[发明专利]在电子基板表面上形成焊料突起的方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶片或其他电子器件上的互连焊料突起(solderbump)的制造，以及特别涉及在使用C4NP互连技术将模具中的焊料传送到定位焊盘(capture pad)之后，验证含焊料模具和传送晶片上的定位焊盘之间的对准。

背景技术

形成电子封装组件，由此使得诸如集成电路芯片的电子元件被电气地和机械地连接到基板、卡或板、另一芯片、或者其它电子部件，这是本领域中公知的技术。该技术通常被称为表面安装技术(SMT)，并已经被接受逐渐成为制造电子封装组件的优选方法。该互连技术通常被称为球栅阵列封装、C4倒装芯片互连、多芯片模块、多层和微通孔印刷布线板、以及表面安装混合组装。

多层陶瓷和有机电子元件典型地通过多个电子元件中的一个电子元件的表面上的焊接(soldering)(或定位)焊盘到另一元件的表面上的相应焊接(或定位)焊盘，而连接到其他元件。控制垮塌芯片连接(Control Collapse Chip Connection)是IBM研制的互连技术，作为引线键合的替代。该技术通常被称为C4技术或倒装芯片封装。总而言之，在陶瓷或有机基板上安装集成电路芯片，以及芯片上的焊盘通过诸如焊料突起的多个电连接被电气地和机械地连接到该基板上的相应焊盘，以形成电连接模块。模块典型地通过焊料或插槽型连接而连接到其他电子元件。

在C4互连技术中，相对较小的焊料突起被粘接到一个元件上的焊盘，典型地被接合到芯片。然后通过将待接合基板上的相应焊盘定位邻近于芯片上的焊料突起，并在升高的温度下回流该突起，形成电子的和机械的互连。C4接合工艺是自对准的，其中焊料的浸润作用将使芯片突起图形对准到基板上的相应焊盘。也可以溅射接着刻蚀定位焊盘，而不进行任何的镀。

用于半导体晶片上的或待互连的基板上的C4突起的定位焊盘是公知的，并且典型地通过Cu籽晶层上的Ni或Cu/Ni焊盘的抗穿通镀(through resist plating)来制造。优选在基板表面上使用导电的阻挡层，以及Cu籽晶层优选通过将Cu溅射在溅射的TiW层上来制造。

在C4技术中，焊料突起直接形成在一个单元的定位焊盘上。该焊盘通过绝缘的芯片钝化层和围绕每个焊盘的基板与其他焊盘电隔离。该基板可以是未掺杂的硅(Si)或一些其他材料。该焊盘的底部被电连接到芯片或基板电路中。

C4的主要应用是将半导体微芯片(集成电路)接合到芯片封装。芯片通常以矩形阵列制造在被称作“晶片”的硅单晶片上，晶片是几英寸的薄圆片。在每个晶片上形成许多芯片，然后该晶片被切割为单个芯片，并且该芯片被“封装”在大到足以被处理的单元中。C4突起被放置在该芯片上，同时仍接合在晶片中。

形成焊料突起的一种方法使用溅射或真空淀积。在真空腔室中蒸发焊料金属，且该金属蒸汽使腔室中的所有物体覆盖有汽化金属的薄膜。为了在基板上形成焊料突起，允许蒸汽通过保持在基板上方的金属掩膜中的孔。通过该孔的焊料蒸汽凝结在冷却表面上，成为焊料突起。该方法需要高真空腔室来保持基板、掩模和闪速蒸发器。

用于制造焊料突起的另一技术是电淀积，也称作电化学镀或电镀。该方法也使用掩模诸如构图的光刻胶，以及仅仅在所选择的位点形成焊料突起。其它方法包括通过掩模筛选焊料膏，并在适当的位置淀积微突起。

C4NP传送工艺是一种优选的方法，其使用包含焊料的模具，并将模具中的焊料传送到晶片的定位焊盘，以及在加热时，在晶片焊盘上形成焊料突起。该模制的焊料突起优选通过如下所述的注入模制焊料(IMS)方法用焊料填充。

C4NP焊料传送是一种将玻璃模具的空腔中的焊料传送到晶片表面上的定位焊盘的工艺。在该工艺中，焊料填充的模具被对准到晶片，并将两者放置得彼此非常靠近。围绕晶片外部的密封环产生密闭腔室(confinement chamber)，在该密闭腔室中在加热和冷却过程中注入氮气。在将晶片/模具加热超过焊料的熔融温度之后，两者被放置得互相接触。该熔融焊料浸润晶片上的定位焊盘的表面，并且该焊料“粘着”到晶片。该晶片和模具被互相拉开，在晶片定位焊盘上留下焊料。为了在定位焊盘上产生可浸润表面，典型地使用助熔剂(flux)。在模具填充的焊料上也使用助熔剂，使之没有氧化物。在冷却下来时，该腔室被打开，从该工具移走具有焊料突起的晶片和空模具。