[發明專利]封裝結構中的細長凸塊結構

有效

• 申請號: 201310119638.2
• 申請日: 2013-04-08
• 公開（公告）號: CN103915401B
• 公開（公告）日: 2017-05-03
• 發明（設計）人: 莊曜群;莊其達;曾明鴻;陳承先
• 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;H01L21/60
• 代理公司: 北京德恒律治知識產權代理有限公司11409
• 代理人: 章社杲,孫征

技術領域

本發明總的來說涉及半導體領域，更具體地，涉及封裝結構中的細長凸塊結構。

背景技術

集成電路芯片包括形成在諸如半導體晶圓的襯底上的半導體器件，并且包括用于為集成電路提供電接口的金屬化接觸件或附接件、焊盤。接合凸塊是集成電路中的互連結構的一部分。凸塊為集成電路器件提供接口，可通過其實現器件的電連接。用于提供芯片的內部電路和外部電路(諸如電路板、另一種芯片或晶圓)之間連接的傳統技術包括引線接合，其中，引線用于將芯片接觸焊盤連接至外部電路，并且還可包括本領域公知的其它技術。被稱為倒裝芯片技術的新近芯片連接技術使用沉積到芯片接觸焊盤上的焊料凸塊為集成電路器件提供與外部電路的連接。為了將芯片安裝至外部電路，翻轉芯片以使其頂面朝下并且其接觸焊盤與外部電路上的相配接觸焊盤對準。然后，焊料在倒裝芯片和支撐外部電路的襯底之間流動以完成互連。所得到的倒裝芯片封裝比傳統的基于載體的系統更小，因為芯片被直接放置在外部電路上，使得互連引線可以更短。結果，大大減小了電感熱和電阻熱，從而器件的速度更快。

高密度倒裝芯片互連件的最近趨勢引導中央處理單元(CPU)和圖形處理單元(GPU)封裝使用圓形或類圓形銅柱凸塊。銅柱凸塊代替傳統焊料凸塊是吸引人的，因為它們提供與接合引線間距無關的固定基準距(stand-off)。然而，圓形銅柱凸塊具有多種缺點。例如，圓形的銅柱凸塊增加了互連結構的有效尺寸，因此限制了用于互連的金屬跡線的間距尺寸。結果，當前圓形凸塊最終將成為集成電路(IC)工業中縮小器件的瓶頸。圓形銅柱凸塊的另一個缺點是由于芯片和封裝結構不匹配的熱膨脹而在封裝電路以及下面的層上產生機械應力。已經注意到，在封裝之后，凸塊下金屬化(UBM)層邊緣處的應力非常高，因此所引起的應力導致介電層分層，在具有極低k(ELK)介電層(k值低于3)的電路中尤其嚴重。因此，封裝結構越來越易碎。此外，圓形凸塊-焊盤接口處較大的電流密度會引起電遷移和電應力。由電遷移引起的損壞類型的實例包括焊料接頭中的微變形以及接合層中的分層。

發明內容

根據本發明的一個方面，提供了一種封裝結構，包括：芯片，包括凸塊結構，凸塊結構包括導電柱，導電柱具有沿著導電柱的長軸測量的長度(L)和沿著導電柱的短軸測量的寬度(W)；以及襯底，包括焊盤區域和位于焊盤區域上方的掩模層，掩模層具有露出部分焊盤區域的開口，其中，芯片附接至襯底以在導電柱和焊盤區域之間形成互連件，其中，開口具有沿著長軸測量的第一尺寸(d1)和沿著短軸測量的第二尺寸(d2)；以及其中，L大于d1，而W小于d2。

優選地，該封裝結構進一步包括位于導電柱和焊盤區域之間的焊點區域。

優選地，由阻焊材料層形成掩模層。

優選地，導電柱包括銅或銅合金。

優選地，導電柱的長軸垂直于芯片的邊緣。

優選地，導電柱的長軸沿著朝向芯片的中央區域的方向。

優選地，L與d₁之間的差值大于20μm。

優選地，W與d2之間的差值大于2μm。

優選地，d1基本等于d2。

根據本發明的另一方面，提供了一種封裝結構，包括：芯片，包括凸塊結構，凸塊結構包括導電柱，導電柱具有沿著導電柱的長軸測量的長度(L)和沿著導電柱的短軸測量的寬度(W)；以及襯底，包括位于襯底上方并具有開口的掩模層、以及填充掩模層的開口并從掩模層的頂面突出的導電區域；其中，芯片附接至襯底以在導電柱和導電區域之間形成互連件，其中，開口具有沿著長軸測量的第一尺寸(d1)和沿著短軸測量的第二尺寸(d2)；以及其中，L大于d1，而W小于d2。

優選地，該封裝結構進一步包括位于導電柱和導電區域之間的焊點區域。

優選地，由阻焊材料層形成掩模層。

優選地，導電柱包括銅或銅合金。

優選地，導電柱的長軸垂直于芯片的邊緣。

優選地，導電柱的長軸沿著朝向芯片的中央區域的方向。

優選地，L與d1之間的差值大于20μm。

優選地，W與d2之間的差值大于2μm。

優選地，d1基本等于d2。