用于非贵金属接合搭接垫的薄NiB或CoB封盖层制造技术

本发明专利技术涉及一种基板，该基板具有至少一个主表面，所述主表面包括被封盖层覆盖的至少一个非贵金属接合搭接垫，从而将非贵金属接合搭接垫从环境掩蔽开来。该封盖层包括合金，合金是NiB或CoB并且含有原子浓度百分率为10-50％的硼。

【技术实现步骤摘要】
【专利说明】用于非贵金属接合搭接垫的薄NiB或CoB封盖层MM本专利技术涉及覆盖基板上非贵金属接合垫的封盖层。
技术介绍
开发了采用接合结构的新技术，由此热-压制接合(TCB)的使用变得更为普及。例如，TCB可用于引线接合、倒装芯片(Flip Chip)接合或芯片堆叠。它需要凸出的触点，例如由Au或Cu引线或含Sn基焊料触头的Cu柱形成的钉头凸点。这些凸出的触点可位于基板上或者在接合结构的另一组件上。在凸出的触点的相对面，平坦的触点(优选与凸出的触点是相同材料)用作接合部件，称为接合搭接垫。该材料可以是非贵金属。TCB工艺通过在需要接合的两种组件上应用压力方案和热方案实现了接合结构的两种组件之间的最终接合。通常，TCB工艺期间两种组件之间存在底部填充材料。通常，在它们接合之前，接合结构中需要接合的组件的制造期间存在储存时间。还应注意，组装工艺本身以及储存不一定是在非氧化环境中。这些因素最终可能导致非贵金属接合搭接垫的氧化。众所周知的事实是，非贵金属接合搭接垫的氧化常常导致接合工艺期间焊点形成问题。当底部填充材料的熔解能力不足以去除接合工艺期间的非贵金属氧化物时尤其是这样。利用无电沉积(ELD)厚(>0.5ym)的NiPjg (最高至5重量％ )硼含量的NiB、Au、Pd或其堆叠组合来涂覆或封盖金属接合搭接垫，以防止金属接合搭接垫的氧化。例子参见US 7,078, 796B2o这些解决方案需要具有优异非氧化性质的贵金属如Au或Pd，但是这些材料非常昂贵。这些贵金属具有优异的抗氧化性，但它们是稀有材料并且昂贵。本专利技术的目的是用常规可得的较便宜的替代品代替这些材料。附图简要说明图la，b, c, d显示了根据本专利技术第一方面可能的实现形式，其中封盖层完全覆盖非贵金属接合搭接垫。图2a，b, c显示了根据本专利技术第二方面可能的实现形式，其中封盖层部分覆盖非贵金属接合搭接垫。图3显示了根据本专利技术的实施方式，对于不同厚度的NiB封盖层的Cu-氧化物和NiB氧化物的表面浓度(原子百分率:At% )。图4显示了根据本专利技术的实施方式，对于不同厚度的NiB封盖层的接触菊链的产率。详细描沐将就【具体实施方式】并参照某些附图对本专利技术进行描述，但本专利技术并不受此限制。所述附图仅为示意性而不具限制性。在附图中，为达到说明的目的，可能放大一些元件的尺寸而未按比例绘制。所述尺寸和相对尺寸不必然对应于本专利技术付诸实施的实际情况。另外，在说明书以及权利要求书中，术语“第一”、“第二”和“第三”等仅仅是用来区别类似的元件，而不是用来描述次序或时间顺序。在适当的情况下，这些术语可互换，且本专利技术的实施方式可以如本文所述和所示以外的其它顺序操作。此外，在说明书和权利要求书中，术语“顶部”、“底部”、“上方”、“下方”等用于描述目的，而不一定用于描述相对位置。在适当的情况下，这些术语可互换，且本专利技术的实施方式可以如本文所述和所示以外的其它顺序操作。应注意，权利要求书中使用的术语“包含”不应解释为被限制为其后列出的技术手段，其不排除其它元件或步骤。因此应将其解释为详细说明存在所提到的所述特征、整数、步骤或组分，但不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤或组分或其组合。因此，“包含技术手段A和B的装置”表述的范围不应限于仅由组件A和B组成的装置。其表示就本专利技术而言，所述装置仅有的相关组件是A和B。图1a显示了根据本专利技术的第一方面的基板1，所述基板具有至少一个主表面11，主表面包括至少一个非贵金属接合搭接垫2，该非贵金属接合搭接垫被封盖层3覆盖，将非贵金属接合搭接垫2从环境掩蔽开来。该封盖层3包括合金，合金是NiB或CoB并且含有原子浓度百分率为10-50%的硼。图1b-1c显示了本专利技术第一方面的其他替代实现形式。应理解，这些替代实现形式也是可能的。图la, b, C，d的基板I可选自以下列表:半导体基板、印刷电路板、玻璃面板、弹性基板、重建晶片或主表面11上包括非贵金属接合搭接垫2的任何基材。半导体基板可包括至少一个半导体装置和互连结构，该至少一个半导体装置通过至少部分互连结构与非贵金属接合搭接垫电连接。基板I可包括至少两个接合管芯的堆叠，至少一个接合管芯在内插件基板上的堆叠或者至少一个接合管芯在晶片上的堆叠。图la, b, C，d中基板I的主表面11是平坦表面，在该表面上发生接合，例如“在硅内插件基板上的倒装芯片热压制接合”。注意该主表面可以是基板的顶部或者底部平坦表面11或者是两者。图la，b，c，d中的非贵金属接合搭接垫2被构造成接合工艺中的接收实体。通常，出于本领域众所周知的各种原因，例如应力缓解、底部填充分配F分配或者熔解，两个实体或组件之间需要一些基准距高度(stand-off height)。接合工艺中的非接收实体通常具有接合材料，而接收实体具有搭接垫以容纳接合工艺期间的接合材料。接合材料可以是但不限于:焊料、接合线、金属柱等。涉及本专利技术第一方面的非贵金属接合搭接垫2并不排斥贵金属如Au和Pd。这些贵金属具有优异的抗氧化性质，但是是稀有材料并且昂贵。本专利技术的目的是用常规可得的较便宜的替代品代替这些材料。由于非贵金属接合搭接垫2不含贵金属接合层，所以需要封盖层3以避免非贵金属接合搭接垫2的氧化。封盖层3覆盖非贵金属接合搭接垫2，从而将非贵金属接合搭接垫2从氧化环境掩蔽开来。注意被封盖层3覆盖的金属接合搭接垫与该封盖层3直接接触。环境可包括氧，即使是少量(例如低到30ppm)也将导致非贵金属的氧化。即使在焊接期间采用氮气环境和/或流体汽相气氛的工具中也可能发生氧化，因为在这些环境中氧分压仍然显著并且因此导致非贵金属接合搭接垫2的氧化。非贵金属接合搭接垫的氧化可能在储存期间或者在接合设施或者含有这种金属接合搭接垫的基板的组装车间发生。封盖层3起到扩散阻挡层的作用，防止氧从环境穿过封盖层3而到达非贵金属接合搭接垫2的非贵金属。反过来，封盖层3也能防止金属从非贵金属接合搭接垫2向外穿过封盖层3扩散而到达环境，在环境中遇氧而易于氧化。众所周知的是，非贵金属接合搭接垫2的氧化可导致劣质接合，必须加以避免，以维持高接合率、优良的接合可靠性和接合结构的成本效率。意外地发现，采用含有原子浓度百分率为10-50%的B的NiB或CoB合金作为覆盖非贵金属接合搭接垫2的封盖层3产生优异的扩散阻挡性质，有效防止扩散通过封盖层，因而防止被封盖层3覆盖的非贵金属接合搭接垫2中非贵金属的氧化。意外地发现，根据本专利技术的第一方面，采用含有原子浓度百分率为10-50%的B的NiB或CoB合金作为覆盖非贵金属接合搭接垫2的封盖层3，使非贵金属接合搭接垫2被封盖层覆盖的部分具有优异的浸润性质，能够与常规焊料如Sn实现优良可焊性。意外地发现，根据本专利技术的第一方面，采用含有原子浓度百分率为10-50%的B的NiB或CoB合金作为覆盖非贵金属接合搭接垫2的封盖层3，该垫2在接触含有氧的正常空气环境时不易氧化。目前相信这可能是因为NiB或CoB合金中高原子浓度百分率的B，B用作Ni或Co金属中的填隙元素，从而防止封盖层3中存在的Ni或Co的氧化。B在物理尺寸方面足够小，以匹配进入Ni或Co晶格中的空间。这样，NiB或CoB具有与贵金属一样的性质，但成本降低。发现更低原子浓本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基板(1)，所述基板具有至少一个主表面(11)，所述主表面包括至少一个非贵金属接合搭接垫(2)，所述非贵金属接合搭接垫覆盖有封盖层(3)，从而将所述非贵金属接合搭接垫(2)从环境屏蔽开；其特征在于，所述封盖层(3)包括合金，所述合金是NiB或CoB并且含有原子浓度百分率为10‑50％的硼。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：E·贝内，J·德沃斯，J·德拉克山得，L·英格兰，G·瓦喀纳斯，
申请(专利权)人：IMEC非营利协会，
类型：发明
国别省市：比利时;BE