半导体元件的制作方法

本发明是有关于一种集成电路，且特别是有关于一种半导体元件。

背景技术：

随着科技日新月异，提高半导体元件的积集度且缩小关键尺寸已然逐渐成为一种趋势。在此趋势下，提供较充足的表面区域以承载较多的输入/输出(i/o)的晶片级封装结构(waferlevelpackagestructures)的技术便随之应运而生。此外，也可于半导体芯片上形成重配置线路层(redistributionlayer，rdl)，以将半导体芯片上的焊垫重新分配至任意位置。

一般而言，大多采用金属铜来当作重配置线路层的主要材料。金属铜不仅导电性以及导热性良好，也富延展性。相对地，金属铜受热后也十分容易膨胀，尤其是当金属铜使用在面积较大的地方(像是焊垫或是重配置线路层)时，金属铜的膨胀现象将更加明显，容易造成重配置线路层与其下方的保护层之间剥落(peeling)、分层(de-lamination)或是破裂(crack)的现象，进而降低可靠度。

技术实现要素：

本发明提供一种具有凸起图案的半导体元件，其可减少重配置线路层与其下方的保护层之间剥落、分层或是破裂的现象，进而提升可靠度。

本发明提供一种半导体元件，包括：衬底、焊垫、保护层、多个凸起图案、重配置线路层以及凸块。焊垫配置于衬底上。保护层配置于衬底上。保护层具有第一开口，其暴露焊垫的部分表面。凸起图案配置于保护层上。重配置线路层配置于凸起图案上。重配置线路层自焊垫延伸至凸起图案上。凸块配置于凸起图案上。

在本发明的一实施例中，所述重配置线路层具有凹凸表面。凹凸表面对应于凸起图案。

在本发明的一实施例中，所述重配置线路层与焊垫直接接触。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件还包括绝缘层以及球底金属层。绝缘层配置于重配置线路层上。绝缘层具有第二开口。第二开口暴露重配置线路层的表面且对应于凸起图案。球底金属层至少覆盖第二开口的表面且配置于凸块与重配置线路层之间。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件还包括顶盖层配置于凸块上。

在本发明的一实施例中，所述凸块的顶面具有凹凸表面。凹凸表面对应于凸起图案。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件还包括介电层配置于凸起图案与保护层之间。

在本发明的一实施例中，各所述凸起图案的形状包括块状、条状、环状或其组合。

在本发明的一实施例中，所述凸块的高度为凸起图案的高度的4至14倍。

本发明提供另一种半导体元件，包括：衬底、焊垫、保护层、图案化介电层、重配置线路层以及凸块。焊垫配置于衬底上。保护层配置于衬底上。保护层具有第一开口。第一开口暴露焊垫的部分表面。图案化介电层配置于保护层上。图案化介电层包括主体部与配置于主体部之上或主体部之中的多个凸起图案。重配置线路层配置于图案化介电层上。重配置线路层自焊垫延伸至凸起图案上。凸块配置于凸起图案上。

在本发明的一实施例中，所述半导体元件还包括绝缘层以及球底金属层。绝缘层配置于重配置线路层上。绝缘层具有第二开口。第二开口暴露重配置线路层的表面且对应于凸起图案。球底金属层至少覆盖第二开口的表面且配置于凸块与重配置线路层之间。

在本发明的一实施例中，所述重配置线路层具有凹凸表面。凹凸表面对应于凸起图案。

基于上述，本发明通过在凸块下方形成由介电材料所构成的凸起图案，使得凸块与凸起图案之间的金属层(可例如是重配置线路层与球底金属层)具有凹凸表面。因此，相较于现有的平坦表面，本实施例可改善所述金属层的应力释放并减少横向的热膨胀效应。也就是说，本实施例可降低所述金属层及其下方的保护层之间剥落、分层或是破裂的现象，进而提升可靠度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1a至图1f是依照本发明的第一实施例的一种半导体元件的制造流程的剖面示意图；

图2a至图2b分别为图1a的部分的上视示意图；

图3是依照本发明的第二实施例的一种半导体元件的剖面示意图；

图4是依照本发明的第三实施例的一种半导体元件的剖面示意图；

图5是依照本发明的第四实施例的一种半导体元件的剖面示意图；

图6a是依照本发明的第五实施例的一种半导体元件的剖面示意图；

图6b是依照本发明的第六实施例的一种半导体元件的剖面示意图。

附图标记说明：

10、20、30、40、50、60：半导体元件；

100：衬底；

102：焊垫；

104：保护层；

105：第一开口；

106：凸起图案；

107、117：凹凸表面；

108：重配置线路层；

110：绝缘层；

111：第二开口；

112：球底金属层；

114：图案化光刻胶层；

115：第三开口；

116、216：凸块；

118：顶盖层；

217：平坦表面；

305：介电层；

406、506、606：图案化介电层；

406a、506a、606a：主体部；

406b、506b、606b：凸起图案；

505、605：开口；

h1、h2：高度；

p：部分；

s：有源面。

具体实施方式

参照本实施例的附图以更全面地阐述本发明。然而，本发明也可以各种不同的形式体现，而不应限于本文中所述的实施例。附图中的层与区域的厚度会为了清楚起见而放大。相同或相似的标号表示相同或相似的元件，以下段落将不再一一赘述。

图1a至图1f是依照本发明的第一实施例的一种半导体元件的制造流程的剖面示意图。图2a至图2b分别为图1a的部分的上视示意图。

请参照图1a，本发明提供第一实施例的半导体元件10的制造流程，其步骤如下。首先，提供衬底100。衬底100的材料可例如是选自于由si、ge、sige、gap、gaas、sic、sigec、inas与inp所组成的群组中的至少一种材料。衬底100也可以是覆硅绝缘(soi)衬底。

接着，形成焊垫102于衬底100的有源面s上。在一实施例中，焊垫102的材料包括金属材料。所述金属材料可例如是铜、铝、金、银、镍、钯或其组合。焊垫102的形成方法可例如是物理气相沉积法。

之后，形成保护层104于衬底100上。保护层104具有第一开口105。第一开口105暴露焊垫102的部分表面。在一实施例中，保护层104的材料可例如是氧化硅、氮化硅、磷硅玻璃(psg)或其组合。保护层104的形成方法可例如是通过网版印刷、涂布或是直接将干膜型态的保护材料层贴附在衬底100上。之后，再对所述保护材料层进行光刻与蚀刻工艺，以图案化所述保护材料层。

然后，形成多个凸起图案106于保护层104上。如图1a所示，凸起图案106配置于焊垫102以外的保护层104上。在一实施例中，凸起图案106的材料包括介电材料，所述介电材料可例如是聚酰亚胺(polyimide，pi)、聚苯恶唑(polybezoxazole，pbo)、苯环丁烯(benzocyclobutene，bcb)或其组合。凸起图案106的形成方法可例如是通过涂布或是化学气相沉积法将凸起图案材料层形成在衬底100上。之后，再对所述凸起图案材料层(未示出)进行光刻与蚀刻工艺，以图案化所述凸起图案材料层。

值得一提的是，从图1a的部分p的上视图来看，单一个凸起图案106的形状可例如是块状(如图2a所示)、条状(如图2b所示)、环状(未示出)或其组合。多个凸起图案106与保护层104则可形成网格状图案(如图2a所示)、栅状图案(如图2b所示)、同心圆图案(未示出)或其组合。但本发明不以此为限，只要凸起图案106自保护层104表面的垂直方向突出，凸起图案106的单一个形状以及凸起图案106与保护层104所构成的图案并不设限。

请参照图1b，形成重配置线路层108于凸起图案106上。重配置线路层108自焊垫102延伸至凸起图案106上。而且，重配置线路层108与焊垫102直接接触，以将焊垫102重新分配至任意位置，进而符合使用者或客户的需求。另一方面来看，重配置线路层108覆盖保护层104的表面、凸起图案106的表面以及焊垫102的表面。由于重配置线路层108覆盖凸起图案106的表面，因此，重配置线路层108对应于凸起图案106也具有一凹凸表面107。于此，所述“对应”也即凹凸表面107位于凸起图案106上，以下相关内容便不再赘述。在一实施例中，重配置线路层108的材料包括金属材料，所述金属材料可例如是铜或其他导电性、导热性以及延展性佳的金属材料。重配置线路层108的形成方法可例如是物理气相沉积法。

值得注意的是，由于对应于凸起图案106的重配置线路层108具有凹凸表面107，因此，相较于平坦表面，本实施例可改善重配置线路层108的应力释放并减少横向的热膨胀效应。也就是说，本实施例可降低重配置线路层108及其下方的保护层104之间剥落、分层或是破裂的现象，进而提升可靠度。

请参照图1c，形成绝缘层110于重配置线路层108上。绝缘层110具有第二开口111。第二开口111暴露重配置线路层108的表面且对应于凸起图案106。在一实施例中，绝缘层110的材料包括介电材料，所述介电材料可例如是聚酰亚胺、氧化硅、氮化硅或其组合。绝缘层110的形成方法可例如是化学气相沉积法。

请参照图1d，形成球底金属层112于凸起图案106上。球底金属层112不仅覆盖第二开口111的表面，还延伸至绝缘层110的部分表面。虽然图1d所示出的球底金属层112为单层结构。但本发明不以此为限，在其他实施例中，球底金属层112也可例如是双层结构或是多层结构。在一实施例中，球底金属层112可例如是镍层、钛层、钛钨层、钯层、金层、银层或其组合的任意层结构。球底金属层112的形成方法可例如是物理气相沉积法。

请参照图1e，形成图案化光刻胶层114于绝缘层110上。图案化光刻胶层114具有第三开口115。第三开口115暴露球底金属层112的表面且对应于凸起图案106。在一实施例中，图案化光刻胶层114的材料可例如是正向光刻胶或负向光刻胶，其形成方法可例如是旋转涂布法。

接着，于第二开口111与第三开口115中形成凸块116。由于凸块116对应于凸起图案106，因此，凸块116也具有一凹凸表面117对应于凸起图案106。在一实施例中，凸块116的材料包括金属材料，所述金属材料可例如是金、铜或其他导电性、导热性以及延展性佳的金属材料。凸块116的形成方法可例如是电镀、化学镀或其他适合方法。虽然图1e所示出的凸块116的凹凸表面117与图案化光刻胶层114的顶面实质上共平面。但本发明不以此为限，在其他实施例中，凸块116的凹凸表面117也可高于或低于图案化光刻胶层114的顶面。

请参照图1f，形成顶盖层118于凸块116的凹凸表面117上。接着，移除图案化光刻胶层114，并加热回焊。顶盖层118的材料可例如是锡、锡银合金、金锡合金，其熔点小于凸块116的熔点，因此，适用于接合至其他载体。在一实施例中，凸块116的高度h1为凸起图案的高度h2的4至14倍，但本发明不以此为限。

图3是依照本发明的第二实施例的一种半导体元件的剖面示意图。

请参照图3，基本上，第二实施例的半导体元件20与第一实施例的半导体元件10相似。上述两者不同之处在于：第二实施例的半导体元件20的凸块216具有一平坦表面217，形成平坦化表面217的方式可于形成凸块216后再进一步利用研磨方式平坦化凸块216表面。

图4是依照本发明的第三实施例的一种半导体元件的剖面示意图。

请参照图4，基本上，第三实施例的半导体元件30与第一实施例的半导体元件10相似。上述两者不同之处在于：第三实施例的半导体元件30还包括介电层305配置于凸起图案106与保护层104之间。在一实施例中，介电层305的材料与凸起图案106的材料相同，也或不同。举例来说，凸起图案106与介电层305可皆为聚酰亚胺。另一方面，介电层305可为氧化硅；而凸起图案106则可为聚酰亚胺。

图5是依照本发明的第四实施例的一种半导体元件的剖面示意图。

请参照图5，基本上，第四实施例的半导体元件40与第三实施例的半导体元件30相似。上述两者不同之处在于：第四实施例的半导体元件40具有图案化介电层406配置于保护层104与重配置线路层108之间。具体来说，图案化介电层406包括主体部406a与配置于主体部406a上的多个凸起图案406b。在一实施例中，图案化介电层406的材料包括介电材料，所述介电材料可例如是聚酰亚胺、聚苯恶唑、苯环丁烯或其组合。图案化介电层406的形成方法可例如是通过涂布或是化学气相沉积法将介电层材料层(未示出)形成在保护层104上。之后，再将图案化掩膜层(未示出)形成在所述介电层材料层上，其中所述图案化掩膜层仅覆盖或保护对应于凸起图案406b的所述介电层材料层的区域上。接着，以所述图案化掩膜层为掩膜，对所述介电层材料层进行蚀刻工艺，以移除未被所述图案化掩膜层覆盖或保护的所述介电层材料层，借此图案化所述介电层材料层。需注意的是，在进行蚀刻工艺时，可通过控制蚀刻参数，使得图案化介电层406未暴露其下方的保护层104的表面。此外，在本实施例中，也可再进行另一道光刻蚀刻工艺，以移除焊垫102上的图案化介电层406。

图6a是依照本发明的第五实施例的一种半导体元件的剖面示意图。图6b是依照本发明的第六实施例的一种半导体元件的剖面示意图。

请参照图6a，基本上，第五实施例的半导体元件50与第四实施例的半导体元件40相似。上述两者不同之处在于：第五实施例的图案化介电层506的主体部506a上具有多个开口505，使得多个凸起图案506b形成在开口505之间的主体部506a上。由于开口505与凸起图案506b的表面形成一凹凸表面，因此，对应于开口505与凸起图案506b上的重配置线路层108也具有一凹凸表面。此凹凸表面可改善重配置线路层108的应力释放并减少横向的热膨胀效应，进而提升可靠度。

在一实施例中，开口505可暴露出部分主体部506a的表面(如图6a所示)。在另一实施例中，开口605也可贯穿图案化介电层606，以暴露出下方的保护层104的表面(如图6b所示)。也就是说，第六实施例的半导体元件60的凸起图案606b配置在主体部606a之中，而主体部606a包围且环绕凸起图案606b。由于开口605与凸起图案606b的表面形成一凹凸表面，因此，对应于开口605与凸起图案606b上的重配置线路层108也具有一凹凸表面。

在一实施例中，图案化介电层506、606的材料与形成方法与上述图案化介电层406的材料与形成方法相似，其中形成方法的不同之处在于：将图案化掩膜层(未示出)形成在所述介电层材料层上时，第五实施例与第六实施例的所述图案化掩膜层覆盖或保护对应于开口505、605以外的所述介电层材料层的区域上。因此，在进行蚀刻工艺之后，对应于开口505、605的所述介电层材料层的区域被移除，以形成具有多个开口505的图案化介电层506或是具有多个开口605的图案化介电层606。

综上所述，本发明通过在凸块下方形成由介电材料所构成的凸起图案，使得凸块与凸起图案之间的金属层(可例如是重配置线路层与球底金属层)具有凹凸表面。因此，相较于现有的平坦表面，本实施例可改善所述金属层的应力释放并减少横向的热膨胀效应。也就是说，本实施例可降低所述金属层及其下方的保护层之间剥落、分层或是破裂的现象，进而提升可靠度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。