[发明专利]用于改善布线和减小封装应力的接合焊盘设计

说明书

技术领域

本发明大体上涉及半导体封装，更具体地来说，涉及改善布线和减小封装应力的接合焊盘设计。

背景技术

现在，晶圆级芯片封装(WLCSP)由于其低成本和相对简单的工艺而被广泛使用。在典型的WLCSP中，在金属化层上形成互连结构，然后形成凸块下金属(UBM)，并且安装焊料球。图1为发明人已知的和用在WLCSP中的互连结构的横截面图。芯片(或者晶圆)20包括衬底30，在该衬底上形成有源电路32。互连结构40包括：多个金属化层，该金属化层具有金属线和通孔(未示出)。金属化层包括顶部介电层，在该顶部介电层中形成金属焊盘52。金属焊盘52可以通过通孔48、布线或者重新分布层(RDL)46电连接至接合焊盘38。在衬底30的上方，并且也在互连结构40的上方形成钝化层34和36。在钝化层34的上方形成接合焊盘38，并且UBM层41与接合焊盘38接触。在UBM层41的上方形成凸块球42，并且该凸块球电连接至并且可能与UBM层41接触。接合焊盘38具有水平尺寸L1，在与衬底的前面(在图1中面朝上的表面)平行的平面上测量该水平尺寸。UBM层41具有尺寸L2，在与水平尺寸L1的方向相同的方向上测量该尺寸。为了降低在芯片20中的翘曲并且因此产生的分层的不利影响，接合焊盘38的尺寸L1通常大于UBM层41的尺寸L2。在图2中示出了图1中所示的结构的接合焊盘设计22的俯视图。

因为其尺寸，接合焊盘38占用了芯片表面的相当大的比例。因为接合焊盘38具有圆形，并且具有越来越高的半导体器件的密度，圆形接合焊盘38的尺寸可能限定布线或者用于布线的RDL 46的数量。如果在每一给定区域上的布线太多，则存在桥接或导致短路的危险。

通过减小圆形接合焊盘38的尺寸，设计者可以将在相邻接合焊盘38之间的更大间距提供用于布线。图3示出了接合焊盘设计22的实例，其中，接合焊盘38的尺寸L1小于UBM层41的尺寸L2。与在图2中所示的设计相比较，这种设计允许有在相邻接合焊盘38之间的额外布线。然而，具有这种设计的芯片易于由翘曲和/或热循环应力导致的分层。可以通过接合焊盘38将应力传递给互连结构40，潜在导致低k介电层在互连结构40中分层。当接合焊盘38的尺寸减小时，因为减小了用于UBM层41的支撑，所以将更大的应力传递给互连结构40；因此生成的封装件的可靠性下降。分层在芯片20的角部15处尤其严重。为了减小分层的危险，接合焊盘38的尺寸L1通常大于UBM层41的尺寸L2的预定数量。

由于阅读以下详细描述时显而易见的这些原因和其他原因，需要提供额外布线同时减小封装应力的改善的接合焊盘设计。

发明内容

为了解决现有技术所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种接合焊盘设计，包括：多个接合焊盘，所述多个接合焊盘位于半导体芯片的上方，其中，所述接合焊盘中的至少一个具有伸长形状，该伸长形状具有伸长部和收缩部，所述伸长部大体上沿着从所述芯片的中心向所述芯片的外围辐射的应力方向定向；以及多个凸块下金属(UBM)层，所述多个凸块下金属层被形成在所述多个接合焊盘的相应接合焊盘的上方。

所述接合焊盘设计进一步包括：一条或多条布线，所述一条或多条布线位于任意两个相邻接合焊盘之间的间隙中。

在所述接合焊盘设计中，所述多个接合焊盘中的至少一个具有伸长的圆形；或者所述接合焊盘中的至少一个具有伸长的椭圆形；或者所述多个UBM层中的至少一个的直径大于所述多个接合焊盘中的一个的所述收缩部的长度；或者所述多个UBM层中的至少一个的直径小于所述多个接合焊盘中的一个的所述伸长部的长度。

在所述的接合焊盘设计中，所述多个接合焊盘中的至少一个具有伸长部，以相对于所述芯片的角部呈基本上45度夹角定向，并且至少一个接合焊盘具有伸长部，以相对于所述芯片的边缘呈基本上90度夹角定向。

根据本发明的另一方面，提供了一种接合焊盘结构，包括：一个或多个接合焊盘，所述一个或多个接合焊盘位于半导体器件的上方，其中，所述接合焊盘具有包括较窄部分和较宽部分的伸长的椭圆形，所述较宽部分大体上与应力方向平行，所述应力方向从所述半导体器件的中心向外辐射；以及一个或多个凸块下金属(UBM)层，所述一个或多个凸块下金属层形成在所述一个或多个接合焊盘的相应接合焊盘上。

所述的接合焊盘结构进一步包括：一条或多条布线，所述一条或多条布线位于任意两个相邻接合焊盘之间的间隙中。