一种装置，包括：具有器件层的半导体基板、多个金属化层、钝化层以及形成在钝化层上并电耦合到至少一个钝化层的金属凸块。所述装置进一步包括形成在钝化层上的焊料限定层，所述焊料限定层遮蔽金属凸块的上表面的外边缘，因此使得上表面的外边缘不能被焊接材料润湿。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于集成电路的凸块应力减轻层
技术介绍
在集成电路的制造中，通常使用倒装片连接来将集成电路管芯(IC管芯)附接到承载基板，例如集成电路封装(IC封装)或母板上。倒装片结构采用布置在IC管芯的表面上的金属凸块阵列。金属凸块与IC封装上的对应的焊球对准。一旦对准，在焊料的熔点以上的温度执行一退火工艺，以使焊球回流并且润湿金属凸块的表面。然后快速冷却焊球和金属凸块，以最小化金属的混合。使用例如环氧树脂等底填材料来填充金属凸块/焊球连接之间和周围的空隙。整个微电子工业所面对的主要问题是在倒装片封装工艺期间在IC管芯内发生的较软的(weak)低k层间介电(ILD)层的破裂和剥离。采用当前设计，由于热膨胀失配所产生的剪应力以及管芯和封装的翘曲行为所导致的法向应力，使得IC管芯内的ILD层上的负荷高。在过去，由于通常将二氧化硅这一较硬的介电材料用于ILD层，ILD破裂和剥离还不是业界的问题。但是因为使用较软的低k介电材料正变成业界标准，所以需要改进的设计以减少含有这些低k材料的ILD层的破裂和剥离。此外，因为集成电路管芯和封装的尺寸继续缩小，因而由于减小凸块间距和减小凸块直径的趋势，这些问题预期会变得更棘手。附图说明图IA示出传统的金属凸块/焊球连接。图IB和IC示出IC管芯和IC封装之间的CTE失配如何将压应力和拉应力施加到 IC管芯中。图ID示出与使用较宽金属凸块相关联的问题。图2A和2B示出根据本专利技术的实施方式的焊料限定层。图2C示出采用本专利技术的焊料限定层形成的倒装片连接。图2D和2E示出采用本专利技术的焊料限定层形成的倒装片连接如何能减轻IC管芯内的应力。图2F示出其中采用较宽金属凸块以及本专利技术的焊料限定层的实施方式。图3是根据本专利技术的实施方式的焊料限定层的形成方法。图4是根据本专利技术的另一实施方式的焊料限定层的形成方法。图5A至5C示出本专利技术的焊料限定层的替代实施方式。图6A至6D示出包含预附接焊球的本专利技术的又一实施方式。图7A至7B示出包含额外的金属凸块的本专利技术的又一实施方式。具体实施例方式在此所描述的是减小集成电路封装的金属凸块层的机械应力的系统和方法。在下面的描述中，将采用本领域技术人员所公用的术语来描述说明性的实施方式的各个方面， 以使本领域的其他技术人员了解他们的工作的主旨。然而，显然对本领域的技术人员来说可以仅仅以所描述的某些方面来实施本专利技术。为了解释的目的，阐释了具体符号、材料和构造，以便提供对说明性的实施方式的详尽的理解。然而，显然对本领域的技术人员来说可以在不详尽描述的情况下实施本专利技术。在其它实例中，为了不使说明性的实施方式难于理解而省略和简化了公知的特征。以最有助于理解本专利技术的方式依次描述作为多个分立的操作的各种操作，然而， 所描述的顺序不能解释为暗示这些操作是必需依赖于顺序的。特别地，不需要以所描述的顺序执行这些操作。图IA示出耦合之前的传统IC管芯100和IC封装150。所示出的IC管芯100具有基板102、器件层104、金属化层106、多个钝化层108、最终的厚金属化层110和多个金属凸块112。凸块112可以采用包含但不限于铜、镍、钯、金和其他金属或合金的金属来形成， 合金如为铅和锡的合金。该结构也可以包括位于金属凸块112和最终钝化层108之间的阻挡和晶种层114，阻挡和晶种层114也可以称为凸块限定金属(BLM)层114。提供图IA的 IC管芯100作为IC管芯的典型实例并且许多其它变形是本领域公知的。在此所提供的本专利技术的实施方式并不意为并且不应限定为图IA中所描述的具体IC管芯结构。如本领域所公知的，基板102可以采用例如体硅、绝缘体上硅材料、含锗材料和其它适于用作半导体基板的材料来形成。器件层104是基板102的上表面并且含有各种电子器件，包括但不限于晶体管、电容器、互连和浅沟槽隔离结构(这些均未示出)。金属化层106用于对半导体基板102上的各种器件进行互连。金属化层106可以包括金属互连、用于隔离并绝缘金属互连的层间介电(ILD)层和穿透ILD层以将金属互连耦合在一起的通孔。ILD层可以由例如掺碳的氧化物和二氧化硅等形成。正是这些ILD层通常由于倒装片封装工艺所产生的应力而变得破裂或剥离。金属互连和通孔通常由含有铜或钨的金属或合金形成。一个或更多钝化层108通常形成在金属化层106上。钝化层108密封并保护IC 管芯使免于损害和污染。钝化层108可以由许多不同的材料形成，包括但不限于ILD、氮化物、二氧化硅、聚苯并恶唑、环氧树脂、硅树脂、双苯并环丁烯、酚醛树脂和聚酰亚胺。最终的厚金属化层110可以用来提供金属化层106和形成在钝化层108上的多个金属凸块112之间的鲁棒连接。金属凸块112通过穿过钝化层108形成的金属通孔来维持至集成电路管芯的金属化层的电连接。BLM层114通常是用于金属凸块112的阻挡层和晶种层。如上所述，在替代实施方式中金属凸块112通常采用铜、镍、钯、金、或铅和锡的合金来形成。金属凸块112可以采用本领域公知的工艺来形成，所述公知的工艺包括但不限于CVD、PVD、ALD、PECVD、电镀和无电镀。图IA进一步示出包括基板152的IC封装150，其中多个焊球巧4安装在基板152 的一侧上。焊球1 可以由任何传统焊接材料形成，例如可以使用锡、银和铜的合金。基板 152起小型印刷电路板的作用，该印刷电路板将焊球IM布线连接到安装在基板152另一侧上的多个电连接。这些电连接被设置成栅格阵列156的形式，例如针栅阵列(PGA)、球栅阵列(BGA)或平面栅格阵列(LGA)。图IB和IC示出倒装片连接如何能够减小IC管芯100内的应力。首先，如图所示 IC管芯100耦合到IC封装150。用于物理连接管芯和封装的方法是本领域所公知的。如图所示，每个焊球巧4沿界面160电连接并物理连接到金属凸块112。在进行回流处理以物理接合焊球巧4和金属凸块112期间，焊球巧4润湿金属凸块112直至金属凸块112的边缘。因而焊球154趋向于直径比金属凸块112的直径大。如上所述，所产生的应力的原因是IC管芯100的热膨胀系数(CTE)远小于IC封装150的热膨胀系数(CTE)。由于IC管芯100和IC封装150经常经受大范围温度改变，例如在制造期间以及在产品的实际使用期间，CTE差异导致IC封装150的膨胀和缩小比率比 IC管芯100大。这将大应力施加到焊球/金属凸块连接上，从而将压缩和拉伸应力传播至 IC管芯100的金属化层106内的ILD层并且导致破裂和/或剥离问题。例如，图IB示出在相对高温下发生的情形。在此情形中，IC封装150的膨胀比率比IC管芯100大，从而拉动焊球巧4远离IC封装150的中心并且因而也拉动金属凸块112 远离。箭头162 —般地描述直接传播到IC管芯100中的压缩和拉伸应力。类似地，图IC 示出在相对低温下发生的情形。在此情形中，IC封装150的缩小比率比IC管芯100大，推动焊球巧4进入IC封装150的中心并且因而也推动金属凸块112。再次，箭头162 —般地描述在此情况下直接传播进IC管芯100的压缩和拉伸应力。一种用于减小破裂和剥离的方法是使用较宽的金属凸块112，其中较宽的金属凸块112能够在较大范围上分散应力。不幸地，因为IC管本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种装置，包括：集成电路管芯，其上表面上形成有金属凸块；以及焊料限定层，形成在所述集成电路管芯上，其中所述焊料限定层遮蔽所述金属凸块的上表面的一部分，由此防止焊料润湿所述金属凸块的被遮蔽部分。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：K·J·李，
申请(专利权)人：英特尔公司，
类型：发明
国别省市：US
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