專利名稱：焊料隆起集成電路的esd網(wǎng)絡(luò)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及包括保護(hù)ESD結(jié)構(gòu)和用于外部互連的焊料隆起的集成電路和 半導(dǎo)體芯片。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)集成電路技術(shù)中，使用按照一個(gè)或多個(gè)行圍繞半導(dǎo)體管芯(die)的外圍布 置的引線接合焊盤(wire bond pad)，或者使用按照陣列在管芯的電路區(qū)域上布置的焊料 隆起焊盤，來進(jìn)行互連。電子工業(yè)的趨勢(shì)是增加焊料隆起連接上的可靠性。通常，最初利用 引線鍵合的現(xiàn)有電路設(shè)計(jì)針對(duì)焊料隆起進(jìn)行的改進(jìn)，或者利用焊料隆起作為除了傳統(tǒng)引線 鍵合裝配以外的選項(xiàng)來進(jìn)行。與所提供的弓I線鍵合焊盤一起，還存在保護(hù)電路的內(nèi)部部件不受靜電放電(ESD) 事件(例如在處理電路管芯期間發(fā)生的靜電放電)影響的電路。ESD可以導(dǎo)致大約2000伏 特或更大的電壓峰值，這會(huì)導(dǎo)致大約1500歐姆電阻上大約1. 5安培的電流放電。保護(hù)ESD 電路典型地位于包圍管芯外圍的輸入/輸出(I/O)接合焊盤與晶體管柵極或與焊盤電連接 的其他電子組件之間。ESD電路提供從I/O焊盤到地焊盤或到電源的路徑，或用于管芯的偏 壓路徑。該電路徑被設(shè)計(jì)為由高電壓(例如，例如在管芯的瞬時(shí)輸入或輸出焊盤處出現(xiàn)的 靜電放電)致動(dòng)。通常，在放置在電路的邊緣附近的環(huán)中配置ESD結(jié)構(gòu)，并且在原地經(jīng)由外圍鍵合 焊盤。這使得從電路邊緣到ESD的信號(hào)路徑變得足夠短和強(qiáng)。當(dāng)這種半導(dǎo)體管芯同樣具備 用于倒裝芯片配置的隆起焊盤，在內(nèi)部區(qū)域上分布的隆起焊盤被布線至ESD環(huán)，導(dǎo)致較長 互連長度，并且通常復(fù)雜的布線會(huì)占用管芯區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的各個(gè)方面涉及包括半導(dǎo)體管芯的集成電路芯片，該半導(dǎo)體管芯具有由外 圍區(qū)域限制的內(nèi)部區(qū)域，這樣的半導(dǎo)體管芯包括位于管芯(die)內(nèi)部區(qū)域中的至少一個(gè)功 能域，以及為至少一個(gè)功能域提供I/O互連的I/O電路。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，I/O電路 包括多個(gè)焊料隆起焊盤，而不包括外圍引線鍵合焊盤，并且隆起焊盤的至少一部分是在管 芯內(nèi)部區(qū)域上分布的內(nèi)部隆起焊盤。提供ESD網(wǎng)絡(luò)以保護(hù)管芯的組件不受靜電放電的影 響，ESD網(wǎng)絡(luò)包括位于管芯內(nèi)部區(qū)域中的多個(gè)ESD結(jié)構(gòu)，每個(gè)ESD結(jié)構(gòu)被放置為靠近相應(yīng)電 源和地連接，并且被定位為相對(duì)于內(nèi)部隆起焊盤與管芯外圍區(qū)域之間的平均路徑長度，縮 短了內(nèi)部隆起焊盤與ESD結(jié)構(gòu)之間的平均互連長度。本發(fā)明的各個(gè)方面還涉及用于設(shè)計(jì)包括半導(dǎo)體管芯的集成電路芯片的方法，該半 導(dǎo)體管芯具有由外圍區(qū)域限制的內(nèi)部區(qū)域，至少一個(gè)功能域位于管芯內(nèi)部區(qū)域中。這種方 法包括在管芯的表面上分布焊料隆起焊盤，來為至少一個(gè)功能域提供I/O互連的I/O電路， 而不包括外部引線鍵合焊盤，隆起焊盤的至少一部分是在管芯內(nèi)部區(qū)域上分布的內(nèi)部隆起 焊盤。這種方法還包括提供ESD結(jié)構(gòu)的ESD網(wǎng)絡(luò)以保護(hù)管芯的組件不受靜電放電的影響，ESD結(jié)構(gòu)的至少一部分位于管芯內(nèi)部區(qū)域中，每個(gè)ESD結(jié)構(gòu)被放置為靠近相應(yīng)電源和地連 接，并且被定位為相對(duì)于內(nèi)部隆起焊盤與管芯外圍區(qū)域之間的平均路徑長度，縮短了內(nèi)部 隆起焊盤與ESD結(jié)構(gòu)之間的平均互連長度。以上概述并不意在描述本公開的每個(gè)實(shí)施例或每個(gè)實(shí)現(xiàn)方式。以下附圖和詳細(xì)描 述更具體地示例了各個(gè)實(shí)施例。


結(jié)合附圖，考慮本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的以下詳細(xì)描述，可以更完整地理解本發(fā)明， 在附圖中圖1示出了可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明方面的半導(dǎo)體管芯的一部分；以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括ESD網(wǎng)絡(luò)和I/O互連的半導(dǎo)體管芯的一部 分。盡管本發(fā)明可修改成各種變型和備選形式，但本發(fā)明的細(xì)節(jié)已經(jīng)通過附圖中的示 例示出，并進(jìn)行詳細(xì)描述。然而，應(yīng)當(dāng)理解并不意在將本發(fā)明限制于所描述的具體實(shí)施例。 相反，意在覆蓋落在包括由所附權(quán)利要求限定的方面在內(nèi)的本發(fā)明范圍內(nèi)的所有修改、等 同物和備選方案。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)施例涉及集成電路和半導(dǎo)體管芯，包括管芯內(nèi)部區(qū)域中的至少一個(gè) 功能域，以及為至少一個(gè)功能域提供I/O互連的I/O電路，I/O電路包括多個(gè)焊料隆起焊盤， 而不包括外圍線鍵合焊盤，隆起焊盤的至少一部分是在管芯內(nèi)部區(qū)域上分布的內(nèi)部隆起焊 盤。根據(jù)特定實(shí)施例，本發(fā)明的IC和管芯還包括ESD網(wǎng)絡(luò)以保護(hù)管芯的組件不受靜電放電 的影響，ESD網(wǎng)絡(luò)包括位于管芯內(nèi)部區(qū)域中的多個(gè)ESD結(jié)構(gòu)，每個(gè)ESD結(jié)構(gòu)被放置為靠近相 應(yīng)電源和地連接，并被定位為相對(duì)于內(nèi)部隆起焊盤與管芯外圍區(qū)域之間的平均路徑長度， 縮短了內(nèi)部隆起焊盤與ESD結(jié)構(gòu)之間的平均互連長度。根據(jù)特定實(shí)施例，本發(fā)明利用了互連長度的縮短以及較小的封裝管腳的優(yōu)點(diǎn)，這 可以通過與引線鍵合相比較的隆起焊盤鍵合來提供。隆起焊盤鍵合可以在管芯的表面上提 供I/O互連的點(diǎn)，縮短了與功能域的互連距離。在本發(fā)明中，應(yīng)認(rèn)識(shí)到，移除多于引線接合 焊盤允許根據(jù)需要從管芯外圍移除ESD結(jié)構(gòu)，例如，將ESD結(jié)構(gòu)置于更接近電源和功率的位置處。本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例具體適合于設(shè)計(jì)要經(jīng)由管芯的整個(gè)區(qū)域上的焊料隆起連接 (與經(jīng)由外圍接合焊盤上的焊料隆起接合或連接相比)的集成電路。對(duì)于自我包含的片上 系統(tǒng)(SoC)系統(tǒng)，工業(yè)上的趨勢(shì)是經(jīng)由焊料隆起焊盤連接，以提供較小管腳封裝的優(yōu)點(diǎn)。盡 管示意性地根據(jù)無線電基帶SoC系統(tǒng)(如附圖所示)內(nèi)的實(shí)現(xiàn)方式考慮本發(fā)明的各個(gè)方 面，但是從這里提供描述中將認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明的方面在目前已知或?yàn)榱税l(fā)展的其他環(huán)境中 是有用的。例如，任何單片IC技術(shù)用于本發(fā)明的候選，包括任何基于硅(或其他半導(dǎo)體) 技術(shù)、任何模擬數(shù)字RF、混合信號(hào)、SoC等。根據(jù)特定實(shí)施例，本發(fā)明提供了移除多余外圍引線接合焊盤，自由地物理再分布 ESD電路，以將ESD單元放置在電路內(nèi)部中的半導(dǎo)體管芯內(nèi)，并因此期望更接近電源和地連接，這簡(jiǎn)化和縮短了互連布線并縮減了總的管芯面積。根據(jù)特定實(shí)施例，隆起焊盤提供電路 的所有1/0，并且不使用外圍引線接合焊盤。通過移除不使用的引線接合焊盤，移除了管芯 周圍布線信號(hào)和供電的障礙。因此可以從電路邊緣移除與引線接合焊盤(目前已被移除) 相關(guān)聯(lián)的其他電路，例如ESD結(jié)構(gòu)和1/0，獲得簡(jiǎn)化的焊料隆起布線。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例將 基于ESD和I/O單元的接合焊盤放置在電路的內(nèi)部中因此提高了互連布線。移除外圍接合焊盤允許將ESD電路放置在電路內(nèi)部，而不是僅圍繞電路邊緣放 置。這樣，具體地與如上根據(jù)需要從內(nèi)部焊料隆起到電路的邊緣的布線相比，ESD電路可以 被定位為縮短ESD器件與焊料隆起(在管芯表面上分布的焊料隆起)之間的互連長度。例 如，根據(jù)特定實(shí)施例，ESD器件與焊料隆起焊盤之間的平均互連長度可以不大于隆起焊盤螺 距的大約三倍，或者甚至不大于隆起焊盤螺距的大約兩倍。根據(jù)電路尺寸，這樣的平均互連 長度可以轉(zhuǎn)變?yōu)榇蠹s50到150微米。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，焊料隆起信號(hào)通過至按照策略布置的ESD結(jié)構(gòu)的行對(duì) 短導(dǎo)線來布線，例如，使得與另外從焊料隆起到電路邊緣所需的導(dǎo)線相比，縮短了導(dǎo)線長 度。根據(jù)ESD結(jié)構(gòu)，信號(hào)在電路中向著其預(yù)期的目的地繼續(xù)。遠(yuǎn)離電路邊緣，可以在管芯的 內(nèi)部區(qū)域中適當(dāng)?shù)靥峁┽槍?duì)ESD結(jié)構(gòu)的強(qiáng)電源和地布線，使得可以根據(jù)期望設(shè)置ESD結(jié)構(gòu)， 其中，強(qiáng)電源和地連接是可用的，并且縮短了信號(hào)布線的長度。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例布 置ESD網(wǎng)絡(luò)可以獲得減小的電路面積和復(fù)雜度，并且獲得ESD結(jié)構(gòu)設(shè)置的靈活性。例如，典 型現(xiàn)有技術(shù)接合焊盤螺距(中心到中心的距離)大約為40到50微米。這樣的尺寸可以提 供10到15微米(中心到中心)的內(nèi)部ESD結(jié)構(gòu)，并且根據(jù)需要堆疊ESD結(jié)構(gòu)。通常，由于較大和復(fù)雜的ESD電路(例如，ESD消弧電路)用于保護(hù)各種電源，期 望為ESD結(jié)構(gòu)提高額外的空間。對(duì)于魯棒的IC設(shè)計(jì)，期望使用至少一個(gè)以及通常間隔密集 的多個(gè)這樣的ESD電路來保護(hù)到達(dá)焊料隆起焊盤的每個(gè)電源。圖1示出了可以用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體管芯100的一部分。管芯100 具有外圍110和I/O互連電路，I/O互連電路包括按照陣列在管芯表面上分布的焊料焊盤 130。示出了功能域120(例如，RF宏(macro))，包括各種電路元件組件。電路元件以實(shí)線示 出，焊料焊盤130以虛線示出，以指示隆起焊盤130位于管芯100的電路的頂部。管芯100 不包括圍繞外圍110的接合焊盤，使得所有I/O互連由焊料隆起焊盤130來提供。焊料隆 起焊盤130通過被稱作再分布層(RDL)的附加金屬層(圖中未示出)連接至它們相應(yīng)的電 路元件。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括ESD網(wǎng)絡(luò)的半導(dǎo)體管芯200的一部分。管芯 200具有外圍210和I/O互連電路，I/O互連電路包括按照陣列在管芯的表面上分布的隆起 焊盤230。示出了功能域220(例如，RF宏)，包括各種電路元件組件，圖中未示出這些電路 元件組件，以便更好地演示ESD網(wǎng)絡(luò)。ESD網(wǎng)絡(luò)包括圍繞管芯外圍210的ESD環(huán)MOp、延伸 到管芯內(nèi)部的內(nèi)部ESD結(jié)構(gòu)MOi?？梢允褂萌魏芜m合的ESD結(jié)構(gòu)，通常ESD結(jié)構(gòu)的選擇基 于被實(shí)現(xiàn)的IC產(chǎn)品的需要所適合和期望的。例如，圖2示出了由從不同焊料焊盤230延伸 到ESD網(wǎng)絡(luò)的導(dǎo)線的寬度指示的至少兩個(gè)不同的ESD域。在示例結(jié)構(gòu)中，通過RDL層從隆 起焊盤到ESD器件的連接(由粗線指示)相對(duì)較短，其在實(shí)際中盡可能強(qiáng)壯和魯棒。管芯200不包括圍繞外圍210的接合焊盤，使得所有I/O互連由焊料隆起焊盤230 來提供。由于不存在外圍引線接合焊盤，不需要將內(nèi)部隆起焊盤布線至外圍ESD環(huán)。這樣，如圖2所示，可以將內(nèi)部隆起焊盤布線至內(nèi)部ESD結(jié)構(gòu)。為了簡(jiǎn)要起見，僅在功能域220的 一半(圖2的左半部)中示出了與ESD結(jié)構(gòu)的大多數(shù)焊料焊盤連接。應(yīng)注意到，所示的布 線僅是示出了本發(fā)明的特征的示例，并且可以實(shí)現(xiàn)任何期望的路由。確實(shí)，本發(fā)明的特定實(shí) 施例提供了增加的確定布線的靈活性。如從圖2可以認(rèn)識(shí)到，與如果僅將焊料焊盤布線在至圍繞管芯外圍的ESD環(huán)的情 況相比，可以使從隆起焊盤到ESD網(wǎng)絡(luò)的平均互連長度變得更短。例如，所示的隆起焊盤 231經(jīng)由導(dǎo)線231i布線至內(nèi)部ESD結(jié)構(gòu)，可以將導(dǎo)線231i的長度與至外圍ESD環(huán)的備選布 線231p相比較。備選布線231p使在不提供內(nèi)部ESD結(jié)構(gòu)的情況下所需的布線的示例。對(duì) 于其他示意，所示的隆起焊盤232經(jīng)由導(dǎo)線232i連接至內(nèi)部ESD結(jié)構(gòu)，可以將導(dǎo)線232i的 長度與至外圍ESD環(huán)的備選布線232p相比較。如這些示例所示，互連路徑長度的縮短尤其 適用于最內(nèi)部的焊料焊盤。這樣，不僅縮短了平均互連路徑長度，而且可以保留管芯面積， 這是由于不需要從內(nèi)部焊料焊盤布線至管芯外圍。應(yīng)認(rèn)識(shí)到，可以使用標(biāo)準(zhǔn)工藝和技術(shù)來制造這里描述的電路。盡管以上并在所附 權(quán)利要求中已經(jīng)描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不背離本發(fā)明的精神和 范圍的前提下，可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行許多改變。
權(quán)利要求
1.一種包括半導(dǎo)體管芯(100、200)的集成電路芯片，所述半導(dǎo)體管芯(100、200)具有 由外圍區(qū)域(110、210)限定的內(nèi)部區(qū)域，所述半導(dǎo)體管芯(100、200)包括-位于管芯內(nèi)部區(qū)域中的至少一個(gè)功能域(120，220)；-為所述至少一個(gè)功能域(120，220)提供I/O互連的I/O電路，I/O電路包括多個(gè)焊料 隆起焊盤(130、230)，而不包括外圍引線接合焊盤，隆起焊盤中的至少一部分是在管芯內(nèi)部 區(qū)域上分布的內(nèi)部隆起焊盤；以及-ESD網(wǎng)絡(luò)(140p/140i、240p/M0i)，保護(hù)管芯的組件免受靜電放電，ESD網(wǎng)絡(luò)包括位于 管芯內(nèi)部區(qū)域(140i、M0i)中的多個(gè)ESD結(jié)構(gòu)，每個(gè)ESD結(jié)構(gòu)被放置為靠近相應(yīng)電源和地 連接，并且被定位為相對(duì)于內(nèi)部隆起焊盤與管芯外圍區(qū)域之間的平均路徑長度，縮短了內(nèi) 部隆起焊盤與ESD結(jié)構(gòu)之間的平均互連長度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路芯片，其中，所述至少一個(gè)功能域包括RF宏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路芯片，其中，所述至少一個(gè)功能域包括數(shù)字宏。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路芯片，其中，ESD網(wǎng)絡(luò)還包括被設(shè)置在管芯外圍附 近的ESD環(huán)以及被設(shè)置在管芯內(nèi)部區(qū)域中的內(nèi)部ESD結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路芯片，其中，I/O互連通過管芯的金屬再分布層被布 線至ESD。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路芯片，其中，I/O電路為整個(gè)管芯提供焊料隆起焊盤 I/O互連，而不包括外圍引線接合焊盤。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路芯片，其中，集成電路芯片被實(shí)現(xiàn)為SoC。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路芯片，其中，集成電路芯片被實(shí)現(xiàn)為無線電基帶SoC0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路芯片，其中，內(nèi)部隆起焊盤與ESD結(jié)構(gòu)之間的平均互 連長度不超過隆起焊盤之間平均間隔的三倍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路芯片，其中，內(nèi)部隆起焊盤與ESD結(jié)構(gòu)之間的平均 互連長度不超過隆起焊盤之間的平均間隔的兩倍。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成電路芯片，其中，內(nèi)部隆起焊盤與ESD結(jié)構(gòu)之間的平均 互連長度在大約50微米到150微米的范圍內(nèi)。
12.一種用于設(shè)計(jì)包括半導(dǎo)體管芯(100、200)的集成電路芯片的方法，所述半導(dǎo)體管 芯(100、200)具有由外圍區(qū)域(110、210)限定的內(nèi)部區(qū)域，以及位于管芯內(nèi)部區(qū)域中的至 少一個(gè)功能域，所述方法包括-在管芯表面上分布焊料隆起焊盤(130、230)，來為所述至少一個(gè)功能域(120、220)提 供I/O互連，而不包括外圍引線接合焊盤，隆起焊盤中的至少一部分是在管芯內(nèi)部區(qū)域上 分布的內(nèi)部隆起焊盤；以及-提供ESD結(jié)構(gòu)的ESD網(wǎng)絡(luò)(140p/140i、M0p/240i)，以保護(hù)管芯的組件免受靜電放 電，ESD結(jié)構(gòu)的至少一部分位于管芯內(nèi)部區(qū)域(140i、M0i)中，每個(gè)ESD結(jié)構(gòu)被放置為靠近 相應(yīng)電源和地連接，并且被定位為相對(duì)于內(nèi)部隆起焊盤與管芯外圍區(qū)域之間的平均路徑長 度，縮短了內(nèi)部隆起焊盤與ESD結(jié)構(gòu)之間的平均互連長度。
全文摘要
集成電路芯片的半導(dǎo)體管芯(100、200)具有在管芯的有源區(qū)域上分布的焊料隆起焊盤(130、230)，但不包括外圍引線接合焊盤。所述管芯還具有以網(wǎng)絡(luò)布置的保護(hù)ESD網(wǎng)絡(luò)(140p/140i、240p/240i)，包括延伸到管芯的內(nèi)部區(qū)域中的ESD結(jié)構(gòu)。這允許將ESD結(jié)構(gòu)放置為靠近相應(yīng)電源和地連接，并且被定位為相對(duì)于內(nèi)部隆起焊盤與管芯外圍區(qū)域之間的平均路徑長度，縮短了內(nèi)部隆起焊盤與ESD結(jié)構(gòu)之間的平均互連長度。
文檔編號(hào)H01L23/58GK102124561SQ200980110284
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年3月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月22日
發(fā)明者奧利弗·查爾朗, 維克托·阿卡拉斯 申請(qǐng)人:Nxp股份有限公司