[发明专利]凸块底缓冲金属结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种可配置于芯片或基板的焊垫与焊料凸块之间的凸块底缓冲金属结构(Under Bump Metallurgy，UBM)，且特别是有关于一种可配置于芯片或基板的焊垫与焊料凸块之间，用以减轻或减缓介金属化合物(Inter-Metallic Compound，IMC)生成的凸块底缓冲金属结构。

背景技术

覆晶接合技术(Flip Chip Interconnect Technology)主要是利用面数组(area array)的排列方式，将芯片(die)的多个焊垫(pad)配置于芯片的主动表面(active surface)上，并在各个焊垫上分别形成凸块(bump)，例如焊料凸块(solder bump)，接着在将芯片翻面(flip)之后，利用芯片的焊垫上的凸块对应连接至基板(substrate)或印刷电路板(PCB)表面上的接点。由于覆晶接合技术可适用于高接脚数(HighPin Count)的芯片封装结构，且具有缩小封装面积及缩短信号传输路径等优点，使得覆晶接合技术目前已被广泛地应用于芯片封装领域。现有的焊料凸块的种类繁多，较为常见的凸块有焊料凸块、金凸块(goldbump)、导电胶凸块(conductive polymer bump)及高分子凸块(polymerbump)等，其中又以焊料凸块的应用最为广泛。

请参考图1，其为现有的一种球底金属层，其配置于一芯片的焊垫及一凸块之间的剖面示意图。芯片10具有一主动表面12、一保护层14(passivation)及多个焊垫16(仅绘示其中之一)，而保护层14及焊垫16均配置于芯片10的主动表面12，且保护层14则暴露出焊垫16，并位于芯片10的主动表面12上方，其中芯片10的主动表面12泛指芯片10的具有主动组件(active device)的一面。此外，芯片10的焊垫16上还配置有一凸块底金属层100，用以作为焊垫16及焊料凸块18之间接合用的界面。

请同样参考图1，凸块底金属层100主要是由黏着层102(adhesionlayer)、阻障层104(barrier layer)及沾附层106(wettable layer)等多层金属层所构成。首先，黏着层102可增加金属与焊垫16及阻障层14之间的接合性，其常用材质包括铬、钛、钛钨合金、铬铜合金、铝及镍等金属。此外，阻障层104可防止阻障层104的上下两侧的金属发生扩散(diffusion)的现象，其常用材质包括铬铜合金、镍、镍钒合金等金属。另外，沾附层106可增加焊料凸块18的沾附力，其常用材质包括铜、镍及金等。值得注意的是，当沾附层106的材质为铜时，凸块底金属层100还可包括一抗氧化层(未绘示)，其配置于沾附层106的表面，用以预防沾附层106的表面氧化，而抗氧化层的常用材质为金或有机表面保护材料(organic surface protective material)。

请同样参考图1，就已知技术而言，由于锡铅合金具有良好的焊接特性，使得锡铅合金成为焊料凸块18的常见材质。值得注意的是，在焊料凸块18的制作过程之中，在利用电镀、印刷或其它方法，将焊料凸块18配置于凸块底金属层100上之后，接着必须经过一次回焊处理(reflow)，使得焊料凸块18的底端能有效地接合至沾附层106的表面，并且使得焊料凸块18的外观约略呈现圆球状。接下来，在将芯片10的主动表面12上的焊料凸块18对应接触至基板(或印刷电路板)表面上的接点之后，此时必须再经过另一次回焊处理，使得焊料凸块18的顶端能有效地接合至于另一基板(或印刷电路板)  (未绘示)的接点的表面。

请同样参考图1，当凸块底金属层100的表层的成分包括铜、镍、铝、银或金等金属时，焊料凸块18在经过多次高热处理(heattreatment)，例如回焊处理之后，焊料凸块18的主要组成成分锡将极易与凸块底金属层100的组成成分铜、镍或金等金属发生化学作用，因而在焊料凸块18与凸块底金属层100之间生成介金属化合物(IMC)，其中以锡铜之间最容易生成介金属化合物，锡镍其次，而锡金亦然。值得注意的是，介金属化合物将会增加焊料凸块18与凸块底金属层100之间的电性阻抗(electrical resistance)，如此将降低芯片10于覆晶封装之后的电气效能，并同时减弱焊料凸块18与凸块底金属层100之间的接合强度。

发明内容