用于焊接应用中的界面的锌-钴阻挡层制造技术

微电子装置(100)具有在输入/输出I/O焊盘(102)上的凸块接合结构(110)。所述凸块接合结构(110)包含含铜柱(112)、在所述含铜柱(112)上的包含钴和锌的阻挡层(114)，以及在所述阻挡层(114)上的含锡焊料(116)。所述阻挡层(114)包含0.1重量百分比至50重量百分比的钴和相当于0.05微米至0.5微米厚的纯锌层的一定量的锌。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于焊接应用中的界面的锌-钴阻挡层本专利技术总体涉及微电子装置，更具体涉及微电子装置中的阻挡层。
技术介绍
一些微电子装置具有带有铜柱和在铜柱上的含锡焊料的凸块接合结构。焊料在凸块接合工艺期间回流(熔化)，凸块接合工艺将凸块接合结构附接到例如引线框架的封装结构的引线。当熔融的含锡焊料润湿铜时，在铜柱和含锡焊料的界面周围形成铜-锡金属间化合物。空隙也可在靠近金属间化合物的铜柱中形成。金属间化合物和空隙通过降低接头的机械特性和电特性而不利地影响焊料接头的可靠性。
技术实现思路
在所述实例中，微电子装置具有凸块接合结构，所述凸块接合结构具有含铜柱、包含在含铜柱上的钴和锌的阻挡层，以及在阻挡层上的含锡焊料。阻挡层包含0.1重量百分比至50重量百分比的钴和相当于0.05微米至0.5微米厚的纯锌层的一定量的锌。本文描述了形成微电子装置的方法。附图说明图1是包含具有包含钴和锌的阻挡层的凸块接合结构的示例性微电子装置的横截面。图2A至图2J是微电子装置的横截面，所述微电子装置包含具有包含钴和锌的阻挡层的凸块接合结构，在示例性形成方法的阶段中示出。图3A和图3B是微电子装置的横截面，所述微电子装置包含具有包含钴和锌的阻挡层的凸块接合结构，在另一示例性形成方法的阶段中示出。图4示出了示例性反向脉冲镀覆波形。图5是微电子装置的横截面，所述微电子装置包含具有包含钴、镍和锌的阻挡层的凸块接合结构，在另一示例性形成方法中示出。图6A至图6D是微电子装置的横截面，所述微电子装置包含具有包含钴和锌的阻挡层的凸块接合结构，在另一示例性形成方法的阶段中示出。图7A和图7B是包含具有包含钴和锌的阻挡层的焊料结构的引线框架的横截面，在另一示例性形成方法的阶段中示出。具体实施方式附图未按比例绘制。此说明书不受所说明的动作或事件的顺序的限制，因为一些动作可以以不同的顺序发生和/或与其它动作或事件同时发生。此外，并不要求所有所说明的动作或事件实现根据本说明书的方法。微电子装置具有输入/输出(I/O)焊盘，其中凸起接合结构电耦合到I/O焊盘。I/O焊盘可以是电耦合到微电子装置的互连件的接合焊盘。I/O焊盘可以是微电子装置的互连件上方的再分布层(RDL)的部分。术语“在…上方”不应解释为限制所述元件的位置或取向，而应用于提供元件之间的空间关系。I/O焊盘可以是微电子装置的有源上接合(BOAC)结构中的凸起焊盘。I/O焊盘的其它表现形式在本说明书的范围内。凸块接合结构包含含铜柱(在此称为铜柱)、在铜柱的至少一部分上的阻挡层，以及在阻挡层上的焊料。阻挡层包含0.1重量百分比至50重量百分比的钴和相当于0.05微米至0.5微米厚的纯锌层的一定量的锌，并且可以包含其它金属，例如镍。凸块接合结构还包含在阻挡层的至少一部分上的含锡焊料，例如含锡焊料。阻挡层位于铜柱和焊料之间。例如，阻挡层可以被描述为在铜柱上，所述在铜柱上包含在铜柱的至少一部分上。类似地，焊料可以被描述为在阻挡层上，所述在阻挡层上包含在阻挡层的至少一部分上。晶种层可以设置在I/O焊盘上，凸块接合结构之下。晶种层包含导电材料，并且有时被称为凸块下金属化(UBM)层。在本说明书中，如果将凸块接合结构描述为“在”I/O焊盘上，则它们可以直接在I/O焊盘上，或者可以存在例如晶种层的介入元件。如果将凸块接合结构描述为“直接在”I/O焊盘上，则不存在其它有意布置的介入元件。图1是包含具有包含钴和锌的阻挡层的凸块接合结构的示例性微电子装置的横截面。微电子装置100具有在衬底104上的I/O焊盘102。衬底104可以包含例如集成电路、分立半导体装置、微机电系统(MEMS)装置或多芯片模块。例如，可以用铝焊盘、铜焊盘、微电子装置100的顶层互连层的焊盘区域或者微电子装置100的RDL的焊盘区域来表现I/O焊盘102。微电子装置100可以包含在衬底104上方的保护覆盖(PO)层106。PO层106可以包含二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、聚酰亚胺或其它减少衬底104的污染和机械损伤的介电材料的一或多个子层。如果存在PO层106，则其具有暴露I/O焊盘102的开口，如图1所示。可以直接在I/O焊盘102上设置晶种层108。晶种层108可以部分延伸到与暴露I/O焊盘102的开口直接相邻的PO层106。晶种层108为电镀操作提供导电层。晶种层108可以包含例如钛、铬或镍的粘附子层。晶种层108可以包含铜或镍的顶部子层，以便于将铜电镀到晶种层108上。微电子装置100具有凸块接合结构110，所述凸块接合结构直接位于I/O焊盘102上方的晶种层108上，使得凸块接合结构110穿过晶种层108电耦合到I/O焊盘102。每个凸块接合结构110包含在晶种层108上的铜柱112。铜柱112主要包含铜，这意味着包含至少90重量百分比的铜。在本实例的一些形式中，利用用于形成铜柱112的电镀操作产生的痕量的其它材料，铜柱112可以基本上全部是铜。凸块接合结构110包含在铜柱112上的阻挡层114。凸块接合结构110还包含在阻挡层114上的焊料116。焊料116可以包含至少50重量百分比的锡。焊料116可任选地包含其它金属，例如银、锑、铋或铜。阻挡层114包含从1重量百分比到30重量百分比的钴，所述钴有效地减少了锡-铜金属间化合物，并有效地减少了铜和锡相互扩散。阻挡层114的厚度至少为1微米，并且可以多达5微米。阻挡层114包含相当于0.05微米至0.5微米的纯厚锌层的一定量的锌。换句话说，阻挡层114的厚度和锌的重量百分比的乘积可能是0.05微米至0.5微米。所述锌的量有效地避免了在焊料116的表面上形成不想要的氧化锌层。阻挡层114可以包含减少铜和锡扩散的其它金属，例如镍。图2A至图2J是微电子装置的横截面，所述微电子装置包含具有包含钴和锌的阻挡层的凸块接合结构，在示例性形成方法的阶段中示出。参考图2A，微电子装置200具有衬底204，所述衬底可以是例如半导体晶片、MEMS衬底或多芯片模块衬底的一部分。微电子装置200包含在衬底204上的I/O焊盘202。I/O焊盘202可以包含铝焊盘，所述铝焊盘通过沉积铝层形成，并通过掩模和蚀刻工艺形成图案。I/O焊盘202可以包含通过形成掩模和电镀工艺形成的铜焊盘。可以在衬底204上方形成任选的PO层206。如果形成PO层206，则将其图案化以具有暴露I/O焊盘202的至少一部分的开口。PO层206可以包含参考图1所述的材料。在衬底204上方形成晶种层208，如果存在PO层206的话，则在PO层206上形成晶种层208。晶种层208接触I/O焊盘202。晶种层208可以包含参考图1所述的材料。晶种层208可以通过例如一或多个溅射工艺或蒸发工艺形成。在晶种层208上方形成镀覆掩模218。镀覆掩模218暴露在I/O焊盘202上方的晶种层208上的区域。镀覆掩模218可以包含光致抗蚀剂，并且可以通过光刻工艺形成。或者，镀覆掩模218可以包含有机聚合物材料，并且可以通过加成工艺形成，例如粘合剂喷射、材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电子装置，其包括：/n输入/输出I/O焊盘；以及/n电耦合到所述I/O焊盘的凸起接合结构，所述凸起接合结构包含：含铜柱，所述含铜柱包含至少90重量百分比的铜；位于所述含铜柱的至少一部分上的阻挡层，所述阻挡层包含0.1重量百分比至50重量百分比的钴，所述阻挡层包含相当于0.05微米至0.5微米厚的纯锌层的一定量的锌；以及所述阻挡层上的焊料。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180618 US 16/011,2831.一种微电子装置，其包括：
输入/输出I/O焊盘；以及
电耦合到所述I/O焊盘的凸起接合结构，所述凸起接合结构包含：含铜柱，所述含铜柱包含至少90重量百分比的铜；位于所述含铜柱的至少一部分上的阻挡层，所述阻挡层包含0.1重量百分比至50重量百分比的钴，所述阻挡层包含相当于0.05微米至0.5微米厚的纯锌层的一定量的锌；以及所述阻挡层上的焊料。


2.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述焊料包含至少50重量百分比的锡。


3.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述阻挡层包含镍，其中所述镍的重量百分比小于所述钴的所述重量百分比。


4.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述阻挡层为1微米至5微米厚。


5.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述阻挡层的厚度与所述锌的重量百分比的乘积为0.05微米至0.5微米。


6.根据权利要求1所述的微电子装置，其还包含在所述含铜柱和所述I/O焊盘之间的晶种层，所述晶种层包含导电材料。


7.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述凸块接合结构通过焊料接头附接到封装结构，所述焊料接头包含所述焊料。


8.一种形成微电子装置的方法，所述方法包括：
提供具有输入/输出I/O焊盘的衬底；
形成含铜柱，使得所述含铜柱包含至少90重量百分比的铜；
在所述含铜柱上形成阻挡层，使得所述阻挡层包含0.1重量百分比至50重量百分比的钴，并且使得所述阻挡层包含相当于0.05微米至0.5微米厚的纯锌层的一定量的锌；以及
在所述阻挡层上形成焊料，使得所述焊料包含锡。


9.根据权利要求8所述的方法，其中形成所述阻挡层包含：
在所述含铜柱上电镀含钴子层，使得所述含钴子层中钴的重量百分比高于所述含钴子层中锌的重量百分比；以及
在所述含钴子层上电镀含锌子层，使得所述含锌子层包含相当于0.05微米至0.5微米厚的纯锌层的一定量的锌。

【专利技术属性】
技术研发人员：N·戴德万德，C·D·马纳克，S·F·帕沃内，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US