專利名稱：用于控制半導(dǎo)體裸片翹曲的設(shè)備和方法
用于控制半導(dǎo)體裸片翹曲的設(shè)備和方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體裸片制造。更具體來說，本發(fā)明涉及在制造半導(dǎo)體裸片時控制翹曲。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體晶片和裸片中的殘余應(yīng)力會造成翹曲。舉例來說，晶片上的沉積材料(例如，用以產(chǎn)生晶體管)可經(jīng)工程設(shè)計以具有不同于襯底的應(yīng)力的應(yīng)力，從而導(dǎo)致不平衡應(yīng)力。在其它狀況下，所述應(yīng)力未被工程設(shè)計，而僅僅是由不同材料引起。當(dāng)襯底與沉積材料之間的應(yīng)力不平衡時，襯底可翹曲或彎曲以達(dá)到均衡應(yīng)力。
另外，已封裝裸片所經(jīng)歷的溫度改變可造成翹曲。封裝的熱膨脹系數(shù)(CTE)不同于裸片的CTE。由于封裝和裸片的材料組之間的CTE失配而發(fā)生翹曲。當(dāng)在封裝與裸片之間存在實質(zhì)厚度差時，會加劇翹曲。
在封裝與裸片之間具有實質(zhì)厚度差的產(chǎn)品的一個實例為堆疊式1C。通常在堆疊式 IC中使用薄晶片以協(xié)助穿硅通孔的制造。在一些狀況下，可使裸片變薄到小于50微米，而不改變I毫米封裝的厚度。由于實質(zhì)厚度差，可發(fā)生嚴(yán)重翹曲。
當(dāng)翹曲嚴(yán)重時，會發(fā)生裸片到封裝的不充分接合。換句話說，翹曲可在封裝組裝過程期間防礙一些凸塊或支柱附接到襯底。如果在組裝之后發(fā)生翹曲，則凸塊或支柱可在終端用戶裝置與消費(fèi)者在一起時取消附接。
在圖3中看出，翹曲封裝襯底310在中心未耦合到翹曲裸片320。S卩，位于中心的互連件330未接觸封裝襯底310。盡管圖中未展示，但熱失配可在隅角中加應(yīng)力于互連件 330，從而使封裝襯底310從裸片320斷開。
另外，當(dāng)裸片與封裝襯底之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)失配時，互連件疲勞壽命會減少。當(dāng)溫度改變時，組裝件彎曲以適應(yīng)膨脹失配?；跍y量和機(jī)械模型，翹曲似乎發(fā)生在裸片的周邊處，尤其是在隅角處。集中于芯片的隅角處的張力導(dǎo)致從隅角擴(kuò)張開的裂痕。隨著裂痕擴(kuò)張，其顯露出芯片-底層填料界面或另一弱界面，從而在芯片電介質(zhì)中造成互連件疲勞或電氣故障。
盡管存在涉及裸片電介質(zhì)界面的應(yīng)力工程設(shè)計解決方案，但此些解決方案相對復(fù)雜且昂貴。因此，存在對有效率地控制裸片的翹曲的需要。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種半導(dǎo)體裸片具有位于外圍區(qū)域中的穿硅通孔。所述穿硅通孔減少所述半導(dǎo)體裸片的翹曲。
在另一方面中，一種用于制造半導(dǎo)體裸片的方法包括在所述半導(dǎo)體裸片的外圍區(qū)域中制造多個非信號載運(yùn)穿硅通孔以減少所述裸片的翹曲。
在又一方面中，一種半導(dǎo)體裸片具有用于增加所述半導(dǎo)體裸片的熱膨脹系數(shù) (CTE)的裝置，所述CTE增加裝置位于所述半導(dǎo)體裸片的外圍區(qū)域中。所述CTE增加裝置減少所述半導(dǎo)體裸片的翹曲。
在再一方面中，一種用于設(shè)計半導(dǎo)體裸片的計算機(jī)化方法包括確定用于應(yīng)力消除穿硅通孔的位置，以便減少裸片翹曲。
前文已相當(dāng)廣泛地概述了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點，以便可更好地理解隨后的詳細(xì)描述。下文將描述形成本發(fā)明的權(quán)利要求書的主題的額外特征和優(yōu)點。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)了解，所揭示的概念和特定實施例可易于用作修改或設(shè)計用于實行本發(fā)明的相同目的的其它結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員還應(yīng)認(rèn)識到，此些等效構(gòu)造不脫離在所附權(quán)利要求書中所闡述的本發(fā)明的技術(shù)。當(dāng)結(jié)合附圖考慮時，從以下描述將更好地理解據(jù)信為本發(fā)明所特有的新穎特征(關(guān)于其組織和操作方法兩者)，以及另外目的和優(yōu)點。然而，應(yīng)明確地理解，各圖中的每一者僅出于說明和描述的目的而提供，且無意作為本發(fā)明的限制的定義。


為了更完整地理解本發(fā)明，現(xiàn)參考結(jié)合附圖所考慮的以下描述。
圖1為展示可有利地使用本發(fā)明的實施例的示范性無線通信系統(tǒng)的方框圖。
圖2為說明用于所揭示的半導(dǎo)體裸片的電路和布局設(shè)計的設(shè)計工作站的方框圖。
圖3為說明翹曲的半導(dǎo)體裸片和封裝襯底的方框圖。
圖4為說明具有應(yīng)力消除通孔的半導(dǎo)體裸片的俯視圖的方框圖。
圖5為說明具有應(yīng)力消除通孔和圓角通孔的半導(dǎo)體裸片的俯視圖的方框圖。
具體實施方式
圖1為展示可有利地使用本發(fā)明的實施例的示范性無線通信系統(tǒng)100的方框圖。 出于說明的目的，圖1展示三個遠(yuǎn)程單元120、130和150，以及兩個基站140。應(yīng)認(rèn)識到，無線通信系統(tǒng)可具有多得多的遠(yuǎn)程單元和基站。遠(yuǎn)程單元120、130和150包括IC裝置125A、 125B和125C，IC裝置125A、125B和125C包括所揭示的半導(dǎo)體裸片。應(yīng)認(rèn)識到，含有IC的任何裝置還可包括此處所揭示的裸片，包括基站、開關(guān)裝置和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。圖1展示從基站 140到遠(yuǎn)程單元120、130和150的前向鏈路信號180，和從遠(yuǎn)程單元120、130和150到基站 140的反向鏈路信號190。
在圖1中，遠(yuǎn)程單元120被展示為移動電話，遠(yuǎn)程單元130被展示為便攜式計算機(jī)，且遠(yuǎn)程單元150被展示為在無線本地環(huán)路系統(tǒng)中的固定位置遠(yuǎn)程單元。舉例來說，所述遠(yuǎn)程單元可為移動電話、手持式個人通信系統(tǒng)(PCS)單元、例如個人數(shù)據(jù)助理的便攜式數(shù)據(jù)單元、具備GPS功能的裝置、導(dǎo)航裝置、機(jī)頂盒、音樂播放器、視頻播放器、娛樂單元、例如儀表讀取設(shè)備的固定位置數(shù)據(jù)單元，或存儲或檢索數(shù)據(jù)或計算機(jī)指令的任何其它裝置，或其任何組合。盡管圖1說明根據(jù)本發(fā)明的教示的遠(yuǎn)程單元，但本發(fā)明不限于這些示范性說明單元。本發(fā)明的實施例可適當(dāng)?shù)赜糜诎呻娐返娜魏窝b置中。
圖2為說明用于所揭示的半導(dǎo)體集成電路的電路和布局設(shè)計的設(shè)計工作站的方框圖。設(shè)計工作站200包括硬盤201，硬盤201含有操作系統(tǒng)軟件、支持文件，和例如 Cadence或OrCAD等設(shè)計軟件。設(shè)計工作站200還包括用以促進(jìn)電路和布局210的設(shè)計的顯示器。電路和布局210可包括通孔配置，如下文所揭示。提供存儲媒體204以用于有形地存儲電路和布局設(shè)計210。電路和布局設(shè)計210可以例如⑶SII或GERBER等文件格式存儲于存儲媒體204上。存儲媒體204可為⑶-R0M、DVD、硬盤、快閃存儲器，或其它適當(dāng)裝置。此外，設(shè)計工作站200包括用于從存儲媒體204接受輸入或?qū)⑤敵鰧懭氲酱鎯γ襟w204 的驅(qū)動設(shè)備203。
記錄于存儲媒體204上的數(shù)據(jù)可規(guī)定邏輯電路配置、用于光刻掩模的圖案數(shù)據(jù)， 或用于例如電子束光刻技術(shù)等串行寫入工具的掩模圖案數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)可進(jìn)一步包括例如與邏輯仿真相關(guān)聯(lián)的時序圖或網(wǎng)狀電路的邏輯驗證數(shù)據(jù)。在存儲媒體204上提供數(shù)據(jù)會通過減少用于設(shè)計半導(dǎo)體IC的過程的數(shù)目來促進(jìn)電路和布局210的設(shè)計。
根據(jù)本發(fā)明，在半導(dǎo)體裸片(或晶片)內(nèi)制造具有導(dǎo)電填充物(例如，金屬)的穿硅通孔以控制翹曲。所述穿硅通孔改進(jìn)裸片/襯底的熱膨脹系數(shù)(CTE)匹配。因此，互連件的疲勞壽命和可靠性會增加。
此外，所述穿硅通孔消除殘余應(yīng)力且產(chǎn)生更多空間以供襯底變形，從而減輕翹曲。 在一個實施例中，所述穿硅通孔為提供于裸片的外圍中的應(yīng)力消除通孔和圓角通孔。
如在圖4中所見，裸片40包括應(yīng)力消除通孔42。所述應(yīng)力消除通孔為安置于裸片隅角周圍以控制翹曲且還釋放殘余應(yīng)力的穿硅通孔。另外，應(yīng)力消除通孔44可在中心安置以重新分布?xì)堄鄳?yīng)力。應(yīng)力消除通孔44可有助于減少或增加裸片40的關(guān)鍵功能塊的應(yīng)力以滿足設(shè)計參數(shù)。
在一個實施例中，應(yīng)力消除通孔42填充有金屬，從而幫助改進(jìn)熱膨脹系數(shù)(CTE) 失配。示范性非限制性填充材料包括銅和鎢。適當(dāng)填充材料的選擇視所要封裝性能和成本而定。鎢具有較大模數(shù)，但具有較小熱膨脹系數(shù)(CTE)。舉例來說，在堆疊式裸片(雙層) 封裝中，鎢填充材料在通孔中導(dǎo)致較低應(yīng)力且在堆疊的各層之間的裸片到裸片互連件中導(dǎo)致較高應(yīng)力。因此，當(dāng)選擇填充材料時，在通孔與互連件之間存在性能折衷。
在一個實施例中，應(yīng)力消除通孔42、44并不載運(yùn)信號。然而,在另一實施例中，應(yīng)力消除通孔42、44確實載運(yùn)信號。
對于不同裸片，應(yīng)力消除通孔42、44的數(shù)目和確切位置尤其基于裸片大小、通孔直徑和應(yīng)力消除通孔的填充材料而變化?？稍诎雽?dǎo)體裸片設(shè)計階段期間通過分析裸片40 的熱機(jī)械模型來計算應(yīng)力消除通孔42、44的所要數(shù)目和應(yīng)力消除通孔44的位置。使應(yīng)力消除通孔42位于裸片的隅角中的一個優(yōu)點為此區(qū)域常常不用于裸片40的功能通孔。
如在圖5中所見，除了應(yīng)力消除通孔42以外，裸片50還包括圓角通孔55。在一個實施例中，應(yīng)力消除通孔42為用于應(yīng)力消除的主要機(jī)構(gòu)。如果應(yīng)力消除通孔自身不足以消除應(yīng)力，則將圓角通孔55用作次要機(jī)構(gòu)。在另一實施例中，圓角通孔55為主要機(jī)構(gòu)。
圓角通孔55還可填充有金屬，以幫助增加裸片50的熱膨脹系數(shù)。通過增加裸片 50的熱膨脹系數(shù)，裸片50的熱膨脹系數(shù)將更好地匹配于封裝(圖中未展示)的熱膨脹系數(shù)，從而減少翹曲。此外，額外裸片切斷區(qū)域產(chǎn)生更多空間以供襯底變形且消除殘余應(yīng)力。
圓角通孔55的格式可變化。在一個實施例中，如在縮放視圖中所見，所述格式為穿硅通孔陣列 。
可基于熱機(jī)械模型化和預(yù)期翹曲的量來確定圓角通孔55和應(yīng)力消除通孔42的特定布置。如果翹曲較顯著，則可提供圓角通孔55，這是因為圓角通孔55比應(yīng)力消除通孔42 移除更多的裸片材料，從而給予裸片50更多空間以變形。作為一般經(jīng)驗法則，如果通孔區(qū)域?qū)β闫瑓^(qū)域的比率增加，則翹曲受到更多地控制。換句話說，移除更多裸片材料會更好地控制翅曲。
在一個實施例中，不用于裸片50的功能的區(qū)域影響對在何處定位應(yīng)力消除通孔 42,44和圓角通孔55的決策?；蛘撸?dāng)翹曲問題變得更關(guān)鍵時，裸片50的功能塊經(jīng)設(shè)計以容納應(yīng)力消除通孔42、44和圓角通孔55。
應(yīng)力消除通孔42、44和圓角通孔55可在常規(guī)穿硅通孔形成過程期間進(jìn)行制造。因此，不需要額外制造過程。此外，因為易于制造應(yīng)力消除通孔42、44和圓角通孔55，所以幾乎不會增加額外制造成本。最終，應(yīng)力消除通孔42、44和圓角通孔55通過減少CTE失配而增強(qiáng)封裝襯底/裸片互連件的可靠性。即，增加了互連件疲勞壽命。
盡管術(shù)語“穿硅通孔”包括詞語“硅”，但應(yīng)注意，穿硅通孔未必建構(gòu)于硅中。而是， 材料可為任何裝置襯底材料。
盡管已詳細(xì)地描述本發(fā)明及其優(yōu)點， 但應(yīng)理解，在不脫離由所附權(quán)利要求書界定的本發(fā)明的技術(shù)的情況下，可在本文中進(jìn)行各種改變、替換和更改。此外，本申請案的范圍無意限于本說明書中所描述的過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、手段、方法和步驟的特定實施例。所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將易于從本發(fā)明了解，可根據(jù)本發(fā)明利用目前存在或以后待開發(fā)的執(zhí)行與本文中所描述的對應(yīng)實施例實質(zhì)上相同的功能或?qū)崿F(xiàn)實質(zhì)上相同的結(jié)果的過程、 機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求書意欲在其范圍內(nèi)包括此些過程、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、手段、方法或步驟。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裸片,其包含 位于所述半導(dǎo)體裸片的外圍區(qū)域中的多個穿硅通孔，所述穿硅通孔減少所述半導(dǎo)體裸片的翅曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裸片，其中所述穿硅通孔為非信號載運(yùn)穿硅通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裸片，其進(jìn)一步包含位于靠近所述半導(dǎo)體裸片的功能塊的中心區(qū)域中的至少一個額外非信號載運(yùn)穿硅通孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裸片，其中所述穿硅通孔包含應(yīng)力消除通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體裸片，其中所述應(yīng)力消除通孔包含圓角通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體裸片，其中每一圓角通孔包含一穿硅通孔陣列。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裸片，其中所述外圍區(qū)域包含所述半導(dǎo)體裸片的至少一個隅角。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體裸片，其中所述外圍區(qū)域包含所述半導(dǎo)體裸片的至少一個邊緣。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裸片，其集成到選自由手持式裝置和個人計算機(jī)組成的群組的物項中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裸片，其集成到堆疊式IC中。
11.一種用于制造半導(dǎo)體裸片的方法，其包含 在所述半導(dǎo)體裸片的外圍區(qū)域中制造多個非信號載運(yùn)穿硅通孔以減少所述裸片的翹曲。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包含與制造所述非信號載運(yùn)穿硅通孔實質(zhì)上同時地制造信號載運(yùn)穿硅通孔。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包含在靠近所述半導(dǎo)體裸片的功能塊的中心區(qū)域中制造至少一個額外非信號載運(yùn)穿硅通孔。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中所述制造包含在所述半導(dǎo)體裸片的隅角中制造至少一個非信號載運(yùn)穿硅通孔陣列。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中制造所述至少一個陣列包含制造至少一個圓角通孔。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其進(jìn)一步包含將所述半導(dǎo)體裸片集成到選自由手持式裝置和個人計算機(jī)組成的群組的物項中。
17.一種半導(dǎo)體裸片，其包含 用于增加所述半導(dǎo)體裸片的熱膨脹系數(shù)CTE的裝置，其位于所述半導(dǎo)體裸片的外圍區(qū)域中，所述CTE增加裝置減少所述半導(dǎo)體裸片的翹曲。
18.一種用于設(shè)計半導(dǎo)體裸片的計算機(jī)化方法，其包含 確定用于應(yīng)力消除穿硅通孔的位置，以便減少裸片翹曲。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的計算機(jī)化方法，其中所述確定包含相對于封裝襯底的熱膨脹系數(shù)來分析所述半導(dǎo)體裸片的熱膨脹系數(shù)。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裸片具有經(jīng)布置以減少翹曲的穿硅通孔。所述穿硅通孔調(diào)整所述半導(dǎo)體裸片的熱膨脹系數(shù)、準(zhǔn)許襯底變形，且還消除殘余應(yīng)力。所述穿硅通孔可位于所述半導(dǎo)體裸片的邊緣和/或隅角中。所述穿硅通孔為可用圓角通孔進(jìn)行補(bǔ)充以減少所述半導(dǎo)體裸片的翹曲的應(yīng)力消除通孔。
文檔編號H01L23/48GK103038877SQ201080063996
公開日2013年4月10日 申請日期2010年12月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月17日
發(fā)明者白雪, 烏爾米·雷 申請人:高通股份有限公司