專利名稱：覆晶接合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種覆晶接合結(jié)構(gòu)，特別是一種具有細(xì)間距高密集度焊墊的覆晶接合結(jié)構(gòu)。


圖1A至圖1G顯示一種傳統(tǒng)封裝制程的凸塊形成。參考圖1A所示，顯示一焊接凸塊形成前的組件封裝結(jié)構(gòu)，此組件封裝結(jié)構(gòu)包含一組件100、一焊墊102(Pad)、一保護(hù)層104(Passivation Layer)與一焊接凸塊下金屬層106(Under Bump Metal)。如圖1B所示，為了形成焊接凸塊于焊接凸塊下金屬層106上，必須形成一光阻層108于圖1A所示的結(jié)構(gòu)上。接著如圖1C所示，以微影制程將光阻層108暴光顯影以暴露出焊接凸塊下金屬層106，使焊接凸塊能形成于焊接凸塊下金屬層106。接著如圖1D所示，以電鍍的制程將一焊接凸塊(SolderBump)110形成于焊接凸塊下金屬層106上，而一般電鍍的過(guò)程繁復(fù)且耗時(shí)較長(zhǎng)久制造成本較高。另一種形成焊接凸塊于焊接凸塊下金屬層106上的制程是利用鋼版(Stencil Mask)將焊錫膏利用印刷法填入鋼版上的開(kāi)口，前提是鋼版上的圖案必須與焊接凸塊下金屬層106精確對(duì)準(zhǔn)。還有一種形成焊接凸塊于焊接凸塊下金屬層106上的制程是利用一種光阻膜定義的印刷(Photo Film Defined Printing)方式，但是受限于光阻膜(Photo Film)的分辨率而不適于形成高縱橫比(HighAspect Ratio)細(xì)間距(Fine Pitch)的焊接凸塊。
圖1E顯示形成焊接凸塊110后移除光阻層108的結(jié)果。而圖1F顯示蝕刻焊接凸塊下金屬層106以暴露出保護(hù)層104的結(jié)果。在正式進(jìn)行焊接前，經(jīng)回焊(Reflow)制程加熱后，焊接凸塊110形成如圖1G所示的型態(tài)。
上述傳統(tǒng)封裝制程的凸塊形成具有以下多項(xiàng)缺點(diǎn)。圖1A至圖1G所示的凸塊形成使用了耗時(shí)且高成本的電鍍制程，而使用鋼版形成焊接凸塊對(duì)準(zhǔn)不易且鋼版成本高。另外光阻膜定義的印刷(Photo FilmDefined Printing)的方式受限于光阻膜(Photo Film)的分辨率而不適于形成高縱橫比(High Aspect Ratio)細(xì)間距的焊接凸塊。
本實(shí)用新型的一目的為提供一種低成本與制程精簡(jiǎn)且制程所需時(shí)間較短的覆晶接合結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的另一目的為提供一種對(duì)準(zhǔn)精確度高的高分辨率覆晶接合結(jié)構(gòu)。
本實(shí)用新型的另一目的為提供一種可形成尺寸小的焊接凸塊與焊接凸塊間距的覆晶接合結(jié)構(gòu)。
為了達(dá)成上述的目的，本實(shí)用新型提供一種覆晶接合結(jié)構(gòu)，該覆晶接合結(jié)構(gòu)形成包含以下步驟。首先提供一基板與一晶圓，其中該基板上具有多個(gè)第一焊墊與第一介電層，而該晶圓上具有多個(gè)第二焊墊、一具有多個(gè)第一開(kāi)口以暴露出該第二焊墊的保護(hù)層及多個(gè)位于該第二焊墊上的焊接凸塊下導(dǎo)體層。接著以一垂直方向開(kāi)孔加工的制程轉(zhuǎn)移多個(gè)第一焊接凸塊的圖案進(jìn)入該第一介電層以形成多個(gè)第二開(kāi)口并暴露出該第一焊墊，并將焊料填入該第二開(kāi)口。然后對(duì)該基板執(zhí)行回焊制程以形成多個(gè)第一焊接凸塊。移除該第一介電層并對(duì)該第一焊接凸塊執(zhí)行一壓平制程。形成一非感旋光性第二介電層覆蓋該晶圓，借助一垂直方向開(kāi)孔加工的制程轉(zhuǎn)移多個(gè)第二焊接凸塊的圖案進(jìn)入該介電層以形成多個(gè)第三開(kāi)口并暴露出該焊接凸塊下導(dǎo)體層。將焊料填入該第三開(kāi)口，并對(duì)該晶圓執(zhí)行一次回焊制程以形成多個(gè)第二焊接凸塊，其中第一介電層的厚度大于第二介電層的厚度，因此第二焊接凸塊為體積較小的微小凸塊(Mini-Bump)。于基板及晶圓切割成單位基板及芯片后，以該多個(gè)第二焊接凸塊對(duì)準(zhǔn)該多個(gè)第一焊接凸塊以焊接結(jié)合該基板與該芯片，最后再構(gòu)裝固定該基板與該芯片。
以本實(shí)用新型的覆晶接合結(jié)構(gòu)形成本實(shí)用新型一較佳實(shí)施例的覆晶接合構(gòu)裝結(jié)構(gòu)，該覆晶接合構(gòu)裝結(jié)構(gòu)包含一基板，該基板上具有多個(gè)第一焊墊，該多個(gè)第一焊墊上具有多個(gè)頂部平坦的第一焊接凸塊；一芯片，該芯片上具有多個(gè)第二焊墊、一具有多個(gè)開(kāi)口以暴露出該第二焊墊的保護(hù)層及多個(gè)位于該第二焊墊上的焊接凸塊下導(dǎo)體層，一非感旋光性介電層覆蓋該保護(hù)層并暴露出該多個(gè)焊接凸塊下導(dǎo)體層，多個(gè)第二焊接凸塊位于該多個(gè)焊接凸塊下導(dǎo)體層上，其中該第一焊接凸塊的高度大于該第二焊接凸塊，并且該多個(gè)第一焊接凸塊與該多個(gè)第二焊接凸塊個(gè)別對(duì)準(zhǔn)焊接電性結(jié)合，使該基板與該芯片結(jié)合；及一構(gòu)裝填充物填滿該基板與該芯片的間，以構(gòu)裝固定該基板與該芯片。
圖1E顯示移除光阻層的結(jié)果；圖1F顯示蝕刻焊接凸塊下金屬層以暴露出保護(hù)層的結(jié)果；圖1G顯示焊接凸塊經(jīng)回焊的結(jié)果；圖2A顯示一基板上具有多個(gè)覆晶接合凸塊焊墊與與一介電層；圖2B顯示蝕刻介電層以暴露出基板與覆晶接合凸塊焊墊的結(jié)果；圖2C顯示將焊料填入暴露出凸塊焊墊的開(kāi)口內(nèi)，并將溢出的焊料移除的結(jié)果；圖2D顯示將圖2C中所示的焊料經(jīng)回焊制程形成焊接凸塊的結(jié)果；圖2E顯示將圖2D中所示的介電層移除，并對(duì)焊接凸塊進(jìn)行壓平制程的結(jié)果；圖3A顯示本實(shí)用新型包含集成電路芯片的晶圓部份組件封裝結(jié)構(gòu)；圖3B顯示蝕刻介電層以形成開(kāi)口并暴露出焊接凸塊下金屬層的結(jié)果；圖3C顯示將焊料填入暴露出凸塊下金屬層的開(kāi)口內(nèi)，并將溢出的焊料移除的結(jié)果；圖4A顯示將圖2E所示的基板與圖3C所示的晶圓切割后進(jìn)行覆晶焊接結(jié)合的結(jié)果；圖4B顯示將灌膠混合物或覆晶填充(Underfill)物填入圖4A所示結(jié)構(gòu)的結(jié)果。
圖中符號(hào)說(shuō)明100 組件102 焊墊104 保護(hù)層106 焊接凸塊下金屬層108 光阻層焊接110 凸塊
200 基板202 覆晶接合凸塊焊墊204 介電層206 焊料208 焊接凸塊300 芯片302 焊墊304 保護(hù)層306 焊接凸塊下金屬層308 介電層310 焊接凸塊400 灌膠混合物或覆晶填充物以下將根據(jù)本實(shí)用新型的附圖做詳細(xì)的說(shuō)明，請(qǐng)注意圖標(biāo)均為簡(jiǎn)單的形式且未依照比例描繪，而尺寸均被夸大以利于了解本實(shí)用新型。
在本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例中，覆晶接合結(jié)構(gòu)與形成應(yīng)用于覆晶封裝(Flip Chip Package)制程上。圖2A至圖2E以及圖3A至圖3C分別顯示本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中的有關(guān)于基板(Substrate)部份及包含集成電路芯片的晶圓部份的制程，而圖4A至圖4B則顯示單位基板與芯片覆晶接合制程與結(jié)構(gòu)。
參考圖2A所示，一基板200上具有多個(gè)覆晶接合凸塊焊墊(FlipChip Bump Pad)202與一介電層204，其中基板200上亦可具有防焊膜(Solder Mask)(圖中未示)。覆晶接合凸塊焊墊202可以傳統(tǒng)的材料與制程形成。此介電層204以一離形膜(Release Film)較佳。而離形膜為一般封裝制程所用的介電膜，用於防止基板在運(yùn)送至后續(xù)制程的過(guò)程中遭受外部環(huán)境所污染。本實(shí)用新型使用的離形膜則用於定義基板上焊接凸塊的形成位置并于制程完成后可剝離除去。
接著參考圖2B所示，顯示蝕刻介電層204以暴露出基板200與覆晶接合凸塊焊墊202的結(jié)果。介電層204為離形膜，蝕刻介電層204的方式為垂直方向開(kāi)孔加工的制程，例如非等向性蝕刻法。特別是以激光開(kāi)孔(Laser)的方式或是電漿蝕刻(Plasma Etching)的制程移除離形膜位於凸塊焊墊202上的部分，以形成開(kāi)口(Opening)。利用激光開(kāi)孔或是電漿蝕刻可以達(dá)成高分辨率精確對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口，使焊接凸塊能準(zhǔn)確形成于凸塊焊墊上，同時(shí)可進(jìn)一步縮小焊接凸塊的間距(Pitch)，并成功地形成高縱橫比(high Aspect Ratio)細(xì)間距高密集度的焊接凸塊。
參考圖2C所示，顯示將焊料206以刮刀印刷(Squeegee Printing)的方式填入暴露出凸塊焊墊202的開(kāi)口內(nèi)，并將溢出的焊料移除。焊料206包含焊膏或微小焊球(Solder Paste/Solder Powder)，而焊膏或微小焊球焊膏由許多微小焊球(Solder Sphere)、溶劑與助焊(熔)劑(Flux)構(gòu)成，焊球通常為共晶成分的錫鉛合金。接著參考圖2D所示，圖2C中所示的焊料206經(jīng)固化(Curing)及/或回焊(Reflow)制程形成圖中的焊接凸塊208，而當(dāng)使用微小焊球則須于印刷后回焊前再加入助焊劑，如此可將焊球氣泡縮減至最少。
參考圖2E所示，將圖2D中所示的離形膜介電層204移除，離形膜204移除后，對(duì)基板執(zhí)行一干式蝕刻制程清洗基板表面，并對(duì)焊接凸塊208進(jìn)行一次壓平(Coining)制程使焊接凸塊208頂部平坦化并有較佳的共平面性以利與晶圓上的焊接凸塊接合。此外，在進(jìn)行壓平制程使焊接凸塊208頂部平坦化之前，亦可再進(jìn)行一次回焊制程。
圖3A至圖3C顯示本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中有關(guān)于包含集成電路芯片的晶圓部份的制程。首先參考圖3A所示，顯示本實(shí)用新型包含集成電路芯片的晶圓部份組件封裝結(jié)構(gòu)，此晶圓部份組件封裝結(jié)構(gòu)包含芯片300、焊墊302(Metal Pad)、保護(hù)層304(Passivation Layer)、焊接凸塊下金屬層306(Under Bump Metal)以及一介電層308。焊墊302包含鋁焊墊，但其它材料焊墊亦不應(yīng)被排除。焊墊302可以傳統(tǒng)的沉積、微影與蝕刻制程形成。保護(hù)層304可由傳統(tǒng)制程形成。保護(hù)層304以傳統(tǒng)的微影與蝕刻制程形成開(kāi)口并暴露出焊墊302。焊接凸塊下金屬層306以傳統(tǒng)的沉積、微影與蝕刻制程形成于開(kāi)口內(nèi)及焊墊302上。介電層308包含非感光型介電材質(zhì)且以一離形膜較佳，其厚度小於前述基板上介電層204的厚度。
接著參考圖3B所示，以垂直方向開(kāi)孔加工的方式蝕刻介電層308以形成開(kāi)口并暴露出焊接凸塊下金屬層306。此垂直方向開(kāi)孔加工的制程包含激光開(kāi)孔或是電漿蝕刻法。利用電漿蝕刻的制程來(lái)形成開(kāi)口必須於離形膜上應(yīng)用蝕刻遮罩。利用激光開(kāi)孔或是電漿蝕刻可以達(dá)成高分辨率精確對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口，使焊接凸塊能準(zhǔn)確形成于凸塊下金屬層上，同時(shí)可進(jìn)一步縮小焊接凸塊的間距，并成功地形成細(xì)間距高密集度的焊接凸塊。然后參考圖3C所示，將焊料以刮刀印刷(SqueegeePrinting)的方式填入暴露出凸塊下金屬層306的開(kāi)口內(nèi)，并將溢出的焊料移除。焊料包含焊膏或微小焊球(Solder Paste/Solder Powder)。焊膏由許多微小焊球(Solder Sphere)、溶劑與助焊(熔)劑(Flux)構(gòu)成，而焊球通常為共晶成分的錫鉛合金。焊料經(jīng)回焊(Reflow)制程形成圖中的微小焊接凸塊或迷你凸塊(Mini-Bump)310，因?yàn)榻殡妼?08的厚度相對(duì)于基板上制程中介電層204的厚度較小，故晶圓上所形成的焊接凸塊的體積相對(duì)較小。而當(dāng)使用微小焊球則須于印刷后回焊前再加入助焊劑，如此可將焊球氣泡縮減至最少。接著可將介電層308移除也可不移除，并可使用干式蝕刻或電漿清洗表面。
圖4A至圖4B顯示本實(shí)用新型較佳實(shí)施例中有關(guān)于基板部份與晶圓部份覆晶接合制程與結(jié)構(gòu)。在將圖2E所示的基板先行切割以及將圖3C所示的晶圓切割成芯片(Chip)之后，參考圖4A所示，進(jìn)行覆晶封裝制程，將單位基板的焊接凸塊208對(duì)準(zhǔn)芯片的微小焊接凸塊310。圖4B則顯示將灌膠混合物(Molding Compound)或覆晶填充(Underfill)物400填入圖4A所示結(jié)構(gòu)的結(jié)果，以完成覆晶接合結(jié)構(gòu)。
一般而言，在覆晶焊接凸塊制程中難以避免空孔(Void)的產(chǎn)生，而空洞對(duì)于芯片端的影響較基板端大，為有效提升焊接接合的可靠度，在本實(shí)用新型中，由于晶圓上所應(yīng)用的介電層308的厚度相對(duì)于基板上制程中所用的介電層204的厚度為小，故晶圓上所形成的焊接凸塊的體積相對(duì)較小，而形成體積迷你凸塊(Mini Bump)，并且制程中在晶圓上以刮刀印刷填入的焊料體積較小，因刮刀印刷所產(chǎn)生的空孔較容易逸出，因此可將焊接凸塊內(nèi)接近焊接凸塊下金屬層接口的空孔(Void)數(shù)量減至最少且體積減至最小，如此可增加焊接接合的可靠度。同時(shí)利用激光開(kāi)孔的方式或是電漿蝕刻的制程來(lái)精確定位基板上的焊接凸塊與晶圓上的焊接凸塊的形成位置，可以於介電層內(nèi)形成高分辨率精確對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口，使焊接凸塊能準(zhǔn)確形成于基板上的凸塊焊墊與晶圓上的焊接凸塊下金屬層上，同時(shí)可進(jìn)一步縮小焊接凸塊的間距，并成功地形成細(xì)間距高密集度的焊接凸塊，同時(shí)可克服使用鋼版(Stencil Mask)形成焊接凸塊所造成的對(duì)準(zhǔn)不易及鋼版(StencilMask)高成本的問(wèn)題，以及解決傳統(tǒng)光阻膜定義的印刷(Photo FilmDefined Printing)方式受限于光阻膜(Photo Film)的分辨率而難以形成細(xì)間距的焊接凸塊或焊墊的問(wèn)題。此外，利用焊膏或微小焊球填入細(xì)間距高密集度以及高分辨率精確對(duì)準(zhǔn)的開(kāi)口內(nèi)以形成焊接凸塊可解決傳統(tǒng)以電鍍法形成焊接凸塊耗時(shí)且高成本的問(wèn)題。
上述有關(guān)實(shí)用新型的詳細(xì)說(shuō)明僅為范例并非限制。其它不脫離本實(shí)用新型的精神的等效改變或修飾均應(yīng)包含在的本實(shí)用新型的權(quán)利要求書(shū)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種覆晶(Flip-Chip)接合構(gòu)裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含一基板，該基板上具有多個(gè)第一焊墊，該多個(gè)第一焊墊上具有多個(gè)頂部平坦的第一焊接凸塊；一芯片，該芯片上具有多個(gè)第二焊墊，一具有多個(gè)開(kāi)口以暴露出該第二焊墊的保護(hù)層，多個(gè)位于該第二焊墊上的焊接凸塊下導(dǎo)體層(UBM)，一非感旋光性介電層覆蓋該保護(hù)層并具有多個(gè)開(kāi)口以暴露出該多個(gè)焊接凸塊下導(dǎo)體層；多個(gè)第二焊接凸塊位于該多個(gè)焊接凸塊下導(dǎo)體層上、該非感旋光性介電層的多個(gè)開(kāi)口中，其中該第二焊接凸塊的高度小于該第一焊接凸塊的高度；及一構(gòu)裝填充物填滿該基板與該芯片的間，以構(gòu)裝固定該基板與該芯片，其中該多個(gè)第一焊接凸塊與該多個(gè)第二焊接凸塊個(gè)別對(duì)準(zhǔn)焊接結(jié)合，使該基板與該芯片電性結(jié)合。
2.如權(quán)利要求1所述的覆晶接合構(gòu)裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該非感旋光性介電層包含一離形膜。
3.如權(quán)利要求1所述的覆晶接合構(gòu)裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該多個(gè)第二焊接凸塊以刮刀印刷(Squeegee Printing)及回焊(Reflow)的方式形成。
4.如權(quán)利要求1所述的覆晶接合構(gòu)裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該構(gòu)裝填充物包含一覆晶填充物(Underfill)。
5.如權(quán)利要求1所述的覆晶接合構(gòu)裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該構(gòu)裝填充物包含一灌膠混合物(Molding Compound)。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種覆晶接合結(jié)構(gòu)，利用在晶圓的焊接凸塊下金屬層上形成體積迷你凸塊(Mini Bump)，可將焊接凸塊內(nèi)接近焊接凸塊下金屬層接口的空孔(Void)數(shù)量減至最少且體積減至最小，以增加焊接接合的可靠度，此外，在晶圓上以刮刀印刷填入的焊料體積較小，因此所產(chǎn)生的空孔較容易逸出，同時(shí)利用激光開(kāi)孔的方式或是電漿蝕刻的制程來(lái)精確定位基板上的焊接凸塊與晶圓上的焊接凸塊的形成位置，使焊接凸塊能準(zhǔn)確形成于基板上的凸塊焊墊與晶圓上的焊接凸塊下金屬層上，同時(shí)可縮小焊接凸塊的間距，形成細(xì)間距高密集度的焊接凸塊。
文檔編號(hào)H01L21/60GK2565149SQ02246858
公開(kāi)日2003年8月6日 申請(qǐng)日期2002年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月13日
發(fā)明者何昆耀, 宮振越 申請(qǐng)人:威盛電子股份有限公司