本發明專利技術涉及形成引線上凸塊互連的半導體器件和方法。一種半導體器件具有半導體管芯，該半導體管芯具有在半導體管芯表面上形成的多個復合凸塊。復合凸塊具有可熔部分和不可熔部分，諸如導電柱和在導電柱上形成的凸塊。復合凸塊還可以呈錐形。在基底上形成導電跡線，互連點具有從平面圖看與導電跡線平行的邊緣以便增加逸出布線密度。互連點可以具有為導電跡線寬度的5/6的寬度。復合材料凸塊比互連點寬。復合凸塊的可熔部分被結合到互連點，使得可熔部分覆蓋互連點的頂面和側面。在半導體管芯與基底之間的復合凸塊周圍沉積密封劑。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術一般地涉及半導體器件，并且更特別地涉及。
技術介紹
在現代電子產品中常常發現半導體器件。半導體器件在電氣組件的數目和密度方面不同。分立半導體器件通常包含一種類型的電氣組件，例如發光二極管(LED)、小信號晶體管、電阻器、電容器、電感器和功率金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SFET)。集成半導體器件通常包括幾百個至幾百萬個電氣組件。集成半導體器件的示例包括微控制器、微處理器、電荷耦合器件(CXD )、太陽電池和數字微鏡器件(DMD )。半導體器件執行大范圍的功能，諸如信號處理、高速計算、傳送和接收電磁信號、 控制電子器件、將日光變換成電和產生用于電視顯示的可視投影。半導體器件被用于娛樂、 通信、功率轉換、網絡、計算機和消費者產品領域。半導體器件還被用于軍事應用、航空、汽車、工業控制器和辦公室設備。半導體器件利用半導體材料的電氣性質。半導體材料的原子結構允許通過施加電場或基電流或通過摻雜的過程來操縱其導電性。摻雜向半導體材料中引入雜質以操縱并控制半導體器件的導電性。半導體器件包含有源和無源電氣結構。包括雙極和場效應晶體管的有源結構控制電流的流動。通過改變摻雜的水平和電場或基電流的施加，晶體管促進或限制電流的流動。 包括電阻器、電容器和電感器的無源結構產生執行多種電功能所需的電壓與電流之間的關系。無源和有源結構被電連接以形成電路，該電路使得半導體器件能夠執行高速計算及其它有用功能。通常使用每個包括可能幾百個步驟的兩個復雜的制造過程、即前端制造和后端制造來制造半導體器件。前端制造包括在半導體晶片的表面上形成多個管芯。每個管芯通常是相同的并包含通過將有源和無源組件電連接而形成的電路。后端制造包括從成品晶片單顆化單獨的管芯并將該管芯封裝以提供結構支撐和環境隔離。半導體制造的一個目的是生產較小的半導體器件。較小的器件通常消耗較少的功率，具有較高的性能，并且能夠更高效地生產。另外，較小的半導體器件具有較小的覆蓋區， 這對于較小的最終產品是期望的。可以通過前端過程的改進來實現更小的管芯尺寸，導致管芯具有更小、更高密度的有源和無源組件。后端過程可以通過電互連和封裝材料的改進來產生具有更小覆蓋區的半導體器件封裝。在常規倒裝式封裝中，半導體管芯被安裝到封裝基底，管芯的有源側與基底相對。按照慣例，以凸塊的方式來實現管芯中的電路與基底中的電路的互連，所述凸塊被附著于管芯上的互連焊盤陣列，并被結合到基底上的常常稱為捕獲焊盤的互連焊盤的相應互補陣列。集成電路上的電子特征的面密度已大大地增加，并且具有更大密度的電路特征的半導體管芯還可以具有用于與封裝基底互連的更大密度的點。封裝以封裝與底層電路之間的二級互連的方式連接到諸如印刷電路板或母板的底層電路。二級互連具有比倒裝互連更大的節距，因此基底上的布線按照慣例呈扇形展開。 顯著的技術進步已使得能夠構造細微的線和空間。相鄰焊盤之間的空間限制可能從陣列中的更加向內的捕獲焊盤逸出的跡線的數目。按照慣例，在封裝基底內的多個金屬層上形成管芯下面的捕獲焊盤與封裝的外部管腳之間的扇形展開布線。對于復雜的互連陣列而言， 可能要求具有多個層的基底以實現管芯焊盤與封裝上的二級互連之間的布線。多個層基底是昂貴的，并且在常規倒裝結構中，基底通常單獨地占了一大半的封裝成本。多層基底的高成本已經是限制主流產品中的倒裝技術發展的因素。逸出布線圖案通常引入附加的電寄生，因為布線包括信號傳輸路徑中的配線層之間的短行程的非屏蔽配線和過孔(via)。電寄生能夠顯著地限制封裝性能。可以通過使用熔融過程將例如焊料凸塊的凸塊接合到相應捕獲焊盤的配合表面上來進行倒裝互連，稱為捕獲焊盤上凸塊(BOC)互連。兩個特征在BOC設計中是顯而易見的首先，要求相當大的捕獲焊盤來與管芯上的凸塊相配合，并且第二，要求絕緣材料(通常為焊料掩膜)來在互連過程期間限制焊料的流動。焊料掩膜開口在捕獲焊盤處限定熔融焊料的輪廓，即焊料掩膜限定，或者可以不由掩膜開口來限定焊料輪廓，即非焊料掩膜限定。 在后一種情況下，焊料掩膜開口明顯大于捕獲焊盤。由于用于限定焊料掩膜開口的技術具有用于焊料掩膜限定凸塊配置的寬公差范圍，所以捕獲焊盤必須是大的，通常在相當程度上大于用于掩膜開口的設計尺寸，以保證掩膜開口將位于焊盤的配合表面上。對于非焊料掩膜限定凸塊配置而言，焊料掩膜開口必須大于捕獲焊盤。捕獲焊盤或直徑的寬度可以是跡線寬度的兩至四倍。捕獲焊盤的較大寬度導致頂部基底層上的布線空間的相當大的損失。特別地，逸出布線節距比基底技術能夠提供的最細跡線節距大得多。必須借助于短支柱(stud)和過孔在下基底層上布置許多焊盤的路線，常常在管芯的覆蓋區下面，源自于正在討論中的焊盤。在常規焊料掩膜限定BOC互連的典型示例中，捕獲焊盤具有約140Mffl的直徑，并且焊料掩膜開口具有約90Mm的直徑，并且布線跡線約25 30Mm寬。用于將凸塊附著到管芯焊盤的配合表面的直徑、亦即凸塊與管芯焊盤之間的界面的位置被焊料掩膜開口限定為具有約90Mm的直徑。常規BOC互連布局在圖1和2中被示為倒裝封裝的部分10和20。沿著圖2中的線1-1’在與封裝基底表面平行的平面中截取了圖1中的部分剖視圖。沿著圖1中的線 2-2’在與封裝基底表面垂直的平面中截取了圖2中的部分剖視圖。某些特征被示為如同透明的，但是圖1中的許多特征被示為部分地被覆蓋特征隱藏。在圖1和2中，封裝基底的管芯附著表面包括在基底12上的電介質層上形成的金屬或層。金屬層被圖案化以形成跡線或引線13和捕獲焊盤14。絕緣層或焊料掩膜16覆蓋基底12的管芯附著表面。焊料掩膜16通常是被光致抗蝕劑圖案化的光可限定材料以使捕獲焊盤14的配合表面暴露。被附著于半導體管芯18的有源側上的焊盤的互連凸塊15被接合到基底12上的相應捕獲焊盤14的配合表面以在管芯上的電路與基底上的引線之間形成適當的電互連。在回流焊料被冷卻以建立電連接后，底部填充材料17被引入半導體管芯 18與基底12之間的空間中以機械地使互連穩定并保護管芯與基底之間的特征。圖1示出基底12的上金屬層中的從其各自的捕獲焊盤14跨越由虛線11指示的管芯邊緣位置并遠離管芯覆蓋區布線的信號逸出跡線13。信號跡線13可以具有約112微米(Mffl)的逸出節距IV 30 Mffl/30 Mffl設計規則對于諸如圖1所示的構造中的跡線13而言是典型的。跡線13標稱30 Mm寬，并且可以密集地以30 Mm間隔開。捕獲焊盤14通常是跡線寬度的三倍，并且捕獲焊盤具有標稱90Mm的寬度或直徑。焊料掩膜中的開口大于焊盤， 具有135ΜΠ1的標稱寬度或直徑。圖1和2示出非焊料掩膜限定焊料輪廓。隨著管芯上的凸塊的可熔材料熔化，熔融焊料趨向于將引線和捕獲焊盤的金屬潤濕且焊料趨向于在未被掩蔽的任何鄰近金屬表面上流出。焊料趨向于沿著相鄰引線13流動，并且這里，焊料流動在圖1中被焊料掩膜限制在位置19處。焊盤處的非焊料掩膜限定焊料輪廓在圖2中是顯而易見的，其中，凸塊15 的部分四被示為已在捕獲焊盤14的側上流動并向下流到基底12的電介質層的表面。非焊料掩膜限定輪廓不限制焊料在表面上并在捕獲焊盤的側上向下的流動，并且，除非在焊盤處存在大量多余的焊料，焊料的流動受限于基底的電介質表面通常不可被熔融焊料潤濕的事本文檔來自技高網...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
...
【專利技術屬性】
技術研發人員：RD潘德塞，
申請(專利權)人：新科金朋有限公司，星科金朋上海有限公司，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。