混合互连技术制造技术

在一个实施例中，一种集成电路（IC）芯片与衬底之间的互连结构包括多种材料。用于互连结构的不同区段的材料以及它们的布置是通过确定该结构的相关联的应力而选择的。

Hybrid interconnect technology

In one embodiment, an interconnect structure between an integrated circuit (IC) chip and a substrate includes a variety of materials. Materials used for interconnecting different sections of the structure and their arrangement are selected by determining the associated stresses of the structure.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】混合互连技术
本公开文本大致涉及集成电路封装。
技术介绍
集成电路(IC)封装可以被认为是半导体器件制造的最终阶段。在制造过程的这个步骤中，IC芯片被安装在衬底上，形成了 IC封装。不同类型的IC封装的示例包括双列直插封装(DIP)、插针网格阵列(PGA)封装、无引线芯片载体(LCC)封装、表面安装封装、小外形集成电路(SOIC)封装、塑料有引线芯片载体(PLCC)封装、塑料四方扁平封装(PQFP)、薄型小外形封装(TSOP)以及球栅阵列(BGA)封装。在倒装芯片球栅阵列(FCBGA)封装中，芯片被上下倒置并接合至BGA衬底。
技术实现思路
【附图说明】图1示出处于接合温度的示例IC封装。图2示出冷却之后的示例IC封装。图3 示出示例柱封装(pillar packaging)。图4示出示例互连结构。 图5不出一种用于构建具有两种不同材料的互连结构的不例方法。图6示出具有两种不同材料的示例互连结构。图7示出具有两种不同材料的示例互连结构。图8示出示例计算机系统。【具体实施方式】[0011 ] 在集成电路(IC)封装的阶段中，使用各种适当的安装技术将IC芯片安装在衬底上，以形成IC封装。图1示出具有安装在衬底120上的IC芯片110的示例IC封装100。IC芯片110可以由硅构成，并且衬底120可以由陶瓷或塑料构成。在特定实施例中，IC芯片Iio可以被焊接在衬底120上，并且焊接材料可以是锡铅、锡银等。特定材料具有各种特性，包括热膨胀和杨氏模量。热膨胀是物质响应于温度变化而体积变化的趋势。例如，材料可以在加热时膨胀并在冷却时收缩。可以通过其热膨胀系数(CTE)来测量每一种材料的热膨胀量，该热膨胀系数被定义为材料的膨胀程度除以温度的变化。当力被施加到固态物体时，物体会受到应力，该应力可以被测量为所施加的力和物体的横截面积的比。应变是由于应力引起的固态物体的变形。可以用应力-应变曲线来表示固态物体所受到的应力和应变。在固体力学中，任何点处应力-应变曲线的斜率称为切线模量。应力-应变曲线的初始线性部分的切线模数被称为杨氏模量(以托马斯?杨命名，十九世纪的英国科学家)，也就是熟知的拉伸模量，被定义为遵循虎克定律的应力范围内单轴向应力与单轴向应变的比。不同的材料具有不同的CTE。类似地，由不同材料制成的物体具有不同的切线模量，因此具有不同的应力-应变曲线。例如，在图1中，因为硅具有相对较低的CTE，所以IC芯片110在加热时(例如，在焊接过程中)仅稍微膨胀。另一方面，塑料具有相对较高的CTE，因此衬底120在加热时膨胀得更多。结果是，当IC芯片110和衬底120都被冷却时，IC芯片110收缩得要比衬底120少得多，如图2所示。这导致了 IC封装100中的热机械应力。当IC芯片110从接合温度(例如，在接合期间)冷却到室温时，热机械应力变得逐渐更高。倒装芯片技术中的一种类型的IC封装是柱封装，如图3所示。利用柱封装，在特定实施例中，多个互连结构130 (也称为柱体)可以形成在IC芯片110上。每一个互连结构130的另一端被焊接至衬底120。可替代地，在特定实施例中，多个互连结构130可以形成在衬底130上，并且每一个互连结构130的另一端被焊接至IC芯片110。在特定实施例中，每一个互连结构130用单一材料(例如铜)构成。由于铜在接合期间不会崩塌成球形，因而铜柱封装在细间距方面提供了优势。然而，铜具有比典型焊接材料(例如锡银)高得多的切线模量，使得铜柱封装易于引起比传统焊料凸块封装更高的热机械应力。特定实施例使用多种材料代替单一材料在IC芯片和衬底之间构建每一个互连结构。这种互连结构可以被称为混合互连结构。任何数量的不同材料均可以用于构建互连结构。特定实施例可以选择在性能和特性(例如，CTE和切线模量)方面互相补充的不同材料。例如，如果互连结构用两种不同的材料构成，则一种材料可以具有相对较高的CTE，而另一种材料可以具有相对较低的CTE，或者一种材料可以具有相对较高的硬度，而另一种材料可以具有相对较低的硬度。多种材料的组合可以有助于减少IC芯片上的热机械应力。特定实施例可以通过优化所使用材料的空间位置来减少热机械应力。图4示出由不同材料构成的互连结构的示例。互连结构410由单一材料构成，例如但不限于铜(例如，通过电镀产生)。互连结构420由两种不同的材料构成，例如但不限于，第一材料是铜，第二材料是金、铜锡合金或锡银合金(例如，通过电镀产生)。互连结构430由三种不同的材料构成。互连结构440由四种不同的材料构成。应注意，在单一互连结构内，可以存在不同数量的不同材料。图5不出一种用于使用两种不同材料构建互连结构的不例方法。虽然图5仅不出使用两种材料的情况，然而该过程类似地可以被应用于构建具有多于两种材料的互连结构的情况。图6示出示例互连结构600，其用于帮助说明图5所示的步骤。给定一互连结构，特定实施例可以将该互连结构分成η个区段，如步骤501所示。该η个区段可以具有或也可以不具有相同的厚度。在特定实施例中，η是大于I的数，并且可以基于实验来选择。如果η太大(例如，大于100)，则该过程可能需要较长的计算时间。如果η太小(例如，小于或等于4)，则最终结果可能不是令人满意的。在特定实施例中，η可以是可被2整除的数(例如，6、8、10，......)。在特定实施例中，用于构建互连结构的材料的数量越多，优选的η越大。基于实验，对于两种材料而言，10和20之间的数(例如，12)对于η来说可以是不错的选择。为了说明目的，互连结构600被分成八个区段，如图6Α所示。特定实施例可以将第一材料(例如，铜)指定给互连结构的全部η个区段，如步骤503所示。对于互连结构600而言，将相同的第一材料指定给全部八个区段(图6Α)。然后，特定实施例可以记录与互连结构对应的当前应力水平(即，与将相同的第一材料指定给了η个区段的互连结构对应的应力水平)，如步骤503所示。在一些实施方式中，待被记录的应力水平处于可能发生断裂的位置(例如，芯片上的集成电路或柱体本身)。对于具有第一材料的η个区段中的每一个，特定实施例可以将第二材料指定给该区段，一次针对一个区段，并确定与具有当前配置的互连结构对应的应力水平，如步骤505所示。对于互连结构600而言，此时，全部八个区段具有第一材料(图6Α)。首先，仅用第二材料来替换区段1，区段2-8仍然具有第一材料，并且确定与这一配置对应的互连结构600的应力水平。第二，仅用第二材料来替换区段2，区段I和3-8仍然具有第一材料，并且确定与这一配置对应的互连结构600的应力水平。第三，仅用第二材料来替换区段3，区段1-2和4-8仍然具有第一材料，并且确定与这一配置对应的互连结构600的应力水平。以此类推，直到最后，仅用第二材料来替换区段8，区段1-7仍然具有第一材料，并且确定与这一配置对应的互连结构600的应力水平。存在八种不同的配置，因此确定了八个不同的应力水平。特定实施例可以确定在被指定了第二材料时在步骤505的上述情况中给出互连结构的最低应力水平的区段，如步骤507所示。换句话说，确定步骤505的上述情况中具有最低应力水平的配置。例如，假设对于互连结构600而言，在上述八种配置中，区段3具有第二材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，包括：在集成电路（IC）芯片和衬底之间构建一个或多个互连结构，其中，每一个互连结构包括多种材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.07.26 US 13/190,7611.一种方法，包括: 在集成电路(IC)芯片和衬底之间构建一个或多个互连结构，其中，每一个互连结构包括多种材料。2.根据权利要求1所述的方法，其中，构建每一个互连结构包括: 将所述互连结构分成η个区段； 为全部的所述η个区段给定第一材料； 记录与所述互连结构对应的当前应力水平；以及 迭代地: 对于当前具有所述第一材料的m个区段中的每一个，其中η: 将第二材料指定给所述区段；以及 确定与所述互连结构对应的所述当前应力水平； 从m个确定的应力水平中选择最低应力水平； 如果所选择的最低应力水平小于所记录的应力水平，则: 为所述m个区段中与所选择的最低应力水平对应的区段给定所述第二材料；以及 记录所选择的最低应力水平； 直到所选择的最低应力水平大于或等于所记录的应力水平。3.根据权利要求2所述的方法，其中，η大于或等于10。4.根据权利要求2所述的方法，其中，构建每一个互连结构还包括如果所述η个区段中的至少一个具有所述第二材料，则: 对于每一对相邻的第一区段和第二区段，其中所述第一区段具有所述第一材料并且所述第二区段具有所述第二材料: 将所述第二材料指定给所述第一区段； 将所述第一材料指定给所述第二区段； 确定与所述互连结构对应的 所述当前应力水平；以及 如果所确定的当前应力水平小于所记录的应力水平，则: 为所述第一区段给定所述第二材料； 为所述第二区段给定所述第一材料；以及 记录所确定的当前应力水平。5.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述一个或多个互连结构形成在所述IC芯片上；以及 所述IC芯片通过将每一个互连结构的端部焊接至所述衬底而连接至所述衬底。6.根据权利要求1所述的方法，其中: 所述一个或多个互连结构形成在所述衬底上；以及 所述IC芯片通过将每一个互连结构的端部焊接至所述IC芯片而连接至所述衬底。7.根据权利要求1所述的方法，其中，每一个互连结构包括铜构成的一个或多个第一区段以及锡银构成的一个或多个第二区段。8.—种互连结构，位于集成电路(IC)芯片与衬底之间，包括多种材料。9.根据权利要求8所述的互连结构，其中，所述多种材料分布在所述互连结构的十个或更多个区段中。10.根据权利要求8所述的互连结构，其中，所述互连结构中的一个或多个第一区段具有第一材料；并且所述互连结构中的一个或多个第二区段具有第二材料。11.根据权利要求10所述的互连结构，其中，一种所述第一材料是铜；并且所述第二材料是锡银。12.根据权利要求10所述的互连结构，其中，所述互连结构中的一个或多个第三区段具有第三材料。13.根据权利要求12所述的互连结构，其中，所述互连结构中的一个或多个第四区段具有第四材料。14.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·G·李，内堀千寻，
申请(专利权)人：富士通株式会社，
类型：
国别省市：