微尺寸snag凸点的制备技术及其互连可靠性

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1、第２９卷第１期半导体学报犞狅犾．２９犖狅．１２００８年１月犑犗犝犚犖犃犔犗犉犛犈犕犐犆犗犖犇犝犆犜犗犚犛犑犪狀．，２００８微尺寸犛狀犃犵凸点的制备技术及其互连可靠性林小芹１，２，１，２１朱大鹏罗乐（１中国科学院上海微系统与信息技术研究所，上海２０００５０）（２中国科学院研究生院，北京１０００４９）摘要：用电镀法制备了尺寸小于１００μ犿的面阵列犛狀３０犃犵凸点．芯片内凸点的高度一致性约１４２％，Φ１００犿犿硅圆片内的高度一致性约３５７％，犃犵元素在凸点中分布均匀．研究了不同回流次数下犛狀犃犵／犆狌的界面反应和孔洞形成机理，及其对凸点连接可靠性的影响．回流

2、过程中犛狀犃犵与犆狌之间犆狌６犛狀５相的生长与奥氏熟化过程相似．犛狀犃犵／犆狌６犛狀５界面中孔洞形成的主要原因是相转变过程中发生的体积缩减．凸点的剪切强度随着回流次数的增多而增大，且多次回流后犛狀犃犵／犆狌界面仍然结合牢固．犆狌６犛狀５／犆狌平直界面中形成的孔洞对凸点的长期可靠性构成威胁．关键词：犛狀犃犵；凸点；金属间化合物；孔洞；可靠性；多次回流犘犃犆犆：８１４０犈犈犃犆犆：０１７０犌中图分类号：犜犖３文献标识码：犃文章编号：０２５３４１７７（２００８）０１０１６８０６（犘犈犆犞犇）钝化层犛犻犗，光刻出图形，用反应离子刻蚀２（犚犐犈）犛犻犗，留出犃犾焊盘窗

3、口；（４）溅射犜犻犠／犆狌层；１引言２（５）涂覆并光刻９２６０型厚胶；（６）电镀犆狌层；（７）电镀随着电子产品向轻、薄、短、小且功能多样性发展，犛狀犃犵合金；（８）去除厚胶并腐蚀犜犻犠／犆狌层；（９）回流凸对高密度电子封装提出了新的要求．倒装焊封装技术点成球．采用甲基磺酸盐电镀液进行犛狀犃犵合金的电（犳犾犻狆犮犺犻狆狅狀犫狅犪狉犱，犉犆犗犅）可达到９０％以上的封装密镀，阳极为９９９５％的纯锡，镀液中的银盐溶液提供了度，是高密度封装的主流发展趋势之一．凸点制备作为犛狀犃犵合金中的微量犃犵成分．电镀温度约为２５℃，电流倒装焊的关键技术之一引起广泛关注．微小型化需求使

4、密度为２０犿犃／犮犿２，电镀速率约３～４／犿犻狀．选用犃犾μ犿凸点尺寸的研究向小于１００发展．因此，尺寸小于μ犿狆犺犪公司的犚犉８００免清洗助焊剂．凸点回流成球在氮气１００μ犿的倒装凸点的制备十分关键．气氛保护下的五段温区回流炉（犳犪犾犮狅狀８５００）中进行，峰电子制造业实行无铅化势在必行，而我国的无铅化值回流温度为２６０℃，每段温区的温度分别为１００，１５０，研究起步较晚，因此，开展相关研究尤其是无铅凸点的２２０，２６０和８０℃，回流时间均为３０狊，冷却速率约４℃／狊．［１～３］研究迫在眉睫．犛狀犃犵无铅合金因其抗蠕变性能以对凸点分别进行１，３，６和１３次回

5、流．在光学显微镜下及抗热疲劳性能优越成为替代传统铅锡合金的最受关对凸点截面进行金相观察．采用犎犻狋犪犮犺犻犛４７００型扫描［４］注的合金之一．电镀法是制备实用化凸点的基本方电镜及其能谱仪对犛狀犃犵／犆狌界面进行显微组织观察及法，其产量高、成本低，可制作尺寸小、均一性好的凸点，元素分析．凸点的剪切测试在犇犪犵犲４０００上进行，剪切［５］因而发展前景广阔．目前，国内外对犛狀犃犵合金凸点速度为１００μ犿／狊，剪切高度为１５μ犿，并采用扫描电镜对［６～８］电镀的研究已经展开，但是针对小尺寸犛狀犃犵凸点剪切面进行观察．的电镀制备以及多次回流下的可靠性报道甚少，而国内３结果

6、与讨论在这方面的研究几乎是空白．凸点在多级组装以及返工过程中需要经过多次回流，其可靠性是一个值得关注的［９，１０］３．１凸点形貌与成分问题．本文采用电镀方法，在犜犻犠／犆狌犝犅犕上制备了尺寸小于１００的面阵列犛狀３０犃犵凸点．研究了不电镀后回流得到的犛狀犃犵凸点形貌如图１所示．从μ犿同回流次数下犛狀犃犵与犝犅犕之间的界面反应以及孔洞图中可以看出，面阵列１３×１３的犛狀犃犵凸点表面圆滑，形成机理，并讨论了其对凸点互连可靠性的影响．尺寸均匀．Φ１００犿犿圆片内凸点的高度为７０４μ犿±３０μ犿，高度标准差为２７μ犿．根据一致性的定义：［（最２实验大值－最小值）

7、／（最大值＋最小值）］×１００％，计算出芯犛狀犃犵凸点的制备过程如下：（１）选用Φ１００犿犿狆型片内凸点的高度一致性为１４２％，Φ１００犿犿圆片内的（１００）硅片，进行清洗后热氧化；（２）溅射０６的犃犾凸点高度一致性为３５７％．由能谱分析结果（图２所示）μ犿膜，光刻并腐蚀出图形；（３）等离子体增强化学气相沉积可知，经回流后的凸点截面犃犵的含量为２９８狑狋％．国家自然科学基金资助项目（批准号：６０６７６０６１）通信作者．犈犿犪犻犾：犾犻狀狓狇＠犿犪犻犾．狊犻犿．犪犮．犮狀２００７０６１６收到，２００７０９１３定稿２００８中国电子学会第１期林小芹

8、等：微尺寸