专利名称：覆晶接合结构与形成方法
技术领域：
本发明关于一种覆晶接合结构与形成方法，特别是一种具有细间距高密集度焊垫的覆晶接合结构与形成方法。
图1A至图1G显示一种传统封装制程的凸块形成方法。参考图1A所示，显示一焊接凸块形成前的组件封装结构，此组件封装结构包含一组件100、一焊垫102(Pad)、一保护层104(Passivation Layer)与一焊接凸块下金属层106(Under Bump Metal)。如图1B所示，为了形成焊接凸块于焊接凸块下金属层106上，必须形成一光阻层108于图1A所示的结构上。接着如图1C所示，以微影制程将光阻层108曝光显影以暴露出焊接凸块下金属层106，使焊接凸块能形成于焊接凸块下金属层106。接着如图1D所示，以电镀的制程将一焊接凸块(Solder Bump)110形成于焊接凸块下金属层106上，而一般电镀的过程繁复且耗时较长久制造成本较高。另一种形成焊接凸块于焊接凸块下金属层106上的方法是利用钢版(Stencil Mask)将焊锡膏利用印刷法填入钢版上的开口，前提是钢版上的图案必须与焊接凸块下金属层106精确对准。还有一种形成焊接凸块于焊接凸块下金属层106上的方法是利用一种光阻膜定义的印刷(Photo Film Defined Printing)方式，但是受限于光阻膜(Photo Film)的分辨率而不适于形成高纵横比(High Aspect Ratio)细间距(Fine Pitch)的焊接凸块。
图1E显示形成焊接凸块110后移除光阻层108的结果。而图1F显示蚀刻焊接凸块下金属层106以暴露出保护层104的结果。在正式进行焊接前，经回焊(Reflow)制程加热后，焊接凸块110形成如图1G所示的型态。
上述传统封装制程的凸块形成方法具有以下多项缺点。图1A至图1G所示的凸块形成方法使用了耗时且高成本的电镀制程，而使用钢版形成焊接凸块对准不易且钢版成本高。另外光阻膜定义的印刷(Photo Film Defined Printing)的方式受限于光阻膜(Photo Film)的分辨率而不适于形成高纵横比(High Aspect Ratio)细间距的焊接凸块。
本发明的一目的为提供一种低成本与制程精简且制程所需时间较短的覆晶接合结构与形成方法。
本发明的另一目的为提供一种对准精确度高的高分辨率覆晶接合结构与形成方法。
本发明的另一目的为提供一种可形成尺寸小的焊接凸块与焊接凸块间距的覆晶接合结构与形成方法。
为了达成上述的目的，本发明提供一种覆晶接合结构形成方法，该覆晶接合结构形成方法包含以下步骤。首先提供一基板与一晶圆，其中该基板上具有多个第一焊垫与第一介电层，而该晶圆上具有多个第二焊垫、一具有多个第一开口以暴露出该第二焊垫的保护层及多个位于该第二焊垫上的焊接凸块下导体层。接着以一垂直方向开孔加工的方法转移多个第一焊接凸块的图案进入该第一介电层以形成多个第二开口并暴露出该第一焊垫，并将焊料填入该第二开口。然后对该基板执行回焊制程以形成多个第一焊接凸块。移除该第一介电层并对该第一焊接凸块执行一压平制程。形成一非感旋光性第二介电层覆盖该晶圆，借助一垂直方向开孔加工的方法转移多个第二焊接凸块的图案进入该介电层以形成多个第三开口并暴露出该焊接凸块下导体层。将焊料填入该第三开口，并对该晶圆执行一次回焊制程以形成多个第二焊接凸块，其中第一介电层的厚度大于第二介电层的厚度，因此第二焊接凸块为体积较小的微小凸块(Mini-Bump)。于基板及晶圆切割成单位基板及芯片后，以该多个第二焊接凸块对准该多个第一焊接凸块以焊接结合该基板与该芯片，最后再构装固定该基板与该芯片。
以本发明的覆晶接合结构形成方法形成本发明一较佳实施例的覆晶接合构装结构，该覆晶接合构装结构包含一基板，该基板上具有多个第一焊垫，该多个第一焊垫上具有多个顶部平坦的第一焊接凸块；一芯片，该芯片上具有多个第二焊垫、一具有多个开口以暴露出该第二焊垫的保护层及多个位于该第二焊垫上的焊接凸块下导体层，一非感旋光性介电层覆盖该保护层并暴露出该多个焊接凸块下导体层，多个第二焊接凸块位于该多个焊接凸块下导体层上，其中该第一焊接凸块的高度大于该第二焊接凸块，并且该多个第一焊接凸块与该多个第二焊接凸块个别对准焊接电性结合，使该基板与该芯片结合；及一构装填充物填满该基板与该芯片的间，以构装固定该基板与该芯片。
图1F显示蚀刻焊接凸块下金属层以暴露出保护层的结果；图1G显示焊接凸块经回焊的结果；图2A显示一基板上具有多个覆晶接合凸块焊垫与与一介电层；图2B显示蚀刻介电层以暴露出基板与覆晶接合凸块焊垫的结果；图2C显示将焊料填入暴露出凸块焊垫的开口内，並將溢出的焊料移除的结果；图2D显示将图2C中所示的焊料经回焊制程形成焊接凸块的结果；图2E显示将图2D中所示的介电层移除，并对焊接凸块进行压平制程的结果；图3A显示本发明包含集成电路芯片的晶圆部份组件封装结构；图3B显示蚀刻介电层以形成开口並暴露出焊接凸块下金属层的结果；图3C显示将焊料填入暴露出凸块下金属层的开口内，並將溢出的焊料移除的结果；图4A显示将图2E所示的基板与图3C所示的晶圆切割后进行覆晶焊接结合的结果；图4B显示将灌胶混合物或覆晶填充(Underfill)物填入图4A所示结构的结果。
图中符号说明100组件102焊垫104保护层106焊接凸块下金属层108光阻层焊接110凸块200基板202覆晶接合凸块焊垫
204介电层206焊料208焊接凸块300芯片302焊垫304保护层306焊接凸块下金属层308介电层310焊接凸块400灌胶混合物或覆晶填充物以下将根据本发明的附图做详细的说明，请注意图标均为简单的形式且未依照比例描绘，而尺寸均被夸大以利于了解本发明。
在本发明的较佳实施例中，覆晶接合结构与形成方法应用于覆晶封装(Flip Chip Package)制程上。图2A至图2E以及图3A至图3C分别显示本发明较佳实施例中的有关于基板(Substrate)部份及包含集成电路芯片的晶圆部份的制程，而图4A至图4B则显示单位基板与芯片覆晶接合制程与结构。
参考图2A所示，一基板200上具有多个覆晶接合凸块焊垫(FlipChip Bump Pad)202与一介电层204，其中基板200上亦可具有防焊膜(Solder Mask)(图中未示)。覆晶接合凸块焊垫202可以传统的材料与方法形成。此介电层204以一离形膜(Release Film)较佳。而离形膜为一般封装制程所用的介电膜，用於防止基板在运送至后续制程的过程中遭受外部环境所污染。本发明使用的离形膜则用於定义基板上焊接凸块的形成位置并于制程完成后可剥离除去。
接着参考图2B所示，显示蚀刻介电层204以暴露出基板200与覆晶接合凸块焊垫202的结果。介电层204为离形膜，蚀刻介电层204的方式为垂直方向开孔加工的方法，例如非等向性蚀刻法。特别是以激光开孔(Laser)的方式或是电浆蚀刻(Plasma Etching)的制程移除离形膜位於凸块焊垫202上的部分，以形成开口(Opening)。利用激光开孔或是电浆蚀刻可以达成高分辨率精确对准的开口，使焊接凸块能准确形成于凸块焊垫上，同時可进一步缩小焊接凸块的间距(Pitch)，并成功地形成高纵横比(high Aspect Ratio)细间距高密集度的焊接凸块。
参考图2C所示，显示将焊料206以刮刀印刷(Squeegee Printing)的方式填入暴露出凸块焊垫202的开口内，並將溢出的焊料移除。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许多微小焊球(Solder Sphere)、溶剂与助焊(熔)剂(Flux)构成，焊球通常为共晶成分的锡铅合金。接着参考图2D所示，图2C中所示的焊料206经固化(Curing)及/或回焊(Reflow)制程形成图中的焊接凸块208，而当使用微小焊球则须于印刷后回焊前再加入助焊剂，如此可将焊球气泡缩减至最少。
参考图2E所示，将图2D中所示的离形膜介电层204移除，离形膜204移除后，对基板执行一干式蚀刻制程清洗基板表面，并对焊接凸块208进行一次压平(Coining)制程使焊接凸块208顶部平坦化并有较佳的共平面性以利与晶圆上的焊接凸块接合。此外，在进行压平制程使焊接凸块208顶部平坦化之前，亦可再进行一次回焊制程。
图3A至图3C显示本发明较佳实施例中有关于包含集成电路芯片的晶圆部份的制程。首先参考图3A所示，显示本发明包含集成电路芯片的晶圆部份组件封装结构，此晶圆部份组件封装结构包含芯片300、焊垫302(Metal Pad)、保护层304(Passivation Layer)、焊接凸块下金属层306(Under Bump Metal)以及一介电层308。焊垫302包含铝焊垫，但其它材料焊垫亦不应被排除。焊垫302可以传统的沉积、微影与蚀刻制程形成。保护层304可由传统方法形成。保护层304以传统的微影与蚀刻制程形成开口并暴露出焊垫302。焊接凸块下金属层306以传统的沉积、微影与蚀刻制程形成于开口内及焊垫302上。介电层308包含非感光型介电材质且以一离形膜较佳，其厚度小於前述基板上介电层204的厚度。
接着参考图3B所示，以垂直方向开孔加工的方式蚀刻介电层308以形成开口並暴露出焊接凸块下金属层306。此垂直方向开孔加工的方法包含激光开孔或是电浆蚀刻法。利用电浆蚀刻的制程来形成开口必須於离形膜上應用蚀刻遮罩。利用激光开孔或是电浆蚀刻可以达成高分辨率精确对准的开口，使焊接凸块能准确形成于凸块下金属层上，同時可进一步缩小焊接凸块的间距，并成功地形成细间距高密集度的焊接凸块。然后参考图3C所示，将焊料以刮刀印刷(SqueegeePrinting)的方式填入暴露出凸块下金属层306的开口内，並將溢出的焊料移除。焊料包含焊膏或微小焊球(Solder Paste/Solder Powder)。焊膏由许多微小焊球(Solder Sphere)、溶剂与助焊(熔)剂(Flux)构成，而焊球通常为共晶成分的锡铅合金。焊料经回焊(Reflow)制程形成图中的微小焊接凸块或迷你凸块(Mini-Bump)310，因为介电层308的厚度相对于基板上制程中介电层204的厚度较小，故晶圆上所形成的焊接凸块的体积相对较小。而当使用微小焊球则须于印刷后回焊前再加入助焊剂，如此可将焊球气泡缩减至最少。接着可将介电层308移除也可不移除，並可使用干式蚀刻或电浆清洗表面。
图4A至图4B显示本发明较佳实施例中有关于基板部份与晶圆部份覆晶接合制程与结构。在将图2E所示的基板先行切割以及将图3C所示的晶圆切割成芯片(Chip)之后，参考图4A所示，进行覆晶封装制程，将单位基板的焊接凸块208对准芯片的微小焊接凸块310。图4B则显示将灌胶混合物(Molding Compound)或覆晶填充(Underfill)物400填入图4A所示结构的结果，以完成覆晶接合结构。
一般而言，在覆晶焊接凸块制程中难以避免空孔(Void)的产生，而空洞对于芯片端的影响较基板端大，为有效提升焊接接合的可靠度，在本发明中，由于晶圆上所应用的介电层308的厚度相对于基板上制程中所用的介电层204的厚度为小，故晶圆上所形成的焊接凸块的体积相对较小，而形成体积迷你凸块(Mini Bump)，并且制程中在晶圆上以刮刀印刷填入的焊料体积较小，因刮刀印刷所产生的空孔较容易逸出，因此可将焊接凸块内接近焊接凸块下金属层接口的空孔(Void)数量减至最少且体积减至最小，如此可增加焊接接合的可靠度。同时利用激光开孔的方式或是电浆蚀刻的制程来精确定位基板上的焊接凸块与晶圆上的焊接凸块的形成位置，可以於介电层内形成高分辨率精确对准的开口，使焊接凸块能准确形成于基板上的凸块焊垫与晶圆上的焊接凸块下金属层上，同時可进一步缩小焊接凸块的间距，并成功地形成细间距高密集度的焊接凸块，同时可克服使用钢版(Stencil Mask)形成焊接凸块所造成的对准不易及钢版(StencilMask)高成本的问题，以及解决传统光阻膜定义的印刷(Photo FilmDefined Printing)方式受限于光阻膜(Photo Film)的分辨率而难以形成细间距的焊接凸块或焊垫的问题。此外，利用焊膏或微小焊球填入细间距高密集度以及高分辨率精确对准的开口内以形成焊接凸块可解决传统以电镀法形成焊接凸块耗时且高成本的问题。
上述有关发明的详细说明仅为范例并非限制。其它不脱离本发明的精神的等效改变或修饰均应包含在的本发明的权利要求书的范围之内。
权利要求
1.一种覆晶(Flip-Chip)接合结构形成方法，其特征在于，包含提供一基板与一晶圆，其中该基板上具有多个第一焊垫与一离形膜，而该晶圆上具有多个第二焊垫、一具有多个第一开口以暴露出该第二焊垫的保护层、及多个位于该第二焊垫上的焊接凸块下导体层(UBM)；以一垂直方向开孔加工的方法转移多个第一焊接凸块的图案进入该离形膜以形成多个第二开口并暴露出该第一焊垫；将焊料填入该第二开口；对该基板执行回焊制程以形成多个第一焊接凸块；移除该离形膜；对该第一焊接凸块执行一压平制程；形成一非感旋光性介电层覆盖该晶圆，其中该非感旋光性介电层的厚度小于该离型膜的厚度；借助一垂直方向开孔加工的方法转移多个第二焊接凸块的图案进入该介电层以形成多个第三开口并暴露出该焊接凸块下导体层；将焊料填入该第三开口；对该晶圆执行一次回焊制程以形成多个第二焊接凸块；切割该基板；切割该晶圆以形成多个芯片；以该芯片上多个第二焊接凸块对准该单位基板上多个第一焊接凸块以焊接结合该单位基板与该芯片；及构装固定该单位基板与该芯片。
2.如权利要求1所述的覆晶接合结构形成方法，其特征在于，上述的该垂直方向开孔加工的方法包含激光开孔法。
3.如权利要求1所述的覆晶接合结构形成方法，其特征在于，上述的该垂直方向开孔加工的方法包含电浆蚀刻法。
4.如权利要求1所述的覆晶接合结构形成方法，其特征在于，上述的该焊料以刮刀印刷(Squeegee Printing)的方式填入。
5.如权利要求1所述的覆晶接合结构形成方法，其特征在于，上述的该焊料包含焊膏。
6.如权利要求1所述的覆晶接合结构形成方法，其特征在于，上述的该焊料包含微小焊球。
7.如权利要求1所述的覆晶接合结构形成方法，其特征在于，当上述的该离形膜移除后，对该基板执行一干式蚀刻制程清洗该基板表面。
8.如权利要求1所述的覆晶接合结构形成方法，其特征在于，当上述的该离形膜移除后，更包括对该基板执行一次回焊制程
9.如权利要求1所述的覆晶接合结构形成方法，其特征在于，上述的该单位基板与该芯片以灌胶混合物(Molding Compound)构装固定。
10.如权利要求1所述的覆晶接合结构形成方法，其特征在于，上述的该单位基板与该芯片以覆晶填充物(Underfill)构装固定。
全文摘要
本发明涉及一种覆晶接合结构与形成方法，此方法利用在晶圆的焊接凸块下金属层上形成体积迷你凸块(MiniBump)，可将焊接凸块内接近焊接凸块下金属层接口的空孔(Void)数量减至最少且体积减至最小，以增加焊接接合的可靠度，此外，在晶圆上以刮刀印刷填入的焊料体积较小，因此所产生的空孔较容易逸出，同时利用激光开孔的方式或是电浆蚀刻的制程来精确定位基板上的焊接凸块与晶圆上的焊接凸块的形成位置，使焊接凸块能准确形成于基板上的凸块焊垫与晶圆上的焊接凸块下金属层上，同時可缩小焊接凸块的间距，形成细间距高密集度的焊接凸块。
文档编号H01L21/70GK1396641SQ0212859
公开日2003年2月12日 申请日期2002年8月13日 优先权日2002年8月13日
发明者何昆耀, 宫振越 申请人:威盛电子股份有限公司