[发明专利]一种具有[100]择尤取向的全IMC微焊点的制备方法

说明书

本发明公开了一种具有[100]择尤取向的全IMC微焊点的制备方法，其包括如下步骤：步骤一，电镀，提供两块金属基底，所述金属基底的焊接面上沉积有厚度为20±2μm的Co‑P纳米晶薄膜，该Co‑P纳米晶薄膜中P的原子百分比为0.1~10at.%。步骤二，钎焊，将两块金属基底的焊接面对准，以纯Sn作为钎料，利用浸焊或回流焊在两块金属基底的焊接面之间制得Co‑P/Sn/Co‑P微互连结构。步骤三，时效处理，对制得的Co‑P/Sn/Co‑P微互连结构进行时效处理，时效温度为150~230℃，时效时间为20~200h，得到具有[100]择尤取向的全IMC微焊点其工艺流程简单，成本低廉，制得的微焊点是以[100]择尤取向的CoSn3晶粒为主体的全IMC结构，具有比Cu6Sn5全IMC结构韧性更优的力学性能。

技术领域

本发明涉及三维封装互连焊点的制备，具体涉及一种具有[100]择尤取向的全IMC微焊点的制备方法。

背景技术

由于集成电路硅芯片技术的发展，微电子工业中封装技术从二维逐渐过渡到三维。微焊点尺寸的减小，会对微互连焊点的可靠性产生影响。微焊点在较高温度下长期服役，界面的金属间化合物IMC不断生成并长大，使IMC在整个微互连结构中所占的比例显著增大，甚至转化为仅含有数个晶粒的IMC结构。而在集成高密度化的趋势中，焊点承受的发热问题和温度梯度问题都越来越明显，焊点尺寸也不断减小，全IMC焊点已经成为电子封装微互连结构的趋势。

目前，芯片的直接Cu/焊料/Cu互连仍存在许多问题，而Cu-Sn材料系统仍是主要的微互连。Cu6Sn5和Cu3Sn的IMC层形成于Cu-Sn微焊点的界面。此外，随着封装中焊点体积的显着减少，整个焊点中IMC层的比例持续增加，并且微互连两端之间的界面距离显着减小。在极端温度梯度作用下，两端相互作用越来越大，冷端界面IMC的生长速度通常明显快于热端，而热端金属基体的溶解度更高，导致Cu3Sn和Kirkendall空隙的比例更高。Cu3Sn具有比Cu6Sn5更脆的特点，因此当Cu-Sn微焊点形成全IMC焊点后，会明显降低微焊点的力学性能。

近年来，由于Co和Co-P的金属性质稳定，Co和Co-P有望用作传统CuUBM的替代品。以前的研究表明，与铜基板上的焊点相比，Co基板和Co基表面显示出比其他中间层（如Ni-P）更好的润湿性和良好的热循环寿命。此外Co/Sn和Co-P/Sn界面在327℃以下的主要产物均为CoSn3，在327℃之上的研究产物为CoSn2，但CoSn2会在低于327℃时发生二级反应生成稳定CoSn3，研究表明CoSn3具有比Cu6Sn5更优的韧性。以前的工作表明，P含量的参与会使CoSn3的形成速度减缓，同时使CoSn3保持[100]晶向生长。因此推测全CoSn3的IMC焊点具有比全Cu6Sn5的IMC焊点更优的性能，且带有择尤取向的全CoSn3的IMC更易制备，通过研究不同择尤取向的全IMC焊点来控制制备性能更优的全IMC焊点具有重要研究意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有[100]择尤取向的全IMC微焊点的制备方法，其工艺流程简单，成本低廉，制得的微焊点是以[100]择尤取向的CoSn3晶粒为主体的全IMC结构，具有比Cu6Sn5全IMC结构韧性更优的力学性能。

本发明所述的具有[100]择尤取向的全IMC微焊点的制备方法，其包括如下步骤：

步骤一，电镀，提供两块金属基底，所述金属基底的焊接面上沉积有厚度为20±2μm的Co-P纳米晶薄膜，该Co-P纳米晶薄膜中P的原子百分比为0.1~10at.%。

步骤二，钎焊，将两块金属基底的焊接面对准，以纯Sn作为钎料，利用浸焊或回流焊在两块金属基底的焊接面之间制得Co-P/Sn/Co-P微互连结构。

步骤三，时效处理，对制得的Co-P/Sn/Co-P微互连结构进行时效处理，时效温度为150~230℃，时效时间为20~200h，得到具有[100]择尤取向的全IMC微焊点。