專利名稱：鍵合封裝及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路領(lǐng)域，更具體地，涉及一種鍵合封裝及其方法。
背景技術(shù)：
通常將集成電路制造到芯片上，使用諸如焊料之類的連接性結(jié)合材料經(jīng)由鍵合焊盤和/或其他類型的電連接器將所述芯片與較大的封裝相連。這些封裝可以包括多個(gè)電路和器件，并且可以結(jié)合到較大的電路中(例如，結(jié)合到印刷電路板上)。封裝工藝可以包括利用每一個(gè)管芯和封裝之間的連接將許多電路管芯集成到特定的封裝上。由于在實(shí)現(xiàn)電連接時(shí)所使用的材料和工藝的問(wèn)題，許多集成電路部件和相關(guān)的制造工藝已經(jīng)受到挑戰(zhàn)。例如，已經(jīng)將鉛和鉛基材料用于焊料連接器，但是在許多方面造成環(huán)境挑戰(zhàn)。此外，許多焊接方法易受到不希望特性的影響，例如焊料洞、焊料斑點(diǎn)、焊劑沾污、 未對(duì)準(zhǔn)、焊料專用重熔溫度或者剝落，其對(duì)于器件集成和性能是有害的。在連接集成電路和相關(guān)器件操作中存在這些和其他問(wèn)題的挑戰(zhàn)。

發(fā)明內(nèi)容
各種示例實(shí)施例涉及用于連接電路的電路連接器和方法，例如使用鍵合焊盤將集成電路芯片引線框相連。根據(jù)示例實(shí)施例，如下制造集成電路器件。將金屬阻擋層/粘附促進(jìn)劑濺射到鍵合連接表面(例如，重分布層)上，并且將銅種子層涂覆在所述阻擋層/粘附促進(jìn)劑上。將銅鍍覆到種子層上以形成鍍覆銅層。將錫層引入到所述鍍覆銅層，例如通過(guò)放置其上具有錫層的電路部件，使得所述錫層接觸所述鍍覆銅層。在一些實(shí)現(xiàn)中，對(duì)所述種子層和阻擋層 /粘附促進(jìn)劑進(jìn)行構(gòu)圖以形成鍵合焊盤圖案，以及將銅電鍍(galvanically plate)到已構(gòu)圖的種子層上，以形成已構(gòu)圖的金屬疊層，所述已構(gòu)圖的金屬疊層具有與所述已構(gòu)圖的種子層相匹配的圖案。加熱銅和錫以形成Cu-Sn合金，熔化所述Cu-Sn合金，以及使所有錫起反應(yīng)以從所述合金形成Cu-Sn金屬間化合物。所述化合物將所述連接表面與另一個(gè)連接器 (例如銅連接器)物理和電學(xué)地相連。另一個(gè)示例實(shí)施例涉及用于將半導(dǎo)體襯底與具有錫連接器的引線框連接的方法。 將阻擋層/粘附促進(jìn)劑濺射到襯底的表面上，以及將銅種子層濺射到所述阻擋層/粘附促進(jìn)劑上。對(duì)所述種子層和所述阻擋層/粘附促進(jìn)劑進(jìn)行構(gòu)圖以形成鍵合焊盤圖案，并且將銅電鍍到已構(gòu)圖的種子層上以形成已構(gòu)圖的銅層，所述已構(gòu)圖的銅層具有與所述已構(gòu)圖的種子層相匹配的圖案。放置所述引線框(例如，電鍍錫的銅引線框)以接觸所述已構(gòu)圖的銅層。加熱所述銅和錫以形成Cu-Sn合金，熔化所述合金，并且使實(shí)質(zhì)上所有錫起反應(yīng)以形成Cu-Sn金屬間化合物，所述Cu-Sn金屬間化合物將所述連接表面與另一個(gè)連接器(例如銅連接器)物理和電學(xué)地相連。結(jié)合另一個(gè)示例實(shí)施例，集成電路封裝包括集成電路襯底和引線框。所述襯底包括鍵合連接表面，以及濺射阻擋層/粘附促進(jìn)劑位于所述連接表面上。銅種子層位于所述阻擋層/粘附促進(jìn)劑上，以及鍍覆銅位于種子層上。引線框具有錫層，用于經(jīng)由所述鍍覆的銅與集成電路襯底鍵合。將所述錫層通過(guò)其厚度配置為在與銅接觸并且加熱銅和錫時(shí)，形成熔化的Cu-Sn合金，并且通過(guò)使實(shí)質(zhì)上所有錫起反應(yīng)以從所述合金形成Cu-Sn金屬間化合物。所述化合物將所述襯底表面與弓I線框物理和電學(xué)地相連。以上討論/概述并非意圖描述本發(fā)明公開的每一個(gè)實(shí)施例或者每一種實(shí)現(xiàn)。以下附圖和詳細(xì)描述也例證了各種實(shí)施例。


考慮結(jié)合附圖的以下詳細(xì)描述，將更加全面地理解各種示例實(shí)施例，其中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例的鍵合封裝在不同制造階段的截面視圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例實(shí)施例的制造少鉛或無(wú)鉛鍵合封裝的方法的流程圖；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例所使用的銅-錫(Cu-Sn)材料的相圖；以及圖4示出了根據(jù)本發(fā)明其他示例實(shí)施例的溫度對(duì)結(jié)合材料的銅含量的曲線。盡管本發(fā)明可以更改為各種修改和替代形式，在附圖中作為示例示出了其細(xì)節(jié)， 并且將詳細(xì)進(jìn)行描述。然而應(yīng)該理解的是其并非意圖將本發(fā)明局限于所述的具體實(shí)施例。 相反，其意圖覆蓋落在包括權(quán)利要求中所限定的各個(gè)方面的本發(fā)明范圍之內(nèi)的所有修改、 等價(jià)物和替代。
具體實(shí)施例方式相信本發(fā)明可以應(yīng)用于各種電路所使用的多種不同類型的工藝、器件和結(jié)構(gòu)，包括使用結(jié)合材料和相關(guān)工藝與封裝結(jié)構(gòu)相連的集成電路。盡管本發(fā)明不必如此限制，通過(guò)使用上下文的示例討論應(yīng)該理解本發(fā)明的各個(gè)方面。根據(jù)示例實(shí)施例，將銅和錫基結(jié)合材料用于連接集成電路器件中的電路。將銅和錫合金形成于表面上，對(duì)其加熱(熔化)和反應(yīng)以形成銅-錫(Cu-Sn)金屬間化合物，其中使實(shí)質(zhì)上所有的錫反應(yīng)以形成所述化合物。所述Cu-Sn金屬間化合物包括諸如Cu6Sn5的材料，所述材料將所述表面與另一個(gè)電路部件物理和電學(xué)地連接?？梢詧?zhí)行這種方法，并且可以按照無(wú)鉛方式制造最終的結(jié)構(gòu)，解決了包括在背景中所討論的那些挑戰(zhàn)。選擇銅和/或錫以及其他相鄰材料的各個(gè)厚度以及涉及加熱的處理?xiàng)l件，以適應(yīng)各種應(yīng)用并且促進(jìn)實(shí)質(zhì)上所有錫的反應(yīng)。在各種應(yīng)用中，使實(shí)質(zhì)上所有的錫反應(yīng)包含反應(yīng)至少80%的錫、至少90%的錫、至少95%的錫或者至少98%的錫。此外，包含形成Cu-Sn 化合物的各種實(shí)施例包括按照無(wú)鉛環(huán)境或者實(shí)質(zhì)上無(wú)鉛環(huán)境來(lái)形成Cu-Sn化合物。在一些實(shí)現(xiàn)中，設(shè)置銅和/或錫的各個(gè)厚度，以實(shí)現(xiàn)合金的選定(低)熔點(diǎn)溫度和所得到的金屬間化合物的相應(yīng)較高熔點(diǎn)溫度。將銅和錫合金加熱，以在所需的低溫度(例如約230°C)下熔化/流動(dòng)所述合金，以形成金屬間化合物和結(jié)合電路部件。當(dāng)形成所得到的金屬間化合物時(shí)，其凝固并且表現(xiàn)出相對(duì)較高的熔化溫度(例如在400°C或以上)。根據(jù)更具體的示例實(shí)施例，將阻擋層/粘附促進(jìn)劑用作銅錫合金和其上形成所述合金的表面之間的界面。所述阻擋層/粘附促進(jìn)劑可以操作用于使阻擋和粘附性質(zhì)之一或兩者有效，并且例如可以包括鈦基材料、鎳基材料或釩基材料?？梢栽谛纬摄~/錫合金之前將阻擋層/粘附促進(jìn)劑濺射到所述銅/錫合金下面的表面上。在許多種實(shí)現(xiàn)中，所述阻擋層/粘附促進(jìn)劑具有阻擋層性質(zhì)，所述阻擋層性質(zhì)減輕了特定溫度下附加金屬間化合物 (后續(xù)處理)的形成。可以使用多種方法形成銅和相應(yīng)的銅/錫合金。在一個(gè)實(shí)施例中，首先涂覆銅種子層，并且所述種子層用作后續(xù)形成的銅(例如通過(guò)電鍍)的附著處，接著將銅層鍍覆到種子層上以形成鍍覆銅層。在如上所述使用阻擋層/粘附促進(jìn)劑的情況下，將銅種子層涂覆到阻擋層/粘附促進(jìn)劑上，利用組合的粘附層材料和銅種子層形成組合材料，所述組合材料通過(guò)粘附和形成促進(jìn)了銅層的后續(xù)鍍覆。一旦形成了鍍覆銅層，將錫(例如錫層)與鍍覆銅層接觸以形成銅-錫(Cu-Sn)合金。引入錫(層)，并且所述錫層按照多種方式與鍍覆銅接觸。在一種實(shí)現(xiàn)中，在諸如引線框之類的集成電路封裝部件上形成選定厚度的錫層，所述引線框與其上形成鍍覆銅的芯片相結(jié)合。然后放置所述集成電路封裝部件以使所述錫層與鍍覆銅接觸。在另一種實(shí)現(xiàn)中，將錫層直接形成于鍍覆銅層上。在這些(或其他)實(shí)現(xiàn)中，可以將錫層的厚度設(shè)置為足夠薄，使得在后續(xù)的反應(yīng)中消耗了所有的錫以形成金屬間化合物，如下所述。在加熱時(shí)，Cu-Sn合金中的銅和錫熔化，并且熔化的合金中的銅和錫反應(yīng)以形成銅-錫(Cu-Sn)金屬間化合物。在反應(yīng)期間，所有或者實(shí)質(zhì)上所有的錫反應(yīng)。這種化合物物理地(例如機(jī)械地)且電學(xué)地將下面的表面與所得到的(上面的)電路相連。這種方法可應(yīng)用于結(jié)合鍵合封裝結(jié)構(gòu)，其中將諸如硅芯片之類的封裝部件結(jié)合到諸如引線框之類的另一個(gè)封裝部件。在一些實(shí)施例中，集成電路芯片的上表面和下表面涂覆有阻擋層/粘附促進(jìn)劑和銅種子層，并且隨后如這里所述的鍍覆銅。隨后使用討論用于形成銅-錫合金的錫層將附加的封裝部件與芯片的每一側(cè)相連，并且通過(guò)錫的消耗而從銅_錫合金形成銅_錫金屬間化合物。結(jié)合各種示例實(shí)施例，已經(jīng)揭示了可以與加熱Cu-Sn合金的溫度和時(shí)間一起來(lái)設(shè)置各個(gè)銅和錫材料、粘附材料和種子材料的一種或多種的層厚度，以實(shí)現(xiàn)實(shí)質(zhì)上所有的Sn 反應(yīng)形成Cu-Sn金屬間化合物。將所述各個(gè)層形成為設(shè)置的厚度，并且對(duì)所述材料在設(shè)置的溫度下加熱選定的時(shí)間，以形成Cu-Sn金屬間化合物。在一些實(shí)施例中，如上所述的各個(gè)層厚度包括0. 2 μ m的鈦粘附材料層，0. 2 μ m的銅種子層，5 μ m的鍍覆銅層和3 μ m的錫層。結(jié)合不同的實(shí)施例改變錫層的厚度，以確保在與下面的銅形成Cu-Sn化合物時(shí)消耗錫。Cu-Sn合金用于與其相連的封裝部件可以依賴于不同應(yīng)用而變化。例如，可以在電路板或其他封裝部件的下表面上形成所述合金(以及后續(xù)的化合物)，在其上添加諸如引線框之類的另一個(gè)封裝部件，并且通過(guò)加熱和反應(yīng)與下表面相連以形成Cu-Sn化合物。例如，可以使用這種方法將不同封裝部件上的相應(yīng)電路的鍵合焊盤彼此相連。此外，也可以在諸如電路或封裝部件之類的器件下面一側(cè)上形成所述合金(和后續(xù)的化合物)，與下面的電路板(或者其他封裝部件)相連。與這里所討論的示例相一致的是，各種實(shí)施例涉及采用這里所述的銅_錫基結(jié)合材料的集成電路、電路封裝、電路板和相關(guān)器件。其他實(shí)施例涉及使用銅_錫基結(jié)合材料制造這種電路、封裝、電路板和器件的方法。另外其他的實(shí)施例涉及在制造的中間階段的器件。例如，一個(gè)這種實(shí)施例涉及具有銅/錫合金材料和上述一種或多種相關(guān)材料和材料層(例如粘附和/或種子層)的中間器件。當(dāng)所述器件與另一個(gè)封裝部件結(jié)合時(shí)，所述中間器件和各個(gè)層配置用于在另外制造的合適階段的后續(xù)加熱。其他示例包括在制造的其他階段時(shí)的器件，例如可修改為向已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行進(jìn)一步處理的鍍覆銅層添加錫的器件。例如，該實(shí)施例可以包括將要結(jié)合的兩個(gè)部件封裝(例如芯片和引線框)的一個(gè)或兩個(gè)部件，其中一個(gè)部件具有鍍覆銅層，另一部件具有錫層，正如所討論的那樣。各種實(shí)施例也涉及制造這種器件的方法?，F(xiàn)在回到附圖，圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例在不同制造階段的鍵合封裝100。每一個(gè)不同的階段代表不同的實(shí)施例，例如可以涉及不同制造階段的器件以及用于實(shí)現(xiàn)各個(gè)階段的相應(yīng)制造步驟。此外，可以將各個(gè)階段作為根據(jù)更加具體實(shí)施例的制造工藝的一部分來(lái)一起實(shí)現(xiàn)。此外，其他實(shí)施例包含制造的后期階段，在所述后期階段中在制造的中間階段提供封裝，并且執(zhí)行另外的制造步驟。仍然的其他實(shí)施例涉及制造的中間階段的實(shí)現(xiàn)，其中在處理的早期階段接收封裝，并且在處理的后期階段但是在完成之前設(shè)置封裝。以圖IA為開始，封裝部件110已經(jīng)在其表面112處采用阻擋層/粘附促進(jìn)劑120 來(lái)處理，可以通過(guò)濺射(通過(guò)箭頭122表示)來(lái)涂覆所述阻擋層/粘附促進(jìn)劑120。所述阻擋層/粘附促進(jìn)劑層120包括各種材料的一種或多種，所述材料促進(jìn)了表面的粘附，并且用作具有上覆銅-錫層部件的表面112(例如，在粘附促進(jìn)劑層上形成的銅層)的擴(kuò)散阻擋層。在圖IB中，示出了將銅種子層130形成于阻擋層/粘附促進(jìn)劑120上，也可以如箭頭132表示的那樣通過(guò)濺射來(lái)涂覆阻擋層/粘附促進(jìn)劑120?？梢允褂蒙婕胺N子層中銅的不同液相和固相的液-液-固形成方法來(lái)形成所述種子層130。選擇阻擋層/粘附促進(jìn)劑120和種子層132的各個(gè)厚度，以適應(yīng)具體的應(yīng)用。在一些實(shí)現(xiàn)中，其厚度大致是相等的，并且在更加具體的實(shí)現(xiàn)中，所述厚度是約0.2μπι。在一些實(shí)施例中，對(duì)銅種子層130進(jìn)行構(gòu)圖，如圖IF所示并且如下所述。在圖IC中，已經(jīng)將銅(Cu)層140鍍覆到下面的粘附層120和銅種子層130上。 所述粘附層促進(jìn)了銅種子層的粘附，所述銅種子層可以有效地變?yōu)樗玫降你~層140的一部分(也就是將包括所述種子層130)。在上下文中，可以將銅層140直接粘附到下面的封裝部件110的表面112上。銅層140的厚度隨著不同的實(shí)現(xiàn)而變化，在一些實(shí)施例中是約 5 μ m0在圖ID中，已經(jīng)將錫(Sn)層150形成(例如鍍覆)于諸如引線框之類的上部封裝部件160上，放置所述引線框以使錫層與銅層140接觸。如同封裝部件110的情況那樣， 在截面圖表示上部封裝部件160，進(jìn)一步理解所述封裝的高度和寬度在不同的應(yīng)用中可以 (相對(duì)地)變化。所得到的銅層140和錫層150 (例如在加熱時(shí))形成Cu-Sn合金，其也可以包括如上所述的種子層130。所述錫層150的厚度對(duì)于不同的應(yīng)用而變化，例如確保通過(guò)與銅層140中的銅的組合而消耗錫。在一些實(shí)施例中，錫層150’的厚度是約3μπι。所得到的合金具有所需的低熔點(diǎn)，并且在一些實(shí)現(xiàn)中熔點(diǎn)在230°C附近。
在圖IE中，將Cu-Sn合金加熱到其熔點(diǎn)并且進(jìn)行反應(yīng)以形成銅-錫(Cu-Sn)化合物170。所得到的化合物170將上部封裝部件160與下部封裝部件110的表面112機(jī)械地和電學(xué)地相連。Cu-Sn化合物170(例如，金屬間化合物)具有所需的高熔點(diǎn)。在一些實(shí)施例中，Cu-Sn化合物170具有實(shí)質(zhì)上大于Cu-Sn合金熔點(diǎn)的熔點(diǎn)。在一些情形中，所述實(shí)質(zhì)上更高的熔點(diǎn)是約300°C以上的熔點(diǎn)，并且在其他情形中，所述實(shí)質(zhì)上更高的熔點(diǎn)是約400°C 以上的熔點(diǎn)。封裝部件110和160可以包括各種部件之一或多個(gè)，例如單獨(dú)的鍵合焊盤觸點(diǎn)或者具有這種觸點(diǎn)陣列的器件。例如，各種實(shí)施例包括制造鍵合焊盤尺寸的Cu-Sn化合物 170，其具有適應(yīng)具體應(yīng)用的尺寸。其他實(shí)施例涉及幾種鍵合焊盤連接的形成。這些應(yīng)用具體地可修改為小尺寸的封裝，并且可以無(wú)需焊料印刷就可以實(shí)現(xiàn)。作為鍵合焊盤結(jié)構(gòu)的示例，圖IF示出了鍵合封裝100，在Cu-Sn合金反應(yīng)以形成 Cu-Sn IMC(例如與圖ID所示階段類似)之前，對(duì)鍵合封裝100進(jìn)行構(gòu)圖以適應(yīng)各個(gè)封裝部件的具體連接性圖案。如所示的那樣，形成多個(gè)單獨(dú)鍵合焊盤疊層，以標(biāo)記為180的疊層作為示例。用于形成所述疊層的一種方法包括在鍍覆銅層142之前對(duì)所述鍍覆的銅層130 (并且在一些示例中，還有下面的粘附層120)進(jìn)行構(gòu)圖。利用這種方法，在剩余(已構(gòu)圖)種子層部分上形成鍍覆銅142，并且所述鍍覆銅142不必進(jìn)行構(gòu)圖。圖IG示出了已構(gòu)圖的Cu-Sn合金，所述Cu-Sn合金反應(yīng)以形成用于連接上部封裝部件162的Cu-Sn IMC材料。與圖ID所示的實(shí)施例一致，可以利用錫層引入上部封裝部件 162，所述錫層構(gòu)圖以匹配所示的鍍覆銅的圖案，所述錫層反應(yīng)以形成Cu-Sn合金，進(jìn)一步形成結(jié)合封裝部件110和162的Cu-Sn金屬間化合物。圖2是根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)示例實(shí)施例的制造少鉛或無(wú)鉛鍵合封裝的方法的流程圖。在塊210，將粘附材料濺射到封裝襯底的表面上，并且在塊220，將銅(Cu)種子層涂覆到所述粘附材料上。在塊230，使用所述銅種子層將銅鍍覆到所述種子層上。在塊240，將錫(Sn)層設(shè)置在塊230時(shí)形成的鍍覆銅層上，以形成銅_錫(Cu-Sn) 合金。在塊250，放置第二封裝部件以便鍵合，例如通過(guò)使一個(gè)或多個(gè)鍵合焊盤與Cu-Sn合金接觸。在許多應(yīng)用中，第二封裝部件(例如引線框)具有Sn層，所述錫層與在塊230時(shí)形成的鍍覆銅層接觸。在塊260，加熱Cu-Sn合金以形成Cu-Sn金屬間化合物(IMC)，例如 Cu6Sn50在固化之后，Cu-Sn IMC表現(xiàn)出比Cu-Sn合金更高的熔點(diǎn)，促進(jìn)了進(jìn)一步的高溫處理。在一些實(shí)現(xiàn)中，涂覆(例如噴涂)焊接劑以減輕形成Cu-Sn金屬間化合物時(shí)材料的氧化或其他退化，并且在形成IMC之后適當(dāng)?shù)厝コ龊附觿?。也可以結(jié)合塊260時(shí)的加熱來(lái)執(zhí)行塊250時(shí)的第二封裝部件的放置。例如，可以加熱Cu-Sn合金以熔化所述合金，并且在合金冷卻和固化之前使第二封裝部件與所述合金接觸。在一些實(shí)施例中，在塊225時(shí)與IMC加熱條件一起選擇銅和錫層的一個(gè)或兩者的厚度，有時(shí)也選擇粘附和種子層的厚度，以在塊260時(shí)形成Cu-Sn IMC時(shí)促進(jìn)在塊240時(shí)提供的Sn層的消耗。例如，如結(jié)合以上探索類型的實(shí)施例所述，可以連同在塊260時(shí)的IMC 形成中的加熱的溫度和時(shí)間參數(shù)一起來(lái)選擇各個(gè)厚度，以確保Sn層的消耗。這些厚度和溫度可以包括這里所討論的那些溫度和厚度，例如通過(guò)將2-4 μ m的錫層加熱到約230°C的溫度幾分鐘、幾個(gè)小時(shí)、或者更長(zhǎng)。應(yīng)該理解的是可以將各個(gè)厚度、溫度和施加設(shè)置為適應(yīng)各種應(yīng)用，并且促進(jìn)不同類型的設(shè)備來(lái)使用這些方法。應(yīng)該理解的是，可以在所示任意步驟之前和/或結(jié)合所示任意步驟來(lái)執(zhí)行塊225時(shí)的厚度選擇步驟，例如結(jié)合塊220時(shí)銅種子層的涂覆和塊210時(shí)粘附材料的濺射中的一個(gè)或兩個(gè)。將塊225與其他塊連接的虛線表示這些示例工藝，其中將厚度和加熱條件選擇用于所示的一個(gè)或多個(gè)步驟。在某些實(shí)施例中，在塊230鍍覆銅層之前，在塊227對(duì)銅種子層進(jìn)行構(gòu)圖。在一些實(shí)現(xiàn)中，在塊227也對(duì)粘附材料進(jìn)行構(gòu)圖。這種構(gòu)圖促進(jìn)了在塊230時(shí)按照應(yīng)用于銅層的預(yù)定圖案來(lái)形成鍍覆銅。圖3示出了表示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)示例實(shí)施例所使用的銅-錫(Cu-Sn)材料的相圖300?；谠撓鄨D，可以通過(guò)合金的熔化和熔化合金成分的組合，由銅-錫合金構(gòu)成銅_錫化合物，以形成具有最終的高熔化溫度的(固化)化合物。正如在相圖的最右側(cè)部分可以看到的那樣，Cu-Sn合金在達(dá)到或剛好超過(guò)200°C的溫度下熔化。參考圖1，這種方法涉及使通過(guò)如圖ID所示的錫層150和至少一部分銅層140形成的合金熔化，在熔化形成如圖IE所示的IMC 170之前進(jìn)行組合。當(dāng)錫與銅反應(yīng)時(shí)，隨著化合物中銅成分的增加，所得到的化合物的熔點(diǎn)高得多。對(duì)于銅百分比約為55%的Cu6Sn5,所得到的熔化溫度在400° 以上。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明其他示例實(shí)施例的溫度對(duì)結(jié)合材料的銅含量的曲線400。 與圖3的上述討論相一致，曲線400示出了區(qū)域420處曲線410上面的液相。固相位于區(qū)域430處的曲線412下面，而液相+Cu-SnIMC (Cu6Sn5)相在區(qū)域430處的曲線410和412之間。曲線410表示在其下面Cu-Sn合金是固體形式、其上面發(fā)生熔化的溫度線。如果在熔化溫度以上保持大量的時(shí)間(以及足夠薄的錫層)，實(shí)質(zhì)上所有的錫與銅反應(yīng)以形成如上所述的Cu-Sn化合物。當(dāng)初始加熱Cu-Sn合金時(shí)，液相CuSn如液相區(qū)420所示的形成。因?yàn)楦嗟你~和錫反應(yīng)形成Cu-Sn IMC(Cu6Sn5),存在液相+Cu6Sn5的組合，當(dāng)消耗所述錫時(shí)，所述組合全部變成了 Cu6Sn5(固化)?；谏鲜鲇懻摵驼f(shuō)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解的是在并非嚴(yán)格遵循這里說(shuō)明和所述的示例實(shí)施例和應(yīng)用的情況下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種修改和變化。例如，可以根據(jù)應(yīng)用而改變所示的Cu/Sn (Cu-Sn)材料的含量，結(jié)合附圖所示和/或描述的相對(duì)厚度和位置也如此。此外，Cu-Sn材料的最終金屬間化合物的相可以依賴于應(yīng)用而變化。這種修改沒(méi)有背離包括所附權(quán)利要求中所闡述的本發(fā)明的實(shí)際精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種制造集成電路器件的方法，所述方法包括 將阻擋層-粘附促進(jìn)劑濺射到鍵合連接表面上； 將Cu種子層涂覆在所述阻擋層_粘附促進(jìn)劑上； 將Cu鍍覆到種子層上以形成鍍覆Cu層；將Sn層引入到所述鍍覆Cu層；加熱Cu和Sn以形成Cu-Sn合金，熔化所述Cu-Sn合金，以及使實(shí)質(zhì)上所有的Sn起反應(yīng)以從所述合金形成Cu-Sn金屬間化合物，所述Cu-Sn金屬間化合物將所述連接表面與另一個(gè)連接器過(guò)孔物理和電學(xué)地相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括選擇Sn層的厚度和加熱器件的溫度和時(shí)間，使得實(shí)質(zhì)上所有的Sn反應(yīng)以形成Cu-Sn 金屬間化合物，提供Sn層包括形成所選擇的厚度的層，其中加熱包括將Cu-Sn合金加熱至所選擇的溫度達(dá)所選擇的時(shí)間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括 在鍍覆Cu之前，對(duì)所述Cu種子層進(jìn)行構(gòu)圖；以及其中在所述種子層上鍍覆Cu、向所述鍍覆的Cu層引入Sn層包括在已構(gòu)圖的種子層上鍍覆Cu，以形成與所述已構(gòu)圖種子層的圖案相匹配的已構(gòu)圖Cu層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中向所述鍍覆Cu層引入Sn層包括將其上具有Sn層的引線框放置到鍍覆的Cu上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱使實(shí)質(zhì)上所有的Sn反應(yīng)形成Cu-Sn金屬間化合物包括形成實(shí)質(zhì)上無(wú)鉛的Cu-Sn金屬間化合物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱使實(shí)質(zhì)上所有的Sn反應(yīng)形成Cu-Sn金屬間化合物包括形成Cu6Srv
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中加熱使實(shí)質(zhì)上所有的Sn反應(yīng)形成Cu-Sn金屬間化合物包括形成具有實(shí)質(zhì)上高于Cu-Sn合金熔點(diǎn)的熔點(diǎn)的Cu-Sn金屬間化合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在連接表面上濺射阻擋層-粘附促進(jìn)劑包括濺射鈦、鋁、鎳和釩中的至少之一。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在連接表面上濺射粘附促進(jìn)劑包括濺射0.2 μ m的粘附促進(jìn)劑層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在粘附促進(jìn)劑上涂覆Cu種子層包括涂覆0.2 μ m 的Cu層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述種子層上鍍覆Cu以形成鍍覆Cu層包括鍍覆5μπι的Cu層。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括使Sn層形成為約3μ m的厚度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在連接表面上濺射阻擋層_粘附促進(jìn)劑包括濺射0. 2 μ m的粘附促進(jìn)劑層； 在所述阻擋層_粘附促進(jìn)劑上涂覆Cu種子層包括涂覆0. 2 μ m的Cu層； 在所述種子層上鍍覆Cu以形成鍍覆Cu層包括鍍覆5 μ m的Cu層；以及形成Sn層包括在所述鍍覆Cu層上形成3 μ m的Sn層。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中在所述鍍覆Cu層上形成Sn層以形成Cu-Sn合金包括形成具有小于約230°C的熔點(diǎn)的 Cu-Sn合金；以及使實(shí)質(zhì)上所有的Sn反應(yīng)以形成Cu-Sn金屬間化合物包括形成具有至少約400°C的重熔溫度的Cu-Sn金屬間化合物。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在加熱所述Cu-Sn合金之前向所述Cu-Sn合金應(yīng)用助焊劑，以減輕Cu-Sn合金的氧化。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，還包括在加熱所述合金并且形成所述Cu-Sn金屬間化合物之前對(duì)所述Cu-Sn合金進(jìn)行構(gòu)圖。
17.一種將半導(dǎo)體襯底與具有錫連接器的引線框結(jié)合的方法，所述方法包括 將阻擋層_粘附促進(jìn)劑濺射到襯底的表面上；將Cu種子層濺射到所述阻擋層_粘附促進(jìn)劑上； 對(duì)所述種子層和所述粘附促進(jìn)劑進(jìn)行構(gòu)圖以形成鍵合焊盤圖案； 將Cu電鍍到已構(gòu)圖的種子層上以形成已構(gòu)圖的Cu層，所述已構(gòu)圖的Cu層具有與所述已構(gòu)圖的種子層相匹配的圖案；放置所述引線框以使所述錫連接器接觸所述已構(gòu)圖的Cu層；加熱所述Cu和Sn以形成Cu-Sn合金，熔化所述合金，并且使實(shí)質(zhì)上所有Sn起反應(yīng)以形成Cu-Sn金屬間化合物，所述Cu-Sn金屬間化合物將所述襯底表面和所述引線框物理和電學(xué)地相連。
18.一種集成電路封裝，包括 集成電路襯底，所述襯底包括所述襯底的鍵合連接表面上的濺射粘附促進(jìn)劑； 所述粘附促進(jìn)劑上的Cu種子層；以及所述種子層上的鍍覆Cu ； 以及引線框，所述引線框具有Sn層，用于經(jīng)由所述鍍覆的Cu與集成電路襯底鍵合，將所述 Sn層通過(guò)其厚度配置為在與Cu接觸并且加熱Cu和Sn時(shí)，形成熔化的Cu-Sn合金；以及通過(guò)使實(shí)質(zhì)上所有Sn起反應(yīng)，從所述合金形成Cu-Sn金屬間化合物，所述化合物將所述連接表面與弓I線框物理和電學(xué)地相連。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的集成電路封裝，其中所述Cu種子層是已構(gòu)圖的層；所述鍍覆Cu具有與所述種子層的圖案相匹配的圖案；以及所述引線框上的Sn層是具有與所述鍍覆Cu的圖案相匹配圖案的已構(gòu)圖層。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的集成電路封裝，其中將Sn層通過(guò)其厚度配置為通過(guò)在至少大約是Cu-Sn合金熔點(diǎn)的選定溫度下消耗實(shí)質(zhì)上所有的Sn，形成所述Cu-Sn金屬間化合物，所述Cu-Sn金屬間化合物具有實(shí)質(zhì)上高于Cu-Sn合金熔點(diǎn)的熔點(diǎn)。
全文摘要
本申請(qǐng)公開了一種鍵合封裝及其方法。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了用于制造電路的無(wú)鉛或者實(shí)質(zhì)上無(wú)鉛結(jié)構(gòu)及其相關(guān)方法。根據(jù)各種示例實(shí)施例，使用銅-錫(Cu-Sn)合金結(jié)合電路部件，所述Cu-Sn合金熔化且用于形成具有比Cu-Sn合金更高熔點(diǎn)的Cu-Sn化合物，并且將電路部件物理和電學(xué)地連接在一起。
文檔編號(hào)H01L21/50GK102290357SQ201110162200
公開日2011年12月21日 申請(qǐng)日期2011年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者邁克爾·羅瑟 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司