TWI540695B - 金屬線路接合裝置 - Google Patents

Description

金屬線路接合裝置

本發明係關接合結構，更特別關於金屬線路與接合結構的相對位置。

積體電路為數以百萬計橫向排列的主動裝置如電晶體與電容。先使上述裝置彼此隔離，再內連線裝置以形成功能電路。一般的內連線結構包含水平內連線如金屬線(打線)與垂直內連線如通孔與接點。

連接物結構係形成於內連線結構頂部上。連接物結構包含接合墊或金屬凸塊形成於個別晶片的表面上。電性連接通過接合墊或金屬凸塊，使晶片連接至封裝基板或另一晶粒。電性連接的形成方法可為打線接合或覆晶接合。

連接物結構的種類之一為鋁墊，其電性連接至個別的下方內連線結構。部份鈍化層與部份高分子層可覆蓋鋁墊的邊緣部份。凸塊下金屬化(UBM)係延伸至鈍化層與高分子層中的開口內。焊料球可形成於UBM上。

本發明一實施例提供之裝置，包括：基板；金屬墊，位於基板上；第一金屬線路，與金屬墊不相連，其中金屬墊與第一金屬線路彼此等高；鈍化層，且部份鈍化層與金屬墊 的邊緣部份重疊；以及金屬柱，位於金屬墊上並電性連接至金屬墊，其中金屬柱與部份第一金屬線路重疊。

本發明一實施例提供之裝置，包括：基板；金屬墊，位於基板上；第一金屬線路，與金屬墊不相連，其中金屬墊與第一金屬線路彼此等高，高分子層，且部份高分子層與金屬墊之邊緣部份重疊；凸塊下金屬化層，其中第一金屬線路之第一部份與凸塊下金屬化層重疊，且第一金屬線路之第二部份不與凸塊下金屬化層重疊，其中凸塊下金屬化層之第一部份位於金屬墊上並接觸金屬墊，其中凸塊下金屬化層的第一部份穿過高分子層，且凸塊下金屬化層的第二部份位於高分子層上；焊料區，位於凸塊下金屬化層上並電性耦接至凸塊下金屬層；以及第二金屬線路，連接至焊料區，其中焊料區接觸第二金屬線路的下表面與側壁表面。

本發明一實施例提供之裝置包括：基板；含鋁墊，位於基板上；第一金屬線路，與含鋁墊不相連，其中含鋁墊與第一金屬線路彼此等高；鈍化層，覆蓋含鋁墊的邊緣部份；高分子層，位於鈍化層上並覆蓋含鋁墊的邊緣部份；凸塊下金屬化層，凸塊下金屬化層之第一部份延伸至鈍化層與高分子層中以接觸含鋁墊，且凸塊下金屬化層之第二部份與高分子層重疊；以及金屬柱，位於凸塊下金屬化層上，其中金屬柱的邊緣對準凸塊下金屬化層的邊緣，且部份第一金屬線路垂直對準部份凸塊下金屬化層與部份金屬柱。

1A-1A、2A-2A‧‧‧切線

20、60‧‧‧封裝構件

30‧‧‧半導體基板

30A、62A‧‧‧表面

32‧‧‧積體電路

33‧‧‧ILD

34‧‧‧內連線結構

35、66‧‧‧金屬線

36、68‧‧‧通孔

36’‧‧‧金屬線路或通孔

38、72‧‧‧介電層

40‧‧‧金屬墊

42‧‧‧鈍化層

46‧‧‧高分子層

46A、50A‧‧‧上表面

48‧‧‧UBM

50‧‧‧金屬柱

52‧‧‧金屬層

54‧‧‧焊料蓋

62、140‧‧‧金屬線路

62B‧‧‧側壁表面

64‧‧‧焊料球

70‧‧‧連接物

140A、140B‧‧‧邊緣

140’、140”‧‧‧部份

第1A圖係某些實施例中，包含連接物結構之裝置剖視圖。

第1B圖係另一實施例中，包含連接物結構之裝置剖視圖。

第2A圖係第1A圖之結構的上視圖。

第2B圖係第1B圖之結構的上視圖。

第3圖係將第1A圖之裝置接合至封裝基板的示意圖。

第4圖係另一實施例中，包含焊料球之裝置的剖視圖。

下述內容將詳述本發明實施例如何製作與使用。可以理解的是，這些實施例所提供的多種可行發明概念，以實施於多種特定方式。然而這些特定實施例僅用以說明而非侷限本發明。

多種實施例將提供含有連接物結構的裝置。這些實施例的變化亦敘述如下。在多種實施例與對應的圖式中，相同標號將用以標示類似單元。

第1A圖係某些實施例中，封裝構件20的剖視圖。在某些實施例中，封裝構件20為裝置晶粒。在這些實施例中，半導體基板30可為基體矽基板或絕緣層上矽基板。在其他實失例中，半導體基板30亦可為包含III族元素、IV族元素、與V族元素的其他半導體材料。積體電路32係形成於半導體基板30的表面30A中。積體電路32可包含互補式金氧半(CMOS)裝置於其中。在另一實施例中，封裝構件20為中介物晶粒、封裝基板、及/或類似物。在封裝構件20為中介物晶粒的實施例中，封裝構件20不含主動裝置如電晶體於其中。在某些實施例中，封裝構件20可包含被動裝置如電阻或電容，或不含任何被動裝置。

在封裝構件20為裝置晶粒的實施例中，封裝構件20可更包含ILD(層間介電層)33於半導體基板30上，以及內連線結構34於ILD 33上。內連線結構34包含介電層38、金屬線35、與形成於介電層38中的通孔36。在某些實施例中，介電層38之組成為低介電常數之介電材料。舉例來說，低介電常數之介電材料之介電常數可小於約2.8，或小於約2.5。金屬線35與通孔36之組成可為銅、銅合金、或其他含金屬的導電材料。金屬線35與通孔36之形成方法可為單鑲嵌製程及/或雙鑲嵌製程。

金屬墊40係形成於內連線結構34上，並可經由內連線結構34中的金屬線35與通孔36電性耦接至積體電路32。金屬墊40可為鋁墊或鋁-銅墊。舉例來說，金屬墊40可包含1%至100%的鋁(即鋁墊)，以及小於1%的銅。在某些實施例中，位於金屬墊40下並與其接觸的金屬結構為金屬線。在其他實施例中，位於金屬墊40下並與其接觸的金屬結構為通孔。

除了金屬墊40外，亦可形成金屬線路140，且金屬線路140與金屬墊40等高。金屬墊40與金屬線路140之材料組成相同且可同時形成。金屬墊40與金屬線路140的形成方法可為沉積鋁-銅層後圖案化鋁-銅層。金屬墊40與金屬線路140之間無電性連接。如此一來，在操作封裝構件20時，金屬墊40與金屬線路140可具有不同的電壓水平。

鈍化層42覆蓋金屬墊40的邊緣部份。鈍化層42中的開口將露出金屬墊40的中間部份。鈍化層42之組成可為非孔洞材料。在某些實施例中，鈍化層42為複合層，其包含氧化矽 層(未圖示)與氧化矽層上的氮化矽層(未圖示)。在另一實施例中，鈍化層42包含未掺雜的矽酸鹽玻璃(USG)、氮氧化矽、及/或類似物。雖然圖式中只有單一鈍化層42，實際上可有多個鈍化層。

高分子層46係形成於鈍化層42上並覆蓋鈍化層42。高分子層46可包含高分子如環氧樹脂、聚醯亞鞍、苯并環丁烯(BCB)、聚苯并噁唑(PBO)、或類似物。圖案化高分子層46以形成露出金屬墊40的開口。

UBM 48係形成於金屬墊40上。UBM 48包含高分子層46上的第一部份，以及延伸至高分子層與鈍化層42之開口中以接觸金屬墊40的第二部份。在某些實施例中，UBM 48包含鈦層與晶種層，且晶種層之組成為銅或銅合金。

在某些實施例中，金屬柱50係形成於UBM 48上，且金屬柱50與UBM 48的邊緣切齊。舉例來說，金屬柱50的邊緣將對準UBM 48的邊緣。綜上所述，金屬柱50的橫向尺寸與對應之UBM 48的橫向尺寸相同。UBM 48物理接物金屬柱50。在某些實施例中，金屬柱50之組成為非流動性的金屬，其於再流動製程中也不熔融。舉例來說，金屬柱50之組成可為銅或銅合金。金屬柱50的上表面50A高於高分子層46的上表面46A。

除了上述的金屬柱50外，額外金屬層如金屬層52可形成於金屬柱50上，其中金屬層52可為鎳層、鈀層、金層、或上述之多層結構。在這些實施例中，金屬層52可作為一部份的金屬柱50。焊料蓋54亦可形成於金屬層52上，其中焊料蓋54之組成可為錫-銀合金、錫-銅合金、錫-銀-銅合金、或類似物。 焊料蓋54可為無鉛焊料蓋或含鉛焊料蓋。

在某些實施例中，UBM 48、金屬柱50、與金屬層52的形成方法包含以物理氣相沉積(PVD)毯覆性地形成UBM層(未圖示，且UBM 48為部份的UBM層)，以及形成圖案化遮罩層(未圖示)於UBM層上，且圖案化遮罩層具有開口露出UBM層。遮罩層可為光阻或乾膜。接著形成金屬柱50、金屬層52、與焊料蓋54於遮罩層的開口中，且形成方法可為電鍍。在形成金屬柱50、金屬層52、與焊料蓋54後移除遮罩層。接著移除之前被圖案化遮罩層覆蓋的部份UBM層，並保留金屬柱50、金屬層52、以及焊料蓋54。接著進行再流動製程，使焊料蓋54具有圓潤的上表面。

UBM 48與金屬柱50將與至少部份的金屬墊40重疊，且可與所有的金屬墊40重疊，如第2A圖所示。金屬線路140延伸至UBM 48及金屬柱50下。綜上所述，部份的金屬線路140與UBM 48及金屬柱50重疊。每一金屬線路140具有相反兩側的邊緣140A與140B。在某些實施例中，UBM 48與金屬柱50將與金屬線路140之邊緣140A及140B重疊。在其他實施例中，UBM 48與金屬柱50僅與金屬線路140的邊緣140A重疊，而不與金屬線路140的邊緣140B重疊。

第2A圖係第1A圖之結構的上視圖，其中第1A圖之剖視圖係第2A圖中切線1A-1A的剖視圖。第2A圖顯示金屬線路140可包含與UBM 48及金屬柱50重疊的部份140’。此外，金屬線路140可進一步包含不與UBM 48及金屬柱50重疊的部份140”。在上視圖中，UBM 48與金屬柱50具有圓形的上視形狀。 在其他實施例中，UBM 48與金屬柱50亦可具有其他上視形狀如橢圓形、矩形、六角形、八角形、或類似形狀。同樣地，雖然圖式中的金屬墊40具有八角形的上視形狀，但其他實施例中的金屬墊40亦可具有其他上視形狀如圓形、橢圓形、矩形、六角形、或類似形狀。

此外，如第2A圖所示的某些實施例中，每一金屬線路140包含兩個未與對應之UBM 48及金屬柱50重疊的末端部份140”。如第2B圖所示的其他實施例中，一或多個金屬線路140只具有一個未與對應之UBM 48及金屬柱50重疊的末端部份140”，而此金屬線路140亦標示為邊緣140A。

第1B圖係第2B圖之結構的剖視圖，其中第1B圖之剖視圖係第2B圖中切線2A-2A的剖視圖。第1B圖之結構與第1A圖之結構類似，差異在於第1B圖之金屬線路或通孔36’位於金屬線路140之一者下並與其相連。金屬線路或通孔36’亦與UBM 48及金屬柱50重疊。

可以理解的，雖然第2A與2B圖中只有兩條金屬線路140延伸至每一UBM 48及金屬柱50下，但延伸至每一UBM 48及金屬柱50下的金屬線路140數目可為一、三、四、五、或更多。

第3圖係金屬柱50接合至封裝構件60之金屬線路62的示意圖。在某些實施例中，上述接合的形成方法為銅柱導線直連(BOT)接合。封裝構件60可為封裝基板。在某些實施例中，封裝基板可為壓合基板或增層基板。舉例來說，封裝構件60可包含多個介電層，而金屬線路與通孔(未圖示)埋置於介電 層中。在其他實施例中，封裝構件60為裝置晶粒、封裝、中介物晶粒、或類似物。在BOT接合的實施例中，焊料蓋54係接合與接觸金屬線路62的表面62A與側壁表面62B。在這些實施例中，金屬線路62可具有一致的寬度，而金屬線路62接觸焊料蓋54與未接觸焊料蓋54的部份具有相同寬度。

在某些實施例中，封裝構件60包含金屬線(或金屬墊)66與通孔68，以電性耦接連接物70與金屬線路62，其中連接物70與金屬線路62位於封裝構件60的相反兩側上。連接物70可為焊料球、金屬柱、或包含金屬柱與焊料蓋的複合金屬連接物。金屬線路66與通孔68的路徑可穿過多層介電層72，而介電層72可為有機介電層或非有機介電層。

在第1A與3圖所示的實施例中，UBM 48上為非流動性的金屬柱50。在第4圖所示的實施例中，焊料球係形成於UBM 48上並與之接觸。第4圖的實施例與第1A及3圖的實施例基本上相同，差異在於第4圖以焊料球64取代金屬柱50、其上之金屬層52、與焊料蓋54。在這些實施例中，金屬線路140延伸至焊料球64下並與之重疊。此外，焊料球64可與金屬線路140之邊緣140A及/或邊緣140B重疊。

在這些實施例中，金屬線路140延伸至第1A與1B圖的UBM 48及金屬柱50下，或延伸至第4圖之焊料球64下。如此一來，金屬線路140的路徑彈性將優於習知結構中金屬線路不得延伸至UBM、金屬柱、與焊料球下的規則。由於本發明之金屬線路140具有改良的路徑彈性，因此可形成更多金屬線路於晶片上，及/或保留更多晶片面積給更多的UBM 48及金屬柱 50。

在實施例中，裝置包括：基板；金屬墊，位於基板上；第一金屬線路，與金屬墊不相連。金屬墊與第一金屬線路彼此等高。上述裝置亦包括鈍化層，且部份鈍化層與金屬墊的邊緣部份重疊。金屬柱位於金屬墊上並電性連接至金屬墊。金屬柱與部份第一金屬線路重疊。

在其他實施例中，裝置包括：基板；金屬墊，位於基板上；第一金屬線路，與金屬墊不相連，其中金屬墊與第一金屬線路彼此等高。上述裝置包括高分子層，且部份高分子層與金屬墊之邊緣部份重疊。第一金屬線路之第一部份與UBM重疊，且第一金屬線路之第二部份不與UBM重疊。UBM之一第一部份位於金屬墊上並接觸金屬墊，且UBM的第一部份穿過高分子層。且UBM的第二部份位於高分子層上。焊料區，位於UBM上並電性耦接至UBM。第二金屬線路，連接至焊料區，其中焊料區接觸第二金屬線路的下表面與側壁表面。

在本發明又一實施例中，裝置包括：基板；含鋁墊，位於基板上；以及金屬線路，與含鋁墊不相連。含鋁墊與金屬線路彼此等高。鈍化層覆蓋含鋁墊的邊緣部份。高分子層，位於鈍化層上並覆蓋含鋁墊的邊緣部份。UBM之第一部份延伸至鈍化層與高分子層中以接觸含鋁墊。UBM之第二部份與高分子層重疊。金屬柱位於UBM上，其中金屬柱的邊緣對準UBM的邊緣，且部份金屬線路垂直對準部份UBM與部份金屬柱。

雖然上述內容已詳述實施例與其優點，但應理解 在不脫離申請專利範圍和實施例精神的前提下，可進行各種改變、替代、與變更。此外，申請專利範圍不限於上述內容中特定實施例的製程、機器、製作、組成、裝置、方法、和步驟。如本技術領域中具有通常知識者由本發明所知，根據本發明可用的方式與對應實施例，即可採用目前或未來研發之具有實質上相同功能或可達實質上相同結果的製程、機器、製作、組成、裝置、方法或步驟。綜上所述，申請專利範圍包括上述製程、機器、製作、組成、裝置、方法、或步驟。此外，每個申請專利範圍均為個別實施例，且各種申請專利範圍和實施例的組合均屬本發明範疇。

20、60‧‧‧封裝構件

30‧‧‧半導體基板

32‧‧‧積體電路

34‧‧‧內連線結構

66‧‧‧金屬線

68‧‧‧通孔

72‧‧‧介電層

40‧‧‧金屬墊

42‧‧‧鈍化層

46‧‧‧高分子層

48‧‧‧UBM

50‧‧‧金屬柱

52‧‧‧金屬層

54‧‧‧焊料蓋

62、140‧‧‧金屬線路

62A‧‧‧表面

62B‧‧‧側壁表面

70‧‧‧連接物

Claims (11)

1. 一種金屬線路接合裝置，包括：一基板；一金屬墊，位於該基板上；一第一金屬線路，與該金屬墊不相連，其中該金屬墊與該第一金屬線路彼此等高；一鈍化層，且部份該鈍化層與該金屬墊的邊緣部份重疊；一凸塊下金屬化物，包含一第一部份延伸至鈍化層中以接觸該金屬墊，以及一第二部份位於該鈍化層上；以及一金屬柱，位於該凸塊下金屬化物上，其中該金屬柱之邊緣對準凸塊下金屬化物之邊緣，且部份該第一金屬線路垂直對準部份該凸塊下金屬化物與部份該金屬柱。
2. 如申請專利範圍第1項所述之金屬線路接合裝置，更包括一第二金屬線路，且該第二金屬線路與該金屬墊不相連，其中該第一金屬線路與該第二金屬線路位於該金屬墊的兩側，其中該第二金屬線路之一第一部份與該金屬柱重疊，且其中該第二金屬線路之一第二部份不與該金屬柱重疊。
3. 如申請專利範圍第1項所述之金屬線路接合裝置，其中該第一金屬線路具有相反兩側之一第一邊緣與一第二邊緣，且該第一邊緣與該第二邊緣各自具有部份與該金屬柱重疊。
4. 一種金屬線路接合裝置，包括：一基板； 一金屬墊，位於該基板上；一第一金屬線路，與該金屬墊不相連，其中該金屬墊與該第一金屬線路彼此等高，一高分子層，且部份該高分子層與該金屬墊之邊緣部份重疊；一凸塊下金屬化層，其中該第一金屬線路之一第一部份與該凸塊下金屬化層重疊，且該第一金屬線路之一第二部份不與該凸塊下金屬化層重疊，其中該凸塊下金屬化層之一第一部份位於該金屬墊上並接觸該金屬墊，其中該凸塊下金屬化層的該第一部份穿過該高分子層，且該凸塊下金屬化層的一第二部份位於該高分子層上；一焊料區，位於該凸塊下金屬化層上並電性耦接至該凸塊下金屬層；以及一第二金屬線路，連接至該焊料區，其中該焊料區接觸該第二金屬線路的下表面與側壁表面。
5. 如申請專利範圍第4項所述之金屬線路接合裝置，其中該凸塊下金屬化層係包含於一裝置晶粒中，且其中該第二金屬線路係包含於一封裝基板中。
6. 如申請專利範圍第4項所述之金屬線路接合裝置，其中該第一金屬線路之一第一部份與該焊料區重疊。
7. 如申請專利範圍第4項所述之金屬線路接合裝置，更包括一第三金屬線路與該金屬墊不相連，其中該第一金屬線路與該第三金屬線路位於該金屬墊的相反兩側上，其中該第三金屬線路之一第一部份與該凸塊下金屬化層重 疊，且該第三金屬線路之一第二部份不與該凸塊下金屬化層重疊。
8. 一種金屬線路接合裝置，包括：一基板；一含鋁墊，位於該基板上；一第一金屬線路，與該含鋁墊不相連，其中該含鋁墊與該第一金屬線路彼此等高；一鈍化層，覆蓋該含鋁墊的邊緣部份；一高分子層，位於該鈍化層上並覆蓋該含鋁墊的邊緣部份；一凸塊下金屬化層，該凸塊下金屬化層之一第一部份延伸至該鈍化層與該高分子層中以接觸該含鋁墊，且該凸塊下金屬化層之一第二部份與該高分子層重疊；以及一金屬柱，位於該凸塊下金屬化層上，其中該金屬柱的邊緣對準該凸塊下金屬化層的邊緣，且部份該第一金屬線路垂直對準部份該凸塊下金屬化層與部份該金屬柱。
9. 如申請專利範圍第8項所述之金屬線路接合裝置，其中該第一金屬線路具有相反兩側的一第一邊緣與一第二邊緣，且其中該第一邊緣與該第二邊緣各自包括一部份與該金屬柱重疊。
10. 如申請專利範圍第8項所述之金屬線路接合裝置，其中該第一金屬線路具有相反兩側的一第一邊緣與一第二邊緣，該第一邊緣包括一部份與該金屬柱重疊，且該第二邊緣不與該金屬柱重疊。
11. 如申請專利範圍第8項所述之金屬線路接合裝置，更包括一第二金屬線路與該含鋁墊不相連，其中該第一金屬線路與該第二金屬線路位於該含鋁墊的相反兩側上，其中該第二金屬線路之一第一部份與該凸塊下金屬化層重疊，且該第二金屬線路之一第二部份不與該凸塊下金屬化層重疊。