[实用新型]一种细节距钎料柱凸点互连结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及微电子封装技术、MEMS技术以及三维集成技术领域，特别涉及一种晶圆级微凸点制备技术，具体是一种细节距钎料柱凸点互连结构。

背景技术

随着CMOS工艺从向20nm及其以下的节点的不断推进，芯片I/O数急剧增加。I/O数目的增加，促使微凸点技术向着超高密度方向不断发展。使用凸点互连的倒装芯片逐渐取代引线键合成为目前高密度互连的主流。

随着对微凸点的节距要求越来越小，密度越来越高的趋势，凸点的制作工艺也在不断进步。工业界普遍采用的微凸点有钎料凸点和铜柱凸点两种。对于钎料凸点来说，考虑到凸点球形比率和足够的凸点高度以保证底部填充胶的流动性，凸点的节距一般为150μm，最小可以达到120μm。再小的话，钎料凸点在回流互连过程中就会因为钎料球之间接触在一起而造成短路。

铜柱凸点在Flip-chip技术的晶圆级凸点制造和微组装工艺中逐渐呈现。由于钎料凸点在回流过程中会坍塌，造成小节距钎料凸点制作无法保证足够的凸点高度，会影响底部填充和器件可靠性。铜柱微凸点是由铜柱和顶部钎料帽构成，铜柱没有坍塌问题，且具有可大于1：1的高度直径比，而钎料帽所占比例较少，所造成的坍塌影响小，所以它能在保证凸点高度的同时还可以减小节距，从而可以增加凸点密度以提高I/O互连密度。

虽然铜柱凸点在倒装互连中有优异的性能，也存在着一些问题。首先，在倒装互连中，钎料是实现冶金互连的关键，过薄在互连中造成虚焊或不连接，造成失效。钎料在不造成坍塌以及相邻凸点不短路的情况下，厚度越高越有利于弥补基板翘曲，凸点高度差异，从而提高倒装互连。铜柱凸点由于其物理结构的因素，钎料的厚度有一定的限制，厚度高会造成钎料从铜柱上坍塌，引起失效。进一步地，由于先进芯片中Culow-K材料的使用，对互连可靠性提出了越来越苛刻的要求。由于铜的高弹性模量导致的应力问题，使得它在20nm节点及以下芯片的倒装中的应用会有很大挑战，必须优化材料与工艺参数，满足可靠性需要。另外，由于电镀铜柱凸点的钎料选择面较小，大多是锡或锡银，熔点高，回流曲线最高温度在260度左右，高温回流会造成基板翘曲，焊点应力大，也容易造成low-K层断裂。对于可改善界面可靠性的多元化化合金，电镀铜柱凸点也难以做到。

AdvanpackSolutions公司的专利(US6578754B1，2003授权)覆盖了目前铜柱微凸点的基本构成，即铜柱和顶部钎料两个构成。该专利严格规定了铜柱的高度要大于50μm。中国发明专利(申请号CN201010527576.5)提出了一种新的多元钎料凸点的合成技术在电镀基础上改进工艺，使得凸点可以获得微合金化。其工艺简单，避免了多元合金电镀的困难。

美国发明专利(US6348401B1)提出了一个可以获得更好共面性的钎料凸点制备方法，但该方法也不能拓展钎料凸点到细节距的应用。美国发明专利(5805853)提出了一种多级别的互连技术，提到了高熔点钎料上在制备低熔点钎料，但是该高熔点钎料是球形，也不能满足细节距互连要求。美国专利申请(US2005/0017376A1)披露了一个凸点结构，凸点中部是金属柱，下面和上面是钎料材料，这个种结构有利于减少应力，提高互连界面可靠性。问题是该技术路线成本高，难以应用。

美国专利申请(US20120305631A1)提出一种利用IMS(Injectionmoldedsolder)的方法制作均一高度的焊球凸点。利用光刻胶作为掩膜以及IMS技术使得焊料在低压下形成均一高度的焊球凸点。本专利可以试用于电镀铜柱凸点(copperpillar)、溅射UBM焊球凸点以及化镀UBM焊球凸点。该方法中仍然是在铜柱或金属柱上制作钎料球。

因此，仍然需要新的技术，满足高端芯片细节距、超细节距(30μm以下)的凸点互连技术与解决方案。

实用新型内容

本实用新型针对细节距、超细节距的凸点互连技术提出一种细节距钎料柱凸点互连结构，通过高温钎料柱来取代铜柱，用钎料柱顶部低温钎料来进行互连。

一种细节距钎料柱凸点互连结构，该结构包括一个芯片基底，芯片基底上部至少有一个钎料柱凸点，钎料柱凸点包括钎料柱、钎料球和凸点下金属层，钎料球与钎料柱顶部相连，凸点下金属层与钎料柱底部连接，芯片基底顶部连接有金属焊盘，凸点下金属层下部与金属焊盘连接；钎料柱的熔点高于200度，高度大于5微米，钎料球熔点小于180度，形成钎料球的回流温度不高于200度。