專利名稱：互連止裂器結(jié)構(gòu)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及互連止裂器結(jié)構(gòu)及方法。
背景技術(shù)：
通常，半導(dǎo)體管芯可使用諸如球柵陣列或者可控塌陷芯片連接(C4)焊料凸塊的技術(shù)接合至另一襯底(例如，有機(jī)印制電路板)。在一個(gè)這樣的工藝中，可使用諸如電鍍、焊劑漏印(paste screening)或者球架的方法將焊料凸塊形成在半導(dǎo)體管芯和/或者襯底上，然后將焊料回流焊成期望的凸塊形狀。一旦形成了焊料凸塊，將半導(dǎo)體管芯上的接觸件與襯底上與它們對(duì)應(yīng)的接觸件對(duì)準(zhǔn)，焊料凸塊位于接觸件之間。一旦對(duì)準(zhǔn)，對(duì)焊料凸塊再次進(jìn)行回流焊并使其液化，其中液化的焊料流到接觸焊盤并浸濕接觸焊盤，從而提供半導(dǎo)體管芯和襯底之間的電連接和物理連接。然而，半導(dǎo)體管芯可具有與襯底非常不同的熱膨脹系數(shù)。因此，當(dāng)半導(dǎo)體管芯接合至襯底并且他們都經(jīng)受熱機(jī)械循環(huán)(被用于模擬系統(tǒng)電源開(kāi)啟和關(guān)閉循環(huán)以符合JEDEC可靠性測(cè)試需求)時(shí)，半導(dǎo)體管芯和襯底會(huì)在加熱循環(huán)期間會(huì)膨脹到不同的長(zhǎng)度并且在冷卻循環(huán)期間收縮到不同的長(zhǎng)度。這種膨脹會(huì)導(dǎo)致形成在互連半導(dǎo)體管芯和襯底的焊接點(diǎn)處的應(yīng)力。這種問(wèn)題對(duì)在半導(dǎo)體管芯和襯底之間的連接尤其普遍。具體地，由于半導(dǎo)體管芯和襯底之間的熱膨脹系數(shù)失配造成的應(yīng)力很強(qiáng)以致實(shí)際上可能在互連半導(dǎo)體管芯和襯底的焊接點(diǎn)中產(chǎn)生裂 紋。而且，這些裂紋可能擴(kuò)展至整個(gè)焊接點(diǎn)，從而降低或者甚至毀壞半導(dǎo)體管芯和襯底之間的電互連和/或物理連接。這種毀壞可能導(dǎo)致部分無(wú)用并因此需要完全重新制造。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:在襯底上的導(dǎo)電焊盤；以及自所述導(dǎo)電焊盤延伸的第一止裂器，所述第一止裂器具有環(huán)形并且沿所述導(dǎo)電焊盤的外部區(qū)域設(shè)置。在可選實(shí)施例中，所述第一止裂器具有為所述環(huán)形的第一開(kāi)口。在可選實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括為環(huán)形的第二止裂器，其中所述第二止裂器具有較小的直徑并且相對(duì)于所述第一止裂器橫向偏移。在可選實(shí)施例中，所述第一止裂器具有為所述環(huán)形的第一開(kāi)口并且所述第二止裂器具有為所述環(huán)形的第二開(kāi)口。在可選實(shí)施例中，所述環(huán)形是斷環(huán)形。在可選實(shí)施例中，所述斷環(huán)形包括多個(gè)重疊的圓弧。在可選實(shí)施例中，所述第一止裂器是沿所述導(dǎo)電焊盤的所述外部區(qū)域布置的多個(gè)止裂器之一。在可選實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括位于所述導(dǎo)電焊盤的中心區(qū)域內(nèi)的
第二止裂器。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:在襯底上的凸塊下金屬層，所述凸塊下金屬層包括中心區(qū)域以及圍繞所述中心區(qū)域的外部區(qū)域；在所述外部區(qū)域中所述凸塊下金屬化層上的第一止裂器，所述第一止裂器具有第一圓形。在可選實(shí)施例中，所述第一 止裂器是不連續(xù)的圓形。在可選實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括在所述凸塊下金屬層上的第二止裂器，所述第二止裂器具有第二圓形。在可選實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括具有第二圓形的第二止裂器以及具有第三圓形的第三止裂器，所述第一止裂器、所述第二止裂器以及所述第三止裂器在所述外部區(qū)域中相互橫向分隔開(kāi)。在可選實(shí)施例中，所述第一止裂器、所述第二止裂器以及第三止裂器是實(shí)心圓形。在可選實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括第四止裂器，具有第四圓形并且位于凸塊下金屬層的所述中心區(qū)域內(nèi)。在可選實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括:支撐襯底，具有面向所述凸塊下金屬層的導(dǎo)電層；位于所述導(dǎo)電層上的第二止裂器；以及接觸所述第一止裂器和所述第二止裂器的導(dǎo)電材料。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括:在第一半導(dǎo)體襯底上的導(dǎo)電區(qū)域；以及在所述導(dǎo)電區(qū)域上的第一止裂器，所述第一止裂器包括引線接合到所述第一半導(dǎo)體襯底上的所述導(dǎo)電區(qū)域的引線。在可選實(shí)施例中，所述第一止裂器進(jìn)一步包括引線接合到所述第一半導(dǎo)體襯底上的所述導(dǎo)電區(qū)域的多根引線。在可選實(shí)施例中，所述多根弓I線具有小于200 μ m的第一高度。在可選實(shí)施例中，所述引線包括圓柱形。在可選實(shí)施例中，所述導(dǎo)電區(qū)域是凸塊下金屬層。


為更完整的理解實(shí)施例及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述作為參考，其中:圖1A-圖1E示出了根據(jù)一實(shí)施例的位于半導(dǎo)體管芯上的止裂器；圖2A-圖2B示出了根據(jù)一實(shí)施例的互連半導(dǎo)體管芯和支撐襯底的焊接點(diǎn)；圖3A-圖3B示出了根據(jù)一實(shí)施例的止裂器還形成在支撐襯底上的另一種實(shí)施例；圖4A-圖4C不出了根據(jù)一實(shí)施例的止裂器是多個(gè)圓柱的另一種實(shí)施例；圖5A-圖5C示出了根據(jù)一實(shí)施例的止裂器是沿半導(dǎo)體管芯和襯底的任一個(gè)或者兩個(gè)上的接觸焊盤的外部和內(nèi)部布置的多個(gè)圓柱的又一種實(shí)施例；以及圖6A-圖6B示出了根據(jù)實(shí)一施方式的止裂器是接合到半導(dǎo)體管芯的一根或者多根引線的又一種實(shí)施例。除非另有說(shuō)明，不同附圖中的相應(yīng)標(biāo)號(hào)和符號(hào)通常指相應(yīng)部件。將附圖繪制成清楚地示出實(shí)施例的相關(guān)方面而不必須成比例繪制。
具體實(shí)施例下面，詳細(xì)討論本發(fā)明各實(shí)施例的制造和使用。然而應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所討論的具體實(shí)施例僅示出了制造和使用本發(fā)明的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明實(shí)施例將描述具體環(huán)境中的實(shí)施例，即用于晶圓級(jí)芯片尺寸封裝件中的半導(dǎo)體管芯和襯底之間的焊接點(diǎn)(C4或者層疊封裝(POP)互連結(jié)構(gòu))的止裂器。然而，本發(fā)明實(shí)施例也可應(yīng)用于其他接合工藝?，F(xiàn)在參考附圖1A，示出了半導(dǎo)體IC管芯100，其具有半導(dǎo)體基體襯底101、有源器件103、金屬層105、第一鈍化層107、第一接觸焊盤109、第二鈍化層111、凸塊下金屬層(UBM) 113、以及第一止裂器115。半導(dǎo)體基體襯底101可包括摻雜的或者非摻雜的體硅，或者絕緣體上硅襯底的有源層(SOI)。通常，SOI襯底包括諸如硅、鍺、硅鍺、SO1、絕緣體上硅鍺(SGOI)或者它們的組合的半導(dǎo)體材料層。其他可以使用的襯底包括多層襯底、梯度襯底或者混合取向襯底。有源器件103 (為了清楚，圖1A僅示出了有源器件103中的一個(gè))可形成在半導(dǎo)體基體襯底101上。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解，有源器件103可包括各種各樣的有源和無(wú)源器件例如電容器、電阻器、電感器等，它們可用于為半導(dǎo)體IC管芯100產(chǎn)生期望結(jié)構(gòu)和功能要求的設(shè)計(jì)。有源器件103可使用任何合適的方法形成在半導(dǎo)體基體襯底101內(nèi)，否則形成在半導(dǎo)體基體襯底101的表面上。金屬層105可形成在半導(dǎo)體基體襯底101和有源器件103上方，并且被設(shè)計(jì)成連接各種有源器件103以形成功能電路。盡管在圖1A中示出為單層，金屬層105可由介電材料(例如，低k介電材料)和導(dǎo)電材料(例如，銅)的交錯(cuò)層形成，并且可通過(guò)任何合適的工藝(例如，沉積，鑲嵌，雙鑲嵌等)形成。在一種實(shí)施例中，可以有通過(guò)至少一個(gè)層間介電層(ILD)與半導(dǎo)體基體襯底101隔離的4個(gè)金屬層，但是金屬層105的精確數(shù)目取決于半導(dǎo)體IC管芯100的設(shè)計(jì)。第一鈍化層107可以形成半導(dǎo)體基體襯底101上并在金屬層105上方。第一鈍化層107可由一種或者多種合適的介電材料制成,例如,氧化娃、氮化娃、低k介電材料(例如，摻碳的氧化物)、極低k介電材料(例如多孔摻碳的二氧化硅)、這些的組合等。第一鈍化層107可通過(guò)諸如化學(xué)氣相沉積(CVD)的工藝形成，然而也可以使用任何合適的工藝形成，并且可以具有在大約0.5 μ m和大約5 μ m之間的厚度，例如，大約9.25 KA。在第一鈍化層107形成之后，可以通過(guò)去除部分第一鈍化層107形成貫穿第一鈍化層107的開(kāi)口以暴露金屬層105的至少一部分。貫穿第一鈍化層107的開(kāi)口使得第一接觸焊盤109和金屬層105的導(dǎo)電部分之間接觸?？梢允褂煤线m的光刻掩蔽和蝕刻工藝形成貫穿第一鈍化層107的開(kāi)口，然而也可以使用任何合適的暴露部分金屬層105的工藝。
可形成貫穿開(kāi)口并且在金屬層105的導(dǎo)電部分上方的第一接觸焊盤109，并且第一接觸焊盤109與金屬層105的導(dǎo)電部分電接觸。第一接觸焊盤109可包括鋁，但是可選地也可使用諸如銅的其他材料。第一接觸焊盤109可以如下方式形成:使用沉積工藝(例如，濺射)來(lái)形成材料層(未示出)，然后通過(guò)合適的工藝(例如，光刻掩模和蝕刻)去除材料層的部分來(lái)形成第一接觸焊盤109。然而，也可采用任何其他合適的工藝來(lái)形成第一接觸焊盤109。第一接觸焊盤109可形成為具有在大約0.5 μ m和大約4 μ m之間的厚度，例如大約 1.45 μ m。在第一接觸焊盤109形成之后，可在第一接觸焊盤109和第一鈍化層107上方形成第二鈍化層111。第二鈍化層111可由聚合物(例如，聚酰亞胺)形成?？蛇x地，第二鈍化層111可由與用作第一鈍化層107的材料類似的材料形成，例如，碳化硅、氮化硅、低k介電材料、極低k介電材料、它們的組合或者類似物。第二鈍化層111可形成為具有在大約2 μ m和大約15 μ m之間的厚度,例如大約5 μ m。在第二鈍化層111形成之后，可通過(guò)去除部分第二鈍化層111來(lái)形成貫穿第二鈍化層111的開(kāi)口以暴露下面第一接觸焊盤109的至少一部分。所述開(kāi)口使得第一接觸焊盤109和UBM113之間接觸(下面進(jìn)一步討論的)所述開(kāi)口可以使用合適的光刻掩蔽和蝕刻工藝形成，然而也可以使用任何合適的暴露部分第一接觸焊盤109的工藝。在貫穿第二鈍化層111的開(kāi)口以暴露第一觸盤109的至少一部分已形成之后，可形成超出開(kāi)口以及在第二鈍化層111上方并且與第一觸盤109接觸的UBM 113。在一種實(shí)施例中，UBM 113可包括三個(gè)導(dǎo)電材料層，例如，鈦層、銅層以及鎳層。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解存在許多合適的適于UBM 113形成的材料和層的布置，例如，鉻/鉻-銅合金/銅/金的布置，鎢鈦/銅/鎳的布置，或者鈦/銅/鎳/金的布置?？梢杂糜赨BM 113的任何合適的材料或者不同材料層的組合全部包括在本申請(qǐng)的范圍內(nèi)。UBM 113可通過(guò)在第二鈍化層111和第一觸盤109上方形成每一層產(chǎn)生。可使用電鍍工藝(例如，電化學(xué)電·鍍)實(shí)施每一層的形成，然而根據(jù)期望的材料其他形成工藝(例如，濺射、蒸發(fā)或者PECVD工藝)也可選地可以使用。UBM 113可以形成為具有在大約
0.7 μ m和大約10 μ m之間的厚度，例如大約3 μ m。一旦形成了期望的層，可通過(guò)合適的光刻掩蔽和蝕刻工藝去除這些層的部分以去除不期望的材料，從而留下期望形狀的UBM113，例如，圓形、八角形、方形或者矩形，然而任何期望的形狀可選地也可以形成。第一止裂器115可以形成在UBM 113上方并且與UBM 113物理接觸。第一止裂器115可以這種形式放置以及成形:從UBM 113延伸并最終延伸入導(dǎo)電材料207中(圖1A中沒(méi)有示出，但示出在下面的圖2A中并且作了討論)。另外，第一止裂器115可以以這種形式放置并且成形:攔截并制止源自導(dǎo)電材料207邊緣的任何裂紋并且阻止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展至導(dǎo)電材料207的內(nèi)部。圖1B示出了第一止裂器115的一種放置和形狀，其中圖1B是第一止裂器115、UBM113以及第二鈍化層111 (第二鈍化層111下面的第一接觸焊盤109由虛線示出)自上往下的視圖。在本實(shí)施例中，第一止裂器115可被放置在UBM 113的外邊緣附近并且可成形為環(huán)形,例如,外邊緣靠近UBM 113的整個(gè)外圍的第一空心圓柱117。本實(shí)施例中的第一止裂器115的第一空心圓柱狀物117可具有從UBM 113的邊緣起小于大約35微米的外徑，并且可具有厚度小于大約25 μ m的壁。
通過(guò)將第一止裂器115形成為在UBM 113的外邊緣附近的第一空心圓柱117，任何可沿導(dǎo)電材料207(圖1B中沒(méi)有示出，但示出在下面的圖2A中并且作了討論)的外部產(chǎn)生的裂紋將向內(nèi)擴(kuò)展并與第一止裂器115垂直相遇。這種垂直的相互作用有助于阻止裂紋進(jìn)一步擴(kuò)展入導(dǎo)電材料207中。以這種方式，第一止裂器115可阻止任何裂紋以避免降低導(dǎo)電材料207的性能。然而，第一止裂器115并不旨在限于如上所述的第一空心圓柱117的形狀。圖1C-圖1E示出了可選地可用于第一止裂器115的其他實(shí)施例。例如，圖1C示出了第一止裂器115的一種實(shí)施例，其包括與第一空心圓柱117共同使用以便阻止可能產(chǎn)生的裂紋擴(kuò)展的第二空心圓柱119。第一空心圓柱117可類似于上面參考圖1B描述的第一空心圓柱117并且其靠近(例如，小于30微米)UBM 113的外邊緣并沿UBM 113的外邊緣設(shè)置。第二空心圓柱119可以設(shè)置成自第一空心圓柱117橫向向內(nèi)并且可具有自UBM113的外邊緣小于大約65微米的外徑，并且可具有厚度小于大約30 μ m的壁。第二空心圓柱119可與第一空心圓柱117間隔第二距離d2 (大于10微米)。通過(guò)除第一空心圓柱117之外還提供第二空心圓柱119，第二空心圓柱119可用作第一空心圓柱117的后備。這樣，如果第一空心圓柱117沒(méi)有制止住已形成的裂紋的擴(kuò)展，第二空心圓柱119能夠制止裂紋進(jìn)一步穿過(guò)導(dǎo)電材料207擴(kuò)展。在這種方式中，通過(guò)用第二空心圓柱119形成第一止裂器115，第一止裂器115可提供甚至更強(qiáng)的保護(hù)以阻止裂紋穿過(guò)導(dǎo)電材料207擴(kuò)展并且有助于防止器件故障。圖1D示出第一止裂器115的另一實(shí)施例，其中第一止裂器115不是具有如上參考圖1C描述的全部完整的空心圓柱，而是具有沿第一空心圓柱117和第二空心圓柱119的壁間隔一段距離設(shè)置的開(kāi)口 121。例如，第一空心圓柱117(此處討論圖1D的實(shí)施例中或者上述參考圖1B討論的實(shí)施例中)可具有圍繞第一空心圓柱117等距間隔開(kāi)的三個(gè)開(kāi)口121 (但是不限于3個(gè))。同樣地，第二空心圓柱119可具有圍繞第二空心圓柱119也以等距間隔開(kāi)的三個(gè)開(kāi)口 121 (但是不限于3個(gè))，但是相對(duì)于在第一空心圓柱117中的開(kāi)口 121的位置移置了位置。在一種實(shí)施例中，開(kāi)口 121可具有在大約5微米和大約50微米之間的第三距離，例如大約25微米。通過(guò)提供圍繞第一空心圓柱117和第二空心圓柱119的開(kāi)口 121，開(kāi)口 121可為第一空心圓柱117和第二空心圓柱119提供應(yīng)力釋放的方法。例如，在熱循環(huán)期間，當(dāng)?shù)谝豢招膱A柱117和第二空心圓柱119的材料膨脹時(shí)，開(kāi)口 121分別允許第一空心圓柱117和第二空心圓柱119膨脹而不會(huì)對(duì)第一空心圓柱117或者第二空心圓柱119的另外的部分施以推力。因此，降低了由于熱化學(xué)循 環(huán)期間膨脹不匹配導(dǎo)致的應(yīng)力造成的損壞。圖1E不出了第一止裂器115的一種實(shí)施例,其中第一止裂器115是由一系列圓弧123組成的斷環(huán)。圓弧123可被成形為環(huán)的一部分，但是可被以重疊方式設(shè)置以便攔截源自導(dǎo)電材料207 (圖1E中沒(méi)有示出，但是示出在下面的圖2中并且作了討論))的外邊緣的任何裂紋。在本實(shí)施例中，可以具有厚度可在大約5微米和大約30微米之間(例如,大約15微米)的四個(gè)圓弧123。通過(guò)形成斷環(huán)結(jié)構(gòu)的第一止裂器115，可以實(shí)現(xiàn)上面參考圖1D描述的類似的應(yīng)力釋放。然而，通過(guò)使多個(gè)單弧123相互重疊，沒(méi)有裂紋可穿過(guò)其擴(kuò)展的開(kāi)口 121。因此，可以實(shí)現(xiàn)更有效地阻止裂紋，并且可降低或者消除由于裂紋造成的損壞。
然而，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，上述環(huán)形僅旨在示例說(shuō)明而不旨在限制實(shí)施例。其他保持基本環(huán)形但不是完美環(huán)形的形狀也完全打算作為環(huán)形被包括在內(nèi)。例如，第一止裂器115可以成形為八邊形、五邊形、六邊形等等，然而仍然保持整體上的期望的環(huán)形。這些以及任何其他合適的環(huán)形全部被包括在本實(shí)施例的范圍內(nèi)。現(xiàn)在返回圖1A，可以使用掩蔽和電鍍工藝并且以上述參考圖1B-1E描述的形狀形成第一止裂器115。在一種實(shí)施例中，可通過(guò)首先在第二鈍化層111上方形成光刻膠(未示出)并達(dá)到第一止裂器115的期望厚度來(lái)形成第一止裂器115。可圖案化光刻膠以暴露UBM 113 (第一止裂器115會(huì)延伸到其)的部分。在光刻膠被圖案化之后,第一止裂器115可被形成在光刻膠的開(kāi)口內(nèi)。第一止裂器115可由諸如銅 的導(dǎo)電材料形成，然而構(gòu)造在單獨(dú)層中的其他導(dǎo)電材料(例如，鎳、金或者金屬合金、類似物或者它們的組合)也可使用。另外，可使用諸如電鍍的工藝，通過(guò)使電流流經(jīng)UBM 113的期望形成第一止裂器115到其上的導(dǎo)電部分，然后將UBM 113浸入到溶液中來(lái)形成第一止裂器115。溶液和電流將諸如銅沉積在開(kāi)口內(nèi)以便填充和/或溢滿光刻膠的開(kāi)口，從而形成第一止裂器115。然后可使用例如化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)或者濕蝕刻去除在開(kāi)口外部的多余導(dǎo)電材料。在第一止裂器115形成之后，可通過(guò)諸如在化學(xué)溶液中溶解、等離子體灰化或者其他方式的工藝去除光刻膠，據(jù)此提高光刻膠的溫度直到光刻膠分解并且可被去除。在光刻膠去除之后，第一止裂器115可遠(yuǎn)離UBM 113延伸在大約5 μ m和大約60 μ m之間(例如，40 μ m)的第一距離Cl1，然而任何合適的有助于阻止裂紋擴(kuò)展的距離都可被使用。這種距離是有益的因?yàn)樗鼤?huì)降低或者阻止裂紋在層附近的繞行并且還可阻止在后續(xù)回流焊工藝期間第一止裂器115的消耗?？蛇x地，為了有助于保護(hù)第一止裂器115，勢(shì)壘層(未示出)可形成在第一止裂器115上方。在一種實(shí)施例中，勢(shì)壘層可由鎳、鎳/金、鈷、鈷/金、釩(V)/金、鉻(Cr)/金，以及它們的組合形成，并且可使用諸如化學(xué)鍍的工藝制得。然而，任何合適的方法和材料可以可選地為勢(shì)壘層所用。然而，作為本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，上述形成第一止裂器115的工藝僅是一種說(shuō)明，并且并不旨在將實(shí)施例限制在這種具體的工藝。相反，所述工藝僅用于示例說(shuō)明，因?yàn)槿魏斡糜谛纬傻谝恢沽哑?15的合適工藝可選地可以使用。例如，可使用減少性的蝕刻工藝(subtractive etch process)來(lái)形成第一止裂器115。在一實(shí)施例中，第一止裂器115由諸如鎳的材料形成，鎳的初始層(未在圖1A中示出)可形成在第二鈍化層111和UMB 113上方。一旦形成了鎳的初始層，可使用例如光刻掩蔽和蝕刻工藝(將從鎳層去除或者去掉不期望的材料)圖案化鎳層以便圖案化并且形成在UMB113上的第一止裂器115。圖2A示出了具有第一止裂器115的半導(dǎo)體IC管芯100放置并接合到支撐襯底201上。在一種實(shí)施例中，半導(dǎo)體IC管芯100可接合晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝結(jié)構(gòu)中的支撐襯底201。然而，實(shí)施例并不旨在限于晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝結(jié)構(gòu)，其可用于任何連接類型。支撐襯底可具有形成在其上的第二接觸焊盤205以及焊料掩模203?？墒褂弥我r底201來(lái)支撐并且保護(hù)半導(dǎo)體IC管芯100，同時(shí)還被用于提供半導(dǎo)體IC管芯100上的第一接觸焊盤109與外部器件(在圖2A中未示出)之間的連接。在一種實(shí)施例中，支撐襯底201可為印刷電路板，例如層壓襯底，其形成為由高分子材料(例如，雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(BT)、FR-4或者ABF等)組成的多個(gè)薄層(或者層壓制品)的堆疊。然而，可選地，可以使用任何其他合適的襯底(例如，硅中介層、硅襯底、有機(jī)硅或者陶瓷襯底等)，并且提供支撐以及與半導(dǎo)體IC管芯100連接的所有這些再分配襯底全部包括在本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)。第二接觸焊盤205可以以與第一接觸焊盤109類似的方式、由與第一接觸焊盤109類似的材料形成。例如，第二接觸焊盤205可使用諸如濺射，電鍍或者化學(xué)鍍的工藝由銅、鎳、鎳/金等形成。然而，可選地，可以使用任何合適的用于形成第二接觸焊盤205的工藝?？梢孕纬珊噶涎谀?03以便有助于形成導(dǎo)電材料207。焊料掩模203可以由焊料掩模材料、光刻膠、介電材料或者鈍化材料形成。在焊料掩模203是光刻膠材料的實(shí)施例中，焊料掩模203可以通過(guò)以下方式形成:將光刻膠材料放置到支撐襯底201上，然后將焊料掩模203曝光在射線(例如，UV光)下。然后可顯影焊料掩模203以便在暴露第二接觸焊盤205時(shí)覆蓋支撐襯底201。可選地，在焊料掩模203是介電材料(例如，氧化硅或者氮化硅)或者鈍化材料(例如，聚酰亞胺)的實(shí)施例中，焊料掩模203可形成在支撐襯底201上方并且可使用光刻掩蔽和蝕刻工藝來(lái)暴露部分第二接觸焊盤205。

一旦焊料掩模203已形成并且被圖案化，可以形成穿過(guò)焊料掩模203并且與第二接觸焊盤205接觸的導(dǎo)電材料207。在一種實(shí)施例中，導(dǎo)電材料207可以是焊料凸塊并且可包括諸如焊膏、錫的材料或者其他合適的材料(例如，銀或者銅)。在導(dǎo)電材料207是錫的實(shí)施例中，導(dǎo)電材料207可以通過(guò)首先用這些通常使用的方法(例如，蒸發(fā)、電鍍、焊劑漏印、印刷等)形成厚度在大約10 μ m和大約ΙΟΟμπι之間(例如大約50 μ m)的錫層。一旦導(dǎo)電材料207形成在第二接觸焊盤205上，可以實(shí)施回流焊工藝以將導(dǎo)電材料207變形成凸塊形狀。在回流焊工藝中，導(dǎo)電材料207的溫度升高到大約200°C和大約260°C之間，例如大約250°C，并持續(xù)在大約10秒和大約60秒之間的時(shí)間，例如，大約35秒。實(shí)施回流焊工藝使導(dǎo)電材料207部分熔化，然后由于導(dǎo)電材料207的表面張力，導(dǎo)電材料207將其本身拉成期望的凸塊形狀。導(dǎo)電材料207可具有在大約210 μ m和大約280 μ m之間(例如，大約250 μ m)的直徑。為了使半導(dǎo)體IC管芯100接合到支撐襯底201 JfUBM 113與導(dǎo)電材料207對(duì)準(zhǔn)，然后再實(shí)施第二回流焊工藝以便部分液化導(dǎo)電材料207使得其流動(dòng)并且與UBM 113接觸。在回流焊工藝期間，導(dǎo)電材料207還會(huì)封裝第一止裂器115，從而在導(dǎo)電材料207硬化成固體形態(tài)之后將第一止裂器115嵌入導(dǎo)電材料207內(nèi)。然而，作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解，上面給出的半導(dǎo)體IC管芯100與支撐襯底201接合的描述僅是一種示例性實(shí)施例，并不旨在以任何方式限制實(shí)施例?？蛇x地，可以使用任何合適的將半導(dǎo)體IC管芯100與支撐襯底接合的方法，例如，將導(dǎo)電材料207形成在UBM 113上或者形成在第一止裂器115上方(代替形成在第二接觸焊盤205上)。這些以及所有這些將半導(dǎo)體IC管芯100與支撐襯底201接合的方法全部被包括在本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)。由于第一止裂器115位于導(dǎo)電材料207內(nèi)，可沿導(dǎo)電材料207的外邊緣形成(由圖2A中線200表示)，并且試圖擴(kuò)展入導(dǎo)電材料207內(nèi)部的任何裂紋將被第一止裂器115攔截并且阻止擴(kuò)展。通過(guò)阻止這種擴(kuò)展，將降低或者消除由裂紋200造成的缺陷，從而導(dǎo)致更有彈力和更可靠的互連。圖2B示出了第一止裂器115的第二優(yōu)點(diǎn)。如果裂紋200能夠擴(kuò)展或者穿過(guò)第一止裂器115，由比導(dǎo)電材料207更強(qiáng)的材料制造的第一止裂器115本身不可能損壞。因此，UBM 113和導(dǎo)電材料207未損壞的部分之間的電連接可通過(guò)第一止裂器115本身保持。因此，即使導(dǎo)電材料207開(kāi)裂，第一止裂器115可仍然穿過(guò)裂紋200提供半導(dǎo)體IC管芯100和支撐襯底201之間的電連接。圖3A示出了第二止裂器301可形成在第二接觸焊盤205上的另一種實(shí)施例。通過(guò)將第二止裂器301放置在第二接觸焊盤205上，第二止裂器301可與第一止裂器115 (位于UBM 113上)一起工作以阻止可形成在導(dǎo)電材料207內(nèi)的裂紋200擴(kuò)展。在一種實(shí)施例中，第二止裂器301可形成、放置并且成形在第二接觸焊盤205上以便減少或者阻止可產(chǎn)生在導(dǎo)電材料207中、與第二接觸焊盤205的邊緣相鄰的裂紋200擴(kuò)展。在一種實(shí)施例中并且如圖3A中所示，第二止裂器301可使用減少性的蝕刻工藝形成，然而任何其他合適的工藝(如上面描述的關(guān)于第一止裂器的工藝)可選地也可被用于形成第二止裂器301。圖3B示出了圖3A沿線3B-3B’的從上向下的視圖，示出了第二止裂器301可形成為與第一止裂器115類似，并且當(dāng)從上面看時(shí)可以為第三空心圓柱303的形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，第三空心圓柱303可具有與上面參考圖1A和圖1B描述的第一空心圓柱類似的形狀并且可用與上面參考圖1A和圖1B描述的第一空心圓柱類似的工藝和材料形成。然而，與第一止裂器115類似、第二止裂器301可選地可以為任何合適的形狀，例如，雙空心圓柱、雙實(shí)心圓柱、實(shí)心圓柱、在外壁內(nèi)具有開(kāi)口的空心圓柱、斷環(huán)、這些的組合，或者類似形狀?？蛇x地，可以使用任何合適的形狀，只要具有該形狀的第二止裂器可以與第一止裂器115 —起使用并且有助于降低或者阻止可形成的與第二接接觸焊盤205相鄰的裂紋擴(kuò)展，并且這樣的形狀全部被包括在本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)。圖4A-圖4C示出了第一止裂器115的另一實(shí)施例，其中第一止裂器115不是形成為一個(gè)空心圓柱或者多個(gè)空心圓柱并為一個(gè)嵌在另一個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)(如上面參考圖1A-圖3B示例的)的形狀，而是形成為一個(gè)或多個(gè)空心或?qū)嵭膱A柱或者它們的混合相互分隔的形狀。例如，圖4A和圖4B示出了多個(gè)空心圓柱(例如，如圖4B所示的第四空心圓柱401、第五空心圓柱403以及 第六空心圓柱405)在UBM 113上相互間隔開(kāi)的實(shí)施例，其中圖4B是圖4A沿線4B-4B’的平面圖。在 本實(shí)施例中，第四空心圓柱401、第五空心圓柱403以及第六空心圓柱405每個(gè)都具有在大約15微米和大約60微米之間的外徑(例如，大約30微米)，以及在大約5微米和大約20微米之間的內(nèi)徑(例如，大約10微米)。另外，各單個(gè)空心圓柱可以沿UBM 113的外部相互等距間隔開(kāi)。第四空心圓柱401、第五空心圓柱403和第六空心圓柱405可使用與第一止裂器115的形成(上述參考圖1A描述的)類似的工藝形成。例如，第一止裂器115可使用例如掩蔽和電鍍工藝、引線接合工藝或者減少性的蝕刻工藝形成。任何合適的工藝可用于形成第四空心圓柱401、第五空心圓柱403和第六空心圓柱405。然而，作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員會(huì)理解，盡管如上述圍繞UBM 113等距間隔開(kāi)的第四空心圓柱401、第五空心圓柱403和第六空心圓柱405是一個(gè)合適的實(shí)施例,然而本發(fā)明實(shí)施例不限于所述的精確數(shù)目和布局。相反，第一止裂器可由任何合適數(shù)目的圓柱制成。另外，可以任何方式將這些圓柱布置成靠近在UBM 113的外邊緣。所有這些數(shù)目和布置的組合全部包括在本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)。圖4C示出了上述圖4B中的第四空心圓柱401、第五空心圓柱403和第六空心圓柱405由第一實(shí)心圓柱407、第二實(shí)心圓柱409和第三實(shí)心圓柱411替代的另一種實(shí)施例。通過(guò)形成實(shí)心圓柱而不是空心圓柱，第一止裂器115制止裂紋擴(kuò)展的能力通過(guò)利用第一實(shí)心圓柱407，第二實(shí)心圓柱409和第三實(shí)心圓柱411得到提高，第一實(shí)心圓柱407、第二實(shí)心圓柱409和第三實(shí)心圓柱411的每個(gè)都具有更大的內(nèi)部支撐以用于制止裂紋擴(kuò)展。第一實(shí)心圓柱407、第二實(shí)心圓柱409和第三實(shí)心圓柱411可以以與上述參考圖4B描述的第四空心圓柱401、第五空心圓柱403和第六空心圓柱405類似的方式放置，或者可選地可以以另一種方式放置。另外，還可使用任何合適的空心圓柱和實(shí)心圓柱的組合。例如，第四空心圓柱401、第五空心圓柱403可與第三實(shí)心圓柱411 一起使用以便提供裂紋擴(kuò)展的阻力?？梢允褂眠@種組合以及任何其他實(shí)心圓柱和空心圓柱的合適組合，并且所有這些組合全部包括在本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)。圖5A-圖5B示出了使用相互間隔的多個(gè)空心圓柱的又一種實(shí)施例，圖5B示出了圖5A沿線5A-5A’的平面圖。在該實(shí)施例中，第四空心圓柱401、第五空心圓柱403和第六空心圓柱405與第七空心圓柱501、第八空心圓柱503、第九空心圓柱505、第十空心圓柱507以及第十一空心圓柱509 —起使用，并且這些空心圓柱沿UBM 113的外邊緣布置。另外，第十二空心圓柱511可位于UBM 113的中心區(qū)域。通過(guò)將第十二空心圓柱511放置在UBM 113的中心區(qū)內(nèi)，可利用放置在UBM 113外邊緣附近的空心圓柱來(lái)攔截可沿外部邊緣形成的任何裂紋，并且可利用位于UBM 113中心區(qū)域內(nèi)的第十二空心圓柱511來(lái)攔截在UBM 113外邊緣附件的空心圓柱之間擴(kuò)展的任何裂紋。因此，外部空心圓柱和第十二空心圓柱511的組合可被用于在裂紋一直擴(kuò)展使得穿過(guò)導(dǎo)電材料207之前來(lái)降低或者阻止裂紋擴(kuò)展。第七空心圓柱501、第八空心圓柱503、第九空心圓柱505、第十空心圓柱507以及第十一空心圓柱509可以形成得與上面參考圖4A-圖4B描述的第四空心圓柱401、第五空心圓柱403和第六空心圓柱405類似。例如，第七空心圓柱501、第八空心圓柱503、第九空心圓柱505、第十空心圓柱507以及第^ 空心圓柱509可使用例如掩蔽和電鍍工藝、引線接合工藝或者減少性的蝕刻工藝形成?？墒褂萌魏魏线m的工藝來(lái)形成第七空心圓柱501、第八空心圓柱503、第九空心圓柱505、第十空心圓柱507以及第i^一空心圓柱509。圖5C示出了第一實(shí)心圓柱407、第二實(shí)心圓柱409和第三實(shí)心圓柱411與第四實(shí)心圓柱513、第五實(shí)心圓柱517、第六實(shí)心圓柱517、第七實(shí)心圓柱519、第八實(shí)心圓柱521 —起使用并且沿UBM 113外部區(qū)域以環(huán)布置的類似實(shí)施例。另外，第九實(shí)心圓柱523可被放置在UBM 113的中心區(qū)域以便攔截可穿過(guò)由在UBM 113外部區(qū)域中的實(shí)心圓柱組成的環(huán)擴(kuò)展的任何裂紋。圖6A和圖6B示出了可用于形成圖4C中實(shí)心圓柱止裂器407、409和411或者可用于形成圖5C中實(shí)心圓柱止裂器407至523的可選工藝。在該實(shí)施例中，引線601 (包括諸如銅、金或鋁、這些的組合或類似物的材料)可接合到UBM 113，或者如果UBM 113不是期望的，引線601可直接接合到第一接觸焊盤109。引線601可使用例如引線接合工藝以期望的形狀接合到UBM 113或者第一接觸焊盤109。一旦引線601以球形或者楔形接合到UBM 113，垂直于UBM焊盤的引線的長(zhǎng)度可被切割到期望的長(zhǎng)度，例如在大約IOOym和大約300 μ m之間的長(zhǎng)度(例如大約200 μ m),可使用EFO (electronic flame off,電子點(diǎn)火)或剪刀或者其他類 型的刀片切割機(jī)制來(lái)進(jìn)行切割。
在一種實(shí)施例中，引線601可涂有保護(hù)層603 (沒(méi)有在圖6A-圖6B中單獨(dú)示出)。保護(hù)層603可以為諸如鈀、鎳、金、這些的組合或類似物的保護(hù)材料，并且可以在引線601接合到UBM 113之前由制造商置于到引線601上，或者可選地可以在引線601已接合并且被切割成期望的長(zhǎng)度后置于在引線601上。在一種實(shí)施例中，保護(hù)層603可通過(guò)電鍍工藝、學(xué)鍍工藝等形成，然而也可以使用任何合適的工藝來(lái)保護(hù)引線601。根據(jù)一種實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的導(dǎo)電焊盤。第一止裂器自導(dǎo)電焊盤延伸，第一止裂器具有環(huán)形并且沿導(dǎo)電層的外部區(qū)域設(shè)置。根據(jù)另一種實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括在襯底上的凸塊下金屬層。所述凸塊下金屬層包括中心區(qū)域以及圍繞所述中心區(qū)域的外部區(qū)域。第一止裂器位于外部區(qū)域中的凸塊下金屬層上，所述第一止裂器具有第一圓形。根據(jù)又一種實(shí)施例，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括在第一半導(dǎo)體襯底上的導(dǎo)電區(qū)以及在導(dǎo)電區(qū)上的第一止裂器。第一止裂器包括引線接合到第一半導(dǎo)體襯底上的導(dǎo)電區(qū)的引線。盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明及其優(yōu)點(diǎn)，但應(yīng)該理解，可以在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明主旨和范圍的情況下，做各種不同的改變，替換和更改。例如，形成止裂器的材料和方法可以改變，然而依然包括在本發(fā)明本實(shí)施例的范圍內(nèi)。另外，可以調(diào)整止裂器的精確形狀以有助于阻止或者減少裂紋的擴(kuò)展。而且，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于本說(shuō)明書中描述的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，通過(guò)本發(fā)明，現(xiàn)有的或今后開(kāi)發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明采用的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造，材料 組分、裝置、方法或步驟根據(jù)本發(fā)明可以被使用。因此，這樣的工藝、機(jī)器、制造、材料組分、裝置、方法或步驟應(yīng)該包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 在襯底上的導(dǎo)電焊盤；以及 自所述導(dǎo)電焊盤延伸的第一止裂器，所述第一止裂器具有環(huán)形并且沿所述導(dǎo)電焊盤的外部區(qū)域設(shè)置。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一止裂器具有為所述環(huán)形的第一開(kāi)□。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括為環(huán)形的第二止裂器，其中所述第二止裂器具有較小的直徑并且相對(duì)于所述第一止裂器橫向偏移。
4.如權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一止裂器具有為所述環(huán)形的第一開(kāi)口并且所述第二止裂器具有為所述環(huán)形的第二開(kāi)口。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述環(huán)形是斷環(huán)形。
6.—種半導(dǎo)體器件,包括: 在襯底上的凸塊下金屬層，所述凸塊下金屬層包括中心區(qū)域以及圍繞所述中心區(qū)域的外部區(qū)域； 在所述外部區(qū)域中所述凸塊下金屬化層上的第一止裂器，所述第一止裂器具有第一圓形。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一止裂器是不連續(xù)的圓形。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括在所述凸塊下金屬層上的第二止裂器，所述第二止裂器具有第二圓形。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括: 在第一半導(dǎo)體襯底上的導(dǎo)電區(qū)域；以及 在所述導(dǎo)電區(qū)域上的第一止裂器，所述第一止裂器包括引線接合到所述第一半導(dǎo)體襯底上的所述導(dǎo)電區(qū)域的引線。
10.如權(quán)利要 求16所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一止裂器進(jìn)一步包括引線接合到所述第一半導(dǎo)體襯底上的所述導(dǎo)電區(qū)域的多根引線。
全文摘要
本發(fā)明提供了用于阻止裂紋的系統(tǒng)和方法。一種實(shí)施例包括將止裂器置入半導(dǎo)體管芯和襯底之間的連接件。止裂器可以為空心或者實(shí)心圓柱形并且可被放置成便于阻止穿過(guò)止裂器的任何裂紋擴(kuò)展。本發(fā)明還公開(kāi)了互連止裂器結(jié)構(gòu)及方法。
文檔編號(hào)H01L23/488GK103247587SQ201210244569
公開(kāi)日2013年8月14日 申請(qǐng)日期2012年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者余振華, 史達(dá)元 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司