半导体封装结构焊帽凸块与其制作方法技术

本发明专利技术揭露一具均匀高度的焊帽凸块(SOLDER?CAP?BUMP)的半导体封装结构。在一实施例中，该半导体封装结构包含一半导体基板，该基板包含复数个间隔设置的焊垫并位于该基板的上表面，以及一保护层形成于该焊垫上方，其中，有复数个焊垫开孔形成于保护层中以露出焊垫的至少一部分，有复数个焊帽凸块形成于该保护层中的焊垫开孔中，以及一具有复数个与焊帽凸块中的焊帽电连接的接线焊垫的承载基板。该焊帽凸块包含一位于一导电柱上方的焊帽，以及一图案化层，图案化涂布于导电柱之上表面以定义出一供焊球沉积之区域。该焊球可经回焊以形成该焊帽。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一半导体封装结构，特别是一种具均匀高度的焊帽凸块形成方法，并藉以提升在该半导体封装结构中的一焊帽凸块与一焊垫间的彼此连接关系。
技术介绍
随着半导体科技的日新月异，电子产业经历了由体积厚到薄的快速变革，以及从不停歇的微小化制程改良。半导体封装是一门建立半导体元件之间连结以形成一电路的科学，也因应半导体与电子产业的不断进步而快速发展。电子产品(如行动电话、笔记本电脑、个人数位助理PDA等)对于尺寸不断缩小且功能不断提高的需求与日剧增。高密度的积体电路也必须被封装在有限且压缩的封装结构如覆晶与球格阵列(Ball Grid Array, BGA)中。例如在球格阵列中，焊球被阵列式地排列以用来与所对应的球焊垫相接触以形成一 〃球格(ball grid)"阵列。一般而言，球格阵列的封装结构较一般传统的封装结构可包覆更高的密度并有较高的输出入脚位数。图1A至IF是针对习知的形成焊帽凸块的剖面示意图。如图1A所示，一晶圆110 提供一有源表面112，该晶圆110并具有一钝化层114与复数个接线焊垫116。须注意的是， 该钝化层114经图案化处理后露出该些接线焊垫116，进一步地，形成一金属层120覆盖在该钝化层114与该些接线焊垫116。该金属层120为一位于接线焊垫116与之后形成的导电柱140之间的介面(参图1C)。根据图1B至1F，一图案化罩幕层130在金属层120上形成，图案化罩幕层130包含复数个位于接线焊垫11 6上方的开孔132，该些开孔将至少一部份的金属层120露出。接着以金属层120为种子层用电镀的方式将导电材料填入开孔132中以形成一导电柱140将开孔132部分填满，接着以电镀或印刷的方式形成柱状的焊帽150。移除罩幕层130与部分的金属层120以形成一个具有焊帽的凸块结构160。值得注意的是，该焊帽可以是圆柱形 150或半球形150a覆盖于导电柱140上。传统具有焊帽的凸块的一个缺点是焊帽只能透过电镀将纯锡(Sn)或锡银合金形成，实务上要透过电镀形成其他焊料合金极其困难。另外，电镀形成焊帽在体积控制上也是不易，无法达成对于高度均匀度的要求。因此，如何能够提供一个新颖且可改良精准度、体积控制与产出速度的焊帽形成方法确实有其必要。
技术实现思路
本专利技术的目的为提供一种凸块可供一半导体封装结构与其制造方法，其中该凸块上的焊帽的尺寸大小、体积可被精确地控制以改善其高度的均匀度进而增加凸块与焊垫之间的相互连接，提升封装结构的可靠度。本专利技术的另一目的为提供一半导体封装结构之凸块及其制造方法，使得凸块可选用的材料有较多选择，以增加制作封装结构的便利性。本专利技术的另一目的为提供一焊球阵列具有较高的制作速度，以降低制造成本。另一方面，本专利技术提供在一半导体元件上形成一焊帽凸块的方法，该方法包含提供一半导体基板，该基板具有复数个焊垫间隔地设置于该基板上表面以及一沉积在该些焊垫上方的钝化层，其中复数个焊垫开孔形成于该钝化层中，藉使该些焊垫至少一部份露出； 形成复数个导电柱于该些焊垫开孔，使得该些导电柱可透过该些焊垫开孔与焊垫电连接； 沉积一图案化层以覆盖该钝化层与该些导电柱，其中，该图案化层包含复数个位于导电柱上方且具有一预定尺寸的导电柱开孔；置放一焊球于每一导电柱开孔，其中，该焊球的尺寸小于该导电柱开孔的特定尺寸；移除该图案化层使该钝化层、该些导电柱、与在该些导电柱上的焊球露出；以及对该些焊球进行回焊以形成一半球型的焊帽于该导电柱上。也可选择性地在焊球置放(ball drop)之前先在导电柱的上表面涂上一助焊剂。 在本专利技术一实施例中，该导电柱可以是一高度小于或等于60 μ m的导电球下冶金层，且该球下冶金层以电镀形成。在本专利技术另一实施例中，导电柱的材料可为铜、金或其合金。又本专利技术另一实施例中，该图案化层可为一钢板或一光阻层。又本专利技术另一实施例中， 所述形成复数个导电柱于该些焊垫开孔的步骤进一步包含形成一冶金种子层于该些焊垫开孔以及以电镀形成该些导电柱于该冶金种子层上。另一方面，本专利技术一半导体基板包含复数个焊垫间隔设置于该基板上表面，以及一沉积在该些焊垫上方的钝化层，其中有复数个焊垫开孔形成于该钝化层中以露出该些焊垫之至少一部份；该复数个焊料凸块，包含(a)复数个导电柱于钝化层中的该些焊垫开孔中，该导电柱透过该些焊垫开孔与该焊垫电连接，其中，一图案化层形成于该些导电柱上方，该图案化层具有复数个具特定尺寸的导电柱开孔，接着，置放一对应该导电柱开孔的之特定尺寸的焊球沉置其中；以及(b)实行一回焊制程将该焊球形成该焊帽，使其覆盖于每一该导电柱之上表面；以及一承载基板包含复数个接线焊垫，以与位在该半导体基板的该焊帽凸块电连接。 在一实施例中，该半导体封装结构进一步包含一用来填充位于该承载基板及该半导体基板间空隙的封胶层。在另一实施例中，该导电柱可为球下冶金层(UBM)。在一实施例中，该导电柱或球下冶金层的材料可为铜、金或其合金。在一实施例中，该焊帽底部的宽度对应该导电柱或球下冶金层上表面大小。在一实施例中，该半导体封装结构进一步包含一导电迹线(Trace)电连接于该导电柱与该半导体基板的焊垫。也可选择性地在焊球置放之前先在导电柱或球下冶金层的上表面涂上一助焊剂。另一方面，本专利技术可为一形成覆晶封装结构的方法，该方法包含提供一半导体基板，该基板具有间隔设置且位于该基板上表面的复数个焊垫以及一沉积在该些焊垫上方的钝化层，其中有复数个焊垫开孔形成于该钝化层中以使该些焊垫至少一部份露出；形成复数个导电球下冶金层结构于位于该钝化层中的该些焊垫开孔，使其可透过该些焊垫开孔与该些焊垫电连接；沉积一图案化层以覆盖该钝化层与该些导电球下冶金层结构，其中，该图案化层具有复数个具有预定尺寸之球下冶金层开孔；置放一焊球于每一球下冶金层开孔， 其中，该焊球的尺寸小于该球下冶金层开孔的特定尺寸；移除该图案化层使该钝化层、该些导电球下冶金层结构、与在该些导电球下冶金层结构上的焊球露出；对该些焊球进行回焊以形成一半球型的焊帽于每一个导电球下冶金层结构上；以及提供一承载基板包含复数个接线焊垫，其中该接线焊垫是用来接合该导电球下冶金层结构的焊帽并电连接该承载基板与该半导体基板。在一实施例中，该制造方法进一步包含一用来填充位于该承载基板及该半导体基板间空隙的封胶层。在另一实施例中，该球下冶金层是以电镀形成，且球下冶金层的材料可为铜、金或其合金。又本专利技术另一实施例中，该图案化层可为一钢板或一光阻层。又本专利技术另一实施例中，所述形成复数个球下冶金层于该些焊垫开孔的步骤进一步包含形成一冶金种子层于该些焊垫开孔以及形成该些球下冶金层于该冶金种子层上。为能进一步了解本专利技术的上述与其他的优点可透过以下的实施方式与所附的实施例图来综合观察。附图说明图1A-1F显示一习知制造焊帽凸块的制程；图2A-2E显示系本专利技术一用以提升焊帽凸块高度均匀度的制造方法；图3A-3B显示系本专利技术一具有经改良高度均匀度的焊帽凸块的覆晶封装结构的剖面图4显示本专利技术如何决定焊球尺寸大小的几何示意图5显示本专利技术一用以提升焊帽凸块高度均匀度的制造方法流程图。主要元件符号说明110晶圆112有源表面114钝化层116接线焊垫 120金属层130图案化罩幕层132开孔140导电柱150焊帽15本文档来自技高网...

【技术保护点】
一在一半导体元件形成焊帽凸块的方法，该方法包含：提供一半导体基板，该基板具有间隔设置于该基板上表面的复数个焊垫，以及一沉积在该些焊垫上方的钝化层，其中有复数个焊垫开孔形成于该钝化层中以使该些焊垫至少一部份露出；形成复数个导电柱于该些焊垫开孔，使得该些导电柱可透过该些焊垫开孔与焊垫电连接；沉积一图案化层以覆盖该钝化层与该些导电柱，其中，该图案化层包含复数个位于导电柱顶端且具有一预定尺寸的导电柱开孔；置放一焊球于每一导电柱开孔，其中，该焊球的尺寸小于该导电柱开孔的特定尺寸；移除该图案化层使该钝化层、该些导电柱、与在该些导电柱上的焊球露出；以及对该些焊球进行回焊以形成一半球型的焊帽于该导电柱上，并进而形成该焊帽凸块。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：沈更新，
申请(专利权)人：南茂科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：