專利名稱：凸塊制程及其結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體制程，特別是關(guān)于一種晶圓的凸塊制程。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中，集成電路(Integrated Circuits，IC)的生產(chǎn)，主要分為三個(gè)階段晶圓(wafer)的制造、集成電路(IC)的制作以及集成電路的封裝(Package)等。其中，裸晶片(die)經(jīng)由晶圓制作、電路設(shè)計(jì)、光罩多道制程以及切割晶圓等步驟而完成，而每一顆由晶圓切割所形成的裸晶片，經(jīng)由裸晶片上的焊墊(Bonding Pad)與承載器(Carrier)電性連接，以形成一晶片封裝結(jié)構(gòu)。該晶片封裝結(jié)構(gòu)可分為打線接合(wire bonding)型的晶片封裝結(jié)構(gòu)、覆晶接合(flip chip bonding)型的晶片封裝結(jié)構(gòu)以及卷帶自動(dòng)接合(tape automatic bonding)型的晶片封裝結(jié)構(gòu)三大類。
圖1～5所示為現(xiàn)有的一種晶圓凸塊制程的流程示意圖。首先，如圖1所示，晶圓100的表面上全面形成了一球底金屬層110，并覆蓋一光阻層120在球底金屬層110之上。接著，如圖2所示，利用曝光、顯影的成像技術(shù)形成多個(gè)開口122在光阻層120中，且開口122的位置對(duì)應(yīng)位于晶圓100的焊墊102之上。之后，如圖3所示，以光阻層為罩幕(mask)，進(jìn)行銅電鍍處理，使得電鍍液中銅的析出物能附著在以球底金屬層110為電鍍種子層的部分表面上，形成類似銅柱(copper pillar)112的凸塊結(jié)構(gòu)。接著，如圖4所示，以同一光阻層120為罩幕，進(jìn)行焊料(solder)電鍍處理，以形成類似蘑菇(mushroom)狀的一焊料層114在銅柱112的表面上。該焊料層114可為低熔點(diǎn)的錫鉛合金，因此可回焊成球狀的凸塊，以作為晶圓100上每一晶片(未圖示)對(duì)外電性連接一電路板(未圖示)的媒介。
最后，如圖5所示，去除光阻層120，并蝕刻未被銅柱112所覆蓋的球底金屬層110(保留銅柱112底部的球底金屬層110a)。之后，回焊焊料層114，以使焊料層114熔融為球體狀的焊料凸塊114a。
值得注意的是，由于銅柱112及其上方的焊料層114形成在同一光阻層120的開口122中，因此光阻層120的開口122深度必須高于電鍍銅柱112的預(yù)定高度，從而造成曝光、顯影不易等問題。并且，焊料層114在填滿光阻層120的開口122后，將突出于光阻層120，使得相鄰的兩焊料層114容易相互電性連接，從而造成短路現(xiàn)象，影響后續(xù)封裝的可靠性。此外，球體狀的焊料凸塊114a也因沾附銅柱112的側(cè)緣而使得銅損失的速度加劇。
因此，為克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，有必要提供一種創(chuàng)新的凸塊制程，其可提高成像的效果，減少銅損失，并提高封裝的可靠度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的之一在于提供一種適用于晶圓的凸塊制程，該制程可提高銅柱與焊料層的品質(zhì)。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種適用于晶圓的新的凸塊結(jié)構(gòu)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明凸塊制程包括下列步驟首先，提供一晶圓，該晶圓具有多個(gè)晶片，每一晶片具有至少一個(gè)焊墊，該焊墊位于晶圓的主動(dòng)表面上；形成一第一光阻層在晶圓的主動(dòng)表面上，并形成至少一第一開口在第一光阻層中；以及形成一第一銅柱在第一開口中；接著，形成一第二光阻層在第一光阻層上，并形成至少一第二開口在第二光阻層中，該第二開口大于第一開口，從而使第一銅柱及其周圍的第一光阻層均暴露在第二開口中；以及形成一第二銅柱在第二開口中；之后，形成一焊料層在第二銅柱上；最后，去除第一與第二光阻層。
依據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例所述，上述第一、第二光阻層均藉由涂布一感光材料而形成，上述第一、第二開口則均藉由曝光、顯影方式而形成。
依據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例所述，在上述提供晶圓的步驟之后，還包括形成一線路重布層及/或一球底金屬層在晶圓的主動(dòng)表面上，且第一開口顯露出球底金屬層的部分表面。其中，形成線路重布層的方式包括濺鍍、蒸鍍或電鍍。在形成第一銅柱的步驟中，球底金屬層為浸入電鍍液中的電鍍種子層，以使銅的析出物附著在第一開口中的球底金屬層上。另外，形成第二銅柱的步驟中，球底金屬層也是作為浸入電鍍液的電鍍種子層，以使銅的析出物附著在第二開口中的第一銅柱及其周圍的第一光阻層上。
本發(fā)明同時(shí)提出了一種適用于晶片的凸塊結(jié)構(gòu)，該晶片具有至少一個(gè)焊墊，該焊墊位于晶片的主動(dòng)表面上。該凸塊結(jié)構(gòu)包括一第一柱體、一第二柱體以及一焊料。第一柱體具有一第一端以及一第二端，第一端與焊墊相連接。第二柱體設(shè)置在第一柱體的第二端，且第二柱體的橫截面大于第一柱體的橫截面。焊料則設(shè)置在第二柱體上。
依據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例所述，上述第一柱體與第二柱體共同構(gòu)成了一T型柱體，而焊料的形狀呈一球體或半球體狀，且焊料未沾附在第二柱體的側(cè)緣。此外，上述凸塊結(jié)構(gòu)還包括了一球底金屬層，其電性連接于焊墊與第一柱體的第一端之間。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用了多道制程以形成不同開口尺寸的第一、第二光阻層，并分別形成第一銅柱與第二銅柱在第一開口與第二開口中。第一柱體與第二柱體構(gòu)成的T型銅柱體上方設(shè)置了一焊料層，該焊料層在回焊后不易沾附在T型銅柱體的側(cè)緣。因此，可有效避免現(xiàn)有技術(shù)中存在的焊料層沾附銅柱側(cè)緣這一現(xiàn)象，從而有效減少了銅流失。
以下結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。


圖1～5為現(xiàn)有的一種晶圓凸塊制程的流程示意圖。
圖6～14為本發(fā)明一具體實(shí)施例的一種凸塊制程的流程示意圖。
具體實(shí)施例方式
有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明及技術(shù)內(nèi)容，現(xiàn)就結(jié)合

如下圖6～14為本發(fā)明一具體實(shí)施例的一種凸塊制程的流程示意圖。首先，如圖6所示，提供一晶圓200，該晶圓200具有多個(gè)晶片(未圖示)，每一晶片的主動(dòng)表面上具有多個(gè)焊墊202顯露在保護(hù)層204的開口中。接著，在晶圓200的表面上全面形成一球底金屬層(UBM)210，該球底金屬層210可由銅、鎳、釩、鉻等金屬組成而構(gòu)成一多層金屬層。該球底金屬層210可以濺鍍、蒸鍍或電鍍的方式形成在晶圓200的表面上，以作為后續(xù)銅柱與焊料層電鍍處理的種子層。雖然，本實(shí)施例以電鍍制程的流程為范例說明，但如果以非電鍍制程來具體實(shí)施時(shí)，則不需要先形成球底金屬層210在晶圓200的表面上。此外，晶圓200的主動(dòng)表面對(duì)應(yīng)不同接點(diǎn)位置的晶片結(jié)構(gòu)，可重新制作一線路重布層(re-distribution layer，RDL)(未圖示)，并在線路重布層上形成上述球底金屬層210，以進(jìn)行后續(xù)的電鍍制程。
接著，涂布一感光材料在球底金屬層210上，以形成一第一光阻層220。
接著，如圖7所示，利用曝光、顯影的成像技術(shù)，形成多個(gè)第一開口222在第一光阻層220中，該第一開口222分別顯露出其底部的球底金屬層210。接著，如圖8所示，以球底金屬層210為電鍍種子層進(jìn)行銅電鍍處理，以形成適當(dāng)高度的第一銅柱212在第一開口222中。其中，銅柱212的高度可藉由控制電鍍液中銅離子的濃度、電流時(shí)間/安培數(shù)等參數(shù)，從而使銅的析出物附著在球底金屬層210上并可填滿第一開口222。如圖7、圖8所示，由于第一光阻層220的開口深度H1基本等于第一銅柱212的預(yù)定高度，因此曝光、顯影將更為精確，而不易受到影響。
接著，如圖9所示，涂布感光材料以形成第二光阻層230。與現(xiàn)有技術(shù)不同的是，本發(fā)明在第一光阻層220上形成了較大開口尺寸W的第二光阻層230，該第二光阻層230的第二開口232同樣以曝光、顯影的成像技術(shù)形成在銅柱214及其周圍的第一光阻層220上，即第二開口232的尺寸W大于其下方的第一開口222的尺寸。
接著，如圖10所示，在第一銅柱212上進(jìn)行第二次銅電鍍處理，以使一第二銅柱214形成在第一銅柱212的表面上。該第二銅柱214可為圓柱體或長(zhǎng)方體，且其橫截面W1大于第一銅柱212的橫截面W2，從而使第一、第二銅柱212、214的外觀呈一T型柱體。在結(jié)構(gòu)上，第一銅柱212的一端與第二銅柱214相連，但第二銅柱214的橫截面W1大于第一銅柱212的橫截面W2，從而使第二銅柱214的側(cè)緣凸出于第一銅柱212的側(cè)緣之外，凸出程度以10密耳(mil)左右為宜。
接著，如圖11、圖12所示，以電鍍或印刷的方式形成一焊料層216在第二銅柱214上。以電鍍方式形成焊料層216的話，還可進(jìn)一步形成一第三光阻層240在第二光阻層230上，并可利用曝光、顯影的成像技術(shù)形成多個(gè)第三開口242在第三光阻層240中，接著再電鍍一焊料在第三開口242中，以形成焊料層216。其中，焊料層216的材料可為低熔點(diǎn)的錫鉛合金或其它金屬，而焊料層216的高度同樣可藉由控制電鍍液中金屬離子的濃度、電流時(shí)間/安培數(shù)等參數(shù)，以使金屬的析出物附著在第二銅柱214上并填滿第三開口242，從而形成圖12所示的凸塊結(jié)構(gòu)在晶片的每一焊墊202上。其中，焊料層216的橫截面W3小于第二銅柱214的橫截面W1，從而使相鄰兩焊料層216之間發(fā)生短路現(xiàn)象的可能性相應(yīng)降低。
接著，如圖13所示，移除第一、第二及第三光阻層220、230、240，并蝕刻未被第一銅柱212所覆蓋的球底金屬層210(僅保留第一銅柱212底部的球底金屬層210a)，接著再回焊圖13所示的焊料層216，以形成球體狀或半球體狀的焊料凸塊216a，如圖14所示。在本實(shí)施例中，焊料層216不易沾附在第二銅柱214的側(cè)緣，從而可降低銅流失。因此，當(dāng)晶圓200的表面上依次完成電鍍第一、第二銅柱212、214以及焊料層216的凸塊制程之后，即可將晶圓200切割為多個(gè)獨(dú)立的晶片(未圖示)，而每一晶片與外部電子裝置(如電路板)之間即可藉由上述凸塊電性連接，以傳遞信號(hào)。
綜上所述，本發(fā)明凸塊制程利用了多道光阻涂布、曝光、顯影的制程以形成開口尺寸不同的第一開口與第二開口在第一、第二光阻層上，此外，T型銅柱體的上方設(shè)置了一焊料層，該焊料層回焊后不易沾附在T型銅柱體的側(cè)緣。因此，可有效避免現(xiàn)有技術(shù)中焊料層沾附銅柱側(cè)緣的現(xiàn)象，從而有效減少了銅流失。此外，第三開口大于或等于第一開口，以使第三光阻層的高度可因使用較大開口尺寸的第三開口而相對(duì)減少，從而提高成像的效果。此外，相鄰兩焊料層之間也不易發(fā)生短路現(xiàn)象，從而提高了封裝的可靠性。
權(quán)利要求
1.一種凸塊制程，包括下列步驟提供一晶圓，該晶圓具有多個(gè)晶片，每一晶片具有至少一個(gè)焊墊，該焊墊位于晶圓的主動(dòng)表面上；形成一第一光阻層在所述晶圓的主動(dòng)表面上，并形成至少一第一開口在該第一光阻層中；形成一第一銅柱在所述第一開口中；其特征在于該凸塊制程還包括下列步驟形成一第二光阻層在所述第一光阻層上，并形成至少一第二開口在該第二光阻層中，該第二開口大于第一開口，使所述第一銅柱及其周圍的第一光阻層均暴露在該第二開口中；形成一第二銅柱在所述第二開口中；形成一焊料層在所述第二銅柱上；以及去除所述第一與第二光阻層。
2.如權(quán)利要求1所述的凸塊制程，其特征在于所述第一、第二光阻層均藉由涂布一感光材料而形成，所述第一、第二開口則均藉由曝光、顯影方式而形成。
3.如權(quán)利要求1所述的凸塊制程，其特征在于在提供晶圓這一步驟之后，還包括形成一線路重布層(RDL)在所述晶圓的主動(dòng)表面上。
4.如權(quán)利要求1所述的凸塊制程，其特征在于在提供晶圓這一步驟之后，還包括形成一球底金屬層(UBM)在所述晶圓的主動(dòng)表面上，且所述第一開口顯露出該球底金屬層的部分表面。
5.如權(quán)利要求4所述的凸塊制程，其特征在于在去除第一與第二光阻層這一步驟之后，還包括去除未被所述第一銅柱所覆蓋的球底金屬層。
6.如權(quán)利要求1所述的凸塊制程，其特征在于在形成焊料層這一步驟之前，還包括形成一第三光阻層在所述第二光阻層上，并形成至少一第三開口在該第三光阻層中，以顯露出所述第二銅柱的部分表面，接著再電鍍?cè)摵噶蠈釉谠摰谌_口中。
7.如權(quán)利要求6所述的凸塊制程，其特征在于在形成焊料層這一步驟之后，還包括去除所述第三光阻層。
8.一種凸塊結(jié)構(gòu)，適用于一晶片，該晶片具有至少一個(gè)焊墊，該焊墊位于晶片的主動(dòng)表面上，該凸塊結(jié)構(gòu)包括一第一柱體，具有一第一端以及一第二端，該第一端與所述焊墊相連接，其特征在于該凸塊結(jié)構(gòu)具有一第二柱體，設(shè)置在所述第一柱體的第二端，該第二柱體的橫截面大于所述第一柱體的橫截面，從而使第一與第二柱體共同構(gòu)成一T型柱體；以及一焊料，設(shè)置在所述第二柱體上。
9.如權(quán)利要求8所述的凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于所述焊料未沾附在所述第二柱體的側(cè)緣。
10.如權(quán)利要求8所述的凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于還包括一球底金屬層，該球底金屬層電性連接于所述焊墊與所述第一柱體的第一端之間。
全文摘要
一種凸塊制程，包括下列步驟首先，提供一晶圓；形成一第一光阻層在晶圓的一主動(dòng)表面上，并形成至少一第一開口在第一光阻層中；以及形成一第一銅柱在第一開口中；接著，形成一第二光阻層在第一光阻層上，并形成至少一第二開口在第二光阻層中，其中第二開口大于第一開口，以使第一銅柱及其周圍的第一光阻層均顯露在第二開口中；以及形成一第二銅柱在第二開口中；最后，形成一焊料層在第二銅柱上；以及去除第一與第二光阻層。
文檔編號(hào)H01L21/60GK1929092SQ200510096818
公開日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2005年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月6日
發(fā)明者黃敏龍, 陳逸信, 陳嘉濱 申請(qǐng)人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司