[发明专利]用于半导体装置的引线键合

说明书

半导体装置包含集成电路裸片，所述集成电路裸片具有键合垫和键合线。所述键合线通过球形键合连接到所述键合垫中的相应键合垫。所述球形键合与所述键合垫之间的接触区域具有非圆形的预定形状并且所述预定形状包含至少一个对称轴。球形键合长度与球形键合宽度的比率可以等于键合垫长度与键合垫宽度的比率。

相关申请的交叉参考

本申请要求2020年8月13日提交的第63/065,191号美国临时申请的优先权和权益，所述申请以全文引用的方式并入本文中。

背景技术

本公开涉及用于半导体装置，特别是细间距和超细间距半导体装置的引线键合。在一些实施例中，本公开涉及用于引线键合的方法。在另外的实施例中，本公开涉及用于引线键合的毛细管。

引线键合是在半导体装置(例如，集成电路(IC)裸片)与其封装和/或其它电子组件之间形成互连的工艺。根据此工艺，金属线(例如，金、铜、铝，或其合金)通常通过热和压力的组合焊接到IC裸片或其它半导体装置的键合垫。有时称为球形键合的常规引线键合工艺通常涉及通过中空毛细管馈送金属线并且熔化延伸穿过毛细管的尖端的导线端部。由于表面张力，熔融金属在导线端部形成球。然后，毛细管的尖端将球压在且平贴在键合垫的表面上，并且热量和/或超声能量将压平的球焊接到键合垫以形成球形键合。球形键合可以在直径为例如约35μm的键合垫上具有大体上圆形的占用空间。

随着半导体装置的容量不断增加，某些半导体装置所需的输入/输出连接的数目相应地增加。为了在不增加封装大小的情况下适应连接的增加，一些半导体装置利用较小的键合垫尺寸来允许更多数目的键合垫。此外，还可以减小相邻键合垫之间的中心至中心或第一边缘至第一边缘距离(键合垫间距)，以允许更密集的键合垫布置。例如，一些现有IC裸片包含尺寸为约100μm×约50μm或更小的键合垫，且具有小于100μm的键合垫间距。如本文所使用，术语“细间距”指代至多100μm的键合垫间距，并且术语“超细间距”指代至多60μm的键合垫间距。

随着键合垫的尺寸接近球形键合的直径并且键合垫之间的间隔减小，引线键合工艺变得更具挑战性，因为出现缺陷的可能性更大并且需要更严格的公差。例如，未正确居中或定位在键合垫上的球形键合可以延伸通过键合垫的边缘并接触相邻的键合垫，从而导致短路。如果球形键合形状不规则并且延伸超出键合垫的边缘，也可能发生类似的问题(例如，如图5中所示)。克服此困难的一个方法是例如通过在引线键合工艺中使用更细的导线和/或通过使用具有较小直径的毛细管产生较小的球形键合。然而，较小的球形键合与键合垫的表面接触相对较少，这可能减弱键合强度以及减少电流。因此，在保持与底层键合垫的充分表面接触的同时，具有可以与细间距或超细间距半导体装置一起使用的球形键合将是有利的。

发明内容

根据一些实施例，本公开提供一种半导体装置，所述半导体装置包含集成电路裸片，所述集成电路裸片具有多个键合垫和多条键合线，所述多条键合线中的每一个通过球形键合物理连接到所述多个键合垫中的相应一个键合垫。在一些实施例中，每个球形键合与相应键合垫之间的接触区域具有非圆形形状并且所述形状包含第一对称轴。在一些实施例中，接触区域的形状包含第二对称轴，所述第二对称轴垂直于所述第一对称轴。在一些实施例中，接触区域的形状包含不超过两个对称轴。接触区域的形状可以是例如体育场形、卵形、椭圆形、矩形、圆角矩形，或菱形。

在一些实施例中，每个球形键合包含球形键合宽度和球形键合长度，并且其中球形键合长度与球形键合宽度的比率大于1.1。在一些实施例中，球形键合长度与球形键合宽度的比率等于或大于2.0。在一些实施例中，球形键合长度是沿着第一对称轴的接触区域形状的最大尺寸。在一些实施例中，键合垫中的每一个包含键合垫宽度和键合垫长度，并且球形键合长度与球形键合宽度的比率等于键合垫长度与键合垫宽度的比率±10％。在一些实施例中，球形键合长度与球形键合宽度的比率等于键合垫长度与键合垫宽度的比率±5％。在一些实施例中，球形键合长度与球形键合宽度的比率等于键合垫长度与键合垫宽度的比率。在一些实施例中，接触区域大于直径等于球形键合宽度的圆的区域。