用于球柵陣列的焊料凸塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于球柵陣列(BGA)的焊料凸塊。一種用于球柵陣列的焊料凸塊結(jié)構(gòu)包括：至少一個凸塊下金屬化(UBM)層；以及焊料凸塊，形成在至少一個UBM層上方。焊料凸塊具有凸塊寬度和凸塊高度，并且凸塊高度與凸塊寬度的比值小于1。
【專利說明】用于球柵陣列的焊料凸塊
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開總體上涉及一種集成電路，更具體地，涉及一種用于球柵陣列(BGA)的焊料凸塊。
【背景技術(shù)】
[0002]球柵陣列(BGA)的一些焊料球結(jié)構(gòu)經(jīng)受著由于在經(jīng)過焊料球的連接區(qū)域時焊料破裂引起的電連接退化。另外，陣列中的焊料球之間的焊點高度(stand-off height (SOH))變化可能使電連接和可靠性退化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于球柵陣列(BGA)的焊料凸塊結(jié)構(gòu)，包括:至少一個凸塊下金屬化(UBM)層；以及焊料凸塊，形成在至少一個UBM層上方，焊料凸塊具有凸塊寬度和凸塊高度，其中，凸塊高度與凸塊寬度的比值小于I。
[0004]該結(jié)構(gòu)進一步包括至少一個非金屬芯，位于焊料凸塊的內(nèi)部。
[0005]該結(jié)構(gòu)進一步包括導電層，包圍至少一個非金屬芯。
[0006]其中，至少一個非金屬芯包括塑料。
[0007]該結(jié)構(gòu)進一步包括銅層，位于至少一個UBM層和焊料凸塊之間。
[0008]其中，焊料凸塊是無鉛的。
[0009]其中，至少一個UBM層包括第一層和第二層。
[0010]其中，第一層包括T1、W、Cr、TiW、或其任意組合。
[0011]其中，第二層包括Cu、N1、N1-V合金、或其任意組合。
[0012]此外，還提供了一種形成用于球柵陣列(BGA)的焊料凸塊結(jié)構(gòu)的方法，包括:在襯底上方形成至少一個凸塊下金屬化(UBM)層；以及在至少一個UBM層上方形成焊料凸塊，其中，焊料凸塊具有凸塊寬度和凸塊高度，并且凸塊高度與凸塊寬度的比值小于I。
[0013]該方法進一步包括在焊料凸塊的內(nèi)部形成至少一個非金屬芯。
[0014]其中，導電層包圍至少一個非金屬芯。
[0015]其中，至少一個非金屬芯包括環(huán)氧樹脂。
[0016]其中，形成至少一個非金屬芯包括:在焊料凸塊的上部放置非金屬芯；以及回流焊料凸塊。
[0017]該方法進一步包括在至少一個UBM層與焊料凸塊之間形成銅層。
[0018]其中，至少一個UBM層包括第一層和第二層。
[0019]其中，第一層包括T1、W、Cr、TiW、或其任意組合。
[0020]其中，第二層包括Cu、N1、N1-V合金、或其任意組合。
[0021]此外，還提供了一種集成電路，包括:襯底；至少一個凸塊下金屬化(UBM)層，形成在襯底上方；以及無鉛焊料凸塊，形成在至少一個UBM層上方，其中，焊料凸塊的內(nèi)部具有至少一個塑料芯，其中，焊料凸塊具有凸塊寬度和凸塊高度，并且凸塊高度與凸塊寬度的比值小于I。
[0022]該集成電路進一步包括銅層，位于至少一個UBM層和焊料凸塊之間。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]現(xiàn)將結(jié)合附圖所進行的描述作為參考，其中:
[0024]圖1示出了根據(jù)一些實施例的用于球柵陣列(BGA)的示例性焊料凸塊結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0025]圖2示出了根據(jù)一些實施例的另一示例性焊料凸塊結(jié)構(gòu)的截面圖；以及
[0026]圖3A-圖3G示出了根據(jù)一些實施例的圖1所示焊料凸塊結(jié)構(gòu)的示例性制造工藝的中間步驟。
【具體實施方式】
[0027]下面，詳細討論本發(fā)明各實施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本公開提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實現(xiàn)的可應(yīng)用的發(fā)明的概念。所討論的具體實施例僅僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0028]另外，本公開可以在多個實例中重復(fù)參考符號和/或字符。這種重復(fù)用于簡化和清楚，并且其本身不表示所述多個實施例和/或配置之間的關(guān)系。此外，在本公開中，一個部件形成在、連接、和/或耦合到另一個部件上可以包括部件直接接觸的實施例，也可以包括其他部件可以形成在部件之間使得兩個部件不直接接觸的實施例。另外，可以使用諸如“下面的”、“上面的”、“7jC平的”、“垂直的”、“在...的上面”、“在...的下面”、“在...之上”、“在...之下”、“在...的頂部”、“在...的底部”等以及它們的派生詞(如，“水平地” “向下地” “向上地”等)的空間關(guān)系術(shù)語，以容易地描述本公開中的一個部件與另一個部件的關(guān)系。空間關(guān)系術(shù)語將包括含有部件的器件的不同方位。
[0029]圖1示出了根據(jù)一些實施例的用于球柵陣列(BGA)的示例性焊料凸塊結(jié)構(gòu)100的截面圖。在焊料凸塊結(jié)構(gòu)100中，襯底101包括由粘合層104粘合在一起的玻璃襯底102和硅襯底106。在其它實施例中，襯底101可以包括硅、二氧化硅、氧化鋁、藍寶石、鍺、砷化鍺(GaAs)、硅和鍺的合金、磷化銦(InP)、或其他適合的材料。此外，襯底101可以具有一個襯底層而不是圖1所示的多個襯底層。
[0030]重布線層(RDL) 108是用于電連接的導電層。例如，重布線層108連接位于其它位置的輸入/輸出(I/O)焊盤。在一些實施例中，重布線層108包括金屬，如銅、鋁、或其他適合的材料。鈍化層110在一些實施例中包括氧化物或者氮化物，并且降低表面的化學和/或電反應(yīng)性。
[0031]焊料凸塊結(jié)構(gòu)100包括凸塊下金屬化(UBM)層112和114。在一些實施例中，UBM層的第一層112包括T1、W、Cr、TiW、其任何組合、或其他適合的材料。第二層114包括Cu、N1、N1-V合金、其任何組合、或其他適合的材料。在一些實施例中，UBM層112和114的直徑介于20μπι到600μπι的范圍之間。例如，通過濺射能夠形成UBM層112和114。盡管圖1中示出了兩個UBM層112和114，但是UBM可以使用不同數(shù)量的層。
[0032]銅層116形成于第二(UBM)層114的上方。在一些實施例中，銅層116的厚度(高度)介于5μπι至20μπι的范圍之間。焊料凸塊122形成于銅層116和第二(UBM)層114的上方。焊料凸塊122具有凸塊寬度Da和凸塊高度Db。在一些實施例中，比值a = Da/Db的范圍是0.05 < α <1，因此，與球形焊料球的形狀相比，焊料凸塊122的形狀相對平坦。這就為焊料凸塊122提供了更大的接觸面積，從而降低了焊料凸塊122的缺陷電連接并且提高了可靠性。
[0033]根據(jù)應(yīng)用，由UMB層112和114的直徑以及期望的比值α來確定凸塊高度Db。焊料凸塊122可以包括任何適合的材料，并且，在一些實施例中，無鉛材料用于焊料凸塊122。
[0034]圖1所示的焊料凸塊122的內(nèi)部具有一個非金屬芯118，且在其它實施例中可以具有多個非金屬芯118或者沒有非金屬芯。非金屬芯118包括環(huán)氧樹脂、聚合物、或其他適合的材料，并且在此備選地被稱為塑料芯。在一個實例中，二乙烯基苯交聯(lián)聚合物(divinylbenzene cross-1 inkedpolymer)用于塑料芯118。在一些實施例中，塑料芯118的直徑介于10 μ m到700 μ m的范圍之間。在一些實施例中，導電層120包圍塑料芯118。導電層120可以包括銅或其他適合的材料。在一些實施例中，導電層120的厚度介于3 μ m到20 μ m的范圍之間。
[0035]塑料芯118為組裝提供了穩(wěn)定的焊點高度，這樣，有助于避免發(fā)生焊料橋接的問題。并且，塑料芯118有助于分散焊料凸塊結(jié)構(gòu)100中的應(yīng)力以及避免或減少焊料破裂。因此，提聞了可罪性。
[0036]圖2示出了根據(jù)一些 實施例的另一個示例性焊料凸塊結(jié)構(gòu)200的截面圖。除了具有三個塑料芯118之外，焊料凸塊結(jié)構(gòu)200與圖1所示的焊料凸塊結(jié)構(gòu)100相似。在其它實施例中，可以有其他任意數(shù)量的塑料芯118或者沒有塑料芯。
[0037]圖3A-圖3G示出了根據(jù)一些實施例的圖1所示焊料凸塊結(jié)構(gòu)的示例性制造工藝的中間步驟。在圖3A中，光刻膠層302(例如，干膜阻劑(DFR))沉積在UBM層112和114的上方，并且通過光刻被部分地去除，以露出第二 UBM層114。在一些實施例中，第一(UBM)層112包括T1、W、Cr、TiW、其任何組合、或其他適合的材料。第二(UBM)層114包括Cu、N1、N1-V合金、其任何組合、或其他適合的材料。
[0038]在圖3B中，進行凸塊鍍工藝，以沉積銅層116和焊料凸塊122。在一些實施例中，銅層116的厚度(高度)介于5μπι到20 μ m的范圍之間。焊料凸塊122具有圖1所示的凸塊寬度Da和凸塊高度Db。在一些實施例中，比值a = Da/Db的范圍是0.05≤α < 1，因此，與球形焊料球的形狀相比，焊料凸塊122的形狀相對平坦。這就為焊料凸塊122提供了更大接觸面積，因此，降低了焊料凸塊122的缺陷電連接，并且提高了可靠性。
[0039]在一些實施例中，可以由第二(UMB)層114的直徑和比值α來確定凸塊高度Db。焊料凸塊122可以包括任何適合的材料，并且在一些實施例中，無鉛材料用于焊料凸塊122。例如，通過電鍍，可以在銅層116的上方形成焊料凸塊122。在一些實施例中，焊料凸塊122包括錫,其作為主要元素。
[0040]在圖3C中，在上述的凸塊鍍之后，剝離(去除)光刻膠層302。
[0041]在圖3D中，使用焊料凸塊122作為掩模，以蝕刻(第一)UBM層112。
[0042]在圖3E中，使用模板(stencil) 306，在焊料凸塊122的上方印刷焊劑304。在一些實施例中，模板306的開口尺寸是UBM層112和114的直徑的大約90%。
[0043]在圖3F中，使用模板308安裝(B卩，球安裝)具有圍繞的導電層120的塑料芯118。塑料芯118可以包括環(huán)氧樹脂、聚合物、或其他適合的材料。在一個實例中，二乙烯基苯交聯(lián)聚合物用于塑料芯118。在一些實施例中，導電層120包括銅或其他適合的材料。塑料芯118為組裝提供了穩(wěn)定的焊點聞度，這有助于避免發(fā)生焊料橋接。并且，塑料芯118能有助于分散焊料凸塊結(jié)構(gòu)100中的應(yīng)力以及避免焊料破裂，因此，提高了可靠性。在一些實施例中，模板308的開口尺寸是塑料芯118和導電層120的總直徑的大約120%。
[0044]在圖3G中，回流焊料凸塊122并且塑料芯118設(shè)置在焊料凸塊122的內(nèi)部。在一些實施例中，根據(jù)焊料凸塊122的材料，當峰值溫度介于230°C到270°C的范圍之間時，進行回流。此后，例如，使用水清潔焊劑304。
[0045]根據(jù)一些實施例，用于球柵陣列(BGA)的焊料凸塊結(jié)構(gòu)包括至少一個凸塊下金屬化(UBM)層和形成于至少一個UBM層之上的焊料凸塊。焊料凸塊具有凸塊寬度和凸塊高度，并且凸塊高度與凸塊寬度的比值小于I。
[0046]根據(jù)一些實施例，形成用于球柵陣列(BGA)的焊料凸塊結(jié)構(gòu)的方法包括在襯底的上方形成至少一個凸塊下金屬化(UBM)層。在至少一個UBM層的上方形成焊料凸塊。焊料凸塊具有凸塊寬度和凸塊高度。凸塊高度與凸塊寬度的比值小于I。
[0047]根據(jù)一些實施例，集成電路包括襯底、形成于襯底之上的至少一個凸塊下金屬化(UBM)層和形成于至少一個UBM層之上的無鉛焊料凸塊。焊料凸塊的內(nèi)部具有至少一個塑料芯。焊料凸塊具有凸塊寬度和凸塊高度，并且凸塊高度與凸塊寬度的比值小于I。
[0048]本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該理解，本公開可以具有許多實施例的變化。盡管已經(jīng)詳細地描述了實施例及其優(yōu)勢，但應(yīng)該理解，可以在不背離實施例的主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。而且，本申請的范圍并不僅限于本說明書中描述的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過本公開，現(xiàn)有的或今后開發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所采用的所述相應(yīng)實施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)構(gòu)的工藝、機器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟本屆本發(fā)明可以被使用。
[0049]上述方法實施例示出了示例性的步驟，但是沒有必要按照所示順序執(zhí)行這些步驟。根據(jù)本發(fā)明的實施例的主旨和范圍，可以適當?shù)貙@些步驟進行添加、替換、改變順序和/或刪除。結(jié)合了不同權(quán)利要求和/或不同實施例的實施例都處在本發(fā)明的范圍內(nèi)并且在閱讀完本發(fā)明之后，其對本領(lǐng)域的技術(shù)人員是顯而易見的。。
【權(quán)利要求】
1.一種用于球柵陣列(BGA)的焊料凸塊結(jié)構(gòu)，包括: 至少一個凸塊下金屬化(UBM)層；以及 焊料凸塊，形成在所述至少一個UBM層上方，所述焊料凸塊具有凸塊寬度和凸塊高度， 其中，所述凸塊高度與所述凸塊寬度的比值小于I。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括至少一個非金屬芯，位于所述焊料凸塊的內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括導電層，包圍所述至少一個非金屬芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個非金屬芯包括塑料。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，進一步包括銅層，位于所述至少一個UBM層和所述焊料凸塊之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述焊料凸塊是無鉛的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述至少一個UBM層包括第一層和第二層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的結(jié)構(gòu)，其中，所述第一層包括T1、W、Cr、TiW、或其任意組合。
9.一種形成用于球柵陣列(BGA)的焊料凸塊結(jié)構(gòu)的方法，包括: 在襯底上方形成至少一個凸塊下金屬化(UBM)層；以及 在所述至少一個UBM層上方形成焊料凸塊，其中，所述焊料凸塊具有凸塊寬度和凸塊高度，并且所述凸塊高度與所述凸塊寬度的比值小于I。
10.一種集成電路，包括: 襯底； 至少一個凸塊下金屬化(UBM)層，形成在所述襯底上方；以及無鉛焊料凸塊，形成在所述至少一個UBM層上方，其中，所述焊料凸塊的內(nèi)部具有至少一個塑料芯， 其中，所述焊料凸塊具有凸塊寬度和凸塊高度，并且所述凸塊高度與所述凸塊寬度的比值小于I。
【文檔編號】H01L23/488GK103579150SQ201210454405
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月31日
【發(fā)明者】張容華, 黃震麟, 林俊成 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司