[发明专利]一种锡铟互连焊点金属间化合物的可控制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及微互连焊点结构制备和半导体器件制造工艺技术领域，具体涉及一种锡铟互连焊点金属间化合物的可控制备方法，可实现锡铟互连焊点金属间化合物生长形貌及类型的可控制备。

背景技术

锡基无铅焊点属于环境友好型材料，在电子封装产业得到广泛的应用。锡铟焊料属于锡基无铅焊料的一种，由于其较低的回流温度、良好的润湿性和优异的力学性能等被称为“万能焊料”，被广泛应用于低温领域如人造卫星、太空船，分阶段焊接领域如TV谐调器等，以及热敏感器件制造如温度控制器、火警报警器、空调安全保护器等。众所周知，焊点的力学和服役性能与焊点的界面微观组织结构有着密切的关系。金属间化合物作为焊盘基体材料和焊料的冶金连接层对整个微互连焊点的性能有重要的影响，而且界面不同晶体结构类型和不同组织形貌的金属间化合物其本身的力学、电学、磁学和腐蚀等性能是不同的。

发明内容

本发明的目的在于利用锡铟互连焊点界面上不同晶体结构类型和不同组织形貌的金属间化合物其本身的力学、电学、磁学和腐蚀等性能的差异，提供了一种锡铟互连焊点中金属间化合物的可控制备方法。

本发明技术方案如下：

一种锡铟互连焊点金属间化合物的可控制备方法，该方法是以锡铟焊料和铜基板为原料制备锡铟互连焊点过程中，通过控制反应基板的表面晶向制备所需生长取向（或织构形貌）和所需类型的金属间化合物；或者，以锡铟焊料和铜基板为原料制备锡铟互连焊点过程中，首先通过控制反应基板的表面晶向制备所需生长取向（或织构形貌）的金属间化合物，再通过控制时效温度和时间制备所需生长取向和所需类型的金属间化合物。该方法具体包括如下步骤：

(1)根据焊点使用性能需求，选择所需成分SnIn焊料和所需类型铜基板焊盘，设计并组成互连结构；

(2)根据步骤（1）所选SnIn焊料的熔点，选取合适的回流温度曲线在回流设备上制备锡铟互连焊点，获得所需取向（或织构形貌）和所需类型的金属间化合物。

步骤（2）过程中，所制备的金属间化合物的取向由步骤（1）中所选择的铜基板焊盘材料的表面晶向控制，如果通过步骤（2）所得金属间化合物的类型需要进一步调控，可通过步骤（3）实现。

(3)根据使用性能对金属间化合物的需要，将步骤（2）制备的锡铟互连焊点在所需要时效温度下保温，获得所需取向和所需类型的金属间化合物。

步骤（3）过程中，通过控制时效温度，可使步骤（2）中的金属间化合物的类型改变。

所述SnIn焊料可以是焊球也可以是焊膏，其中SnIn合金的存在状态可以是块体、薄膜、微米线、微米带、微米管、微米颗粒、纳米线、纳米带、纳米管或纳米颗粒等形状，SnIn合金中In的重量比例为5%-100%。

所述锡铟互连焊点中的铜基板焊盘的类型可以为多晶铜、单晶铜、纳米孪晶铜、双晶铜和非晶铜中的一种或几种组成的复合连接层基体材料。

步骤(2)中回流曲线的设定由所选SnIn焊料的熔点来决定，其最低回流温度需要大于或等于SnIn合金的熔点（由In元素的含量决定）。

步骤(3)中的时效保温温度范围可由0℃至焊料熔点，保温时间根据实际需要选择。

本发明原理如下：

本发明基于焊点液态反应中界面化合物的生长机理，通过改变铜基体的取向获得不同织构形貌的焊点内金属间化合物；基于固态反应下金属焊盘和焊料中反应元素的扩散机制，利用不同时效温度下锡铟及铜的扩散能力差异导致的界面相变来实现化合物类型间的相互转化；从而获得不同晶体结构类型和不同组织形貌的金属间化合物，实现锡铟互连焊点金属间化合物的可控制备，为锡铟微型器件焊点性能的改良提供了一种切实可行的方法。

经调研，本发明此前并未被有关专利和文献报道过，方法简单，可操作性强，与传统焊点金属间化合物的制备相比有以下优点：

1、本发明通过基板取向和/或时效温度的选择来控制金属间化合物的生长，从而获得含有特定生长取向或晶体类型的金属间化合物的无铅焊点，进而对整个微互连焊点的使用性能进行改良，工艺简单，易于操作，可控性强。

2、本发明通过改变基板取向获得的具有织构形貌的金属间化合物焊点，在性能上具有各向异性，可应用于特殊性能要求器件的互连封装中。

3、本发明通过调节时效温度来改变金属间化合物种类，可以获得一种、两种或多种类型及形貌的金属间化合物互连焊点，极大地拓展了低熔点锡铟无铅焊料的应用范围。