[发明专利]倒装芯片组装件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明公开了一种倒装芯片焊接结构，尤其是一种用于连接或贴装半导体工 件，例如器件、裸片、晶圆、芯片(下面统称为“半导体芯片”)的倒装芯片互 连构件，支持(例如封装或互连)基板，例如卡板，电路板、载体、引线架等 等。

背景技术

与线焊采用的将面朝上的半导体芯片通过引线电气连接至半导体芯片的每 个焊盘的方法不同，倒装芯片焊接采用将面朝下的半导体芯片通过导电性的互 连(例如焊接凸点或铜端柱)电气连接至半导体芯片的每个焊盘。除了半导体 芯片外，倒装芯片焊接也能够用于其他的元件，例如无源滤波器、检测器阵列 和MEMS设备。

半导体芯片运行过程中的温度变化和半导体芯片及其支持基板之间不同的 热量膨胀系数会导致产生倒装芯片互连的热感应机械应力(例如切线应力)。例 如，当半导体芯片和其支持基板置于高温时，两者会以不同的速率产生不同尺 寸的膨胀，从而导致产生倒装芯片互连的机械应力。

为了减少机械应力，半导体芯片及其支持基板通常由热膨胀系数十分匹配 的材料制成，从而当高温时两者可以向基本相同的方向膨胀。不过，每次芯片 上电或者开启时也会产生热感应机械应力。当芯片被上电或开启时，芯片及其 支持基板之间会产生较大的瞬时温度差，直至支持基板温度接近半导体工件的 温度。

由于高性能半导体芯片的高温和高频的功率循环周期(例如开启和关闭)， 即使半导体芯片及其支持基板具有十分匹配的热膨胀系数，倒装芯片互连构件 仍会有机械和电气的不稳定。当半导体芯片被设计成能在更小的体积内耗散更 多的功率，这些不稳定将成为倒装芯片组装件的更大问题，从而导致更大的热 感应机械应力。

发明内容

本发明的目的是解决现有采用长铜端柱的倒装芯片互连构件及其制造方法 可能会使半休芯片经受热感应机械应力影响其可靠性的问题，该热感应机械应 力在互连构件的基层产生或沿着互连构件主体产生的。因此，本发明提供了一 种倒装芯片互连构件，该互连构件具有应力消除装置，以及制造该互连构件来 消除机械应力的方法，从而提高倒装芯片组装件的可靠性。

本发明公开的倒装芯片互连构件可以是各种类型的形状。例如，倒装芯片 互连构件可以是柱状(例如圆形或矩形)，端柱形状或突点形状，或者其他任何 形状。此外，本发明公开的倒装芯片互连构件可以包括与半导体芯片上的焊盘 (例如通过钛种子层或钨化钛(TiW)种子层或铬种子层)接触的不可回流焊的基 层(例如铜或镍金属层，也称之为第一不可回流焊金属层)、不可回流焊主体层 (例如铜或镍金属层，也称之为第二不可回流焊金属层)、位于不可回流焊基层 和不可回流焊主体层(例如铜或镍金属层)之间的可回流焊应力消除层(例如 铅/锡或者锡焊层)，以及与互连点或支持基板接触的可回流焊熔接层(例如铅/ 锡或锡焊层)。

本发明还公开了一种制造倒装芯片互连构件的方法，该方法包括提供具有 一或多个焊盘的半导体工件。同时该方法也包括沉积第一不可回流焊层的步骤， 该第一不可回流焊层具有高于第一预定回流焊温度的第一熔化温度。该方法还 包括沉积可回流焊应力消除层的步骤，该可回流焊应力消除层在第一预定回流 焊温度下能被回流焊。该方法还包括沉积第二不可回流焊层的步骤，该第二不 可回流焊层具有高于第一预定回流焊温度的第二熔化温度，从而使得沉积的可 回流焊应力消除层位于第一和第二不可回流焊层之间。

本发明还公开一种倒装芯片组装件，该倒装芯片组装件包括半导体工件和 连接至半导体工件的多个互连构件。每个互连构件包括与半导体工件接触的第 一不可回流焊金属层，还包括第二不可回流焊金属层，和至少一层可回流焊应 力消除层，该可回流焊应力消除层在第一预定回流焊温度下能被回流焊。可回 流焊应力消除层位于第一和第二不可回流焊金属层之间。

本发明还公开一种倒装芯片组装件，该倒装芯片组装件包括半导体工件和 连接至半导体工件的多个互连构件。每个互连构件包括与半导体工件接触的第 一不可回流焊金属层，还包括第二不可回流焊金属层。每个互连构件还包括用 于消除互连构件应力的装置。