互连结构及其形成方法技术

本发明专利技术公开了凸块导线直连(BOT)结构的一个实施例，包括：由集成电路支撑的接触元件、与接触元件电连接的凸块下金属(UBM)部件、设置在凸块下金属部件和集成电路之间的绝缘层和钝化层；安装在凸块下金属部件上的金属梯状凸块和安装在衬底上的衬底导线，其中，金属梯状凸块具有第一楔形轮廓，并具有最接近集成电路的安装端和离集成电路最远的末端，末端的宽度介于10μm至80μm之间，安装端的宽度介于20μm至90μm之间，该衬底导线具有第二楔形轮廓并且通过直接金属与金属接合连接至金属梯状凸块。可以以类似的方式制造芯片与芯片结构的实施例。本发明专利技术还提供了互连结构及其形成方法。

【技术实现步骤摘要】
互连结构及其形成方法本申请是于2013年06月05日提交的申请号为201310222251.X的名称为“互连结构及其形成方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉参考本申请要求以下专利申请的优先权：于2012年9月28日提交的名称为“InterconnectionStructureMethodofFormingSame”的美国临时专利申请第61/707,609号、于2012年9月28日提交的名称为“MetalBumpandMethodofManufacturingsame”的美国临时专利申请第61/707,644号、于2012年9月18日提交的名称为“LaddBumpStructuresandMethodsofMakingthesame”的美国临时专利申请第61/702,624号以及于2012年9月28日提交的名称为“BumpstructureandMethodofFormingsame”的美国临时专利申请第61/707,442号，这些申请的全部内容结合于此作为参考。
本专利技术一般地涉及半导体
，更具体地来说，封装器件及其形成方法。
技术介绍
通常，传统倒装芯片凸块具有垂直或者几乎垂直的侧壁，并且使用焊料回流工艺将倒装芯片凸块连接至下面的导线(诸如位于衬底、印刷电路板、中介层、另一芯片等上)。焊料接合方法在金属-焊料界面之间形成金属间化合物(IMC)。IMC会产生更高的电阻率(接触电阻)。更高的电阻率导致提高的电迁移，从而进一步增大了接触电阻。此外，由于凸块下金属层(UBM)的面积较小，因此焊料/金属电迁移问题会让人更担心。随着器件封装尺寸的缩小，凸块和相邻导线之间的较小间距会在回流期间导致不期望的桥接。另外，随着器件封装尺寸的缩小，互连凸块的尺寸也缩小。凸块尺寸的减小导致互连电阻和电容增大，进而引起信号传输延迟(RC延迟)。较小的凸块尺寸还增加了极低k(ELK)电介质分层的风险。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的缺陷，根据本专利技术的一方面，提供了一种凸块导线直连(BOT)结构，包括：接触元件，由集成电路支撑；凸块下金属(UBM)部件，与所述接触元件电连接；绝缘层和钝化层，设置在所述凸块下金属部件和所述集成电路之间；金属梯状凸块，安装在所述凸块下金属部件上，所述金属梯状凸块具有第一楔形轮廓，并具有最接近所述集成电路的安装端和离所述集成电路最远的末端，所述末端的宽度介于10μm至80μm之间，所述安装端的宽度介于20μm至90μm之间；以及衬底导线，安装在衬底上，所述衬底导线具有第二楔形轮廓并且通过直接金属与金属接合连接至所述金属梯状凸块。在该结构中，所述金属梯状凸块与所述衬底导线相连接而没有形成金属间化合物。在该结构中，所述金属梯状凸块和所述衬底导线的末端均没有焊料。在该结构中，所述金属梯状凸块的底部宽度大于所述梯状凸块的顶部宽度。在该结构中，所述金属梯状凸块的顶部宽度与所述金属梯状凸块的底部宽度的比值介于约0.75和约0.97之间。在该结构中，所述衬底导线的顶部宽度与所述衬底导线的底部宽度的比值介于约0.75和约0.97之间。在该结构中，所述金属梯状凸块的第一楔形轮廓是线性的。在该结构中，所述金属梯状凸块的侧壁覆盖有金属氧化物。在该结构中，当从安装端看时，所述金属梯状凸块的边界类似于圆形、矩形、椭圆形、长圆形、六边形、八边形、梯形、菱形、胶囊形和它们的组合中的一种。在该结构中，钝化层位于所述集成电路上方，所述钝化层具有暴露所述接触元件的钝化开口，并且聚酰亚胺层位于所述钝化层上方，所述聚酰亚胺层具有暴露所述接触元件的聚酰亚胺开口。在该结构中，极低k介电层夹置在所述集成电路和所述钝化层之间和/或所述集成电路和所述接触元件之间。根据本专利技术的另一方面，提供了一种芯片互连结构，包括：第一接触元件，由第一集成电路支撑；第一凸块下金属(UBM)部件，与所述第一接触元件电连接；第一绝缘层和第一钝化层，设置在所述第一凸块下金属部件和所述第一集成电路之间；第一金属梯状凸块，安装在所述第一凸块下金属部件上，所述第一金属梯状凸块具有第一楔形轮廓，并具有最接近所述第一集成电路的安装端和离所述第一集成电路最远的末端，所述末端的宽度介于10μm至80μm之间，所述安装端的宽度介于20μm至90μm之间；以及第二金属梯状凸块，安装在第二集成电路的第二凸块下金属部件上，所述第二金属梯状凸块具有第二楔形轮廓并且通过直接金属与金属接合与所述第一金属梯状凸块连接。在该结构中，所述第一金属梯状凸块与所述第二金属梯状凸块相连接而没有形成金属间化合物。在该结构中，所述第一金属梯状凸块和所述第二金属梯状凸块的末端都没有焊料。在该结构中，所述第一金属梯状凸块和所述第二金属梯状凸块的每一个的顶部宽度与底部宽度的比值均介于约0.75和约0.97之间。在该结构中，所述第一金属梯状凸块和所述第二金属梯状凸块中的至少一个的侧壁覆盖有金属氧化物。根据本专利技术的又一方面，提供了一种使用具有第一楔形轮廓的金属梯状凸块形成凸块导线直连(BOT)结构的方法，所述凸块导线直连(BOT)结构包括：由集成电路支撑的接触元件；与所述接触元件电连接的凸块下金属(UBM)部件；设置在所述凸块下金属部件和所述集成电路之间的绝缘层和钝化层；所述金属梯状凸块安装在所述凸块下金属部件上；所述金属梯状凸块具有最接近所述集成电路的安装端和离所述集成电路最远的末端，所述末端的宽度介于10μm至80μm之间，所述安装端的宽度介于20μm至90μm之间；所述方法包括：在衬底上安装衬底导线，所述衬底导线具有第二楔形轮廓；以及通过直接金属与金属接合将所述金属梯状凸块和所述衬底导线连接到一起。该方法进一步包括：使用电解喷镀工艺成形所述衬底导线。该方法进一步包括：使用热压接合来通过直接金属与金属接合将所述金属梯状凸块和所述衬底导线连接到一起。该方法进一步包括：使用约100℃至约400℃的温度，使所述金属梯状凸块和所述衬底导线经受退火处理约1小时至2小时。附图说明为了更充分地理解本专利技术及其优势，现在将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：图1是凸块导线直连(BOT)结构的一个实施例的截面图；图2是芯片-芯片结构(还称为芯片互连结构)的一个实施例的截面图；图3是来自图1的BOT结构或者图2的芯片-芯片结构的金属凸块的截面图，该附图示出了楔形轮廓和形成在侧壁上的金属氧化物；图4是来自图1的BOT结构或者图2的芯片-芯片结构的金属凸块的平面图，该附图示出了各种外围形状；以及图5是形成图1的BOT结构的方法的流程图。除非另有指明，否则不同附图中的相应的编号和标号通常表示相应的元件。绘制附图以清晰地示出实施例的相关方面并且没有必要按比例绘制这些附图。具体实施方式以下详细论述了本专利技术优选实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的专利技术构思。所论述的具体实施例仅仅是示例性的，而不用于限制本专利技术的范围。在具体上下文中结合优选实施例描述本专利技术，即，用于凸块导线直连(BOT)组件或者倒装芯片的芯片级封装件(FCCSP)的梯状凸块结构。然而，本专利技术的构思还可以应用于其他半导体结构或者电路中。现参考图1，示出了凸块导线直连(BOT)结构10的一个实施例。如图所示，B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种凸块导线直连(BOT)结构，包括：接触元件，由集成电路支撑；凸块下金属(UBM)部件，与所述接触元件电连接；绝缘层和钝化层，设置在所述凸块下金属部件和所述集成电路之间；金属梯状凸块，安装在所述凸块下金属部件上，所述金属梯状凸块具有第一楔形轮廓，并具有最接近所述集成电路的安装端和离所述集成电路最远的末端，所述末端的宽度介于10μm至80μm之间，所述安装端的宽度介于20μm至90μm之间；以及衬底导线，安装在衬底上，所述衬底导线具有第二楔形轮廓并且通过直接金属与金属接合连接至所述金属梯状凸块。

【技术特征摘要】
2012.09.18 US 61/702,624;2012.09.28 US 61/707,609;1.一种凸块导线直连(BOT)结构，包括：接触元件，由集成电路支撑；凸块下金属(UBM)部件，与所述接触元件电连接；绝缘层和钝化层，设置在所述凸块下金属部件和所述集成电路之间；金属梯状凸块，安装在所述凸块下金属部件上，所述金属梯状凸块具有第一楔形轮廓，并具有最接近所述集成电路的安装端和离所述集成电路最远的末端，所述末端的宽度介于10μm至80μm之间，所述安装端的宽度介于20μm至90μm之间；以及衬底导线，安装在衬底上，所述衬底导线具有第二楔形轮廓并且通过直接金属与金属接合连接至所述金属梯状凸块。2.根据权利要求1所述的结构，其中，所述金属梯状凸块与所述衬底导线相连接而没有形成金属间化合物。3.根据权利要求1所述的结构，其中，所述金属梯状凸块和所述衬底导线的末端均没有焊料。4.根据权利要求1所述的结构，其中，所述金属梯状凸块的底部宽度大于所述梯状凸块的顶部宽度。5.根据权利要求1所述的结构，其中，所述金属梯状凸块的顶部宽度与所述金属梯状凸块的底部宽度的比值介于0.75和0.97之间。6.根据权利要求1所述的结构，其中，所述衬底导线的顶部宽度与所述衬底导线的底部宽度的比值介于0.75和0.97之间。7.根据权利要求1所述的结构，其中，所述金属梯状凸块的第一楔形轮廓是线性的。8.根据权利要求1所述的结构，其中，所述金属梯状凸块的侧壁覆盖有金属氧化物。9.根据权利要求1所述的结构，其中，当从安装端看时，所述金属梯状凸块的边界类似于圆形、矩形、椭圆形、长圆形、六边形、八边形、梯形、菱形、胶囊形和它们的组合中的一种。10.根据权利要求1所述的结构，其中，钝化层位于所述集成电路上方，所述钝化层具有暴露所述接触元件的钝化开口，并且聚酰亚胺层位于所述钝化层上方，所述聚酰亚胺层具有暴露所述接触元件的聚酰亚胺开口。11.根据权利要求10所述的结构，其中，极低k介电层夹置在所述集成电路和所述钝化层之间和/或所述集成电路和所述接触元件之间。12.一种芯片互连结构，包括：第一接触元件，由第一集成电路支撑；第一凸块下金属...

【专利技术属性】
技术研发人员：林育蔚，吴胜郁，曾裕仁，郭庭豪，陈承先，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾,71