特表 2022-516866 電子デバイスのための相互接続

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-03-03

(54)【発明の名称】電子デバイスのための相互接続

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20220224BHJP

【ＦＩ】

H01L21/92 602G

H01L21/60 311Q

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021537948

(86)(22)【出願日】2019-12-20

(85)【翻訳文提出日】2021-08-26

(86)【国際出願番号】 US2019068046

(87)【国際公開番号】W WO2020139779

(87)【国際公開日】2020-07-02

(31)【優先権主張番号】16/233,841

(32)【優先日】2018-12-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】507107291

【氏名又は名称】テキサス インスツルメンツ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】230129078

【弁護士】

【氏名又は名称】佐藤 仁

(71)【出願人】

【識別番号】390020248

【氏名又は名称】日本テキサス・インスツルメンツ合同会社

(72)【発明者】

【氏名】パトリック フランシス トンプソン

(72)【発明者】

【氏名】クリストファー ダニエル マナック

(72)【発明者】

【氏名】ステファン ヘルツァー

(72)【発明者】

【氏名】ラクシット アグラワル

【テーマコード（参考）】

5F044

【Ｆターム（参考）】

5F044QQ02

(57)【要約】

半導体ダイ（９４）が、基板（１１０）と、基板（１１０）上に設けられ、コンタクト（１２１）を有する集積回路（１２０）とを含む。導電性層（１３０）が、集積回路（１２０）上に設けられ、コンタクト（１２１）に電気的に接続される導電性要素を画定する。導電性相互接続（１５０）は、それぞれの導電性要素と結合されている。導電性相互接続（１５０）が、互いに異なった寸法又は形状の少なくとも１つを有する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体ダイであって、
基板、
前記基板上に設けられ、コンタクトを有する集積回路、
前記集積回路上に設けられ、前記コンタクトに電気的に接続された導電性要素を画定する導電性層、及び
それぞれの導電性要素に結合される導電性相互接続、
を含み、
前記導電性相互接続が、互いに異なった寸法又は形状の少なくとも１つを有する、
半導体ダイ。

【請求項2】

請求項１に記載の半導体ダイであって、前記導電性相互接続の少なくとも１つが、厚みに対して垂直に延在する幅よりも大きい前記導電性要素から離れて延在する前記厚みを有する、半導体ダイ。

【請求項3】

請求項１に記載の半導体ダイであって、前記導電性相互接続の少なくとも１つが多角形形状である、半導体ダイ。

【請求項4】

請求項１に記載の半導体ダイであって、前記導電性相互接続の少なくとも１つが１：１より大きいアスペクト比を有する、半導体ダイ。

【請求項5】

請求項１に記載の半導体ダイであって、前記導電性層の上に設けられ、前記導電性要素を露出させる開口を含む、半導体ダイ。

【請求項6】

請求項５に記載の半導体ダイであって、前記導電性相互接続が、前記開口を介して前記導電性要素と接するように延在する、半導体ダイ。

【請求項7】

請求項１に記載の半導体ダイであって、各導電性相互接続が、錫を含む第１の部分と、銅を含み前記第１の部分と前記導電性層との間に配置される第２の部分とを含む、半導体ダイ。

【請求項8】

請求項７に記載の半導体ダイであって、前記第２の部分が約２５～５５μｍの厚みを有する、半導体ダイ。

【請求項9】

請求項７に記載の半導体ダイであって、前記導電性相互接続の少なくとも１つが約６０μｍの厚みを有する、半導体ダイ。

【請求項10】

請求項１に記載の半導体ダイであって、前記複数の導電性要素が、前記第１及び第２の要素に接する前記導電性相互接続と互いにかみ合わされる第１及び第２の要素を含む、半導体ダイ。

【請求項11】

電子機器パッケージであって、
ダイであって、
基板と、
前記基板上に設けられ、コンタクトを有する集積回路と、
前記集積回路上に設けられ、前記コンタクトに電気的に接続される導電性要素を画定する導電性層と、
それぞれの導電性要素に結合され、互いに異なった寸法又は形状の少なくとも１つを有する、導電性相互接続と、
を含むダイ、及び
前記導電性相互接続に固定されるリードフレーム、
を含む、電子機器パッケージ。

【請求項12】

請求項１１に記載の電子機器パッケージであって、前記導電性相互接続の少なくとも１つが、厚みに対して垂直に延在する幅よりも大きい、前記導電性要素から離れて延在する前記厚みを有する、電子機器パッケージ。

【請求項13】

請求項１１に記載の電子機器パッケージであって、前記導電性相互接続の少なくとも１つが多角形形状である、電子機器パッケージ。

【請求項14】

請求項１１に記載の電子機器パッケージであって、前記導電性相互接続の少なくとも１つが１：１より大きいアスペクト比を有する、電子機器パッケージ。

【請求項15】

請求項１１に記載の電子機器パッケージであって、前記導電性層の上に設けられ、前記導電性要素を露出させる開口を含む絶縁層をさらに含む、電子機器パッケージ。

【請求項16】

請求項１５に記載の電子機器パッケージであって、前記導電性相互接続が前記開口を介して前記導電性要素と接するように延在する、電子機器パッケージ。

【請求項17】

請求項１１に記載の電子機器パッケージであって、各導電性相互接続が錫を含む第１の部分と、銅を含み、前記第１の部分と前記導電性層との間に配置される第２部分とを含む、電子機器パッケージ。

【請求項18】

請求項１７に記載の電子機器パッケージであって、前記第２の部分が、約２５～５５μｍの厚みを有する、電子機器パッケージ。

【請求項19】

請求項１７に記載の電子機器パッケージであって、前記導電性相互接続の少なくとも１つが約６０μｍの厚みを有する、電子機器パッケージ。

【請求項20】

請求項１１に記載の電子機器パッケージであって、前記複数の導電性要素が、前記第１及び第２の要素に接する前記導電性相互接続と互いにかみ合わされる第１及び第２の要素を含む、電子機器パッケージ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は電子デバイスのための相互接続に関する。

【発明の概要】

【0002】

一例において、半導体ダイが、基板と、基板上に設けられ、コンタクトを有する集積回路とを含む。導電性層が、集積回路上に設けられ、コンタクトに電気的に接続される導電性要素を画定する。導電性相互接続が、それぞれの導電性要素と結合される。導電性相互接続は、互いに異なった寸法又は形状の少なくとも１つを有する。

【0003】

別の例において、電子機器パッケージが、基板と、基板上に設けられた集積回路とを有するダイを含む。集積回路にはコンタクトが含まれる。導電性層が、集積回路上に設けられ、コンタクトに電気的に接続される導電性要素を画定する。導電性相互接続が、それぞれの導電性要素と結合される。導電性相互接続は、互いに異なった寸法又は形状の少なくとも１つを有する。リードフレームが導電性相互接続に固定される。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】電子デバイスを形成するための例示のウェハの斜視図である。

【0005】

【図2】図１の線２‐２に沿った断面図であり、ダイを示す。

【0006】

【図3A】ダイ内の導電性相互接続によって接触される導電性要素の概略的な図示である。

【0007】

【図3B】図３Ａの斜視図である。

【0008】

【図4】別の例示の電子デバイスの上面図である

【0009】

【図5】別の例示の電子デバイスの上面図である。

【0010】

【図6】更に別の例示の電子デバイスの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１は、電子デバイスを形成するために用いられる例示のウェハ９０を図示する。電子デバイスは、例えば、集積回路のウェハレベルチップスケールパッケージ（ＷＬＣＳＰ）とすることができる。あるいは、電子デバイスは、チップ又はダイスケール、ＰＣＢスケール又はパネルスケール、又は電子機器パッケージ上にあってもよい。その結果、電子デバイスは、ミリメートル寸法のスケール又は数フィートまでの寸法とし得る。

【0012】

図示のように、ウェハ９０は、第１の側１１２及び第２の側１１４を有する基板１１０を含む。基板１１０は、円形とすることができ、例えば、約２００又は３００ｍｍの直径を有し得る。あるいは、基板１１０は、正方形又は矩形（図示せず）であってもよい。基板１１０は、シリコンなどの半導体材料から形成され得る。ウェハ９０は、例えば、ステルスダイシングなどによって、ダイシングされて、ウェハを個々のダイ９４（図２）に個片化する。ダイ９４は、リードフレーム１４７に接続されるとき、電子機器パッケージ又はデバイス１００を形成する。

【0013】

各ダイ９４内で、基板１１０の第２の側１１４上に集積回路１２０が製造されるか又は他の方式で提供される。集積回路１２０は、１２１で概略的に示される一つ又はそれ以上のコンタクトを含む。集積回路１２０は、第２の側１１４について互いに等距離に離間されるグリッド状又はアレイ状に配置され得る。基板１１０及び集積回路１２０の寸法に応じて、基板の第２の側１１４上に数千又は数万の集積回路を製造し得る。各集積回路１２０は、基板１１０とは離れて面する表面又は側１０８を含む。

【0014】

図２及び図３Ａを参照すると、導電性材料の層１３０が、集積回路１２０の側１０８上に設けられ、電力を再分配及び／又は配路するための一つ又は複数の導電性の第１、第２、及び第３の要素１３１、１３３、１３５を画定する。層１３０は、銅又はアルミニウムなどの金属から形成され得る。要素１３１、１３３、１３５は、異なったパターンに形成される導電性ライン及び／又は導電性コンタクトを含み得る。

【0015】

図３Ａに示すように、要素１３１、１３３は、第１及び第２のラインとして形成される。要素１３５はコンタクトとして形成される。ライン及びコンタクトの他の転置及び組み合わせも考えられる。各要素１３１、１３３は、集積回路内のビア（図示せず）を介して、１つ又は複数のコンタクト１２１に電気的に接続される。各要素１３１、１３３は、少なくとも１つのベース１３４と、各ベースから１つ又は複数の方向に延在する複数のフィンガー１３６とを含み得る。ベース１３４は、例えば、正方形、矩形、又は台形の多角形形状を有し得る。フィンガー１３６は、概して矩形であり得、幅よりも大きい、ベース１３４から離れて延在する長さを有する。図示の要素１３１は、ベース１３４と、ベース間に延在するフィンガー１３６との対を含む。少なくとも幾つかのフィンガー１３６が、ベース１３４の間で延在し、ベース１３４を相互接続する。

【0016】

各要素１３３は、ベース１３４と、ベースから延在するフィンガー１３６とを含む。一例において、フィンガー１３６はベース１３４から反対方向に延在する。ベース１３４は、例えば、正方形、矩形、又は台形などの多角形形状を有し得る。フィンガー１３６は、概して矩形であり得、幅よりも大きい、ベース１３４から離れて延在する長さを有する。要素１３３は、要素１３１のフィンガー１３６間に配置され、互いに及び要素１３１から電気的に絶縁されている。一例において、要素１３３は要素１３１のフィンガー１３６と互いにかみ合わされている。要素１３５は、丸形又は正方形であってもよく、各々、ビア（図示せず）を介して集積回路１２０内の対応するコンタクト１２１に電気的に接続される。要素１３５は、互いから及び要素１３１、１３３から電気的に絶縁されている。

【0017】

図２を参照すると、材料の層１４０が、層１３０の上に延在し、各集積回路１２０の側部１０８全体を覆う。層１４０は、ポリイミドなどの電気的絶縁材料から形成される。一つ又は複数のスロット又は開口１４２が、絶縁層１４０を貫通して延在して、層１３０の一部を露出させる、すなわち、要素１３５及び要素１３１、１３３の部分を露出させる。しかしながら、層１４０は省き得る（図示せず）ことが理解されるであろう。

【0018】

開口１４２は、同じ要素１３１又は１３３の異なる一部、又は異なる要素１３１、１３３の一部を露出させるような大きさ及び形状にし得る。この目的のために、開口１４２は、要素１３１、１３３のベース１３４及び／又はフィンガー１３６と整合され得る。各開口１４２は、その深さに沿って変化するか又は一定の断面積（図示せず）を有する断面積を有し得る。図示のように、各開口１４２は、層１３０から離れて延在する方向に増大する断面積を有する。

【0019】

図３Ｂを参照すると、導電性相互接続１５０が、各開口１４２（存在する場合）を介して、要素１３５及び要素１３１、１３３の露出された部分と接して延在する。各相互接続１５０は、第１の部分又はバンプ１５２と、第１の部分とそれぞれの要素１３１、１３３、１３５との間に配置される第２の部分又はポスト１５４とを含む。あるいは、第１の部分１５２は省き得る（図示せず）。各第２の部分１５４は、要素１３５、又は関連する開口１４２によって露出される要素１３１、１３３の一部と係合する。相互接続１５０は、図１において単一の集積回路１２０上にのみ図示されているが、基板１１０上の任意の数の集積回路が任意の数の相互接続を含み得ることを理解されたい。

【0020】

第１の部分１５２は、ダイ９４をリードフレーム１４７に固定するためにはんだリフローを受ける、例えばＳｎＡｇ又はＮｉＳｎＡｇなどの錫はんだのような、導電性材料から形成し得る。これを念頭において、リードフレーム１４７は、ウェハ９０のダイへの個片化の前にダイ９４に固定され得る。その結果、リードフレーム１４７の一部が個片化中に切り離され、リードフレームの残りは個片化後も電子デバイス内に残る。したがって、リードフレーム１４７は、電子デバイス内にフレーム形状を有していなくてもよい。

【0021】

いずれの場合においても、第２の部分１５４は、銅などの導電性材料から形成し得る。第１の部分１５２は約５～３０μｍの厚みｔ_１を有し得る。第２の部分１５４は約２５～５５μｍの厚みｔ₂を有し得る。相互接続１５０は約６０μｍの全厚みＴを有し得る。相互接続１５０の厚みＴは、厚みに垂直に（図示では左から右に）延在する幅とは異なっていてもよく、すなわち、厚みは幅よりも大きくても小さくてもよい。相互接続１５０は、第１の部分１５２及び第２の部分１５４を絶縁層１４０上に直接電気めっきし、開口１４２を介して要素１３５と要素１３１、１３３の露出部分と接触させることによって形成され得る。相互接続１５０は、開口１４２の外の絶縁層１４０と係合するオーバーハング又はリップ１６０を有し得る。言い換えれば、相互接続１５０は、開口１４２よりも大きなフットプリントを有し得、（図示のように）上方から開口の周り全体に延在するか又はそれを取り囲み得る。リップ１６０は、層１３０における開口１４２の最小断面積に対して約２５μｍの幅ｗを有し得る。

【0022】

相互接続１５０は、各集積回路１２０上で広範囲の形状及び寸法を有し得る。特に、相互接続１５０は、任意の形状又は断面の、例えば、正方形又は矩形（図３を参照）、円形、多角形及び／又は細長い、任意の個数の真っ直ぐな及び／又は湾曲した側部を有し得る。単一の集積回路１２０に関連する相互接続１５０は、互いに異なる寸法及び／又は異なる形状を有し得る。一例において、相互接続１５０は、約１５０～５００μｍの幅及び約１５０～５００μｍの長さを有し得る。相互接続１５０は、少なくとも１：１から約５：１までのアスペクト比を有し得る。それにかかわらず、相互接続１５０は各開口１４２を完全に満たし、相互接続の形状は、開口の形状によって画定される。すなわち、要素１３１、１３３の特定の部分を露出させるように開口１４２を構成することにより、開口内に延在する相互接続１５０が、これらの露出された部分に容易に接することが可能になる。

【0023】

これを念頭に置くと、絶縁層１４０内の開口１４２の形状によって、相互接続１５０は、任意の数の要素１３１、１３３、１３５に接し得る。図３Ａに示す例では、絶縁層１４０内の５つの開口１４２が、５つの相互接続１５０が、コンタクトとして形成された露出した個々の要素１３５と接触することを可能にする。要素１３５に接する相互接続１５０は、円形、丸形、又は正方形（図示せず）とし得る。

【0024】

別の細長い開口部１４２が、要素１３１上のフィンガー１３６及び複数要素１３３のベース１３４を露出させる。したがって、この開口１４２を介して電気めっきされた相互接続１５０は、要素１３１上のフィンガー１３６ならびに要素１３３のベース１３４と接する。その結果、さもなければ互いに電気的に絶縁される要素１３１、１３３は、相互接続１５０によって互いに電気的に接続される。従って、露出された要素１３１、１３３に電気的に接続された同じ集積回路１２０内の複数のコンタクト１２１が、互いに電気的に接続される。これは、例えば、電子デバイス１００がダイシングされると複数の集積回路１２０が同じ集積回路に対して意図される場合、又は、一つ又は複数の集積回路への電力搬送を増大させることが望ましい場合に望ましい。

【0025】

単一の相互接続１５０が、要素１３１、１３３の離間した部分（図示せず）を電気的に接続するために、複数のディスクリート開口１４２内に延在し得ることが理解されよう。いずれにせよ、絶縁層１４０全体にわたる開口１４２は、開口内に相互接続１５０を設けることで単一の集積回路１２０内のコンタクト１２１を電気的に接続するように、層１３０の一部を露出させるような大きさ及び形状とされる。これは、所望の方式で、電子デバイス１００上のすべての集積回路１２０にわたって繰り返される。

【0026】

この目的のために、図４に示す別の例示のダイ９４では、相互接続１５０の対が、ダイ内の３つのコンタクト１２１に対して表面１０８上に設けられている。第１の概して正方形の相互接続１５０が、絶縁層１４０内の類似形状の開口１４２を通して延在して、相互接続が、開口（図示せず）と整合した露出要素１３５と接することができるようにする。第２の概して矩形の相互接続１５０が、絶縁層１４０内の類似形状の開口１４２を通して延在して、相互接続が、開口（図示せず）と整合した複数の要素１３１、１３３の部分に接することを可能にする。

【0027】

図５に示される別の例示の電子デバイス構成では、電子デバイスが、例えばステルスダイシングなどによるダイシングによって、ウェハ９０を分割することによって形成されるダイ２００である。ダイ９４内の１３個のコンタクト１２１に対して、９個の相互接続１５０が表面１０８上に設けられている。５つの相互接続１５０は、正方形であり、要素１３５に接する。残りの相互接続１５０は、細長く、複数の要素１３１、１３３の一部に接する。

【0028】

図６に示す別の例では、電子デバイスは、大電流応用例のためのＷＬＣＳＰ３００である。その結果、導電性材料は、基板１１０内の複数の層２３０内に形成される。層２３０は、ダマシン銅から形成され得、ゲート（図示せず）、ドレイン（Ｄ）、及びソース（Ｓ）を含む、１つ又は複数の電界効果トランジスタを画定し得る。層２３０は、集積回路１２０の厚みを介して配置され、ビア（図示せず）と協働して、集積回路１２０内のコンタクト１２１を互いに電気的に接続し、構造体を相互接続２５０に電気的に接続する。

【0029】

相互接続１５０、２５０を複数の寸法及び／又は形状に形成し得ることは、好都合にも、相互接続が、集積回路１２０に増大したレベルで電力を伝達することを可能にする。より具体的には、単一の相互接続１５０が、従来の球形はんだボールよりも大きな表面面積にわたって導電性層１３０に接し得、それによって、それと電気的に接続された集積回路１２０内のコンタクト１２１への単一の相互接続を介して、より多くの電力を流すことができる。したがって、層１３０／相互接続１５０、２５０インタフェースを通過し得る符号化メッセージの周波数は増加する。

【0030】

一例において、相互接続１５０、２５０は、球形はんだボールによって提供される面積と比較して、Ｖｓｓ面積を少なくとも８０％、Ｉ／Ｏ面積を少なくとも３０％、Ｖｉｎ面積を少なくとも１００％、Ｖｓｗ面積を少なくとも１２０％増加させることができる。その結果、相互接続１５０、２５０は、関連する集積回路１２０の寸法を増大させることなく、又は表面実装技術能力を侵害することなく、電子デバイス内の電力及び論理相互接続の寸法を最大にするように設計し得る。したがって、本明細書で説明する相互接続１５０は、パワーデバイスのために用いることができる。

【0031】

本明細書に記載する非円形相互接続１５０、２５０はまた、従来の球形はんだ接続によって通常必要とされる基板内の伝導性層配線を有利に緩和するか又は実質的に低減し得る。特に、いくつかの既存の電子デバイスは、基板の対向する側の複数の集積回路を電気的に接続するために、基板内の多レベル導電性金属配路を必要とする。一方、本明細書に記載される導電性相互接続は、単一集積回路内の複数の電気的に絶縁されたコンタクト又は構造を、効率的でコスト効果的な方法で接触させることができる。

【0032】

また、相互接続１５０、２５０は、球形相互接続と比較して厚みを減少させることができ、その結果、より薄い非円形の相互接続を介してより大きな熱伝達が生じるので、熱的性能が改善される。より具体的には、より短い相互接続がより少ない抵抗を提供し、より少ない熱損を生成する。その結果、本願明細書に記載される相互接続１５０、２５０は、相互接続と電気的要素との間の重要な相互接続面積を増大させながら、電子デバイスのエレクトロマイグレーション抵抗及び熱効率を改善するように、電気的配線における柔軟性を増大させることができる。また、相互接続は、機能デバイスのために基板空間をより効率的に用いることを可能にする。

【0033】

本発明の特許請求の範囲内で、説明した例示の実施例に改変が成され得、他の実施例が可能である。

【図1】

【図2】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】