[发明专利]半导体器件中的伸长凸块结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体器件，更具体而言，涉及半导体器件和封装组件中的伸长凸块结构。

背景技术

集成电路芯片包括在衬底如半导体晶圆上形成的半导体器件，并包括用于对集成电路电路提供电界面的金属化接触件或连接件、焊盘。用于在芯片的内部电路和外部电路如电路板、另一芯片、或晶圆之间提供连接的常规技术包括引线接合，其中引线用于将芯片接触焊盘连接至外部电路，并且还可以包括本领域中已知的其他技术。称为倒装芯片技术的更近期的芯片连接技术采用已在芯片接触焊盘上沉积的焊料凸块提供集成电路器件和外部电路的连接。为了将芯片安装至外部电路，将芯片翻过来以使其顶面向下，并且使其接触焊盘与外部电路上的匹配接触焊盘对准。然后使焊料在倒装的芯片和承载外部电路的衬底之间流动以完成互连。得到的倒装芯片封装件比传统的基于载具的系统小得多，因为芯片被直接设置在外部电路上，以使互连引线可以短得多。结果，大量减少了电感和电阻热，使更高速度的器件成为可能。

高密度倒装芯片互连件的近期趋势导致了将圆铜柱凸块用于中央处理器(CPU)和图形处理器(GPU)封装。铜柱凸块对于传统的焊料凸块是有吸引力的替换件，但是圆铜柱凸块具有一些不足之处。例如，圆形的铜柱凸块显著增加了互连结构的尺寸，从而限制了用于互连的金属迹线的间距尺寸。结果，目前的圆形凸块最终将成为集成电路(IC)产业中的器件继续缩小的瓶颈。圆铜柱凸块的另一个不足之处是由于芯片和封装结构的热膨胀不匹配在封装电路以及下面各层处形成的机械应力。已观察到在凸块下金属化(UBM)层的边缘处的应力在封装后非常高，并因此当k值小于3时，诱导的应变力在具有超低k(ELK)介电层的电路中引起特别关键的介电层分层。因此封装结构变得越来越脆弱。此外，圆凸块与焊盘的界面处的大电流密度促进电迁移和电应力。由电迁移引起的损伤类型的实例包括焊点中的微裂缝(micro-racking)和接合层中的分层。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种器件，包括：芯片，包括凸块结构，其中所述凸块结构包括导电柱，所述导电柱具有沿着所述导电柱的长轴测量的长度(L)和沿着所述导电柱的短轴测量的宽度(W)；以及衬底，包括导电迹线和位于所述导电迹线上面的掩模层，其中所述掩模层具有暴露出一部分所述导电迹线的开口，其中，所述芯片接合至所述衬底以在所述导电柱和所述导电迹线的暴露部分之间形成互连，以及其中，所述开口具有沿着所述导电柱的长轴测量的第一尺寸(d1)和沿着所述导电柱的短轴测量的第二尺寸(d2)，并且L与d1的比值大于W与d2的比值。

在上述器件中，其中L与d1的比值处于1.05至2.0的范围内。

在上述器件中，其中W与d2的比值处于0.8至1.3的范围内。

在上述器件中，其中，所述导电柱具有伸长的形状。

在上述器件中，进一步包括焊点区，所述焊点区位于所述导电柱和所述导电迹线的暴露部分之间。

在上述器件中，其中，所述掩模层由阻焊材料层形成。

在上述器件中，其中，所述导电柱包含铜。

在上述器件中，其中，所述导电迹线包含铜。

在上述器件中，其中，所述导电柱的长轴垂直于所述芯片的边缘。

在上述器件中，其中，所述导电柱的长轴沿着朝向所述芯片的中心区域的方向。

根据本发明的另一方面，还提供了一种器件，包括：导电柱，形成于第一衬底上，所述导电柱具有沿着所述导电柱的长轴测量的长度(L)和沿着所述导电柱的短轴测量的宽度(W)；导电迹线，形成于第二衬底上；以及掩模层，位于所述导电迹线和所述第二衬底的上面，所述掩模层具有暴露出一部分所述导电迹线的开口，其中，所述导电柱通过焊料层连接至所述导电迹线的暴露部分，以及其中，所述掩模层的开口具有沿着所述导电柱的长轴测量的第一尺寸(d1)，并且d1小于L。

在上述器件中，其中，L与d1的比值处于1.05至2.0的范围内。

在上述器件中，其中，所述掩模层的开口具有沿着所述导电柱的短轴测量的第二尺寸(d2)，并且W与d2的比值处于0.8至1.3的范围内。

在上述器件中，其中，所述导电柱具有伸长的形状。

在上述器件中，其中，所述掩模层由阻焊材料层形成。

在上述器件中，其中，所述导电柱包含铜。

在上述器件中，其中，所述导电迹线包含铜。

在上述器件中，其中，所述第一衬底是半导体衬底，以及所述第二衬底是介电衬底。