[发明专利]包括超导材料的凸块下金属化结构

说明书

一种凸块下金属化(UBM)结构，包括第一区域和第二区域。第一区域和第二区域被横向地定位在UBM结构中。第一区域包括超导材料。衬底与UBM结构相对。超导焊料材料将第一区域结合到衬底，将第二区域结合到衬底。

背景技术

本发明一般涉及将电子信号耦合进和耦合出集成电路(IC)。更具体地说，本发明涉及提供在凸块和金属化结构之间的超导电耦合和安全机械粘合的系统、制造方法和所得到的凸块金属化结构。

半导体器件用于各种电子和电光应用中。IC通常由形成于半导体晶片上的半导体器件的各种电路配置形成。或者，半导体器件可以形成为单片器件，例如分立器件。通过在半导体晶片上沉积多种类型的材料薄膜、图案化薄膜、掺杂半导体晶片的选择区域等，在半导体晶片上形成半导体器件。

在传统的半导体制造工艺中，在单个晶片中制造大量的半导体器件。CMOS(互补金属氧化物半导体)是用于形成晶体管的半导体制造技术，所述晶体管被制造到当今的大多数计算机微芯片中。在CMOS技术中，n型和p型晶体管以互补的方式被使用以形成电流门，该电流门形成电控制的有效手段。在CMOS技术制造序列中稍后执行的处理操作被称为后段制程(BEOL)CMOS处理，而在CMOS技术制造序列中较早执行的处理步骤被称为前段制程(FEOL)CMOS处理。

在完成器件级和互连级制造过程之后，将晶片上的半导体器件分离成微型芯片(即，芯片)，并封装最终产品。IC(或芯片)封装通常涉及将硅芯片包封在气密密封的塑料、金属或陶瓷封装内，这防止芯片由于暴露于灰尘、湿气或与其它物体接触而被损坏。IC封装还允许更容易地连接到PCB。PCB的目的是将IC和分立部件连接在一起以形成更大的运算电路。可以安装到PCB的其它部件包括卡插座、微波连接器等。

引线接合是一种公知的BEOL操作，用于在PCB和其它部件(例如，外部部件、卡插座、微波连接器、芯片载体等)之间形成电互连。在引线接合中，在不使用焊料的情况下将一段小直径的软金属引线(例如，金(Au)、铜(Cu)、银(Ag)、铝(Al)等)附接或接合到安装于PCB上的兼容金属表面或焊盘。引线和焊盘之间的实际接合可以以各种方式形成，包括使用热压、热声和超声波技术。尽管引线接合被广泛使用，但是附加的引线接合硬件，特别是在微波/射频(RF)应用中，需要大量手工制造，遭受低温CTE(热膨胀系数)失配，难以可靠地重复，引起信号路径问题，增加成本，增加体积并且引入外来的微波腔模式。

所谓的倒装芯片组装方法提供了引线接合的替代方案。倒装芯片组件是通过芯片接合焊盘上的导电凸块将面朝下(即，倒装的)电子管芯直接电连接到有机或陶瓷电路板上，这也被称为凸块下金属化(UBM)。导电凸块可形成为小球焊料(即，焊球)，其接合到半导体器件的接触区域或焊盘。常规倒装芯片组装方法可包括将焊料材料放置在半导体芯片/衬底上，将芯片倒装，使焊料与芯片上的接触焊盘(即，UBM)对准，以及在炉中使焊料回流以使焊料形成为球形形状且建立焊料凸块、UBM与芯片之间的接合。倒装芯片组装方法可以提供具有微小寄生电感和电容的电连接。此外，接触焊盘(即UBM)分布在整个芯片表面上，而不是像引线接合中那样被限制在周边。结果，更有效地利用了芯片面积，增加了互连的最大数量，并且缩短了信号互连。因此，倒装芯片装配方法具有优于传统的面朝上引线接合技术的优点，包括面积利用、性能、可靠性和成本。

对于其中凸块接合将电子数据和其它信号承载到芯片中和从芯片中承载出来的芯片配置，可能期望使来自跨凸块接合承载的电子数据和其它信号的信号损失最小化。使这种信号损失最小化的一种方法是将凸块/UBM界面配置成完全超导的。通常，超导性是某些材料以实际上零电阻传导电流的能力。