[发明专利]集成电路结构

说明书

技术领域

本发明涉及一种集成电路，且特别涉及一种倒装芯片接合结构。

背景技术

在半导体芯片/晶片的制造工艺中，集成电路装置(例如晶体管)形成于半导体芯片/晶片中的半导体基材上。随后，内连线结构形成于集成电路装置上。金属及焊料凸块形成于半导体芯片/晶片上，以使集成电路装置能形成通路。

在半导体芯片的封装中，通常使用倒装芯片封装来接合半导体芯片。半导体芯片中的金属凸块及封装基材中的连接垫是使用焊料来作接合。传统的共晶焊料凸块使用含有铅及锡的材料来接合金属凸块。例如，常用的含铅共晶焊料含有约63％的锡及37％的铅，此种成分使焊料能具有合适的熔点及低电阻。此外，此种共晶焊料具有良好的破裂抵抗能力。

铅为具有毒性的材料，因而无铅材料是较佳的选择。因此，已发展出以无铅焊料来取代含铅焊料的方法。然而，现有的无铅焊料，例如SnAg、SnAgCu及其介金属化合物，皆过脆而易碎，因而会遭遇破裂的问题。因此，由无铅焊料所形成的焊点(solder joint)通常可靠度不足且无法通过例如热循环的可靠度测试。

焊料破裂通常是由应力所导致。封装组件中，不同材料间热膨胀系数(CTE)的差异是造成应力的主要原因之一。例如，硅基材通常具有约3ppm/℃的热膨胀系数，低介电常数材料通常具有约20ppm/℃的热膨胀系数，而封装基材通常具有约17ppm/℃的热膨胀系数。热膨胀系数的显著差异，导致在热交换时形成应力并施予至结构中。在金属凸块中使用铜使得此问题更加恶化，既然铜是刚性材料，可施予高应力至邻接于铜凸块的焊料上，并因此使焊料易于破裂。例如，回焊的工艺容许度(process window)(意指可承受重复进行多少次回焊，不会有破裂产生)对于集成电路的量产可能过窄。并且，所得到的接合结构对于抗电迁移能力不佳。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种集成电路结构，包括：一第一工作件，包括：一铜凸块，位于此第一工作件的主要表面上，且在一平行于第一工作件的主要表面的第一平面中具有一第一尺寸：及一含镍阻挡层，位于此铜凸块上并与其邻接；一第二工作件，接合至此第一工作件上且包括：一连接垫，位于此第二工作件的主要表面上；一阻焊层，位于此第二工作件的主要表面，且具有一第二尺寸的阻焊开口，暴露一部分的此连接垫，其中此第二尺寸是以平行于此第二工作件的主要表面的一第二表面所测量，且其中此第一尺寸对此第二尺寸的比例大于约1；以及一焊接区，电性连接此铜凸块及此连接垫，其中此连接垫及此铜凸块之间的垂直距离大于约30μm。

本发明也提供一种集成电路结构，包括：一半导体芯片，包括：一半导体基材；一铜凸块，设置于此半导体基材的主要表面上，且具有一平行于此半导体基材的主要表面的第一水平尺寸；及一含镍阻挡层，位于此铜凸块上；一封装基材，包括：一连接垫，位于此封装基材的主要表面；及一阻焊层，位于此连接垫上并通过此阻焊层中的阻焊开口暴露此连接垫的一中央部分，其中此阻焊开口具有一平行于此第一水平尺寸的第二水平尺寸，且其中此第一水平尺寸对此第二水平尺寸的比例于大于约1；以及一焊料区，通过此阻焊开口电性连接此含镍阻挡层及此连接垫，其中此含镍阻挡层及此连接垫相加的总厚度大于约30μm。

本发明能使应力降低至某种程度，例如至产生破裂的临界点以下。

为让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举出较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1A及图1B显示含铜凸块的半导体芯片的剖面图；

图2显示含有连接垫及设于其上的焊球的封装基材；

图3显示将图1A/图1B所示的结构接合至图2所示的结构；

图4显示依照本发明另一实施例的封装体；以及

图5显示本发明实施例的实验结果。

【主要附图标记说明】

2～工作件10～基材

12～内连线结构14～半导体装置

28～金属垫30～保护层

32～凸块下金属34～铜凸块

36～镍阻挡层38～焊料层

40～含金层100～工作件

110～连接垫112～金属内连线

114～连接垫116～介电基材

122～金属垫123～阻焊开口

124～阻挡层128～阻焊层

130～焊料层131～焊接区

具体实施方式