[发明专利]用于高温应用的焊料凸点/凸点下金属结构

说明书

技术领域

本发明公开内容大体上涉及电子产品封装，并且更具体地，涉 及其上形成有焊料或互连凸点的凸点下金属层(under bump metallurgy，UBM)。

背景技术

用于简化IC的封装和互连的利用焊料凸点阵列集成电路(IC) 封装(例如倒装芯片装配、芯片级封装、以及球栅阵列结构)的表 面安装技术在半导体工业中是公知的，该IC例如是包括发光二极 管(LED)的IC。通常，一系列形成在IC封装的表面上或其他衬 底表面上的环状(如前文所述，或三维的半球形)焊料凸点与形成 于其中的有源器件或无源器件接触或贴附在这些衬底上。然后将这 样的焊料凸点与形成在第二衬底上的相应图案中的焊盘对齐，其中 第一衬底被安装在第二衬底上。前述的焊料凸点通常形成在半导体 晶片(例如Si或GaAs)上，该半导体晶片例如是硅衬底(silicon submount)或其他衬底。通常，在晶片的上表面上形成绝缘层或钝 化层，以及一系列暴露的导电焊盘(称为I/O焊盘)可通过形成在 钝化层中的通孔。

通常，每一个焊料凸点都形成在I/O焊盘的顶部，其通常由铝 敷镀金属形成，但是也可以使用其他金属诸如铜，在一些情况下也 可以使用金。在形成焊料凸点的过程中，通常首先在器件敷镀金属 之上形成UBM的结构，而焊料凸点随后形成在该UBM结构顶部 上。

利用焊料凸点的器件的热性能会受到焊料凸点结构耐热性的 限制，该焊料凸点结构包括焊料凸点及其所结合的UBM结构。更 具体地，常规的焊料凸点结构不能在高温(例如接近或高于250℃) 下进行令人满意的操作，这通常是由于焊料凸点结构中的不希望的 扩散和/或其他不希望的热性能。

由于热稳定性和/或性能不足，现有的焊料凸点接头不能够承受 在高功率器件中通常存在的相当高的操作温度。而且，现有的高温 焊料含有污染与焊料凸点结构相连的电子器件的其他部分的金属。 例如，在LED器件中，这样的污染物的扩散会不希望地改变发光 的颜色。

此外，装置的长期连续使用会导致焊料凸点结构的热不稳定 性，甚至是在较低的温度下也会这样，这取决于所使用的材料。即 使认为现有的焊料凸点结构在低温操作中是热稳定的，由于其在更 高温度下缺少足够的稳定性和/或性能，因此也不能转用于高温应 用。

因此，需要一种改进的焊料凸点结构，其热稳定性更高且在较 高温度操作下具有更好的性能，并且能够用于操作温度为约250℃ 或更高的电子产品封装(例如LED IC封装)中的互连应用。

附图说明

为了更加完整地理解本发明披露内容，现参照以下附图进行描 述，其中，在所有附图中相同的标号代表相同的部件：

图1至图5图示说明了利用镀覆形成的UBM结构。

图6至图9图示说明了利用溅射沉积和镀覆形成的UBM结构。

图10和图11图示说明了在器件敷镀金属(device metallization) 上经由溅射形成的UBM结构。

图12图示说明了具有焊料凸点的焊料凸点结构，该焊料凸点 形成在UBM结构上。

本文中的举例说明示出了特定的实施方式，而这样的实施方式 不是要以任何方式限制本发明。

具体实施方式

以下说明书和附图说明了足以让本领域技术人员能够实施本 文所描述的结构和方法的特定实施方式。其他实施方式可结合结 构、方法和其他改变。实施例仅仅代表可能的变型。

本发明公开内容提供了具有形成在支持UBM结构上的焊料凸 点(或由除下文所描述的焊料之外的材料构成的凸点)的互连凸点 结构。如以下的若干个实施方式所述，与现有的焊料凸点结构相比， 该互连或焊料凸点结构通常具有改善的热稳定性，并且还能够在 250℃或更高，更优选高于300℃的操作温度下进行较长时间的操 作。该焊料凸点结构利用多层UBM结构，该UBM结构能够抵抗 不希望的扩散并保护器件敷镀金属，同时提供该焊料与器件敷镀金 属之间的良好附着/结合。在选择用于UBM结构的各层的材料时， 希望所选择的材料提供能够抵抗不期望的扩散的一个或多个层，其 中扩散会导致有缺陷的互连。

在第一实施方式中，UBM结构包括Ni-P层、Pd-P层和金层。 Ni-P层和Pd-P层作为扩散屏障层和/或可焊接/可粘结层。上面的金 层作为保护层以防止下面的金属在凸点贴附过程之前被氧化。