[發明專利]形成無鉛凸點互連的方法

無效

• 申請號: 01115321.0
• 申請日: 2001-04-19
• 公開（公告）號: CN1320960A
• 公開（公告）日: 2001-11-07
• 發明（設計）人: 張偉明;Z·S·卡里姆
• 申請（專利權）人: 卓聯科技有限公司
• 主分類號: H01L21/60
• 分類號: H01L21/60;H01L21/28
• 代理公司: 北京紀凱知識產權代理有限公司
• 代理人: 程偉

本發明涉及用于倒裝焊接的在半導體晶片上形成無鉛焊料凸點互連的方法。

用倒裝互連技術，首先在集成電路(IC)的輸入/輸出連接焊盤上形成稱為“凸點”的隆起的電接觸，然后在不用傳統的引線焊接或引線的情況下，將集成電路面朝下裝配(或倒裝焊接)。已經提出了各種各樣的凸點互連媒介，包含金、鉛-錫焊料、鎳、銅和導電聚合物。由于焊料的自調整和自平整化性能(再流時)，該焊料能供更堅固且可制造的連接工藝之用，鉛-錫凸點特別引起人的注意。除了提供電接點，焊料凸點還形成芯片和襯底之間的機械和熱連接。IBM于二十世紀六十年代在他們的C4(控制-倒塌-芯片-連接，即controlled-collapse-chip-connection)技術中首先在倒裝法中使用鉛-錫焊料凸點，采用用于凸點制造的蒸發方法。

倒裝技術與其它傳統的互連技術相比，其主要好處包含：

ⅰ)由于小凸點接點實際上可以放在芯片表面的任意位置和方便于特殊使用的點(不像“只是周圍”焊接技術例如導線焊接和紙帶自動焊接(TAB))，因此顯著提高了能夠連接到芯片的連接總數的能力。

ⅱ)具有減小電路片尺寸的潛能，避免需要引到周邊焊盤的、影響IC的制造產量和可靠性的長金屬化線。

ⅲ)降低電阻和電感值，加快互連速度和降低功耗。

ⅳ)由于通過焊料凸點傳熱和倒裝焊接后暴露IC的背面，因地具有較好的熱擴散性能。

ⅴ)提供小的、輕的和更緊密的封裝，從總體上降低了每個管腳的封裝費用。

焊料凸點材料的精確組分的選擇受各種因素的影響，特別是手熔點的影響。必須注意焊料熔點，特別是當將芯片焊到大部分由便宜的有機材料形成的襯底上時，這種襯底具有相當低的Tg(玻璃轉變溫度)。當倒裝焊接IC時，通常加熱到比焊料熔點高20-30℃的溫度。焊料凸點具有太高的熔點可能會導致襯底的毀壞。

現在用于倒裝焊接法兩種最普通的凸點材料是純金和鉛-錫基合金。前者主要用于液晶顯示器上(LCDs)或TAB封裝中的倒裝式硅集成電路。鉛-錫焊料凸點主要用于板上倒裝或封裝中倒裝方面。由于其便宜和自平整和自調整的再流特性，這些特性提供了更可制造的和堅固的倒裝焊接工藝，因此通常最好是除金凸點以外的焊料凸點。

平常用作焊料凸點的鉛-錫合金尤其包含95wt％Pb/5wt％Sn,97wt％Pb/3wt％Sn和共熔37wt％Pb/63wt％Sn。而且已經提出了具有添加劑In、Ag和Bi的鉛基焊料。

隨著對環境的了解，已經在考慮在世界范圍內禁止在電子產品中使用含鉛焊料，因為這些產品通常采用掩埋處置，這些產品中的鉛最后滲入到飲用水系統。限制在電子產品中使用鉛的法律可能會在歐共體中被通過，禁鉛的類似法規在美國和日本也正在制定中。這樣，為電子元件找到合適的無鉛產品的努力主要集中在印刷電路板、引線框架封裝和焊料膏的選擇上。對用于倒裝法的凸點互連的制造沒有引起注意。

已經提出的無鉛焊料包含那些基于銦的焊料和銦與鉍、銻、錫、鋅和銀的合金。

所需要的是能夠直接代替原來用于倒裝法的鉛-錫合金的無鉛焊料凸點復合物，以及使用這種無鉛焊料凸點復合物的制造方法。

在授權給摩托羅拉的美國專利No.5410184中提出了利用無鉛合金，該無鉛合金具有作為主要成分的錫，2-8wt％或更好3-5wt％的銅和最多1.5wt％的銀。這種焊料需要存在一定量的銅，最好3-5wt％，以便為焊接牢固性而保證形成一定程度的金屬互化物。然而這種復合物可能會由于錫-銅金屬互化物的過量形成而產生連接脆裂的問題。

本發明尋求提供一種形成焊料凸點的方法，能夠克服上述問題。

根據本發明的第一方面在于，一種用于倒裝法在基片或晶片上形成焊料凸點的方法，包括步驟：提供具有多個金屬焊盤的基片或晶片，這些金屬焊盤提供與基片或晶片的電連接；通過電鍍技術鍍覆包括純錫或從錫-銅、錫-銀、錫-鉍或錫-銀-銅選擇的錫合金的焊料凸點；以及通過加熱到凸點的熔點溫度以上熔融焊料凸點，以實現再流。

焊料最好是下列之一，它們是純錫；具有低于2wt％的銅、或更好大約0.7wt％的銅的錫-銅合金；具有低于20wt％的銀、或更好大約3.5wt％的銀、或10wt％的銀的錫-銀合金；具有5-25wt％的鉍、或更好大約20wt％的鉍的錫-鉍合金；具有低于5wt％的銀、最好大約3.5wt％的銀、低于2wt％的銅、最好大約0.7wt％的銅、其余是錫的錫-銀-銅合金。