集成電路器件中的細(xì)長(zhǎng)凸塊本申請(qǐng)要求2012年3月29日提交的標(biāo)題為“ElongatedBumpsinIntegratedCircuitDevices”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)序列號(hào)61/617,480的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容結(jié)合于此作為參考。技術(shù)領(lǐng)域本發(fā)明總來說涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及集成電路器件中的細(xì)長(zhǎng)凸塊。

背景技術(shù)：
集成電路由數(shù)百萬個(gè)諸如晶體管和電容器的有源器件構(gòu)成。這些器件最初彼此隔離，但稍后被互連來形成功能電路。典型的互連結(jié)構(gòu)包括諸如金屬線(配線)的橫向互連和諸如通孔和接觸件的縱向互連。在互連結(jié)構(gòu)的頂部上形成連接結(jié)構(gòu)，并且連接結(jié)構(gòu)包括在相應(yīng)芯片的表面上形成并露出的接合焊盤或金屬凸塊。通過接合焊盤/金屬凸塊進(jìn)行電連接以將芯片連接至封裝襯底或另一個(gè)管芯?？赏ㄟ^引線接合或倒裝芯片接合來進(jìn)行電連接。一種類型的連接結(jié)構(gòu)包括鋁焊盤，其電連接至相應(yīng)下方的互連結(jié)構(gòu)。形成鈍化層和聚合物層，其中部分鈍化層和部分聚合物層覆蓋鋁焊盤的邊緣部分。形成凸塊下金屬化層(UBM)以延伸到鈍化層和聚合物層的開口中。銅柱和焊料蓋可形成在UBM上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種器件，包括：襯底；金屬焊盤，于襯底上方；鈍化層，覆蓋金屬焊盤的邊緣部分，鈍化層包括與金屬焊盤重疊的第一開口，并且第一開口具有在與襯底的主面平行的方向上測(cè)量的 第一橫向尺寸；聚合物層，位于鈍化層上方并覆蓋金屬焊盤的邊緣部分，聚合物層包括與金屬焊盤重疊的第二開口，第二開口具有在該方向上測(cè)量的第二橫向尺寸，并且第一橫向尺寸比第二橫向尺寸大7μm以上；以及凸塊下金屬化層(UBM)，包括位于第二開口中的第一部分和覆蓋部分聚合物層的第二部分。優(yōu)選地，UBM具有在該方向上測(cè)量的第三橫向尺寸，第一橫向尺寸比第三橫向尺寸小約2μm以上。優(yōu)選地，該器件進(jìn)一步包括位于UBM上方的金屬柱。優(yōu)選地，器件管芯包括金屬焊盤、鈍化層、聚合物層和UBM，并且金屬柱通過銅柱導(dǎo)線直連接合而接合至封裝襯底的金屬線。優(yōu)選地，UBM具有細(xì)長(zhǎng)的俯視形狀并包括一長(zhǎng)度和小于該長(zhǎng)度的寬度，并且該方向與UBM的縱向平行。優(yōu)選地，UBM具有細(xì)長(zhǎng)的俯視形狀并包括一長(zhǎng)度和小于該長(zhǎng)度的寬度，并且該方向與UBM的橫向平行。優(yōu)選地，第一開口、第二開口和UBM具有細(xì)長(zhǎng)的俯視形狀。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種器件，包括：襯底；金屬焊盤，位于襯底上方；鈍化層，覆蓋金屬焊盤的邊緣部分，鈍化層包括與金屬焊盤重疊的第一開口，并且第一開口具有在與襯底的主面平行的方向上測(cè)量的第一橫向尺寸；聚合物層，位于鈍化層上方并覆蓋金屬焊盤的邊緣部分，聚合物層包括與金屬焊盤重疊的第二開口；以及凸塊下金屬化層(UBM)，包括位于第二開口中的第一部分和覆蓋部分聚合物層的第二部分，UBM具有在該方向上測(cè)量的第二橫向尺寸，并且第一橫向尺寸比第二橫向尺寸小約2μm以上。優(yōu)選地，第二開口具有在該方向上測(cè)量的第三橫向尺寸，第一橫向尺寸比第三橫向尺寸大約7μm以上。優(yōu)選地，該器件進(jìn)一步包括位于UBM上方的金屬柱，金屬柱的邊緣與UBM的對(duì)應(yīng)邊緣對(duì)齊。優(yōu)選地，器件管芯包括金屬焊盤、鈍化層、聚合物層和UBM，并且金屬柱通過銅柱導(dǎo)線直連接合而接合至封裝襯底的金屬線。優(yōu)選地，UBM具有細(xì)長(zhǎng)的俯視形狀并包括一長(zhǎng)度和小于該長(zhǎng)度的寬度，并且該方向與UBM的縱向平行。優(yōu)選地，UBM具有細(xì)長(zhǎng)的俯視形狀并包括一長(zhǎng)度和小于該長(zhǎng)度的寬度，并且該方向與UBM的橫向平行。優(yōu)選地，第一開口、第二開口和UBM具有細(xì)長(zhǎng)的俯視形狀。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種器件，包括：襯底；金屬焊盤，位于襯底上方；鈍化層，覆蓋金屬焊盤的邊緣部分，鈍化層包括第一開口，金屬焊盤的一部分設(shè)置在第一開口的下方，并且第一開口具有在第一方向和第二方向上測(cè)量的第一長(zhǎng)度和第一寬度，第一方向和第二方向平行于襯底的主面；聚合物層，位于鈍化層上方并覆蓋鈍化層，聚合物層具有第二開口，部分金屬焊盤設(shè)置在第二開口下方，第二開口具有分別在第一方向和第二方向上測(cè)量的第二長(zhǎng)度和第二寬度，并且第一長(zhǎng)度比第二長(zhǎng)度大約7μm以上且第一寬度比第二寬度大約7μm以上；以及凸塊下金屬化層(UBM)，包括位于第二開口中的第一部分和位于部分聚合物層上方的第二部分，UBM具有分別在第一方向和第二方向上測(cè)量的第三長(zhǎng)度和第三寬度，并且第一長(zhǎng)度比第三長(zhǎng)度小約2μm以上且第一寬度比第三寬度小約2μm以上。優(yōu)選地，第一長(zhǎng)度、第二長(zhǎng)度和第三長(zhǎng)度分別大于第一寬度、第二寬度和第三寬度。優(yōu)選地，該器件進(jìn)一步包括位于金屬焊盤下方的低k介電層。優(yōu)選地，UBM包括銅。優(yōu)選地，該器件進(jìn)一步包括位于UBM上方的金屬柱，金屬柱的邊緣與UBM的對(duì)應(yīng)邊緣對(duì)齊。優(yōu)選地，器件管芯包括金屬焊盤、鈍化層、聚合物層和UBM，并且金屬柱通過銅柱導(dǎo)線直連接合而接合至封裝襯底的金屬線。附圖說明為了更完整地理解本發(fā)明的實(shí)施例以及它們的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖作為參考進(jìn)行以下描述，其中：圖1示出了根據(jù)一些示例性實(shí)施例的封裝部件的截面圖；圖2示出了包括兩個(gè)封裝部件之間的銅柱導(dǎo)線直連(bump-on-trace)接合的封裝件；以及圖3示出了圖1中的各個(gè)部件的俯視圖。具體實(shí)施方式以下詳細(xì)討論本發(fā)明實(shí)施例的制作和使用。然而，應(yīng)該理解，本實(shí)施例提出了許多可以在各種具體環(huán)境中具體化的可應(yīng)用發(fā)明概念。所討論的具體實(shí)施例是說明性的，而不限制本發(fā)明的范圍。圖1示出了根據(jù)示例性實(shí)施例的封裝部件20的截面圖。在一些實(shí)施例中，封裝部件20是器件管芯。根據(jù)這些實(shí)施例，半導(dǎo)體襯底30可以是體硅襯底或絕緣體上硅襯底?？蛇x地，半導(dǎo)體襯底30還可以包括含有III族、IV族和V族元素的其他半導(dǎo)體材料。集成電路32形成在半導(dǎo)體襯底30的表面30A。集成電路32可包括互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)器件。在可選實(shí)施例中，封裝部件20是中介管芯、封裝襯底、封裝件等。在封裝部件20是中介管芯的實(shí)施例中，封裝部件20中不包括諸如晶體管的有源器件。在這些實(shí)施例中，封裝部件20可包括諸如電阻器和電容器的無源器件，或者不包括無源器件。封裝部件20可進(jìn)一步包括位于半導(dǎo)體襯底30上方的層間介電層(ILD)33和位于ILD33上方的金屬層34。金屬層34包括形成在介電層38中的金屬線35和通孔36。在一些實(shí)施例中，介電層38由低k介電材料形成。低k介電材料的介電常數(shù)(k值)例如可小于約2.8或小于約2.5。金屬線35和通孔36可由銅、銅合金或其他金屬形成。金屬焊盤40形成在金屬層34上方，并且可通過金屬層34中的金屬線35和通孔36與電路32電耦合。金屬焊盤40可以是鋁焊盤或鋁-銅焊盤。金屬焊盤40的橫向尺寸標(biāo)記為DAP。橫向尺寸DAP可以是在與襯底30的主面(諸如頂面30A)平行的方向上測(cè)量的長(zhǎng)度或?qū)挾?。鈍化層42被形成為覆蓋金屬焊盤40的邊緣部分。金屬焊盤40的中心部分通過鈍化層42中的開142露出并位于開142下方。開142具有 橫向尺寸Dpass2，其可以是在與襯底30主面30A平行的方向上測(cè)量的長(zhǎng)度或?qū)挾?。鈍化層42可以是單層或復(fù)合層，并且可以由非多孔材料形成。在一些實(shí)施例中，鈍化層42是包括氧化硅層(未示出)和位于氧化硅層上方的氮化硅層(未示出)的復(fù)合層。在可選實(shí)施例中，鈍化層42包括非摻雜硅酸鹽玻璃(USG)、氮氧化硅等。盡管示出了一個(gè)鈍化層42，但可以有多個(gè)鈍化層。例如，在金屬焊盤40下方，可以有鈍化層39。在實(shí)施例中，鈍化層39和鈍化層42在整個(gè)說明書中還被稱為鈍化層-1(或鈍化層1)39和鈍化層-2(或鈍化層2)42。聚合物層46形成在鈍化層42的上方并覆蓋鈍化層42。聚合物層46可包括諸如環(huán)氧樹脂、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚苯并惡唑(PBO)等的聚合物。聚合物層46被圖案化以形成開口146，通過該開口露出金屬焊盤40。開口146具有橫向尺寸DPIO，在與襯底30主面30A平行的方向上測(cè)量該橫向尺寸。凸塊下金屬化層(UBM)48形成在金屬焊盤40上方。UBM48包括位于聚合物層46上方的第一部分和延伸到開口146中以接觸金屬焊盤40的第二部分。UBM48的橫向尺寸被標(biāo)記為DUBM，在與襯底30主面30A平行的方向上測(cè)量該橫向尺寸。在一些實(shí)施例中，UBM48包括鈦層和由銅或銅合金形成的種子層。金屬柱50形成在UBM48上方并與UBM48共終端。例如，金屬柱50的每一個(gè)邊緣均與UBM48的對(duì)應(yīng)邊緣對(duì)齊。因此，金屬柱50的橫向尺寸也等于UBM48的相應(yīng)橫向尺寸。UBM48可與金屬焊盤40和金屬柱50物理接觸。在一些示例性實(shí)施例中，金屬柱50由在回流工藝中不會(huì)熔化的非回流金屬形成。例如，金屬柱50可由銅或銅合金形成。金屬柱50的頂面50A高于聚合物層46的頂面46A。除金屬柱50之外，還可以有諸如金屬層52的其他金屬層形成在金屬柱50上，其中金屬層52可包括鎳層、鈀層、金層或它們的多層。焊料蓋54還可形成在金屬層52上，其中焊料蓋54可由Sn-Ag合金、An-Cu合金或Sn-Ag-Cu合金等形成，并且可以是無鉛或含鉛的。根據(jù)一些實(shí)施例，為了最小化低k介電層38中的應(yīng)力和施加在鈍化層 242和聚合物層46上的應(yīng)力，UBM48的橫向尺寸DUBM、鈍化層242中開口142的橫向尺寸Dpass2以及聚合物層46中開口146的橫向尺寸DPIO可具有以下關(guān)系式：(DPIO+7μm)＜Dpass2＜(DUBM-2μm)[方程式1]當(dāng)滿足這種關(guān)系時(shí)，低k介電層38、鈍化層242以及聚合物層46中的應(yīng)力足夠小，使得封裝部件20可通過可靠性測(cè)試。圖2示出了通過銅柱導(dǎo)線直連(BOT)接合方式將金屬柱50接合至封裝部件60的金屬線62。在一些實(shí)施例中，封裝部件60是封裝襯底，其可以是層壓襯底。封裝部件60包括多個(gè)層壓介電層以及嵌入層壓介電層的金屬線和通孔(未示出)。在可選實(shí)施例中，封裝部件60是器件管芯、封裝件、中介管芯等。在BOT接合方式中，焊料區(qū)54接合至金屬線62的表面62A和側(cè)面62B。圖3示出了金屬焊盤40、UBM48、鈍化層2開口142以及聚合物開口146的示例性俯視圖。還示意性示出了封裝部件60(圖2)的金屬線62。在一些實(shí)施例中，金屬焊盤40、UBM48、鈍化層2開口142以及聚合物開口146具有細(xì)長(zhǎng)的俯視圖形狀，并且具有在相應(yīng)的縱向方向上測(cè)量的長(zhǎng)度和在相應(yīng)的橫向方向上測(cè)量的寬度。金屬線62的縱向方向與金屬焊盤40、UBM48、鈍化層2開口142以及聚合物開口146的縱向方向平行。方程式1中的UBM48、鈍化層2開口142以及聚合物開口146的橫向尺寸DUBM、Dpass2以及DPIO可以分別是長(zhǎng)度LUBM、Lpass2以及LPIO。因此，方程式1可改寫為：(LPIO+7μm)＜Lpass2＜(LUBM-2μm)[方程式2]此外，UBM48、鈍化層2開口142以及聚合物開口146的橫向尺寸DUBM、Dpass2以及DPIO也可以分別是寬度WUBM、Wpass2以及WPIO。因此，方程式1可改寫為：(WPIO+7μm)＜Wpass2＜(WUBM-2μm)[方程式3]根據(jù)一些實(shí)施例，當(dāng)形成如圖1和圖3所示的封裝部件20時(shí)，可以滿足方程式2或方程式3。此外，可以同時(shí)滿足方程式2和方程式3。方程式2和3不包括金屬焊盤40的長(zhǎng)度LAP和寬度WAP之間的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明金屬焊盤40的形狀和尺寸對(duì)于減小圖1所示結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力沒有明顯的影響。因此，可靈活選擇金屬焊盤40的尺寸和形狀而不犧牲封裝部件20的可靠性。對(duì)具有不同尺寸LAP/WAP、LUBM/WUBM、Lpass2/Wpass2以及LPIO/WPIO的不同抽樣管芯20(圖1)執(zhí)行仿真。表1列出了部分仿真結(jié)果。表1抽樣管芯12345678LAP/WAP7956/10179797956/1017979Lpass2/Wpass2696969/7450/7448/7444/7442/7437/74LPIO/WPIO30/4030/4030/4030/4030/4030/4030/4030/40LUBM/WUBM50/9550/9550/9550/9550/9550/9550/9550/95標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)力1.191.191.201.11.031.000.980.97在表1中，對(duì)具有圖1所示結(jié)構(gòu)的八個(gè)抽樣管芯進(jìn)行仿真，以揭示對(duì)應(yīng)低k介電層38中的相應(yīng)應(yīng)力。表中最后一行所示的最終應(yīng)力是相對(duì)值，相對(duì)于抽樣管芯6中低k介電層38的應(yīng)力對(duì)它們進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。除了被仿真之外，抽樣管芯6還形成在物理硅襯底上。結(jié)果表明抽樣管芯6的結(jié)構(gòu)可具有足夠裕度地通過可靠性測(cè)試。考慮到一些裕度，分別具有標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)力1.1、1.03、1.00、0.98和0.97的樣品4、5、6、7和8是通過仿真的可接受樣品，而分別具有標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)力1.19、1.19和1.20的樣品1、2和3是失敗樣品。此外，抽樣管芯1也形成在物理硅襯底上，并且結(jié)果表明由于對(duì)應(yīng)低k介電層38中的低k分層而失敗。表1的第二、第三、第四、第五行是橫向尺寸(長(zhǎng)度和寬度，請(qǐng)參見圖3)。表1中的第二到第五行中的每個(gè)單元格都包括一個(gè)值或者以“/”標(biāo)記分隔的兩個(gè)值?！?”標(biāo)記前的值是長(zhǎng)度(單位為μm)，而“/”標(biāo)記后的值是寬度(單位為μm)。如果單元格具有一個(gè)值，則該值既表示長(zhǎng)度又表示寬度，長(zhǎng)度和寬度彼此相等。比較抽樣管芯1和2的LAP/WAP值，發(fā)現(xiàn)將金屬焊盤40(圖1)的形狀從直徑為79μm的圓形改變?yōu)長(zhǎng)AP/WAP為56/101的細(xì)長(zhǎng)形狀并沒有導(dǎo)致應(yīng)力減小，其中抽樣管芯1和2的應(yīng)力都是1.19。這表明金屬焊盤40的尺寸和形狀對(duì)應(yīng)力沒有影響。比較抽樣管芯2和3的Lpass2/Wpass2值還揭示出鈍化層2開口142的形狀對(duì)應(yīng)力減小也 沒有明顯的影響。抽樣管芯3的Lpass2和LUBM值分別是69μm和50μm。抽樣管芯4的Lpass2和LUBM值分別是50μm和50μm。發(fā)現(xiàn)減小Lpass2和LUBM值之間的差值使應(yīng)力從抽樣管芯3的1.20減小到抽樣管芯4的1.1。如抽樣管芯5至8所示，當(dāng)滿足關(guān)系式Lpass2≤(LUBM-2μm)時(shí)，相應(yīng)的應(yīng)力較低，并且落入可接受范圍。此外，比較抽樣管芯3至8的Lpass2和LPIO值，發(fā)現(xiàn)當(dāng)滿足關(guān)系式(LPIO+7μm)＜Lpass2時(shí)，可以得到可接受的低應(yīng)力。表1揭示出長(zhǎng)度LAP/Lpass2/LUBM/LPIO和相應(yīng)應(yīng)力之間的關(guān)系。寬度WAP/Wpass2/WUBM/WPIO和相應(yīng)應(yīng)力也具有相似的關(guān)系(請(qǐng)參見方程式3)。例如，表2示出了仿真結(jié)果，其中長(zhǎng)度LAP/Lpass2/LUBM/LPIO保持不變，而抽樣管芯的寬度WAP/Wpass2/WUBM/WPIO發(fā)生變化。應(yīng)力也隨著寬度WAP/Wpass2/WUBM/WPIO的變化而變化。表2抽樣管芯1234567LAP/WAP79797979797979Lpass2/Wpass245/10545/9545/9345/5045/5045/4745/44LPIO/WPIO30/4030/4030/4030/4030/4030/4030/40LUBM/WUBM50/9550/9550/9550/9550/9550/9550/95標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)力1.221.151.021.000.980.970.96表2所示的仿真結(jié)果表明當(dāng)滿足關(guān)系式3時(shí)應(yīng)力值較低。例如，抽樣管芯1和2不滿足關(guān)系式Wpass2＜(WUBM-2μm)，并且抽樣管芯1和2的相應(yīng)應(yīng)力較高。抽樣管芯4至7滿足關(guān)系式Wpass2＜(WUBM-2μm)，并且抽樣管芯4-7的相應(yīng)應(yīng)力較低。樣品3處于可接受邊緣，并且其應(yīng)力是從高應(yīng)力到低應(yīng)力的過渡應(yīng)力。在實(shí)施例中，通過優(yōu)化凸塊結(jié)構(gòu)的尺寸，可減小低k介電層、鈍化層和聚合物層中的應(yīng)力。這種改進(jìn)不需要附加的光刻步驟和附加的生產(chǎn)成本。而且，由于對(duì)金屬焊盤40的形狀和大小沒有要求，所以金屬焊盤40的布線靈活性也不會(huì)受到不利影響。根據(jù)實(shí)施例，一種器件包括襯底、位于襯底上方的金屬焊盤和覆蓋金屬焊盤的邊緣部分的鈍化層。鈍化層具有與金屬焊盤重疊的第一開口，其 中第一開口具有在與襯底的主面平行的方向上測(cè)量的第一橫向尺寸。聚合物層位于鈍化層上方并覆蓋金屬焊盤的邊緣部分。聚合物層具有與金屬焊盤重疊的第二開口。第二開口具有在該方向上測(cè)量的第二橫向尺寸。第一橫向尺寸比第二橫向尺寸大約7μm以上。UBM包括位于第二開口中的第一部分和覆蓋部分聚合物層的第二部分。根據(jù)其他實(shí)施例，一種器件包括襯底、位于襯底上方的金屬焊盤和覆蓋金屬焊盤的邊緣部分的鈍化層。鈍化層包括與金屬焊盤重疊的第一開口。第一開口具有在與襯底的主面平行的方向上測(cè)量的第一橫向尺寸。聚合物層位于鈍化層上方并覆蓋金屬焊盤的邊緣部分。聚合物層包括與金屬焊盤重疊的第二開口。UBM包括位于第二開口中的第一部分和覆蓋部分聚合物層的第二部分。UBM具有在方向上測(cè)量的第二橫向尺寸。第一橫向尺寸比第二橫向尺寸小約2μm以上。根據(jù)又一些其他實(shí)施例，一種器件包括襯底、位于襯底上方的金屬焊盤和覆蓋金屬焊盤的邊緣部分的鈍化層。鈍化層具有位于金屬焊盤上方的第一開口。第一開口具有在第一方向和第二方向上測(cè)量的第一長(zhǎng)度和第一寬度，第一方向和第二方向平行于襯底的主面。聚合物層位于鈍化層上方并覆蓋鈍化層，聚合物層具有第二開口，金屬焊盤的一部分設(shè)置在第二開口下方。第二開口具有分別在第一方向和第二方向上測(cè)量的第二長(zhǎng)度和第二寬度。第一長(zhǎng)度比第二長(zhǎng)度大約7μm以上，并且第一寬度比第二寬度大約7μm以上。UBM包括位于第二開口中的第一部分和位于部分聚合物層上方的第二部分。UBM具有分別在第一方向和第二方向上測(cè)量的第三長(zhǎng)度和第三寬度。第一長(zhǎng)度比第三長(zhǎng)度小約2μm以上，并且第一寬度比第三寬度小約2μm以上。盡管詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例及它們的優(yōu)點(diǎn)，但是應(yīng)該理解，可以進(jìn)行各種改變、替換和變更而不背離所附權(quán)利要求限定的實(shí)施例的精神和范圍。而且，本申請(qǐng)的范圍不旨在限于說明書中描述的工藝、機(jī)器裝置、制造和物質(zhì)組成、工具、方法和步驟的具體實(shí)施例。根據(jù)本發(fā)明本領(lǐng)域技術(shù)人員很容易理解，根據(jù)本發(fā)明可使用與本文描述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例執(zhí)行基本相同功能或?qū)崿F(xiàn)基本相同結(jié)果的目前現(xiàn)有或即將開發(fā)的工藝、機(jī)器裝置、制 造和物質(zhì)組成、工具、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求旨在包括這種工藝、機(jī)器裝置、制造和物質(zhì)組成、工具、方法或步驟的范圍內(nèi)。此外，每個(gè)權(quán)利要求都構(gòu)成獨(dú)立的實(shí)施例，并且各種權(quán)利要求和實(shí)施例的組合均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。