[發明專利]包括超導材料的凸塊下金屬化結構

在審

• 申請號: 201780095345.1
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN111164749A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: D·艾布拉哈姆;J·M·科特;E·萊萬多夫斯基
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L23/485
• 分類號: H01L23/485;H01L27/18
• 代理公司: 北京市金杜律師事務所 11256
• 代理人: 酆迅;姚杰

一種凸塊下金屬化(UBM)結構，包括第一區域和第二區域。第一區域和第二區域被橫向地定位在UBM結構中。第一區域包括超導材料。襯底與UBM結構相對。超導焊料材料將第一區域結合到襯底，將第二區域結合到襯底。

背景技術

本發明一般涉及將電子信號耦合進和耦合出集成電路(IC)。更具體地說，本發明涉及提供在凸塊和金屬化結構之間的超導電耦合和安全機械粘合的系統、制造方法和所得到的凸塊金屬化結構。

半導體器件用于各種電子和電光應用中。IC通常由形成于半導體晶片上的半導體器件的各種電路配置形成。或者，半導體器件可以形成為單片器件，例如分立器件。通過在半導體晶片上沉積多種類型的材料薄膜、圖案化薄膜、摻雜半導體晶片的選擇區域等，在半導體晶片上形成半導體器件。

在傳統的半導體制造工藝中，在單個晶片中制造大量的半導體器件。CMOS(互補金屬氧化物半導體)是用于形成晶體管的半導體制造技術，所述晶體管被制造到當今的大多數計算機微芯片中。在CMOS技術中，n型和p型晶體管以互補的方式被使用以形成電流門，該電流門形成電控制的有效手段。在CMOS技術制造序列中稍后執行的處理操作被稱為后段制程(BEOL)CMOS處理，而在CMOS技術制造序列中較早執行的處理步驟被稱為前段制程(FEOL)CMOS處理。

在完成器件級和互連級制造過程之后，將晶片上的半導體器件分離成微型芯片(即，芯片)，并封裝最終產品。IC(或芯片)封裝通常涉及將硅芯片包封在氣密密封的塑料、金屬或陶瓷封裝內，這防止芯片由于暴露于灰塵、濕氣或與其它物體接觸而被損壞。IC封裝還允許更容易地連接到PCB。PCB的目的是將IC和分立部件連接在一起以形成更大的運算電路。可以安裝到PCB的其它部件包括卡插座、微波連接器等。

引線接合是一種公知的BEOL操作，用于在PCB和其它部件(例如，外部部件、卡插座、微波連接器、芯片載體等)之間形成電互連。在引線接合中，在不使用焊料的情況下將一段小直徑的軟金屬引線(例如，金(Au)、銅(Cu)、銀(Ag)、鋁(Al)等)附接或接合到安裝于PCB上的兼容金屬表面或焊盤。引線和焊盤之間的實際接合可以以各種方式形成，包括使用熱壓、熱聲和超聲波技術。盡管引線接合被廣泛使用，但是附加的引線接合硬件，特別是在微波/射頻(RF)應用中，需要大量手工制造，遭受低溫CTE(熱膨脹系數)失配，難以可靠地重復，引起信號路徑問題，增加成本，增加體積并且引入外來的微波腔模式。

所謂的倒裝芯片組裝方法提供了引線接合的替代方案。倒裝芯片組件是通過芯片接合焊盤上的導電凸塊將面朝下(即，倒裝的)電子管芯直接電連接到有機或陶瓷電路板上，這也被稱為凸塊下金屬化(UBM)。導電凸塊可形成為小球焊料(即，焊球)，其接合到半導體器件的接觸區域或焊盤。常規倒裝芯片組裝方法可包括將焊料材料放置在半導體芯片/襯底上，將芯片倒裝，使焊料與芯片上的接觸焊盤(即，UBM)對準，以及在爐中使焊料回流以使焊料形成為球形形狀且建立焊料凸塊、UBM與芯片之間的接合。倒裝芯片組裝方法可以提供具有微小寄生電感和電容的電連接。此外，接觸焊盤(即UBM)分布在整個芯片表面上，而不是像引線接合中那樣被限制在周邊。結果，更有效地利用了芯片面積，增加了互連的最大數量，并且縮短了信號互連。因此，倒裝芯片裝配方法具有優于傳統的面朝上引線接合技術的優點，包括面積利用、性能、可靠性和成本。

對于其中凸塊接合將電子數據和其它信號承載到芯片中和從芯片中承載出來的芯片配置，可能期望使來自跨凸塊接合承載的電子數據和其它信號的信號損失最小化。使這種信號損失最小化的一種方法是將凸塊/UBM界面配置成完全超導的。通常，超導性是某些材料以實際上零電阻傳導電流的能力。