(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集積回路デバイスであって、
能動回路要素を含む頂部表面を有する基板と、
頂部金属層と前記頂部金属層の下の相互接続金属層とを含むメタライゼーションスタックであって、前記相互接続金属層がボンドパッドに結合される少なくとも１つのトレースを含む、前記メタライゼーションスタックと、
前記ボンドパット上のボンディング特徴と、
を含み、
前記トレースが、均一トレース部と前記ボンドパッドまで延びるパターン化されたトレース部とを含み、前記パターン化されたトレース部が、互いに電気的に並列である少なくとも３つのサブトレースを含む、デバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記サブトレースが異なる幅と異なる長さとを有し、等しいサブトレース電流を生成するために各サブトレースが実質的に等しい数のスクエアを有し、その数が、前記サブトレースの各々に対するスクエアの数が前記サブトレースに対するスクエアの平均数の±２０パーセントの範囲内であるように実質的に定義される、デバイス。
【請求項３】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記サブトレースが異なる幅と異なる長さとを有し、等しいサブトレース電流を生成するために各サブトレースが多数のスクエアを有し、前記サブトレースの各々を通して導通される前記ボンディング特徴に提供される電流密度が、前記ボンディング特徴に提供される平均電流密度の±２０パーセントの範囲内である、デバイス。
【請求項４】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記サブトレースがその周囲に沿って前記ボンドパッドに接し、前記サブトレースが前記周囲に沿って互いから実質的に等しい分離を有する、デバイス。
【請求項５】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記サブトレースが少なくとも１０サブトレースを含む、デバイス。
【請求項６】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記ボンドパッドが前記頂部金属層を含む、デバイス。
【請求項７】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記ボンディング特徴が、はんだバンプ、基板貫通バイア、ピラー、スタッド又は中に複数の金属粒子を有する有機ボンディング材料を含む、デバイス。
【請求項８】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記サブトレースのそれぞれ１つと前記ボンディング特徴との間の誘電体層内の複数のバイアを更に含む、デバイス。
【請求項９】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記ボンドパッドと前記ボンディング特徴との間の電流スプレッド層と、
前記ボンドパッドと前記電流スプレッド層との間の誘電体層と、
を更に含み、
前記誘電体層が、前記ボンドパッドと前記電流スプレッド層との間の個別のコンタクトを提供する複数のバイアを含む、デバイス。
【請求項１０】
請求項９に記載のデバイスであって、
前記サブトレースの少なくとも１つにより提供されるパスに関連付けられるスクエアの数が、前記サブトレースに対するスクエアの平均数±２０パーセントの範囲の外側にあるように、前記サブトレースが寸法され、前記サブトレースの各々を通して導通される前記ボンディング特徴に、前記ボンディング特徴に提供される平均電流密度±２０パーセントの範囲内の電流密度が供給されるように、前記バイアのそれぞれのバイアが寸法される、デバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記少なくとも一つのトレースが複数の独立トレースを含み、前記複数の独立トレースが、少なくとも３つのサブトレースに分割する第１のパターン化されたトレース部を含む第１のトレースと、少なくとも３つの第２のサブトレースに分割する第２のパターン化されたトレース部を含む第２のトレースとを含む、デバイス。
【請求項１２】
請求項１に記載のデバイスであって、
前記ボンディング特徴がはんだバンプを含む、デバイス。
【請求項１３】
集積回路デバイスであって、
能動回路要素を含む頂部表面を有する基板と、
頂部金属層と前記頂部金属層の下の相互接続金属層とを含むメタライゼーションスタックであって、前記相互接続金属層が、前記頂部金属層を含むボンドパッドに結合する少なくとも一つのトレースを含む、前記メタライゼーションスタックと、
前記ボンドパッド上に形成されるアンダーバンプメタライゼーション層と、
前記アンダーバンプメタライゼーション層上に形成されるはんだバンプと、
を含み、
前記トレースが、前記ボンドパッドまで延びるパターン化されたトレース部を含み、前記パターン化されたトレース部が、互いに電気的に並列である少なくとも３つのサブトレースに分割する、デバイス。
【請求項１４】
集積回路デバイスを形成する方法であって、
能動回路要素を含む頂部表面を有する基板を提供することと、
頂部金属層と前記頂部金属層の下の相互接続金属層とを含むメタライゼーションスタックを形成することであって、前記相互接続金属層が、互いに電気的に並列である少なくとも３つのサブトレースを含むパターン化されたトレース部を含む少なくとも１つのトレースを含む、前記メタライゼーションスタックを形成することと、
前記少なくとも３つのサブトレースに結合されるボンドパッドを形成することと、
前記ボンドパット上にボンディング特徴を形成することと、
を含み、
前記パターン化されたトレース部が、互いに電気的に並列である少なくとも３つのサブトレースを含む、方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の方法であって、
前記ボンドパッドが前記頂部金属層を含む、方法。
【請求項１６】
請求項１４に記載の方法であって、
前記サブトレースがその周囲に沿って前記ボンドパッドに接し、前記サブトレースが前記周囲に沿って前記サブトレースの近隣に対する実質的に等しい分離を有する、方法。
【請求項１７】
請求項１４に記載の方法であって、
前記ボンドパッドと前記ボンディング特徴との間の電流スプレッド層を形成することと、
前記ボンドパッドと前記電流スプレッド層との間に誘電体層を形成することと、
前記誘電体層に各々前記ボンドパッドと前記電流スプレッド層との間の個別のコンタクトを提供する複数のバイアを形成することと、
を更に含む、方法。
【請求項１８】
請求項１４に記載の方法であって、
前記ボンディング特徴がはんだバンプを含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
開示される実施例は、エレクトロマイグレーション（ＥＭ）性能を改善するフィードライン構造を含む集積回路（ＩＣ）デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＣは概して、基板、基板の上側上に形成される能動回路要素、及び能動回路要素の上の交互の金属配線層とレベル間誘電体層（ＩＬＤ）とを含むバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）構造を含む。金属配線層は、能動回路要素と外部接続との間の電気的接続を提供する種々の相互接続を含む。能動回路要素における、又ははんだバンプが単にパススルーの一部である（例えば、スタックされたダイ／パッケージのため）場合に相互接続が受動的役割をする状況におけるノードからなど、半導体デバイスの最後の（例えば、頂部）金属配線レベルと別のデバイスとの間の接続を提供するためにはんだバンプ（又ははんだボール）が通常用いられる。一般的なタイプのはんだバンプは、フリップチップデバイスの接合のためによく用いられる、制御されたコラプスチップ接続（Ｃ４）はんだバンプである。
【０００３】
より小さなデバイスをつくるため特徴（例えば、パッド、配線、相互接続、バイア）の寸法が縮小されるにつれて、信頼性のため課されるＥＭに基づく制約に起因して、最大許容電流密度は急激に減少する。ＥＭは、金属特徴を介して流れる電流に起因して金属特徴の原子が転置される既知の現象である。
【０００４】
フリップチップデバイスなどのＩＣデバイスは、ますます高い電流搬送能力を要し、これは時折１０アンペアまたはそれ以上のレベルまで達する。はんだは、銅及びアルミニウムなどの従来の金属相互接続に比べて、著しく低い電流密度処理能力を有することが知られている。例えば、はんだは、比較的低いＥＭ電流制限（例えば、従来のはんだに対する典型的なＥＭ制限電流密度は、１０４Ａ／ｃｍ２辺りであり、銅及びアルミニウムのものの約１００倍低い）を有する。各フリップチップはんだバンプの電流搬送能力は、ＥＭ制約に起因してはんだバンプを介する電流密度を制限するようにこの電流を供給するために用いられるはんだバンプの最小数を設定する。従来のフリップチップはんだバンププロセスは、はんだバンプの断面エリアにわたる電流分布不均一性をこうむり、これは、はんだのＥＭに基づく劣化を加速させ、電流分布がより均一である場合より早期に欠陥を生じさせる。
【０００５】
従来のフリップチップバンプ配置の一例は、頂部金属層から形成されるアルミニウムボンドパッドへの銅フィードライン、パッドの上の開口（誘電体開口）を含む誘電体（例えば、ポリイミド）層、誘電体層及び誘電体開口の上の厚い（例えば、２μｍ厚み）ニッケルのアンダーバンプメタライゼーション（ＵＢＭ）層、及びＵＢＭの上のはんだバンプを含む。この配置は、はんだバンプの断面エリアにわたる著しい電流分布不均一性をこうむる。
【０００６】
１つの側から来るフィードライン電流を備えたはんだバンプの場合、ＵＢＭに近接するはんだバンプエリアにおけるピーク電流は、はんだバンプの全断面エリアの約１０％のみである断面エリアの一部の上に存在し得る。これは、はんだのＥＭ電流密度制限を超えることに起因して最初に無効になる（void）、はんだバンプにおける電流密集領域である。この領域が無効になると、その次のはんだエリアがピーク電流分布を搬送し得、次に無効となる。この無効化パターンは、誘電体開口の上の全はんだバンプが無効となるまで続く。この時点で、誘電体の上のＵＢＭの外側環が無効となり始め、最終的に開回路となる。
【０００７】
この問題に対する解決策の一つは、ＵＢＭ内に厚い銅スタッドを付加することに関与し、これは、電流がはんだバンプの断面エリアにわたって広がることを助ける。この既知の解決策は、処理工程を付加し、それが典型的なスタッド寸法に対し均一な電流密度を与えることができないため最小限の有効性しかない。そのため、処理工程を付加することなく又はフィードライン構造を実装するために必要とされるエリアを著しく増大させることなく、電流をはんだバンプ又は他のボンディング特徴の断面エリアにわたって一層均一にさせ得る、ボンディング特徴配置への新しいフィードラインが必要とされている。
【発明の概要】
【０００８】
開示される実施例は、ボンディング特徴に流れる電流をその断面エリアにわたって一層均一にさせる、ボンディング特徴に対するエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性フィードライン構造を有する集積回路（ＩＣ）デバイスを説明する。このような電流スプレッド実施例は、はんだバンプなどのボンディング特徴におけるＥＭ誘導無効化を解決するか又は少なくとも著しく低減する。
【０００９】
ボンディング特徴へのフィードライントレースを、少なくとも３つの電気的に並列なサブトレースであって、それぞれのサブトレースパスが、（ｉ）複数のフィード電流を実質的に等しい電流にするように適切なライン寸法とすること（即ち、一層長いラインは幅広く、一層短いラインは幅がより狭い）、及び（ｉｉ）サブトレースの各々を介して導通されるボンディング特徴に提供される電流密度が実質的に等しいこと、のうち少なくとも１つを有するサブトレースパスに分割することにより、ボンディング特徴の断面エリアにわたってより良好な電流の分布（一層少ない電流密集）に起因してＥＭに基づく問題なく、一層高い総電流レベルがボンディング特徴により扱われ得る。開示される実施例は概して、如何なる処理工程も付加しない。
【００１０】
例えば、開示されるフィード構造は、従来の単一入力フィードライントレース（例えば、端から端まで１０ミクロン幅のトレース）を、複数のサブトレース（例えば、８、１２、１６個、又は更に多くのサブトレース）を含むパターン化されたトレース部を含むトレースで置き換えることができる。一実施例において、サブトレースの各々を介して導通されるボンディング特徴に提供される電流密度は実質的に等しい。本明細書において用いられるように、サブトレースの各々を介して導通されるボンディング特徴に提供される「実質的に等しい電流密度」は、各々、ボンディング特徴に提供される平均電流密度プラス又はマイナス２０パーセントの範囲内である電流密度を指す。
【００１１】
別の実施例において、これらのサブトレースは異なる幅及び異なる長さを有し、それぞれのサブトレースは、各々実質的に等しい数のスクエアを有する。本明細書において用いられるように、「実質的に等しい数のスクエア」が、実質的に等しいサブトレース電流を生成し、全てサブトレースのスクエアの平均数プラス又はマイナス２０パーセントの範囲内であり、一実施例においてサブトレースのスクエアの平均数プラス又はマイナス１０パーセントの範囲内である、サブトレースの各々によって提供されるパスに関連付けられる多数のスクエアを指す。
【００１２】
本明細書においてエッジフィード実施例と称する一実施例において、サブトレースは、誘電体開口の上のボンディング特徴のエッジ（周囲）の下のエリアがフィードラインサブトレースコンタクトの等しい分布を有するように、すなわち、ボンドパッドの下のその近隣に対する各フィードラインサブトレース間の分離（間隔）が実質的に均一であるように、分布され得る。この実施例において、「実質的に等しい分離」とは、全て複数のサブトレースに対する平均周囲間隔距離プラス又はマイナス２０パーセントの範囲内である、サブトレース間の周囲に沿った距離を指す。この実施例においてスクエアの数、ひいては、各フィードラインサブトレースの抵抗、が実質的に等しくされ得るため、均一なトレース部における電流がそれ自体を、それが利用可能なボンディング特徴へのサブトレースパスの各々間で実質的に等しく分割し得る。そのため、エッジフィード実施例では、ボンディング特徴の下の周囲はそれへの均一な電流を呈し、ボンディング特徴（例えば、はんだバンプ）における一層均一な電流分布が概して達成される。
【００１３】
本明細書においてエリアフィード実施例と称する一実施例において、ボンディング特徴の実質的に全エリアが電流で満たされる。この実施例において、ボンドパッドは、ボンドパッドの下の又はボンドパッドの上の実質的に全エリアにわたって分布されるバイアを有する。この実施例において、バイアパターンがボンドパッド（例えば、ボンドパッドとＵＢＭパッドとの間）の上の誘電体層に提供され得るか、又はバイアパターンは、ボンドパッド（例えば、フィードラインサブトレースとボンドパッドとの間）の下の誘電体内にあり得る。エリアフィード実施例は、エッジフィード実施例と組み合わされてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１Ａ】図１Ａは、例示の一実施例に従った、ボンディング特徴の下の誘電体開口の周囲にわたって実質的に等しい分布を有する、実質的に等しいサブトレース電流を提供する少なくとも３つのサブトレースを有する例示のエレクトロマイグレーション（ＥＭ）耐性フィードライン構造の表示を示す。
【００１５】
【図１Ｂ】図１Ｂは、例示の一実施例に従った、実質的に等しいサブトレース電流及び実質的に等しいサブトレース電流密度の両方だけでなく、ボンディング特徴の下の誘電体開口の周囲にわたって実質的に等しい物理的分布も提供する、少なくとも３つのサブトレースを有する例示ＥＭ耐性フィードライン構造の表示を示す。
【００１６】
【図１Ｃ】図１Ｃは、例示の一実施例に従った、複数のサブトレース及びボンドパッドの両方を提供する単一の金属層を有し、サブトレースが、その周囲に沿ってボンドパッドに実質的に等しいサブトレース電流を提供する、例示のＥＭ耐性フィードライン構造の表示を示す。
【００１７】
【図２Ａ】図２Ａは、例示の一実施例に従った、ボンドパッドの上のボンディング特徴の全エリアにわたって分布されるその上にバイアを有するボンドパッドへのコンタクト領域において結合される実質的に等しいサブトレース電流を提供する少なくとも３つのサブトレースを有する、例示のＥＭ耐性フィードライン構造の表示を図示する。
【００１８】
【図２Ｂ】図２Ｂは、例示の一実施例に従った、ボンドパッドの上のボンディング特徴の全エリアにわたって分布されるその上にバイアを有するボンドパッドへのコンタクト領域において結合される少なくとも３つのサブトレースを有する例示のＥＭ耐性フィードライン構造の表示を図示し、サブトレース電流は、サブトレースのスクエアの平均数プラス又はマイナス２０パーセントの外側の範囲を有し、バイアは、ボンディング特徴に実質的に等しい電流密度を提供するような寸法にされる。
【００１９】
【図３】図３は、例示の一実施例に従った、いずれも同じボンドパッドに結合されている、均一トレース部を含む第１の独立フィードラインと、均一トレース部を含む第２の独立フィードラインとを有する例示のＥＭ耐性フィードライン構造を示す。これらのフィードラインは、各々パターン化されたトレース部を含み、パターン化されたトレース部は各々、実質的に等しいサブトレース電流を提供するような寸法とされる４つのサブトレースを含む。
【００２０】
【図４】図４は、例示の一実施例に従った、頂部金属層、及びボンドパッド上のボンディング特徴を含むボンドパッドに結合される実質的に等しいサブトレース電流を提供する少なくとも３つのサブトレースを含む、開示されるＥＭ耐性フィードライン構造を含む相互接続金属層を含むバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）メタライゼーションスタックを含む例示のＩＣデバイスを示す。
【００２１】
【図５】図５は、例示の一実施例に従った、金属／有機ボンディング材料を含む接合により基板にボンディングされる実質的に等しいサブトレース電流を提供する少なくとも３つのサブトレースを含む開示されるＥＭ耐性フィードライン構造を有するＩＣダイを含むスタックされたＩＣデバイスを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１Ａは、例示の一実施例に従った、ボンディング特徴の下の誘電体開口１１５の周囲にわたって実質的に等しい分布を有する、実質的に等しいサブトレース電流を提供する少なくとも３つのサブトレースを有するエッジフィードを提供する例示のＥＭ耐性フィードライン構造１００を示す。図１Ａに１つの大型の誘電体開口１１５を示すが、開示される実施例は、後に形成されるボンディング特徴の下に、代わりにより小さな誘電体開口のアレイを、又は両方を含んでもよい。ボンディング特徴は、本明細書において概してはんだバンプとして記載する。しかし、ボンディング特徴は更に、基板貫通バイア（ＴＳＶ）、ピラー（例えば、銅ピラー）、スタッド（例えば、金スタッド）、又は中に複数の金属粒子を有する有機ボンディング材料を含み得る。
【００２３】
ＥＭ耐性フィードライン構造１００は、電気的に並列であり、ボンドパッド上のボンディング特徴を含む、後に形成される金属スタック（図示せず）の下に示される誘電体開口１１５の周囲に沿って電気的コンタクトを提供するように分布する、少なくとも３つのサブトレース１０５（ａ）、１０５（ｂ）、１０５（ｃ）などを含む、パターン化されたトレース部１０５に結合される均一（即ち、従来の）トレース部１０２を含む。後に形成される金属スタックは誘電体開口１１５の上にあり得、これは、一つの特定の実施例において、はんだボール／Ｎｉアンダーバンプメタライゼーション（ＵＭＢ）／Ａ１ボンドパッドを含み得る。
【００２４】
それぞれ複数のフィードラインサブトレース１０５（ａ）、１０５（ｂ）、１０５（ｃ）などは、サブトレースによって提供されるそれぞれのパスに関連付けられる多数のスクエアが、全て、複数のサブトレースに対するスクエアの平均数プラス又はマイナス２０パーセント（±２０％）の範囲内となるような寸法とされるため、ＥＭ耐性フィードライン構造１００により実質的に等しいサブトレース電流が提供される。図１Ａに示す最も長いサブトレースであるサブトレース１０５（ａ）は、最も幅広いサブトレースでもあり、図示される最も短いサブトレースであるサブトレース１０５（ｂ）は最も幅が狭いサブトレースでもあり、サブトレース１０５（ｃ）は、中間の長さ及び中間のライン幅を有して示されるサブトレースであることが分かる。パターン化されたトレース部１０５におけるサブトレースは全て、それらのそれぞれのパス長さに沿って一定のライン幅を有して示されているが、それぞれのサブトレースのスクエアの結果の数が上述のよう数値的範囲であれば、実質的に等しいサブトレース電流を提供するためライン幅は一定である必要はないことに注意されたい。
【００２５】
図１Ａは、エッジフィード実施例は、ボンディング特徴（例えば、はんだバンプ）に結合するための従来の単一フィードライン配置に比べて、要する余分のメタライゼーションエリアがわずかであることを示す。図１Ａに示すエッジフィード実施例は、上にあるボンディング特徴（例えばはんだバンプ）において改善された電流スプレッドを提供するため、この実施例により、同じＥＭ電流性能に対するデバイスの上側金属層における全体的により小さな金属エリア要件をもたらすために用いられるボンディング特徴のためのエリアが低減され得、そのためＩＣデバイスに対しコスト削減を提供する。
【００２６】
ウエハチップスケールパッケージ（ＷＳＣＰ）に適用される場合、均一トレース部１０２及びパターン化されたトレース部１０５はいずれもリダイレクト層（ＲＤＬ）から形成され得る。この実施例において、パターン化されたトレース部１０５は、ＩＣ上のボンドパッドの上にあるＲＤＬパッドに結合し、ＵＢＭパッドがＲＤＬパッド上にあり得、はんだバンプがＵＢＭパッド上にあり得る。この実施例において、誘電体開口１１５は、ポリイミド層内の開口など、ＲＤＬとＵＢＭとの間の誘電体内の開口であり得る。
【００２７】
上述のように、幾つかの開示される実施例は、サブトレースの各々を介して導通されるボンディング特徴に提供される、実質的にマッチングされたサブ電流及び実質的にマッチングされた電流密度の両方を提供し得る。例えば、図１Ｂは、例示の一実施例に従った、実質的に等しいサブトレース電流及び実質的に等しいサブトレース電流密度の両方を提供し、更に、ボンディング特徴の下の誘電体開口１１５の周囲にわたって実質的に等しい物理的分布も提供する、少なくとも３つのサブトレース１２５（ａ）、１２５（ｂ）、１２５（ｃ）を有する例示ＥＭ耐性フィードライン構造１３０の表示を示す。従来技術で知られているように、ボンディング特徴の下の誘電体開口１１５に入る電流密度（Ｊ）は、サブトレースコンタクトにおける電流（Ｉ）をコンタクトのエリア（Ａ）で除算することにより分かり、Ｊ＝Ｉ／Ａにより与えられる。その末端部１２５（ａ）（１）で幅が拡げられてないことを示す、サブトレース１２５（ａ）などの一層長いサブトレースに比べて、サブトレース１２５（ｂ）などの狭いサブトレースは、誘電体開口１１５に延びるその末端部１２５（ｂ）（１）で著しく幅が広げられており、それにより、それぞれのサブトレースの幅が、誘電体開口１１５に延びるそれらの末端部において同じ幅又はほぼ同じ幅となるようにされることが分かる。中間のライン幅を有するサブトレース１２５（ｃ）は、その末端部  １２５（ｃ）（１）の適度な幅の広がりを示す。それぞれのサブトレースにおける電流が互いにマッチングされ、それらのコンタクトにおけるエリアも同じであるため、電流密度マッチングが提供される。
【００２８】
図１Ｃは、例示の一実施例に従った、ボンドパッドの周囲に沿って実質的に等しい分布を有するボンドパッド１７０をフィードする実質的に等しいサブトレース電流を提供する、少なくとも３つのサブトレース１６５（ａ）、１６５（ｂ）、１６５（ｃ）などを有するパターン化されたトレース部１６５に結合される均一トレース部１６２を含む例示のＥＭ耐性フィードライン構造１５０を示す。この実施例において、フィードライン構造１５０及びボンドパッド１７０は全て同じ金属層から形成される。この金属層は、金属相互接続層、頂部金属層、又はＲＤＬであり得る。
【００２９】
図２Ａは、例示の一実施例に従った、ボンドパッドのエリアにわたってコンタクト領域２２５内で結合される実質的に等しいサブトレース電流を提供する少なくとも３つのサブトレースを有するエリアフィード実施例を示し、複数のバイア２３０がボンドパッド２１５上の誘電体層内に形成される、例示のＥＭ耐性フィードライン構造２００を示す。ＥＭ耐性フィードライン構造２００は、
均一トレース部１０２、及び複数のサブトレース２０５（ａ）、２０５（ｂ）、２０５（ｃ）などを含むパターン化されたトレース部２０５を含む。複数のサブトレース２０５（ａ）、２０５（ｂ）、２０５（ｃ）などは、複数のサブトレースの各々によって提供されるパスに関連付けられる多数のスクエアが全て、複数のサブトレースに対するスクエアの平均数プラス又はマイナス２０パーセントの範囲内であるような寸法とされる。
【００３０】
コンタクト領域２２５において、それぞれのサブトレース２０５（ａ）、２０５（ｂ）、２０５（ｃ）は、サブトレース２０５（ａ）、２０５（ｂ）、２０５（ｃ）とボンドパッド２１５との間の誘電体層内に形成される、単一の誘電体開口（図１Ａに示す誘電体開口１１５など）又は複数のバイアを用いてボンドパッド２１５と接することができる。ボンドパッド２１５は、それぞれの有効なボンドパッド部２１５（ａ）、２１５（ｂ）、２１５（ｃ）を画定する位置でその上の誘電体層から形成されるバイア２３０を含む例示の円形のバイアパターンを有する。フィード電流がボンドパッド部からコンタクト領域２２５内のボンドパッド２１５の上にあり得る例示の２ミクロン厚みのニッケルＵＢＭ層（図示せず）へ横切るため、破線のリングとして示される外側リング２３５（ａ）、２３５（ｂ）、２３５（ｃ）は、ボンドパッド部２１５（ａ）、２１５（ｂ）、２１５（ｃ）を超えて拡がる電流を表す。図２Ａに示すように、コンタクト領域２２５の上のＵＢＭ層の殆ど全エリアは、その上に配置され得るボンディング特徴（例えばはんだバンプ）のため電流をスプレッドさせ、ボンディング特徴（例えばはんだバンプ）の全断面エリアにわたって均一な電流分布を仮想的に保証する。
【００３１】
この実施例において、ボンドパッド２１５が、ＵＢＭを下にある金属（例えば、銅）サブトレースのパターン化されたトレース部２０５に結合することができる例えば、アルミニウム層を含む、頂部金属層が効果的にパターン化される。このパターン化は、ボンドパッド２１５の上の開口が、金属パターン化要件に応じて、これらに限定されないが、円又はスクエアを含む種々の形状に形づくられ得る、バイアのアレイを含むように実行され得る。バイアのエリアは、バイアのエリアがボンドパッド金属及びＵＢＭ金属の厚みが増大するにつれて増大するように、ボンドパッド金属及びその上のＵＢＭ金属の厚みに基づき得る。例えば、ボンドパッド２１５上のＵＢＭを含み、バイア２３０が円である実施例において、バイア２３０の直径は、ＵＢＭ厚みの２倍プラスボンドパッド金属厚みの２倍プラス又はマイナス２０パーセントであり得る。そのため、１ミクロン厚みのボンドパッド２１５及び２ミクロン厚みＵＢＭ層では、バイア２３０は、直径６ミクロンプラス又はマイナス直径の２０パーセントであり得る。
【００３２】
隣接するバイア２３０間の間隔も、上にある金属厚みに基づき得る。例えば、バイア間隔は、次のバイアまでの最大距離がＵＢＭ金属厚みの２倍プラス又はマイナス２０パーセントであるようにされ得る。そのため、２ミクロン厚みのＵＢＭの場合、バイア間距離は４ミクロンプラス又はマイナス２０パーセントであり得る。
【００３３】
各バイア２３０はこのように、スクエアの数、ひいては各サブトレースの抵抗、が実質的に等しいが、ボンディング特徴スタック（例えば、ＵＢＭ上のはんだバンプ）の抵抗にボンドパッド２１５の上のバイア抵抗を加えた合計より著しく高くなるような方式で、均一トレース部１０２から個別のサブトレース２０５（ａ）、２０５（ｂ）、２０５（ｃ）によりフィードされる。そのため直径３５ミクロンの、ボンドパッド２１５とＵＢＭとの間の従来の誘電体（例えばポリイミド）のバイア開口（例えば、はんだバンプ開口）、及び１ミクロンのボンドパッド層（例えばアルミニウム）及び２ミクロンのＵＢＭ（例えば、ニッケル）では、ボンドパッドの上の従来の単一の誘電体開口を、図２Ａに示すような１４個の個々のフィードラインサブトレースを備えた１４個の６ミクロンの円形のバイア２３０で置き換えることができる。バイアは、サブトレース２０５（ａ）、２０５（ｂ）、２０５（ｃ）のより簡単なルーティングがこれを助けることを可能にするために非対称に形づくられ得る。有効なボンドパッド部２１５（ａ）、２１５（ｂ）、２１５（ｃ）に対するサブトレース２０５（ａ）、２０５（ｂ）、２０５（ｃ）の全体的な（加算された）幅は、ボンディング特徴（例えば、はんだバンプ）に対する総抵抗を最小化するため均一トレース部１０２のものと等しくされ得る。
【００３４】
別の実施例において、図２Ａに示すフィードライン構造２００に比べて、同様であるが高められた電流スプレッドフィードライン構造を生じるように、図２Ａに示すようなボンドパッド２１５の上のバイアの代わりに、サブトレースとボンドパッド２１５との間のコンタクト領域２２５にバイアパターンが形成され得る。この実施例は、ボンドパッド２１５上のＵＢＭ層を含む実施例において、それがＵＢＭ層に達する前に、電流がボンドパッド２１５（例えば、１μｍのアルミニウム）の厚みを横断するため、付加的な電流スプレッドの利点を有する。
【００３５】
ＵＢＭ上のボンディング特徴のための図２Ａに示すエリアフィード実施例は、ＵＢＭにおいてボンディング特徴インタフェースまでの実質的に全ボンディング特徴断面にわたって均一な電流分布を提供する。この実施例は、標準的なバンプフィード構造に比べて、占める余分なメタライゼーションエリアはあるとしても非常にわずかであり、ボンディング特徴に対する全体的なエリアを小さくする、一層小さなバンプ構造の利点を有する。ボンディング特徴における電流分布の改善された均一性と金属フィード構造の低減されたエリアとを組み合わせると、同じＥＭ電流性能に対するＩＣデバイスの上側金属層における全体的により小さな金属エリア要件をもたらし、そのためＩＣデバイスに対するコスト削減となる。
【００３６】
図２Ｂは、例示の一実施例に従った、ボンドパッド２１５にコンタクト領域２２５内で結合される少なくとも３つのサブトレース２５５（ａ）、２５５（ｂ）及び２５５（ｃ）を有し、複数のバイア２３０（ａ）、２３０（ｂ）及び２３０（ｃ）が、ボンドパッド２１５のエリアにわたって分布されるボンドパッド２１５上の誘電体層内に形成される、例示のＥＭ耐性フィードライン構造２５０を示す。ここで、前記サブトレース電流は、サブトレースに対するスクエアの平均数プラス又はマイナス２０パーセントの外側の範囲を有し、バイアは、ボンドパッドの上のボンディング特徴に実質的に等しい電流密度を提供するような寸法にされる。この実施例において、バイア２３０（ａ）、２３０（ｂ）及び２３０（ｃ）は、一層高い電流となる２５５（ｂ）などの一層短いサブトレースが、より小さなバイアエリアを有するサブトレース２５５（ａ）など一層低い電流を搬送するサブトレースに比べて、一層大きいエリアのバイアエリアに結合されるような寸法とされる。外側リングが、それらの対応するバイア２３０（ａ）、２３０（ｂ）及び２３０（ｃ）のサイズを反映するサイズを有する２３５（ａ）、２３５（ｂ）、２３５（ｃ）として示されており、電流が、ボンドパッド部から、典型的にコンタクト領域２２５におけるボンドパッド２１５の上にあるその上の（図示せず）金属層へ横切るため、電流がボンドパッド部２１５（ａ）、２１５（ｂ）、２１５（ｃ）を超えて拡がることを示す。
【００３７】
開示される実施例は更に、同じボンディング特徴（例えば、はんだバンプ）に結合される２つ又はそれ以上の独立フィードライン（即ち、ＩＣ上の異なるノードから）があるＩＣ設計に適用することもできる。フィードが電流均一性を最大化させることと組み合わされるべきか、又は各入力ラインでの予期される電流ローディングに基づいて分割されるべきかの判定は自由裁量で成され得る。そのため、均一な分割のため、サブトレースに分けられる前に独立フィードラインが共につながれ得る。各独立フィードラインから予期される電流が設計により既知である場合、ボンディング特徴にフィードするコンタクトバイアの数は、ボンディング特徴のエリアにわたる均一な電流分布をもたらすように入力ライン毎に分割され得る。そのため、各ラインで等しい電流の２つの独立フィードラインがある場合、バイアの半分がフィードラインの一つに、バイアの半分が他方のフィードラインに割り当てられ得る。
【００３８】
図３は、例示の一実施例に従った、いずれもボンドパッド２１５に結合される、均一トレース部３１２を含む第１の独立フィードライン３１０と、均一トレース部３２２を含む第２の独立フィードライン３２０とを有する例示のＥＭ耐性フィードライン構造３００を示す。フィードライン３１０及び３２０は、各々パターン化されたトレース部３１５及び３２５を含み、パターン化されたトレース部３１５及び３２５は各々、実質的に等しいサブトレース電流を提供する４つのサブトレース３１５（ａ）〜（ｄ）及び３２５（ａ）〜（ｄ）を含む。第１のフィードライン３１０及び第２のフィードラインは、異なる金属相互接続から形成されて示されている。第１のフィードライン３１０は、金属層Ｎ（例えば、第７のレベル金属）から形成されて示されており、第２のフィードライン３２０は、金属層Ｎ−ｌ（例えば第６のレベル金属）から形成されて示されている。第１のフィードライン３１０は、Ｉ１のフィード電流をフィードするよう示されており、第２のフィードライン３２０は電流Ｉ２をフィードするよう示されている。Ｉ１及びＩ２は概して等しい電流ではない。
【００３９】
図４は、図１Ａに示す誘電体開口１１５に類似する誘電体開口又は複数のバイア（図示せず）によるなど、ＭＥＴｎ（例えば、銅バンプパッド）を含むバンプパッド４１９に結合する複数のサブトレースを含む均一トレース部４０２及びパターン化されたトレース部４０６を含む、開示されるＥＭ耐性フィードライン４０１を含むＭＥＴｎ４１２として示される頂部相互接続金属層を含むバックエンドオブライン（ＢＥＯＬ）メタライゼーションスタック４２０を含む例示のＩＣデバイス４００を示す。ＢＥＯＬスタック４２０は、第１の誘電体層４３１及び第２の誘電体層４３２を更に含む。ＩＣデバイス４００は、能動回路要素４０９を有する基板４０５を含み、能動回路要素におけるノード４１７が、ＢＥＯＬ４２０を介する接続により均一トレース部４０２に結合されて示されている。
【００４０】
頂部金属層（例えば、アルミニウム）から形成されるボンドパッド４１５がバンプパッド４１９の上にあり、電流スプレッド層を提供するＵＢＭパッドがボンドパッド４１５上にあり、はんだバンプ４３５として示されるボンディング特徴がＵＢＭパッド４１８の上にある。図４に示すＭＥＴｎ４１２はＥＭ耐性フィードラインを提供するように示されているが、ＩＣ４００上の任意の金属相互接続層は概して、下にある金属相互接続層など、ＥＭ耐性フィードラインを提供するために用いられ得る。或るボンディング特徴では、図示されるＵＢＭパッド４１８は必要とされない可能性があることに注意されたい。例えば、ボンディング特徴が銅ピラーであるとき、銅ピラーは、銅ボンドパッド直上に形成され得る。
【００４１】
図５は、例示の一実施例に従った、金属／有機ボンディング材料を含む接合５２５によりパッド５２１を有する基板５２０にボンディングされるパッド５１１に結合されるフリップチップ配置に開示されるＥＭ耐性フィードライン構造を有するＩＣダイ５１０を含むスタックされたＩＣデバイス５００を示す。開示される実施例は、特に、開示されるフィードライン構造によって提供される接合５２５の実質的に全断面エリアにわたって提供される電流スプレッドにより示される金属／有機ボンディング材料などの低ＥＭ抵抗を備えたボンディング材料に有用であり得る。
【００４２】
開示される実施例は、ボンディング特徴に結合される任意のフィードライン構造に適用され得る。ボールを含むＷＣＳＰは単なる１つの例である。開示される実施例の恩恵を受け得る他のフィード構造には、ＴＳＶ対ＲＤＬ対リモートパッド配置が含まれる。
【００４３】
２つの異なるリファレンス構造に対し、いずれも、ボンドパッドに結合される実質的に等しいサブトレース電流を提供するような寸法にされた１４個のフィードラインサブトレースを備え、ボンドパッド上の２ミクロンのＮｉ  ＵＭＢ及びＵＢＭ上のはんだバンプを備えた、図１Ａに示すＥＭ耐性フィードライン構造１００（エッジフィード）、図２Ａに示すＥＭ耐性フィードライン構造２００（エリアフィード）に対し、ブラックの式から得た故障までの平均時間（ＭＴＴＦ）パラメータを用いてＥＭ性能を比較するためにシミュレーションが実行された。第１のリファレンス構造は、それらの長さにわたって同じ均一サブトレースライン幅を有することを除けば、フィードライン構造２００と同等の１４個のフィードラインサブトレースを含み、第２のリファレンス構造は、ボンドパッド上の同じ層スタックを備えた従来の単一フィードライン配置を含む。ブラックの式（下記）は、ＥＭに起因する半導体回路のＭＴＴＦのための数学的モデルである。
ＭＴＴＦ＝Ａｗｊ−ｎｅ（Ｑ／ｋＴ）
ここで、Ａは定数であり、ｊは電流密度であり、ｎはモデルパラメータであり、ＱはｅＶ（電子ボルト）でのアクティベーションエネルギーであり、ｋはボルツマン定数であり、ＴはＫでの絶対温度であり、ｗは金属ライン／ワイヤの幅である。
【００４４】
実行されたシミュレーションに基づいて、全てそれぞれの長さにわたって同じ均一ライン幅を有する１４個のフィードラインサブトレースを有する第１のリファレンス構造は、従来の単一フィードライン配置に比べて約２０〜４０％のはんだ寿命の改善を提供した。これに対し、図１Ａに示すフィードライン構造１００は、２００〜３００％のはんだ寿命の改善を提供することが分かった。図２Ａに示すフィードライン構造２００は、一桁以上、すなわち、＞１，０００％、のはんだ寿命の改善を提供することが分かった。
【００４５】
サブトレースを、サブトレース電流にマッチングするような寸法とすることを含む開示される実施例により得られることが分かったＭＴＴＦ性能インパクトの大きさは、改善の大きさに基づく臨界を示す予期しない結果を証明した。具体的には、エッジフィード実施例でははんだ寿命の２００〜３００％の改善、及びエリアフィード実施例では＞１，０００％のはんだ寿命の改善であり、いずれも、差の度合いではなく、種類の差が適切に考慮されるべきであるため、従来のフィードライン構造だけでなく第１のリファレンス構造から達成される結果に対して著しい改善を表す。
【００４６】
ウエハ半導体基板上に形成される能動回路要素は、一般的に、トランジスタ、ダイオード、キャパシタ、及びレジスタを含む回路要素だけでなく、これらの種々の回路要素を相互接続する信号ライン及び他の電気的導体を含み、ＩＣ回路機能を提供するように構成される。本明細書において用いられるように「ＩＣ回路機能を提供する」とは、例えば、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、デジタルシグナルプロセッサ、無線周波数チップ、メモリ、マイクロコントローラ及びシステムオンチップ、又はそれらの組み合わせを含み得るＩＣからの回路機能を指す。開示される実施例は、種々のデバイス及び関連する製品を形成する種々のプロセス・フローに統合することが可能である。半導体基板は、その中に種々の要素を及び／その又は上に層を含み得る。これらは、障壁層、他の誘電体層、デバイス構造、能動要素、及びソース領域、ドレイン領域、ビットライン、ベース、エミッタ、コレクタ、導電性ライン、導電性ビアなどを含む受動要素を含み得る。また、バイポーラ、ＣＭＯＳ、ＢｉＣＭＯＳ、及びＭＥＭＳを含む種々のプロセスにおいて、開示される実施例を用いることができる。
【００４７】
本開示に関連する習熟者であれば、説明した例示の実施例に変形が成され得ること、及び本発明の特許請求の範囲内で他の実施例を実装し得ることが分かるであろう。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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