專利名稱：半導(dǎo)體器件及其制造方法和具有該半導(dǎo)體器件的倒裝芯片封裝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般地涉及一種半導(dǎo)體器件、制造該半導(dǎo)體器件的方法、 具有該半導(dǎo)體器件的倒裝芯片封裝和制造該倒裝芯片封裝的方法。更 具體地，本發(fā)明涉及一種具有導(dǎo)電凸塊的半導(dǎo)體器件、制造該半導(dǎo)體 器件的方法、具有該半導(dǎo)體器件的倒裝芯片封裝和制造該倒裝芯片封 裝的方法。
背景技術(shù)：
一般地，可以在晶片上進(jìn)行各種半導(dǎo)體制作工藝來形成多個半導(dǎo) 體芯片。為了將半導(dǎo)體芯片安裝在印刷電路板(PCB)上，可以在晶片 上進(jìn)行封裝工藝來形成半導(dǎo)體封裝。
作為示例， 一種類型的半導(dǎo)體封裝可以是倒裝芯片封裝。倒裝芯 片封裝可包括彼此面對設(shè)置的半導(dǎo)體芯片和襯底。半導(dǎo)體芯片的焊盤 和襯底的焊盤可以通過導(dǎo)電凸塊以一對一的關(guān)系彼此電連接。底部填 充層可以形成在半導(dǎo)體芯片和襯底之間，以保護(hù)導(dǎo)電凸塊不受外部沖 擊。因此，制造倒裝芯片封裝的方法可包括在半導(dǎo)體芯片的焊盤上形 成導(dǎo)電凸塊的工藝。
根據(jù)形成導(dǎo)電凸塊的傳統(tǒng)方法，保護(hù)層圖形形成在半導(dǎo)體芯片上 以暴露半導(dǎo)體芯片的焊盤。凸塊下金屬(UBM)層形成在保護(hù)層圖形
上以電連接焊盤和UBM層?？梢栽赨BM層上進(jìn)行電鍍工藝以在UBM 層上形成導(dǎo)電凸塊。
這里，半導(dǎo)體芯片可具有保護(hù)環(huán)。保護(hù)環(huán)可包括用于防止導(dǎo)電離 子或電流突然流動進(jìn)入到半導(dǎo)體芯片中的金屬層。
被配置為接收保護(hù)環(huán)的溝槽可以沿半導(dǎo)體芯片的邊緣部分形成。 保護(hù)環(huán)可與焊盤一起形成。例如，金屬層可以在半導(dǎo)體芯片的上表面 和溝槽的內(nèi)表面上形成。金屬層可以被部分地蝕刻，以在半導(dǎo)體芯片 的上表面上形成焊盤并且在溝槽的內(nèi)表面上形成保護(hù)環(huán)。絕緣層圖形 可以在半導(dǎo)體芯片上形成。UBM層可以在絕緣層圖形上形成。
因此，UBM層可以沿溝槽的內(nèi)表面形成。這里，保護(hù)環(huán)在溝槽上 端的一部分可以具有大于保護(hù)環(huán)在溝槽內(nèi)表面上的其它部分的厚度的 厚度。因此，UBM層在溝槽上端之上的一部分可以具有大于UBM層 在溝槽內(nèi)表面上的其它部分的厚度的厚度。其結(jié)果是，UBM層在溝槽 下端的一部分可以具有相對薄的厚度。
UBM層的厚度差可以導(dǎo)致導(dǎo)電凸塊的尺寸差。具體地，在用于形
成導(dǎo)電凸塊的電鍍工藝中，電流可以流動通過UBM層。然而，足夠量
的電流不會流動通過UBM層的薄的部分，從而UBM層的薄的部分可
以具有增大的電阻。其結(jié)果是，被安置于保護(hù)環(huán)之前和之后的凸塊上
的導(dǎo)電凸塊可以具有不同的尺寸。這里，具有相對較小尺寸的導(dǎo)電凸 塊可以具有比具有相對較大尺寸的導(dǎo)電凸塊的接觸區(qū)小的接觸區(qū)，從
而倒裝芯片封裝會具有不好的電接合可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種包括導(dǎo)電凸塊的半導(dǎo)體器件，通 過不管UBM層的厚度差，提供通過UBM層的均勻的電流而使所述導(dǎo) 電凸塊具有基本相同的尺寸。
此外，根據(jù)本發(fā)明的另外的方面，提供了一種制造上述半導(dǎo)體器 件的方法。
另外，根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種包括上述的半導(dǎo)體器件的 倒裝芯片封裝。
此外，根據(jù)本發(fā)明的方面，提供了一種制造上述倒裝芯片封裝的 方法。
根據(jù)本發(fā)明一個方面的半導(dǎo)體器件包括半導(dǎo)體芯片、保護(hù)層圖形、 凸塊下金屬(UBM)層和導(dǎo)電凸塊。半導(dǎo)體芯片包括焊盤和保護(hù)環(huán)。
保護(hù)層圖形形成在半導(dǎo)體芯片上，并暴露焊盤和保護(hù)環(huán)。UBM層形成
在保護(hù)層上并直接與焊盤和保護(hù)環(huán)接觸。導(dǎo)電凸塊形成在焊盤上的
UBM層的一部分上。
半導(dǎo)體芯片可進(jìn)一步包括絕緣層圖形，絕緣層圖形具有在其中形 成的溝槽。保護(hù)環(huán)可以部分形成在溝槽的內(nèi)表面和與溝槽相鄰的絕緣 層圖形的上表面上。
保護(hù)層圖形可具有形成在其中的暴露保護(hù)環(huán)的開口。開口可以被 UBM層填充。
替代地，保護(hù)層圖形可具有形成在其中的完全暴露保護(hù)環(huán)地開口。 該幵口可以被UBM層填充。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。制 備具有焊盤和保護(hù)環(huán)的半導(dǎo)體芯片。保護(hù)層圖形形成在半導(dǎo)體芯片上，
以暴露焊盤和保護(hù)環(huán)。UBM層形成在保護(hù)層上。UBM層直接接觸焊 盤和保護(hù)環(huán)。在焊盤上的UBM層的一部分上形成導(dǎo)電凸塊。
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制備半導(dǎo)體芯片的步驟可包括在半導(dǎo)體芯片上形成具有溝槽的 絕緣層圖形；在絕緣層圖形的上表面和溝槽的內(nèi)表面上形成導(dǎo)電層； 圖形化導(dǎo)電層，以在絕緣層圖形的上表面上形成焊盤并在溝槽的內(nèi)表 面上形成保護(hù)環(huán)。
圖形化導(dǎo)電層的步驟可包括在位于溝槽外圍的絕緣層圖形上形成 保護(hù)環(huán)。
形成保護(hù)層圖形的步驟可包括在半導(dǎo)體芯片、焊盤和保護(hù)環(huán)上 形成保護(hù)層；圖形化保護(hù)層，以形成具有暴露焊盤的第一開口和暴露 保護(hù)環(huán)的第二開口的保護(hù)層圖形。
這里，第二開口可以部分地暴露保護(hù)環(huán)。
替代地，第二開口可以完全地暴露保護(hù)環(huán)。
導(dǎo)電凸塊可以通過電鍍工藝來形成。
電鍍工藝可包括在UBM層上形成暴露焊盤上的UBM層的掩模 圖形，；向UBM層提供電流，以從被掩模圖形暴露的UBM層的一部 分中生長導(dǎo)電凸塊。
該方法進(jìn)一步可包括進(jìn)行用于將導(dǎo)電凸塊形成為具有球形的形狀 的回流工藝。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法。該 方法包括在半導(dǎo)體芯片上形成具有溝槽的絕緣層圖形；在絕緣層圖 形的上表面和溝槽的內(nèi)表面上形成導(dǎo)電層；圖形化導(dǎo)電層，以在絕緣 層圖形的上表面上形成焊盤并在溝槽的內(nèi)表面上形成保護(hù)環(huán)；在半導(dǎo)
體芯片、焊盤和保護(hù)環(huán)上形成保護(hù)層；圖形化保護(hù)層，以形成具有暴 露焊盤的第一開口和暴露保護(hù)環(huán)的第二開口的保護(hù)層圖形；在保護(hù)層 圖形上形成凸塊下金屬(UBM)層，所述UBM層直接接觸焊盤和保 護(hù)環(huán)；在UBM層上形成部分地暴露焊盤上的UBM層的一部分的掩模 圖形；向UBM層提供電流，以從通過掩模圖形暴露的UBM層的一部 分中生長導(dǎo)電凸塊。
第二開口可部分暴露保護(hù)環(huán)。 替代地，第二開口可完全暴露保護(hù)環(huán)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，倒裝芯片封裝可包括半導(dǎo)體芯片、保護(hù) 層圖形、凸塊下金屬(UBM)層、導(dǎo)電凸塊和襯底。半導(dǎo)體芯片包括 焊盤和保護(hù)環(huán)。保護(hù)層圖形形成在半導(dǎo)體芯片上，以暴露焊盤和保護(hù) 環(huán)。UBM層形成在保護(hù)層上，并直接與焊盤和保護(hù)環(huán)接觸。導(dǎo)電凸塊 形成在焊盤上的UBM層的一部分上。襯底通過導(dǎo)電凸塊電連接到半導(dǎo) 體芯片。
倒裝芯片封裝還可包括在半導(dǎo)體芯片和襯底之間形成的底部填充層。
倒裝芯片封裝還可包括安裝在與襯底的第一面相對的襯底的第二 面上的導(dǎo)電部件，其中，導(dǎo)電凸塊安裝在襯底的第一面上。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造倒裝芯片封裝的方法。 該方法包括制備具有焊盤和保護(hù)環(huán)的半導(dǎo)體芯片。在半導(dǎo)體芯片上形 成保護(hù)層圖形，以暴露焊盤和保護(hù)環(huán)。在保護(hù)層上形成UBM層。UBM 層與焊盤和保護(hù)環(huán)直接接觸。在焊盤上的UBM層的一部分上形成導(dǎo)電 凸塊。導(dǎo)電凸塊安裝在襯底上。
該方法還可包括在半導(dǎo)體芯片和襯底之間形成底部填充層。
該方法還可包括在襯底的第二面上安裝導(dǎo)電部件。襯底的第二面 可以與襯底的第一面相對，其中，導(dǎo)電凸塊安裝在襯底的第一面上。
根據(jù)本發(fā)明，UBM層和保護(hù)環(huán)可以直接彼此接觸，從而不管UBM 層的一部分的厚度差，均勻的電流都可以提供到焊盤上的UBM層。因 此，焊盤上的導(dǎo)電凸塊可具有基本均勻的尺寸。其結(jié)果是，倒裝芯片 封裝可具有提高的電接合的可靠性。


鑒于附圖和附隨的詳細(xì)說明，本發(fā)明將變得更明顯。通過示例的 方式而不是限制的方式來提供這里說明的實施例，其中，相同的標(biāo)號 表示相同或相似的元件。附圖不必要按比例繪制，取代的是將重點(diǎn)放
在示出本發(fā)明的方面。在附圖中
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一些方面的半導(dǎo)體器件的實施例的剖視
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的一些方面的半導(dǎo)體器件的另一實施例的 剖視圖3至圖9是示出制造圖1中的半導(dǎo)體器件的方法的實施例的剖
視圖10至圖12是示出制造圖2中的半導(dǎo)體器件的方法的實施例的 剖視圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的一些方面的倒裝芯片封裝的實施例的剖
視圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的一些方面的倒裝芯片封裝的另一實施例 的剖視圖15和圖16是示出制造圖13中的倒裝芯片封裝的方法的實施例 的剖視圖17和圖18是示出制造圖14中的倒裝芯片封裝的方法的實施例
的剖視圖。
具體實施例方式
在下面參照附圖來說明根據(jù)本發(fā)明的實施例。然而，本發(fā)明可以 以許多不同的形式來實施，不應(yīng)該被解釋為限于在此闡述的示例性實 施例。在附圖中，為了清晰起見，可以放大層和區(qū)域的尺寸和相對尺 寸。
應(yīng)該理解的是，當(dāng)元件或?qū)颖环Q作在另一元件或?qū)由稀⑦B接到另 一元件或?qū)踊蛘哌B合到另一元件或?qū)訒r，它可以直接在另一元件或?qū)?上、直接連接到另一元件或?qū)踊蛘咧苯舆B合到另一元件或?qū)?，或者?存在中間元件或?qū)?。相反，?dāng)元件或?qū)颖环Q作直接在另一元件或?qū)由稀?直接連接到另一元件或?qū)踊蛘咧苯舆B合到另一元件或?qū)訒r，則不存在 中間元件或?qū)印Ｏ嗤臉?biāo)號始終表示相同的元件。如這里所使用的， 術(shù)語"和/或"包括一個或更多相關(guān)所列項的任何以及所有組合。
應(yīng)該理解的是，雖然術(shù)語"第一"、"第二"、"第三"等可以 在此用來說明各種元件、組件、區(qū)域、層和/或部分，但是這些元件、 組件、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)該受這些術(shù)語的限制。這些術(shù)語只是用 來將一個元件、組件、區(qū)域、層或部分與另一區(qū)域、層或部分區(qū)分開。 因此，在不脫離本發(fā)明的教學(xué)的情況下，下面討論的第一元件、第一 組件、第一區(qū)域、第一層或第一部分可以用以下術(shù)語來稱呼，第二元 件、第二組件、第二區(qū)域、第二層或第二部分。
為了便于描述，在這里可使用空間相對術(shù)語比如"在...下面"、 "在…以下"、"下面的"、"在...以上"、"上面的"等來說明如 附圖所示的一個元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)該理解的是， 空間相對術(shù)語意在包含除了附圖所示的方向之外的在使用或操作中的 裝置的不同方向。例如，如果將附圖中的裝置翻轉(zhuǎn)，則被描述為在其 它元件或特征"以下"或"下面"的元件隨后將被定位在其它元件或
特征"以上"。因此，示例性術(shù)語"在...以下"可以包含以上和以下 兩個方向。裝置可以被不同地定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其它方向)并相 應(yīng)解釋這里使用的空間相對描述符。
這里使用的術(shù)語只是為了描述特定示例性實施例的目的，目的不 在于成為本發(fā)明的限制。如這里所使用的，除非上下文清楚地指出， 否則單數(shù)形式意在也包括復(fù)數(shù)形式。還應(yīng)該理解的是，當(dāng)在該說明書
中使用術(shù)語"包括"禾n/或"包括"時，表示存在所述特征、整體、步
驟、操作、元件和/或組件，而不排除一個或更多其它特征、整體、步 驟、操作、元件、組件和/或上述所組成的群組的存在或加入。
在此參照作為本發(fā)明的理想化的示例性實施例(和中間結(jié)構(gòu))的 示意性示出的剖面示圖來說明本發(fā)明的示例性實施例。如此，例如由 于制造技術(shù)和/或公差導(dǎo)致的示出的形狀的變化是可預(yù)料的。因此，本 發(fā)明的示例性實施例不應(yīng)該被解釋為限制為在此示出的區(qū)域的具體形 狀，而是包括由于例如制造導(dǎo)致的形狀的偏差。例如，示出為矩形的 注入?yún)^(qū)將典型地在其邊緣具有圓形的或彎曲的特征和/或注入濃度的梯 度，而不是從注入?yún)^(qū)到非注入?yún)^(qū)的二元變化。同樣，通過注入形成的 掩埋區(qū)會在掩埋區(qū)和發(fā)生注入的表面之間的區(qū)域中導(dǎo)致一些注入。由 此，附圖所示的區(qū)域本質(zhì)上是示意性的，它們的形狀的目的不在于示 出裝置的區(qū)域的真實形狀，且其目的不在于限制本發(fā)明的范圍。
下面，將參照附圖詳細(xì)說明根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實施例。
半導(dǎo)體器件
圖1是示出根據(jù)本發(fā)明的一些方面的半導(dǎo)體器件的實施例的剖視圖。
參照圖i，該示例性實施例的半導(dǎo)體器件ioo可包括半導(dǎo)體芯片
110、保護(hù)層圖形130、 UBM層140和導(dǎo)電凸塊150。
半導(dǎo)體芯片110可包括通過多個半導(dǎo)體制作工藝形成的半導(dǎo)體結(jié) 構(gòu)(未示出)。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可具有最上導(dǎo)線(未示出)。最上導(dǎo)線可 具有包括例如銅、鋁等金屬的接觸焊盤112。阻擋層114可以在半導(dǎo)體
芯片110上形成以暴露接觸焊盤112。在該示例性實施例中，阻擋層 114可包括例如氧化物的絕緣材料。
半導(dǎo)體芯片可以進(jìn)一步包括絕緣層圖形116。絕緣層圖形116可以 在半導(dǎo)體芯片110上形成。絕緣層圖形116可具有暴露接觸焊盤112 的多個通孔117。此外，絕緣層圖形116可具有沿半導(dǎo)體芯片110的邊 緣部分形成的溝槽118。這里，下保護(hù)環(huán)(未示出)可以位于溝槽118 下面，用于防止?jié)駳鉂B透到半導(dǎo)體芯片110中。在該示例性實施例中， 下保護(hù)環(huán)可包括金屬。
焊盤120可以在絕緣層圖形116上形成。在該示例性實施例中， 焊盤120可包括例如鋁、銅等金屬。此外，焊盤120可具有填充通孔 117的插頭122，從而焊盤120可以通過插頭122電連接到接觸焊盤112。
保護(hù)環(huán)124可在溝槽118的內(nèi)表面上形成。保護(hù)環(huán)124可被安置 于下保護(hù)環(huán)的上方。此外，保護(hù)環(huán)124可部分地形成在位于溝槽118 上端的外圍的絕緣層圖形116上。這里，保護(hù)環(huán)124在絕緣層圖形116 上的一部分可對應(yīng)于直接接觸UBM層140的接觸部分126。在該示例 性實施例中，保護(hù)環(huán)124可包括與焊盤120的材料基本上相同的材料。 因此，保護(hù)環(huán)124可包括例如鋁、銅等金屬。這里，在溝槽118上端 的保護(hù)環(huán)124的上部可以具有大于在溝槽118下端的保護(hù)環(huán)124的下 部厚度的厚度。即，如所示的，保護(hù)環(huán)124的上部可以從保護(hù)環(huán)124 的下部向溝槽118的內(nèi)空間突出。
保護(hù)層圖形130可在絕緣層圖形116上形成。保護(hù)層圖形130可 具有暴露焊盤120的第一開口 132和局部暴露保護(hù)環(huán)124的接觸部分126的第二開口 134。在該示例性實施例中，保護(hù)環(huán)124以及焊盤120 可以被保護(hù)層圖形130暴露。
UBM層140可在保護(hù)層圖形130上形成。UBM層140可以填補(bǔ) 第一開口 132和第二開口 134。 UBM層140可直接與焊盤120和保護(hù) 環(huán)124接觸。g卩，UBM層140可具有在第二開口 134中的接觸部分142， 以直接與保護(hù)環(huán)124的接觸部分126接觸。
這里，UBM層140可以沿溝槽118中的保護(hù)環(huán)124的外形來形成。 因此，UBM層140的上部可以具有大于UBM層140的下部和保護(hù)環(huán) 124的厚度的厚度。在這種情況下，由于溝槽118中的UBM層140之 間的厚度差導(dǎo)致不會給保護(hù)環(huán)124兩側(cè)的焊盤120上的UBM層140的 部分提供均勻的電流。
相反，根據(jù)該示例性實施例，保護(hù)環(huán)124和UBM層140可以通過 接觸部分126和142彼此直接接觸，從而電流可以流動通過溝槽118 中的保護(hù)環(huán)124以及UBM層140。艮卩，在該實施例中，在溝槽118中 可以抑制電流流動的電阻不增加。其結(jié)果是，不管溝槽118中的UBM 層140的厚度差，都可向UBM層140在焊盤120上的部分提供均勻電 流。
導(dǎo)電凸塊150可在放置于焊盤120上的UBM層140上形成。在該 示例性實施例中，通過對UBM層140的電鍍工藝，可形成導(dǎo)電凸塊 150。 g卩，電流可以提供到UBM層140，以從UBM層140的上表面生 長導(dǎo)電凸塊150。這里，如上所述，由于保護(hù)環(huán)124和UBM層140可 直接彼此接觸，因此電流可以均勻地提供到UBM層140。因此，通過 電鍍工藝形成的導(dǎo)電凸塊150可具有均勻的尺寸。此外，例如，在該 示例性實施例中，導(dǎo)電凸塊150可具有通過回流工藝形成的球形。
根據(jù)該示例性實施例，保護(hù)環(huán)和UBM層可以直接彼此接觸，從而
電流可以流動通過保護(hù)環(huán)和UBM層。因此，不管UBM層的厚度，電 流可以均勻地提供到UBM層。其結(jié)果是，導(dǎo)電凸塊可具有均勻的尺寸。
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的方面的半導(dǎo)體器件的另一實施例的剖視圖。
除了保護(hù)層圖形和UBM層以外，該示例性實施例的半導(dǎo)體器件可 包括與圖1中的半導(dǎo)體器件的元件基本相同的元件。因此，相同的標(biāo) 號表示相同的元件，為了簡短起見，在此省略了對相同元件的任何進(jìn) 一步的說明。
參照圖2，根據(jù)該示例性實施例的半導(dǎo)體器件100a的保護(hù)層圖形 130a可具有暴露焊盤120的第一開口 132a和暴露保護(hù)環(huán)124的第二開 口 134a。在該示例性實施例中，保護(hù)環(huán)124可以通過第二開口 134a完 全暴露。因此，UBM層140a可以形成在通過第二開口 134a暴露的保 護(hù)環(huán)124的整個表面上。其結(jié)果是，保護(hù)環(huán)124的整個表面可以直接 與UBM層140a接觸。
根據(jù)該示例性實施例，由于保護(hù)環(huán)的整個表面可以直接與UBM層 接觸，因此不管UBM層的厚度，電流可以更均勻地提供到UBM層。 結(jié)果，導(dǎo)電凸塊可具有更均勻的尺寸。
制造半導(dǎo)體器件的方法
圖3至圖9是示出了制造圖1中的半導(dǎo)體器件的方法的剖視圖。
參照圖3，形成具有接觸焊盤112和絕緣層圖形116的半導(dǎo)體芯片 110。在該示例性實施例中，如本領(lǐng)域的技術(shù)人員將會理解的，半導(dǎo)體 芯片110可包括通過多個半導(dǎo)體制作工藝形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)(未示出)。 如本領(lǐng)域的技術(shù)人員還將會理解的，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可包括最上導(dǎo)線(未 示出)。最上導(dǎo)線包括接觸焊盤112。接觸焊盤112可包括例如銅、鋁
16
等的金屬。在半導(dǎo)體芯片U0上形成阻擋層114以暴露接觸焊盤112。 阻擋層114可包括例如氧化物的絕緣材料。在半導(dǎo)體芯片110上形成 絕緣層圖形116。絕緣層圖形116被形成為具有暴露接觸焊盤112的多 個通孔117。此外，絕緣層圖形116包括沿半導(dǎo)體芯片110的邊緣部分 形成的溝槽118。這里，在溝槽118的下面可提供可以防止?jié)駳鉂B透到 半導(dǎo)體芯片110中的下保護(hù)環(huán)(未示出)。
參照圖4，在絕緣層圖形116的上表面和溝槽118的內(nèi)表面上形成 導(dǎo)電層128。在該示例性實施例中，導(dǎo)電層128可包括鋁、銅等。導(dǎo)電 層128填補(bǔ)通孔117，從而通孔117電連接到接觸焊盤112。這里，導(dǎo) 電層128在溝槽118上端的上部具有大于導(dǎo)電層在溝槽118下端的下 部的厚度的厚度。
參照圖5，通過蝕刻工藝圖形化導(dǎo)電層128，以形成焊盤120和保 護(hù)環(huán)124。在接觸焊盤112之上的絕緣層圖形116上形成焊盤120，以 通過插頭122電連接到接觸焊盤112。在該實施例中，在溝槽118的內(nèi) 表面和與溝槽118的上端相鄰的絕緣層圖形116的上表面上形成保護(hù) 環(huán)124。
參照圖6，保護(hù)層136可以形成在絕緣層圖形116、焊盤120和保 護(hù)環(huán)124的表面上。
參照圖7，在保護(hù)層136上形成第一掩模圖形160。第一掩模圖形 160可具有暴露焊盤120上的保護(hù)層136的第一開口 161和暴露與溝槽 118的上端相鄰的絕緣層圖形116上的保護(hù)層136的第二開口 162。在 該示例性實施例中，第一掩模圖形160可包括光致抗蝕劑圖形?？墒?用第一掩模圖形160作為蝕刻掩模來蝕刻保護(hù)層136，以形成保護(hù)層圖 形130。因此，保護(hù)層圖形130被形成為具有暴露焊盤120的第一開口 132和暴露保護(hù)環(huán)124的接觸部分126的第二開口 134。
參照圖8，作為示例，可通過灰化工藝和/或剝離工藝來去除第一
掩模圖形160。在保護(hù)層圖形130上形成UBM層140，從而用UBM層 140填補(bǔ)第一開口 132和第二開口 134。因此，焊盤120電連接到第一 開口 132中的UBM層140。此外，保護(hù)環(huán)124的接觸部分126通過第 二開口 134中的UBM層140的接觸部分142直接接觸UBM層140。
這里，UBM層140的上部具有大于保護(hù)環(huán)124和UBM層140的 下部的厚度的厚度。因為保護(hù)環(huán)124和UBM層140可以通過接觸部分 126和142直接彼此連接，所以電流可以流動通過溝槽118中的UBM 層140和保護(hù)環(huán)124。其結(jié)果是，不管UBM層140的厚度差，電流可 以均勻地提供到兩個焊盤120上的UBM層140。
參照圖9，在UBM層140上形成第二掩模圖形170。第二掩模圖 形170可以具有暴露焊盤120上的UBM層140的開口 171。在該示例 性實施例中，作為示例，第二掩模圖形170可包括光致抗蝕劑圖形。
可以使用作為電鍍掩模的第二掩模圖形170來在UBM層140的上 表面上進(jìn)行電鍍工藝以在UBM層140上形成導(dǎo)電凸塊152。在該示例 性實施例中，當(dāng)電流提供到UBM層140時，通過氧化-還原反應(yīng)從UBM 層140的上表面生長導(dǎo)電凸塊152。這里，如上所述，因為保護(hù)環(huán)124 和UBM層140直接彼此連接，所以電流均勻地被提供到UBM層140。 因此，通過電鍍工藝形成的導(dǎo)電凸塊152具有基本上均勻的尺寸。作 為示例，然后可以通過的灰化工藝和/或剝離工藝等來去除第二掩模圖 形170。
可以在導(dǎo)電凸塊152上進(jìn)行回流工藝來形成球形的導(dǎo)電凸塊150， 從而完成圖1中的半導(dǎo)體器件100。
這里，在該示例性實施例中，可以在單個的半導(dǎo)體芯片110上進(jìn) 行上述的工藝。替代地，可以在其中形成多個半導(dǎo)體芯片110的晶片上進(jìn)行這些工藝，晶片可以沿劃線切割來形成圖1中的半導(dǎo)體器件100。
圖10至圖12是示出了制造圖2中的半導(dǎo)體器件的方法的實施例 的剖視圖。
制造圖2中的半導(dǎo)體器件的方法可包括與參照圖3至圖6示出的 工藝基本上相同的工藝。因此，在此只將說明在參照圖6示出的工藝 之后的工藝。
參照圖10，第一掩模圖形160a可以在保護(hù)層136上形成。第一掩 模圖形160a具有暴露焊盤120上的保護(hù)層136 (見圖6)的第一開口 161a和完全暴露與溝槽118的上端相鄰的絕緣層圖形116上的和溝槽 118中的保護(hù)層136的第二開口 162a?？梢允褂玫谝谎谀D形160a作 為蝕刻掩模來蝕刻保護(hù)層136,以形成保護(hù)層圖形130a。因此，保護(hù)層 圖形130a可具有暴露焊盤120的第一開口 132a和完全暴露保護(hù)環(huán)124 的第二開口 134a。
參照圖ll，作為示例，可以通過灰化工藝和/或剝離工藝來去除第 一掩模圖形160a。 UBM層140a可以在保護(hù)層圖形130a上形成，以填 補(bǔ)第一開口 132a和第二開口 134a。因此，焊盤120電連接到第一開口 132a中的UBM層140a。此外，整個保護(hù)環(huán)124可以與第二開口 134a 中的UBM層140a直接接觸。
參照圖12，第二掩模圖形170可以在UBM層140a上形成。在 UBM層140a上加入包括暴露焊盤120上的UBM層140a的開口 171 的第二掩模圖形170。
可以使用作為電鍍掩模的第二掩模圖形170來在UBM層140a的 上表面上進(jìn)行電鍍工藝，以在UBM層140a上形成導(dǎo)電凸塊152。作為 示例，然后通過的灰化工藝和/或剝離工藝等來去除第二掩模圖形170。
在導(dǎo)電凸塊152上進(jìn)行回流工藝來形成球形的導(dǎo)電凸塊150，從而 完成圖2中的半導(dǎo)體器件100a。
倒裝芯片封裝
圖13是示出根據(jù)本發(fā)明的方面的倒裝芯片封裝的實施例的剖視圖。
參照圖13，該示例性實施例的倒裝芯片封裝200可包括半導(dǎo)體器 件IOO、襯底210、底部填充層220和導(dǎo)電部件230。
這里，半導(dǎo)體器件IOO可包括與圖1中的半導(dǎo)體器件的元件基本 相同的元件。因此，相同的標(biāo)號表示相同的元件，并且為了簡潔起見， 省略了對相同元件的任何進(jìn)一步說明。
襯底210可布置在半導(dǎo)體器件100的下面。焊盤212可被布置在 襯底210的上表面上。襯底210的焊盤212可對應(yīng)于半導(dǎo)體器件100 的導(dǎo)電凸塊150。這里，通過提供均勻的電流，導(dǎo)電凸塊150可具有均 勻的尺寸。因此，可以保證在導(dǎo)電凸塊150和焊盤212之間良好的可 靠的接觸。其結(jié)果是，顯著地提高了襯底210和半導(dǎo)體器件100之間 的電接合的可靠性。
底部填充層220可以形成在襯底210和半導(dǎo)體器件100之間，以 保護(hù)導(dǎo)電凸塊150不受外部沖擊。
導(dǎo)電部件230可以安裝在襯底210的下表面上。導(dǎo)電部件230可 以通過襯底210中的電路圖形(未示出)電連接到焊盤212和導(dǎo)電凸 塊150。即，導(dǎo)電部件230可以通過襯底210電連接到半導(dǎo)體器件100。 在該示例性實施例中，導(dǎo)電部件230可包括焊料球。
根據(jù)該示例性實施例，具有均勻尺寸的導(dǎo)電凸塊150可以安裝在
襯底的焊盤212上。因此，可以顯著提高襯底和半導(dǎo)體器件之間的電
接合的可靠性。
圖14是示出根據(jù)本發(fā)明的方面的倒裝芯片封裝的另一實施例的剖 視圖。
參照圖14，該示例性實施例的倒裝芯片封裝200a可包括半導(dǎo)體器 件100a、襯底210、底部填充層220和導(dǎo)電部件230。
這里，半導(dǎo)體器件100a可包括與圖2中的半導(dǎo)體器件的元件基本 上相同的元件。因此，相同的標(biāo)號表示相同的元件，并且為了簡潔起 見，省略了對相同元件的任何進(jìn)一步的說明。
此外，倒裝芯片封裝200a的襯底210、底部填充層220和導(dǎo)電部 件230可以分別與圖13中的倒裝芯片封裝200的相應(yīng)部分基本上相同。 因此，為了簡潔起見，省略對襯底210、底部填充層22和導(dǎo)電部件 230的任何進(jìn)一步的說明。
制造倒裝芯片封裝的方法
圖15和圖16是示出制造圖13中的倒裝芯片封裝的方法的實施例 的剖視圖。
參照圖15，可以在襯底210上安置半導(dǎo)體器件100。這里，半導(dǎo) 體器件100的導(dǎo)電凸塊150可以被布置為其方向向著襯底210。導(dǎo)電凸 塊150可安裝在襯底210的焊盤212上。
參照圖16，底部填充層220可以形成在襯底210和半導(dǎo)體器件100 之間。導(dǎo)電部件230可安裝在襯底210的下表面上，從而完成圖13中 的倒裝芯片封裝200。
圖17和圖18是示出了制造圖14中的倒裝芯片封裝的方法的實施 例的剖視圖。
參照圖17，半導(dǎo)體器件100a可安置在襯底210上。這里，半導(dǎo)體 器件100a的導(dǎo)電凸塊150可以被布置為其方向向著襯底210。導(dǎo)電凸 塊150可以安裝在襯底210的焊盤212上。
參照圖18，底部填充層220可形成在襯底210和半導(dǎo)體器件100a 之間。導(dǎo)電部件230可以安裝在襯底210的下表面上，從而完成圖14 中的倒裝芯片封裝200a。
根據(jù)本發(fā)明的一些示例性實施例，UBM層140和保護(hù)環(huán)124可以 彼此直接接觸。因此，在用于形成導(dǎo)電凸塊150的電鍍工藝中，電流 可以流動通過保護(hù)環(huán)124以及UBM層140。因此，均勻的電流可以提 供到UBM層140，從而導(dǎo)電凸塊150可具有均勻的尺寸。其結(jié)果是， 因為具有均勻尺寸的導(dǎo)電凸塊可以安裝在襯底210上，所以倒裝芯片 封裝可以提高電接合的可靠性。
上述是本發(fā)明的示例，并不應(yīng)該被解釋為是本發(fā)明的限制。雖然 已經(jīng)說明了根據(jù)本發(fā)明的方面的一些示例性實施例，但是本領(lǐng)域的技 術(shù)人員應(yīng)該容易了解，實質(zhì)上不偏離本發(fā)明的新穎教學(xué)和優(yōu)點(diǎn)的情況 下，可以在示例性實施例中做出許多修改。因此，所有這樣的修改意 在被包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在權(quán)利要求中，結(jié)構(gòu)加功能條款意在覆 蓋在這里如進(jìn)行敘述的功能而說明的結(jié)構(gòu)以及結(jié)構(gòu)性相等和相等的結(jié) 構(gòu)。因此，將理解的是，上述內(nèi)容是本發(fā)明的示例，不應(yīng)該被解釋為 被限制于公開的特定示例性實施例，并且對公開的示例性實施例的修 改以及其它示例性實施例意在被包括在所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。本發(fā) 明由以下權(quán)利要求和被包括在其中的等價權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1. 一種半導(dǎo)體器件，包括包括焊盤和保護(hù)環(huán)的半導(dǎo)體芯片；在所述半導(dǎo)體芯片上形成的保護(hù)層圖形，其暴露焊盤和保護(hù)環(huán)；在所述保護(hù)層圖形上形成的凸塊下金屬(UBM)層，所述UBM層與所述焊盤和所述保護(hù)環(huán)直接接觸；以及在所述焊盤之上的所述UBM層上形成的導(dǎo)電凸塊。
2. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述半導(dǎo)體器件進(jìn)一 步包括絕緣層圖形，在所述絕緣層圖形中形成有溝槽，其中，所述保 護(hù)環(huán)部分地形成在所述溝槽的內(nèi)表面和與所述溝槽相鄰的所述絕緣層 圖形的上表面上。
3. 如權(quán)利要求l所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述保護(hù)層圖形具有 在其中形成的部分暴露保護(hù)環(huán)的開口 ，并且用所述UBM層來填充所述開口。
4. 如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述保護(hù)層圖形具有 在其中形成的完全暴露保護(hù)環(huán)的開口 ，并且用所述UBM層來填充所述開口。
5. —種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 制備包括焊盤和保護(hù)環(huán)的半導(dǎo)體芯片；在所述半導(dǎo)體芯片上形成保護(hù)層圖形，以暴露所述焊盤和所述保 護(hù)環(huán)；在所述保護(hù)層圖形上形成凸塊下金屬(UBM)層，所述UBM層 直接接觸所述焊盤和所述保護(hù)環(huán)；在所述焊盤之上的所述UBM層上形成導(dǎo)電凸塊。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，制備所述半導(dǎo)體芯片的步驟包括在所述半導(dǎo)體芯片上形成具有溝槽的絕緣層圖形； 在所述絕緣層圖形的上表面和所述溝槽的內(nèi)表面上形成導(dǎo)電層；以及圖形化所述導(dǎo)電層，以在所述絕緣層圖形的上表面上形成所述焊 盤，并在所述溝槽的內(nèi)表面上形成所述保護(hù)環(huán)。
7. 如權(quán)利要求6所述的方法，其中，圖形化所述導(dǎo)電層的步驟包 括在位于所述溝槽外圍的所述絕緣層圖形上形成所述保護(hù)環(huán)。
8. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，形成保護(hù)層圖形的步驟包括 在所述半導(dǎo)體芯片、所述焊盤和所述保護(hù)環(huán)上形成保護(hù)層；以及 圖形化所述保護(hù)層，以形成具有暴露所述焊盤的第一開口和暴露所述保護(hù)環(huán)的第二開口的所述保護(hù)層圖形。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第二開口部分地暴露所 述保護(hù)環(huán)。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述第二開口完全地暴露所述保護(hù)環(huán)。
11. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，通過電鍍工藝來形成所述導(dǎo)電凸塊。
12. 如權(quán)利要求ll所述的方法，其中，所述電鍍工藝包括 在所述UBM層上形成掩模圖形，所述掩模圖形部分地暴露在所述焊盤上的所述UBM層的部分；以及向所述UBM層提供電流，以從通過所述掩模圖形暴露的所述 UBM層的部分中生長所述導(dǎo)電凸塊。
13. 如權(quán)利要求5所述的方法，進(jìn)一步包括進(jìn)行用于將所述導(dǎo)電凸塊形成為具有球形的形狀的回流工藝。
14. 一種制造半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包括 在半導(dǎo)體芯片上形成具有溝槽的絕緣層圖形；在所述絕緣層圖形的上表面和所述溝槽的內(nèi)表面上形成導(dǎo)電層；圖形化所述導(dǎo)電層，以在所述絕緣層圖形的上表面上形成焊盤并 在所述溝槽的內(nèi)表面上形成保護(hù)環(huán)；在所述半導(dǎo)體芯片、所述焊盤和所述保護(hù)環(huán)上形成保護(hù)層；圖形化所述保護(hù)層，以形成具有暴露所述焊盤的第一開口和暴露 所述保護(hù)環(huán)的第二開口的保護(hù)層圖形；在所述保護(hù)層圖形上形成凸塊下金屬(UBM)層，所述UBM層 直接接觸所述焊盤和所述保護(hù)環(huán)；在所述UBM層上形成掩模圖形，所述掩模圖形部分地暴露所述焊 盤上的所述UBM層的部分；以及向所述UBM層提供電流，以從通過所述掩模圖形暴露的所述 UBM層的部分中生長導(dǎo)電凸塊。
15. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第二開口部分地暴露 所述保護(hù)環(huán)。
16. 如權(quán)利要求14所述的方法，其中，所述第二開口完全地暴露 所述保護(hù)環(huán)。
17. —種倒裝芯片封裝，包括 包括焊盤和保護(hù)環(huán)的半導(dǎo)體芯片；在所述半導(dǎo)體芯片上形成的暴露所述焊盤和所述保護(hù)環(huán)的保護(hù)層 圖形；在所述保護(hù)層圖形上形成的凸塊下金屬(UBM)層，所述UBM層直接接觸所述焊盤和所述保護(hù)環(huán)；在所述焊盤之上的所述UBM層上形成的導(dǎo)電凸塊；以及通過所述導(dǎo)電凸塊電連接到所述半導(dǎo)體芯片的襯底。
18. 如權(quán)利要求17所述的倒裝芯片封裝，進(jìn)一步包括在所述半導(dǎo) 體芯片和所述襯底之間形成的底部填充層。
19. 如權(quán)利要求17所述的倒裝芯片封裝，進(jìn)一步包括在與所述襯 底的第一表面相對的所述襯底的第二表面上安裝的導(dǎo)電部件，其中， 所述導(dǎo)電凸塊安裝在所述襯底的第一表面上。
20. —種制造倒裝芯片封裝的方法，所述方法包括 制備包括焊盤和保護(hù)環(huán)的半導(dǎo)體芯片；在所述半導(dǎo)體芯片上形成保護(hù)層圖形，以暴露所述焊盤和所述保 護(hù)環(huán)；在所述保護(hù)層圖形上形成所述凸塊下金屬(UBM)層，所述UBM 層直接與所述焊盤和所述保護(hù)環(huán)接觸；在所述焊盤之上的所述UBM層上形成導(dǎo)電凸塊；以及 在襯底上安裝所述導(dǎo)電凸塊。
21. 如權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括在所述半導(dǎo)體芯片和 所述襯底之間形成底部填充層。
22. 如權(quán)利要求20所述的方法，進(jìn)一步包括將導(dǎo)電部件安裝在所 述襯底上。
全文摘要
本發(fā)明公開一種半導(dǎo)體器件及其制造方法和具有該半導(dǎo)體器件的倒裝芯片封裝及其制造方法。一種半導(dǎo)體器件可包括半導(dǎo)體芯片、保護(hù)層圖形、凸塊下金屬(UBM)層和導(dǎo)電凸塊。半導(dǎo)體芯片可包括焊盤和保護(hù)環(huán)。保護(hù)層圖形可形成在半導(dǎo)體芯片上以暴露焊盤和保護(hù)環(huán)。UBM層可形成在保護(hù)層上并可直接與焊盤和保護(hù)環(huán)接觸。導(dǎo)電凸塊可形成在UBM層在焊盤上的一部分上。因此，UBM層和保護(hù)環(huán)可以直接彼此接觸，從而不管UBM層的不同部分的厚度差，均勻的電流可以提供到焊盤上的UBM層。
文檔編號H01L21/00GK101378039SQ20081021492
公開日2009年3月4日 申請日期2008年8月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月30日
發(fā)明者樸建禹, 李世永, 陳裕承 申請人:三星電子株式會社