具有用于减小应力的成角度柱的半导体装置封装制造方法及图纸

本申请涉及具有用于减小应力的成角度柱的半导体装置封装。本文公开半导体装置和相关联系统和方法，所述半导体装置具有例如成角度柱的机械柱结构，其为矩形且相对于半导体裸片取向以减小所述成角度柱附接到的半导体裸片处的弯曲应力和平面内剪应力。所述半导体装置可包含连接到所述半导体裸片且连接到封装衬底的成角度柱。所述成角度柱可经配置以使得其相对于局部应力方向取向，从而增加截面模量。从而增加截面模量。从而增加截面模量。

【技术实现步骤摘要】
具有用于减小应力的成角度柱的半导体装置封装


[0001]本专利技术技术大体上涉及具有柱的半导体装置，且更具体地说在一些实施例中，涉及针对裸片到裸片、裸片到衬底和/或封装到封装互连件的成角度柱取向。

技术介绍

[0002]微电子装置，例如存储器装置、微处理器和发光二极管，通常包含安装到衬底的一或多个半导体裸片。半导体裸片可包含功能特征，例如存储器单元、处理器电路和互连电路系统。半导体裸片还通常包含电耦合到功能特征的接合垫、电耦合到作用接合垫的作用柱，以及用于结构支撑的虚设柱。作用柱可以是引脚或用于将半导体裸片连接到总线、电路或其它组件的其它类型的结构。
[0003]半导体裸片可经由倒装芯片裸片附接工艺(例如，热压缩接合(TCB)或质量回流焊(mass reflow)操作)电耦合到另一衬底，其中导电柱形成于接合垫上，或裸片的其它区域经由安置在导电柱与衬底之间的接合材料耦合到衬底。举例来说，作用柱附接到衬底上的导电端子。为了将接合材料附接到衬底，加热半导体封装以回流焊接合材料且形成稳固连接。然而，加热半导体封装和/或随后冷却半导体封装以及在产品可靠性测试期间的热循环和终端客户使用期间的电力循环可引发半导体裸片与衬底之间因这些部件的热膨胀系数(CTE)的失配所致的显著热机械应力。通常，应力可引发一或多个接合垫附近的半导体裸片钝化材料中的界面分层和裂纹生长，这可导致半导体封装不可操作。

技术实现思路

[0004]本公开的一方面针对一种半导体装置，所述半导体装置包括：封装衬底，其包含电路元件；半导体裸片，其包含集成电路系统、电耦合到所述集成电路系统的作用接合垫以及与所述集成电路系统电隔离的非作用接合区域，其中所述半导体裸片具有作用表面，所述作用表面具有参考长轴、与所述参考长轴正交的参考短轴以及裸片中心坐标；以及成角度柱，其处于所述衬底与所述半导体裸片之间，其中所述成角度柱具有非圆形横截面形状，所述非圆形横截面形状具有柱长轴、柱短轴以及柱中心坐标，其中所述柱长轴至少大致与穿过所述裸片中心坐标和所述柱中心坐标的线正交，且其中所述线相对于所述参考长轴和所述参考短轴成倾斜角。
[0005]本公开的另一方面针对一种形成半导体装置的方法，所述方法包括：在半导体裸片上形成成角度柱，所述半导体裸片包含集成电路系统、电耦合到所述集成电路系统的作用接合垫和与所述集成电路系统电隔离的非作用接合区域，其中所述半导体裸片还具有作用表面，所述作用表面具有参考长轴、与所述参考长轴正交的参考短轴和裸片中心坐标，且所述成角度柱具有非圆形横截面形状，所述非圆形横截面形状具有柱长轴、柱短轴和柱中心坐标，且其中所述柱长轴至少大致与穿过所述裸片中心坐标和所述柱中心坐标的线正交，所述线相对于所述参考长轴和所述参考短轴成倾斜角；以及将所述成角度柱附接到封装衬底。
[0006]本公开的又一方面针对一种半导体装置，所述半导体装置包括：封装衬底，其包含电路元件；半导体裸片，其包含集成电路系统、电耦合到所述集成电路系统的作用接合垫以及与所述集成电路系统电隔离的非作用接合区域，其中所述半导体裸片还具有纵向尺寸和横向尺寸；以及成角度柱，其处于所述衬底与所述半导体裸片之间，其中所述成角度柱具有非圆形横截面形状，所述非圆形横截面形状具有第一尺寸、与所述第一尺寸正交且小于所述第一尺寸的第二尺寸以及柱中心坐标，其中所述第二尺寸沿着相对于所述纵向尺寸和所述横向尺寸两者成非零角度的轴线延伸。
附图说明
[0007]参考以下各图可更好地理解本专利技术技术的许多方面。图中部件未必按比例绘制。实际上，重点在于清楚地说明本专利技术技术的原理。
[0008]图1A是具有根据本专利技术技术的实施例配置的成角度柱的半导体封装的平面图；图1B是具有图1A的参考轴和半导体裸片的成角度柱的取向示例的坐标系图；以及图1C是图1A中所展示的半导体封装沿着线1C
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1C的横截面图。
[0009]图2A和2B分别是图1C中所展示的半导体封装的一部分和根据本专利技术技术的实施例配置的成角度柱的横截面图和透视图。
[0010]图3A是展示相对于根据本专利技术技术的实施例配置的成角度柱的应力方向性的图，且图3B是展示相对于常规圆形柱的应力方向性的图。
[0011]图4A
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4C是根据本专利技术技术的实施例的具有各种形状的成角度柱的横截面图。
[0012]图5A
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5D说明根据本专利技术技术的实施例的具有各种形状的半导体封装的成角度柱和接合垫。
[0013]图6是包含根据本专利技术技术的实施例配置的半导体组件的系统的示意图。
具体实施方式
[0014]公开了具有机械矩形柱的半导体装置的若干实施例的特定细节，所述机械矩形柱基于应力的局部方向性而成角度以增加截面模量，且由此减少所述成角度柱与半导体裸片之间的界面处的弯曲应力和平面内剪应力。术语“半导体装置”一般指包含一或多种半导体材料的固态装置。半导体装置的实例包含逻辑装置、存储器装置、微处理器和二极管等等。此外，术语“半导体装置”可指成品装置或成为成品装置之前的各个处理阶段时的组件或其它结构。取决于其使用情境，术语“衬底”可指晶片级衬底或可指单分的裸片级衬底。相关领域的一般技术人员将认识到，可在晶片级或在裸片级执行本文所描述的方法。此外，除非上下文另有指示，否则可使用常规的半导体制造技术来形成本文公开的结构。举例来说，材料可使用化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、旋涂和/或其它合适的技术沉积。类似地，例如，可使用等离子蚀刻、湿式蚀刻、化学机械平坦化或其它合适的技术来移除材料。相关领域的技术人员还将理解，所述技术可具有额外实施例，且所述技术可在没有下文参考图1A
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3A和4
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6描述的实施例的若干细节的情况下予以实践。
[0015]在下文描述的若干实施例中，半导体装置可包含含有电路元件的半导体衬底、作用接合垫和/或非作用接合区域以及相对于参考正交轴以倾斜角取向的成角度柱。所述半导体装置还可包含平行于或垂直于所述参考正交轴的对准柱。所述半导体装置的柱可通过
接合材料附接到封装衬底的端子。成角度柱中的一些可连接到电学非作用接合区域，例如半导体衬底上的钝化材料上的区域。此类柱称为虚设柱。其它柱可电连接到与半导体衬底的电力、接地和/或其它电路元件电耦合的电学作用接合垫。此类柱是作用柱，且其可为成角度柱和/或对准柱。所述成角度柱可具有矩形横截面，且相对于参考正交轴以倾斜角(例如，除了平行于或垂直于与半导体衬底边缘对准的正交轴之外的角度)取向。在一些实施例中，成角度柱中的一些或全部可以不同倾斜角取向，或成角度柱中的一些或全部可以相同的倾斜角取向。成角度柱可基于由例如半导体裸片的热膨胀系数(CTE)与封装衬底的CTE之间的失配引起的芯片
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封装界面(CPI)应力的局部方向而以某一角度取向。因此，成角度柱可减小接合垫和/或接合区域周围在例如已执行倒装芯片裸片附接处理(例如，热压缩接合(TCB)或质量回流焊)之后和/或在操作期间本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，其包括：封装衬底，其包含电路元件；半导体裸片，其包含集成电路系统、电耦合到所述集成电路系统的作用接合垫以及与所述集成电路系统电隔离的非作用接合区域，其中所述半导体裸片具有作用表面，所述作用表面具有参考长轴、与所述参考长轴正交的参考短轴以及裸片中心坐标；以及成角度柱，其处于所述衬底与所述半导体裸片之间，其中所述成角度柱具有非圆形横截面形状，所述非圆形横截面形状具有柱长轴、柱短轴以及柱中心坐标，其中所述柱长轴至少大致与穿过所述裸片中心坐标和所述柱中心坐标的线正交，且其中所述线相对于所述参考长轴和所述参考短轴成倾斜角。2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中大致正交是90度加减2到8度、3到7度、4到6度或5度。3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述非圆形横截面形状是矩形。4.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述非圆形横截面形状包含卵形、椭圆形、方形、直线或不规则形状。5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述成角度柱中的至少一些成角度柱电耦合到所述半导体裸片的作用接合垫。6.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述成角度柱中的至少一些成角度柱连接到所述半导体裸片的非作用接合区域。7.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括对准柱，所述对准柱具有至少基本上平行于所述参考长轴或所述参考短轴中的一者的柱长轴，且其中所述对准柱电耦合到所述半导体裸片的作用接合垫。8.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括对准柱，所述对准柱具有至少基本上平行于所述参考长轴或所述参考短轴中的一者的柱长轴，且其中所述对准柱电耦合到所述半导体裸片的作用接合垫，且所述成角度柱耦合到所述半导体裸片的非作用接合区域。9.根据权利要求1所述的半导体装置，其进一步包括对准柱，所述对准柱具有至少基本上平行于所述参考长轴或所述参考短轴的柱长轴，且其中所述对准柱电耦合到所述半导体裸片的作用接合垫，第一组所述成角度柱电耦合到所述半导体裸片的作用接合垫，且第二组所述成角度柱耦合到所述半导体裸片的非作用接合区域。10.一种形成半导体装置的方法，所述方法包括：在半导体裸片上形成成角度柱，所述半导体裸片包含集成电路系统、电耦合到所述集成电路系统的作用接合垫和与所述集成电路系统电隔离的非作用接合区域，其中所述半导体裸片还具有作用表面，所述作用表面具有参考长轴、与所述参考长轴正交的参考短轴和裸片中心坐标，且所述成角度柱具有非圆形横截面形状，所述非圆形横截面形状具有柱长轴、柱短轴和柱中心坐...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：