在常规UBM例如Cu、Ni或NiP中，存在的这样问题：在长时间将电子部件保持在高温条件下时导致UBM的阻挡特性被破坏，并且由于在结合界面形成脆性的合金层，导致结合强度降低。焊料连接部分在高温下储存之后长期连接可靠性降低的问题得到了解决。电子部件上提供有：安置在基板或半导体元件上的电极片；和为覆盖所述电极片而安置的阻挡金属层。所述阻挡金属层在与所述电极片接触侧相反的一侧上包含CuNi合金层，所述CuNi合金层含有15至60原子％的Cu和40至85原子％的Ni。
Electronic component, semiconductor package and electronic device
In the conventional UBM such as Cu, Ni or NiP, such problems: in the long time will keep electronic components under the condition of high temperature caused the barrier properties of UBM was destroyed, and the alloy layer is formed in the interface brittle, resulting in reduced bond strength. When the solder joint is stored at high temperatures, the problem of long term connection reliability degradation is addressed. An electronic component is provided with an electrode sheet disposed on a substrate or a semiconductor element; and a barrier metal layer for covering the electrode sheet. The barrier metal layer comprises a CuNi alloy layer on the opposite side of the contact side of the electrode sheet, wherein the CuNi alloy layer contains 15 to 60 atomic% Cu and 40 to 85 atomic% Ni.
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种包含在电极片(electrode pad)上的阻挡金属层的电子部件、半导体封装件和电子器件。
技术介绍
近年来与更高性能的电子器件相关的是，在半导体封装件中日益需要更高密度的装配。在用于提供这种高密度的半导体封装件的方法的一个实例中，在LSI芯片的表面的电极片上形成焊料凸起，并且使用倒装法连接，将LSI芯片与插入式(interposer)基板或母板如积层(build-up)基板和柔性基板连接，或者与另一个LSI芯片连接。通常，当在倒装法连接中使用由例如SnPb、SnAg, SnCu, SnAgCu, SnZn, SnZnBi和 SrHn制成的焊料凸起时，主要制成焊料凸起的Sn在回流和结合处理、修复过程中，或者当产品在高温下使用时，扩散到由LSI芯片的Al或Cu制成的电极片和布线中，从而在一些情况下导致电的问题。为了防止扩散，在电极片和焊料凸起之间使用在防止焊料扩散方面非常有效的 UBM(下凸起金属)(阻挡金属层)。作为具有阻挡能力的UBM的一个典型实例，通常使用通过电解镀敷形成的Ni或通过无电镀敷形成的NiP。这是因为与Sn相比，Ni不太可能扩散， 使得即使在高温下存储之后也可以保持阻挡特性。然而，因为Ni不具有良好的润湿性(粘附性)，因此通常通过电解电镀或置换电镀在Ni或NiP的表面上形成与焊料具有良好的润湿性的Au，以确保焊料润湿性。近年来，CSP (芯片小心/尺寸封装)和BGA (球栅阵列)越来越多地用于在印刷布线基板上以高密度装配半导体封装件，并且将焊料凸起用于半导体封装件中的二次连接。 在这些情况下，插入式基板和印刷布线基板典型地使用Cu布线和Cu电极。为了防止因在回流操作中产生的热量，而在焊料中的组分扩散到Cu布线中所导致的电问题，通常在Cu电极片和焊料凸起之间设置UBM，而所述UBM是由在其上通过电解电镀形成Au膜的Ni膜或者在其上通过无电电镀形成Au膜的NiP膜所形成的。在相关技术的连接结构中，当使用厚度约为Iym的铜作为在电极片和焊料凸起之间的中间金属层时，在回流操作过程中大部分铜扩散到焊料凸起中，从而不利地导致在中间金属层和焊料凸起之间的粘附性降低的问题，因而导致可靠性的降低。此外，当通过溅射或其它方法在中间金属层中形成磁性材料的镍时，出现工作效率降低的问题。人们已经尝试了通过使用由特殊的合金制成的UBM来解决上述问题。这样的UBM的实例可以包括如在日本专利公开06-084919所述的Ni、NiP、大的膜厚度的Cu、和CuNi。附图说明图14是其中由CuNi合金制成的阻挡金属层(UBM)将电极片与焊料凸4起连接的结构的横截面图。在示于图14中的连接结构中，阻挡金属层(UBM) 105使用CuNi 合金。与在典型的真空气相沉积中获得的那些相比，这样的UBM 105不仅防止在中间金属层104和焊料凸起106之间的粘附性的降低，而且增加膜均勻性、膜强度、成膜效率和可靠性，并且降低成本。日本专利公开2002-203925提出了其中在作为UBM的NiP膜上设置Au膜的连接结构，或者其中在NiCuP膜上设置Au膜的连接结构。图15是其中由NiP合金或NiCuP合金制成的UBM将电极片与焊料凸起连接的结构的横截面图。在该连接结构中，在金属布线 108上形成NiP层(或NiCuP层)109，并且进一步形成高的P-Ni层(或NiCu层)110和 NiSn合金层(或NiCuSn合金层)111，以将金属布线108与焊料凸起112连接。这种防止 Kirkendall孔隙产生的结构可以增强粘合强度。
技术实现思路
(在相关技术中的问题)(a)在常规的LSI芯片和布线基板如印刷基板和柔性基板中，在Al或Cu电极片上，形成其中在电解Ni膜上设置了 Au膜的UBM或者在无电镀NiP膜上设置了 Au膜的UBM。 UBM用于连接电极片和由例如SnAg、SnAgCu, SnCu和Srfb制成的焊料凸起。然而，当使用这样的UBM时，可能在在焊料凸起和阻挡金属层(UBM)之间的界面上，形成Ni-富含合金， 如针状附#114或(Ni，Cu)3Sn4。在其中形成这样的Ni-富含合金的连接结构中，当应力或冲击被施加到结合界面上时，Ni-富含合金层通常断裂，因此结合强度降低。特别是，当焊料固有地根本不含Cu时，或者在焊料中的Cu的量小时，合金层越来越趋向于断裂，因此结合强度降低。除上述那些以外，还可以想到其它的电子部件，其中，在焊料中的Cu含量较高(约 0. 5至)，并且在UBM和焊料之间的界面上的合金层中形成由例如Cu6Sn5、(CujNi)6Sn5, Cu3Sru (Cu,Ni)3Sn制成的Cu-富含合金层。然而，即使也在这种情况下，当电子部件在高温环境中长时间使用时，在焊料凸起中的Cu也被耗尽。结果，在UBM和焊料凸起之间的界面中的Cu含量降低，并且逐渐形成Ni-富含的(Ni，Cu) #114或Ni3Sn4金属间化合物，从而导致在形成这种金属间化合物的这部分中发生断裂，从而降低结合强度的现象的发生。即，当预定组成的UBM的组合物导致在连接界面上的几乎全部的Cu-富含合金转化为Ni-富含合金并且Cu-富含合金不存在时，发生结合强度降低现象。为了防止上述问题，必需使用防止在UBM和焊料凸起之间的界面仅被针状的 Ni-富含合金覆盖的结构。在本专利技术中使用的Ni-富含合金指在UBM和焊料之间的界面形成含Cu/Ni的合金，并且该含Cu/m的合金具有高于Cu的含量的Ni含量，即Ni/Cu > 1 (基于原子数计)的。相反地，将满足Ni/Cu < 1(基于原子数计)的合金定义为Cu-富含合金。(b)在小的面积内包含大量电极片的高密度LSI芯片和布线基板中，即使在没有电镀引线(lead wire)或晶种子层存在作为UBM材料时，也通常使用在其上的Au膜能够以低成本形成UBM的无电镀NiP膜。然而，在其上形成有通过无电镀形成的Au膜的NiP膜中， 当将NiP膜连接到焊料凸起上时，在UBM中的Ni扩散到焊料凸起中，并且在一些情况下，在焊料凸起和UBM之间的界面上形成P-富含层，如P-富含CuNiP层和P-富含NiP层(主要由Ni3P构成的层)。在上述层之中特别硬而脆的P-富含NiP层中可能出现裂纹，并且当施加热应力冲击、落锤冲击或其它冲击时，发生P-富含层更早断裂的问题。因此，必需采用抑制UBM和焊料凸起之间的界面上形成P-富含MP层或其它层以防止结合强度降低的结构。(c)此外，当在LSI中的电极片由Al制成时，在焊料凸起和Al之间没有提供足够的结合强度，因此采用UBM作为中间层。在这种情况下，当所用的阻挡金属层(UBM)由具有差的阻挡特性的材料如Cu制成，并且在高温条件下使用时，UBM完全熔化，从而导致阻挡特性的损失。因此，存在Al与焊料凸起直接接触，并且在Al和焊料凸起之间的界面的强度显著降低的问题。此外，在印刷基板、柔性基板和其它基板中，没有使用UBM，而是将焊料凸起直接连接到Cu电极上。然而，Cu在本性上可能显著地扩散到Sn中。因此，在双面装配处理、修复处理过程中或在高温环境中长时间使用基板时，在电极中的Cu扩散到焊料凸起中，并且可能在已经渗透到Cu布线中的Sn合金部分中出现断裂。为了预先防止这种情况本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种电子部件，所述电子部件包括：电极片，所述电极片形成在基板或半导体元件上；和阻挡金属层，所述阻挡金属层被形成用于覆盖所述电极片，其中所述阻挡金属层在与所述电极片相反的一侧上包含ＣｕＮｉＰ合金层，所述ＣｕＮｉＰ合金层含有４４至６０原子％的Ｃｕ、２９至４０原子％的Ｎｉ和８至１６原子％的Ｐ，同时Ｎｉ含量至少为Ｐ含量的２．５倍。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾川祯道，山崎隆雄，高桥信明，
申请(专利权)人：日本电气株式会社，瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：JP
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