(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
能動回路および少なくとも１つのボンド・パッドを含む集積回路であって、前記少なくとも１つのボンド・パッドが、
前記能動回路の少なくとも一部分と電気的に接触している銅メタライゼーション層と、
前記銅メタライゼーション層の少なくとも一部分の上に形成され、前記銅メタライゼーション層と電気的に接触しているアルミニウム・キャッピング層とを備え、
前記アルミニウム・キャッピング層が、複数のエッチングされた溝を含むようにパターニングされており、
前記複数のエッチングされた溝のうちの１または複数の溝は、前記アルミニウム・キャッピング層の上面に形成されているが、前記アルミニウム・キャッピング層を貫いて下面へまでは延在しておらず、それによって、前記複数のエッチングされた溝のうちの１または複数の溝は、前記上面と前記下面との間の前記アルミニウム・キャッピング層の厚さよりも小さい深さを有し、
前記アルミニウム・キャッピング層内の前記複数のエッチングされた溝のうちの少なくとも１つが、前記アルミニウム・キャッピング層の１つまたは複数の縁部に対しほぼ４５°の角度で走っている、集積回路。
【請求項２】
前記銅メタライゼーション層の上に開口を画定する不活性層をさらに含み、前記開口を貫通して前記アルミニウム・キャッピング層が電気的に前記銅メタライゼーション層と接触する、請求項１に記載の集積回路。
【請求項３】
前記アルミニウム・キャッピング層内の前記複数のエッチングされた溝のうちの１または複数の溝の深さが、前記アルミニウム・キャッピング層の厚さの約４０〜６０％である、請求項１に記載の集積回路。
【請求項４】
前記アルミニウム・キャッピング層が、互いに平行に走っている複数のエッチングされた溝を含む、請求項１に記載の集積回路。
【請求項５】
前記アルミニウム・キャッピング層内の前記複数のエッチングされた溝のうちの少なくとも１つが、前記アルミニウム・キャッピング層の１つまたは複数の隅部にほぼ近接して設置されている、請求項１に記載の集積回路。
【請求項６】
前記１つまたは複数のボンド・パッドの少なくとも１つが拡張ボンド・パッドである、請求項１に記載の集積回路。
【請求項７】
集積回路パッケージ内に実装された集積回路であって、能動回路およびボンド・パッドを含み、前記ボンド・パッドが、
前記能動回路の少なくとも一部分と電気的に接触している銅メタライゼーション層と、
前記銅メタライゼーション層の少なくとも一部分の上に形成され、前記銅メタライゼーション層と電気的に接触しているアルミニウム・キャッピング層とを備え、
前記アルミニウム・キャッピング層が、複数のエッチングされた溝を含むようにパターニングされており、
前記複数のエッチングされた溝のうちの１または複数の溝は、前記アルミニウム・キャッピング層の上面に形成されているが、前記アルミニウム・キャッピング層を貫いて下面へまでは延在しておらず、それによって、前記複数のエッチングされた溝のうちの１または複数の溝は、前記上面と前記下面との間の前記アルミニウム・キャッピング層の厚さよりも小さい深さを有し、
前記アルミニウム・キャッピング層内の前記複数のエッチングされた溝のうちの少なくとも１つが、前記アルミニウム・キャッピング層の１つまたは複数の縁部に対しほぼ４５°の角度で走っている、集積回路。
【請求項８】
能動回路を含む集積回路内にボンド・パッドを形成する方法であって、
前記能動回路の少なくとも一部分と電気的に接触している銅メタライゼーション層を形成する工程と、
前記銅メタライゼーション層の少なくとも一部分の上に、前記銅メタライゼーション層と電気的に接触させてアルミニウム・キャッピング層を形成する工程とを含み、
前記アルミニウム・キャッピング層が、複数のエッチングされた溝を含むようにパターニングされており、
前記複数のエッチングされた溝のうちの１または複数の溝は、前記アルミニウム・キャッピング層の上面に形成されているが、前記アルミニウム・キャッピング層を貫いて下面へまでは延在しておらず、それによって、前記複数のエッチングされた溝のうちの１または複数の溝は、前記上面と前記下面との間の前記アルミニウム・キャッピング層の厚さよりも小さい深さを有し、
前記アルミニウム・キャッピング層内の前記複数のエッチングされた溝のうちの少なくとも１つが、前記アルミニウム・キャッピング層の１つまたは複数の縁部に対しほぼ４５°の角度で走っている、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集積回路を対象とし、より詳細には、集積回路内のボンド・パッドの熱的および機械的特性を改善することを対象とする。
【背景技術】
【０００２】
集積回路（ＩＣ）技術が始まって以来、ワイヤ・ボンディングが、ＩＣのパッケージングに使用されてきた。ワイヤ・ボンディングでは、ＩＣ上のボンド・パッドへのワイヤ接続によって、ＩＣとＩＣパッケージ基板の間に電気的接続が確立される。しかし、その長い歴史および絶え間ない改良にもかかわらず、ワイヤ・ボンディングは、より進んだパッケージング技術によって、ある程度、置き換えられつつある。ワイヤ・ボンディングに取って代わる一般的なＩＣ相互接続技術の１つは、フリップ・チップ・ボンディングである。ワイヤ・ボンディングとは異なり、フリップ・チップ・ボンディングは、ＩＣ上の各ボンド・パッドに取り付けられた導電性はんだバンプによって、ＩＣをＩＣパッケージ基板に電気的に接続する。フリップ・チップ・ボンディングを使用したパッケージングは、ワイヤ・ボンディングを含むその他のパッケージング技術に比べて、寸法、性能、自由度、信頼性、およびコストにおいて利点をもたらすことが示された。しかし、これらの利点にもかかわらず、ワイヤ・ボンディングはなお、現在のＩＣ相互接続の約９０％を占めている。
【０００３】
アルミニウムに比べて銅はコストが低く、伝導性が高いので、多くの種類のＩＣにおいて、銅メタライゼーションが急速にアルミニウム・メタライゼーションに取って代わりつつある。この移行は、ワイヤ・ボンディングおよびフリップ・チップ・ボンディングの両方について新たな問題を引き起こした。銅は電気化学的に活性であり、電気的環境において移動する。さらに、銅は、大気中の湿気に曝されると腐食して絶縁体である酸化銅を形成し、また、ＩＣ内で使用されている一般的な材料と望ましくない合金を形成する。その結果、従来のワイヤ・ボンディング技術およびフリップ・チップ・ボンディング技術は、裸の銅を含むボンド・パッドに適合しないことが多い。
【０００４】
これらの問題に対処するために、銅ボンド・パッドを、ワイヤ・ボンディングまたはフリップ・チップ・ボンディングする前にしばしばアルミニウムの薄い層でキャッピングする。アルミニウムのキャッピング層のこのような使用は、例えば、「Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｏｐｐｅｒ  Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ  Ｓｙｓｔｅｍ  ｔｈａｔ  ｉｓ  Ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ  ｗｉｔｈ  Ｅｘｉｓｔｉｎｇ  ＩＣ  Ｗｉｒｅ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」という名称の米国特許第５７８５２３６号に記載されている。同特許を参照により本明細書に合体する。アルミニウム・キャッピング層は、銅の表面を腐食から保護し、また、ワイヤおよびはんだバンプ用のボンディング可能な表面を提供する。それでも、この追加のアルミニウム・キャッピング層は、性能および加工の点でかなりのコストがかかる。性能の点では、アルミニウム・キャッピング層は銅に比べて熱伝導性を劣化させる。これはＩＣからＩＣパッケージへの熱放散速度が小さくなり、その結果、ＩＣの性能および信頼性が低下するか、あるいはより高価なパッケージにグレードアップすることが必要になることを意味する。加工に関しては、銅上のアルミニウム・キャッピング層はまた、特にボンド・パッドの隅部で層剥離しやすい。このような層剥離は、ＩＣの製造歩留まりに破局的な影響を及ぼす恐れがある。さらに、ボンド・パッドの形状を正方形または長方形から、例えば八角形に変更することによってこの隅部の層剥離を是正しようと試みると、熱伝導性がさらに劣化することがある。正方形または長方形でないボンド・パッドはまた、典型的な組立て装置およびプローブ装置のパターン認識システムにおいて問題を引き起こす傾向もある。
【特許文献１】米国特許第５７８５２３６号
【非特許文献１】Ｓ．ＷｏｌｆおよびＲ．Ｎ．Ｔａｕｂｅｒの「Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ＶＬＳＩ  Ｅｒａ，Ｖｏｌｕｍｅ  １」、Ｌａｔｔｉｃｅ  Ｐｒｅｓｓ、１９８６年
【非特許文献２】Ｓ．Ｍ．Ｓｚｅの「ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ」、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、１９８８年
【非特許文献３】Ｇ．Ｒ．Ｂｌａｃｋｗｅｌｌの「Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ、１９９９年
【特許文献２】米国特許第６８４４６３１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前述の理由から、ボンド・パッド、特に銅メタライゼーション層上にアルミニウム・キャッピング層を含むボンド・パッドの層剥離耐性および熱伝導性を改善する装置および方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、メタライゼーション層上にキャッピング層を含むボンド・パッドの、層剥離耐性および熱伝導性を改善する装置および方法を提供することによって、上記に特定した必要に対処する。本発明の諸態様による例示的実施形態では、一部にはキャッピング層をそれが１つまたは複数の溝を含むようにパターニングすることによって、これを実現する。
【０００７】
本発明の一態様によれば、ＩＣは、能動回路および少なくとも１つのボンド・パッドを含む。この少なくとも１つのボンド・パッドは、メタライゼーション層およびキャッピング層を含む。このメタライゼーション層は、能動回路の少なくとも一部分と電気的に接触している。加えて、キャッピング層は、メタライゼーション層の少なくとも一部分の上に形成され、メタライゼーション層と電気的に接触している。本発明の利点は、少なくとも部分的には、キャッピング層をそれが１つまたは複数の溝を含むようにパターニングすることによって、実現される。
【０００８】
本発明のもう１つの態様によれば、上述したＩＣはＩＣパッケージ内に実装される。このＩＣパッケージは、例えば、ワイヤ・ボンディング技術またはフリップ・チップ・ボンディング技術に基づくものでよい。
【０００９】
例示的な一実施形態では、ボンド・パッドは、銅メタライゼーション層上に形成された、アルミニウム・キャッピング層および窒化タンタルのバリア層を含む。一連の平行な溝が、キャッピング層厚さの約４０〜６０％の深さでキャッピング層の端から端まで形成される。ＩＣのパッケージングの間に、ワイヤまたははんだバンプが、改変されたキャッピング層上に形成される。有利なことに、キャッピング層内の溝は、キャッピング層が層剥離する可能性を低減させる。さらに、ＩＣからワイヤ／はんだバンプ、およびあらゆる封止材料への熱伝導も高まる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明をここでは、ＩＣ内で使用するためのボンド・パッドの例に関して説明する。しかし、本発明は、ここで示し説明する特定の材料、膜層、および加工段階のみに限定されるものではないことを理解されたい。例示的実施形態の変更形態は、当業者には明らかになるであろう。
【００１１】
添付の図に示される様々な層および／または領域は、原寸に比例して示されておらず、また、そうしたＩＣ内で一般的に使用されるタイプの１つまたは複数の半導体層および／または領域は、所与の図には説明を簡単にするために明示的に示されていないことがあることも理解されたい。これは、明示的に示されていない半導体層および／または領域が、実際のＩＣから省かれていることを意味しない。
【００１２】
特に加工段階に関して、本明細書で提供される説明が、動作可能なデバイスをうまく形成するために必要とされる加工段階のすべてを包含することを意図したものでないことを強調しておきたい。そうではなく、例えば湿式洗浄段階やアニーリング段階など、ＩＣデバイスを形成する際に通常使用されているいくつかの加工段階は、説明の無駄を省くために本明細書では意図的に説明していない。しかし、この一般化した説明では省かれているこれらの加工段階は、当業者には容易に理解されよう。さらに、こうした半導体デバイスを製造するために用いられる加工段階の詳細は、いくつかの出版物、例えば、Ｓ．ＷｏｌｆおよびＲ．Ｎ．Ｔａｕｂｅｒの「Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ＶＬＳＩ  Ｅｒａ，Ｖｏｌｕｍｅ  １」、Ｌａｔｔｉｃｅ  Ｐｒｅｓｓ、１９８６年、およびＳ．Ｍ．Ｓｚｅの「ＶＬＳＩ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｓｅｃｏｎｄ  Ｅｄｉｔｉｏｎ」、ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ、１９８８年に見出すことができる。両文献を参照により本明細書に合体する。
【００１３】
垂直方向は、本明細書では、ＩＣに含まれる半導体基板の表面を含む平面にほぼ直角な方向として定義する。それに対応して、横方向は、半導体基板の表面を含む平面にほぼ平行な方向として定義する。
【００１４】
図１Ａは、本発明の第１の例示的実施形態によるボンド・パッド１００の簡略化した平面図である。この図では、ボンド・パッドはほぼ正方形であることが認められる。しかし、この形状は図解しやすいように使用したものであり、他のどんなボンド・パッドの形状も、本発明の範囲に含まれる。このボンド・パッドは、例えば長方形であってもよい。長方形のボンド・パッドは、ボンディング工程中の横方向の不整合およびすべりに対してより大きな余裕を与えるので、正方形のボンド・パッドに比べて有利であり得る。
【００１５】
それに対応して、図１Ｂは、一緒になって例示的ボンド・パッド１００を形成する、パターニングされたフィーチャの断面図である。一番下のフィーチャが、層間誘電体（ＩＬＤ）層１２０によって横から取り囲まれたメタライゼーション層１１０を含んでいることがわかる。上に移ると、不活性化層１３０がメタライゼーション層の上にウィンドウを画定している。バリア層１４０およびキャッピング層１５０が共形で、このウィンドウおよびその下のメタライゼーション層の上にある。
【００１６】
本発明の一態様によれば、図１Ａおよび１Ｂに示された例示的実施形態のメタライゼーション層１１０は銅を含む。銅は、前述のように、アルミニウムと比較してコストが低く、伝導性が高いので、相互接続材料として魅力的な候補である。複数のメタライゼーション・レベルに銅を使用すると、低い誘電率を有する誘電体材料から形成されたＩＬＤとあいまって、特に、そのメタライゼーション・レベル内を伝わる電気信号の、抵抗・コンデンサによって引き起こされる時間遅延をかなり低減させることができる。したがって、ＩＣの性能が向上する。
【００１７】
本発明のもう１つの態様によれば、キャッピング層１５０はアルミニウムを含む。キャッピング層は、約５００〜２，５００ナノメートル（ｎｍ）の厚さを有することが好ましい。このアルミニウム・キャッピング層は、銅メタライゼーション層１１０を腐食から保護するとともに、後続のワイヤまたははんだバンプ用のボンディング可能な表面を提供する。
【００１８】
バリア層１４０は、メタライゼーション層１１０とキャッピング層１５０の間に形成される。バリア層の組成は、キャッピング層とメタライゼーション層の各材料の間での相互拡散を制限するように、かつメタライゼーション層および不活性層１３０へのキャッピング層の接着を強化するように選択することが好ましい。キャッピング層がアルミニウムを含み、メタライゼーション層が銅を含む場合、バリア層は、それだけには限らないが、タンタルや窒化タンタルなどの材料を含むことが好ましい。このようなバリア層の厚さは、約２５〜５０ｎｍであることが好ましい。
【００１９】
図１Ａおよび１Ｂに示された例示的ボンド・パッド１００を形成する従来の態様は、半導体加工技術分野の当業者にはよく知られているであろう。簡単にいえば、銅メタライゼーション層１１０は、ダマシン工程シーケンスによって形成することが好ましい。この工程シーケンスでは、まずＩＬＤ層１２０を堆積させる。続いて、標準的なフォトリソグラフィ技法および反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）技法を用いて、ＩＬＤ層内にトレンチをメタライゼーション層のフィーチャの所望の形状に形成する。フォトリソグラフィ・マスクを剥ぎ取った後、次いで銅を、好ましくは化学的気相成長（ＣＶＤ）または電気メッキのいずれかによって、このトレンチ内に共形に堆積させる。次いで、化学的機械研磨を用いて過剰な銅をＩＬＤ層の上面から取り除く。
【００２０】
次に、メタライゼーション層１１０上に不活性層１３０を堆積させる。次いで、その下にあるメタライゼーション層の一部分を露出させるウィンドウを、フォトリソグラフィおよびＲＩＥによって不活性層内に、今度は所望のキャッピング層のフィーチャの形状に形成する。続いて、バリア層１４０（例えば、タンタルまたは窒化タンタル）およびアルミニウムのキャッピング層１５０をウィンドウのフィーチャ上に共形に堆積させる。このバリア層およびアルミニウムのキャッピング層は、好ましくは蒸着、スパッタ堆積、またはＣＶＤによって堆積させる。次いで、ＩＣの表面に別個の複数のパッドを形成するために、フォトリソグラフィ段階およびＲＩＥ段階を用いて、バリア層およびキャッピング層をパターニングする。
【００２１】
本発明のさらに別の態様によれば、図１Ａおよび１Ｂでは一括して溝１６０で表されている１つまたは複数の溝をキャッピング層１５０内に形成する。この溝の形成は、標準的なフォトリソグラフィ段階およびＲＩＥ段階によって実現することが好ましい。有利には、溝のフィーチャの寸法が比較的大きいこと、およびこの応用例におけるその機能のために、他の半導体パターニング段階と比べて、溝の幅および深さのばらつきに対する許容差が比較的大きい。したがって、より高い精度が要求される他のパターニング段階と比べて、溝の形成を比較的低コストで実現することができる。
【００２２】
本発明の各態様に従ってキャッピング層１５０内に溝をパターニングすると、多数の利点が生じる。その組成、配置、および機能のために、キャッピング層は多くの形の応力を受け得る。例えば、キャッピング層は、その下の層との間の熱膨張係数の相違のために、引張り応力または圧縮応力を受けることがある。さらに、キャッピング層は、ボンディング中に圧縮応力を受け、また、ワイヤまたははんだバンプが取り付けられた後に剪断応力を受けることがある。これらの応力の１つまたは組合せ、および他の多くのことによってキャッピング層が剥離する恐れがある。キャッピング層の隅部が、この層剥離を最も起こしやすい。いったん層剥離が起きると、ボンド・パッドが使用不能になり、電気的接続が分離し、また微粒子が工程の治工具および試験装置を汚染するので、加工の歩留まりが悪影響を受けることになる。
【００２３】
例えば、図１Ａに示されているような溝をキャッピング層１５０内に形成すると、こうした応力の一部が軽減される。この溝は、幅が３５０〜１，５００ｎｍであることが好ましい。各溝間の間隔は、対応する溝の幅と等しいことが好ましい。加えて、溝は、キャッピング層１５０の深さの約４０〜６０％になるように形成することが好ましい。これらの寸法は、応力軽減の最良の組合せをもたらしながら、同時に、ボンド・パッドの他の特性を劣化させないように、実験的に決定した。例えば、これらの寸法をもつ溝は、キャッピング層が垂直力および剪断力に対して強度を維持できるようにし、良好なワイヤ・ボンディングまたははんだバンプ・ボンディングを可能にし、加工中の亀裂の伝播を阻止する。しかし、代替実施形態では他の深さおよび他の溝の寸法を使用することもできる。
【００２４】
図１Ａのボンド・パッド１００は、ボンド・パッドの大部分の領域にわたって延びる複数の溝１６０を含む。ほとんどの溝は、互いに平行に、ほぼボンド・パッドの一方の縁部から反対側の縁部へと走っている。さらに、追加の複数の溝が、層剥離が最も起こりやすいボンド・パッドの各隅部付近で、他の溝に対して直角に形成されている。しかし、図１Ａに示された溝のパターンはそのようなパターンの１つにすぎず、他の多数の配置も本発明の範囲に含まれる。例えば、図２および３は、それぞれ異なる溝のパターンを有する例示的ボンド・パッド２００および３００を示す。これらの各ボンド・パッド内で、一括してそれぞれ溝２１０および３１０で表される複数の溝が、ボンド・パッドの１つまたは複数の隅部にほぼ近接して形成されている。図２では、溝はボンド・パッドの各縁部に対してほぼ４５°の角度に走っている。図３では、溝はボンド・パッドの１つまたは複数の縁部にほぼ直角に走っている。
【００２５】
キャッピング層１５０内に形成された溝は、ＩＣからの熱放散も改善する。ＩＣからの熱放散はそのＩＣパッケージに密接に結合されているので、次にこの改善の動力学をワイヤ・ボンディングおよびフリップ・チップ・ボンディングの各パッケージング技術に関して説明する。これらのパッケージング技術は当業者にはよく知られており、また例えば、Ｇ．Ｒ．Ｂｌａｃｋｗｅｌｌの「Ｔｈｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｐａｃｋａｇｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ」、ＣＲＣ  Ｐｒｅｓｓ、１９９９年に詳細に記載されている。同文献を参照により本明細書に合体する。しかし、前述のように、本発明の範囲は、本明細書に提示されたそうした特定のパッケージング技術に限定されるものでなく、また本発明の他の応用例が当業者には明らかであろうことに留意されたい。
【００２６】
ワイヤ・ボンディングの応用例では、ＩＣ上のボンド・パッドは一般にＩＣの周辺近くに設置される。次いで細いワイヤが、ボンド・パッドからＩＣパッケージのリード・フレームまたは基板まで張り渡される。図４は、ワイヤ・ボンディングしやすい構成の例示的なＩＣ４００を示す。このＩＣでは、ボンド・パッド４１０で一括して表されている複数のボンド・パッドが、ＩＣの縁部の近くに設置されている。これらのボンド・パッドは能動回路４２０に接続されている。ボンド・パッドと能動回路の間の接続は、様々なレベルのメタライゼーションによって行われる。
【００２７】
極細のワイヤとＩＣボンド・パッドの間の実際の接合は、通常、２つのワイヤ・ボンディング法の１つを使用して形成するが、両方法とも当業者にはよく知られていよう。ボール・ボンディングでは、まずワイヤの端部にボールを形成するが、このワイヤは一般に金を含む。次いでボールをボンド・パッドと接触させる。次いで適当な大きさの圧力と、熱および／または超音波エネルギーを特定の時間ボールに加えて、ボールとボンド・パッドの間にメタラジ溶着部を形成する。ウェッジ・ボンディングでは、一般にアルミニウムを含むワイヤをクランプ固定してボンド・パッドと接触させる。次いでウェッジを特定の大きさの力で押さえつけながら、特定の持続時間ワイヤに超音波エネルギーを加える。それによってワイヤとボンド・パッドの間に溶着部が形成される。
【００２８】
図５は、ワイヤ５１０がキャッピング層１５０にボール・ボンディングされている、図１Ａのボンド・パッド１００の断面図である。重要なことに、ワイヤ・ボンディング材料は、キャッピング層の表面に接合するだけでなく、キャッピング層の溝１６０内にも堆積することができる。このように充填することによって、少なくとも３つの有利な効果が生じる。第１に、ＩＣによって発生した熱がワイヤ接合部に入る前にその中を伝わらなければならない、キャッピング層の体積が減少する。一般的にそうであるが、キャッピング層は銅より熱伝導率がかなり低いアルミニウムから形成されているので、アルミニウムの体積が減少すると、ＩＣからの熱放散を速めるのに役立つ。第２に、溝を充填することによって、ワイヤとボンド・パッドの間の表面積が増大する。これも、構造体間での熱エネルギーの伝導に有利である。最後に、熱伝導のどの側面とも完全に無関係であるが、溝を充填することによってワイヤとボンド・パッドの間の接合強度が増大する。したがって、有利なことに、それによって様々な熱的および機械的応力のもとでワイヤがボンド・パッドから分離する可能性も低減する。
【００２９】
加えて、一部のパッケージング技術では、ワイヤ・ボンディングされたＩＣは、例えばプラスチックを含む成形コンパウンドで封止することができる。この材料の熱伝導性を改善するために、結晶性二酸化ケイ素などのフィラーがしばしば使用される。この成形コンパウンドが存在する場合、それがボンド・パッド１００内の溝１６０をも少なくとも部分的に充填し、それによってＩＣからＩＣパッケージへの熱放散を改善することができる。例えば、図６は、プラスチック封止のＩＣパッケージ内にパッケージングされた例示的ＩＣ６００を示す。このＩＣは、金属製リードフレーム６１０に電気的および熱的に接続されている。この図では部分的に切り欠いてあるプラスチック成形コンパウンド６２０が、ＩＣと、リードフレームの一部分とを封止している。
【００３０】
対照的に、図７は、フリップ・チップ・ボンディング構成における図１Ａのボンド・パッド１００の断面図である。通常、フリップ・チップ・ボンディングでは、まずはんだバンプをＩＣ上のボンド・パッドに取り付ける。このはんだバンプは、それだけには限らないが、蒸着、電気メッキ、印刷、ジェット、スタッド・バンプ、および直接設置を含む多くの方法でボンド・パッド上に形成または設置することができる。はんだは、一般にスズと鉛の合金を含む。ＩＣおよび取り付けたはんだバンプを、所定の位置にした後、通常、はんだバンプの配置と整合するコネクタを有するＩＣパッケージ基板上で裏返しにする。位置合わせした後、はんだバンプを融解させて、ＩＣとＩＣパッケージ基板の間に電気的および熱的接続を形成する。熱は、炉、熱ガス、または他の局所的方法によって与えることができる。
【００３１】
図７を参照すると、キャッピング層１５０の表面にはんだバンプ７１０が形成されていることがわかる。ワイヤ・ボンディングの場合と同様に、はんだバンプの一部分は、キャッピング層内の溝１６０の内側に形成することができる。これらの充填された溝は、上で詳しく述べたのと同じ理由で、はんだバンプを介するＩＣからＩＣパッケージへの熱放散も、ボンド・パッドへのはんだバンプの接着性も向上させる。したがって、本発明の諸態様による装置および方法を用いることによって、フリップ・チップ・パッケージングでも多くの利点を得ることができる。
【００３２】
加えて、はんだバンプを利用してＩＣをＩＣパッケージに接続した後、しばしばＩＣとＩＣパッケージ基板の間にアンダーフィル材料を充填する。このアンダーフィルは、はんだバンプを湿気あるいはその他の大気中の障害要因から保護し、アセンブリにさらなる機械的強度を与え、またＩＣからＩＣパッケージへの熱放散を改善する。アンダーフィル材料は、一般にエポキシをベースとしたものである。ワイヤ・ボンディングにおける成形コンパウンドと同様に、このアンダーフィル材料は、ボンド・パッド１００内の露出した溝１６０をも充填し、それによってＩＣからＩＣパッケージへの熱放散をさらに向上させることができる。
【００３３】
ボンド・パッド内での溝の形成は、ＩＣ内のあらゆるボンド・パッドで実施する必要はなく、例えば、ＩＣパッケージの熱的に過酷な領域であるとわかっている所に設置されたボンド・パッドのみで実施するだけでもよいことに留意されたい。さらに、本発明の諸態様は、一般に「拡張」ボンド・パッドと呼ばれるものに実施することができ、それでもなお本発明の範囲に含まれることに留意されたい。拡張ボンド・パッドは、例えば、「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｈａｖｉｎｇ  ａ  Ｂｏｎｄ  Ｐａｄ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄ  Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ」という名称の米国特許第６８４４６３１号に記載されている。同特許を参照により本明細書に合体する。拡張ボンド・パッドとは、２つの別個のオーバラップしない領域、すなわちＩＣ製造中にプローブ・テストするための領域と、パッケージング中にワイヤ・ボンディングまたはフリップ・チップ・ボンディングすべき領域とを有するように細長くしたＩＣボンド・パッドである。プローブ・テスト用の領域が別になっているため、拡張ボンド・パッドのボンディング部分のプローブ針による損傷が防止される。加えて、拡張ボンド・パッドは、有利なことにＩＣパッケージ内のＩＣからの熱放散のためのより大きな面積の露出金属を提供する。
【００３４】
本発明の例示的諸実施形態をここでは添付の図に関して説明してきたが、本発明はこれらの厳密な実施形態に限定されるものではなく、当然のことながら、当業者なら、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、それに他の様々な変更および修正を加えることができることを強調しておきたい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１Ａ】本発明の第１の例示的実施形態によるボンド・パッドの平面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの実施形態の断面図である。
【図２】本発明の第２の例示的実施形態によるボンド・パッドの平面図である。
【図３】本発明の第３の例示的実施形態によるボンド・パッドの平面図である。
【図４】例示的ＩＣの平面図である。
【図５】ワイヤ・ボンディング構成における図１Ａの実施形態の断面図である。
【図６】部分的に切り欠いたＩＣパッケージ内に実装された例示的ＩＣの斜視図である。
【図７】フリップ・チップ・ボンディング構成における図１Ａの実施形態の断面図である。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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