包括超导材料的凸块下金属化结构制造技术

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。

Metallization structure under bumps including superconducting materials

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括超导材料的凸块下金属化结构
技术介绍
本专利技术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，本专利技术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。在许多情况下，选择的凸块金属是铟或铟合金，其中材料以各种方式沉积到兼容的UBM膜堆叠上。因为厚铟基凸块金属是在与UBM膜分开的过程中沉积的，所以对UBM膜的组成有一定的限制。特别地，在铟沉积/电镀期间不应氧化UBM的顶表面，以便在铟合金和UBM之间形成良好的接合。结果，可能希望使用对UBM堆叠形成强粘附的材料。形成这种机械结合的材料可能不会形成超导连接(并且实际上甚至可能不会提供电接触)。例如，UBM膜上的贵金属可以提供优良的机械/金属连接，因为在贵金属表面上几乎不存在氧化物，同时可能不提供超导接触。贵金属对于提供机械接合特别有吸引力，因为贵金属表面上的氧化水平即使在潮湿环境中也非常低。
技术实现思路
本专利技术的实施例涉及一种包括凸块下金属化(UBM)结构的结构，该凸块下金属化(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，其中第一区包括超导材料。该结构包括与UBM结构相对的衬底以及将第一区域结合到衬底并将第二区域接合到衬底的超导焊料材料。本专利技术的实施例涉及一种包括第一凸块下金属化(UBM)结构的结构，该第一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第一UBM结构中，第一UBM结构被连接到第一衬底。该结构包括第二UBM结构，该第二UBM结构包括另一第一区域和另一第二区域，该另一第一区域和另一第二区域被横向地定位在第二UBM结构中，该第二UBM结构连接至第二衬底。此外，该结构包括超导焊料材料，该超导焊料材料将第一UBM结构的第一区域和第二区域结合至第二UBM结构的另一第一区域和另一第二区域，其中，第一区域和另一第一区域包括超导材料。本专利技术的实施例涉及一种包括器件的系统。该器件包括凸块下金属化(UBM)结构，该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，其中第一区包括超导材料。该器件包括与UBM结构相对的衬底以及将第一区域结合到衬底并将第二区域结合到衬底的超导焊料材料。此外，该系统包括冷却系统，该冷却系统被配置成将温度降低到与该器件相关联的超导温度。本专利技术的实施例涉及一种形成器件的方法，包括提供包括第一区域和第二区域的凸块下金属化(UBM)结构，第一和第二区域被横向地定位在UBM结构中，其中第一区域包括超导材料。该方法包括提供与UBM结构相对的衬底，以及利用超导焊料材料将衬底结合到第一区域和第二区域。本专利技术的实施例涉及形成器件的方法，该方法包括提供包括第一区域和第二区域的第一凸块下金属化(UBM)结构，第一区域和第二区域被横向地定位在第一UBM结构中，第一UBM结构被连接到第一衬底。该方法包括提供包括另一第一区域和另一第二区域的第二UBM结构，该另一第一区域和另一第二区域被横向地定位在第二UBM结构中，第二UBM结构被连接至第二衬底。此外，该方法包括利用超导焊料材料结合将第一UBM结构的第一区域和第二区域接合到第二UBM结构的另一第一区域和另一第二区域，其中第一区域和另一第一区域包括超导材料。通过本文所述的技术实现了额外的特征和优点。本文详细描述了其它实施例和方面。为了更好的理解，参考说明书和附图。附图说明在说明书结尾处的权利要求中特别指出并明确要求了被认为是本专利技术的主题。从下面结合附图的详细描述中，前述和其它特征和优点将变得显而易见，其中：图1描绘了根据本专利技术实施例的双部件UBM结构的截面图；图2描绘了根据本专利技术实施例的另一双部件UBM结构的截面图；图3A描绘了根据本专利技术实施例的UBM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种结构，包括：/n凸块下金属化(UBM)结构，所述UBM结构包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域被横向地定位在所述UBM结构中，其中，所述第一区包括超导材料；/n与所述UBM结构相对的衬底；以及/n超导焊料材料，所述超导焊料材料将所述第一区域结合到所述衬底并且将所述第二区域结合到所述衬底。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170929 US 15/721,2381.一种结构，包括：
凸块下金属化(UBM)结构，所述UBM结构包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域被横向地定位在所述UBM结构中，其中，所述第一区包括超导材料；
与所述UBM结构相对的衬底；以及
超导焊料材料，所述超导焊料材料将所述第一区域结合到所述衬底并且将所述第二区域结合到所述衬底。


2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述UBM结构被布置成使得所述第一区域与所述第二区域横向相邻，使得所述超导焊料材料能够接触所述第一区域和所述第二区域两者。


3.根据权利要求1所述的结构，其中，所述UBM结构被布置成具有包含所述第一区的一个或多个第一位置，并且具有包含所述第二区的一个或多个第二位置。


4.根据权利要求3所述的结构，其中，所述一个或多个第一位置不同于所述一个或多个第二位置。


5.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第二区域包括非超导材料。


6.根据权利要求1所述的结构，其中，所述衬底包括被连接到所述超导焊料材料的超导电路，使得所述第一区域被电连接到所述超导电路。


7.根据权利要求1所述的结构，其中，超导结在所述超导焊料材料和所述第一区域之间被形成。


8.一种结构，包括：
第一凸块下金属化(UBM)结构，所述第一UBM结构包括第一区域和第二区域，所述第一区域和所述第二区域被横向地定位在所述第一UBM结构中，所述第一UBM结构被连接到第一衬底；
第二UBM结构，所述第二UBM结构包括另一第一区域和另一第二区域，所述另一第一区域和所述另一第二区域被横向地定位在所述第二UBM结构中，所述第二UBM结构连接至第二衬底；以及
超导焊料材料，所述超导焊料材料将所述第一UBM结构的所述第一区域和所述第二区域结合至所述第二UBM结构的所述另一第一区域和所述另一第二区域，其中，所述第一区域和所述另一第一区域包括超导材料。


9.根据权利要求8所述的结构，其中，所述第一UBM结构被布置成使得所述第一区域与所述第二区域横向相邻，使得所述超导焊料材料能够接触所述第一区域和所述第二区域两者；以及
其中，所述第二UBM结构被布置成使得所述另一第一区域与所述另一第二区域横向相邻，使得所述超导焊料材料能够接触所述另一第一区域和所述另一第二区域两者。


10.根据权利要求8所述的结构，其中，所述第一UBM结构被布置成具有包含所述第一区域的一个或多个第一位置，并且具有包含所述第二区域的一个或多个第二位置；以及
其中所述第二UBM结构被布置成具有包含所述另一第一区域的一个或多个第二位置并具有包含所述另一第二区域的一个或多个第二位置。


11.根据权利要求8所述的结构，其中，所述第二区域和所述另一第二区域包括非超导材料。


12.根据权利要求8所述的结构，其中，所述第一衬底包括被电连接到...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·艾布拉哈姆，J·M·科特，E·莱万多夫斯基，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US