专利名称：接触垫和形成用于集成电路的接触垫的方法
技术领域：
本发明总体上涉及集成电路，尤其涉及接触垫和形成用于集成电路的接触 垫的方法。
背景技术：
因为对于较小电子装置的需求持续存在，所以用于所述装置中的组件的尺 寸必须减小。电子装置中含有的集成电路封装也不例外。制造者已用来减小集 成电路封装的大小的一种常见方式是通过使用焊料球。举例来说，在倒装芯片 设计中，使用棵片上的焊料凸块来消除从棵片到集成电路封装的衬底的导线结 合。也就是说，在形成于棵片的接触垫上时经常被称作焊料凸块的焊料球使得 棵片的接触垫与衬底的对应接触垫之间的连接成为可能，正如此项技术中所众
所周知的。类似地，球状栅格阵列(ball grid array， BGA)装置的焊料球消除 了对于通常用于将集成电路封装连接到例如印刷电路板的另一装置的引线的需 要。在任一状况下，倒装芯片装置的棵片上的焊料凸块或BGA封装上的焊料 球的阵列通过使得I/O垫能够定位于棵片或集成电路封装上的任何一处而增大 装置的输入/输出(I/O)密度。除了减小集成电路封装的大小之外，从常规封 装消除导线结合和引线也降低了电感和电阻，且提供了更好的噪声性能。
然而，如同任何结合技术的情况一样，重要的是确保焊料凸块或焊料球提 供可靠的连接。在制造半导体组件的过程中，重要的是组件无缺陷且在其整个 使用过程中保持可靠。当集成电路封装中存在缺陷时，可用装置的百分比降低， 且制造者的收益性将受影响。另外，当电子装置具有一具有焊料球缺陷连接的 集成电路封装时，集成电路可能不正常作用或故障，且可能使得具有所述集成 电路的电子装置不正常地作用或甚至停止运行。因此，重要的是在任何可能情 况下最小化集成电路封装中的缺陷。
在组件焊接到接触垫之处发现集成电路封装中的故障的一个常见来源。许 多组件是使用焊料球焊接到接触垫，所述焊料球在放置组件时被回焊。举例来 说，通过在倒装芯片上回焊多个焊料凸块而将倒装芯片焊接到衬底，且通过在球状栅格阵列(BGA)上回焊多个焊料球而将BGA焊接到印刷电路板，正如 此项技术中所众所周知。焊料连接中的故障可能是由于材料中的多种缺陷造成， 例如不良的焊料品质、不足的焊料量或其他因素。当在BGA装置中将倒装芯 片焊接到衬底或将BGA装置焊接到印刷电路板时，发生故障的一个常见原因 是在与接触垫的接合处出现焊料破裂。破裂通常在接触垫与焊料球之间的界面 处起始并扩张。BGA封装减小印刷电路板的占据面积要求，提供每单位面积更 多电路，且促进村底组装的自动化。因此，对BGA封装的需求已在近若千年 来急剧增加。然而，这些封装的热机械可靠性为电子工业所关注的问题。焊接 点的板级可靠性(board level reliability)是成功应用BGA的最关键问题之一。 尽管众所周知增大焊料球垫开口大小可改善焊接点可靠性，但垫开口大小必须 在可能对于高密度封装设计并不增大的特定大小内。
因此，需要一种改善的接触垫和形成用于集成电路的接触垫的方法。
发明内容
揭示集成电路中的接触垫。所述接触垫包含包含接触垫的基座的平坦部 分；从平坦部分延伸且实质上垂直于平坦部分的多个突出物；以及附接到突出 物和平坦部分的焊料球。多个突出物可包含具有不同高度的支柱。另外，接触 垫可包含棵片上的接触垫、集成电路的衬底上的接触垫，或两者。
根据替代实施例的集成电路的接触垫包含包含接触垫的基座的平坦部分； 形成于平坦部分上且从平坦部分延伸的多个突出物，所述多个突出物具有一系 列高度，其包含朝向在接触垫的中央附近的高突出物延伸的在接触垫的外端附 近的短突出物；以及附接到突出物和平坦部分的焊料球。突出物可包含直突出 物或锥形突出物。
还揭示形成用于集成电路的接触垫的方法。所述方法包含形成具有接触 垫的基座的平坦部分；形成从平坦部分延伸且实质上垂直于平坦部分的多个突 出物；以及将焊料球附接到多个突出物和平坦部分。可通过形成至少一个金属 层或通过蚀刻至少一个金属层来形成多个突出物。突出物可包含在接触垫的末 端附近的短突出物和在接触垫的中央附近的高突出物。接触垫可形成于集成电 路封装的棵片上或集成电路封装的村底上。
图1是根据本发明的实施例的具有接触垫的集成电路封装的横截面图；图2是展示形成于触点与焊料球之间的结合中的破裂的常规接触垫的横截 面图3是根据本发明的实施例，在"x，，方向上所取的具有多个突出物的接触 垫的横截面图4是根据本发明的实施例，在图3的"y"方向上于线A-A处所取的接 触垫的横截面图5是根据本发明的替代实施例，在图3的"y"方向上于线A-A处所取 的接触垫的横截面图6是根据本发明的实施例，在图3的"y"方向上于线B-B处所取的接 触垫的横截面图7是根据本发明的实施例，在图3的"y"方向上于线C-C处所取的接 触垫的横截面图8是根据本发明的替代实施例，在"x"方向上所取的具有突出物的接触 垫的横截面图9是根据本发明的实施例，在图8的"y'，方向上于线A-A处所取的接 触垫的横截面图IO是根据本发明的实施例，在图8的"y"方向上于线B-B处所取的接 触垫的横截面图ll是根据本发明的实施例，在图8的"y"方向上于线C-C处所取的接 触垫的横截面图12是根据本发明的另一实施例，在"x"方向上所取的具有突出物的接 触垫的横截面图13是根据本发明的又一实施例，在"x"方向上所取的具有突出物的接 触垫的横截面图14是展示根据本发明的实施例的具有突出物的接触垫的形成的一系列
图15是展示根据本发明的替代实施例的具有突出物的接触垫的形成的一 系列图；以及
图16是展示根据本发明的实施例的具有接触垫的集成电路的形成的一系 列图。
具体实施例方式
首先转向图1，展示根据本发明的实施例的具有接触垫的集成电路封装的
横截面图。具体而言，图1的集成电路封装包含具有多个接触垫104的棵片102,所述接触垫104通过对应焊料凸块108使得到衬底107的接触垫106的连接成为可能。也可在棵片102下方涂覆底部填充剂(underfill) 110。接着通过棵片与罩盖112之间的粘结剂114和罩盖的侧壁118与衬底之间的粘结剂116使所述罩盖附接到衬底。同样提供衬底上的接触垫122以通过衬底与另一装置之间的焊料球124形成电连接。举例来说，焊料球可形成到印刷电路板128的接触垫126的连接。同样，表示为"A"的部分剖面展示具有在棵片102的接触垫104与衬底的接触垫106之间的焊料凸块108的横截面的区。部分剖面"B"展示具有在衬底107的接触垫122与容纳集成电路的装置上的接触垫(例如印刷电路板128上的接触垫126)之间的焊料球124的横截面的区。将参看图2到图13中的部分剖面"A，，和"B"的放大视图来更加详细地描述这些部分剖面。也就是说，将在以下描述的具有突出物的接触垫可用于部分剖面"A"中的衬底的接触垫104上或部分剖面"B"中的衬底的触点122上，或是两者上。
如图2的部分横截面中所展示，当使用常规接触垫时可能在接触垫202与焊料球204之间形成破裂。也就是说，当破裂开始在一末端上形成时，所述破裂可能继续扩张直到在焊料球与接触垫之间形成分裂为止。图3到图13将展示将防止或延緩破裂在焊料球与接触垫之间的结合中扩张的本发明的实施例。
现转向图3,展示根据本发明的实施例的具有多个突出物的接触垫的横截面图。尽管棵片的接触垫上的焊料球也可被称作焊料凸块，但针对棵片上的接触垫和衬底上的接触垫两者均将参考焊料球。如图3所展示，包含支柱或壁的五个突出物在实质上垂直的方向上从接触垫的基座302延伸。具体而言，具有高度hl的高突出物304从基座延伸，而具有高度h2的中间突出物306和308在任一侧上从基座延伸，其中具有高度h3的小突出物310和312处于末端上。尽管展示了具有三个高度的五个突出物，但根据本发明也可使用不同数目个突出物和/或具有不同高度的突出物。通过实例，对于具有100微米的宽度wl的接触垫，突出物的宽度w2可为大致IO微米。高度hl可为大致20微米，高度h2可为大致15微米，且高度h3可为大致IO微米。
如在图3中可见，突出物的使用提供了防止破裂沿着焊料球与接触垫之间
6的结合传布的障壁。也就是说，通过使用例如铜突出物的若干锥形突出物而非平坦接触垫增加了接触垫与焊料球之间的总接触面积，且减小了应力集中程度，以防止破裂起始或扩张。具有不同高度的突出物可通过增加破裂行进的距离而延緩破裂的扩张。接触垫中部的高突出物对于防止或延緩破裂扩张可为有益的。因此，接触垫结构改善了焊料球可靠性。另外，接触垫与焊料球之间的总接触面积增大，此与增加垫开口大小具有相同的效果。当封装处于温度循环范围中时，应力集中程度将随这一增大的接触面积而降低。尽管接触垫和突出物可包
含铜，但一些其他导电合金(例如包含镍(Ni)、高铅(Pb)焊料、钛(Ti)或铝(Al)的合金)可用于突出物。所述垫结构可用于集成电路封装中可能具有
何其他接触垫或结构。
现转向图4到图7，展示图3的接触垫的横截面图。在"y"方向上于线A-A处所取的突出物的横截面图展示跨突出物的长度T，具有统一高度的直突出物。突出物的长度可等于接触垫的长度，或短于接触垫(如图所示)。相比而言，图5中的突出物的横截面图展示个别突出物304也为锥形的。具体而言，突出物包含第一平台Pl、第一平台的任一侧上的第二平台P2,和突出物末端上的第三平台P3。平台的数目可视具有不同高度的突出物的数目而变化。如将参看图14和图15更详细描述的，用于形成具有不同高度的突出物的金属化步骤或蚀刻步骤的数目也可确定在给定突出物中的平台的数目。各个突出物的形状在"y"方向上可为锥形，使得接触垫的突出物的整体形状将形成角锥体结构。举例来说，参看图6和图7,于图3的线B-B处所取的接触垫的横截面图展示突出物306和308的第一平台Pl和第二平台P2。类似地，突出物310和312包含单个平台Pl,如于图3的线C-C处所取的接触垫的横截面图所示。
现转向图8,展示根据本发明的替代实施例的具有突出物的接触垫的横截面图。与图3的实施例相比，图8的实施例的突出物/人4矣触垫的外缘上的最长突出物延伸到中部的最短突出物。具体而言，短突出物804定位于两个中间突出物806与808之间，且两个高突出物810和812处于末端上。参看图9,如于图8的线A-A处所取的接触垫的横截面图中所示，突出物可以与突出物在"x"方向上为锥形相同的方式在"y"方向上为锥形。具体而言，突出物804包含在 央的第一平台Pl、在第一平台的任一端上的第二平台P2,和处于末端上的第三平台P3。类似地，如图10所示，于图8的线B-B处所取的接触垫的横截面图展示平台P2的各部分之间的中央平台Pl。最后，于图8的线C-C处所取的接触垫的横截面图展示在末端上的突出物具有统一的长度。因此，突出物在"x"和"y，，方向上均为锥形，以形成将更加接近地遵循焊料球形状的锥形触点。
现转向图12,展示根据本发明的另一实施例的具有突出物的接触垫的横截面图。具体而言，接触垫的基座1202包含各具有统一高度的多个突出物1204到1214。根据图13的具有突出物的接触垫的横截面图，基座1302包含具有交替高度的多个突出物1304到1312。从基座1302延伸的短突出物1304到1308由两个中间突出物1310和1312分离。交替突出物的布置也可颠倒，其中较高突出物处于接触垫的末端上。尽管在实施例中的每一个中展示五个突出物，但可使用其他数目个突出物。
现转向图14, 一系列图展示根据本发明的实施例的具有突出物的接触垫的形成。具体而言，在如图14A所示形成第一金属层1402和具有多个开口 1406的掩模层1404之后，如图14B所示形成突出物的第一层级1408。接着涂覆第二掩模层1410,且如图14C所示形成额外开口 1412。接着如图14D所示形成内部三个突出物的第二层1414。最后，接着如图14E所示形成具有开口 1418的第三掩模层1416，其中如图14F所示形成中部突出物的额外层1420。图14G接着展示在移除掩模层之后的接触垫104或122的所得接触垫结构。
现转向图15, —系列图展示根据本发明的替代实施例的具有突出物的接触垫的形成。具体而言，在形成接触垫的厚金属层1502之后，如图15A所示形成具有掩才莫区1504的第 一掩模层以保留中部突出物的顶层。在蚀刻步骤之后，如图15B所示产生具有减小的厚度的金属层1506和中部突出物的顶部部分1508。如图15C所示形成具有用于邻近于中部突出物的突出物的掩模区1510和1512以及中部突出物的顶部部分1508上的掩模区1514的第二掩模层。在蚀刻步骤后，如图15D所示形成中部突出物1508以及邻近的突出物1516和1518。接着如图15E所示形成第三掩模层。具体而言，第一掩模部分1522形成于中部突出物上，而掩模部分1524和1526形成于两个邻近突出物的顶部部分1516和1518上，且掩模部分1528和1530形成于将具有外部突出物的区域上。接着在图15F中展示在最终蚀刻步骤之后的接触垫104和122的所得接触垫结构。现转向图16， 一系列图展示根据本发明的实施例的具有接触垫的集成电路的形成。具体而言，如图16A所示在棵片上形成图3到图13中描述的接触垫。接触垫可如上文参看图14和图15所描述或通过某一其他合适技术而形成于棵片上。接着如图16B所示附接焊料球108。接触垫106和122如图16C所示也形成于衬底上，其中具有突出物的接触垫122也可如上文参看图14和图15所描述或通过某一其他合适技术而形成于衬底上。接着通过回焊所述焊料球108而如图16D所示将棵片附接到衬底，如此项技术中所众所周知。接着可涂覆例如粘着剂材料的粘结剂以如图16E所示将罩盖附接到衬底。具体而言，可将第一粘着剂114涂覆到棵片且可将第二粘着剂116涂覆到衬底的适合于容纳罩盖的侧壁的部分。粘着剂114和120可为相同粘着剂材料或不同粘着剂材料。在如图16F所示附接罩盖之后，如图16G所示附接焊料球124以形成完整的集成电路装置。最后，接着可通过回焊所述焊料球124而如图16H所示将集成电路附接到印刷电路板。
因此可了解，已描述新且新颖的接触垫和形成用于集成电路的接触垫的方法。所属领域的技术人员应了解，将存在并入有本发明的众多替代物和等效物。因此，本发明并不受前述实施例限制，而是仅由所附权利要求书限制。
权利要求
1.一种集成电路的接触垫，所述接触垫包含平坦部分，其包含所述接触垫的基座；多个突出物，其从所述平坦部分延伸且实质上垂直于所述平坦部分；以及焊料球，其附接到所述多个突出物和所述平坦部分。
2. 根据权利要求1所述的接触垫，其中所述多个突出物包含具有不同高度 的多个突出物。
3. 根据权利要求1所述的接触垫，其中所述多个突出物包含具有一系列高 度的多个突出物，其包含朝向在所述接触垫的中央附近的较高突出物延伸的在 所述接触垫的外端处的短突出物。
4. 根据权利要求1所述的接触垫，其中所述多个突出物包含具有一系列高 度的多个突出物，其包含朝向在所述接触垫的中央附近的短突出物延伸的在所 述接触垫的外端处的高突出物。
5. 根据权利要求1所迷的接触垫，其中所述接触垫包含在棵片或衬底上的 接触垫。
6. 根据权利要求1所述的接触垫，其中所述多个突出物包*形突出物。
7. —种形成用于集成电路的接触垫的方法，所述方法包含 形成包含所述4妄触垫的基座的平坦部分；形成从所述平坦部分延伸且实质上垂直于所述平坦部分的多个突出物；以及将焊料球附接到所述多个突出物和所述平坦部分。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中形成多个突出物包含形成或蚀刻至少 一个金属层。
9. 根据权利要求7所述的方法，其中形成多个突出物包含形成从所迷接触 垫的外端附近的短突出物延伸到所述接触垫的中央附近的高突出物的突出物。
10. 根据权利要求7所述的方法，其中形成多个突出物包含形成从所述 接触垫的外端附近的高突出物延伸到所述接触垫的中央附近的短突出物的突 出物。
全文摘要
本发明揭示集成电路中的接触垫。所述接触垫包含包含所述接触垫的基座(302)的平坦部分；从所述平坦部分延伸且实质上垂直于所述平坦部分的多个突出物(304、306、308、310、312)；以及附接到所述突出物和所述平坦部分的焊料球(108、124)。还揭示形成接触垫的方法。
文档编号H01L23/485GK101681900SQ200880018722
公开日2010年3月24日 申请日期2008年6月5日 优先权日2007年6月5日
发明者张蕾蕾 申请人:吉林克斯公司