发明名称 柱状焊接结构及其制程
摘要 一种柱状焊接结构及其制程,柱状焊接结构系配置于晶片之焊垫上,在覆晶封装制程中,晶片可经由柱状焊接结构与基板相连接。此外,柱状焊接结构主要包括一导电柱及一焊料块,其中导电柱系配置于晶片之焊垫上,而焊料块则配置于导电柱之上,且焊料块之熔点系低于导电柱之熔点,并且焊料块之外形可为柱状、球状或半球状等等。另外,柱状焊接结构之制程系制作一层图案化之罩幕层于晶圆上,且使罩幕层之开口对应位于晶圆之焊垫上,并以电镀方式填入导电材料于开口内形成导电柱,再后续之制程中形成上述之焊料块,而完成此柱状焊接结构之制作。
申请公布号 TWI245402 申请公布日期 2005.12.11
申请号 TW091100092 申请日期 2002.01.07
申请人 米辑科技股份有限公司 发明人 李进源;周健康;林世雄;郭锡山
分类号 H01L23/522 主分类号 H01L23/522
代理机构 代理人 詹铭文 台北市中正区罗斯福路2段100号7楼之1;萧锡清 台北市中正区罗斯福路2段100号7楼之1
主权项 1.一种柱状焊接结构,适用于配置在一晶片上,其中该晶片具有至少一焊垫,该柱状焊接结构至少包括:一导电柱,配置于该晶片之该焊垫上;以及一焊料块,配置于该导电柱上,其中该焊料块之熔点系低于该导电柱之熔点。2.如申请专利范围第1项所述之柱状焊接结构,其中该焊垫系为该晶片之原有焊垫。3.如申请专利范围第1项所述之柱状焊接结构,其中该晶片具有一重配置线路层,而该焊垫系由该重配置线路层所构成。4.如申请专利范围第1项所述之柱状焊接结构,其中该焊料块系为一焊料球。5.如申请专利范围第1项所述之柱状焊接结构,其中该焊料块系为一焊料柱。6.如申请专利范围第5项所述之柱状焊接结构,其中该焊料柱之外径可小于该导电柱之外径。7.如申请专利范围第1项所述之柱状焊接结构,其中该导电柱之材质系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。8.如申请专利范围第1项所述之柱状焊接结构,其中该焊料块之材质系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。9.如申请专利范围第1项所述之柱状焊接结构,更包括一球底金属层,其配置介于该导电柱及该焊垫之间。10.如申请专利范围第1项所述之柱状焊接结构,更包括一过渡层,其配置介于该导电柱及该焊料块之间。11.如申请专利范围第10项所述之柱状焊接结构,其中该过渡层系至少由一导电层所构成。12.一种柱状焊接结构制程,适用于制作至少一柱状焊接结构在一晶圆上,其中该晶圆具有一主动表面及至少一焊垫,而该焊垫系配置于该主动表面之上,该柱状焊接结构制程至少包括:全面性形成一球底金属层于该晶圆之该主动表面上,并覆盖该焊垫;形成图案化之一罩幕层于该球底金属层上,且该第一罩幕层具有至少一开口,其对应该焊垫之位置而暴露出部分该球底金属层;填入一导电材料于该开口之内,而形成至少一导电柱于该球底金属层上,且该导电材料并未填满该开口;填入一焊接材料于该开口之内,而形成至少一焊料柱于该导电柱之顶面上,其中该焊接材料之熔点系低于该导电材料之熔点;以及移除该罩幕层及位于该导电柱之下方以外的部分该球底金属层,而保留位于该导电柱之下方的部分该球底金属层,其中保留之部分该球底金属层、该导电柱及该焊料柱系构成该柱状焊接结构。13.如申请专利范围第12项所述之柱状焊接结构制秆,其中该焊垫系为该晶圆之原有焊垫。14.如申请专利范围第12项所述之柱状焊接结构制程,其中该晶圆具有一重配置线路层,而该焊垫系由该重配置线路层所构成。15.如申请专利范围第12项所述之柱状焊接结构制程,在移除该罩幕层及部分球底金属层之后,更包括进行一回焊步骤,使得该焊料柱熔融后形成一焊料块。16.如申请专利范围第12项所述之柱状焊接结构制程,其中填入该导电材料于该第一开口之内的方法包括电镀。17.如申请专利范围第12项所述之柱状焊接结构制程,其中填入该焊接材料于该第一开口之内的方法包括电镀及印刷其中之一。18.如申请专利范围第12项所述之柱状焊接结构制程,其中在形成该导电柱之后,且形成该焊料柱之前,更包括形成一过渡层于该导电柱之顶面,使得该焊料柱系形成于该过渡层上。19.如申请专利范围第18项所述之柱状焊接结构制程,其中该过渡层系至少由一导电层所构成。20.如申请专利范围第12项所述之柱状焊接结构制程,其中该导电材料系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。21.如申请专利范围第12项所述之柱状焊接结构制程,其中该焊接材料系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。22.如申请专利范围第12项所述之柱状焊接结构制程,其中该罩幕层之材质包括光阻。23.如申请专利范围第12项所述之柱状焊接结构制程,其中形成图案化之该罩幕层的方法包括先全面性形成一光阻层于该球底金属层之上,接着图案化该光阻层而形成图案化之该罩幕层。24.如申请专利范围第23项所述之柱状焊接结构制程,其中图案化该光阻层的方法包括曝光显影。25.一种柱状焊接结构制程,适用于制作至少一柱状焊接结构在一晶圆上,其中该晶圆具有一主动表面及至少一焊垫,而该焊垫系配置于该主动表面之上,该柱状焊接结构制程至少包括:全面性形成一球底金属层于该晶圆之该主动表面上,并覆盖该焊垫;形成图案化之一罩幕层于该球底金属层上,且该第一罩幕层具有至少一开口,其对应该焊垫之位置而暴露出部分该球底金属层;填入一导电材料于该开口之内,而形成至少一导电柱于该球底金属层上,且该导电材料并未填满该开口;移除该罩幕层及位于该导电柱之下方以外的部分该球底金属层,而保留位于该导电柱之下方的部分该球底金属层;形成一焊料球于该导电柱之顶面,其中保留之部分该球底金属层、该导电柱及该焊料柱系构成该柱状焊接结构。26.如申请专利范围第25项所述之柱状焊接结构制程,其中该焊垫系为该晶圆之原有焊垫。27.如申请专利范围第25项所述之柱状焊接结构制程,其中该晶圆具有一重配置线路层,而该焊垫系由该重配置线路层所构成。28.如申请专利范围第25项所述之柱状焊接结构制程,其中填入该导电材料于该第一开口之内的方法包括电镀。29.如申请专利范围第25项所述之柱状焊接结构制程,其中在形成该导电柱之后,且形成该焊料球之前,更包括形成一过渡层于该导电柱之顶面,使得该焊料球系形成于该过渡层上。30.如申请专利范围第29项所述之柱状焊接结构制程,其中该过渡层系至少由一导电层所构成。31.如申请专利范围第25项所述之柱状焊接结构制程,其中该导电材料系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。32.如申请专利范围第25项所述之柱状焊接结构制程,其中该焊料球之材质系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。33.如申请专利范围第25项所述之柱状焊接结构制程,其中该罩幕层之材质包括光阻。34.如申请专利范围第25项所述之柱状焊接结构制程,其中形成图案化之该罩幕层的方法包括先全面性形成一光阻层于该球底金属层之上,接着图案化该光阻层而形成图案化之该罩幕层。35.如申请专利范围第34项所述之柱状焊接结构制程,其中图案化该光阻层的方法包括曝光显影。36.一种柱状焊接结构,适用于配置在一晶片上,使得该晶片可翻覆连接至一基板,其中该晶片具有至少一焊垫,且该基板具有一基板表面、图案化之一焊罩层及至少一接合垫,而该焊罩层及该接合垫均配置于该基板表面,且该焊罩层具有至少一开口,其暴露出该接合垫,该柱状焊接结构至少包括:一导电柱,配置于该晶片之该焊垫上;以及一焊料柱,配置于该导电柱上,其中该焊料柱之外径系小于等于该开口之孔径,而该焊料柱之长度系大于等于该开口之深度,且该焊料柱之熔点系低于该导电柱之熔点。37.如申请专利范围第36项所述之柱状焊接结构,其中该焊垫系为该晶片之原有焊垫。38.如申请专利范围第36项所述之柱状焊接结构,其中该晶片具有一重配置线路层,而该焊垫系由该重记置线路层所构成。39.如申请专利范围第36项所述之柱状焊接结构,其中该导电柱之材质系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。40.如申请专利范围第36项所述之柱状焊接结构,其中该焊料柱之材质系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。41.如申请专利范围第36项所述之柱状焊接结构,更包括一球底金属层,其配置介于该导电柱及该焊垫之间。42.如申请专利范围第36项所述之柱状焊接结构,更包括一过渡层,其配置介于该导电柱及该焊料块之间。43.如申请专利范围第42项所述之柱状焊接结构,其中该过渡层系至少由一导电层所构成。44.一种柱状焊接结构制程,适用于制作至少一柱状焊接结构在一晶圆上,其中该晶圆具有一主动表面及至少一焊垫,而该焊垫系配置于该主动表面上,该柱状焊接结构制程至少包括:全面性形成一球底金属层于该晶圆之该主动表面,并覆盖该焊垫;形成图案化之一第一罩幕层于该球底金属层上,而该第一罩幕层具有至少一第一开口,其对应该焊垫之位置而暴露出部分该球底金属层;填入一导电材料于该第一开口之内,而形成至少一导电柱,其位于该球底金属层上;形成图案化之一第二罩幕层于该第一罩幕层上,且该第二罩幕层具有至少一第二开口,其暴露出该导电柱之顶面;填入一焊接材料于该第二开口之内,而形成至少一焊料柱,其位于该导电柱之顶面上,其中该焊接材料之熔点系低于该导电材料之熔点;以及移除该第一罩幕层、该第二罩幕层及位于该导电柱之下方以外的部分该球底金属层,并保留位于该导电柱之下方的部分该球底金属层,其中保留之部分该球底金属层、该导电柱及该焊料柱系构成该柱状焊接结构。45.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中该焊垫系为该晶圆之原有焊垫。46.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中该晶圆具有一重配置线路层,而该焊垫系由该重配置线路层所构成。47.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中填入该导电材料于该第一开口之内的方法包括电镀。48.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中填入该焊接材料于该第二开口之内的方法包括电镀。49.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中在形成该导电柱之后,且形成该焊料柱之前,更包括形成一过渡层于该导电柱之顶面,使得该焊料柱系形成于该过渡层上。50.如申请专利范围第49项所述之柱状焊接结构制程,其中该过渡层系至少由一导电层所构成。51.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中该导电材料系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。52.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中该焊接材料系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。53.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中该第一罩幕层之材质包括光阻。54.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中形成图案化之该第一罩幕层的方法包括先全面性形成一光阻层于该球底金属层之上,接着图案化该光阻层而形成图案化之该第一罩幕层。55.如申请专利范围第54项所述之柱状焊接结构制程,其中图案化该光阻层的方法包括曝光显影。56.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中该第二罩幕层之材质包括光阻。57.如申请专利范围第44项所述之柱状焊接结构制程,其中形成图案化之该第二罩幕层的方法包括先全面性形成一光阻层于该第一罩幕层之上,接着图案化该光阻层而形成图案化之该第二罩幕层。58.如申请专利范围第57项所述之柱状焊接结构制程,其中图案化该光阻层的方法包括曝光显影。59.一种覆晶封装制程,适用于将一晶片连接至一基板,其中该晶片具有至少一主动表面及一焊垫,而该焊垫系配置于该主动表面上,并且该基板具有一基板表面、图案化之一焊罩层及一接合垫,而该焊罩层及该接合垫均配置于该基板之该基板表面,且该焊罩层具有至少一开口,而该开口系暴露出该接合垫,该覆晶封装制程至少包括:形成一柱状焊接结构于该晶片之该焊垫上,其中该柱状焊接结构系至少由一导电柱及一焊料块所构成,而该导电柱之底面系配置于该焊垫上,且该焊料块之底面系配置于该导电柱之顶面上,并且该焊料块之熔点系低于该导电柱之熔点;将该晶片之该主动表面翻面朝向该基板之该基板表面,并使该焊料块之顶面接触该接合垫;以及进行一回焊步骤,使得该焊料块熔融之后接合该导电柱及该接合垫。60.如申请专利范围第59项所述之覆晶封装制程,其中该焊垫系为该晶片之原有焊垫。61.如申请专利范围第59项所述之覆晶封装制程,其中该晶片具有一重配置线路层,其配置于该晶片之该主动表面之上,而该焊垫系由该重配置线路层所构成。62.如申请专利范围第59项所述之覆晶封装制程,其中该导电柱之材质系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。63.如申请专利范围第59项所述之覆晶封装制程,其中该焊料块之材质系选自于由锡、铅、铜、金、银、锌、铋、镁、锑、铟、该等之组合及该等之合金所组成族群中的一种材质。64.如申请专利范围第59项所述之覆晶封装制程,其中该焊料块系为一焊料柱。65.如申请专利范围第64项所述之覆晶封装制程,其中该焊料柱之外径系小于等于该开口之孔径。66.如申请专利范围第65项所述之覆晶封装制程,其中该焊料柱之长度系大于等于该开口之深度。67.如申请专利范围第59项所述之覆晶封装制程,其中该柱状焊接结构更包括一球底金属层,其配置介于该导电柱及该焊垫之间。68.如申请专利范围第59项所述之覆晶封装制程,更包括一过渡层,其配置介于该导电柱及该焊料块之间。69.如申请专利范围第68项所述之覆晶封装制程,其中该过渡层系至少由一导电层所构成。图式简单说明:第1A图为习知之具有凸块的晶片连接至一基板的剖面放大示意图;第1B图为习知之具有凸块的晶片连接至另一基板的剖面放大示意图;第2A~2F图为本发明之第一实施例之柱状焊接结构制程的剖面流程图;第3A~3E图为本发明之第二实施例之柱状焊接结构制程的剖面流程图;第4A~4F图为本发明之第三实施例之柱状焊接结构制程的剖面流程图;第5A~5C图为本发明之第三实施例之柱状焊接结构,其应用于覆晶封装制程的剖面流程图;以及第6A~6E图分别为上述三实施例之柱状焊接结构,其更包括一过渡层的剖面示意图。
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