專利名稱：在半導(dǎo)體器件和封裝組件中的凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件，更具體地，涉及位于半導(dǎo)體器件和封裝組件中的凸塊結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
由于各種電子元件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成密度的不斷改善，半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了持續(xù)的快速發(fā)展。通常，集成密度的這種改善源于最小特征尺寸的反復(fù)減小，從而允許更多的元件集成在給定面積上。過(guò)去的幾十年還經(jīng)歷了半導(dǎo)體封裝的多種改變，該半導(dǎo)體封裝的改變對(duì)整個(gè)半導(dǎo)體工業(yè)具有影響。表面貼裝技術(shù)(SMT)和球柵陣列(BGA)封裝的引入通常對(duì)于各種IC器·件的高生產(chǎn)能力裝配來(lái)說(shuō)是重要的進(jìn)步，同時(shí)允許減小印刷電路板上的焊盤間距。封裝IC具有基本上通過(guò)細(xì)金絲互連的結(jié)構(gòu)，該細(xì)金絲位于管芯上方的金屬焊盤和電極之間，該細(xì)金絲延伸到模制的樹(shù)脂封裝件外部。另一方面，一些芯片級(jí)封裝(CSP)或者BGA封裝取決于焊料凸塊，從而提供位于管芯上方的接觸和位于襯底上方的接觸之間的電連接，例如，該襯底為封裝襯底、印刷電路板(PCB)、或另一管芯/晶圓等。其他CSP或者BGA封裝件根據(jù)用于結(jié)構(gòu)集成的焊料連接利用設(shè)置在導(dǎo)體柱上方的焊球或金屬凸塊。組成互連的不同層通常具有不同的熱膨脹系數(shù)(CTE)。因此，將源于這種偏差的相對(duì)較大的應(yīng)力施加在連接區(qū)域上，從而通常形成裂紋并且將這種裂紋傳播到低介電常數(shù)(低k)介電層或者傳播到焊料連接區(qū)域。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，包括第一導(dǎo)電焊盤和第二導(dǎo)電焊盤；第一凸塊結(jié)構(gòu)，覆蓋并且電連接至第一導(dǎo)電焊盤；以及第二凸塊結(jié)構(gòu)，覆蓋并且電連接至第二導(dǎo)電焊盤，存在從第一凸塊結(jié)構(gòu)的中心至第二凸塊結(jié)構(gòu)的中心的凸塊間距，其中，第一導(dǎo)電焊盤具有第一寬度，第一凸塊結(jié)構(gòu)具有第二寬度的第一凸塊下金屬化UBM層,第二寬度大于第一寬度。其中，第二寬度和凸塊間距之間的比率在約O. 65和約O. 8之間。其中，第一寬度和凸塊間距之間的比率在約O. 5和O. 6之間。該半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括鈍化層，位于第一導(dǎo)電焊盤和第一 UBM層之間，鈍化層具有露出第一導(dǎo)電焊盤的一部分的第一開(kāi)口。其中，第一開(kāi)口的寬度和凸塊間距之間的比率在約O. 3和O. 4之間。該半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括保護(hù)層，位于鈍化層和UBM層之間，保護(hù)層覆蓋鈍化層并且具有露出第一導(dǎo)電焊盤的一部分的第二開(kāi)口。其中，在第二開(kāi)口的寬度和第一開(kāi)口的寬度之間的比率在約O. 7和O. 9之間。其中，第一凸塊結(jié)構(gòu)包括位于第一 UBM層上方的銅柱。其中，第一凸塊結(jié)構(gòu)包括覆蓋銅柱的金屬覆蓋層。
其中，第一凸塊結(jié)構(gòu)包括覆蓋銅柱的焊料層。此外，還提供了一種封裝組件，包括半導(dǎo)體器件，包括導(dǎo)電焊盤、位于導(dǎo)電焊盤上方的凸塊下金屬化UBM層、以及位于UBM層上方的導(dǎo)體柱；襯底，包括導(dǎo)電區(qū)域、覆蓋襯底并且露出導(dǎo)電區(qū)域的一部分的掩模層；以及焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，位于半導(dǎo)體器件的導(dǎo)體柱和襯底的導(dǎo)電區(qū)域之間，其中，導(dǎo)電焊盤具有第一寬度，并且UBM層具有大于第一寬度的第二寬度。其中，掩模層具有露出導(dǎo)電區(qū)域的一部分的掩模開(kāi)口，并且掩模開(kāi)口的寬度小于
第二寬度。其中，掩模開(kāi)口的寬度和第二寬度之間的比率在約O. 7和約O. 8之間。其中，導(dǎo)體柱包括銅柱，并且導(dǎo)電區(qū)域?yàn)殂~跡線。其中，掩模層為阻焊層。此外，還提供了一種半導(dǎo)體器件，包括半導(dǎo)體襯底，包括導(dǎo)電焊盤，導(dǎo)電焊盤具有第一寬度；保護(hù)層，覆蓋半導(dǎo)體襯底并且露出導(dǎo)電焊盤的一部分；凸塊下金屬化UBM層，覆蓋保護(hù)層并且電連接至導(dǎo)電焊盤，UBM層具有大于第一寬度的第二寬度；以及導(dǎo)體柱，覆蓋·麗層。其中，第二寬度大于第一寬度的I. 2倍。其中，第二寬度大于第一寬度的I. 3倍。其中，導(dǎo)體柱包括銅柱。該半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括覆蓋銅柱的金屬覆蓋層。


圖I至圖6為根據(jù)示例性實(shí)施例示出形成具有凸塊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法的各個(gè)中間階段的橫截面圖；以及圖7為根據(jù)示例性實(shí)施例的封裝組件的橫截面圖。
具體實(shí)施例方式下面，詳細(xì)討論本發(fā)明實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本實(shí)施例提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的發(fā)明概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅示出制造和使用實(shí)施例的具體方式，而不用于限制本發(fā)明的范圍。本文所述的實(shí)施例涉及通過(guò)半導(dǎo)體器件使用的凸塊結(jié)構(gòu)的使用。如下文所討論的，公開(kāi)了實(shí)施例，該實(shí)施例為了將一個(gè)襯底附接至另一襯底，利用凸塊結(jié)構(gòu)，其中，每個(gè)襯底可以為管芯、晶圓、中間襯底、印刷電路板、或者封裝襯底等，從而允許管芯附接至管芯、晶圓附接至管芯、晶圓附接至晶圓、管芯或者晶圓附接至中間襯底、或者印刷電路板、或者封裝襯底等。在整個(gè)附圖和所描述的實(shí)施例中，將相同的參考標(biāo)號(hào)用于指定相同的元件?，F(xiàn)在，具體地，將在附圖中所示的示例性實(shí)施例作為參考。在可能的情況下，在附圖和描述中使用相同的參考標(biāo)號(hào)，從而指的是相同或相似部件。在附圖中，為了清楚和方便，形狀和厚度可以放大。該描述尤其針對(duì)根據(jù)本發(fā)明形成裝置的部件或者更直接與裝置共同運(yùn)轉(zhuǎn)的元件。應(yīng)該理解，沒(méi)有具體示出或者描述的元件可以采取各種形式。此外，當(dāng)層指的是位于另一層上方或者襯底“上方”時(shí)，該層可能直接位于其他層或襯底上方，或者還可能具有中間層。整個(gè)本說(shuō)明書中引用“一個(gè)實(shí)施例”或“某個(gè)實(shí)施例”意味著至少一個(gè)實(shí)施例包括關(guān)于所述實(shí)施例而描述的特定部件、結(jié)構(gòu)或特征。因此，在本說(shuō)明書的各個(gè)位置出現(xiàn)的短語(yǔ)“在一個(gè)實(shí)施中”或“在某個(gè)實(shí)施例中”不一定均指同一個(gè)實(shí)施例。而且，在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例中可以以任何合適的方式組合特定部件、結(jié)構(gòu)或特征。應(yīng)理解，以下附圖沒(méi)有按比例繪制；而這些附圖只是為了闡明。圖I至圖6為示出根據(jù)示例性實(shí)施例形成具有凸塊結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件的方法的各個(gè)中間階段的橫截面圖。參考圖1，用于凸塊制造的襯底10的實(shí)例可以包括如在半導(dǎo)體集成電路制造中采用的半導(dǎo)體襯底，以及可以在該半導(dǎo)體襯底中和/或半導(dǎo)體襯底上形成的集成電路。半導(dǎo)體襯底可以為包括半導(dǎo)體材料的任何結(jié)構(gòu)，該半導(dǎo)體襯底包括但不限于體硅、半導(dǎo)體晶圓、絕緣體上娃(SOI)襯底、或者娃鍺襯底。還可以使用包括III族、IV族和/或V族元素的其他半導(dǎo)體材料。襯底10可以進(jìn)一步包括多個(gè)隔離部件(未示出)，例如，淺溝槽隔離(STI)部件或者局部硅氧化(LOCOS)部件。隔離部件可 以隔離各種微電子元件(未示出)?？梢栽谝r底10中形成各種微電子元件，該各種微電子元件的實(shí)例包括晶體管(例如，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互連金屬氧化物(CMOS)晶體管、雙極結(jié)型晶體管(BJT)、高壓晶體管、高頻晶體管、P溝道和/或η溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管(PFET/NFET)等)；電阻器；二極管；電容器；電感器；熔絲；和/或其他適當(dāng)元件。實(shí)施包括沉積、蝕刻、注入、光刻、退火、和/或其他適當(dāng)工藝的各種工藝，從而形成各種微電子元件。互連微電子元件，從而形成集成電路器件，例如，邏輯器件、存儲(chǔ)器件(例如SRAM)、RF器件、輸入/輸出(I/O)設(shè)備、片上系統(tǒng)(SoC)器件、其組合、和/或其他適當(dāng)類型的器件。襯底10進(jìn)一步包括覆蓋集成電路的層間介電層和金屬化結(jié)構(gòu)。位于金屬化結(jié)構(gòu)中的層間介電層包括低k介電材料、未摻雜的娃玻璃(USG)、氮化娃、氮氧化娃、或者其他材料。低k介電材料的介電常數(shù)(k值)可以小于約3.9，或小于約2.8。位于金屬化結(jié)構(gòu)中的金屬線可以由銅或銅合金形成。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠使用可適用的工藝形成金屬化層，并且因此，省略了形成金屬化層的細(xì)節(jié)?？梢詫⑷魏芜m當(dāng)工藝用于形成上述結(jié)構(gòu)并且本文中沒(méi)有進(jìn)行更詳細(xì)地討論。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該意識(shí)到，以上描述提供了實(shí)施例的部件和可能存在的大量其他部件的一般描述。例如，可以存在其他電路、襯底、阻擋層、以及互連金屬結(jié)構(gòu)等。以上描述僅是為了提供本文所述的實(shí)施例的背景，不是為了將本發(fā)明或者任何權(quán)利要求的范圍限于這些具體實(shí)施例。如圖I所示，在頂層層間介電層中形成和圖案化導(dǎo)電焊盤12，該導(dǎo)電焊盤為導(dǎo)電線路的一部分。導(dǎo)電焊盤12中的每個(gè)均具有寬度Wpad。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電焊盤12提供了電氣連接，可以在該導(dǎo)電焊盤上形成用于外部連接的金屬凸塊結(jié)構(gòu)，例如，UBM結(jié)構(gòu)、銅柱凸塊、或者焊料凸塊。導(dǎo)電焊盤12可以由任何適當(dāng)導(dǎo)電材料形成，例如，銅(Cu)、鎢、鋁(Al)、AlCu合金、銀、或者其組合。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電焊盤12可以為區(qū)域或者再分布線路的端部，從而提供期望的管腳或者球布局。如圖I所示，在導(dǎo)電焊盤12的上方形成和圖案化諸如鈍化層14的一個(gè)或多個(gè)鈍化層。在實(shí)施例中，鈍化層14具有露出導(dǎo)電焊盤12的下部的開(kāi)口 15。每個(gè)開(kāi)口 15具有寬度1，該寬度小于寬度Wpad。在至少一個(gè)實(shí)施例中，鈍化層14通過(guò)諸如CVD或PVD等的任何適當(dāng)方法由諸如未摻雜的娃玻璃(USG)、氮化娃、氮氧化娃、氧化娃、或者其組合的非有機(jī)材料形成。在另一實(shí)施例中，鈍化層14由諸如環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯(BCB)、或者聚苯并惡唑(PBO)等的聚合物層形成，但是還可以使用其他相對(duì)較軟的、通常是有機(jī)的、介電材料。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，僅為了說(shuō)明的目的，示出了導(dǎo)電焊盤和鈍化層的單層。同樣地，其他實(shí)施例可以包括任何數(shù)量的導(dǎo)電焊盤和/或鈍化層。圖I還示出了在鈍化層14上方形成和圖案化的保護(hù)層16。在實(shí)施例中，保護(hù)層16覆蓋鈍化層14，并且具有露出導(dǎo)電焊盤12的下部的開(kāi)口 17。每個(gè)開(kāi)口 17具有寬度W2,該寬度小于寬度I。例如，通過(guò)以下關(guān)系示出寬度W2 :W2 < W1 <Wpad。保護(hù)層16可以由諸如環(huán)氧樹(shù)脂、聚酰亞胺、BCB、PB0等的聚合物層形成，但是還可以使用其他相對(duì)較軟的、通常是有機(jī)的、介電材料。圖2示出了在保護(hù)層16的表面和導(dǎo)電焊盤12的露出部分的上方形成凸塊下金屬
化(UBM)層18。在一些實(shí)施例中，UBM層18包括形成在襯底10上方的第一 UBM層和第二UBM層。例如，第一 UBM層還稱作擴(kuò)散阻擋層或者粘著層(glue layer)，該第一 UBM層通過(guò)物理汽相沉積(PVD)或?yàn)R射由鈦、鉭、氮化鈦、氮化鉭等形成。將第一 UBM層沉積為從約500至2000埃范圍內(nèi)變動(dòng)的厚度，并且在一些實(shí)施例中，例如，沉積為約1000埃的厚度。第二UBM層為通過(guò)物理汽相沉積(PVD)或者濺射形成在第一 UBM層上方的銅種子層。第二 UBM層可以由銅合金形成，該銅合金包括銀、鉻、鎳、錫、金、或者其組合。將第二 UBM層沉積為從約500至10000埃范圍內(nèi)變動(dòng)的厚度，并且在一些實(shí)施例中，例如，沉積為約5000埃的厚度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，UBM層18包括由Ti所形成的第一 UBM層和由Cu所形成的第二麗層。接下來(lái)，在圖3中，將掩模層20設(shè)置在UBM層18上，并且對(duì)該掩模層進(jìn)行圖案化，該掩模層具有露出UBM層18的多個(gè)部分用于凸塊形成的開(kāi)口 21。如下文中更詳細(xì)地討論的，圖案化的掩模層20可以確定隨后要形成的金屬凸塊的橫向邊界。在一個(gè)實(shí)施例中，掩模層20的開(kāi)口 21具有大于Wpad的寬度W3。掩模層20為干膜或者光刻膠層，通過(guò)涂覆、固化、和/或清除步驟，然后通過(guò)光刻工藝和/或諸如干蝕刻和/或濕蝕刻工藝的蝕刻工藝使用該掩模層。然后，通過(guò)具有焊料可濕性的導(dǎo)電材料部分地填充開(kāi)口 21。參考圖4，在開(kāi)口 21中形成導(dǎo)體柱26，從而與下層UBM層18電接觸。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)體柱26中的每個(gè)包括銅(Cu)層22。Cu層22—般旨在包括一層，該層包括純的元素銅、含不可避免的雜質(zhì)的銅、和/或銅合金，該銅合金包括少量元素，例如，鉭、銦、錫、鋅、猛、鉻、鈦、鍺、銀、鉬、鎂、招、或者鋯。形成方法可以包括濺射、印刷、電鍍、無(wú)電鍍、電化學(xué)沉積(ECD)、分子束外延(MBE)、原子層沉積(ALD)、和/或化學(xué)汽相沉積(CVD)方法。例如，實(shí)施電化學(xué)電鍍(ECP)，從而形成Cu層22。在示例性實(shí)施例中，Cu層22的厚度大于20 μ m。在另一示例性實(shí)施例中，Cu層22的厚度大于40 μ m。例如，Cu層22的厚度為約20至50 μ m,或者厚度為約40至70 μ m，但是厚度可以更大或者更小。在一些實(shí)施例中，如圖4所示，每個(gè)導(dǎo)體柱26進(jìn)一步包括形成在Cu層22頂部上的可選的導(dǎo)電覆蓋層24。可選的導(dǎo)電覆蓋層24可以用作阻擋層，從而防止位于Cu層22中的銅擴(kuò)散到諸如焊料合金的結(jié)合材料中，該結(jié)合材料用于將襯底10結(jié)合至外部部件。防止銅擴(kuò)散提高了電子封裝件的可靠性和結(jié)合強(qiáng)度。如下文中更詳細(xì)地描述的，在導(dǎo)體柱26上方形成焊料材料。在焊接工藝期間，可以在焊料材料和下層表面之間的結(jié)合處形成金屬間化合物(MC)層(未示出)。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，一些材料可以制造比其他層更堅(jiān)固、更耐用的MC層。導(dǎo)電覆蓋層24為金屬化層，該金屬化層可以包括鎳、錫、錫鉛(SnPb)、金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pb)、銦(In)、鉬(Pt)、鎳鈀金(NiPdAu)、鎳金(NiAu)、其他類似材料、或者合金。導(dǎo)電覆蓋層24可以為多層結(jié)構(gòu)或者單層結(jié)構(gòu)。在至少一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電覆蓋層24具有約I至5 μ m的厚度。圖5示出了在掩模層20的開(kāi)口 21內(nèi)的導(dǎo)體柱26上形成焊料層28。焊料層28可以由 Sn、SnAg、Sn-Pb、SnAgCu (具有小于 O. 3% 的 Cu 重量百分比)、SnAgZn、SnZn、SnBi-In、Sn-In、Sn-Au> SnPb> SnCu> SnZnln、或者SnAgSb等。在至少一個(gè)實(shí)施例中，焊料層28由無(wú)鉛焊料材料層形成。參考圖6，去除掩模層20，從而露出UBM層18的多個(gè)部分。在由光刻膠材料形成掩模層30的實(shí)施例中，例如，通過(guò)諸如乳酸乙酯、苯甲醚、乙酸甲基丁酯(methyl butylacetate)、乙酸戊酯、甲酚醛樹(shù)脂、以及重氮感光化合物的混合物的化學(xué)溶液，或者另一去 除工藝去除光刻膠。下文中，根據(jù)UBM材料的金屬通過(guò)濕蝕刻和/或干蝕刻工藝使用生成的結(jié)構(gòu)(包括層22、24、以及28)作為掩模蝕刻UBM層18的露出部分。例如，可以實(shí)施在磷酸((H3PO4)和過(guò)氧化氫(H2O2)(稱作DPP)和2%的氫氟(HF)酸的化學(xué)溶液中的浸濕，或者另一清洗工藝，從而從保護(hù)層18的表面去除UBM層18的露出部分和任何殘留物。生成的UBM層18具有寬度Wubm，該寬度大于Wpad。下文中，可以實(shí)施適用于特定應(yīng)用的焊料回流工藝和其他線路后端(BEOL)加工工藝。分別在導(dǎo)電焊盤12上方完成凸塊結(jié)構(gòu)30。該凸塊結(jié)構(gòu)30包括UBM層18、導(dǎo)體柱26、以及焊料層28。凸塊結(jié)構(gòu)30可以呈現(xiàn)任何適當(dāng)UBM寬度(Wubm)和導(dǎo)體柱高度。凸塊結(jié)構(gòu)30的尺寸和特征進(jìn)一步包括凸塊間距(P)、該凸塊間距表示在相鄰?fù)箟K結(jié)構(gòu)30之間的距離。在本實(shí)施例中，從相鄰?fù)箟K結(jié)構(gòu)30的中心測(cè)量凸塊間距P，然而，預(yù)期從凸塊結(jié)構(gòu)的端部測(cè)量凸塊間距的其他結(jié)構(gòu)。應(yīng)該意識(shí)到，尤其是，如果焊盤面積大于UBM面積，則發(fā)明人已知的凸塊結(jié)構(gòu)尺寸/特征呈現(xiàn)凸塊疲勞。因此，本實(shí)施例呈現(xiàn)提供導(dǎo)體柱的改進(jìn)的表面輪廓的尺寸/特征，從而提高了結(jié)合可靠性并且降低了凸塊疲勞。例如，焊盤寬度(Wpad)和凸塊間距(P)通過(guò)以下關(guān)系彼此相關(guān)Wpad = (O. 5 O. 6) *P例如，UBM寬度(Wubm)和凸塊間距⑵通過(guò)以下關(guān)系彼此相關(guān)Wubm = (O. 65 O. 8) *P例如，UBM寬度(Wubm)和焊盤寬度(Wpad)通過(guò)以下關(guān)系彼此相關(guān)W腿 > I. l*Wpad確保進(jìn)一步改善封裝件可靠性，可以通過(guò)以下關(guān)系進(jìn)一步表示鈍化層(W1)的開(kāi)口寬度、保護(hù)層(W2)的開(kāi)口寬度、以及凸塊間距⑵W1 = (O. 3 O. 4) *P ;和 / 或W2 = (O. 7 O. 9) W1與工業(yè)的當(dāng)前趨勢(shì)相反，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果UBM尺寸大于焊盤尺寸，則導(dǎo)體柱的頂表面變得更光滑。可以降低和/或去除保護(hù)層和/或鈍化層的應(yīng)力和裂紋。
在凸塊形成以后，例如，可以實(shí)施切割工藝，從而切割獨(dú)立管芯，可以實(shí)施晶圓級(jí)或者管芯級(jí)堆疊等。然而，應(yīng)該注意，可以在不同情況下使用實(shí)施例。例如，可以使用疊層管芯結(jié)合結(jié)構(gòu)、管芯與晶圓結(jié)合結(jié)構(gòu)、疊層晶圓結(jié)合結(jié)構(gòu)、管芯級(jí)封裝、或者晶圓級(jí)封裝等的實(shí)施例。圖7為描述倒轉(zhuǎn)芯片組件的示例性實(shí)施例的橫截面圖。上下翻轉(zhuǎn)圖6中所示的結(jié)構(gòu)，并且將該結(jié)構(gòu)附接至位于圖7底部處的另一襯底100。該襯底100可以為封裝襯底、板(例如，印刷電路板(PCB))、晶圓、管芯、中間襯底、或者其他適當(dāng)襯底。通過(guò)各個(gè)導(dǎo)電附接點(diǎn)將凸塊結(jié)構(gòu)30連接至襯底100。例如，在襯底100上方形成和圖案化導(dǎo)電區(qū)域102。導(dǎo)電區(qū)域102為接觸焊盤或者導(dǎo)電跡線的一部分，通過(guò)掩模層104呈現(xiàn)(present)該導(dǎo)電區(qū)域102。在一個(gè)實(shí)施例中，掩模層104為在襯底100上所形成和圖案化的阻焊層，從而露出導(dǎo)電區(qū)域102。掩模層104具有掩模開(kāi)口 105，從而提供了焊料連接的窗口。例如，焊料層包括錫、鉛、銀、銅、鎳、鉍、或者其組合的合金，可以將焊料層設(shè)置在導(dǎo)電區(qū)域102上方。可 以將襯底10連接至襯底100，從而在導(dǎo)體柱26和導(dǎo)電區(qū)域102之間形成焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)106。示例性連接工藝包括焊劑施加、芯片放置、熔化焊點(diǎn)的回流、和/或焊劑殘余物的清洗?？梢詫⒓呻娐芬r底10、焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)106、以及其他襯底100稱作封裝組件200，或者其本實(shí)施例中，稱作倒裝芯片封裝組件。在至少一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)電區(qū)域102為導(dǎo)電跡線，該導(dǎo)電跡線與導(dǎo)體柱26重疊，并且形成跡線上凸塊(BOT)互連。此外，幾何技術(shù)規(guī)范包括通過(guò)以下關(guān)系彼此相關(guān)的UBM寬度(Wibm)和掩模層104的掩模開(kāi)口寬度(W4)W4 = (O. 7 O. 8) *WUBM應(yīng)該注意，其他實(shí)施例在將襯底附結(jié)至另一襯底100以前，可能沒(méi)有將焊料材料設(shè)置在導(dǎo)體柱26上方。在一些其他實(shí)施例中，可以將焊料材料設(shè)置在另一襯底上方，然后，將位于襯底10上方的導(dǎo)體柱26與位于另一沉底100上方的焊料材料接觸，并且實(shí)施回流工藝，從而將兩個(gè)襯底焊接在一起。根據(jù)示例性實(shí)施例的一方面，半導(dǎo)體器件包括第一導(dǎo)電焊盤和第二導(dǎo)電焊盤，第一凸塊結(jié)構(gòu)覆蓋和電連接至第一導(dǎo)電焊盤，并且第二凸塊結(jié)構(gòu)覆蓋和電連接至第二導(dǎo)電焊盤。存在從第一凸塊的中心至第二凸塊的中心的凸塊間距。第一導(dǎo)電焊盤具有第一寬度。第一凸塊結(jié)構(gòu)具有第二寬度的第一凸塊下金屬化(UBM)層，并且第二寬度大于第一寬度。在一些實(shí)施例中，第二寬度和凸塊間距的比率表示如下第二寬度=(O. 65 O. 8)*凸塊間距。在一些實(shí)施例中，第一寬度和凸塊間距的比率表示如下第一寬度=(O. 5 O. 6)*凸塊間距。半導(dǎo)體器件可以進(jìn)一步包括位于第一導(dǎo)電焊盤和第一 UBM層之間的鈍化層。鈍化層具有露出第一導(dǎo)電焊盤的第一部分的第一開(kāi)口。在一些實(shí)施例中，第一開(kāi)口的寬度和凸塊間距之間的比率表示如下第一開(kāi)口的寬度=(O. 3 O. 4)*凸塊間距。半導(dǎo)體器件可以進(jìn)一步包括在鈍化層和UBM層之間的保護(hù)層。保護(hù)層覆蓋鈍化層并且具有露出第一導(dǎo)電焊盤的第二部分的第二開(kāi)口。在一些實(shí)施例中，在第二開(kāi)口的寬度和第一開(kāi)口的寬度之間的比率表示如下第二開(kāi)口的寬度=(0.7 0.9)*第一開(kāi)口的寬度。第一凸塊和第二凸塊中的至少一個(gè)可以包括位于第一 UBM層上方的銅柱，以及覆蓋銅柱的任選金屬覆蓋層。第一凸塊和第二凸塊中的至少一個(gè)可以包括覆蓋銅柱的焊料層。
根據(jù)示例性實(shí)施例的另一方面，封裝組件包括連接至襯底的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體器件包括導(dǎo)電焊盤；凸塊下金屬化(UBM)層，位于導(dǎo)電焊盤上方；以及導(dǎo)體柱，位于UBM層上方。襯底包括導(dǎo)電區(qū)域；和覆蓋襯底并且露出導(dǎo)電區(qū)域的一部分的掩模層。在半導(dǎo)體襯底的導(dǎo)體柱和襯底的導(dǎo)電區(qū)域之間形成焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)。導(dǎo)電焊盤具有第一寬度，并且UBM層具有大于第一寬度的第二寬度。在一個(gè)實(shí)施例中，掩模層具有露出導(dǎo)電區(qū)域的一部分的掩模開(kāi)口，并且掩模開(kāi)口的寬度小于第二寬度。在一些實(shí)施例中，在掩模開(kāi)口的寬度和第二寬度之間的比率表示如下掩模開(kāi)口的寬度=(O. 7 O. 8)*第二寬度。在至少一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)體柱包括銅柱，并且導(dǎo)電區(qū)域?yàn)殂~跡線。在一個(gè)實(shí)施例中，掩模層為阻焊層。根據(jù)示例性實(shí)施例的又一方面，半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體襯底；導(dǎo)電焊盤，具有第一寬度；保護(hù)層，覆蓋半導(dǎo)體襯底并且露出導(dǎo)電焊盤的一部分；凸塊下金屬化(UBM)層，覆蓋保護(hù)層并且電連接至導(dǎo)電焊盤；以及導(dǎo)體柱，覆蓋UBM層。UBM層具有大于第一寬度的第二寬度。在一些實(shí)施例中，第一寬度和第二寬度通過(guò)以下關(guān)系彼此相關(guān)第二寬度> 1.2*第一寬度。在一些實(shí)施例中，第一寬度和第二寬度通過(guò)以下關(guān)系彼此相關(guān)第二寬度>
I.3*第一寬度。在一個(gè)實(shí)施例中，導(dǎo)體柱包括銅柱和任選的金屬覆蓋層。在以上詳細(xì)描述中，參考其具體示例性實(shí)施例描述了本發(fā)明。然而很明顯在不背離本公開(kāi)的寬泛主旨和范圍的情況下，可以做各種更改、結(jié)構(gòu)、工藝和改變。因此，說(shuō)明書和附圖是為了說(shuō)明而不用于限定。據(jù)了解本發(fā)明能夠使用各種其它組合和環(huán)境且能夠在本文中所確定的發(fā)明概念的范圍內(nèi)改變或更改。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 半導(dǎo)體襯底，包括第一導(dǎo)電焊盤和第二導(dǎo)電焊盤； 第一凸塊結(jié)構(gòu)，覆蓋并且電連接至所述第一導(dǎo)電焊盤；以及 第二凸塊結(jié)構(gòu)，覆蓋并且電連接至所述第二導(dǎo)電焊盤，存在從所述第一凸塊結(jié)構(gòu)的中心至所述第二凸塊結(jié)構(gòu)的中心的凸塊間距， 其中，所述第一導(dǎo)電焊盤具有第一寬度，所述第一凸塊結(jié)構(gòu)具有第二寬度的第一凸塊下金屬化UBM層,所述第二寬度大于所述第一寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第二寬度和所述凸塊間距之間的比率在約O. 65和約O. 8之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一寬度和所述凸塊間距之間的比率在約O. 5和O. 6之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括鈍化層，位于所述第一導(dǎo)電焊盤和所述第一 UBM層之間，所述鈍化層具有露出所述第一導(dǎo)電焊盤的一部分的第一開(kāi)口。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一開(kāi)口的寬度和所述凸塊間距之間的比率在約O. 3和O. 4之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體器件，進(jìn)一步包括保護(hù)層，位于所述鈍化層和所述UBM層之間，所述保護(hù)層覆蓋所述鈍化層并且具有露出所述第一導(dǎo)電焊盤的一部分的第二開(kāi)口。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中，在所述第二開(kāi)口的寬度和所述第一開(kāi)口的寬度之間的比率在約O. 7和O. 9之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述第一凸塊結(jié)構(gòu)包括位于所述第一UBM層上方的銅柱。
9.一種封裝組件，包括 半導(dǎo)體器件，包括導(dǎo)電焊盤、位于所述導(dǎo)電焊盤上方的凸塊下金屬化UBM層、以及位于所述UBM層上方的導(dǎo)體柱； 襯底，包括導(dǎo)電區(qū)域、覆蓋所述襯底并且露出所述導(dǎo)電區(qū)域的一部分的掩模層；以及 焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)，位于所述半導(dǎo)體器件的所述導(dǎo)體柱和所述襯底的所述導(dǎo)電區(qū)域之間， 其中，所述導(dǎo)電焊盤具有第一寬度，并且所述UBM層具有大于所述第一寬度的第二寬度。
10.一種半導(dǎo)體器件，包括 半導(dǎo)體襯底，包括導(dǎo)電焊盤，所述導(dǎo)電焊盤具有第一寬度； 保護(hù)層，覆蓋所述半導(dǎo)體襯底并且露出所述導(dǎo)電焊盤的一部分； 凸塊下金屬化UBM層，覆蓋所述保護(hù)層并且電連接至所述導(dǎo)電焊盤，所述UBM層具有大于所述第一寬度的第二寬度；以及導(dǎo)體柱，覆蓋所述UBM層。
全文摘要
一種位于半導(dǎo)體襯底或封裝組件中的凸塊結(jié)構(gòu)包括形成在半導(dǎo)體襯底的導(dǎo)電焊盤上方的凸塊下金屬化(UBM)層。UBM層的寬度大于導(dǎo)電焊盤的寬度。
文檔編號(hào)H01L23/488GK102903690SQ201210044730
公開(kāi)日2013年1月30日 申請(qǐng)日期2012年2月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月29日
發(fā)明者莊其達(dá), 莊曜群, 林宗澍, 郭正錚, 陳承先 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司