驟中)之外，類似于實(shí)施例11的UBM結(jié)構(gòu)1000形成UBM結(jié)構(gòu)。實(shí)施例16除了用濺射的Ti/W/N合金層替代實(shí)施例11的W層1002 (在 屏障金屬沉積步驟中)，以及用濺射的NiV合金層替代Ni-P層1004 (在合金沉積步驟中)之外，類似于實(shí)施例11的UBM結(jié)構(gòu)1000形成UBM結(jié)構(gòu)。實(shí)施例17如圖9所示，通過在器件#1鍍金屬202上初始沉積4太層802, 然后經(jīng)由化學(xué)4度或浸漬鍍沉積金層808而形成UBM結(jié)構(gòu)1100。該 Au層808的厚度范圍可以是例如約0.02-3微米。在該實(shí)施方式中， 鈦層802起到粘附層和屏障層的作用。金層808起到保護(hù)層或可焊 4妄層的作用，這取決于該層的厚度。實(shí)施例6至實(shí)施例17中的單獨(dú)賊射的金屬/合金層的厚度范圍 可以例如為約0.01-1微米，這取決于所需的功能。人們希望的是， 該厚度應(yīng)該在保證-使與應(yīng)力有關(guān)的剝離或裂縫最小化的同時(shí)足以 形成良好的屏障。作為在上述實(shí)施例中描述的化學(xué)鍍和浸漬鍍方法的一種-#^^ 方法，可以經(jīng)由電解法來實(shí)施鍍^隻?！截皩W(xué)鍍和或浸漬鍍可以通過電 解法鍍覆來實(shí)施。對于化學(xué)鍍的合金，僅鍍覆了合金的金屬組分(例 如Ni或Pd )(即，沒有鍍覆磷合金化元素)。電解鍍覆法不需要催化劑層。也可以*齊 性地利用電解方法來鍍覆實(shí)施例6至實(shí)施例17 中描述的濺射的Ti和W層。實(shí)施例18如圖10所示，經(jīng)由濺射在器件的銅或鋁敷鍍金屬202的表面 上形成UBM結(jié)構(gòu)1200。具體地，濺射金屬的第一層1202是厚度 范圍為約50-10,000埃的TiW合金。賊射金屬的第二層1204是厚度 范圍為約50-10,000埃的Ti/W/N合金。賊射金屬的第三層1206是 厚度范圍為約50-10,000埃的TiW合金。濺射金屬的第四層1208 是厚度范圍為約50-10,000埃的Au。實(shí)施例19除了不使用UBM結(jié)構(gòu)1200的第一層TiW合金1202之外，該UBM結(jié)構(gòu)類似、于實(shí)施例18。實(shí)施<列20除了不使用UBM結(jié)構(gòu)1200的第三層TiW合金1206之外，該UBM結(jié)構(gòu)類々乂于實(shí)施例18。實(shí)施例21除了不使用UBM結(jié)構(gòu)1200的第一層和第三層TiW合金(1202, 1206 )之外，該UBM結(jié)構(gòu)類^f以于實(shí)施例18。實(shí)施例22除了不使用UBM結(jié)構(gòu)1200的第二層Ti/W/N合金和第三層 TiW合金(1204， 1206)之夕卜，該UBM結(jié)構(gòu)類似于實(shí)施例18。實(shí)施例23
如圖11所示，形成具有器件敷鍍金屬金層1302的UBM結(jié)構(gòu) 1300。在結(jié)構(gòu)1300的形成過程中，在器件#1鍍金屬層1302之上濺 射金層1304。層1304的厚度范圍例如為約50-10,000埃。
實(shí)施例24
形成類似于UBM結(jié)構(gòu)1300的UBM結(jié)構(gòu)，其中在器件敷鍍金 屬層1302之上沒有濺射金屬。器件#1鍍金屬層1302本身作為UBM 結(jié)構(gòu)，之后在其上形成焊料凸點(diǎn)。
實(shí)施例25
形成類似于實(shí)施例23的UBM結(jié)構(gòu)1300的UBM結(jié)構(gòu)， <旦是 在濺射層1304之后，利用如化學(xué)鍍、浸漬鍍、或電解法將另外的 金層(未示出)鍍覆在層1304之上，厚度為約0.5-15(M效米之間。
焊料凸點(diǎn)的形成
UBM結(jié)構(gòu)形成后，才艮據(jù)前述實(shí)施例中的一個(gè)或才艮據(jù)其他適合 的制造方法，在該UBM結(jié)構(gòu)上形成互連凸點(diǎn)(例如焊料凸點(diǎn))。該 焊#+凸點(diǎn)以晶片級形成并通過例如回流(reflow)法或鍍覆法而附 著于該UBM結(jié)構(gòu)。圖12提供了焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)1400的一般說明。 盡管之后的實(shí)施例描述了利用焊料漿料印刷或鍍覆方法來形成焊 斗+凸點(diǎn)1402, ^f旦也可以利用予貞形成的焊5求;;兄積(pre-formed solder sphere deposition )和其4也適合方法在UBM結(jié)構(gòu)上形成焊沖十凸點(diǎn)。
1、利用印刷漿料沉積形成的焊料凸點(diǎn)在焊并+凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)1400的第一實(shí)施方式中，通過原位(in-situ) 或分離型板的開口經(jīng)由印刷法來將由合適的高溫合金制成的焊料 漿料沉積在UBM結(jié)構(gòu)上。然后將沉積的焊料漿料回流以形成焊泮牛 凸點(diǎn)1402。回流后得到的焊料凸點(diǎn)的高度例如是約l-500微米。在 回流過程中，在焊料凸點(diǎn)與下面的UBM結(jié)構(gòu)之間形成金屬鍵。適 合的焊料漿料合金包括以下實(shí)例共晶的Au/Sn( 80Au20Sn在280°C 共晶)、共晶的鉛/銀(97.5Pb/2.5Ag在303°C共晶)、共晶的鉛/銀/ 錫(97.5Pb/1.5Ag/lSn在309。C共晶)、高鉛/錫(95Pb/5Sn，熔點(diǎn) 314。C)、共晶金/鍺(88Aul2Ge在356。C共晶)、共晶的金/石圭 (97Au3Si在363。C共晶)、共晶的鋅/鋁(94Zn/6A1在381。C共晶)、 以及共晶的鍺/鋁(55Ge/45A1在424°C共晶)。
2、利用,沉積形成的焊料凸點(diǎn)
在凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的第二實(shí)施方式中，可將適合的材料鍍覆在鋁或銅 器件、硅襯底或其他襯底敷鍍金屬表面上，或鍍覆在例如實(shí)施例 1-10中所描述的任一種UBM結(jié)構(gòu)上，以形成用于互連的凸點(diǎn)。在 該實(shí)施方式中，材料的鍍覆厚度為約1至500樣i米之間。該鍍覆可 以根據(jù)金屬的類型和要鍍覆的厚度經(jīng)由化學(xué)鍍、浸漬鍍、或電解法 來實(shí)施?？蓪⑼裹c(diǎn)施加于器件或襯底?？梢岳脽?聲(thermo-sonic ) 或熱壓模片固定技術(shù)，或利用回流技術(shù)(如果適用的話)將器件貼 附于襯底。能夠用于本實(shí)施方式的適合的鍍覆金屬或合金包括以下 實(shí)例:金(Au )、銀(Ag )、 4巴(Pd )、共晶的鉛/銀(97.5Pb/2.5Ag )、 高鉛/錫(95Pb/5Sn )、共晶的鋅/鋁(94Zn/6A1 ),以及共晶的 80Au20Sn。
在焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的第三實(shí)施方式中，采用如以上第二實(shí)施方式 中的凸點(diǎn)材料。在該實(shí)施方式中，利用回流技術(shù)通過使用焊料合金 將器件、石圭襯底或其他襯底貼附于配合襯底。利用該方法，將熔點(diǎn) 低于凸點(diǎn)材料的焊料合金材料施加在凸點(diǎn)表面或配合襯底貼附表
23面上。該材料作為較低熔點(diǎn)表面(與焊料凸點(diǎn)相比)，回流后將與 凸點(diǎn)和配合襯底貼附表面粘結(jié)。這會使得在低于回流凸點(diǎn)必需的回 流溫度下形成可靠的連接。能夠在該實(shí)施方式中使用的適合的焊料
合金材料包括以下實(shí)例共晶的鉛/銀(97.5Pb/2.5Ag在303。C共晶)、 共晶的鉛/銀/錫(97.5Pb/1.5Ag/l Sn在309°C共晶)、高鉛/錫 (95Pb/5Sn，熔點(diǎn)314。C )、共晶的金/鍺(88Aul2Ge在356。C共晶)、 共晶的金/硅(97Au3Si在363°C共晶)、共晶的鋅/鋁(94Zn/6A1在 381 。C共晶)、共晶的鍺/鋁(55Ge/45A1在424。C共晶)、以及共晶 的金/錫(80Au20Sn在280。C共晶)。
3、利用預(yù)形成的焊球形成的焊料凸點(diǎn)
由已討論過的任意凸點(diǎn)材料制成的預(yù)形成的焊球也能夠被沉 積在上文所述的^f壬意UBM結(jié)構(gòu)上，乂人而形成高溫互連結(jié)構(gòu)。
結(jié)論
根據(jù)特定的實(shí)施方式，上述互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用實(shí)例包括含 有一個(gè)或多個(gè)互連的功率;^大級的電子才莫塊；對散熱要求4交高的 BGA封裝上的高密度、多級互連的集成電路電子器件；含有一層或 多層互連的、嵌入電路的多級電路板；以及在正常操作條件下輸出 大輸出功率水平和/或耗散大功率水平的發(fā)光二極管器件。上文描述 的互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)通?？捎糜谳^大范圍的各種電子封裝應(yīng)用，包括球 柵陣列(BGA)、芯片級封裝(CSP)以及倒裝芯片結(jié)構(gòu)。
盡管已經(jīng)參照示例性實(shí)施方式描述了本發(fā)明」坡露內(nèi)容，但這樣 的描述僅是出于舉例說明的目的，而不是意在限制本發(fā)明的范圍。 在不背離由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍的前提下，
由所附權(quán)利要求所限定。
權(quán)利要求
1.一種互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包括材料的合金層，所述材料選自由Ni-P和Pd-P組成的組；金層，位于所述合金層之上；以及凸點(diǎn)，位于所述金層之上，所述凸點(diǎn)的材料選自由PbSbGa、PbSb、AuGe、AuSi、AuSn、ZnAl、CdAg、GeAl、Au、Ag、Pd、Pb、Ge、Sn、Si、Zn、Al及它們的組合組成的組。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu),
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu), 屬互連凸點(diǎn)。
4. 才艮據(jù)4又利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述凸點(diǎn)是焊料材料層。 其中，所述凸點(diǎn)是基本上純的金其中，所述凸點(diǎn)是焊料凸點(diǎn)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括位于所述合金層下面 的Pd催化劑層。
6. 才艮據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述合金層為Ni-P且進(jìn) 一步包括位于所述合金層與所述金層之間的Pd-P層。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括位于所述合金層與所 述Pd-P層之間的Pd 4崔4匕劑層。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述合金層是第一Ni-P 層，并且進(jìn)一步包4舌位于所述第一 Ni-P層與所述金層之間的第二Ni-P層，其中所述第二Ni-P層中P的重量百分比小于所 述第一Ni-P層中P的重量百分比。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述凸點(diǎn)材料為 98Pbl.2SbO.8Ga、 98Pb2Sb、 98.5Pbl.5Sb、 88Aul2Ge、 97Au3Si、 94Zn6Al、 95Cd5Ag、 55Ge45Al，或80Au20Sn。
10. —種互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包4舌Pd-P層；金層，位于所述Pd-P層之上；以及凸點(diǎn)，位于所述第二層之上，所述凸點(diǎn)的材料選自由 PbSbGa、 PbSb、 AuGe、 AuSi、 AuSn、 ZnAl、 CdAg、 GeAl、 Au、 Ag、 Pd、 Pb、 Ge、 Sn、 Si、 Zn、 Al及它j門的纟且合纟且成的組。
11. 一種互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包^^舌第一金屬層，其材泮+選自由Ti、 Al和TiW組成的組；第二金屬層，位于所述第一金屬層之上，其材料選自由 Au和Ag組成的《且；以及凸點(diǎn)，位于所述第二金屬層之上，所述凸點(diǎn)的材料選自 由PbSbGa、 PbSb、 AuGe、 AuSi、 AuSn、 ZnAl、 CdAg、 GeAl、 Au、 Ag、 Pd、 Pb、 Ge、 Sn、 Si、 Zn、 Al及它Cl的纟且合纟且成的組。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括第三金屬層，其位 于所述第一金屬層與所述第二金屬層之間，所述第三金屬層的 材泮+選自由NiV、 W、 Ti、 TiW、 Ti/W/N和Pt組成的組。
13. 根據(jù)權(quán)利要求12所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括合金層，所迷合金 層位于所述第二金屬層與所述第三金屬層之間，所述合金層的 材料選自由Pd-P、 Ni-P、 NiV和TiW組成的纟且。
14. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括合金層，所述合金 層位于所述第一金屬層與所述第二金屬層之間，所述合金層的 材泮+選自由Pd-P、 Ni-P、 NiV和TiW組成的組。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述凸點(diǎn)材料為 98Pbl.2SbO.8Ga、 98Pb2Sb、 98.5Pbl.5Sb、 88Aul2Ge、 97Au3Si、 94Zn6Al、 95Cd5Ag、 55Ge45Al、或80Au20Sn。
16. —種互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包4舌第一金屬層，其材料選自由NiV、 W、 丁i、 TiW、 Ti/W/N 和Pt纟且成的纟且；第二金屬層，位于所述第一金屬層之上，其材料選自由 Au和Ag纟且成的組；以及凸點(diǎn)，位于所述第二金屬層之上，所述凸點(diǎn)的材料選自 由PbSbGa、 PbSb、 AuGe、 AuSi、 AuSn、 ZnAl、 CdAg、 GeAl、 Au、 Ag、 Pd、 Pb、 Ge、 Sn、 Si、 Zn、 Al及它們的纟且合纟且成的組。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步包括合金層，所述合金 層位于所述第一金屬層與所述第二金屬層之間，所述合金層的 材泮牛選自由Pd-P、 Ni-P、 NiV和TiW組成的組。
18. 才艮據(jù);K利要求16所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述凸點(diǎn)材并牛為 98Pbl.2SbO.8Ga、 98Pb2Sb、 98.5Pbl.5Sb、 88Aul2Ge、 97Au3Si、 94Zn6Al、 95Cd5Ag、 55Ge45Al或80Au20Sn。
19. 一種集成電路器件，包括金4妄觸墊，位于所述4t底上；以及凸點(diǎn)，位于所述金接觸墊之上，其中所述凸點(diǎn)為(i)可在高于250 4聶氏度的溫度下操作；并且(ii)所述凸點(diǎn)的材料 選自由PbSbGa、 PbSb、 AuGe、 AuSi、 AuSn、 ZnAl、 CdAg、 GeAl、 Au、 Ag、 Pd、 Pb、 Ge、 Sn、 Si、 Zn、 Al及它們的纟且 合組成的組。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的器件，進(jìn)一步包括金層，所述金層位 于所述金接觸墊與所述凸點(diǎn)之間。
21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的器件，其中，所述金層為第一金層， 所述器件還包4舌位于所述第 一 金層與所述凸點(diǎn)之間的第二金層。
22. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的器件，其中，所述凸點(diǎn)材料為 98Pbl.2SbO.8Ga、 98Pb2Sb、 98.5Pbl.5Sb、 88Aul2Ge、 97Au3Si、 94Zn6Al、 95Cd5Ag、 55Ge45Al或80Au20Sn。
23. —種包括互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的LED器件，其中，所述互連凸點(diǎn)結(jié) 構(gòu)包括Ni-P或Pd-P的合金層；凸點(diǎn)，位于所述合金層之上，所述凸點(diǎn)的材料選自由 PbSbGa、 PbSb、 AuGe、 AuSi、 AuSn、 ZnAl、 CdAg、 GeAl、 Au、 Ag、 Pd、 Pb、 Ge、 Sn、 Si、 Zn、 Al及它們的纟且合纟且成的 組，并且其中，所述互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)可在高于250才菱氏度的溫度下 操作。
24. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的器件，進(jìn)一步包括位于所述合金層與 所述凸點(diǎn)之間的金層。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的器件，其中，所述金層的厚度為約0.02 至3.0微米。
26. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的器件，進(jìn)一步包括接觸墊，所述接觸 墊4立于所述互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)下面，包含Al或Cu。
27. 根據(jù)權(quán)利要求26所述的器件，其中，所述接觸墊為Cu且所 述LED器件進(jìn)一步包括位于所述接觸墊上的Pd催化劑層。
28. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的器件，其中，所述合金層為Ni-P,且 包含的P的范圍為4安重量計(jì)約1%至16%。
29. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的器件，其中，所述第一層的厚度為約 0.1至50微米。
30. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的器件，其中，所述第一層為Ni-P，并 且進(jìn)一步包括位于所述合金層和所述凸點(diǎn)之間的Pd-P層。
31. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的器件，進(jìn)一步包括位于所述合金層和 所述Pd-P層之間的Pd金屬催化劑薄層。
32. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的器件，其中，所述Pd-P層中包含的P 的范圍為4姿重量計(jì)約0.1%至10%。
33. 根據(jù)權(quán)利要求30所述的器件，其中，所述Pd-P層的厚度為約 0.1至50微米。
34. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的器件，其中，所述合金層為Pd-P且包 含的P的范圍為按重量計(jì)約0.1%至10%。
35. 才艮據(jù)權(quán)利要求23所述的器件，其中，所述合金層為Pd-P且所 述"l妄觸墊為Cu,并且進(jìn)一步包含位于所述4姿觸墊與所述合金 層之間的Pd金屬催化劑薄層。
36. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的器件，其中，所述合金層為第一Ni-P 層，且進(jìn)一步包含位于所述第一 Ni-P層與所述凸點(diǎn)之間的第 二Ni-P層，其中所述第二Ni-P層中P的重量百分比小于所述 第一Ni-P層中P的重量百分比。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的器件，其中，所述第二Ni-P層中包含 的P的范圍為4姿重量計(jì)約1%至16%。
38. 根據(jù)權(quán)利要求23所述的器件，其中，所述互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)是利 用以下工藝中的一種或多種形成的印刷漿料沉積、鍍覆沉積、 預(yù)形成焊^求布置、或利用不同熔點(diǎn)的焊料來處理。
39. 根據(jù)權(quán)利要求38所述的器件，其中，所述凸點(diǎn)材料的高度為 約1至500《效米之間。
40. —種用于電子封裝的互連凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，包括金屬合金疊層，包括一層或多層Ni-P和/或Pd-P; 金屬層，位于所述金屬合金疊層之上；以及 互連凸點(diǎn)，位于所述金屬層之上。
41. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述互連凸點(diǎn)包含金和/ 或銀，并且進(jìn)一步包含鍺。
42. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬層包含Au。
43. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬合金疊層的每 一層包含4姿重量計(jì)約1%至16%的^粦。
44. 根據(jù)權(quán)利要求40所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述金屬合金疊層以晶 片級形成在半導(dǎo)體襯底之上。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于在250℃及以上的溫度進(jìn)行操作的焊料凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其包含UBM結(jié)構(gòu)上的焊料凸點(diǎn)。根據(jù)第一實(shí)施方式，該UBM結(jié)構(gòu)包含Ni-P層、Pd-P層和金層，其中Ni-P和Pd-P層作為屏障層和/或可焊接/可粘結(jié)層。金層作為保護(hù)層。根據(jù)第二實(shí)施方式，該UBM結(jié)構(gòu)包含Ni-P和金層，其中Ni-P層作為擴(kuò)散屏障層以及可焊接/可粘結(jié)層，而金層作為保護(hù)層。根據(jù)第三實(shí)施方式，該UBM結(jié)構(gòu)包含(i)金屬薄層，例如鈦或鋁或Ti/W合金；(ii)金屬，例如NiV、W、Ti、Pt、TiW合金或Ti/W/N合金；以及(iii)金屬合金，例如Pd-P、Ni-P、NiV、或TiW，接著為金層?？商娲兀?、銀、或鈀凸點(diǎn)可以用于替代UBM結(jié)構(gòu)中的焊料凸點(diǎn)。
文檔編號H01L21/60GK101632160SQ200780045879
公開日2010年1月20日 申請日期2007年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月11日
發(fā)明者托馬斯·施特羅特曼, 瓊·弗爾蒂斯, 邁克爾·E·約翰遜 申請人:弗利普芯片國際有限公司