專利名稱：用于電子封裝的直通晶片連接的大表面積鋁焊接墊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供一種實(shí)現(xiàn)與集成電路或電子封裝的直通晶片連接的焊接墊，且該墊包括大表面積的鋁焊接墊，以便獲得焊接墊與電引線之間高度可靠的低電阻連接。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前的技術(shù)狀態(tài)下，形成先進(jìn)類型的電子封裝，例如但不限于，3D封裝、MEMS封裝或CMOS成像器封裝時(shí)，頻繁采用直通晶片連接(through-wafer connection)。具體來說，用于這些連接的工藝被設(shè)計(jì)蝕刻出穿過晶片背面且穿過焊接墊的通孔，從而露出各焊接墊的邊緣。接著形成引線以將焊接墊的邊緣連接至焊料凸點(diǎn)，所述焊料凸點(diǎn)布置在電子封裝的背面。于是，對于多層鋁(Al)布線，采用多層以形成引線與焊接墊間的連接，從而能夠得到低阻的電連接。然而，當(dāng)采用銅(Cu)布線時(shí)，使用多個(gè)銅層來形成焊接墊與引線間的連接，由于銅材料的氧化和腐蝕，這種特定方法的可靠度差或相對低。單一鋁墊通常用作Cu互連工藝中的最終金屬層。然而，使用這種單一鋁焊接墊實(shí)現(xiàn)與引線的連接會導(dǎo)致形成高阻連接，這對可靠性造成不利的影響并且可能產(chǎn)生大量的熱，縮短了安裝有這種焊接墊的電子封裝的工作壽命。
已經(jīng)發(fā)展了各種方案的可應(yīng)用技術(shù)，且存在現(xiàn)有技術(shù)的出版物，它們屬于在焊接墊下采用通孔以提供直通晶片連接或提供對下面電介質(zhì)的保護(hù)的構(gòu)思。然而，這些結(jié)構(gòu)或者需要額外的掩模，例如，用于直通晶片連接，或者需要在通孔的下面設(shè)置金屬層用于保護(hù)下面的電介質(zhì)。
Chisholm等人的美國專利第6,586,839 B2號公開了在焊接墊的下面提供通孔，該通孔用于保護(hù)低k電介質(zhì)免受任何損傷。這些通孔位于下面的金屬上，且需要采用這種結(jié)構(gòu)以在機(jī)械上加強(qiáng)后者。然而，這需要在通孔下面提供配置金屬，由于這種金屬必須是銅且會暴露于環(huán)境條件下，從而易于腐蝕。相比較于顯然用于焊接墊下面的低k電介質(zhì)的機(jī)械或結(jié)構(gòu)完整性的此現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的方法希望提高電特性和增加在晶片背面上從墊到引線的接觸的橫截面面積。
Rolfson的美國專利第6,060,378號公開了一種厚焊接墊的形成，這通過增加電介質(zhì)和掩模，并且在標(biāo)準(zhǔn)焊接墊的上面形成厚的鑲嵌金屬墊。盡管這與本發(fā)明的總體方案有些類似，但本發(fā)明使用遮蔽掩模或選擇性鍍敷在焊接墊的上面增加金屬，相比較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的方法消除了在芯片剩余物的上方淀積任何附加層，因?yàn)檫@些附加層會損壞微透鏡，或類似MEMS結(jié)構(gòu)。
至于Siniaguine的美國專利第6,639,303 B2號、Cheng等人的美國專利公開第2004/0141421 A1號以及Pogge等人的美國專利公開第2004/0097002A1號的公開內(nèi)容，它們?nèi)夹枰獞?yīng)用額外的掩模，以產(chǎn)生焊接墊下面的直通晶片通孔。這些通孔一直延伸穿過硅晶片，而相對比，按照本發(fā)明，通孔僅延伸穿過硅(Si)上的電介質(zhì)，從而從結(jié)構(gòu)上區(qū)別于這些專利公開物。

發(fā)明內(nèi)容
與之相反，為了提供相比于當(dāng)前技術(shù)狀態(tài)的明顯區(qū)別和優(yōu)點(diǎn)，按照本發(fā)明，采用在鋁焊接墊下面的通孔或通孔條以增加金屬的橫截面接觸面積，例如在提供了穿過用于電子封裝的焊接墊的切口時(shí)。按照本發(fā)明，提供了以下相比于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，即，消除了對用于形成通孔或通孔條的額外掩模的需要，而且，不再于通孔條下面布置金屬線，這是現(xiàn)有技術(shù)中并不存在的所想到的方面，因?yàn)檫@些金屬線通常由銅構(gòu)成且在封裝形成過程中會暴露在周圍環(huán)境中，因此受到潛在的腐蝕條件影響。
因此，本發(fā)明的目的在于利用各種新穎和獨(dú)特的方面，按照第一實(shí)施例在焊接墊下提供通孔條，在替代方式中，按照另一實(shí)施例在焊接墊的上面增加金屬以提供延伸或附加的接觸面積，從而制造出用于形成至電子封裝的直通晶片連接的大表面積鋁焊接墊。


結(jié)合附圖，現(xiàn)在參照下面本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說明；其中圖1A至1C說明按照現(xiàn)有技術(shù)在電子封裝的背面通孔蝕刻形成的順序步驟，接著形成將焊接墊的邊緣連接至焊料凸點(diǎn)的引線；
圖2A和2B分別示出按照現(xiàn)有技術(shù)在離解后焊接墊和引線的透視圖和放大剖面圖；圖3示出按照現(xiàn)有技術(shù)焊接墊和引線連接部分的放大示意性詳圖；圖4A至4C示出按照本發(fā)明形成利用焊接墊下面通孔條的結(jié)構(gòu)的第一
具體實(shí)施例方式
參照附圖中的圖1A至圖1C，列舉了現(xiàn)有技術(shù)中制造電子封裝的例子，它涉及一種形成直通晶片式連接的工藝，其通過蝕刻出穿過晶片背面且穿過焊接墊的通孔，從而露出墊的邊緣。
因此，如附圖中的圖1A所示，前玻璃板10具有貼裝于其上的多個(gè)間隔凸緣12，設(shè)置芯片14以在前玻璃板10的背面18與硅墊20之間形成腔16，從芯片的背面實(shí)施蝕刻22以形成至芯片的I/O(輸入/輸出)。然后，如附圖中的圖1B所示，采用膠層24貼裝后玻璃板26，和實(shí)施與法線成角度的刻槽，形成在(通過劃片)離解之前的初始結(jié)構(gòu)30。
之后，如附圖中的圖1C所示，BGA焊料凸點(diǎn)32適當(dāng)?shù)毓潭ǖ胶蟀搴鸵€34，引線34沿著刻槽表面36延伸連接，從而與形成在間隔凸緣部分12下面的焊接墊38連接。接著，沿著線A實(shí)施最終的劃片，以提供離解和形成分立結(jié)構(gòu)，如附圖中的圖2A和2B所示。在本例中，如圖所示，環(huán)氧40將硅20貼裝到后玻璃板26，還為BGA焊料凸點(diǎn)32和后玻璃板的背面提供貼裝表面。
如上所述，間隔凸緣區(qū)域包括焊接墊38，該焊接墊38通過沿著該結(jié)構(gòu)體成角度的刻槽側(cè)面延伸的引線34連接至BGA焊料凸點(diǎn)32。在前玻璃板10的背面下方形成腔44，該腔提供了光學(xué)或機(jī)械的靈應(yīng)區(qū)，如本領(lǐng)域所公知的。
如圖3的放大詳圖所示，該結(jié)構(gòu)50公開了現(xiàn)有技術(shù)中帶多層焊接墊54的多層鋁鎢通孔52，以形成引線56與焊接墊54之間的連接。這基本上提供了至鋁和鎢通孔結(jié)構(gòu)的低阻連接；然而，由于使用了銅布線，通常采用焊接墊與引線之間的多層直通連接，由于銅的氧化和腐蝕可能出現(xiàn)較差的可靠性。而且，在銅互連工藝中常常采用單一鋁墊作為最終的金屬層，并且如果與引線連接，可能產(chǎn)生高阻連接，出現(xiàn)附帶的缺點(diǎn)。
本發(fā)明可以使用單一鋁墊，但通過在墊的下面形成W(通孔條的寬度小于W的厚度的兩倍)或者W+Al(通孔條的寬度大于W的厚度的兩倍)的通孔條，或者通過在墊上增加金屬，增加了該墊的表面積。
通孔條可以使用標(biāo)準(zhǔn)的通孔掩?；蛘咄ㄟ^使用附加掩模形成。通孔條的深度可以通過兩種方法提高(1)使用RIE(反應(yīng)離子蝕刻)滯后(lag)以使通孔條相比于通孔獲得大得多的蝕刻深度，或(2)在形成通孔之前使用附加掩模來形成通孔條。因此，表面積也可利用電介質(zhì)的各向同性蝕刻得以增加，該蝕刻相對于金屬是選擇性的(稀釋HF用于SiO2電介質(zhì)，O2等離子體用于有機(jī)電介質(zhì))，從而使封裝通孔的邊緣相對于金屬凹陷。
附圖中的圖4A至4C示出了這些發(fā)明實(shí)施例(W+Al通孔條，沒有附加掩模)中的第一個(gè)。
更具體地參照附圖，尤其參照圖4A至4C示出的第一實(shí)施例，圖4A示意性地示出了電子封裝60的側(cè)視圖，已形成了露出焊接墊的槽，提供了一玻璃板62，其背面包括聚合物層64，沿著一側(cè)的邊緣包括二氧化硅或硝酸硅，其背面接觸鋁焊接墊66。在焊接墊66的下面提供通孔68。鎢(W)通孔條68提供在焊接墊66的一端，以提供與電路的連接。鎢(W)通孔條70提供在焊接墊66的下面，在其下面利用環(huán)氧粘接另一玻璃板，且其構(gòu)成了將BGA焊料凸點(diǎn)(未示出)貼裝在其上的背面。如附圖中的圖4B所示，其是對電子封裝60實(shí)施通孔蝕刻后的側(cè)視圖，圖中示出在其結(jié)構(gòu)中，可以提供橫過一個(gè)邊緣斜延伸的可選各向同性蝕刻76，從而增加焊接墊66的表面積。通孔條也可由金屬形成，例如鎢、鎢和鋁的組合、Cr、Au、Ni、NiMoP、Co、CoWP或CoWB。
如圖4B中箭頭A的方向示出電子封裝的邊緣視圖，圖4C中示出了鋁焊接墊66下面的各個(gè)鎢和鋁通孔條80，這提供了增加的表面積，用于低阻電連接。
如前所述，可以與法線成一角度地切割電子封裝60的邊緣82，用于互連焊接墊的引線的定位。這消除了現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用附加掩模的需要。
如上所述，可使用RIE滯后使得通孔條70處于比通孔68大的深度，可提供與所用金屬類型相關(guān)的各向同性蝕刻，其對于電介質(zhì)是可選的，稀釋HF用于SiO2電介質(zhì)，O2等離子體用于有機(jī)電介質(zhì)，用于使封裝邊緣相對于金屬凹陷或傾斜成角。相比于現(xiàn)有技術(shù)，這還消除了對附加掩模的要求，如圖4A至4C中的發(fā)明所示意的。
如圖5A和5B的實(shí)施例所示，其中與前一實(shí)施例相同或類似的元件使用相同的附圖標(biāo)記，在本例中，在形成端部通孔后，可在焊接墊的上面增加附加的金屬層，例如鋁、金、銀、硅基焊料、鉛基焊料、鈀、鉑、鉻、鎳、銅或它們的合金。通過使用遮蔽掩模淀積金屬形成附加金屬，如圖5A所示，其中鋁被蒸發(fā)，并且如果需要，存在阻擋層，例如鈦、鉭、鎢、硝酸鉭、硝酸鎢或鎢化鈦。這些材料沒有在圖中示出。
可采用適當(dāng)?shù)碾婂兓蛘邿o電鍍來增加金屬層，由此無電鍍不需要附加掩模。另一方面，電鍍需要一個(gè)或者兩個(gè)附加掩模，其定義用于電鍍金屬的籽晶層，如本領(lǐng)域公知的那樣。
此后，與前一實(shí)施例相同，可在電子封裝蝕刻后施加可選的各向同性蝕刻，如圖5B的側(cè)視圖所示，以便增加相對于法線基本上成角度關(guān)系的焊接墊表面。
根據(jù)上面的敘述，在圖6A和6B中還示出，每一鋁墊80可具有在各自焊接墊下提供的槽形通孔82，鎢通孔條84可嵌入其中，且通過引線86連接至電子封裝結(jié)構(gòu)88，如圖6A及圖6B的剖面圖所示。
從上面的敘述，通過本發(fā)明清楚知道，制造出了高度可靠的連接，這避免使用銅來連接焊接墊和引線，從而減小了任何腐蝕的可能，并且由于大的橫截面表面積還提供了在焊接墊與引線間的低阻連接，也提供了利用單層鋁焊接墊的可能。
也可確定本發(fā)明的特定用途在于，它可用于芯片尺度封裝(CSP)，得到更小的集成電路封裝尺寸。而且，在本發(fā)明的另一用途中，可用于圖像傳感器，其受益于所獲得的更小的封裝，因?yàn)閳D像傳感器尺寸的減小使得它能夠安裝和用在移動電話攝像機(jī)中。按照本發(fā)明的又一用途，可用于MEMS傳感器，其受益于獲得的更小的封裝，因?yàn)镸EMS傳感器封裝尺寸的減小使得它能夠安裝和用在消費(fèi)類便攜電子裝置(GPS裝置等)中。
盡管結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例對其進(jìn)行了具體圖示和說明，本領(lǐng)域技術(shù)人員會了解，可做出前述和其它形式和細(xì)節(jié)的變化，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍。因此不希望將本發(fā)明局限于所描述和圖示的確切形式和細(xì)節(jié)，而落在權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)與集成電路芯片或電子封裝的直通晶片連接的包括焊接墊的配置，所述焊接墊包括在該焊接墊與所述集成電路或電子封裝的電引線之間形成低電阻連接的大表面接觸面積。
2.如權(quán)利要求1所述的包括焊接墊的配置，其中所述大表面接觸面積包括在所述焊接墊的底面形成的用于增加該焊接墊的接觸面積的通孔條。
3.如權(quán)利要求2所述的包括焊接墊的配置，其中所述焊接墊由鋁構(gòu)成，所述通孔條由耐受可應(yīng)用環(huán)境條件的腐蝕的材料構(gòu)成，所述材料選自由鎢、鎢和鋁的組合、Cr、Au、Ni、NiMoP、Co、CoWP或CoWB構(gòu)成的金屬組。
4.如權(quán)利要求2所述的包括焊接墊的配置，其中多個(gè)所述焊接墊均連接至電引線，多個(gè)槽形的所述通孔布置在每一所述焊接墊的下面，所述通孔條由耐受可應(yīng)用環(huán)境條件的腐蝕的材料構(gòu)成，所述材料選自由鎢或鎢和鋁的組合、Cr、Au、Ni、NiMoP、Co、CoWP或CoWB構(gòu)成的金屬組，所述通孔條位于每一所述通孔中用于增加所述焊接墊的接觸面積。
5.如權(quán)利要求1所述的包括焊接墊的配置，其中實(shí)施與所述焊接墊成角度關(guān)系的各向同性蝕刻，以增加所述焊接墊的電性側(cè)接觸表面。
6.如權(quán)利要求1所述的包括焊接墊的配置，其中在所述焊接墊的表面上提供一金屬掩模形成層，且所述焊接墊的表面積增加。
7.如權(quán)利要求6所述的包括焊接墊的配置，其中遮蔽掩模提供待淀積在所述焊接墊的表面的被蒸發(fā)金屬的所述金屬掩模形成層，或者所述金屬通過選擇性鍍敷工藝淀積，例如電鍍或無電鍍。
8.如權(quán)利要求6所述的包括焊接墊的配置，其中實(shí)施與所述焊接墊成角度關(guān)系的各向同性蝕刻，以增加所述焊接墊的電性側(cè)接觸表面。
9.如權(quán)利要求6所述的包括焊接墊的配置，其中所述掩模形成層選自由鋁、金、銀、硅基焊料、鉛基焊料、鈀、鉑、鉻、鎳、銅構(gòu)成的材料或所述材料的合金的組的金屬組成。
10.一種產(chǎn)生與焊接墊的低電阻連接的方法，包括提供實(shí)現(xiàn)與集成電路芯片或者電子封裝的直通晶片連接的鋁焊接墊，以及賦予所述焊接墊大的表面接觸面積，以在所述焊接墊與所述集成電路或電子封裝的電引線之間形成所述低電阻連接。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中所述大的表面接觸面積包括在所述焊接墊的底面形成通孔條用于增加所述焊接墊的接觸面積。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中所述通孔條由耐受可應(yīng)用環(huán)境條件的腐蝕的材料構(gòu)成，所述材料選自由鎢、鎢和鋁的組合、Cr、Au、Ni、NiMoP、Co、CoWP或CoWB構(gòu)成的金屬組。
13.如權(quán)利要求11所述的方法，其中多個(gè)所述焊接墊每個(gè)均連接至電引線，多個(gè)槽形的所述通孔布置在每一所述焊接墊的下面，且所述通孔條由耐受可應(yīng)用環(huán)境條件腐蝕的材料構(gòu)成，所述材料選自由鎢、鎢和鋁的組合、Cr、Au、Ni、NiMoP、Co、CoWP或CoWB構(gòu)成的金屬組，所述通孔條位于每一所述通孔中用于增加所述焊接墊的接觸面積。
14.如權(quán)利要求10所述的方法，其中實(shí)施與所述焊接墊成角度關(guān)系的各向同性蝕刻，以增加所述焊接墊的電性側(cè)接觸表面。
15.如權(quán)利要求10所述的方法，其中在所述焊接墊的表面上提供金屬掩模形成層，且所述焊接墊的表面積增加。
16.如權(quán)利要求15所述的方法，其中遮蔽掩模提供待淀積在所述焊接墊的表面的被蒸發(fā)金屬的所述金屬掩模形成層，或者所述金屬通過選擇性鍍敷工藝淀積，例如電鍍或無電鍍。
17.如權(quán)利要求15所述的方法，其中實(shí)施與所述焊接墊成角度關(guān)系的各向同性蝕刻，以增加所述焊接墊的電側(cè)接觸表面。
18.如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述掩模形成層由從鋁、金、銀、硅基焊料、鉛基焊料、鈀、鉑、鉻、鎳、銅構(gòu)成的材料或者所述材料的合金的組中的金屬構(gòu)成。
19.一種集成電路芯片，包括側(cè)芯片表面，具有與所述側(cè)芯片表面共面延伸的第一表面的焊接墊；鄰近所述焊接墊延伸的電引線，所述電引線包括與所述側(cè)芯片表面共面延伸的表面從而增加電耦合至所述焊接墊的接觸表面積，在所述電引線與所述焊接墊之間形成低電阻連接。
20.如權(quán)利要求19所述的集成電路芯片，其中所述增加的表面接觸面積包括在所述焊接墊的底面形成的用于增加所述焊接墊的接觸面積的通孔條。
21.如權(quán)利要求20所述的集成電路芯片，其中所述焊接墊由鋁構(gòu)成，所述通孔條由耐受可應(yīng)用環(huán)境條件的腐蝕的材料構(gòu)成，所述材料選自由鎢、鎢和鋁的組合、Cr、Au、Ni、NiMoP、Co、CoWP或CoWB構(gòu)成的金屬組。
22.如權(quán)利要求20所述的集成電路芯片，其中多個(gè)所述焊接墊每個(gè)均連接至電引線，多個(gè)槽形的所述通孔布置在每一所述焊接墊的下面，且所述通孔條由耐受可應(yīng)用環(huán)境條件的腐蝕的材料構(gòu)成，所述材料選自由鎢、鎢和鋁的組合、Cr、Au、Ni、NiMoP、Co、CoWP或CoWB構(gòu)成的金屬組，所述通孔條位于每一所述通孔中用于增加所述焊接墊的接觸面積。
23.如權(quán)利要求20所述的集成電路芯片，其中實(shí)施與所述焊接墊成角度關(guān)系的各向同性蝕刻，以增加所述焊接墊的電側(cè)接觸表面。
24.如權(quán)利要求20所述的集成電路芯片，其中在所述焊接墊的表面上提供金屬掩模形成層，且通過經(jīng)由遮蔽掩模蒸發(fā)金屬，或者通過選擇性鍍敷工藝，例如電鍍或無電鍍，來增加所述焊接墊的表面積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)與集成電路或電子封裝的直通晶片連接的焊接墊及其制造方法。所述焊接墊包括大表面積的鋁焊接墊，以實(shí)現(xiàn)焊接墊與電引線之間高可靠、低電阻的連接。
文檔編號H01L21/60GK1801486SQ20051012476
公開日2006年7月12日 申請日期2005年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月23日
發(fā)明者杰弗里·P·甘比諾, 馬克·D·賈菲, 理查德·J·拉塞爾, 詹姆斯·W·阿基森, 埃蒙德·J·斯普羅吉斯 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司