專利名稱：用于電源布線和接地布線的由交錯(cuò)凸起冶金法制成的條的制作方法
背景技術(shù)：
1.發(fā)明領(lǐng)域本發(fā)明涉及微芯片封裝的領(lǐng)域，尤其涉及在微芯片和封裝襯底之間進(jìn)行電源連接和接地連接的布線。
2.相關(guān)枝術(shù)的討論采用高功率電平的集成電路要求電源線和接地線密集地布置，以便傳輸所需的電流并實(shí)現(xiàn)預(yù)期的性能。隨著電路的功率要求的提高，需要更多普通的互連層(例如P860上的M5和M6)以用于對(duì)電源線和接地線進(jìn)行布線，這些互連層對(duì)布線信號(hào)來說是較少用到的。對(duì)電源線和接地線進(jìn)行布線的需求必須通過增設(shè)更多的互連層來解決。

圖1A是具有C4凸起圖案的管芯表面的圖示，其包括信號(hào)、電源和接地的輸入/輸出(I/O)。在管芯和管芯封裝之間提供更小節(jié)距的凸起的要求增大了在管芯表面上的布線及其復(fù)雜性。圖1B是具有ABM凸起的管芯表面的圖示，ABM凸起與芯片上的接地線(Vss)和電源線(Vdd)相連。在這種設(shè)計(jì)中，凸起之間的最小間距約為75微米，凸起直徑約為75微米，且最小節(jié)距為150微米，這樣就可有效地布置信號(hào)線。

發(fā)明內(nèi)容
一種裝置，其包括具有表面的管芯，所述管芯包括導(dǎo)電凸起的陣列；以及多個(gè)處于導(dǎo)電凸起陣列內(nèi)的導(dǎo)電條。
附圖簡(jiǎn)介圖1A是具有C4凸起圖案的管芯表面的圖示，其包括信號(hào)、電源和接地的I/O。
圖1B是具有ABM凸起的管芯表面的圖示，ABM凸起與芯片上的接地線(Vss)和電源線(Vdd)相連。
圖2A是帶有采用交錯(cuò)凸起冶金法(alternate bump metallurgy)制成的電源條和接地條的管芯的圖示。
圖2B是帶有電源條和接地條以及邊緣環(huán)的管芯的圖示。
圖3是位于接地線和電源線上的ABM條的圖示，其處于金屬層內(nèi)并與帶有襯里的鈍化開口互連。
圖4A是與M7銅層相連的ABM條的圖示。
圖4B是沿與圖4A所示成90度的方向看去的與M7銅層相連的ABM條的圖示。
圖5A-5H是用于在管芯上生產(chǎn)ABM條的方法的圖示。
圖6A和6B顯示了管芯-襯底組件600。
圖5A是包括有位于金屬層內(nèi)的電源線和接地線的管芯的圖示。
圖5B是具有設(shè)于金屬層上的介質(zhì)層的管芯的圖示。
圖5C是具有設(shè)于介質(zhì)層上的鈍化層的管芯的圖示。
圖5D是具有蝕刻穿過介質(zhì)層和鈍化層的鈍化開口的管芯的圖示。
圖5E是具有帶有襯里的鈍化開口的管芯的圖示。
圖5F是具有形成圖案的光致抗蝕層的管芯的圖示。
圖5G是具有由銅填充的圖案的管芯的圖示。
圖5H是帶有電源條、接地條和具有由交錯(cuò)凸起冶金法制成的凸起的管芯的圖示。
本發(fā)明的詳細(xì)介紹公開了一種用于提供中心處于管芯表面上的I/O信號(hào)凸起的陣列中的電源條和接地條的結(jié)構(gòu)和方法。在一個(gè)實(shí)施例中，I/O信號(hào)凸起以及電源條和接地條可以為銅凸起的形式。此結(jié)構(gòu)和方法可提供在微芯片(管芯)和襯底之間連接電源和接地的有效方式。此結(jié)構(gòu)和方法可采用與焊接不同的凸起冶金法(即交錯(cuò)凸起冶金法或ABM)。結(jié)果，電源和接地結(jié)構(gòu)可位于帶有I/O信號(hào)凸起(信號(hào)凸起)的管芯上，并處于周圍的有序陣列中。另外，電源和接地結(jié)構(gòu)可由與信號(hào)凸起相同的金屬層中制成。此結(jié)構(gòu)和方法可允許在互連金屬層中設(shè)置更多的電源線和接地線，這是因?yàn)榭梢圆捎酶o密的間隔。
在一個(gè)實(shí)施例中，在裝配時(shí)，管芯上的信號(hào)凸起可與襯底如管芯封裝上的各個(gè)焊接區(qū)配合。管芯封裝可具有許多焊接區(qū)，以便與管芯上的電源條和接地條以及信號(hào)凸起相接觸?；蛘?，焊接區(qū)可覆蓋足夠大的面積以與一個(gè)或多個(gè)電源條和/或接地條的整個(gè)表面相接觸。電源條和接地條以及相配合的焊接區(qū)可具有從方形到多條線段的任何形狀。
在下述介紹中將闡述大量的具體細(xì)節(jié)，例如特定的材料、設(shè)備和工藝，以便提供對(duì)本發(fā)明的完全的理解。另外，并未詳細(xì)地闡述眾所周知的計(jì)算機(jī)裝配技術(shù)和器械，以便使本發(fā)明更清晰。
圖2A和2B是帶有采用交錯(cuò)凸起冶金法(ABM)制成的電源條和接地條的管芯202的圖示。在圖2A所示的實(shí)施例中，信號(hào)凸起206設(shè)置在陣列式圖案中，在此圖案中設(shè)有電源條和接地條204。在圖2B所示的另一實(shí)施例中，在信號(hào)凸起的外周即晶片邊緣處設(shè)有一組額外的條。邊緣條的目的是在將管芯連接到襯底如塑料封裝上時(shí)提供改善的密封。在一個(gè)實(shí)施例中，電源條和接地條204可形成為矩形的形狀，并通過介質(zhì)涂層和鈍化涂層與頂層金屬間隔開。電源條和接地條可隨后涂覆一層低溫焊料的薄層，以提高它們與配合襯底上的配合焊接區(qū)或條的電接觸。
圖3是具有電源ABM條304和304’以及接地ABM條303的管芯302的一部分區(qū)域的圖示，電源ABM條304和304’以及接地ABM條303置于接地線312和312’以及電源線314和314’上并處于管芯302的金屬層中，而且與帶襯里的鈍化開口310和310’(處于鈍化層和介質(zhì)層中)電連接。ABM條304，304’和303約為75微米寬，并在管芯302上間隔開約75微米。帶襯里的鈍化開口310和310’可由各側(cè)邊長(zhǎng)度約為5微米的大致方形的區(qū)域形成。在ABM條304，304’和303與金屬表面之間形成有足夠數(shù)量的帶襯里的鈍化開口310和310’，以便使ABM條304，304’和303與各自的電源線314和314’以及接地線312和312’互連。
圖3還顯示了在采用ABM條304和304’來將電源和接地與管芯302之外的電路相連時(shí)所得到的比采用凸起(上述圖1B)時(shí)所得到的更窄的節(jié)距308。ABM條304和304’對(duì)電源布線來說更佳，這是因?yàn)樗鼈兛稍诠苄?02上均勻地分配功率。對(duì)于ABM凸起來說(上述圖1B)，最后金屬層中的下方電源線只可能布置在凸起之下，凸起節(jié)距因工藝局限性而限制在約150微米。因此電源線和接地線只能每75微米間隔開?；氐綀D3，由于設(shè)有ABM條304和304’，鈍化開口310可沿條304和304’設(shè)置在任何位置，因此電源線和接地線(Vdd/Vss)312，312’，314和314’幾乎可根據(jù)需要來布置，例如每30微米就進(jìn)行一次布線。具有更緊密間隔的更多電源線和接地線312，312’，314和314’通過減少電阻降并具有較低的電感而提高了功率傳輸。結(jié)果是性能得到提高。
圖4A和4B顯示了具有與M7層406相連的互連構(gòu)件(帶襯里的鈍化開口)404的ABM接地條402的側(cè)視圖。在一個(gè)實(shí)施例中，互連構(gòu)件穿過Si3N4介質(zhì)層408和聚酰亞胺鈍化層410。圖4A和4B顯示了與從M7層406中制出的銅接地線410相連的ABM接地條402，同時(shí)相鄰的ABM接地條412通過Si3N4介質(zhì)層408和聚酰亞胺鈍化層410與接地線410間隔開。
圖5A-5H顯示了用于在管芯上生產(chǎn)ABM條的方法。圖5A顯示了管芯500上的最終金屬互連層501如M7(沉積在形成圖案的介質(zhì)層中)，其可包括電源線502和502’以及接地線504和504’的組合。如圖5B所示，在包括有蝕刻的M7層501的管芯500的表面上沉積介質(zhì)材料層506，介質(zhì)材料例如為氮化硅(Si3N4)或碳化硅(SiC)。圖5C顯示了鈍化層508的沉積。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍化層可以是例如聚酰亞胺或二氧化硅的材料，并通過濺射、旋壓、CVD或滾壓來均厚沉積以覆蓋介質(zhì)涂層506。在涂覆了鈍化層之后，采用光致抗蝕劑(未示出)來在表面上形成圖案。圖5D顯示了處于鈍化層508和介質(zhì)層506中的鈍化開口510和510’、金屬電源線502和502’的暴露區(qū)域，以及處于M7 501內(nèi)的接地線504和504’。首先用光致抗蝕劑(未示出)來形成圖案，然后蝕刻穿過鈍化層506和介質(zhì)層504以在M7 501處暴露出線502，502’，504和504’，從而形成開口510和510’。圖5E是襯有導(dǎo)電金屬或金屬合金的帶襯里的鈍化開口512和512’的圖示。在一個(gè)實(shí)施例中，鈍化開口512和512’具有由鈦濺射隨后和銅濺射而加襯的雙層(未示出)。圖5F顯示了涂覆在鈍化涂層506上的形成了圖案的光致抗蝕劑514。圖5G顯示了用銅516填充光致抗蝕劑圖案514中的開口的電鍍工藝的結(jié)果。圖5H顯示了管芯500的剖視圖，其中已通過溶劑剝?nèi)チ斯庵驴刮g劑，多個(gè)ABM條518和518’以及銅信號(hào)凸起520保留下來并與M7 501內(nèi)的線502，502’，504和504’相連。
圖6A和6B顯示了管芯-襯底組件600。通過例如上述圖5A-5H所示實(shí)施例的裝配工藝可將管芯602與襯底604相連。襯底604可以是任何用于將管芯602與外部電路如封裝或印制電路板相連的配合件，其中襯底604可包括焊料609和609’的接觸接地區(qū)域606和606’以及電源區(qū)域608，它們可與管芯602上的接地條區(qū)域610和610’以及電源條區(qū)域612相配合。焊料609和609’可以是低溫焊料，例如鉛錫焊料或銀錫焊料，它們涂覆在下方銅(未示出)的表面上。在襯底604上具有與管芯602上的銅電源條610和610’以及接地條612相配合的等效配合的焊接區(qū)609和609’的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在管芯在計(jì)算機(jī)中執(zhí)行操作時(shí)，管芯602中的熱傳導(dǎo)速率增大。
然后通過將管芯-襯底組件放在回流爐中來進(jìn)行加熱循環(huán)，其可加熱焊料直到如液體一樣地流動(dòng)為止。在回流操作之后，將銅凸起與焊接區(qū)電連接且機(jī)械連接，將管芯的電源/接地條與襯底上的相配合的電源/接地條或區(qū)域電連接且機(jī)械連接。
在生產(chǎn)過程中，使之后將與管芯相配的襯底如塑料封裝或印制電路板通過焊接裝置，在其中對(duì)襯底的一側(cè)進(jìn)行焊接操作，以在各襯底上焊接數(shù)百個(gè)端子。眾所周知，為實(shí)現(xiàn)此目的可采用波峰焊機(jī)器。這些機(jī)器包括傳送帶，其將電路板在熔融焊料池上運(yùn)送，熔融焊料池被攪拌以在板的底面上形成波峰。在波峰焊之前需要進(jìn)行涂覆阻焊掩膜的操作，以防止封裝襯底的一些部分與熱的熔融焊料相接觸。通過眾所周知的技術(shù)，例如濺射、噴射或絲網(wǎng)印刷如通過鋼制篩網(wǎng)的絲網(wǎng)印刷來涂覆阻焊掩膜作為一個(gè)或多個(gè)涂層。當(dāng)采用篩網(wǎng)來涂覆阻焊掩膜時(shí)，篩網(wǎng)中的圖案可在阻焊掩膜中提供開口，這些開口將隨后在焊接操作中填充。在阻焊掩膜固化后，進(jìn)行波峰焊以填充掩模中的開口區(qū)域。固化的阻焊掩膜保留在所形成的襯底上，為待保護(hù)的電路線提供良好的介質(zhì)覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種裝置，包括具有表面的管芯，其包括導(dǎo)電凸起的陣列；和多個(gè)處于所述導(dǎo)電凸起陣列內(nèi)的導(dǎo)電條。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)電條中的至少一個(gè)與電源相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)電條中的至少一個(gè)接地。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)電條中的一個(gè)或更多個(gè)形成了圍繞所述導(dǎo)電凸起陣列的外周。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述外周處的條接地。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)電條的中心處于所述導(dǎo)電凸起內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電條為銅。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述導(dǎo)電凸起為銅。
9.一種組件，包括具有多個(gè)導(dǎo)電條的管芯；具有多個(gè)導(dǎo)電區(qū)域的襯底；它們裝配成使得所述管芯上的所述多個(gè)導(dǎo)電條與所述襯底上的所述多個(gè)導(dǎo)電區(qū)域相接觸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)電條中的至少一個(gè)與電源相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其特征在于，所述多個(gè)導(dǎo)電條中的至少一個(gè)接地。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其特征在于，一個(gè)或更多個(gè)所述導(dǎo)電條的中心處于所述導(dǎo)電凸起的陣列內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的組件，其特征在于，在所述導(dǎo)電凸起的外周設(shè)有多個(gè)金屬條。
14.一種方法，包括在管芯的頂金屬層上沉積介質(zhì)層；在所述頂金屬層和鈍化層的頂面之間形成鈍化開口；用導(dǎo)電材料在所述鈍化開口上加上襯里；和在所述鈍化層的頂面上沉積多個(gè)與所述帶襯里的鈍化開口相接觸的導(dǎo)電條。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在所述介質(zhì)層上沉積鈍化層。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述多個(gè)導(dǎo)電條中的至少一個(gè)接地。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括將所述多個(gè)導(dǎo)電條中的至少一個(gè)與電源相連。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在襯底上設(shè)置焊接區(qū)陣列；和將所述管芯與所述襯底相連，使得所述焊接區(qū)陣列與所述管芯上的多個(gè)導(dǎo)電條相配合。
19.一種裝置，包括用于將電源從管芯連接到襯底上的裝置；用于將接地從管芯連接到襯底上的裝置；使得信號(hào)連接陣列處于所述用于連接電源的裝置和所述用于接地的裝置的周圍。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述用于連接電源的裝置采用了一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電條。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述用于接地的裝置采用了一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電條。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的裝置，其特征在于，所述用于接地的裝置將一個(gè)或多個(gè)所述導(dǎo)電條放置在管芯邊緣的周圍。
全文摘要
一種裝置，其包括具有表面的管芯，所述管芯包括導(dǎo)電凸起的陣列；以及多個(gè)處于導(dǎo)電凸起陣列內(nèi)的導(dǎo)電條。
文檔編號(hào)H01L23/50GK1579019SQ02807624
公開日2005年2月9日 申請(qǐng)日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月30日
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