[發明專利]用于改善布線和減小封裝應力的接合焊盤設計

有效

• 申請號: 201110332275.1
• 申請日: 2011-10-25
• 公開（公告）號: CN102842547A
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 周逸曼;郭彥良
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L23/48;H01L21/60
• 代理公司: 北京德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;高雪琴

技術領域

本發明大體上涉及半導體封裝，更具體地來說，涉及改善布線和減小封裝應力的接合焊盤設計。

背景技術

現在，晶圓級芯片封裝(WLCSP)由于其低成本和相對簡單的工藝而被廣泛使用。在典型的WLCSP中，在金屬化層上形成互連結構，然后形成凸塊下金屬(UBM)，并且安裝焊料球。圖1為發明人已知的和用在WLCSP中的互連結構的橫截面圖。芯片(或者晶圓)20包括襯底30，在該襯底上形成有源電路32。互連結構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，并且也在互連結構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L1，在與襯底的前面(在圖1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L1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生的分層的不利影響，接合焊盤38的尺寸L1通常大于UBM層41的尺寸L2。在圖2中示出了圖1中所示的結構的接合焊盤設計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的數量。如果在每一給定區域上的布線太多，則存在橋接或導致短路的危險。

通過減小圓形接合焊盤38的尺寸，設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示出了接合焊盤設計22的實例，其中，接合焊盤38的尺寸L1小于UBM層41的尺寸L2。與在圖2中所示的設計相比較，這種設計允許有在相鄰接合焊盤38之間的額外布線。然而，具有這種設計的芯片易于由翹曲和/或熱循環應力導致的分層。可以通過接合焊盤38將應力傳遞給互連結構40，潛在導致低k介電層在互連結構40中分層。當接合焊盤38的尺寸減小時，因為減小了用于UBM層41的支撐，所以將更大的應力傳遞給互連結構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處尤其嚴重。為了減小分層的危險，接合焊盤38的尺寸L1通常大于UBM層41的尺寸L2的預定數量。

由于閱讀以下詳細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力的改善的接合焊盤設計。

發明內容

為了解決現有技術所存在的問題，根據本發明的一個方面，提供了一種接合焊盤設計，包括：多個接合焊盤，所述多個接合焊盤位于半導體芯片的上方，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接合焊盤的上方。

所述接合焊盤設計進一步包括：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。

在所述接合焊盤設計中，所述多個接合焊盤中的至少一個具有伸長的圓形；或者所述接合焊盤中的至少一個具有伸長的橢圓形；或者所述多個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；或者所述多個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。

在所述的接合焊盤設計中，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。

根據本發明的另一方面，提供了一種接合焊盤結構，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力方向平行，所述應力方向從所述半導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接合焊盤上。

所述的接合焊盤結構進一步包括：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。