(57)【要約】  本発明は、デバイス層を含む半導体基板、複数の金属化層、不動態化層、及び前記金属化層の少なくともひとつの前記金属化層と電気的に結合する前記不動態化層に形成される金属バンプ、とを含む装置である。当該装置はさらに、前記不動態化層に形成されるはんだ限定層を含み、前記金属バンプの上表面の外側端部をマスクし、それにより前記表面の外側端部が、はんだ材料により濡れないようにされる。
2012505555.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上表面に金属バンプを含む集積回路ダイ：及び
前記集積回路ダイに形成されたはんだ限定層を含み、
前記はんだ限定層が前記基板の上表面部分をマスクし、それによりはんだが前記金属バンプのマスクされた部分を濡らすことを抑制する、装置。
【請求項２】
前記はんだ限定層が、フォトデファイナブルポリマー性誘電材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記はんだ限定層が、誘電材料、エポキシド、シリコーン、ポリイミド、濡れ不可能金属及び窒化物を含む群から選択される材料を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記はんだ限定層が、前記金属バンプ間の空間を埋め、及び前記金属バンプをお互いに電気的に誘電する、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記マスクされた部分が、前記金属バンプの前記上表面の外側端部を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記金属バンプが、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、鉄、銀、金及びプラチナを含む群から選択される金属を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記はんだ限定層が、前記金属バンプの前記上表面の３０％から５０％の範囲をマスクする、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
デバイス層、複数の金属化層、不動態化層及び前記不動態化層に形成された金属バンプであって前記金属化層の少なくともひとつと電気的に結合される金属バンプとを含む半導体基板；及び
前記不動態化層に形成されたはんだ限定層であって、
前記はんだ限定層が前記金属バンプの上表面部分をマスクし、それによりはんだが前記金属バンプのマスクされた部分を濡らすことを抑制するはんだ限定層、を含む装置。
【請求項９】
前記はんだ限定層が、フォトデファイナブルポリマー性誘電材料を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記はんだ限定層が、誘電材料、エポキシド、シリコーン、ポリイミド、濡れ不可能金属及び窒化物を含む群から選択される材料を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記はんだ限定層が、前記金属バンプの前記上表面の３０％から５０％の範囲をマスクする、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
上表面に金属バンプを含む集積回路ダイ：
前記集積回路ダイに形成されたはんだ限定層であって、
前記はんだ限定層が前記金属バンプの上表面の外側端部を実質的にマスクし、前記外側端部がはんだに対して濡れない、はんだ限定層；及び
前記金属バンプ上に設けられたはんだボールであって、
前記はんだボールが、前記はんだ限定層により前記金属バンプの前記上表面の前記外側端部を濡らさない、はんだボール、を含む装置。
【請求項１３】
前記はんだ限定層が、フォトデファイナブルポリマー性誘電材料を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記はんだ限定層が、誘電材料、エポキシド、シリコーン、ポリイミド、濡れ不可能金属及び窒化物を含む群から選択される材料を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１５】
前記はんだ限定層が、前記金属バンプの前記上表面の３０％から５０％の範囲をマスクする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１６】
前記金属バンプが、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、鉄、銀、金及びプラチナを含む群から選択される金属を含む、請求項１２に記載の装置。
【請求項１７】
上表面に形成された第一の金属バンプを含む集積回路ダイ；
前記集積回路ダイに形成されたはんだ限定層であって、
前記はんだ限定層が前記金属バンプの上表面の外側端部を実質的にマスクし、前記外側端部がはんだに対して濡れない、はんだ限定層；及び
前記第一の金属バンプの上に設けられる第二の金属バンプであって、
前記第二の金属バンプが、前記はんだ限定層により前記第一の金属バンプの上表面の外側端部に接触しない、第二の金属バンプ、を含む装置。
【請求項１８】
前記はんだ限定層が、フォトデファイナブルポリマー性誘電材料を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
前記はんだ限定層が、誘電材料、エポキシド、シリコーン、ポリイミド、濡れ不可能金属及び窒化物を含む群から選択される材料を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２０】
前記はんだ限定層が、前記金属バンプの前記上表面の３０％から５０％の範囲をマスクする、請求項１７に記載の装置。
【請求項２１】
前記金属バンプが、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、鉄、銀、金及びプラチナを含む群から選択される金属を含む、請求項１７に記載の装置。
【請求項２２】
前記第二の金属バンプが、銅、ニッケル、パラジウム、コバルト、鉄、銀、金及びプラチナを含む群から選択される金属を含む、請求項１７に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
集積回路の製造では、フリップチップが、しばしば集積回路ダイ（ＩＣダイ）を、集積回路パッケージ（ＩＣパッケージ）又はマザーボードのようなキャリア基板に接合するために用いられている。フリップチップ構成はＩＣダイの表面に配置される金属バンプの配列を用いる。金属バンプは、ＩＣパッケージ上の対応するはんだボールと整合配置されている。整合された後、はんだが溶融する温度より高い温度で熱処理され、はんだボールがリフローして金属バンプ表面を濡らす。はんだボールと金属バンプはその後金属の相互混合を最小にするため急速に冷却される。金属バンプ/はんだボール間及びその周りは、エポキシ樹脂のようなアンダーフィル材料で埋められる。
【０００２】
マイクロエレクトロニクス産業全体が挑戦する重大な問題は、フリップチップパッケージングプロセスの間に起こる、ＩＣダイ内の相対的に弱い低−ｋの層間誘電体（ＩＬＤ）のクラックや剥離である。現在の設計では、熱膨張の不整合によるせん断応力、及びダイ及びパッケージの反り挙動による通常の応力によって、ＩＣダイ内のＩＬＤ層に加わる負荷は高い。歴史的に、ＩＬＤクラックと剥離は、当該産業上の問題ではなかった。というのは、相対的に強い誘電体である二酸化珪素が通常のＩＬＤ層として用いられてきたからである。しかし、相対的に弱い低−ｋ誘電体材料の使用が当該産業において標準となってきたことから、このような低−ｋ材料を含むＩＬＤ層のクラックや剥離を減少させる改良された設計が必要とされている。さらに、集積回路ダイ及びパッケージの寸法がスケールダウンを続けており、かかる問題は急激に大きな問題となると予想される。というのはバンプピッチ及びバンプ直径がますますより小さくなる傾向があるからである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は、集積回路のバンプ応力緩和層を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、デバイス層を含む半導体基板、複数の金属化層、不動態化層、及び前記金属化層の少なくともひとつの前記金属化層と電気的に結合する前記不動態化層に形成される金属バンプ、とを含む装置である。当該装置はさらに、前記不動態化層に形成されるはんだ限定層を含み、前記金属バンプの上表面の外側端部をマスクし、それにより前記表面の外側端部が、はんだ材料により濡れないようにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】図１Ａは、従来の金属バンプ/はんだボール結合を示す。
【図１Ｂ】図１Ｂは、どのようにして、ＩＣダイとＩＣパッケージ間のＣＴＥ不整合がＩＣダイ内に圧縮及び引張り応力を与えるかを示す。
【図１Ｃ】図１Ｃは、どのようにして、ＩＣダイとＩＣパッケージ間のＣＴＥ不整合がＩＣダイ内に圧縮及び引張り応力を与えるかを示す。
【図１Ｄ】図１Ｄは、より広い金属バンプの使用に伴う問題を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、本発明の実施態様によるはんだ限定層を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、本発明の実施態様によるはんだ限定層を示す。
【図２Ｃ】図２Ｃは、本発明のはんだ限定層を用いて形成されたフリップチップ結合を示す。
【図２Ｄ】図２Ｄは、本発明のはんだ限定層を用いて形成したフリップチップ結合が、いかにしてＩＣダイ内の応力を緩和するかを示す。
【図２Ｅ】図２Ｅは、本発明のはんだ限定層を用いて形成したフリップチップ結合が、いかにしてＩＣダイ内の応力を緩和するかを示す。
【図２Ｆ】図２Ｆは、より広い金属バンプが本発明のはんだ限定層と組み合わせて用いる実施態様を示す。
【図３】図３は、本発明の実施態様によるはんだ限定層の形成方法を示す。
【図４】図４は、本発明の他の実施態様によるはんだ限定層の形成方法を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、本発明のはんだ限定層の他の実施態様を示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、本発明のはんだ限定層の他の実施態様を示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、本発明のはんだ限定層の他の実施態様を示す。
【図６Ａ】図６Ａは、前付加はんだボールを含む本発明のさらなる実施態様を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、前付加はんだボールを含む本発明のさらなる実施態様を示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、前付加はんだボールを含む本発明のさらなる実施態様を示す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、前付加はんだボールを含む本発明のさらなる実施態様を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、追加の金属バンプを含む本発明のさらなる実施態様を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、追加の金属バンプを含む本発明のさらなる実施態様を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
ここで開示されるのは、集積回路パッケージの金属バンプでの機械的応力を低減するシステム及び方法である。以下の記載において、説明的実施例の種々の側面が、この技術分野の熟練者にとって通常使用される用語を用いて、他の当該技術分野の熟練者に本発明の内容の要旨が伝わるように記載される。しかし、この技術分野の熟練者にとっては、本発明はここで記載される側面のいくつかを参照するだけで実施可能であるということは明らかである。説明する目的で、説明される実施例の完全な理解を提供するために特定の番号、材料及び構成が挙げられている。しかし、この技術分野の熟練者にとっては、本発明は、特別の詳細説明なしでも実施可能であることは明らかである。他の例において、よく知られた構成は、説明される実施例を不明瞭としないために省略されるか簡略化されている。
【０００７】
種々の操作がいくつかの別々の操作として説明される。この説明の仕方は、本発明を理解するための最も助けになるようにとのことである。記載の順序は、これらの操作が順序に依存するということを意味するように解釈されるべきではない。特にこれらの操作は説明で現れる順序で実施される必要はない。
【０００８】
図１Ａは、結合される前の従来のＩＣダイ及びＩＣパッケージを示す。ＩＣダイ１００は、基板１０２、デバイス層１０４、金属化層１０６、多層不動態化層１０８、最終厚金属化層１１０及び複数の金属バンプ１１２を含む。前記バンプ１１２は、限定されるものではないが、銅、ニッケル、パラジウム、金及びその他の金属又は鉛及びスズのような合金を含む金属を用いて形成され得る。また、前記金属バンプ１１２及び前記最終不動態化層１０８の間にバリア及びシード層１１４をさらに含んでいてよく、それらはまた、バンプ限定金属層（ＢＬＭ）として参照される。図１ＡのＩＣダイ１００は、ＩＣダイの一表示例として提供されるものであるが、多くの他の変形もまたこの技術分野では知られている。ここで提供される本発明の実施例は、図１Ａで記載されるＩＣダイに限定するように意図されてはいないし、限定されるべきではない。
【０００９】
この技術分野においてよく知られているように、基板１０２は、バルクシリコン、誘電体上シリコン材料(silicon-on-insulator)、ゲルマニウム含有材料及び他の材料であって半導体基板として適切に使用され得る材料を用いて形成され得る。デバイス層１０４は、基板１０２の上部表面にあり、種々の電子デバイスを含む。それらには限定されるものではないが、トランジスタ、キャパシタ及び狭いトレンチ分離構造（図示されていない）が挙げられる。
【００１０】
金属化層１０６は、半導体基板１０２の種々のデバイスを相互結合する役割を果たす。金属化層１０６は、金属相互接続、かかる金属相互接続を分離し誘電する階間誘電層（ＩＬＤ）及び前記金属相互結合を結合するためにＩＬＤ層を貫通するビアを含む。ＩＬＤ層は、炭素ドープ酸化物及びシリコン酸化物のような材料から形成され得る。フリップチッププロセスにより誘起される応力によってしばしばクラックを発生したり、剥離するのはこのＩＬＤ層である。前記金属相互結合及びビアは、一般的に、金属、又は銅又はタングステンを含む合金で形成される。
【００１１】
１又はそれ以上の不動態化層１０８は、一般的に、前記金属化層１０６の上に形成される。不動態化層１０８は、ＩＣダイを損傷又は汚染からシールして保護する。不動態化層１０８は、多くの種々の材料から形成され得る。例えば、限定されるものではないが、ＩＬＤ，窒化物、二酸化珪素、ポリベンゾキサゾール、エポキシ、シリコーン、ビスベンゾシクロブテン、フェノール樹脂及びポリイミドが挙げられる。最初厚金属化層１１０は、金属化層１０６と、不動態化層１０８上に形成された複数の金属バンプ１１２との丈夫な結合を提供するために使用され得る。
【００１２】
金属バンプ１１２は、不動態化層１０８を通じて形成された金属ビアの手段により集積回路ダイの金属化層への電気接続を維持する。ＢＬＭ層１１４は、金属バンプ１１２のための典型的なバリア及びシード層である。上で説明したとおり、金属バンプ１１２は、一般的に銅、ニッケル、パラジウム、金又は他の変法実施例では鉛又及びスズの合金を用いて形成される。金属バンプ１１２は、この技術分野でよく知れたプロセスを用いて形成され得る。例えば、限定されるものではないが、ＣＶＤ，ＰＶＤ，ＡＬＤ、ＰＥＣＶＤ、電解メッキ及び無電解メッキが挙げられる。
【００１３】
図１Ａはさらに、基板１５２の一方側に設けられた複数のはんだボール１５４を含む基板１５２を含むＩＣパッケージ１５０を示す。はんだボール１５４は、全ての従来のはんだ材料から形成され得る。例えば、スズ、銀及び銅の合金が使用され得る。基板１５２は、基板１５２の他の一方側に設けられた複数の電気結合へはんだボール１５４を経路付けするミニプリント基板として作用する。この電気結合は、ピングリッドアレイ（ＰＧＡ）、ボールグリッドアレイ（ＰＧＡ）又はランドグリッドアレイ（ＬＧＡ）のようなグリッドアレイ１５６として配置される。
【００１４】
図１Ｂ及びＣは、ＩＣダイ１００においてどのようにしてフリップチップ結合が応力を誘起するかを示す。最初に、ＩＣダイ１００は、ＩＣパッケージ１５０に結合していることが示される。ダイとパッケージを物理的に結合する方法はこの技術分野においてよく知られている。示されるように、それぞれのはんだボール１５４は、境界１６０に沿って金属バンプ１１２と電気的にかつ物理的に結合される。はんだボール１５４と金属バンプ１１２を物理的に結合するプロセスの間、はんだボール１５４は金属バンプ１１２をその端部分まで全て濡らす。従って、はんだボール１５４は、金属バンプ１１２よりも大きな直径となる傾向がある。
【００１５】
示されるように、誘起された応力は、ＩＣダイ１００の熱膨張係数（ＣＴＥ）が、ＩＣパッケージ１５０の熱膨張係数と比べてずっと小さいということによる。ＩＣダイ１００及びＩＣパッケージ１５０は、常に熱の変動に晒される。例えば製造時及び又は実際の製品の使用時において、ＣＴＥの相違は、ＩＣダイ１００に比べてより高い割合でＩＣパッケージを拡張及び圧縮させる。これにより、はんだボール/金属バンプ結合に大きな応力が加わることとなり、これがＩＣダイ１００内の金属化層１０６内のＩＬＤ層へ圧縮及び引っ張り応力として伝達され、クラック発生や剥離の問題を引き起こす。
【００１６】
例えば、図１Ｂは相対的に高温度で生じることを示す。この場合、ＩＣパッケージ１５０は、ＩＣダイよりもずっと大きな割合で拡張し、はんだボール１５４がＩＣパッケージ１５０の中心からずれるように引っ張り、従って金属バンプ１１２もまた引っ張られることになる。矢印１６２は、一般的に、ＩＣダイに直接伝達する圧縮及び引っ張り応力を示す。同様に、図１Ｃは、低温度ではなにが生じるかを示す。この場合、ＩＣパッケージ１５０は、ＩＣダイ１００よりもずっと大きな割合で縮み、はんだボール１５４がＩＣダイの中心に向けて押し従って金属バンプ１１２もまた押されることになる。ここでまた矢印１６２は、一般的に、ＩＣダイに直接伝達する圧縮及び引っ張り応力を示す。
【００１７】
クラック発生及び剥離を抑制するひとつの試みは、より広い金属バンプ１１２を用いて、応力をより広い領域に広げるという方法であった。残念なことに、ＩＣダイ１００は、そのサイズはますます小さいものとなるとともにその性能をより上げられる傾向にある。これは、必要なインプット/アウトプット結合の数が増加することであり、隣接する金属バンプ１１２間のピッチがより小さくなり、その間の空間がより狭くなるということである。また図１Ｄに示されるように、金属バンプ１１２間の空間が最小化されるにつれて、それに対するはんだボール１５４もまた、お互いに接触してショート回路となりやすくなる。かかる狭い金属バンプ１１２を使用されなければならないということは、ＩＣパッケージ１５０により誘起される応力を広げ得る可能性を限定するものである。
【００１８】
従来技術の欠点を克服するために、図２Ａには、本発明の実施態様によるはんだ限定層２００を示す。はんだ限定層２００は、不動態化層１０８の上及び金属バンプ１１２の上部分に形成される。はんだ限定層２００は、金属バンプ１１２の上の部分をマスクし、それによりはんだボール１５４に対して利用可能表面の量を限定するものである。より具体的には、はんだ限定層２００は、金属バンプ１１２のそれぞれの上表面の外側端部２０２をマスクし、従って、これらの上表面外側端部２０２をはんだで濡れないようにする。これにより、はんだボール１５４が、金属バンプ１１２の外側端部の全てに亘って濡らすことを抑制する。図２Ｂは、金属バンプ１１２の上表面外側端部２０２をマスクし、これにより上表面の中心部分のみが曝露されることになる、はんだ限定層２００のトップダウンビューである。様々な実施態様において、はんだ限定層２００は、金属バンプ１１２の上表面の１５％から９５％の範囲で任意にマスクすることができる。ある実施態様では、はんだ限定層２００は、金属バンプ１１２の上表面の３５％から５０％の任意の範囲でマスクする。
【００１９】
図２Ｃに示されるように、はんだ限定層２００を持つＩＣダイ１００は、ＩＣパッケージ１５０と結合され、はんだボール１５４は、金属バンプ１１２の上表面の中間部分に制限されている。はんだボール１５４は、金属バンプ１１２の外側端部を濡らすことができず、従って金属バンプ１１２の外側端部から広がり過ぎることはない。
【００２０】
はんだ限定層２００は、種々の誘電材料であって半導体製造方法で使用可能なものであり、はんだを濡らされない材料である。はんだ限定層２００として使用可能ないくつかの例として、限定されるものではないが、フォトデファイナブルポリマー誘電材料、従来技術誘電材料、エポキシド、シリコーン、ポリイミド、アルミニウム及びタングステン等の濡らされない金属及び窒化物が挙げられる。フォトデファイナブルポリマー誘電材料には、限定されるものではないが、InterVia(TM)  8000-series  光定義可能誘電材料（Rohm  and  Haas）、Cyclotene(TM)  4000-seriesフォトデファイナブル誘電材料（Dow  ChemＩＣal）、SU-8フォトデファイナブルエポキシ材料（MＩＣrochem）、  WL-5000  seriesフォトデファイナブルシリコーン誘電材料（Dow  Corning）、Avatrel(R)  フォトデファイナブル誘電材料（Promerus）、SINR-seriesフォトデファイナブル誘電材料（ShinEtsuMＩＣroSi）、SUMIRESIN  EXCEL(R)  CRC-8600  seriesフォトデファイナブル誘電材料（Sumitomo  Bakelite  Co.,  Ltd.）AP2210,  AN-3310,  及び  Durimide  7000-seriesフォトデファイナブルポリイミド誘電材料（FujiFilm）、Photoneece(TM)  フォトデファイナブル誘電ポリイミド材料（Toray）、  Pimel(TM)  フォトデファイナブル誘電ポリイミド材料（Asahi  Kasei  EMD）、フォトデファイナブル誘電ポリイミド材料（HD  MＩＣrosystems）、TMMR  S2000フォトデファイナブル誘電材料（Tokyo  Ohka  Kogyo  Co.  Ltd.）、及びWPR-seriesフォトデファイナブル誘電材料（JSR  MＩＣro,  Inc.）が挙げられる。
【００２１】
図２Ｄ及びＥには、本発明のはんだ限定層の実施態様を用いて形成されたフリップチップ結合において、どのようにしてＩＣダイの応力が緩和されるかを示す。図２Ｄは、ＩＣパッケージ１５０が相対的に高い温度で、ＩＣダイよりもより大きな割合で拡張する場合に生じることを示す。図２は、ＩＣパッケージ１５０が相対的に低い温度で、ＩＣダイよりもより大きな割合で縮む場合に生じることを示す。矢印１６２は、一般的に、生じる圧縮又は引っ張り応力を示す。
【００２２】
図１Ｂ及びＣで示されたものとは異なり、本発明の実施態様によれば、ここでは、応力は、ＩＣダイの上表面に平行の方向への最初の伝達により緩和される。応力は、金属バンプ１１２の上表面部分を横切って伝達され、ＩＣダイ１００へ伝達される前にはんだ限定層２００内に伝達される。これにより、圧縮及び引っ張り応力のダイ１００への伝達が緩和され、誘電層のクラック発生及び/又は剥離の問題を少なくとも一部緩和する。ある場合には、誘電層のクラック発生及び/又は剥離は完全に抑制される。
【００２３】
図２Ｆは、本発明の他の実施態様を示し、より広い金属バンプ１１２がはんだ限定層２００と組み合わせて使用されている。ここでもまた、より広い金属バンプ１１２は、より広い領域に応力を広げることができる。ここで、金属バンプ１１２の間の空間を最小化する場合、はんだ限定層２００は、はんだボールがお互いに接触することを抑制する。従って、図１Ｄで示された従来技術で起こり得る短絡回路形成を抑制できる。
【００２４】
図３は、本発明の実施態様によるはんだ限定層２００の形成方法３００を示す。複数の金属バンプ１１２を含むＩＣダイ１００を準備し、本方法はまず、ＩＣダイ１００及び金属バンプ１１２の上にはんだ限定材料のブラケット層を堆積することから開始する（図３のプロセス３０２）。はんだ限定材料は、金属バンプ１１２の全体を覆ってもよい。この実施態様では、はんだ限定材料は、上で説明したフォトデファイナブルポリマー性誘電材料のひとつであってよい。フォトデファイナブルポリマー性誘電材料は、従来の堆積手段で堆積してもよい。例えば、限定されるものではないが、物理蒸着、スッパタリング、スピンオン堆積、原子層堆積又は化学蒸着が挙げられる。又フォトデファイナブルポリマー性誘電材料を用いることが可能な他のプロセスもまた同様に使用することができる。
【００２５】
次に、はんだ限定材料は、金属バンプ１１２の上表面の部分を露出させる開口部を形成するためにパターン化される（プロセス３０４）。はんだ限定材料は、フォトデファイナブルポリマー性誘電材料に適した通常の知られたフォトリソグラフィプロセスによりパターン化される。本発明の実施態様により、パターン化プロセスは、金属バンプ１１２の外側端部を実質的に露出させることなく、はんだ限定材料をそれぞれの金属バンプ１１２の上表面の部分から除去する。
【００２６】
パターン化プロセスは、即ちフォトリソグラフィプロセスは、この技術分野においてよく知られている。フォトリソグラフィプロセスは、一般的に、はんだ限定材料での金属バンプ１１２の上に開口部を定義するためのステップを含むものである（プロセス３０４ａ）注意すべきは、開口部はこのステップで容易に定義できることであって、開口部はまだ形成されていないことである。本発明の実施態様によれば、かかる定義された開口部は、金属バンプ１１２の端部には延長されない。むしろ、金属バンプ１１２の上の中心部分を実質的に覆う。露光ステップは、光学マスクと、紫外線又は超紫外線のようなある種類の放射線を使用する。
【００２７】
次に、現像ステップにおいて、現像液は金属バンプ１１２の上の開口部を定義するフォトデファイナブル誘電材料のそれらの部分を除去するために適用される（プロセス。３０４ｂ）。これらの除去された部分は、かかるフォトデファイナブルポリマー性誘電材料がポジティブ型かネガティブ型かにより露光されるか又は露光されない領域かのどちらかとなろう。これらの部分が除去された場合、最終結果としてのはんだ限定層２００は、金属バンプ１１２の端部はマスクするが、金属バンプ１１２の上表面の一部は露出させるというものである。ある実施態様においては、最終的なはんだ限定層２００は、層を硬くするために加熱処理され硬化されてもよい（プロセス３０４ｃ）。
【００２８】
本発明の他の実施態様においては、フォトデファイナブルポリマー性誘電材料とは異なる材料もまたはんだ限定材料として使用可能である。例えば他の誘電材料であって、はんだに濡れさせないものでありかつ適切な互換性と誘電性を持つものであれば、エポキシド、シリコーン、ポリイミド及び窒化物が使用可能である。図４に、他の方法４００が記載されている。
【００２９】
図４は、はんだ限定材料の開口部をパターン化するフォトレジストを示す。はんだ限定材料がフォトデファイナブルでない場合、金属バンプ１１２の上に開口部を形成するために従来のパターン化プロセスが使用可能である。例えば、方法４００は、複数の金属バンプ１１２を含むＩＣダイ１００を準備し、ＩＣダイ及び金属バンプ１１２の上にはんだ限定材料のブランケット層を堆積することから始まる（図４のプロセス４０２）。はんだ限定材料は、金属バンプ１１２を完全に覆ってもよい。
【００３０】
次に、フォトレジスト材料をはんだ限定材料の上に堆積する（プロセス４０４）。フォトレジスト材料は、知られたフォトリソグラフィを用いてパターン化され、それぞれの金属バンプ１１２の上に配列するが、それぞれの金属バンプ１１２の端部までは実質的に延長していない、開口部を形成する（プロセス４０６）。フォトレジストのパターン化プロセスは、知られた露光、過熱及び現像ステップを含む。
【００３１】
フォトレジストのこれらの開口部は、その下にあるはんだ限定材料をエッチングして、フォトレジスト層からはんだ限定材料へ開口部を移すためのマスクとして作用する（プロセス４０８）。はんだ限定材料の開口部は、金属バンプ１１２のそれぞれの上表面の一部を露出するが、金属バンプ１１２の端部は実質的に露出しない。エッチングプロセスは、選択されたはんだ限定材料に適切なエッチング剤を用いて実行される。
【００３２】
最後に、フォトレジストは除去され（プロセス４１０）、最終結果としてのはんだ限定層２００は、金属バンプ１１２の端部はマスクするが、金属バンプ１１２の上表面の一部は露出させるというものである。ある実施態様においては、最終的なはんだ限定層２００は、層を硬くするために加熱処理され硬化されてもよい。
【００３３】
図５Ａは、本発明の他の実施態様によるはんだ限定層を示す。ここでは、はんだ限定層２００は相対的に薄い共形層である。ＣＶＤ及びＡＬＤのような共形層堆積のためのこの技術分野で知られるプロセスが使用され得る。金属バンプ１１２間の空間は、はんだ限定層２００とは異なるエポキシドのようなアンダーフィル材料で埋められる。図５Ｂ及びＣは、共形のはんだ限定層２００の他の変形実施例を示す。ここでは、金属バンプ１１２間の領域ではんだ限定層２００の部分が除かれている。図５Ａでは、はんだ限定層２００の縁部２０２がそれぞれの金属バンプ１１２の基底部に残されている。図５Ｂでは、この縁部さえ除かれている。はんだ限定層２００は、従って、図５Ｂ及び５Ｃでは不連続層である。
【００３４】
図６Ａ及び６Ｄは、本発明のはんだ限定層２００のさらに別の実施態様を示す。この例では、はんだボール１５４は、ＩＣパッケージ１５０の一部分ではなく、ＩＣダイに前付加されたものである。図６Ａは、前付加されたはんだボール１５４が、本発明のはんだ限定層２００と共に使用される様子を示す。図６Ｂは、前付加されたはんだボール１５４が本発明の共形のはんだ限定層２００と共に使用される様子を示す。図６Ｃは、前付加されたはんだボール１５４が、本発明の不連続共形のはんだ限定層２００と共に使用される様子を示す。ここではんだ限定層２００は縁部２０２を含む。また、図６Ｄは、本発明の不連続共形のはんだ限定層２００と共に使用される様子を示す。ここではんだ限定層２００は縁部２０２を含まない。
【００３５】
図７Ａは、さらなる実施態様であって、追加の金属バンプ７００がＩＣダイ１００から応力をさらに動かすために使用される態様を示す。図７Ａでは、追加の金属バンプ７００は、はんだ限定層２００の開口部に形成される。図７Ｂでは、追加及び金属バンプ７００は、はんだ限定層２００の頂上に形成される。この実施態様においては、はんだ限定層２００の開口部は、金属バンプ１１２を追加の金属バンプ７００と結合させるビア７０２で交換されている。
【００３６】
従ってここまで、金属バンプ１１２の表面をはんだボール１５４による濡れをどの程度可能とするかを制限する、はんだ限定層について説明がされてきた。本発明の実施態様によれば、はんだ限定層は、金属バンプの端部がはんだボールにより濡れることを抑制し、従ってはんだボールが金属バンプの上表面部分だけに留める。はんだ限定層はまた、ＩＣパッケージがＩＣダイと接着される際の応力を分配する助けとなる。ここで開示された本発明の実施態様は、低−ｋＩＬＤ保護をさらに提供するものである。これにより、バンプピッチを小さくすることを可能とし、相対的に弱い低−ｋ材料及び弱い金属層構造（エアーギャップ構造を含む）の使用を可能とする。
【００３７】
要約で記載されたことを含めて、本発明の実施態様を説明する上記記載は、開示された正確な形に本発明を制限又は限定するように意図されているものではない。本発明の特定の実施態様及び例は、ここでは、説明する目的のためだけであり、この技術分野の熟練者には認識されるように、種々の均等な変更が本発明の範囲内で可能である。
【００３８】
かかる変更は上述した明細書に基づいて行い得る。以下の特許請求の範囲で使用する用語は、本発明を明細書及び特許請求の範囲で開示された特定の実施態様に限定するように解釈されるべきではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
2012505555.tif 000018
【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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