DE19528441A1

DE19528441A1 - Untermetallisierung für Lotmaterialien

Info

Publication number: DE19528441A1
Application number: DE19528441A
Authority: DE
Inventors: Elke Zakel; Christine Kallmayer; Jens Nave
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: ZAKEL, ELKE, DR., 14612 FALKENSEE, DE
Priority date: 1995-03-01
Filing date: 1995-08-02
Publication date: 1996-09-05
Anticipated expiration: 2015-08-03
Also published as: DE19528441C2

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Untermetal lisierung bzw. auf eine sogenannte Underbump-Metallisierung für verschiedene Lotmaterialien.

Eine Voraussetzung für eine solche Metallisierung besteht darin, daß sie für das aufzubringende Lotmaterial gut be netzbar ist und gleichzeitig als Diffusionsbarriere wirksam ist.

Im Stand der Technik sind Untermetallisierungen bekannt, die als Haftvermittler und Diffusionsbarriere wirksam sind. Als Material wird hierfür Titan-Wolfram verwendet, das durch Zerstäuben bzw. Sputtern aufgebracht wird.

Der Nachteil bei der Verwendung solcher Metallisierungen be steht darin, daß eine weitere metallische Schicht, die bei spielsweise aus Kupfer, Nickel, etc. besteht, auf der Ti tan-Wolfram-Schicht aufzubringen ist, um eine benetzbare Grundlage für die Lothöcker oder das Die-Bonden bereitzu stellen. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß das Auf bringen der zweiten metallischen Schicht zu einer Bildung von spröden intermetallischen Phasen mit dem Lotmaterial führt.

Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegen den Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vereinfacht her stellbare Untermetallisierung für Lotmaterialien zu schaf fen, die mit den Lotmaterialien gut benetzbar ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Untermetallisierung nach An spruch 1 gelöst.

Die vorliegende Erfindung schafft eine Untermetallisierung für Lotmaterial, die eine Titanschicht aufweist.

Gegenüber dem oben beschriebenen Stand der Technik bietet die vorliegende Erfindung den Vorteil, daß für eine gute Be netzbarkeit mit einem Lotmaterial keine zweite metallische Schicht erforderlich ist, wodurch sich das Herstellungsver fahren für solche Untermetallisierungen erheblich verein facht.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die Vermeidung der zweiten metallischen Schicht die Bildung der spröden in termetallischen Phasen vermieden wird.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird die Titanschicht in Verbindung mit einer dünnen Goldschicht verwendet.

Der Vorteil der Verwendung einer Goldschicht in Verbindung mit Titanschicht besteht in der ausgeprägten Affinität von Titan zu Gold. Diese starke Affinität zwischen dem Titan und dem Gold führt zu einer Bildung von intermetallischen Phasen zwischen diesen. Diese intermetallischen Phasen sind mit den Lotmaterialien gut benetzbar.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung der Goldschicht besteht darin, daß-die Metallisierungsflächen durch die oben liegen de Goldschicht vor einer Oxidation geschützt sind.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird die Titanschicht zusammen mit einer direkt aufgebrachten Zinnschicht verwendet. Hierbei besteht ein Vorteil darin, daß die Titanschicht mit der Zinnschicht verschiedene intermetallische Phasen bildet, so daß sich eine gute Benetzbarkeit mit dem Lotmaterial ergibt.

Bevorzugte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen werden nachfolgend be vorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel eines Substrats mit einer Untermetallisierung und einem Lotdepot gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel eines Substrats mit einer Untermetallisierung und einem Lotdepot gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel eines Substrats mit einer Untermetallisierung und einem Lotdepot gemäß der vorliegenden Erfindung.

In der nachfolgenden Beschreibung der vorliegenden Erfindung sind Elemente, die in den unterschiedlichen Zeichnungen gleich sind, mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der vorliegen den Erfindung dargestellt.

Auf einem Substrat 100 ist eine Metallschicht 110 angeord net, auf der eine Titanschicht 120 angeordnet ist. Diese Titanschicht 120 bildet die Untermetallisierung für ein auf diese Titanschicht 120 aufzubringendes Lot 130.

Die Titanschicht 120 bietet für verschiedene Lotmaterialien 130 eine benetzbare Grundlage. Mögliche Lotmaterialien schließen z. B. Pb/Sn, Au/Sn, In-Lote, Sn/Ag, Sn/Bi ein.

Mögliche Belotungsverfahren schließen z. B. das mechanische und galvanische Bumpen, die Tauchbelotung und das Aufdampfen ein.

Die erfindungsgemäße Untermetallisierung ist jedoch nicht auf solche Belotungsverfahren beschränkt, sondern sie ist ebenfalls für Lotschichten verwendbar, die für das soge nannte Die-Bonden aufgebracht werden.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist wäh rend eines Herstellungsprozesses, z. B. eines Bauelements, bei dem Lotmaterialien aufgebracht werden müssen, nur ein Schritt zur Aufbringung der Untermetallisierung notwendig.

Bevor das Lotmaterial 130 auf die Titanschicht 120 aufge bracht wird, muß von dieser eine Oxidschicht entfernt wer den, die sich auf der Titanschicht 120 bildet, wenn der Her stellungsprozeß in einer normalen Umgebung durchgeführt wird.

Die Ausbildung einer Oxidschicht auf der Titanschicht 120 kann jedoch vermieden werden, wenn der Herstellungsprozeß im Vakuum durchgeführt wird.

Die Metallschicht 110 kann beispielsweise aus Aluminium oder Gold hergestellt sein.

Anhand der Fig. 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben. Das in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1. Hier ist jedoch zwischen der Titanschicht 120 und dem Lotmaterial 130 eine Goldschicht 140 angeordnet.

Aufgrund der Tatsache, daß Titan gegenüber Gold eine starke Affinität aufweist, bildet es mit diesem verschiedene soge nannte intermetallische Phasen. Diese intermetallischen Pha sen sind durch verschiedene Lotmaterialien gut benetzbar.

Mögliche Lotmaterialien wurden bereits anhand des Ausfüh rungsbeispiels 1 in Fig. 1 beschrieben.

Durch die Verwendung der Goldschicht 140 wird während eines Herstellungsprozesses der Untermetallisierung eine Oxidation der Titanschicht 120 vermieden. Es ist offensichtlich, daß die Schicht 140 nicht auf Gold beschränkt ist, sondern daß jedes andere Metall, das eine ausreichende Affinität gegenüber Titan aufweist, für diese Schicht 140 genauso geeignet ist.

Anhand der Fig. 3 wird nun ein drittes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher beschrieben.

Das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel entspricht im wesentlichen dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2, außer daß anstelle der Goldschicht eine Zinnschicht 150 zwischen der Titanschicht 120 und dem Lotmaterial 130 angeordnet ist.

Titan bildet mit Zinn verschiedene intermetallische Phasen, so daß hierdurch wiederum eine gute Benetzbarkeit für die Lotmaterialien gegeben ist.

Während des Herstellungsprozesses bildet sich auf der Zinn schicht 150 eine Oxidschicht, die vor dem Aufbringen des Lotmaterials 130 zu entfernen ist. Mögliche Verfahren zur Entfernung dieser Oxidschicht, ebenso wie zur Entfernung einer Oxidschicht, die sich direkt auf der Titanschicht 120 gebildet hat (erstes Ausführungsbeispiel), umfassen mecha nische Verfahren, wie z. B. Ultraschallverfahren, chemische Verfahren,- wie z. B. das Plasma-Ätzen, und physikalische Verfahren, wie z. B. das Sputter-Ätzen.

Es wird darauf hingewiesen, daß mögliche Materialien für die Schicht 150 nicht auf Zinn beschränkt sind, sondern daß jedes andere Lotmaterial, das entsprechende Eigenschaften aufweist, für die Verwendung in der Schicht 150 geeignet ist.

Ferner sei hervorgehoben, daß die in den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen dargestellten Schichten 110 bis 150 durch an sich bekannte Abscheidungsverfahren oder andere Verfahren zum Aufbringen von Schichten herstellbar sind.

In allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der vor liegenden Erfindung ist die Titanschicht 120 zusätzlich als Diffusionsbarriere wirksam.

Claims

1. Untermetallisierung für Lotmaterialien, gekennzeichnet durch eine Titanschicht (100).

2. Untermetallisierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine erste Schicht (140) aus einem Material, das gegen über Titan eine starke Affinität aufweist, die auf der Titanschicht (120) angeordnet ist, auf der ein Lotmate rial (130) abgeschieden wird.

3. Untermetallisierung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß die erste Schicht (140) eine Goldschicht ist.

4. Untermetallisierung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Zinnschicht (150), die auf der Titanschicht (120) angeordnet ist, auf der ein Lotmaterial (130) abge schieden wird.

5. Untermetallisierung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch ein Substrat (100), auf dem die Titanschicht (120) an geordnet ist.

6. Untermetallisierung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Metallschicht (110), die zwischen der Titanschicht (120) und dem Substrat (100) angeordnet ist.

7. Untermetallisierung nach Anspruch 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Metallschicht (110) aus Aluminium oder Gold be steht.