[發(fā)明專利]集成電路結(jié)構(gòu)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010530411.3
• 申請日: 2010-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN102064136A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蕭景文;莊曜群;陳承先;郭正錚;黃儒瑛
• 申請（專利權(quán)）人: 臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號(hào): H01L23/00
• 分類號(hào): H01L23/00;H01L23/498
• 代理公司: 隆天國際知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 72003
• 代理人: 姜燕;陳晨

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種集成電路，且特別涉及一種倒裝芯片接合結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

在半導(dǎo)體芯片/晶片的制造工藝中，集成電路裝置(例如晶體管)形成于半導(dǎo)體芯片/晶片中的半導(dǎo)體基材上。隨后，內(nèi)連線結(jié)構(gòu)形成于集成電路裝置上。金屬及焊料凸塊形成于半導(dǎo)體芯片/晶片上，以使集成電路裝置能形成通路。

在半導(dǎo)體芯片的封裝中，通常使用倒裝芯片封裝來接合半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體芯片中的金屬凸塊及封裝基材中的連接墊是使用焊料來作接合。傳統(tǒng)的共晶焊料凸塊使用含有鉛及錫的材料來接合金屬凸塊。例如，常用的含鉛共晶焊料含有約63％的錫及37％的鉛，此種成分使焊料能具有合適的熔點(diǎn)及低電阻。此外，此種共晶焊料具有良好的破裂抵抗能力。

鉛為具有毒性的材料，因而無鉛材料是較佳的選擇。因此，已發(fā)展出以無鉛焊料來取代含鉛焊料的方法。然而，現(xiàn)有的無鉛焊料，例如SnAg、SnAgCu及其介金屬化合物，皆過脆而易碎，因而會(huì)遭遇破裂的問題。因此，由無鉛焊料所形成的焊點(diǎn)(solder?joint)通常可靠度不足且無法通過例如熱循環(huán)的可靠度測試。

焊料破裂通常是由應(yīng)力所導(dǎo)致。封裝組件中，不同材料間熱膨脹系數(shù)(CTE)的差異是造成應(yīng)力的主要原因之一。例如，硅基材通常具有約3ppm/℃的熱膨脹系數(shù)，低介電常數(shù)材料通常具有約20ppm/℃的熱膨脹系數(shù)，而封裝基材通常具有約17ppm/℃的熱膨脹系數(shù)。熱膨脹系數(shù)的顯著差異，導(dǎo)致在熱交換時(shí)形成應(yīng)力并施予至結(jié)構(gòu)中。在金屬凸塊中使用銅使得此問題更加惡化，既然銅是剛性材料，可施予高應(yīng)力至鄰接于銅凸塊的焊料上，并因此使焊料易于破裂。例如，回焊的工藝容許度(process?window)(意指可承受重復(fù)進(jìn)行多少次回焊，不會(huì)有破裂產(chǎn)生)對于集成電路的量產(chǎn)可能過窄。并且，所得到的接合結(jié)構(gòu)對于抗電遷移能力不佳。

發(fā)明內(nèi)容

為克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種集成電路結(jié)構(gòu)，包括：一第一工作件，包括：一銅凸塊，位于此第一工作件的主要表面上，且在一平行于第一工作件的主要表面的第一平面中具有一第一尺寸：及一含鎳阻擋層，位于此銅凸塊上并與其鄰接；一第二工作件，接合至此第一工作件上且包括：一連接墊，位于此第二工作件的主要表面上；一阻焊層，位于此第二工作件的主要表面，且具有一第二尺寸的阻焊開口，暴露一部分的此連接墊，其中此第二尺寸是以平行于此第二工作件的主要表面的一第二表面所測量，且其中此第一尺寸對此第二尺寸的比例大于約1；以及一焊接區(qū)，電性連接此銅凸塊及此連接墊，其中此連接墊及此銅凸塊之間的垂直距離大于約30μm。

本發(fā)明也提供一種集成電路結(jié)構(gòu)，包括：一半導(dǎo)體芯片，包括：一半導(dǎo)體基材；一銅凸塊，設(shè)置于此半導(dǎo)體基材的主要表面上，且具有一平行于此半導(dǎo)體基材的主要表面的第一水平尺寸；及一含鎳阻擋層，位于此銅凸塊上；一封裝基材，包括：一連接墊，位于此封裝基材的主要表面；及一阻焊層，位于此連接墊上并通過此阻焊層中的阻焊開口暴露此連接墊的一中央部分，其中此阻焊開口具有一平行于此第一水平尺寸的第二水平尺寸，且其中此第一水平尺寸對此第二水平尺寸的比例于大于約1；以及一焊料區(qū)，通過此阻焊開口電性連接此含鎳阻擋層及此連接墊，其中此含鎳阻擋層及此連接墊相加的總厚度大于約30μm。

本發(fā)明能使應(yīng)力降低至某種程度，例如至產(chǎn)生破裂的臨界點(diǎn)以下。

為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下文特舉出較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。

附圖說明

圖1A及圖1B顯示含銅凸塊的半導(dǎo)體芯片的剖面圖；

圖2顯示含有連接墊及設(shè)于其上的焊球的封裝基材；

圖3顯示將圖1A/圖1B所示的結(jié)構(gòu)接合至圖2所示的結(jié)構(gòu)；

圖4顯示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的封裝體；以及

圖5顯示本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

【主要附圖標(biāo)記說明】

2～工作件10～基材

12～內(nèi)連線結(jié)構(gòu)14～半導(dǎo)體裝置

28～金屬墊30～保護(hù)層

32～凸塊下金屬34～銅凸塊

36～鎳阻擋層38～焊料層

40～含金層100～工作件

110～連接墊112～金屬內(nèi)連線

114～連接墊116～介電基材

122～金屬墊123～阻焊開口

124～阻擋層128～阻焊層

130～焊料層131～焊接區(qū)

具體實(shí)施方式