用于凸块接合的扩大头柱制造技术

本发明专利技术涉及一种微电子装置(100)，其具有凸块接合结构(108)，所述凸块接合结构(108)包含具有扩大头(111)的导电柱(109)及所述扩大头(111)上的焊料(112)。所述导电柱(109)包含从I/O垫(103)延伸到所述扩大头(111)的柱体(110)。所述扩大头(111)在所述导电柱(109)的至少一个侧上横向延伸超过所述柱体(110)。在一个方面中，所述扩大头(111)可具有圆角侧轮廓及平坦顶面，所述圆角侧轮廓具有约等于所述扩大头(111)的厚度的半径。在另一方面中，所述扩大头(111)可在不同横向方向上延伸超过所述柱体(110)达不同横向距离。在另一方面中，所述扩大头(111)可具有用于形成到两个单独节点的电连接的两个连接区。

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【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于凸块接合的扩大头柱
此大体上涉及微电子装置，且更特定来说，涉及微电子装置中的凸块接合。
技术介绍
一些微电子装置具有含用于输入/输出(I/O)连接的导电柱的凸块接合结构。随着连续工艺节点中的组件大小减小及电路密度增大，通过凸块接合结构的电流密度在许多情况中已日益增大，这会增加电迁移及其它降级机构。
技术实现思路
在所描述的实例中，一种微电子装置具有凸块接合结构，其包含具有扩大头的导电柱及所述扩大头上的焊料。所述导电柱包含从输入/输出(I/O)垫延伸到所述扩大头的柱体。所述扩大头在所述导电柱的至少一个侧上横向延伸超过所述柱体。在一个方面中，所述扩大头可具有圆角侧轮廓及平坦顶面，所述圆角侧轮廓具有约等于所述扩大头的厚度的半径。在另一方面中，所述扩大头可在第一横向方向上延伸超过所述柱体达第一横向距离且在第二横向方向上延伸超过所述柱体达第二横向距离，其中所述第一横向距离大于所述第二横向距离。在另一方面中，所述扩大头可具有用于形成到两个单独节点的电连接的两个连接区。附图说明图1A到图1C是包含具有扩大头的导电柱的实例微电子装置的横截面。图2A到图2G是实例形成方法的阶段中描绘的包含具有扩大头的导电柱的微电子装置的横截面。图3是包含具有扩大头的导电柱的另一实例微电子装置的横截面。图4A到图4F是另一实例形成方法的阶段中描绘的包含具有扩大头的导电柱的微电子装置的横截面。图5A到图5C是包含具有扩大头的导电柱的另一实例微电子装置的横截面。图6A到图6E是另一实例形成方法的阶段中描绘的包含具有扩大头的导电柱的微电子装置的横截面。图7A到图7D是另一实例形成方法的阶段中描绘的包含具有扩大头的导电柱的微电子装置的横截面。图8是包含具有扩大头的导电柱的另一实例微电子装置的横截面。图9A到图9D是另一实例形成方法的阶段中描绘的包含具有扩大头的导电柱的微电子装置的横截面。图10A及图10B是包含具有扩大头的导电柱的另一实例微电子装置的横截面。图11A到图11K是另一实例形成方法的阶段中描绘的包含具有扩大头的导电柱的微电子装置的横截面。图12A及图12B是包含具有扩大头的一对导电柱的另一实例微电子装置的横截面。图13A到图13I是另一实例形成方法的阶段中描绘的包含具有扩大头的导电柱的微电子装置的横截面。图14A及图14B是包含具有扩大头的导电柱的另一实例微电子装置的横截面。图15A到图15F是另一实例形成方法的阶段中描绘的包含具有扩大头的导电柱的微电子装置的横截面。具体实施方式图式不是按比例绘制的。此描述不受所说明的动作或事件的顺序限制，因为一些动作或事件可按不同顺序发生及/或与其它动作或事件同时发生。此外，所说明的一些动作或事件是任选的以实施根据此描述的方法。微电子装置具有微电子装置的输入/输出(I/O)垫上的凸块接合结构。I/O垫可为电耦合到微电子装置的互连件的接合垫。I/O垫可为微电子装置的互连件之上的重布层(RDL)的一部分。I/O垫可为微电子装置的过于主动接合(BOAC)结构中的凸块垫。I/O垫的其它表现是在此描述的范围内。籽晶层可安置于I/O垫上。籽晶层有时称之为凸块下金属化(UBM)层。凸块接合结构包含导电柱。在微电子装置的一些变体中，导电柱可基本上仅包含铜，或可主要包含铜及其它材料(例如金、银、镍等)。在其它变体中，导电柱可包含一或多种金属，例如镍或钨。在另外变体中，导电柱可包含导电纳米粒子、石墨烯、碳纳米管或导电有机聚合物。导电柱具有I/O垫上的柱体，其接触籽晶层(如果存在)。在此描述中，如果将柱体描述为“在I/O垫上”，那么其可直接在I/O垫上，或可存在中介元件(例如籽晶层)。如果将柱体描述为“直接在I/O垫上”，那么不存在其它有意安置的中介元件。导电柱包含柱体上的扩大头。扩大头经定位成与I/O垫对置，使得柱体从I/O垫延伸到扩大头。扩大头在导电柱的至少一个侧上横向延伸超过柱体。在此描述中，术语“横向”及“横向地”指代平行于I/O垫定位于其上的微电子装置的I/O表面的方向。凸块接合结构包含扩大头上的焊料。焊料可直接在扩大头上，或屏障层可定位于扩大头与焊料之间。焊料与扩大头之间的界面的面积大于平行于I/O表面的柱体的横截面积。在微电子装置的操作期间，通过柱体的电流可通过扩大头散开，使得通过焊料与扩大头之间的界面的电流密度低于通过柱体的电流密度。使较低电流密度通过焊料与扩大头之间的界面可有利地提供凸块接合结构中的较低电迁移及较低空隙形成。在一个方面中，扩大头可具有圆角侧轮廓及平坦接触表面，所述圆角侧轮廓具有约等于扩大头的厚度的半径。术语“侧轮廓”指代沿着垂直于微电子装置的I/O表面的平面的扩大头的边界。术语“接触表面”指代经定位成与柱体对置且平行于微电子装置的I/O表面的扩大头的表面。扩大头可横向延伸超过柱体达柱体的所有侧上的约相等距离。在一种意义上，可将术语“约”理解为意味着在10％内。在另一种意义上，可将术语“约”理解为意味着在微电子装置的制造期间遇到的制造公差内。在另一意义上，可将术语“约”理解为意味着在测量微电子装置的结构时遇到的测量公差内。在另一方面中，扩大头可在第一横向方向上横向延伸超过柱体达第一横向距离且在第二横向方向上横向延伸超过柱体达第二横向距离，其中第一横向距离大于第二横向距离。扩大头具有平坦接触表面。平坦接触表面可延伸到扩大头的横向周边。替代地，扩大头可具有围绕扩大头的横向周边的至少一部分的弯曲轮廓。在另一方面中，扩大头可具有用于形成到两个单独节点的电连接的两个连接区。两个连接区可经定位以形成到封装电极的连接，例如引线。替代地，一个连接区可经定位以形成到封装电极的连接，且另一连接区可形成通过导电柱的另一柱体到微电子装置的另一I/O垫的连接。揭示用于形成微电子装置的方法。在一些方法中，可通过使用镀覆掩模进行电镀来形成导电柱。可通过光刻工艺、加成工艺或其组合形成镀覆掩模。在其它方法中，可通过加成工艺形成导电柱。术语“加成工艺”指代将材料(例如导电纳米粒子墨水或镀覆掩模材料)安置于所要区中以产生导电柱的最终所要形状的工艺。加成工艺能够形成导电柱或镀覆掩模以有利地降低制造成本及复杂性。加成工艺的实例包含粘结剂喷射、材料喷射、定向能量沉积、材料挤出、粉末床熔化、薄板层压、光聚合固化(vatphotopolymerization)、直接激光沉积、静电沉积、激光烧结、电化学沉积及光聚合挤出。图1A到图1C是包含具有扩大头的导电柱的实例微电子装置的横截面。参考图1A，微电子装置100具有含I/O表面102的衬底101。微电子装置100具有I/O表面102上的I/O垫103。衬底101可为例如具有组件(例如晶体管)的半导体晶片及延伸到I/O表面102的电介质层。替代地，衬底101可为包含微机电系统(MEMS)装置的晶片。籽晶层104可安置于每一I/O垫103上。举例来说，I/O垫103可包含铝或铜。籽晶层104可包含钛、镍本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电子装置，其包括：/n衬底，其具有输入/输出I/O表面；/nI/O垫，其在所述I/O表面上；及/n凸块接合结构，其在所述I/O垫上，所述凸块接合结构包含：/n导电柱，其包含：/n柱体，其在所述I/O垫上；/n扩大头，其在所述柱体上，其中：所述扩大头在所述柱体的所有横向侧上延伸超过所述柱体达约等于所述扩大头的垂直厚度的横向距离；所述扩大头具有圆角侧轮廓，其具有约等于所述扩大头的所述厚度的半径；且所述扩大头具有平坦接触表面，所述接触表面经定位成与所述柱体对置；及/n焊料，其在所述扩大头的所述接触表面上。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171005 US 62/568,335;20171005 US 62/568,336;20171.一种微电子装置，其包括：
衬底，其具有输入/输出I/O表面；
I/O垫，其在所述I/O表面上；及
凸块接合结构，其在所述I/O垫上，所述凸块接合结构包含：
导电柱，其包含：
柱体，其在所述I/O垫上；
扩大头，其在所述柱体上，其中：所述扩大头在所述柱体的所有横向侧上延伸超过所述柱体达约等于所述扩大头的垂直厚度的横向距离；所述扩大头具有圆角侧轮廓，其具有约等于所述扩大头的所述厚度的半径；且所述扩大头具有平坦接触表面，所述接触表面经定位成与所述柱体对置；及
焊料，其在所述扩大头的所述接触表面上。


2.根据权利要求1所述的微电子装置，其进一步包括所述柱体与所述I/O垫之间的籽晶层。


3.根据权利要求1所述的微电子装置，其中所述柱体及所述扩大头主要包含铜。


4.一种形成微电子装置的方法，所述方法包括：
提供具有输入/输出I/O表面的衬底及所述I/O表面上的I/O垫；
在所述I/O表面之上形成籽晶层，使得所述籽晶层接触所述I/O垫，所述籽晶层提供导电层；
在所述籽晶层之上形成镀覆掩模，使得所述镀覆掩模暴露所述I/O垫之上的所述籽晶层；
在由所述镀覆掩模暴露之处的所述籽晶层上电镀金属，使得所述金属延伸穿过所述镀覆掩模以形成导电柱，所述导电柱包含：
柱体，其在所述I/O垫上，所述柱体从所述籽晶层延伸到所述镀覆掩模的顶面，所述镀覆掩模的顶面经定位成与所述籽晶层对置；及
扩大头，其在所述柱体上，其中：所述扩大头在所述柱体的所有横向侧上延伸超过所述柱体达约等于所述扩大头的垂直厚度的横向距离；所述扩大头具有圆角侧轮廓，其具有约等于所述扩大头的所述厚度的半径；且所述扩大头具有平坦接触表面，所述接触表面经定位成与所述柱体对置；
在所述扩大头的所述接触表面上形成焊料；
移除所述镀覆掩模；及
移除由所述柱体暴露之处的所述籽晶层。


5.根据权利要求4所述的方法，其中形成所述镀覆掩模包含使用光致抗蚀剂的光刻工艺。


6.根据权利要求4所述的方法，其中所述柱体及所述扩大头主要包含铜。


7.一种微电子装置，其包括：
衬底，其具有输入/输出I/O表面；
I/O垫，其在所述I/O表面上；及
凸块接合结构，其在所述I/O垫上，所述凸块接合结构包含：
导电柱，其包含：
柱体，其在所述I/O垫上；
扩大头，其在所述柱体上，其中：所述扩大头具有平坦接触表面，所述接触表面经定位成与所述柱体对置；所述扩大头在第一横向方向上横向延伸超过所述柱体达第一横向距离且在第二横向方向上横向延伸超过所述柱体达第二横向距离；且所述第一横向距离大于所述第二横向距离；及
焊料，其在所述扩大头的所述接触表面上。


8.根据权利要求7所述的微电子装置，其中所述柱体及所述扩大头主要包含铜。


9.根据权利要求7所述的微电子装置，其中所述平坦接触表面延伸到所述扩大头的横向周边。


10.一种形成微电子装置的方法，所述方法包括：
提供具有输入/输出I/O表面的衬底及所述I/O表面上的I/O垫；
在所述I/O垫上形成导电柱，所述导电柱包含：
柱体，其在所述I/O垫上；及
扩大头，其在所述柱体上，其中：所述扩大头具有平坦接触表面，所述接触表面经定位成与所述柱体对置；所述扩大头在第一横向方向上横向延伸超过所述柱体达第一横向距离且在第二横向方向上横向延伸超过所述柱体达第二横向距离；
且所述第一横向距离大于所述第二横向距离；及
在所述扩大头的所述接触表面上形成焊料。


11.根据权利要求10所述的方法，其中形成所述导电柱包含：
在所述I/O表面之上形成籽晶层，使得所述籽晶层接触所述I/O垫，所述籽晶层提供导电层；
在所述籽晶层之上形成柱体镀覆掩模，使得所述柱体镀覆掩模具有暴露所述I/O垫之上的所述籽晶层的柱体开口；
在所述柱体镀覆掩模之上形成头镀覆掩模，使得所述头镀覆掩模具有暴露所述柱体镀覆掩模中的所述柱体开口的头开口；
在由所述柱体镀覆掩模暴露之处的所述籽晶层上电镀铜，使得所述铜延伸穿过所述柱体开口以形成所述柱体且延伸到所述头开口中以形成所述扩大头；
移除所述头镀覆掩模；
移...

【专利技术属性】
技术研发人员：斯里尼瓦萨恩·K·科杜里，
申请(专利权)人：德州仪器公司，
类型：发明
国别省市：美国;US