專利名稱：空腔互連技術(shù)中的焊料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一般來(lái)說(shuō)，本發(fā)明涉及集成電路互連技術(shù)。
背景技術(shù)：
集成電路互連技術(shù)將兩個(gè)電子組件進(jìn)行機(jī)械和電連接。例如，焊球可用于將集成 電路連接到印刷電路板、如主板。集成電路設(shè)置在主板之上，而焊球介于其間。在稱作回流 的過(guò)程中，當(dāng)加熱時(shí)，焊料被軟化，并且在器件之間形成焊點(diǎn)。雖然這種類型的表面安裝或C4連接一直極為成功，但是不斷地希望增加可形成 的互連的密度。可形成的每個(gè)單位面積的互連越多，則所得到的器件可以越小。一般來(lái)說(shuō)， 器件越小，則其成本越低，并且其性能越高。此外，現(xiàn)有器件可容易出現(xiàn)許多故障，包括焊球與其它組件之間的應(yīng)力或疲勞相 關(guān)故障，例如焊點(diǎn)下面的低介電常數(shù)的電介質(zhì)的脫層。其它故障包括橋接故障，其中來(lái)自一 個(gè)連接的焊料橋接到相鄰連接上。

發(fā)明內(nèi)容
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種方法，包括形成電氣組件，其中焊料凸塊固定到焊球，使得所述焊球的相對(duì)面小于或等于所 述焊料凸塊的相對(duì)面。按照本發(fā)明的另一方面，提供一種方法，包括將第一組件與第二組件對(duì)齊，所述第一組件具有在相鄰壁之間限定的空腔之內(nèi)的 焊球，所述第二組件包括焊接區(qū)，以便連接到所述焊球；將壓力施加到所述組件之一；以及使所述焊球的焊料回流到所述焊接區(qū)。按照本發(fā)明的又一方面，提供一種設(shè)備，包括平坦的表面；多個(gè)壁，所述多個(gè)壁從所述表面向外延伸并且限定所述壁之間的空腔；在所述空腔的每一個(gè)中形成的焊料凸塊；以及在所述焊料凸塊上的焊球，所述焊球的相對(duì)面小于或等于所述焊料凸塊的相對(duì)


圖1是在早期階段的一個(gè)實(shí)施例的放大截面圖；圖2是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例在后續(xù)階段的放大截面圖，其中涂層已經(jīng)被涂敷并且圖案 化；圖3是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、在涉及焊膏印刷的后續(xù)階段的放大截面圖；圖4是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、在涉及回流焊的后續(xù)階段的放大截面圖5是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例、在后續(xù)階段的放大截面圖，其中示出兩個(gè)組件之間的互 連；圖6是另一個(gè)實(shí)施例的放大截面圖；圖7是又一個(gè)實(shí)施例的放大截面圖；圖8是根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的焊球和焊接區(qū)的放大圖示；圖9是示出施加焊膏的一個(gè)實(shí)施例的放大截面圖；圖10是空腔間壁的一個(gè)實(shí)施例的放大截面圖；以及圖11是再一個(gè)實(shí)施例的放大截面圖。
具體實(shí)施例方式根據(jù)一些實(shí)施例，互連技術(shù)可使用介于焊料凸塊之間的空腔間壁來(lái)保持所焊接的 互連之間的分隔。在一些情況下，這些壁可減少焊接連接的橋接或斷裂故障。另外，在一些 情況下，連接的可靠性可得到提高。在一些實(shí)施例中，代替淀積焊球，可將焊料模制在待接合到另一個(gè)組件的組件上 的空腔中的適當(dāng)位置。然后，焊球可在空腔內(nèi)的適當(dāng)位置形成。因此，在一些實(shí)施例中，空 腔間壁可提供相鄰焊點(diǎn)之間的分隔，減少橋接，并且在一些實(shí)施例中允許更小的互連間距。 另外，居間的壁可用于加強(qiáng)或支承焊點(diǎn)，特別是響應(yīng)橫向負(fù)荷。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，如圖1所示，在襯底10上可形成多個(gè)金屬焊接區(qū)或凸塊12。襯 底10可以是適合接合集成組件的任何組件，所述集成組件包括集成電路晶圓、管芯、印刷 電路板或者甚至已封裝集成電路。在一些實(shí)施例中，凸塊12可由銅形成。在一些情況下，凸塊12可大于常規(guī)凸塊。更大的凸塊可用于減小凸塊中對(duì)于焊球 連接的應(yīng)力。在一些情況下，凸塊大于焊球是有利的，但是通常焊球大于其下面的凸塊。應(yīng)力通過(guò)較小面積耦合，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，通過(guò)較大的凸塊，減小在一些 情況中在凸塊之下的應(yīng)力。因此，有利的是，在一些實(shí)施例中，使凸塊大于所得焊球的相對(duì) M (facing surface)。參照?qǐng)D2，可涂敷如光致抗蝕劑之類的掩模層14并且對(duì)其圖案化。作為圖案化的 結(jié)果，空腔16在凸塊12中的每一個(gè)之上形成。另外，在空腔16之間形成居間的空腔間壁 17。壁17相當(dāng)于被蝕刻的掩模層14的殘留剩余部分。注意，在一些實(shí)施例中，壁17可以 為T形的，具有在相鄰?fù)箟K12之間延伸的部分15以及在其上在相鄰空腔16之間延伸的部 分。因此，壁17的部分19實(shí)際上覆蓋在凸塊12的端部上面。然后，如圖3所示，包括其空腔16的圖2的結(jié)構(gòu)充當(dāng)用于印刷焊膏18的有效模具。 焊膏18淀積在空腔16之內(nèi)。在一些實(shí)施例中，焊料是具有助熔劑基體(flux matrix)中的焊錫粉的較小尺寸 微球的焊膏。在一些實(shí)施例中，焊錫粉的直徑為最小特征尺寸的1/7或更小，這通常是空腔 16的厚度或深度。然后參照?qǐng)D4，焊料回流，使印刷的焊料18呈現(xiàn)曲面結(jié)構(gòu)或者焊球的形狀，具有與 凸塊12鄰接的展平表面。還應(yīng)當(dāng)觀測(cè)到，焊球20的體積比所淀積的焊膏18要小。這樣的 一個(gè)原因是助焊劑基體的揮發(fā)。焊球20的曲面形狀是層14上的焊接材料的表面能或者潤(rùn) 濕角的作用。
5
來(lái)看圖5，圖4所示的襯底10則可嚙合結(jié)構(gòu)22。結(jié)構(gòu)22可以是集成電路芯片、集 成電路晶圓、襯底或者印刷電路板，這里只是列舉幾個(gè)例子。結(jié)構(gòu)22可具有直立焊接區(qū)M， 每個(gè)的尺寸確定在空腔16以內(nèi)并且嚙合其中的焊球20。在一些實(shí)施例中，直立焊接區(qū)M嚙合并且穿透焊球20，從而形成強(qiáng)連接。實(shí)際上， 連接是三維的。與常規(guī)焊球連接技術(shù)相比，互連表面面積比常規(guī)表面安裝的面積要大，從而 在一些實(shí)施例中產(chǎn)生強(qiáng)得多的連接。在一些實(shí)施例中，施加超過(guò)襯底10的重量的壓力P，以 便產(chǎn)生焊接區(qū)M對(duì)焊球20的這種相互嚙合和穿透。根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，壁17可用圖6所示的由層疊部分沈和28所組成的二層壁 17a代替。內(nèi)部部分沈可由一種材料形成，外部部分觀可由不同的材料形成，使得可去除 材料觀，而留下材料26。例如，在一些實(shí)施例中，材料28可通過(guò)不會(huì)實(shí)質(zhì)影響材料沈的蝕 刻劑去除。由于在需要時(shí)去除層觀，完全在空腔16內(nèi)形成的焊球20a可從僅由內(nèi)層沈所限 定的減小的空腔中伸出。焊球20a的伸出在一些實(shí)施例中可能是有利的。在一個(gè)實(shí)施例中， 結(jié)構(gòu)2 可具有可能沒有圖5的焊接區(qū)M高的焊接區(qū)Ma。參照?qǐng)D7，根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，空腔16a和16b可具有不同尺寸。因此，焊球20b和 20c可具有不同尺寸。這種焊球尺寸差異在對(duì)不規(guī)則成形的組件進(jìn)行電和機(jī)械連接時(shí)可能 是有利的。實(shí)際上，空腔可被確定尺寸以創(chuàng)建具有與另一個(gè)結(jié)構(gòu)的配置匹配的共同配置的 焊球。在一些實(shí)施例中，可在壁17b、17c與居間的焊球20c或20b之間保持間隙G。在一些 實(shí)施例中，間隙G可以是壁17與焊球之間的20微米間隙。另外，可淀積層30，以便限定禁入?yún)^(qū)，從而將焊球限制到凸塊12b或12c之上的特 定中心區(qū)域。層30可以是不易于被流體焊料潤(rùn)濕的材料。接下來(lái)參照?qǐng)D8，在一些實(shí)施例中，有利的是，凸塊12的長(zhǎng)度L2實(shí)質(zhì)上大于焊球 20的相對(duì)面的長(zhǎng)度Li。下面給出更具體的示例，在一些實(shí)施例中，具有200微米的常規(guī)互 連間距可能是有利的。但是對(duì)于這種間距，與按常規(guī)具有100微米尺寸的常規(guī)凸塊(對(duì)于 200微米間距)相比，凸塊具有比常規(guī)凸塊大得多的尺寸、例如大約180微米是有利的。同 時(shí)，焊球20可具有160微米尺寸Li，它小于凸塊尺寸L2。相比之下，這類技術(shù)中的常規(guī)焊 球會(huì)大于凸塊，并且可以是大約130至140微米。因此，在一些實(shí)施例中，對(duì)于相同間距，凸塊和焊球更大。在一些實(shí)施例中，更大 的焊料凸塊尺寸產(chǎn)生更可靠的連接。具體來(lái)說(shuō)，在一些實(shí)施例中，焊球尺寸至少為間距的 75%。在一些實(shí)施例中，凸塊尺寸至少為間距的70%，并且凸塊大于焊料。在一些實(shí)施例 中，由于限制并且分離焊料的壁17所提供的相鄰連接之間的物理屏障，有利的配置是可能 的。參照?qǐng)D9，一種用于將焊膏32淀積在空腔16中的技術(shù)采用使用橡皮輥S的橡皮輥 印刷。橡皮輥印刷通過(guò)在橡皮輥前面使焊膏34的一部分移過(guò)空腔16，將焊料整潔地淀積到 空腔16中。但是，其它技術(shù)也可用于將焊膏印刷或淀積到空腔16中。參照?qǐng)D10，在一些實(shí)施例中，壁17與凸塊12重疊由“0/L”所示的距離。在一些 實(shí)施例中，使壁與凸塊邊緣重疊阻止焊料尺寸變得與凸塊一樣大，并且減小應(yīng)力。在一些實(shí) 施例中，由于可靠性原因并且特別是為了應(yīng)力減小，焊料沒有潤(rùn)濕到凸塊的邊緣可能是有 利的。因此，在一些實(shí)施例中，使用材料來(lái)形成粘附于通常為銅的用于凸塊12的材料的層14，也是有利的。更大的凸塊厚度也是更好的，因?yàn)樗⒉紒?lái)自集成電路的熱量。在一些實(shí)施例中，壁17比最終凸塊尺寸要高得多。例如，在一些情況下，壁17可比 凸塊高50至100微米。這種高度差可采用200至250微米的空腔16深度或厚度來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)一些實(shí)施例，不是使用常規(guī)光致抗蝕劑，而是可使用干膜來(lái)限定空腔。在一些 情況下，干膜空腔可比焊球要寬。在一些實(shí)施例中，焊料凸塊可以相對(duì)拉長(zhǎng)或者更橢圓而不是圓。換言之，凸塊的縱 橫比可比所示的要大得多。另外，凸塊可由兩種不同焊料的復(fù)合材料來(lái)制成。在一些實(shí)施 例中，結(jié)構(gòu)22上的焊接區(qū)可比襯底10上的凸塊小得多。因此，在接合時(shí)，焊料可呈現(xiàn)截頭 錐體(frustroconical)形狀而不是所示的更圓的形狀。在一些情況下，底層填料可施加在 截頭錐體焊接接縫之間。在一些實(shí)施例中，焊球可延伸到超出壁，在其它實(shí)施例中，它們可延伸到壁高度， 而在又一些實(shí)施例中，焊球的高度可小于壁的高度。例如，焊球的不同高度可通過(guò)結(jié)構(gòu)22 上的焊接區(qū)的不同高度來(lái)適應(yīng)。參照?qǐng)D11，根據(jù)又一個(gè)實(shí)施例，襯底IOc可固定到具有突出體24b的結(jié)構(gòu)22b。襯 底IOc可具有在經(jīng)由電鍍、焊膏印刷或其它方法形成所述焊料凸塊12d之前形成的壁17d。 焊球20d使用相同壁17d來(lái)形成，并且因而具有實(shí)質(zhì)上等于焊料凸塊12d的直徑的直徑。例 如，焊料凸塊12d可以是具有柱形或球形的銅或焊接材料。在一些情況下，圖11的實(shí)施例可采用焊料來(lái)形成，所述焊料使用用于電鍍凸塊 12d的相同光致抗蝕劑來(lái)焊膏印刷。籽層(未示出)可在焊料回流之后剝?nèi)ァ１菊f(shuō)明書全文中提到“一個(gè)實(shí)施例”或“實(shí)施例”表示結(jié)合該實(shí)施例所述的具體特 征、結(jié)構(gòu)或特性包含在本發(fā)明內(nèi)所涵蓋的至少一個(gè)實(shí)現(xiàn)中。因此，短語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”或“在 一個(gè)實(shí)施例中”的出現(xiàn)不一定都指的是同一個(gè)實(shí)施例。此外，具體特征、結(jié)構(gòu)或特性可通過(guò) 與所示具體實(shí)施例不同的其它適當(dāng)形式來(lái)創(chuàng)立，并且所有這類形式都可涵蓋在本申請(qǐng)的權(quán) 利要求中。雖然針對(duì)有限數(shù)量的實(shí)施例描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會(huì)從其中知 道大量修改和變化。所附權(quán)利要求意在涵蓋落入本發(fā)明的真實(shí)精神和范圍之內(nèi)的所有這類 修改和變化。
權(quán)利要求
1.一種方法，包括形成電氣組件，其中焊料凸塊固定到焊球，使得所述焊球的相對(duì)面小于或等于所述焊 料凸塊的相對(duì)面。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，包括通過(guò)將焊膏模制在空腔中來(lái)制作所述焊球。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，包括從向外延伸的壁形成所述空腔，并且保持所述壁， 以便保護(hù)所述壁的兩個(gè)相鄰部分之間的所述焊球。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，包括由圖案化的淀積層形成所述壁。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，包括由光致抗蝕劑形成所述層。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，包括由干膜形成所述層。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，包括由直徑小于或等于所述空腔的深度的1/7的粉末 形成所述焊膏。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，包括形成尺寸至少為互連間距的75%的所述焊球。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，包括形成至少為互連間距的70%的所述焊料凸塊。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在兩個(gè)相鄰焊球之間形成壁，所述壁延伸到超出 所述凸塊。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，包括形成所述壁，從而與兩個(gè)相鄰焊料凸塊的邊緣部分重疊。
12.如權(quán)利要求2所述的方法，包括形成不同尺寸的空腔。
13.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在管芯上形成所述凸塊。
14.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在襯底上形成所述凸塊。
15.如權(quán)利要求3所述的方法，包括將焊球連接到具有穿入所述空腔的突出體的另一 個(gè)器件。
16.如權(quán)利要求3所述的方法，包括由至少兩層形成所述壁。
17.如權(quán)利要求16所述的方法，包括由層疊的外層和內(nèi)層形成所述壁，使得可去除所 述外層，而不去除所述內(nèi)層。
18.如權(quán)利要求17所述的方法，包括形成高于所述內(nèi)層的所述焊球。
19.如權(quán)利要求2所述的方法，包括將焊膏用橡皮輥印刷到所述空腔中。
20.如權(quán)利要求19所述的方法，包括使所述焊膏回流，從而形成潤(rùn)濕所述焊料凸塊的 焊球。
21.如權(quán)利要求1所述的方法，包括在所述焊料凸塊上形成材料，從而限制焊料的潤(rùn)濕。
22.—種方法，包括將第一組件與第二組件對(duì)齊，所述第一組件具有在相鄰壁之間限定的空腔之內(nèi)的焊 球，所述第二組件包括焊接區(qū)，以便連接到所述焊球； 將壓力施加到所述組件之一；以及 使所述焊球的焊料回流到所述焊接區(qū)。
23.如權(quán)利要求22所述的方法，包括施加壓力，使得所述焊接區(qū)穿入所述焊球。
24.如權(quán)利要求22所述的方法，包括使所述焊接區(qū)延伸到所述空腔中。
25.一種設(shè)備，包括平坦的表面；多個(gè)壁，所述多個(gè)壁從所述表面向外延伸并且限定所述壁之間的空腔； 在所述空腔的每一個(gè)中形成的焊料凸塊；以及在所述焊料凸塊上的焊球，所述焊球的相對(duì)面小于或等于所述焊料凸塊的相對(duì)面。
26.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，所述壁包括光致抗蝕劑。
27.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，所述焊球的尺寸至少為互連間距的75%。
28.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，其中，所述焊料凸塊至少為互連間距的70%。
29.如權(quán)利要求25所述的設(shè)備，所述壁從所述表面向外延伸到超出所述凸塊。
30.如權(quán)利要求四所述的設(shè)備，其中，所述壁與兩個(gè)相鄰焊料凸塊的邊緣部分重疊。
全文摘要
本發(fā)明涉及空腔互連技術(shù)中的焊料。互連技術(shù)可使用模制焊料來(lái)限定焊球。掩模層可被圖案化，以便形成空腔和淀積在空腔中的焊膏。在加熱時(shí)，形成焊球。空腔由間隔開的壁來(lái)限定，以便阻止焊球在接合過(guò)程中橋接。在一些實(shí)施例中，連接到焊球的焊料凸塊可具有比焊球的相對(duì)面更大的相對(duì)面。
文檔編號(hào)H01L21/768GK102136453SQ20101062101
公開日2011年7月27日 申請(qǐng)日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者C·胡 申請(qǐng)人:英特爾公司