[发明专利]封装的凸点下金属层结构及其制造方法

说明书

技术领域

[0001]本发明涉及半导体封装中的凸点下金属层(under bumpmetallurgy，UBM)结构，更具体而言，涉及UBM方案以防止锡渗透。

背景技术

[0002]当集成电路(IC)向更高的速度和更大的管脚数前进时，由于传统的引线结合技术已经接近或者甚至到达了它们的极限，所以用于实现细微间距引线结合结构的传统技术不能与由增加的IC芯片加工速度和更高的IC芯片管脚数所产生的需求同步。同样地，当前的趋势是用其它封装结构和组件，例如倒装芯片封装(flip chip package)和晶片级封装(wafer level package，WLP)，来替换引线结合结构。

[0003]一些芯片结合技术利用连接在芯片上焊盘的铜凸点(copperbump)来建立用于信号输入和输出的电连接。例如新封装方法包括BGA(ball grid array，球栅阵列式)和CSP(chip scale package，芯片尺寸封装)方法，在那里半导体芯片被安装在基板上，例如印刷电路板上。在倒装芯片结合中，凸点通常预先在半导体芯片的所述焊盘(bonding pad)上形成并且所述凸点然后和位于互连接基板上的终端相接口，随后进行例如热压结合。已知如“玻璃上芯片(chip on glass)”的安装技术作为用于采用平顶金属凸点例如铜凸点来安装驱动芯片的成本效率技术出现了。参见例如2005年6月9日出版的美国专利申请2005/0124093和2005年10月27日出版的美国专利申请2005/0236696。铜凸点可以通过在所述芯片焊盘上形成的凸点下金属层(UBM)上进行铜的电沉积方法形成。铜凸点(柱)典型地在光刻胶或其他有机树脂材料形成的掩模内形成，所述光刻胶或者其他有机树脂材料在所述芯片焊盘上限定了所述凸点形成区域。

[0004]另外在本领域中，在将裸片(die)连接到倒装晶片封装中采用焊料凸点(solder bump)是众所周知的。在这样结构中，提供了具有设置于其上的I/O焊盘或裸片焊盘的裸片。提供光聚合物钝化层以保护加工期间所述裸片免受损伤。UBM结构设置在所述芯片焊盘上，并且焊剂球设置或者形成在所述UBM结构的顶部上。本领域内众所周知，焊剂球被用来在所述裸片和印刷电路板(PCB)或其它器件之间形成电和机械连接。影响焊接缝寿命的重大因素是与所述焊接缝联合采用的所述UBM结构。但是，现有的UBM方案被设计来最优化冶金学或加工参数而不是来提高焊接缝的可靠性。在常规封装方案中，锡渗透发生。来自所述焊剂的锡将渗透通过所述UBM的结构到所述焊盘。例如如果所述UBM界面包括铜并且所述焊剂球是锡铅合金，那么锡渗透将可能发生。如果锡渗透发生，这导致所述铜金属变得易碎和更加刚性，减少了温度循环测试期间在所述封装级和板级上的可靠性。

[0005]参照图1，显示了当前技术结合结构的剖面图。在这个实施方案中，其上形成有集成电路的硅基板裸片101具有铝焊盘102。氮化硅钝化层103在硅基板101上形成。第一BCB或光引发剂(PI)电介质层104在所述钝化层103上形成。第一开孔形成在所述第一绝缘层104和钝化层103中。阻挡金属层105例如Ti/Cu，被溅射在包括在所述第一开孔内的所述第一绝缘层104上。铜106层被电镀在所述阻挡金属层105上。镍层107然后电镀在所述铜层106上。金107然后电镀在所述镍层107上。最后焊剂球109在所述金层108上形成。因为所述焊剂球109典型地包含锡，所以锡渗透入所述金属层107/106/105能发生。在温度循环期间，所述锡渗透能引起所述金属层107/106/105开裂。

[0006]参照图2，显示了当前技术另一结合结构的剖面图。在这个实施方案中，其在美国专利7,005,752被公开，类似于显示在图1中的当前技术结构，显示在图2的结构包括：其上形成有基层电路的硅基体裸片201具有铝焊盘202。氮化硅钝化层203在所述硅基板201上形成。第一BCB或光引发剂(PI)电介质层210在所述钝化层203上形成。第一开孔形成在所述第一绝缘层210和钝化层203中。阻挡金属层205例如Ti/Cu，被溅射在包括在所述第一开孔中的所述第一绝缘层210上。金属层206例如TiW/Cu，也被溅射在所述阻挡金属层205上。焊剂球207沉积在所述溅射金属层206上。显示在图2中的结构的缺点是所述溅射层206/205典型地是非常薄，并且能引起金属之间连接的问题。而且，焊剂球应力在没有任何缓冲下冲击铝焊盘。因而，在温度循环期间，金属可能开裂。