專利名稱：用于改善布線和減小封裝應(yīng)力的接合焊盤設(shè)計的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體封裝，更具體地來說，涉及改善布線和減小封裝應(yīng)カ的接合焊盤設(shè)計。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在，晶圓級芯片封裝(WLCSP)由于其低成本和相對簡單的エ藝而被廣泛使用。在典型的WLCSP中，在金屬化層上形成互連結(jié)構(gòu)，然后形成凸塊下金屬(UBM)，并且安裝焊料球。圖I為發(fā)明人已知的和用在WLCSP中的互連結(jié)構(gòu)的橫截面圖。芯片(或者晶圓)20包括襯底30，在該襯底上形成有源電路32?；ミB結(jié)構(gòu)40包括多個金屬化層，該金屬化層具有金屬線和通孔(未示出)。金屬化層包括頂部介電層，在該頂部介電層中形成金屬焊盤52。金屬焊盤52可以通過通孔48、布線或者重新分布層(RDL)46電連接至接合焊盤38。 在襯底30的上方，并且也在互連結(jié)構(gòu)40的上方形成鈍化層34和36。在鈍化層34的上方形成接合焊盤38，并且UBM層41與接合焊盤38接觸。在UBM層41的上方形成凸塊球42，并且該凸塊球電連接至并且可能與UBM層41接觸。接合焊盤38具有水平尺寸LI，在與襯底的前面(在圖I中面朝上的表面)平行的平面上測量該水平尺寸。UBM層41具有尺寸L2，在與水平尺寸LI的方向相同的方向上測量該尺寸。為了降低在芯片20中的翹曲并且因此產(chǎn)生的分層的不利影響，接合焊盤38的尺寸LI通常大于UBM層41的尺寸L2。在圖2中示出了圖I中所示的結(jié)構(gòu)的接合焊盤設(shè)計22的俯視圖。因為其尺寸，接合焊盤38占用了芯片表面的相當(dāng)大的比例。因為接合焊盤38具有圓形，并且具有越來越高的半導(dǎo)體器件的密度，圓形接合焊盤38的尺寸可能限定布線或者用于布線的RDL 46的數(shù)量。如果在每ー給定區(qū)域上的布線太多，則存在橋接或?qū)е露搪返奈ｋU。通過減小圓形接合焊盤38的尺寸，設(shè)計者可以將在相鄰接合焊盤38之間的更大間距提供用于布線。圖3示出了接合焊盤設(shè)計22的實例，其中，接合焊盤38的尺寸LI小于UBM層41的尺寸L2。與在圖2中所示的設(shè)計相比較，這種設(shè)計允許有在相鄰接合焊盤38之間的額外布線。然而，具有這種設(shè)計的芯片易于由翹曲和/或熱循環(huán)應(yīng)カ導(dǎo)致的分層?？梢酝ㄟ^接合焊盤38將應(yīng)カ傳遞給互連結(jié)構(gòu)40，潛在導(dǎo)致低k介電層在互連結(jié)構(gòu)40中分層。當(dāng)接合焊盤38的尺寸減小時，因為減小了用于UBM層41的支撐，所以將更大的應(yīng)カ傳遞給互連結(jié)構(gòu)40 ;因此生成的封裝件的可靠性下降。分層在芯片20的角部15處尤其嚴(yán)重。為了減小分層的危險，接合焊盤38的尺寸LI通常大于UBM層41的尺寸L2的預(yù)定數(shù)量。由于閱讀以下詳細(xì)描述時顯而易見的這些原因和其他原因，需要提供額外布線同時減小封裝應(yīng)カ的改善的接合焊盤設(shè)計。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的ー個方面，提供了ー種接合焊盤設(shè)計，包括多個接合焊盤，所述多個接合焊盤位于半導(dǎo)體芯片的上方，其中，所述接合焊盤中的至少ー個具有伸長形狀，該伸長形狀具有伸長部和收縮部，所述伸長部大體上沿著從所述芯片的中心向所述芯片的外圍福射的應(yīng)カ方向定向；以及多個凸塊下金屬(UBM)層，所述多個凸塊下金屬層被形成在所述多個接合焊盤的相應(yīng)接合焊盤的上方。所述接合焊盤設(shè)計進ー步包括一條或多條布線，所述一條或多條布線位于任意兩個相鄰接合焊盤之間的間隙中。在所述接合焊盤設(shè)計中，所述多個接合焊盤中的至少ー個具有伸長的圓形；或者所述接合焊盤中的至少ー個具有伸長的橢圓形；或者所述多個UBM層中的至少ー個的直徑大于所述多個接合焊盤中的一個的所述收縮部的長度；或者所述多個UBM層中的至少ー個的直徑小于所述多個接合焊盤中的一個的所述伸長部的長度。在所述的接合焊盤設(shè)計中，所述多個接合焊盤中的 至少ー個具有伸長部，以相對于所述芯片的角部呈基本上45度夾角定向，并且至少ー個接合焊盤具有伸長部，以相對于所述芯片的邊緣呈基本上90度夾角定向。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了ー種接合焊盤結(jié)構(gòu)，包括ー個或多個接合焊盤，所述ー個或多個接合焊盤位于半導(dǎo)體器件的上方，其中，所述接合焊盤具有包括較窄部分和較寬部分的伸長的橢圓形，所述較寬部分大體上與應(yīng)カ方向平行，所述應(yīng)カ方向從所述半導(dǎo)體器件的中心向外輻射；以及ー個或多個凸塊下金屬(UBM)層，所述ー個或多個凸塊下金屬層形成在所述ー個或多個接合焊盤的相應(yīng)接合焊盤上。所述的接合焊盤結(jié)構(gòu)進ー步包括一條或多條布線，所述一條或多條布線位于任意兩個相鄰接合焊盤之間的間隙中。在所述的接合焊盤結(jié)構(gòu)中，所述UBM層之ー的直徑大于所述接合焊盤之一的所述較窄部分的長度；或者所述UBM層之ー的直徑小于所述接合焊盤之一的所述較寬部分的長度；或者以相對于所述半導(dǎo)體器件的角部呈約45度定位所述ー個或多個接合焊盤之一的所述伸長部；或者以相對于所述半導(dǎo)體器件的邊部呈約90度定位所述ー個或多個接合焊盤之ー的所述伸長部。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了ー種接合焊盤設(shè)計，包括多個接合焊盤和多個UBM層，所述多個接合焊盤和多個UBM層以所述接合焊盤具有包括伸長部和收縮部的形狀的方式分別形成在芯片的表面上，并且其中，所述接合焊盤被配置為從所述芯片的中心向外延伸至所述芯片的外圍的陣列。所述的接合焊盤設(shè)計進ー步包括一條或多條布線，所述一條或多條布線位于任意兩個相鄰接合焊盤之間的間隙中。在所述的接合焊盤設(shè)計中，所述接合焊盤沿著應(yīng)カ方向被配置在所述芯片中；或者所述接合焊盤具有橢圓形，所述接合焊盤具有伸長的橢圓形；或者所述UBM層之ー的直徑大于所述接合焊盤之一的所述收縮部；或者所述UBM層之ー的直徑小于所述接合焊盤之一的所述伸長部。


通過以下詳細(xì)描述、所附權(quán)利要求、以及附圖可以使本發(fā)明的特征、各個方面、和優(yōu)點變得更加顯而易見。圖I為示出在半導(dǎo)體制造的階段過程中的芯片(或晶圓)的橫截面圖。
圖2為圖I的芯片的接合焊盤設(shè)計的俯視圖，其中，接合焊盤的尺寸大于UBM的尺寸。圖3為圖I的芯片的接合焊盤設(shè)計的俯視圖，其中，接合焊盤的尺寸小于UBM的尺寸。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的接合焊盤設(shè)計的俯視圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的另ー個實施例的接合焊盤設(shè)計的俯視圖。
具體實施例方式在以下描述中，許多特定的細(xì)節(jié)被闡述用于提供對本發(fā)明實施例的全面理解。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)意識到?jīng)]有這些特定的細(xì)節(jié)也可實施本發(fā)明的實施例。在一些實例中，沒有詳細(xì)描述公知的結(jié)構(gòu)和エ藝，從而避免了使本發(fā)明的實施例不必要地變得 模糊。整個說明書中所提及的“一個實施例”或“某個實施例”指的是本發(fā)明的至少ー個實施例包括關(guān)于實施例所描述的特定部件、結(jié)構(gòu)或特征。因此，在整個本說明書的各個位置出現(xiàn)的短語“在一個實施中”或“在某個實施例中”不一定指同一個實施例。而且，在ー個或多個實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)當(dāng)理解，以下附圖沒有按比例繪制，這些附圖只是為了說明的目的。圖4為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的接合焊盤設(shè)計24的俯視圖。接合焊盤設(shè)計24包括多個接合焊盤39，位于半導(dǎo)體芯片或晶圓20的上方。在多個接合焊盤39的各個接合焊盤上形成多個UBM層41。應(yīng)該注意到，圖4和圖5僅示出了具有接合焊盤設(shè)計的相應(yīng)UBM層41的16個接合焊盤，該接合焊盤設(shè)計可以包括具有相應(yīng)UBM層的幾百個這種接合焊盤。僅是為了清晰示出本發(fā)明的各種實施例的各個方面而限定本文所示的接合焊盤數(shù)量和UBM層。本發(fā)明不僅限于任何特定數(shù)量的接合焊盤或UBM層。接合焊盤39具有通常伸長的形狀，該形狀具有如測量為長度L的較寬部或者伸長部以及如測量為寬度W的較窄部或收縮部。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，UBM層41的直徑大于結(jié)合焊盤39的寬度W。根據(jù)另ー實施例，UBM層41的直徑小于接合焊盤39的長度し在本發(fā)明的其他實施例中，多個接合焊盤39中的每個具有伸長的圓形。在又一實施例中，多個接合焊盤39中的每個具有伸長的橢圓形。然而，應(yīng)該理解，只要每種形狀具有伸長部和收縮部，接合焊盤39就可以具有任何多種形狀。根據(jù)本發(fā)明的方面，通過非圓形的形狀，接合焊盤39的較窄部或收縮部提供了位于相鄰接合焊盤39之間的更大間距，從而允許在鈍化層36中的相鄰接合焊盤39之間的更多布線或RDL 46。提供更多布線的這種設(shè)計尤其可應(yīng)用于更高密度的半導(dǎo)體器件。當(dāng)接合焊盤的尺寸顯著地影響倒裝芯片封裝件的可靠性時，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，較寬部或伸長部為下層UBM層41提供更大支撐，使封裝件不易由于翹曲和/或熱循環(huán)應(yīng)カ所導(dǎo)致的分層。例如，在將芯片20接合至封裝襯底(未示出)以后，由于在芯片20的熱膨脹系數(shù)(CTE)和封裝襯底的CTE之間的偏差而生成應(yīng)力。雖然接合焊盤39具有較窄部，但是通過增大提供伸長部的接合焊盤39的尺寸，將更小的應(yīng)カ傳遞給互連結(jié)構(gòu)40，因此，改善了生成的封裝件的可靠性。明顯地，在芯片20的外圍或者角部15處，分層問題尤其嚴(yán)重，因為角部15比芯片的其他地方(例如在中心處)經(jīng)受更大的應(yīng)力。至少由于這種原因，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，接合焊盤39具有大體上沿著應(yīng)カ方向60定向的接合焊盤的伸長部，該應(yīng)カ方向從芯片20的中心部輻射到芯片的外圍或角部15。通過大體上沿著應(yīng)カ方向60定向伸長部，接合焊盤設(shè)計24的實施例更好更有效地解決了分層問題，因為伸長部提供了每單位接合焊盤的更大的線性覆蓋，同時提高了接合焊盤39的應(yīng)カ分布特征。如圖5所示，具有沿著應(yīng)カ方向60定向的接合焊盤的伸長部的接合焊盤39被配置為陣列，應(yīng)カ方向從芯片20的中心至向外延伸芯片的外國。根據(jù)ー些實施例，多個接合焊盤39中的ー個或多個具有接合焊盤的伸長部，該接合焊盤的伸長部沿著應(yīng)カ方向60定向，將該應(yīng)力方向相對于芯片20角部為夾角62。根據(jù)ー些實施例,夾角62相對于芯片20的角部具有基本上45度夾角。根據(jù)其他實施例，多個接合焊盤39中的ー個或多個具有沿著應(yīng)カ方向60定向的接合焊盤的伸長部，并且相對于芯片20的角部15具有基本上90度夾角，將該90度夾角標(biāo)示為夾角64。 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，接合焊盤設(shè)計包括多個接合焊盤，位于半導(dǎo)體芯片上；和多個凸塊下金屬(UBM)層，被形成在多個接合焊盤的相應(yīng)接合焊盤上，其中，接合焊盤中的至少ー個具有伸長形狀，該伸長形狀具有伸長部和收縮部，該伸長部大體上沿著從芯片的中心輻射至芯片的外圍的應(yīng)力方向定向。根據(jù)本發(fā)明的另ー實施例，接合焊盤結(jié)構(gòu)包括ー個或多個接合焊盤，位于半導(dǎo)體器件上方；和一個或多個凸塊下金屬(UBM)層，被形成在ー個或多個接合焊盤的相應(yīng)接合焊盤的上方，其中，接合焊盤具有伸長的橢圓形，該伸長的橢圓形具有較窄部分和較寬部分，較寬部分大體上與從半導(dǎo)體器件的中心向外輻射的應(yīng)カ方向平行。根據(jù)本發(fā)明的又ー實施例，接合焊盤設(shè)計包括多個接合焊盤和多個UBM層，分別以接合焊盤具有包括伸長部和收縮部的形狀方式被形成在芯片的表面上，并且其中，將接合焊盤配置為陣列，該陣列從芯片中心向外延伸至芯片的外國。本發(fā)明的實施例具有幾個優(yōu)點。接合焊盤的較窄部或收縮部提供了相鄰接合焊盤之間的更大間距，從而允許焊盤之間更多的布線。此外，通過沿著應(yīng)カ方向?qū)?zhǔn)接合焊盤的伸長部，低k介電層享有更大保護而防止分層，因為更小的應(yīng)カ傳遞給互連結(jié)構(gòu)，因此改善了倒裝芯片封裝件的可靠性。此外，除了需要修改一種掩模以外，不需要額外的光刻步驟。在以上詳細(xì)的描述中，已經(jīng)描述了特定的示例性實施例。然而，顯而易見地，在不背離本發(fā)明的寬泛主_和范圍的情況下，本領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員可以做各種更改、結(jié)構(gòu)、エ藝和改變。因此，說明書和附圖是為了說明而不用于限定的目的。應(yīng)該理解，本發(fā)明的實施例可以使用各種其它組合和環(huán)境且可以在本權(quán)利要求書的范圍內(nèi)進行改變和更改。
權(quán)利要求
1.一種接合焊盤設(shè)計，包括 多個接合焊盤，所述多個接合焊盤位于半導(dǎo)體芯片的上方，其中，所述接合焊盤中的至少一個具有伸長形狀，該伸長形狀具有伸長部和收縮部，所述伸長部大體上沿著從所述芯片的中心向所述芯片的外圍輻射的應(yīng)力方向定向；以及 多個凸塊下金屬(UBM)層，所述多個凸塊下金屬層被形成在所述多個接合焊盤的相應(yīng)接合焊盤的上方。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接合焊盤設(shè)計，進一步包括一條或多條布線，所述一條或多條布線位于任意兩個相鄰接合焊盤之間的間隙中。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接合焊盤設(shè)計，其中，所述多個UBM層中的至少一個的直徑大于所述多個接合焊盤中的一個的所述收縮部的長度。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接合焊盤設(shè)計，其中，所述多個UBM層中的至少一個的直徑小于所述多個接合焊盤中的一個的所述伸長部的長度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的接合焊盤設(shè)計，其中，所述多個接合焊盤中的至少一個具有伸長部，以相對于所述芯片的角部呈基本上45度夾角定向，并且至少一個接合焊盤具有伸長部，以相對于所述芯片的邊緣呈基本上90度夾角定向。
6.一種接合焊盤結(jié)構(gòu)，包括 一個或多個接合焊盤，所述一個或多個接合焊盤位于半導(dǎo)體器件的上方，其中，所述接合焊盤具有包括較窄部分和較寬部分的伸長的橢圓形，所述較寬部分大體上與應(yīng)力方向平行，所述應(yīng)力方向從所述半導(dǎo)體器件的中心向外輻射；以及 一個或多個凸塊下金屬(UBM)層，所述一個或多個凸塊下金屬層形成在所述一個或多個接合焊盤的相應(yīng)接合焊盤上。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的接合焊盤結(jié)構(gòu),進一步包括一條或多條布線,所述一條或多條布線位于任意兩個相鄰接合焊盤之間的間隙中。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的接合焊盤結(jié)構(gòu)，其中，所述UBM層之一的直徑大于所述接合焊盤之一的所述較窄部分的長度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的接合焊盤結(jié)構(gòu)，其中，所述UBM層之一的直徑小于所述接合焊盤之一的所述較寬部分的長度。
10.一種接合焊盤設(shè)計，包括 多個接合焊盤和多個UBM層，所述多個接合焊盤和多個UBM層以所述接合焊盤具有包括伸長部和收縮部的形狀的方式分別形成在芯片的表面上，并且其中，所述接合焊盤被配置為從所述芯片的中心向外延伸至所述芯片的外圍的陣列；以及 一條或多條布線，所述一條或多條布線位于任意兩個相鄰接合焊盤之間的間隙中。
全文摘要
接合焊盤設(shè)計包括多個接合焊盤，位于半導(dǎo)體芯片上方；和多個凸塊下金屬(UBM)層，形成在多個接合焊盤的相應(yīng)接合焊盤的上方。接合焊盤中的至少一個具有包括伸長部和收縮部的伸長形狀，伸長部大體上沿著從芯片的中心輻射到外圍的應(yīng)力方向定向。本發(fā)明公開了用于改善布線和減小封裝應(yīng)力的接合焊盤設(shè)計。
文檔編號H01L23/488GK102842547SQ20111033227
公開日2012年12月26日 申請日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者周逸曼, 郭彥良 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司