專利名稱：用于微電子襯底的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及微電子器件領(lǐng)域，特別涉及微電子器件的焊料突點(diǎn)。
高性能的微電子器件通常使用焊料球或焊料突點(diǎn)與其它微電子器件進(jìn)行電互連。例如，超大規(guī)模集成電路(VLSI)芯片可以使用焊料球或焊料突點(diǎn)電連接到電路板或其它下一級(jí)封裝襯底上。這種連接技術(shù)也稱做“控制熔塌芯片連接-C4”或“倒裝芯片”技術(shù)，在這里稱作焊料突點(diǎn)。
該技術(shù)的顯著進(jìn)步公開在Yung轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的U.S.專利5,162,257“焊料突點(diǎn)的制造方法”中。在該專利中，下突點(diǎn)金屬化(Underbump metallurgy)層形成在包括接觸焊盤的微電子襯底上，焊料突點(diǎn)形成在與接觸焊盤相對(duì)的下突點(diǎn)金屬化層上。位于焊料突點(diǎn)與接觸焊盤之間的下突點(diǎn)金屬化層轉(zhuǎn)變?yōu)榻饘匍g化合物，對(duì)于刻蝕焊料突點(diǎn)之間的下突點(diǎn)金屬化層刻蝕劑來說，該金屬間化合物為抗蝕劑。因此，保護(hù)了焊料突點(diǎn)的基底。
在許多情況下，需要在襯底上遠(yuǎn)離接觸焊盤處設(shè)置焊料突點(diǎn)，并形成接觸焊盤和焊料突點(diǎn)之間的電連接。例如，微電子襯底可以最初設(shè)計(jì)為接觸焊盤排列在襯底的外邊緣用于引線鍵合。此后，也許將微電子襯底用在需要焊料突點(diǎn)放置在襯底內(nèi)部的應(yīng)用中。為了能將焊料突點(diǎn)放置在襯底內(nèi)距每個(gè)接觸焊盤一段距離處，需要有互連或再分布路徑的導(dǎo)體(redistribution routing conductor)。
Moore等人在U.S.專利5,327,013“集成電路管芯的焊料突點(diǎn)”中公開了一種在集成電路管芯上形成再分布路徑的導(dǎo)體和焊料突點(diǎn)的方法。該方法包括形成導(dǎo)電的焊料可濕潤的合成材料端。該端包括覆蓋遠(yuǎn)離金屬接觸的鈍化層的鍵合焊盤和由焊盤延伸到金屬接觸的滑槽(runner)。焊料體回流焊到鍵合焊盤上形成鍵合到焊盤的突點(diǎn)并通過滑槽電連接。
然而，在該方法中，將焊料合金的微小球體按壓到鍵合焊盤上形成焊料突點(diǎn)。此外，在回流焊期間，限制了焊料沿滑槽的散布。在圖示的實(shí)施例中，由阻焊的聚合材料形成的焊料中止層(solder stop)應(yīng)用到滑槽上將焊料限制在鍵合焊盤上。
盡管已有以上提到的參考資料，但本領(lǐng)域仍然需要一種能有效地制造再分布路徑的導(dǎo)體和焊料突點(diǎn)并能降低成本的方法。
因此本發(fā)明的目的在于提供一種形成再分布路徑的導(dǎo)體的改進(jìn)的方法。
本發(fā)明的另一個(gè)目的在于提供一種能和相關(guān)的焊料突點(diǎn)成一體地形成再分布路徑的導(dǎo)體的方法。
本發(fā)明的這些和其它目的通過在微電子襯底上形成下突點(diǎn)金屬化層和在下突點(diǎn)金屬化層上形成包括伸長部分和展寬部分的焊料結(jié)構(gòu)獲得?？梢杂秒婂兎ㄔ谘谀Ｏ薅ǖ南峦稽c(diǎn)金屬化層的所需部分處形成焊料結(jié)構(gòu)。然后使用焊料結(jié)構(gòu)做掩模將未被焊料覆蓋的下突點(diǎn)金屬化層的其它部分選擇性地除去。因此，使用一個(gè)單獨(dú)的掩模步驟就可以限定焊料結(jié)構(gòu)和下突點(diǎn)金屬化層。
然后使焊料流動(dòng)。意想不到的是，焊料內(nèi)的表面張力使流動(dòng)的焊料在下突點(diǎn)金屬化層伸長部分上形成薄焊料層，并在下突點(diǎn)金屬化層的展寬部分上形成突起的焊料突點(diǎn)。因此，使用一個(gè)焊料淀積步驟后接焊料流動(dòng)步驟(一般采用加熱)可以形成包括薄的伸長部分和突起的展寬部分的焊料結(jié)構(gòu)。
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明包括在含有微電子襯底表面上的電接觸焊盤的微電子襯底上形成再分布路徑的導(dǎo)體的方法。該方法包括在表面上形成下突點(diǎn)金屬化層的步驟，和與微電子襯底相對(duì)的下突點(diǎn)金屬化層上形成焊料結(jié)構(gòu)的步驟。下突點(diǎn)金屬化層電接觸接觸焊盤，焊料結(jié)構(gòu)包括伸長部分和展寬部分。
形成焊料結(jié)構(gòu)的步驟最好包括形成含有延伸到電接觸焊盤上的伸長部分的焊料結(jié)構(gòu)的步驟。該焊料結(jié)構(gòu)限定出下突點(diǎn)金屬化層的第一(暴露的)和第二(未暴露的)部分，形成焊料結(jié)構(gòu)的步驟后接選擇性也除去未被焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的下突點(diǎn)金屬化層的第一(暴露的)部分的步驟。因此，形成焊料結(jié)構(gòu)后，焊料結(jié)構(gòu)可以做掩模層選擇性地除去未被焊料覆蓋的下突點(diǎn)金屬化層的第一部分，因而省卻了對(duì)焊料結(jié)構(gòu)和下突點(diǎn)金屬化層進(jìn)行構(gòu)圖的單獨(dú)的光刻步驟。
伸長的焊料部分最好有位于與接觸焊盤相對(duì)的下突點(diǎn)金屬化層上的一端和連接展寬部分的第二端。因此，焊料結(jié)構(gòu)限定了下突點(diǎn)金屬化層的各伸長部分和展寬部分，并且下突點(diǎn)金屬化層的伸長部分的一端最好與接觸焊盤電連接。應(yīng)該明白，其它伸長的焊料部分從與接觸焊盤相對(duì)的點(diǎn)的其它方向延伸到下突點(diǎn)金屬化層上，而且伸長部分輕微地延伸越過與接觸焊盤相對(duì)的點(diǎn)。
該方法還包括使焊料結(jié)構(gòu)中的焊料從伸長部分流到展寬部分的步驟。因此，突起的焊料突點(diǎn)可以形成在焊料結(jié)構(gòu)的展寬部分內(nèi)，薄焊料層可以形成在焊料結(jié)構(gòu)的伸長部分內(nèi)。要完成該步驟最好將焊料加熱到它的液化溫度以上并將它限制在下突點(diǎn)金屬化層的伸長部分和展寬部分內(nèi)，以致表面張力引起的內(nèi)部壓力使焊料流到展寬部分上?？梢栽谖幢缓噶辖Y(jié)構(gòu)覆蓋的下突點(diǎn)金屬化層第一(暴露的)部分上形成焊料阻擋層限制流動(dòng)的焊料。
使焊料結(jié)構(gòu)流動(dòng)的步驟可以在下突點(diǎn)金屬化層和焊料結(jié)構(gòu)之間形成金屬間化合物區(qū)。該金屬間化合物區(qū)包括金屬化層的成分和焊料結(jié)構(gòu)的成分。對(duì)除去下突點(diǎn)金屬化層的第一(暴露的)部分使用的刻蝕劑來說，該金屬間化合物區(qū)為抗蝕劑，因而減少了焊料結(jié)構(gòu)的鉆蝕。
形成下突點(diǎn)金屬化層的步驟最好包括在微電子襯底上形成鉻層，在鉻層上形成鉻和銅的相控層，以及在與鉻層相對(duì)的相控層上形成銅層。該結(jié)構(gòu)提供了將粘接到微電子襯底和接觸焊盤以及焊料結(jié)構(gòu)上的導(dǎo)電基底。形成下突點(diǎn)金屬化層的步驟還包括在微電子襯底和鉻層上形成鈦層的步驟。
形成焊料結(jié)構(gòu)的步驟包括在下突點(diǎn)金屬化層上形成構(gòu)圖的掩模層，在下突點(diǎn)金屬化層的第二部分上形成焊料結(jié)構(gòu)，并選擇性地除去構(gòu)圖的掩模層。構(gòu)圖的掩模層最好覆蓋下突點(diǎn)金屬化層的第一部分，并限定焊料結(jié)構(gòu)形成于其上的下突點(diǎn)金屬化層的第二部分。
此外，形成焊料結(jié)構(gòu)的步驟包括在下突點(diǎn)金屬化層的第二部分上電鍍焊料的步驟。通過形成延伸到微電子襯底上的下突點(diǎn)金屬化層，下突點(diǎn)金屬化層可以用做多個(gè)焊料結(jié)構(gòu)的電鍍電極。因此，多個(gè)焊料結(jié)構(gòu)可以用一個(gè)電鍍步驟形成，并且每個(gè)焊料結(jié)構(gòu)具有統(tǒng)一的高度。
本發(fā)明還包括微電子襯底上的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，該微電子襯底包含具有暴露部分的電接觸焊盤。該焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括微電子襯底上的下突點(diǎn)金屬化結(jié)構(gòu)，和與微電子襯底相對(duì)的下突點(diǎn)金屬化結(jié)構(gòu)的焊料結(jié)構(gòu)。金屬化結(jié)構(gòu)(metallurgy structure)包括具有電接觸接觸焊盤的暴露部分的第一端的伸長部分，和連接伸長部分的第二端的展寬部分。焊料結(jié)構(gòu)包括金屬化結(jié)構(gòu)上的伸長部分結(jié)構(gòu)和金屬化結(jié)構(gòu)的展寬部分上的展寬部分。因此，焊料結(jié)構(gòu)的展寬部分可以形成在微電子襯底而不是接觸焊盤的部分上，并仍然與焊盤電連接。
焊料結(jié)構(gòu)的伸長部分具有第一預(yù)定厚度，并且焊料結(jié)構(gòu)的展寬部分具有第二預(yù)定厚度。第一預(yù)定厚度最好比第二預(yù)定厚度薄。因此，焊料結(jié)構(gòu)的展寬部分最好形成突起的焊料突點(diǎn)，該焊料突點(diǎn)可以將微電子襯底電和機(jī)械地連接到印制電路板或下一級(jí)封裝襯底上。作為選擇，焊料結(jié)構(gòu)的伸長部分和焊料結(jié)構(gòu)的展寬部分可以有相同的預(yù)定厚度。
焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)還包括下突點(diǎn)金屬化結(jié)構(gòu)和焊料結(jié)構(gòu)之間的金屬間化合物區(qū)，該金屬間化合物區(qū)包括下突點(diǎn)金屬化結(jié)構(gòu)的成分和焊料結(jié)構(gòu)的成分。
作為選擇，焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)可以包括微電子襯底上的下突點(diǎn)金屬化層，并電接觸接觸焊盤的暴露部分。該焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)還包括與微電子襯底相對(duì)的下突點(diǎn)金屬化層上的焊料結(jié)構(gòu)。焊料結(jié)構(gòu)包括具有與電接觸焊盤暴露部分相對(duì)的第一端的伸長部分和連接伸長部分的第二端的展寬部分。該下突點(diǎn)金屬化層可以和焊料結(jié)構(gòu)延伸到微電子襯底上，該焊料結(jié)構(gòu)限定了下突點(diǎn)金屬化層的第一(暴露的)和第二(未暴露的)部分。這種連續(xù)的下突點(diǎn)金屬化層可以用做電鍍的電極。
此外，結(jié)構(gòu)可以包括下突點(diǎn)金屬化層的第一(暴露的)部分上的焊料阻擋層。在以上討論過的焊料流動(dòng)步驟期間，該焊料阻擋層用于容納焊料。
因此，下突點(diǎn)金屬化層可以形成在微電子襯底上，并用做電鍍包括伸長部分和展寬部分的焊料結(jié)構(gòu)的電極。然后將焊料結(jié)構(gòu)用做掩模選擇性地除去未被焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的下突點(diǎn)金屬化層的部分。因而使用一個(gè)光刻步驟就可以對(duì)焊料結(jié)構(gòu)和下突點(diǎn)金屬化層進(jìn)行構(gòu)圖。此外，焊料可以從焊料結(jié)構(gòu)的伸長部分流到展寬部分，因而形成突起的焊料突點(diǎn)。這最好由加熱焊料到它的液化溫度以上使表面張力引起的內(nèi)部壓力影響流動(dòng)獲得。因此，制造出穩(wěn)定的多級(jí)焊料結(jié)構(gòu)。


圖1-5為根據(jù)本發(fā)明制造再分布路徑的導(dǎo)體期間不同階段微電子襯底剖面的側(cè)視圖。
圖6-10為分別對(duì)應(yīng)于圖1-5制造再分布路徑的導(dǎo)體期間不同階段微電子襯底的頂視圖。
現(xiàn)在結(jié)合附圖詳細(xì)地介紹本發(fā)明，在圖中顯示了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。然而本發(fā)明也體現(xiàn)為許多不同的形式，不應(yīng)限于這里介紹的實(shí)施例；相反，在這里提供實(shí)施例是為了使本發(fā)明公開充分和完整，并使本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員領(lǐng)會(huì)本發(fā)明的范圍。在圖中，為清楚起見放大了層的厚度和區(qū)域。相似的元件采用了相同的數(shù)字。
如側(cè)視5和對(duì)應(yīng)的頂視10所示，本發(fā)明涉及包括再分布路徑的導(dǎo)體和突起的焊料突點(diǎn)的微電子結(jié)構(gòu)11。微電子結(jié)構(gòu)包括襯底15上的接觸焊盤14和鈍化層12。再分布路徑的導(dǎo)體17和焊料突點(diǎn)21每個(gè)分別包括下突點(diǎn)金屬化層16A-B和焊料層22A-B的部分。
再分布路徑的導(dǎo)體17包括每個(gè)伸長的下突點(diǎn)金屬化部分16B上的相對(duì)伸長的焊料部分22B。焊料突點(diǎn)21包括每個(gè)展寬的下突點(diǎn)金屬化部分16A上的展寬的焊料部分22A。如圖5所示，當(dāng)展寬焊料部分22A突起時(shí)，伸長的焊料部分22B相對(duì)薄些。
因此，焊料突點(diǎn)21可以設(shè)置在襯底上距接觸焊盤14一段距離的點(diǎn)處，再分布路徑的導(dǎo)體17提供它們之間的電連接。這種設(shè)置的優(yōu)點(diǎn)在于具有接觸焊盤14在一個(gè)預(yù)定位置處的布局的襯底在第二位置處有一個(gè)相關(guān)的焊料突點(diǎn)。例如當(dāng)襯底具有用于引線鍵合排列的接觸焊盤布局時(shí)，需要將襯底用于倒裝芯片應(yīng)用中，這種設(shè)置就特別有用。如下面結(jié)合圖1-10介紹的，焊料突點(diǎn)和再分布路徑的導(dǎo)體可以同時(shí)制造。
如圖所示，再分布路徑的導(dǎo)體17可以是直的，也可以包括彎曲部分。此外，焊料突點(diǎn)21可以為圖示的圓形或如矩形的其它形狀。
焊料突點(diǎn)21和再分布路徑的導(dǎo)體17最好同時(shí)形成。圖1-5為不同階段制造的微電子結(jié)構(gòu)的剖面?zhèn)纫晥D，而圖6-10為對(duì)應(yīng)于相同的微電子結(jié)構(gòu)的頂視圖。如圖1和6所示，微電子結(jié)構(gòu)11最初包括襯底15上的鈍化層12和暴露的接觸焊盤14。
襯底15可以包括一層半導(dǎo)體材料，例如硅、砷化鎵、碳化硅、金剛石，或其它本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的襯底材料。同樣這層半導(dǎo)體材料包括一個(gè)或多個(gè)電子器件，例如晶體管、電阻、電容，和/或電感。接觸焊盤14包括鋁、銅、鈦、包括以上提到的金屬的結(jié)合如AlCu和AlTi3的金屬間化合物、或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的其它材料。該接觸焊盤最好與襯底內(nèi)的電子器件相連。
鈍化層12可以包括聚酰亞胺層、二氧化硅層、氮化硅層、或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的其它鈍化材料。如圖所示，鈍化層12可以覆蓋與襯底15相對(duì)的接觸焊盤14的上部邊緣部分，露出每個(gè)接觸焊盤的中間部分。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白，術(shù)語襯底15也可以定義成包括圖1和6的鈍化層12和接觸焊盤14。
如圖2和7所示，下突點(diǎn)金屬化層16形成在鈍化層上為焊料突點(diǎn)和接觸焊盤14之間提供連接，并作為電鍍電極。在隨后的工藝步驟中，下突點(diǎn)金屬化層16還保護(hù)接觸焊盤14和鈍化層12，并提供焊料附著的表面。下突點(diǎn)金屬化層最好包括鈍化層12和接觸焊盤14上的鉻層；鉻層上的鉻/銅的相控層；和相控層上的銅層。這種結(jié)構(gòu)貼附并保護(hù)鈍化層12和接觸焊盤14，并為以后電鍍的焊料凝供基底。
在申請(qǐng)日為1995年3月20并轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人的U.S.專利中請(qǐng)“焊料突點(diǎn)的制造方法和含有鈦?zhàn)钃鯇拥慕Y(jié)構(gòu)”中公開的下突點(diǎn)金屬化層還包括襯底和鉻層之間的鈦?zhàn)钃鯇?。該鈦?zhàn)钃鯇颖Ｗo(hù)鈍化層不受除去下突點(diǎn)金屬化層的其它部分的刻蝕劑的損害，并防止在鈍化層上形成導(dǎo)致焊料突點(diǎn)和再分布路徑的導(dǎo)體之間短路的殘留物?？梢院苋菀椎貙⑩?zhàn)钃鯇訌拟g化層上除去不會(huì)留下大量的殘留物。
例如在Dishon的U.S.專利4,950,623“形成焊料突點(diǎn)的方法”、Yung的U.S.專利5,162,257“焊料突點(diǎn)制造方法”，和Mis等人的申請(qǐng)日為1995年3月20的U.S.專利申請(qǐng)“焊料突點(diǎn)的制造方法和含有鈦?zhàn)钃鯇拥慕Y(jié)構(gòu)”中公開了不同的下突點(diǎn)金屬化層。這些參考文獻(xiàn)都轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明的受讓人，在這里引入僅供參考。
焊料阻擋層18形成在下突點(diǎn)金屬化層16上。該焊料阻擋層18最好包括下突點(diǎn)金屬化層16上如鈦或鉻的焊料不可濕潤材料層。如果在除去下突點(diǎn)金屬化層16未被焊料覆蓋的第一(暴露的)部分之前進(jìn)行回流焊步驟，那么焊料阻擋層18將用于容納焊料，這將在下面討論。然后在焊料阻擋層18上形成掩模層20。掩模層包括光刻膠掩?；虮绢I(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的其它掩模。
對(duì)掩模層20進(jìn)行構(gòu)圖覆蓋下突點(diǎn)金屬化層的第一部分上的焊料阻擋層，并露出焊料突點(diǎn)和再分布路徑的導(dǎo)體將形成其上的下突點(diǎn)金屬化層16的第二部分上的焊料阻擋層的區(qū)域。然后除去焊料阻擋層未覆蓋的部分因而露出下突點(diǎn)金屬化層16的第二部分，如圖3和8所示。特別是，未被焊料阻擋層和構(gòu)圖的掩模層覆蓋的下突點(diǎn)金屬化層16的第二部分包括展寬部分16A和伸長部分16B。
如圖4和9所示，焊料層22最好電鍍?cè)谙峦稽c(diǎn)金屬化層16的第二部分上。通過對(duì)連續(xù)的下突點(diǎn)金屬化層16施加偏置電壓并將微電子結(jié)構(gòu)浸在含鉛和錫的溶液中電鍍焊料，這些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員都知道。這個(gè)電鍍工藝可使焊料層同時(shí)形成在下突點(diǎn)金屬化層16的多個(gè)第二部分上。焊料不會(huì)鍍?cè)谘谀?0上。作為選擇，可以通過作為焊膏的絲網(wǎng)印刷、蒸發(fā)法、電子束淀積、無電淀積或本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員公知的其它方法施加焊料。此外，為了說明整個(gè)說明書使用了鉛-錫焊料，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該明白例如金焊料、鉛-銦焊料，或錫焊料等其它焊料都可以使用。
焊料層22包括伸長部分22B和展寬部分22A。除去掩模層20后，可以加熱微電子結(jié)構(gòu)11使焊料從伸長部分22B流到展寬部分22A，因而在展寬部分22A上形成突起的焊料突點(diǎn)。如圖5和10所示，焊料阻擋層18可防止焊料散布到下突點(diǎn)金屬化層16的展寬部分16A和伸長部分16B以外。
當(dāng)焊料加熱到它的液化溫度(含90％的鉛和10％的錫的焊料大約為299℃)以上時(shí)，焊料流動(dòng)，該工藝通常稱做回流焊。在回流焊期間，焊料的表面張力在用于焊料突點(diǎn)的相對(duì)較寬的幾何形狀上的展寬部分22A內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)較低的內(nèi)部壓力，在用于再分布路徑的導(dǎo)體的相對(duì)較窄的幾何形狀上的伸長部分22B內(nèi)產(chǎn)生相對(duì)較高的內(nèi)部壓力。
為了平衡內(nèi)部的壓力差異，焊料從伸長焊料部分22B流向展寬焊料部分22A。因此，在展寬部分22A上形成突起的焊料突點(diǎn)，在再分布路徑的導(dǎo)體上的伸長部分22B上形成相對(duì)較薄的層。當(dāng)焊料冷卻到它的液化溫度以下時(shí)，焊料固化并維持原有形狀，包括突起的焊料突點(diǎn)和再分布路徑的導(dǎo)體上的薄層。
印制電路板制造領(lǐng)域中都知道通過絲網(wǎng)印刷將焊料均勻施加到PCB的焊區(qū)上，并且通過放大焊區(qū)部分，局部增加焊料水平。參見1995年1月“Electronic Packaging&Production”pp.40，42 Swanson的“PCBAssemblyAssembly Technology in China”。然而，對(duì)于這些知識(shí)，申請(qǐng)人首先意識(shí)到焊料可以均勻電鍍到微電子襯底上，然后加熱在襯底上產(chǎn)生突起的焊料突點(diǎn)和再分布路徑的導(dǎo)體。
此外，Moore等人的U.S.專利5,327,013指出焊料合金的微小球體可以按壓到焊盤上，并且由阻焊的聚合材料形成的中止層施加到滑槽上將焊料限制在鍵合焊盤上。該專利指出在回流焊期間，焊料沿滑槽的散布可由相對(duì)于焊盤縮小滑槽區(qū)的寬度來限制，但沒有提示使焊料由滑槽流到焊盤因而形成多級(jí)焊料結(jié)構(gòu)的滑槽區(qū)和鍵合焊盤的相關(guān)尺寸。此外，這些參考資料也沒有提示具有伸長部分和展寬部分的焊料結(jié)構(gòu)可用于掩模下突點(diǎn)金屬化層，以便僅用一個(gè)掩模步驟就可以形成再分布路徑的導(dǎo)體和焊料突點(diǎn)。
本發(fā)明的方法利用回流的(液體)焊料的表面張力引起的內(nèi)部壓力差在伸長部分22B上形成相對(duì)較薄的焊料層并且在展寬部分22A上形成突起的焊料突點(diǎn)。根據(jù)下面的公式可以決定一個(gè)焊料液滴的內(nèi)部壓力PP＝2T/r其中T是液體焊料的表面張力，r是液滴的半徑。
當(dāng)液體焊料在如下突點(diǎn)金屬化層的平坦可濕潤表面上時(shí)，公式變?yōu)镻＝2T/r′在該公式中，r′是液體焊料的表觀半徑，表觀半徑為焊料暴露的表面定義的彎道半徑(曲率半徑)。表觀半徑取決于例如與焊料接觸的下突點(diǎn)金屬化層的第二部分的底層焊料可濕潤層的寬度。因此，回流的焊料結(jié)構(gòu)的內(nèi)部壓力反比于與焊料接觸的下突點(diǎn)金屬化層的第二部分的寬度。換句話說，具有較寬的下突點(diǎn)金屬化部分上的焊料部分將具有較低的內(nèi)部壓力，而伸長的(較窄)下突點(diǎn)金屬化部分的焊料部分將有較高的內(nèi)部壓力。當(dāng)伸長部分22B和展寬部分22A的表觀半徑基本相等時(shí)，內(nèi)部壓力相等。
因此，當(dāng)圖示在圖4和9中的均勻焊料層22加熱到液化溫度以上時(shí)，焊料由伸長部分22B流到展寬部分22A直到每部分有基本相同的表觀半徑，因此形成突起的焊料突點(diǎn)。如果在除去下突點(diǎn)金屬化層16未被焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的第一部分之前進(jìn)行回流焊步驟，可以在焊料部分22A-B和鄰近焊料的下突點(diǎn)金屬化層16A-B間形成金屬間化合物，其中金屬間化合物為一般用于除去下突點(diǎn)金屬化層的刻蝕劑的抗蝕劑。因此，在下一步驟除去下突點(diǎn)金屬化層16未被焊料覆蓋的第一部分期間，金屬間化合物可以減少鉆蝕，如轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人的Yung的U.S.專利5,162,257“焊料突點(diǎn)制造方法”中討論的。
最好，下突點(diǎn)金屬化層16包括鄰近焊料結(jié)構(gòu)的銅層，并且焊料為鉛-錫焊料。因此，使焊料流動(dòng)的步驟將使焊料與銅發(fā)生反應(yīng)形成鄰近焊料結(jié)構(gòu)的金屬間化合物區(qū)，該金屬間化合物區(qū)包括Cu3Sn。該金屬間化合物區(qū)不易與一般用于除去下突點(diǎn)金屬化層的刻蝕劑發(fā)生反應(yīng)，因此減少了焊料結(jié)構(gòu)的鉆蝕。
然后最好使用焊料層22作為掩模選擇性地刻蝕焊料阻擋層18和未被焊料覆蓋的下突點(diǎn)金屬化層16的第一部分。使用一種相對(duì)于焊料部分22A-B優(yōu)先刻蝕下突點(diǎn)金屬化層16的化學(xué)刻蝕劑。因此，不必需要附加的掩模步驟對(duì)下突點(diǎn)金屬化層16構(gòu)圖。換句話說，形成掩模層20僅需對(duì)焊料阻擋層18進(jìn)行構(gòu)圖的掩模步驟(圖3和8)，在電鍍步驟期間選擇性地露出下突點(diǎn)金屬化層16的第二部分(圖3和8)，并在電鍍步驟之后除去下突點(diǎn)金屬化層16的第一部分(圖5和10)。
另外，未被焊料部分22A和22B覆蓋的下突點(diǎn)金屬化層16的第一部分可以在使焊料流動(dòng)之前選擇性地除去。在這種情況下，伸長的22B和展寬的22A焊料部分分別僅支撐在下突點(diǎn)金屬化層的伸長的16B和展寬的16A上，液體焊料對(duì)下突點(diǎn)金屬化層可濕潤，但對(duì)鈍化層12不可濕潤。因此，在焊料流動(dòng)步驟期間，鈍化層可含有焊料，可以省卻焊料阻擋層18。
在另一種選擇中，焊料阻擋層包括下突點(diǎn)金屬化層16上的焊料不可濕潤層和相對(duì)于下突點(diǎn)金屬化層的焊料不可濕潤層上如銅的焊料可濕潤層，如轉(zhuǎn)讓給本申請(qǐng)的受讓人的Mis等人的申請(qǐng)日為1995年3月20的U.S.專利申請(qǐng)“焊料突點(diǎn)的制造方法和含有鈦?zhàn)钃鯇拥慕Y(jié)構(gòu)”中所公開的。焊料可濕潤層使焊料鍍?cè)诤噶献钃鯇拥牟糠稚弦约拔幢缓噶献钃鯇踊蜓谀８采w的下突點(diǎn)金屬化層的第二部分上。
因此，掩模層20可以將焊料阻擋層的部分以及下突點(diǎn)金屬化層16的部分暴露出，因而可以電鍍更大量的焊料。然后除去掩模層20和焊料可濕潤層下面的部分。當(dāng)加熱焊料使其流動(dòng)時(shí)，焊料下焊料可濕潤層的剩下部分溶解到露出焊料不可濕潤層的焊料中。因此，焊料退到可濕潤的下突點(diǎn)金屬化層的第二部分。
作為例子，下突點(diǎn)金屬化層16的第一部分由焊料阻擋層18和掩模20覆蓋。下突點(diǎn)金屬化層16的第二部分未被覆蓋，并且具有寬150μm長500μm的伸長部分16B，和直徑(或?qū)挾?為500μm的展寬部分16A，如圖3和8所示。然后將均勻的35μm高的焊料層22電鍍?cè)诎ㄉ扉L部分16A和展寬部分16B的下突點(diǎn)金屬化層16的第二部分，如圖4所示。該焊料含90％的鉛和10％的錫。除去掩模層20之后，將焊料加熱到它的液化溫度(約299℃)以上，使焊料流動(dòng)。
通過焊料不濕潤的焊料阻擋層18將液化焊料限制在焊料可濕潤的下突點(diǎn)金屬化層的第二部分16A-B。由于焊料結(jié)構(gòu)寬度可以改變，當(dāng)高度統(tǒng)一時(shí)，焊料結(jié)構(gòu)的內(nèi)部壓力并不一致。特別是，在原來的焊料高度下，伸長的焊料部分22B的內(nèi)部壓力較高(約1.283×104Pa或1.86psi)，展寬焊料部分22A的內(nèi)部壓力較低(3.848×103Pa或.558psi)。
因此，焊料由伸長的焊料部分22B流到展寬焊料部分22A，直到內(nèi)部壓力相等，因而在展寬焊料部分22A處形成突起的焊料突點(diǎn)，如圖5和10所示。在圖5和10中，焊料阻擋層18和未被焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的下突點(diǎn)金屬化層16的第一部分也被除去。
在這個(gè)實(shí)施例中，在內(nèi)部壓力約為3.4×103Pa(.493psi)時(shí)達(dá)到平衡。平衡時(shí)，伸長的焊料部分22B約10μm高，展寬焊料部分22A約130μm高，兩個(gè)部分的曲率半徑都約為281μm。因此，可以用一個(gè)掩模步驟形成兩級(jí)焊料結(jié)構(gòu)。當(dāng)冷卻時(shí)，該結(jié)構(gòu)固化，并保持原來的形式。此外，當(dāng)除去被焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的下突點(diǎn)金屬化層16的第一部分時(shí)，焊料高度為10μm伸長的焊料部分22B足以掩模各伸長的下突點(diǎn)金屬化層部分16B。焊料結(jié)構(gòu)的展寬部分的寬度(或如果展寬部分為圓形時(shí)為直徑)至少兩倍于焊料結(jié)構(gòu)伸長部分的寬度，以便確保以上介紹的方法形成的焊料突點(diǎn)相對(duì)于伸長的焊料部分充分地突起，形成與印制電路板的充分的連接。
在附圖和說明書中，公開了本發(fā)明典型的優(yōu)選實(shí)施例，雖然使用了專門的術(shù)語，但僅為描述性的，并不是為了限定，本發(fā)明的范圍由以下的權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，用于包括具有露出部分的電接觸焊盤的微電子襯底，所述結(jié)構(gòu)包括所述微電子襯底上的下突點(diǎn)金屬化層，用于電接觸所述電接觸焊盤的露出部分；以及與所述微電子襯底相對(duì)的所述下突點(diǎn)金屬化層上的焊料結(jié)構(gòu)，所述焊料結(jié)構(gòu)包括伸長部分和展寬部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其中所述下突點(diǎn)金屬化層在所述微電子襯底上延伸，所述焊料結(jié)構(gòu)定義了所述下突點(diǎn)金屬化層的第一和第二部分，所述下突點(diǎn)金屬化層的第二部分包括伸長部分和展寬部分，它們分別對(duì)應(yīng)于所述焊料結(jié)構(gòu)的所述伸長部分和展寬部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，還包括所述下突點(diǎn)金屬化層的所述第一部分上的焊料阻擋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其中所述焊料結(jié)構(gòu)的所述伸長部分具有第一預(yù)定厚度，并且所述焊料結(jié)構(gòu)的所述展寬部分具有第二預(yù)定厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其中所述第一預(yù)定厚度薄于所述第二預(yù)定厚度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其中所述焊料結(jié)構(gòu)的所述伸長部分具有鄰近所述電接觸焊盤的所述露出部分的第一端和連接所述焊料結(jié)構(gòu)的所述展寬部分的第二端。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其中所述焊料結(jié)構(gòu)的所述伸長部分和所述展寬部分具有共同的預(yù)定厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其中所述焊料結(jié)構(gòu)的所述展寬部分的寬度至少2倍于所述焊料結(jié)構(gòu)的所述伸長部分的寬度。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其中所述下突點(diǎn)金屬化層包括所述微電子襯底上的鉻層，與所述微電子襯底相對(duì)的所述鉻層上的鉻和銅的相控層，與所述鉻層相對(duì)的所述相控層上的銅層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其中所述下突點(diǎn)金屬化層包括位于所述鉻層和所述微電子襯底之間的鈦層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的焊料突點(diǎn)結(jié)構(gòu)，還包括所述下突點(diǎn)金屬化層和所述焊料結(jié)構(gòu)之間的金屬間化合物區(qū)，所述金屬間化合物區(qū)包括所述金屬化層的成分和所述焊料結(jié)構(gòu)的成分。
12.一種在包括所述微電子襯底表面的電接觸焊盤的微電子襯底上形成再分布路徑的導(dǎo)體的方法，所述方法包括以下步驟在所述表面上形成下突點(diǎn)金屬化層，用于電接觸所述電接觸焊盤；以及在與所述微電子襯底相對(duì)的所述下突點(diǎn)金屬化層上形成所述焊料結(jié)構(gòu)，所述焊料結(jié)構(gòu)包括伸長部分和展寬部分。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，還包括使所述焊料結(jié)構(gòu)中的焊料從所述伸長部分流到所述展寬部分的步驟，從而在所述焊料結(jié)構(gòu)的所述展寬部分中形成突起的焊料突點(diǎn)，和在所述焊料結(jié)構(gòu)所述伸長部分中形成薄焊料層。
14.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述伸長部分延伸到所述電接觸焊盤上。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述焊料結(jié)構(gòu)限定了未被所述焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的所述下突點(diǎn)金屬化層的第一部分和被所述焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的所述下突點(diǎn)金屬化層的第二部分，其中形成焊料結(jié)構(gòu)的步驟后接選擇性地除去所述下突點(diǎn)金屬化層的所述第一部分的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述焊料結(jié)構(gòu)限定了未被所述焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的所述下突點(diǎn)金屬化層的第一部分和被所述焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的所述下突點(diǎn)金屬化層的第二部分，所述的方法還包括以下步驟在所述下突點(diǎn)金屬化層的所述第一部分上形成焊料阻擋層；以及使所述焊料結(jié)構(gòu)流動(dòng)以便焊料從所述焊料結(jié)構(gòu)的所述伸長部分流到所述焊料結(jié)構(gòu)的所述展寬部分的步驟，從而在所述下突點(diǎn)金屬化層的所述展寬部分上形成突起的焊料突點(diǎn)，和在所述下突點(diǎn)金屬化層所述伸長部分中形成薄焊料層。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中使所述焊料結(jié)構(gòu)流動(dòng)在所述下突點(diǎn)金屬化層和所述焊料結(jié)構(gòu)之間形成金屬間化合物區(qū)的所述步驟中，所述金屬間化合物區(qū)包括所述金屬化層的成分和所述焊料結(jié)構(gòu)的成分。
18.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中形成所述下突點(diǎn)金屬化層的所述步驟包括以下步驟在所述微電子襯底上形成鉻層；在與所述微電子襯底相對(duì)的所述鉻層上形成鉻和銅的相控層；在與所述鉻層相對(duì)的所述相控層上形成銅層。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中形成所述下突點(diǎn)金屬化層的所述步驟還包括在位于所述鉻層和所述微電子襯底之間形成鈦層的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中所述焊料結(jié)構(gòu)限定了未被所述焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的所述下突點(diǎn)金屬化層的第一部分和被所述焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的所述下突點(diǎn)金屬化層的第二部分，其中形成所述焊料結(jié)構(gòu)的所述步驟還包括以下步驟在所述下突點(diǎn)金屬化層上形成構(gòu)圖的掩模層，所述構(gòu)圖的掩模層覆蓋所述下突點(diǎn)金屬化層的第一部分，限定所述下突點(diǎn)金屬化層的第二部分；在所述下突點(diǎn)金屬化層的第二部分上形成所述焊料結(jié)構(gòu)；以及選擇性地除去所述構(gòu)圖的掩模層。
全文摘要
一種在微電子襯底(15)上形成集成的再分布路徑的導(dǎo)體(17)和焊料突點(diǎn)(21)的方法,包括在襯底上形成下突點(diǎn)金屬化層(16)的步驟和在下突點(diǎn)金屬化層上形成焊料結(jié)構(gòu)的步驟,其中焊料結(jié)構(gòu)包括伸長部分(22B)和展寬部分(22A)。未被焊料結(jié)構(gòu)覆蓋的所述下突點(diǎn)金屬化層的部分可以利用焊料結(jié)構(gòu)做掩模選擇性地除去。此外,使焊料從焊料結(jié)構(gòu)的伸長部分流到展寬部分,從而形成突起的焊料突點(diǎn)。該步驟最好將焊料結(jié)構(gòu)加熱到它的液化溫度以上,使表面張力引起的內(nèi)部壓力影響流動(dòng)。還公開了不同的焊料結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L21/60GK1183169SQ96193624
公開日1998年5月27日 申請(qǐng)日期1996年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月5日
發(fā)明者格林·A·萊恩, 約瑟?！み_(dá)尼爾·米斯 申請(qǐng)人:北卡羅來納州微電子中心