[发明专利]对无铅焊料合金进行掺杂以及由此形成的结构

说明书

背景技术

随着用于更高器件性能的微电子封装技术的进步，焊料接合的可靠性正成为重要的关注点。在某些情况下可能涉及到焊料互连接合部(即，互连结构和另一表面之间的界面，另一表面例如为一基板或接触焊盘)的故障的封装可靠性的问题，已经在很多类型的封装组件中被观察到，例如在球栅阵列(BGA)组件中。

附图说明

虽然本说明书以权利要求特别指出并且清楚地要求保护本发明的某些实施例作为结束，但结合附图从本发明的以下的描述中能够更加容易地确定本发明的优点，其中：

图1a-1c示出根据本发明的实施例形成结构的方法。

图2示出根据本发明实施例的结构。

图3示出根据本发明实施例的流程图。

图4示出根据本发明实施例的系统。

图5示出现有技术的一个结构。

具体实施方式

在以下的详细描述中，通过举例说明引用示出了可以实施本发明的特定实施例的附图。这些实施例被描述的充分详细，以使本领域技术人员能够实施本发明。应该理解，本发明的各种各样的实施例，虽然不同，但未必是互相排斥的。例如，在此描述的与一个实施例相关的一个特定特征、结构或特性可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下在其他实施例中实施。此外，应该理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对每个公开的实施例中的单独元件的位置或布置进行修改。因此，以下详细的描述不应理解为是限制性的，并且本发明的范围仅通过适当解释的所附的权利要求以及权利要求享有权利的全部等价物来限定。在附图中，相同的参考标记在多个视图中指代相同或相似的功能件。

描述了形成微电子结构的方法以及与其相关的结构，例如接合部结构。这些方法可以包括使用镍对无铅焊接材料进行掺杂，其中镍构成(comprise)焊接材料的最高大约0.2重量％，并且然后将焊接材料应用到包括铜焊盘的基板。本发明的方法可以极大地提高微电子封装中的焊料接合部的强度和电迁移耐力。

图1a-1c示出形成微电子结构，例如封装和接合部结构的方法的实施例。图1a示出了基板100的一部分。例如，该基板100可包括受控熔塌芯片连接(C4)结构的一部分。该基板100可进一步包括一器件部分102。该器件部分102可包括可形成集成电路的例如晶体管、电阻器或导体的器件。在另一个实施例中，该器件部分102可包括在单个管芯上一起形成多个微处理器核的器件。

在一个实施例中，该基板100的器件部分102可进一步包括例如但不限制于硅、绝缘体上硅、锗、锑化铟、碲化铅、砷化铟、磷化铟、砷化镓、锑化镓或其组合的材料。

器件部分102可进一步包括可为器件部分102的各器件提供电互连的互连区域(未示出)。该互连区域可包括金属化层的叠层，该金属化层的叠层可包括可通过介电材料分隔和/或绝缘的金属线。

基板100可包括球限制金属化(BLM)106以及钝化材料108。该BLM106可设置于键合焊盘104上。在一个实施例中，该BLM106可包括一多层BLM，例如但不限制于包括钛/铝/钛/镍钒的叠层，其中底层的钛可设置于键合焊盘104上。在一个实施例中，该键合焊盘104可包括铜键合焊盘104。

焊接材料110可形成在/施加至该基板100的BLM以及因此键合焊盘106上。该焊接材料110可包括一无铅焊接材料110，并且可为SnAg、SnAgCu、SnCu以及其他这样的无铅焊料合成物。在一实施例中，该焊接材料110可包括/掺杂有镍。在一实施例中，镍可构成焊接材料110的1-2ppm至大约0.2重量％。对焊接材料110的镍掺杂可用来抑制在随后的处理过程中可能发生在焊料/铜界面的金属间的生长，并且因此提高了使用根据本发明的实施例的焊接材料110的器件的这种铜/焊料界面处的电迁移耐力。

例如，在无铅焊料合金材料中掺杂镍阻碍了第二级互连BGA结构中的Cu3Sn金属间生长。例如，此IMC的减少用来提高焊接材料110在与铜表面，例如与封装基板铜表面和/或管芯焊盘铜表面结合时的可靠性。

例如，焊接材料110中的锡与镍掺杂剂的强的化学亲和力与可越过焊料接合部发生的镍浓度梯度一起，将驱使镍在铜/焊料界面反应并分离。

该掺杂的焊接材料110可进一步被暴露至一回流工艺112(图1c)。在一个实施例中，该回流工艺112可包括一大约270摄氏度以下的温度，例如，可包括用于焊接材料110的回流温度。该回流温度参数可根据在焊料/铜界面所采用的具体回流工艺而变化。在经历了回流工艺112后，该掺杂的焊接材料110可形成一镍掺杂互连结构/焊球114。