專利名稱：覆晶封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種覆晶封裝(Flip-Chip Package)結(jié)構(gòu)，特別是一種可形成細間距高密集度且不需構(gòu)裝灌膠混合物(Molding Compound)或覆晶填充(Underfill)的覆晶封裝結(jié)合(Flip-Chip Interconnect Bonding)結(jié)構(gòu)。
不過上述覆晶封裝結(jié)構(gòu)卻有許多缺點。由于必須于芯片上使用體積較大的焊接凸塊而于焊接凸塊形成過程中形成許多難以去除的空孔(Void)，這些出現(xiàn)在芯片上焊接凸塊的空孔也因為焊接凸塊體積較大的緣故而難以去除，并造成覆晶封裝結(jié)構(gòu)機械性質(zhì)與電性劣化，因而降低覆晶封裝結(jié)構(gòu)的可靠度。此外，于芯片104與基板102之間使用構(gòu)裝灌膠混合物(Molding Compound)或覆晶填充物，常引入空孔造成結(jié)構(gòu)可靠度降低。
有鑒于上述傳統(tǒng)封裝結(jié)構(gòu)與制程的缺點，因此有必要發(fā)展出一種新穎進步的結(jié)構(gòu)與制程以克服傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)與制程的缺點。本實用新型正能符合這樣的需求。
本實用新型的另一目的為提供一種可靠度高的覆晶封裝結(jié)構(gòu)。
本實用新型的另一目的為提供一種于芯片上不需大體積焊接凸塊與基板上不需預(yù)焊的覆晶封裝結(jié)構(gòu)。
本實用新型的另一目的為提供一種低成本、制程簡單制程時間短且高良率的覆晶封裝結(jié)構(gòu)。
為達上述目的，本實用新型較佳實施例中的基板與芯片結(jié)合后的結(jié)構(gòu)包含以下組件。一基板與一金屬層于該基板上，該金屬層包含一電路結(jié)構(gòu)。數(shù)個第一焊墊于該金屬層上。一高可靠度屏蔽層位于該基板上，以及位于該電路結(jié)構(gòu)與該數(shù)個第一焊墊之間。一第一非感光性介電層位于該高可靠度屏蔽層上與該數(shù)個第一焊墊之間。一晶圓，該晶圓上具有數(shù)個第二焊墊、一具有數(shù)個開口以暴露出該第二焊墊的保護層及數(shù)個位于該第二焊墊上的焊接凸塊下導(dǎo)體層(UBM)。一第二非感光性介電層覆蓋該保護層并暴露出該數(shù)個焊接凸塊下導(dǎo)體層。數(shù)個焊接凸塊位于該數(shù)個焊接凸塊下導(dǎo)體層上，其中該數(shù)個第一焊墊與該數(shù)個焊接凸塊焊接結(jié)合，而該第一非感光性介電層與該第二非感光性介電層則填滿該數(shù)個第一焊墊與該數(shù)個焊接凸塊四周。
有關(guān)于基板(Substrate)部份的制程方面，本實用新型提供一種覆晶封裝結(jié)合結(jié)構(gòu)的制程，該制程包含以下步驟。首先提供一基板，并形成一含有線路及焊墊圖案的金屬層覆蓋該基板。接著形成一高可靠度屏蔽層覆蓋該基板并曝露出該數(shù)個焊墊，然后形成一非感光性介電層覆蓋該基板，以及以一垂直方向開孔加工的方法蝕刻該非感光性介電層以曝露出該數(shù)個焊墊。
有關(guān)于包含集成電路芯片的晶圓部份的制程，本實用新型提供一種覆晶封裝結(jié)合結(jié)構(gòu)的制程，該制程包含以下步驟。首先提供一晶圓，其中該晶圓上具有數(shù)個焊墊、一具有數(shù)個開口以暴露出該焊墊的保護層及數(shù)個位于該焊墊上的焊接凸塊下導(dǎo)體層(UBM)。接著形成一非感光性介電層覆蓋該晶圓，并由一垂直方向開孔加工的方法轉(zhuǎn)移數(shù)個焊接凸塊的圖案進入該非感光性介電層，以形成數(shù)個開口并暴露出該焊接凸塊下導(dǎo)體層。然后以印刷方式將焊料填入該開口，并對該晶圓執(zhí)行一次回焊制程以形成數(shù)個焊接凸塊。
上述有關(guān)實用新型的簡單說明及以下的詳細說明僅為范例并非限制。其它不脫離本實用新型的精神的等效改變或修飾均應(yīng)包含在的本實用新型的權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
圖2F顯示在圖2E所示的結(jié)構(gòu)上覆蓋一介電層的結(jié)果；圖2G顯示以垂直方向開孔加工的方法蝕刻介電層以暴露出焊墊的結(jié)果；圖3A顯示本實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顯示以垂直方向開孔加工的方式蝕刻介電層以形成開口并暴露出焊接凸塊下金屬層的結(jié)果；圖3C顯示形成焊接凸塊于凸塊下金屬層上的結(jié)果；圖4顯示本實用新型較佳實施例中的基板與芯片進行覆晶封裝制程結(jié)合后的結(jié)構(gòu)。
圖中符號說明102 封裝基板104 芯片106 預(yù)焊108 焊接凸塊110 覆晶填充物112 焊球200 基板202 金屬層204 覆晶接合凸塊焊墊206 第一光阻層208 屏蔽層210 介電層216 第二光阻層300 芯片302 焊墊304 保護層306 焊接凸塊下金屬層308 介電層
310焊接凸塊以下將根據(jù)本實用新型的附圖
做詳細的說明，請注意圖標(biāo)均為簡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用新型。
在本實用新型的較佳實施例中，覆晶封裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用于覆晶封裝(Flip Chip Package)制程上。圖2A至圖2G以及圖3A至圖3C分別顯示本實用新型較佳實施例中的有關(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4則顯示本實用新型較佳實施例中的單位基板與芯片結(jié)合后的結(jié)構(gòu)。
參考圖2A所示，首先提供一已完成前段制程的基板200，并于其上形成一金屬層202，此金屬層202可依產(chǎn)品的需求采用不同的材質(zhì)，此金屬層202所采用的材質(zhì)可為銅。接著形成第一光阻層206于金屬層202上，并以微影制程曝光、顯影第一光阻層206以轉(zhuǎn)移覆晶接合凸塊焊墊的圖案至光阻層206。接著以電鍍、無電鍍、或傳統(tǒng)物理/化學(xué)沉積的方法，于第一光阻層206的開口中形成覆晶接合凸塊焊墊(Flip Chip Bump Pad)204于金屬層202上。焊墊204包含具有焊接沾附性的金屬，通常采用錫/鉛層、鎳/金層、鉛層、或是錫層作為其材質(zhì)，厚度可隨產(chǎn)品及制程需求的不同而改變。然后，移除該第一光阻層206。
接著參考圖2B所示，形成第二光阻層216，進一步進行微影制程曝光、顯影第二光阻層216以轉(zhuǎn)移基板表面電路跡線(trace)的圖案至第二光阻層216。圖2C顯示以圖2B中所示的第二光阻層216圖案為屏蔽，蝕刻金屬層202以暴露出基板200并形成基板200上的電路跡線。在基板200上的電路跡線形成后，第二光阻層216則被移除。
接著參考圖2D所示，在基板200、金屬層202及焊墊204上形成一高可靠度屏蔽層(High Reliability Mask Layer)208。此屏蔽層208包含一非感光型介電材質(zhì)或非感光型樹脂(Non-photo Resin)。此屏蔽層208的厚度可隨產(chǎn)品及制程需求的不同而改變。接著參考圖2E所示，將屏蔽層208的厚度縮減以暴露出焊墊204以便后續(xù)與晶圓進行接合?？s減屏蔽層208厚度的方法可為一般的蝕刻法，例如電漿蝕刻法。
參考圖2F所示，在圖2E所示的結(jié)構(gòu)上覆蓋一介電層210，此介電層210包含非感光型介電材質(zhì)，并且該介電層210亦可以兩階段的方式硬化，先半硬化(Semi-cured)介電層210，待之后基板與芯片結(jié)合封裝時，再進行一全硬化(Fully-cured)介電層210的步驟。圖2G所示者為以垂直方向開孔加工的方法蝕刻介電層210以暴露出焊墊204以便之后與晶圓上的凸塊進行電性接合。此垂直方向開孔加工的方法包含激光開孔或是電漿蝕刻法。利用電漿蝕刻的制程來形成開口必須于介電層210上應(yīng)用蝕刻屏蔽。利用激光開孔或是電漿蝕刻可以達成高分辨率精確對準的開口。
圖3A至圖3C顯示本實用新型較佳實施例中的有關(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。保護層304可由傳統(tǒng)方法形成。保護層304以傳統(tǒng)的微影與蝕刻制程形成開口并曝露出焊墊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口內(nèi)及焊墊302上。介電層308包含非感光型介電材質(zhì)(如樹脂)。
接著參考圖3B所示，以垂直方向開孔加工的方式蝕刻介電層308以形成開口并暴露出焊接凸塊下金屬層306。此垂直方向開孔加工的方法包含激光開孔或是電漿蝕刻法。利用電漿蝕刻的制程來形成開口必須于介電層308上應(yīng)用蝕刻屏蔽。利用激光開孔或是電漿蝕刻可以達成高分辨率精確對準的開口，使焊接凸塊能準確形成于凸塊下金屬層上，同時可進一步縮小焊接凸塊的間距，并成功地形成細間距高密集度的焊接凸塊。
然后參考圖3C所示，將焊料以印刷的方式如刮刀印刷(SqueegeePrinting)，填入暴露出凸塊下金屬層306的開口內(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)、清洗制程形成圖中的迷你焊接凸塊(Mini-Bump)310。而當(dāng)使用微小焊球則須于印刷后回焊前再加入助焊劑，如此可將凸塊中氣泡縮減至最少。
而圖4則顯示本實用新型較佳實施例中的基板與晶圓進行覆晶封裝制程結(jié)合后的結(jié)構(gòu)。圖2G所示的基板以及圖3C所示的芯片，經(jīng)由回焊(Reflow)制程將基板200上的覆晶接合凸塊焊墊204與芯片上的迷你焊接凸塊310彼此自行對準(Self-Alignment)焊接(Soldering)接合，以完成電性連接(Interconnect Bonding)，并進行介電層210完全硬化(Fully-curing)步驟，使得介電層308與介電層210結(jié)合，以及令基板與芯片二部分緊密固定接合，形成本實用新型的覆晶封裝結(jié)構(gòu)。本實用新型的覆晶封裝制程因使用包含激光開孔或是電漿蝕刻的垂直方向開孔加工的方法，因而可以達成高分辨率精確對準的開口，可進一步縮小焊接凸塊的間距，并成功地形成細間距高密集度的焊接凸塊。此外，在基板上使用高可靠度屏蔽層208與介電層210以及在芯片上使用介電層308不但可保護基板上的電路，亦可取代傳統(tǒng)基板與芯片進行覆晶封裝結(jié)合時所用的傳統(tǒng)構(gòu)裝灌膠混合物或覆晶填充物，因而避免傳統(tǒng)覆晶封裝制程因使用覆晶填充而引入空孔(Void)造成結(jié)構(gòu)可靠度降低的問題。另外，本實用新型利用印刷的方式形成焊接凸塊且焊接凸塊僅形成于細間距高密集度的開口內(nèi)，可避免產(chǎn)生傳統(tǒng)覆晶封裝制程中，由于使用體積較大的焊接凸塊而于焊接凸塊形成過程或預(yù)焊制程中形成的多且難以去除的空孔。本實用新型利用印刷的方式避免使用耗時且高成本的電鍍制程以及以高成本且對準不易的鋼版印刷法來形成焊接凸塊。因此本實用新型的封裝制程與結(jié)構(gòu)具有低成本、制程簡單、制程時間短且高良率的優(yōu)點。
上述有關(guān)實用新型的詳細說明僅為范例并非限制。其它不脫離本實用新型的精神的等效改變或修飾均應(yīng)包含在的本實用新型的權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種覆晶封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，該結(jié)構(gòu)至少包含一基板，該基板表面包含一電路跡線結(jié)構(gòu)(Trace)，而該電路跡線結(jié)構(gòu)上有數(shù)個凸塊焊墊；一屏蔽層(Mask)，該屏蔽層位于該基板上覆蓋住該電路跡線結(jié)構(gòu)并暴露出該些凸塊焊墊；一第一非感光性介電層，該第一非感光性介電層覆蓋住該屏蔽層并暴露出該些凸塊焊墊；一芯片，該芯片主動面上具有數(shù)個焊接凸塊；一第二非感光性介電層覆蓋該芯片的主動面并暴露出該些焊接凸塊；及其中該數(shù)個凸塊焊墊與該數(shù)個焊接凸塊焊接結(jié)合以電性連接，而該第一非感光性介電層與該第二非感光性介電層彼此接觸結(jié)合并填滿該芯片與該基板之間的空間。
2.如權(quán)利要求1所述的覆晶封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該電路跡線結(jié)構(gòu)包含銅。
3.如權(quán)利要求1所述的覆晶封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該凸塊焊墊包含一錫鉛合金焊墊。
4.如權(quán)利要求1所述的覆晶封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該凸塊焊墊包含一鎳金合金焊墊。
5.如權(quán)利要求1所述的覆晶封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該凸塊焊墊包含一鉛焊墊。
6.如權(quán)利要求1所述的覆晶封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該焊墊凸塊包含一錫焊墊。
7.如權(quán)利要求1所述的覆晶封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該屏蔽層包含一非感光性介電層。
8.如權(quán)利要求1所述的覆晶封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該屏蔽層包含一非感光性樹脂。
9.如權(quán)利要求1所述的覆晶封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，上述的該第一非感光性介電層具有二階段固化(2 stage curing)的特性。
專利摘要本實用新型涉及一種覆晶封裝結(jié)構(gòu)，此覆晶封裝結(jié)構(gòu)利用激光開孔或是電漿蝕刻的垂直方向開孔加工制程，可以形成高分辨率精確對準的開口以暴露出基板的焊墊以及晶圓上的焊墊下金屬層，可形成細間距高密集度的焊接凸塊，此外，在基板上使用高可靠度屏蔽層與非感光性介電層以及在晶圓上使用非感光性介電層，不但可保護基板上的電路，亦可取代傳統(tǒng)基板與晶圓進行覆晶封裝結(jié)合時所用的傳統(tǒng)構(gòu)裝灌膠混合物或覆晶填充(Underfill)物，因而避免傳統(tǒng)覆晶封裝制程因使用覆晶填充而引入空孔(Void)造成結(jié)構(gòu)可靠度降低的問題。
文檔編號H01L23/48GK2582177SQ02252388
公開日2003年10月22日 申請日期2002年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2002年10月22日
發(fā)明者何昆耀, 宮振越 申請人:威盛電子股份有限公司