柱形結構的製作方法
2023-08-02 21:40:36 4
專利名稱：柱形結構的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及半導體晶片互連的製備，更具體地涉及凸起的製備。
背景技術：
提高在功率器件(即大量耗能的器件，例如放大器)上的現有半導體器件的性能的市場需求正在增長。
當前的圓形或類似圓形(如六邊形或八邊形)的焊料凸起(solderbump)互連已經成為改善電學性能以將電流引導至晶片級以及改善下至PCB的散熱能力的瓶頸。例如，Advanced Interconnect Technologies 2002年春季刊中的「Advanced Connections」特別介紹了一種柱形凸起(pillarbump)互連技術，其利用周邊或陣列倒裝晶片焊墊將集成電路(IC)連接至銅引線框。
Chew等的美國專利No.6,550,666 B2公開了一種用於在引線框半導體封裝上形成倒裝晶片的方法。
Kondoh等的美國專利No.5,448,114公開了一種具有周邊壁的半導體倒裝晶片封裝。
美國專利No.6,297,551 B1公開了具有改進的EMI特性的集成電路封裝。
Chance等的美國專利No.4,430,690公開了一種具有金屬浸漬和焊料棒觸點的低電感電容器。
發明內容
因此，本發明的目的是提供一種改進的凸起設計方案。其他目的將在下文介紹。
目前我們已經發現以下面的方式可以實現本發明的上述目的以及其他目的。具體地說，管芯(die)包括襯底和一個或多個以某種圖案在該襯底上形成的柱形結構。本發明還包括通過提供襯底，並在該襯底上以某種圖案形成一個或多個柱形結構而形成管芯的方法。
結合附圖，參照下面的描述，可以更清楚地理解本發明的特徵和優點，其中相同的標號表示類似的或對應的元件、區域和部分，且其中圖1-7示意性地示出了形成本發明的柱形結構的方法的優選實施例。
圖8是在具有本發明的柱形結構的晶片上的管芯的俯視示意圖。
圖9A和9B分別是圖8中虛線圈「9A」和「9B」內的部分。
圖10A-10I是另外具有變化的柱形結構/凸起設計/形狀的管芯的俯視示意圖。
具體實施例方式
初始結構如圖1所示，結構10包括至少一個嵌入的金屬結構12和上覆介電層14。
結構10優選是矽襯底，並且應理解為可能包括半導體晶片或襯底、在該晶片內形成的有源器件和無源器件、在該晶片表面上形成的導電層和介電層(例如層間多氧化物(inter-poly oxide，IPO)、金屬間電介質(IMD)等)。術語「半導體結構」意在包括在半導體晶片內形成的器件和覆於該晶片上的層。
嵌入的金屬結構12可以電連接至在結構10內形成的一個或多個半導體器件，並且優選由鋁(Al)、銅(Cu)或金(Au)組成，更優選由鋁(Al)組成，這將在下文用於說明的目的。
上覆介電層14優選由氮化物、氮化矽(Si3N4)、氧化矽(SiO2)或聚醯亞胺構成，並且更優選由氮化矽構成，這將在下文用於說明的目的。
如需要，可以對圖1的結構進行清洗。
金屬層15的形成——圖2如圖2所示，金屬層15在SiN層14上形成。金屬層15優選通過濺射形成。
金屬層15被形成/覆蓋在整個晶片表面上。金屬層15優選包括下金屬層16和上金屬層18。下金屬層16可以是金屬阻擋層，並且優選是鈦(Ti)或TiW，更優選是Ti。上金屬層18優選是銅(Cu)。
掩模層20的形成——圖3如圖3所示，掩模層20在金屬層15上形成。掩模層20優選由光刻膠組成。
光刻膠層20的圖案化——圖4如圖4所示，光刻膠層20然後被圖案化以形成圖案化的光刻膠層20』，該光刻膠層20』具有暴露Cu層18的一部分24的開口22。開口22形成的形狀根據柱形結構34的形狀來選定。例如，如圖所示，開口22是長方形，但是也可以是圓形、環狀、棒狀或齒狀以及其他形狀。
在開口22內鍍覆金屬層26——圖5如圖5所示，柱形金屬層26在開口22內的Cu層18的暴露部分24上形成，厚度優選約60-120μm，更優選約70-100μm。柱形金屬層26優選通過鍍覆來形成。柱形金屬層26將具有為柱形結構34所選擇的形狀，例如這些圖中所具體示出的長方形，或者圓形、環狀、棒狀、壁狀或齒狀或其他形狀。
柱形金屬層26是無鉛的，優選由銅(Cu)構成。柱形金屬層26可以塗覆氧化物或另一種諸如鉻、鎳等的材料。
可選的焊料層28被形成/鍍覆在Cu柱形層26上。可選的焊料層28可以與圖案化的光刻膠層20』的頂部表面大致等高，並且優選地可以超過約5μm。焊料層28優選由(1)共晶物，約60-70％錫和約30-40％鉛(Pb)；(2)共晶物，約63％錫和約37％鉛(Pb)；(3)無鉛物，約99-100％錫和Sn3.5Ag；或者(4)無鉛物，100％錫組成。並且更優選由(2)共晶物，約63％錫和約37％鉛(Pb)；或(4)無鉛物，100％錫組成。
圖案化的掩模層20』的移除——圖6如圖6所示，餘下的圖案化的掩模/光刻膠層20』優選通過剝離從圖5的結構中被移除，以暴露Cu柱形層26/焊料層28外側的Cu層15的部分30。
Cu層15的暴露部分30的蝕刻——圖7如圖7所示，Cu柱形層26/焊料層28外側的Cu層15的暴露部分30優選通過蝕刻被移除，以暴露Cu柱形層26/焊料層28外側的上覆SiN層14的部分32。
Cu柱形層26/焊料層28的回流(reflow)——圖7還是如圖7所示，對晶片進行回流，以使可選的焊料/覆層28回流以形成本發明的柱形結構34。銅柱形層26在焊料覆層28或無鉛焊料覆層28的回流溫度下不會熔化。覆層28是將管芯/CSP與襯底/引線框/PCB連接的部分。
回流後柱形結構34的總高度優選約60-150μm，更優選約100μm。
柱形結構34的焊料28』封住了Cu柱形層26的頂部，而其側壁是暴露的。
注意該凸起的高度在管芯內是可以變化的。
柱形結構34用來連接管芯和管芯，管芯和引線框以及/或者管芯和襯底。
管芯設計實例100——圖8和9
圖8示出了由管芯周邊102所圍住的採用本發明的柱形結構34的設計的管芯設計實例100。如圖8所示，管芯100可以包括形狀可變化的柱形結構/凸起34。
管芯周邊102可以用在表面聲波(SAW)器件，並提供RF屏蔽，用於降低噪聲、載流量和密封屏蔽，並且可以用在RF器件、功率器件和MEM(微型電子機械)中，用於噪聲隔離和載流量。
圖9A和9B分別是圖8中虛線圈「9A」和「9B」內的部分。圖9A示出了柱形結構34實例的長、寬以及長方形柱形結構34的間隔。如圖9A所示，本發明的柱形結構34可以大致為長方形，並且寬度42優選為約289.0μm；長度40』和40」分別優選為約789.0μm或1289.0μm；並且在縱向上中心對中心的間隔約500μm，端對端的間隔約211.0μm。如圖9B所示，柱形結構34可以是直徑約289.0μm的圓形，並且間隔約500μm。
圖10A-10I示出了具有其他可允許柱形結構/凸起34的形狀和設計的管芯100』。例如，如圖10D所示，柱形結構/凸起34可以是圓形的，並且還可以是如管芯100』的中心所示的方形壁狀結構34。
例如，本發明的柱形結構可以用在表面聲波(SAW)器件和電源開關以及MEM中。
本發明的優點本發明的一個或多個實施例的優點包括1)本發明的柱形結構可以傳導更高的電流；2)使用本發明的柱形結構，板級可靠性更高；3)該柱形結構的C4(control collapse chip connect，控制塌陷晶片連接)特徵保持了管芯和封裝之間所需的遠離；4)本發明的柱形結構提供了改進的散熱能力；並且5)在給定的焊墊開口中更大的金屬/銅面積提供了更好的可靠性。
雖然這裡已經說明並描述了本發明的具體實施例，但並非意在限制本發明。
權利要求
1.一種管芯，包括襯底；和在所述襯底上以某種圖案形成的一個或多個柱形結構。
2.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是長方形、圓形、環形、壁狀或齒狀的。
3.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是長約789.0-1289.0μm，寬約289.0μm的長方形。
4.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是長約789.0μm，寬約289.0μm的長方形。
5.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是長約1289.0μm，寬約289.0μm的長方形。
6.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是長方形，並且所述柱形結構在縱向上中心對中心間隔約500μm，端對端間隔約211.0μm。
7.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是直徑約289.0μm的圓形。
8.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是直徑約289.0μm的圓形；所述柱形結構至少部分排列成若干行和列，其中相鄰的圓形柱形結構間隔約500μm。
9.如權利要求1所述的管芯，其中所述柱形結構圖案包括一系列的行和列。
10.如權利要求1所述的管芯，其中所述柱形結構圖案包括一系列的行和列；以所述一系列的行和列排列的所述柱形結構在所述列中縱向上中心對中心間隔約500μm，端對端間隔約211.0μm。
11.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構包括至少一個壁狀柱形結構。
12.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構包括至少一個形成方形的壁狀柱形結構。
13.如權利要求1所述的管芯，包括柱形壁。
14.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由無鉛材料構成。
15.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由銅構成。
16.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由塗覆有氧化物、鉻或鎳的銅構成。
17.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆焊料層構成。
18.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆的回流的焊料層構成。
19.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆焊料層構成；所述焊料層由約60-70％錫和約30-40％鉛；約63％錫和37％鉛；約99％錫和SnAg；或者100％錫構成。
20.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆焊料層構成；所述焊料層由約63％錫和37％鉛；或者100％錫構成。
21.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆的回流的焊料層構成；所述柱形結構的總高度約60-150μm。
22.如權利要求1所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆的回流的焊料層構成；所述柱形結構的總高度約100μm。
23.如權利要求1所述的管芯，其中所述管芯用在表面聲波器件和MEM器件中。
24.一種管芯，包括襯底；和在所述襯底上以某種圖案形成的一個或多個柱形結構；所述一個或多個柱形結構是長方形、圓形、環形、壁狀或齒狀的。
25.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是長約789.0-1289.0μm，寬約289.0μm的長方形。
26.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是長約789.0μm，寬約289.0μm的長方形。
27.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是長約1289.0μm，寬約289.0μm的長方形。
28.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是長方形，並且所述柱形結構在縱向上中心對中心間隔約500μm，端對端間隔約211.0μm。
29.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是直徑約289.0μm的圓形。
30.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構是直徑約289.0μm的圓形；所述柱形結構至少部分排列成若干行和列，其中相鄰的圓形柱形結構間隔約500μm。
31.如權利要求24所述的管芯，其中所述柱形結構圖案包括一系列的行和列。
32.如權利要求24所述的管芯，其中所述柱形結構圖案包括一系列的行和列；以所述一系列的行和列排列的所述柱形結構在所述列中縱向上中心對中心間隔約500μm，端對端間隔約211.0μm。
33.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構包括至少一個壁狀柱形結構。
34.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構包括至少一個形成方形的壁狀柱形結構。
35.如權利要求24所述的管芯，包括柱形壁。
36.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由無鉛材料構成。
37.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由銅構成。
38.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由塗覆有氧化物、鉻或鎳的銅構成。
39.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆焊料層構成。
40.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆的回流的焊料層構成。
41.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆焊料層構成；所述焊料層由約60-70％錫和約30-40％鉛；約63％錫和37％鉛；約99％錫和SnAg；或者100％錫構成。
42.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆焊料層構成；所述焊料層由約63％錫和37％鉛；或者100％錫構成。
43.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆的回流的焊料層構成；所述柱形結構的總高度約60-150μm。
44.如權利要求24所述的管芯，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆的回流的焊料層構成；所述柱形結構的總高度約100μm。
45.如權利要求24所述的管芯，其中所述管芯用在表面聲波器件和MEM器件中。
46.一種形成管芯的方法，包括下述步驟提供襯底；以及在所述襯底上以某種圖案形成一個或多個柱形結構。
47.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構是長方形、圓形、環形、壁狀或齒狀的。
48.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構是長約789.0-1289.0μm，寬約289.0μm的長方形。
49.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構是長約789.0μm，寬約289.0μm的長方形。
50.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構是長約1289.0μm，寬約289.0μm的長方形。
51.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構是長方形，並且所述柱形結構在縱向上中心對中心間隔約500μm，端對端間隔約211.0μm。
52.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構是直徑約289.0μm的圓形。
53.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構是直徑約289.0μm的圓形；所述柱形結構至少部分排列成若干行和列，其中相鄰的圓形柱形結構間隔約500μm。
54.如權利要求46所述的方法，其中所述柱形結構圖案包括一系列的行和列。
55.如權利要求46所述的方法，其中所述柱形結構圖案包括一系列的行和列；以所述一系列的行和列排列的所述柱形結構在所述列中縱向上中心對中心間隔約500μm，端對端間隔約211.0μm。
56.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構包括至少一個壁狀柱形結構。
57.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構包括至少一個形成方形的壁狀柱形結構。
58.如權利要求46所述的方法，其中所述管芯包括柱形壁。
59.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構由無鉛材料構成。
60.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構由銅構成。
61.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構由塗覆有氧化物、鉻或鎳的銅構成。
62.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆焊料層構成。
63.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆的回流的焊料層構成。
64.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆焊料層構成；所述焊料層由約60-70％錫和約30-40％鉛；約63％錫和37％鉛；約99％錫和SnAg；或者100％錫構成。
65.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆焊料層構成；所述焊料層由約63％錫和37％鉛；或者100％錫構成。
66.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆的回流的焊料層構成；所述柱形結構的總高度約60-150μm。
67.如權利要求46所述的方法，其中所述一個或多個柱形結構由下部銅層和上覆的回流的焊料層構成；所述柱形結構的總高度約100μm。
68.如權利要求46所述的方法，其中所形成的管芯用在表面聲波器件和MEM器件中。
全文摘要
本發明公開了一種包括襯底和在所述襯底上以某種圖案形成的一個或多個柱形結構的管芯以及形成該管芯的方法。
文檔編號H01L23/485GK1606155SQ200410034758
公開日2005年4月13日 申請日期2004年5月12日 優先權日2003年10月9日
發明者金輝·譚, 劉世奎, 莊漢·沈, 巴拉蘇布科馬尼恩·西華格納姆, 羅斯馬麗·塔卡普洛特, 延元·龐, 馬·L·南·託伊, 林中·信 申請人:先進封裝技術私人有限公司