專利名稱：制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種提升金屬凸塊表面熔接金屬共面性的制程方法，尤指一種制程方法適用于半導體晶片的覆晶式凸塊熔接技術(shù)，而且當元件表面具有不同尺寸的金屬凸塊時，可消除或減少因凸塊大小不同所造成的熔接金屬經(jīng)高溫處理后高度不均勻的問題，藉此改善下游測試與封裝的困難度。
背景技術(shù)：
近年來，隨著半導體技術(shù)的快速發(fā)展，半導體晶片的封裝技術(shù)也日益進步。在砷化鎵晶片封裝方面，如功率放大器模組或射頻元件，傳統(tǒng)上以線接(wire bond)封裝技術(shù)為主，也就是利用金線以點焊的方式交互連接晶片中各元件的金屬接點。近年來線接封裝技術(shù)已逐漸被覆晶(flip chip)式金屬凸塊熔接(bump bond)封裝技術(shù)所取代。覆晶式凸塊熔接技術(shù)的主要優(yōu)點在于成本較低，連接設(shè)計更具彈性，且封裝后尺寸積集度更佳，因此逐 漸成為砷化鎵晶片封裝技術(shù)的主流。覆晶式凸塊熔接技術(shù)是以金屬凸塊取代傳統(tǒng)的金線。如圖IA至圖IC所示，其為適用于覆晶式凸塊熔接技術(shù)的表面金屬凸塊結(jié)構(gòu)制作流程示意圖。首先是在半導體元件表面al金屬接點處制作金屬凸塊結(jié)構(gòu)a2。此步驟通常是以半導體制程中常用的曝光顯影技術(shù)定義出金屬凸塊的大小及位置，再通過金屬鍍膜技術(shù)來形成凸塊結(jié)構(gòu)。該凸塊結(jié)構(gòu)a2可以由單一金屬材料構(gòu)成，亦可由多層金屬材料堆迭而成的凸塊結(jié)構(gòu)。由于銅的成本較低且導電性佳，此金屬凸塊結(jié)構(gòu)通常是以銅為金屬材料。接著于銅凸塊表面鍍上一層熔接金屬a3，一般是以熔點較低的錫、銦或以錫或銦為主要成分的合金金屬層為主，以避免元件經(jīng)過太高溫度的處理過程而影響元件特性。經(jīng)高溫處理后，熔接金屬層會開始熔解；接著再與預(yù)先設(shè)計好的電路板熔接在一起，達成各元件接點之間的連接。然而，如圖2A至圖2C所示，當銅凸塊尺寸不同時，經(jīng)高溫處理后，凸塊表面的熔接金屬會因表面張力而形成不同高度的島狀物，造成后續(xù)與電路板熔接過程的困難，因而降低封裝量率。有鑒于此，為因應(yīng)晶片的覆晶式凸塊熔接技術(shù)的要求，必須發(fā)展出一種提升金屬凸塊表面熔接金屬共面性的制程方法；尤其是適用于半導體晶片表面具有不同尺寸的金屬凸塊的制程方法，進而消除或減少所述因金屬凸塊大小不同所造成熔接金屬在高溫處理后高度不均勻問題，藉此改善下游測試與封裝的困難度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種提升金屬凸塊表面熔接金屬共面性的制程方法，適用于半導體晶片表面具有不同尺寸的金屬凸塊，可消除或減少因金屬凸塊大小不同所造成熔接金屬在高溫處理后高度不均勻問題。為達上述目的，本發(fā)明提出一種利用兩道制程的方法，分別控制金屬凸塊面積與熔接金屬面積，改善熔接金屬共面性問題，其步驟包含—第一道制程，用以制作金屬凸塊結(jié)構(gòu)于半導體元件表面；以及一第二道制程，用以制作該金屬凸塊表面不同面積的熔接金屬結(jié)構(gòu)；其中第一道制程步驟包含涂布或壓合一第一光阻層于半導體元件表面；以曝光顯影方法定義金屬凸塊結(jié)構(gòu)的位置及幾何形狀；以金屬鍍膜方法鍍上金屬凸塊結(jié)構(gòu)的金屬材料；以及去除第一光阻層，形成金屬凸塊結(jié)構(gòu)；其中第二道制程步驟包含涂布或壓合一第二光阻層于半導體元件及金屬凸塊表面；以曝光顯影方法定義熔接金屬層的位置及幾何形狀；以金屬鍍膜方法鍍上熔接金屬層的金屬材料；以及去除第二光阻層，形成熔接金屬于金屬凸塊結(jié)構(gòu)之上。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法，當元件表面具有不同尺寸的金屬凸塊時，可消除或減少因凸塊大小不同所造成的熔接金屬經(jīng)高溫處理后高度不均勻的問題，藉此改善下游測試與封裝的困難度。為對于本發(fā)明的特點與作用能有更深入的了解，茲藉實施例配合圖式詳述于后。


圖IA至圖IC是可應(yīng)用于覆晶式凸塊熔接方法的金屬凸塊結(jié)構(gòu)以及熔接金屬的制 作流程示意圖。圖2A至圖2C是不同尺寸的金屬凸塊結(jié)構(gòu)造成表面熔接金屬于高溫處理后產(chǎn)生高度不均現(xiàn)象的示意圖。圖3A至圖3F是本發(fā)明所提供改善表面熔接金屬共面性的制程方法示意圖。附圖標記說明半導體元件表面-I ;半導體元件表面-al ;金屬凸塊-2 ;金屬凸塊結(jié)構(gòu)-a2 ;第一光阻層-30 ;熔接金屬_a3 ;第二光阻層-32 ;光阻層_a4 ;熔接金屬_4。
具體實施例方式表面熔接金屬高度的不同是由金屬凸塊面積不同以及熔接金屬的表面張力所造成；因此，利用制程步驟控制鍍上熔接金屬面積將可改善其共面性問題。圖3A至圖3F是顯示本發(fā)明的提升金屬凸塊表面熔接金屬共面性制程方法的流程示意圖。本發(fā)明提出以兩道曝光顯影制程，分別控制金屬凸塊面積與熔接金屬面積，改善熔接金屬共面性問題。本發(fā)明的第一道制程的目的是在半導體元件表面制作不同面積的金屬凸塊結(jié)構(gòu)。在第一道制程中，首先于半導體元件表面I涂布或壓合一第一光阻層30 ;再以曝光顯影方法，定義出金屬凸塊2的位置與大小；接著利用金屬鍍膜方法鍍上凸塊的金屬材料，如圖3A所示。金屬鍍膜方法依不同金屬材料而有所不同，可以為濺鍍、蒸鍍或電鍍。以銅凸塊結(jié)構(gòu)為例，該金屬鍍膜步驟可以利用無電解電鍍方法來達成。最后，去除第一光阻層30以后，即可形成銅金屬凸塊結(jié)構(gòu)于半導體晶片表面(如圖3B所示)。為了避免凸塊金屬表面在后續(xù)制程中因氧化而使其與熔接金屬的接觸性變差，可以在第一道制程中，于去除光阻之前，利用金屬鍍膜方法鍍上一熔接金屬層做為浸潤層(wetting layer)。此步驟將可有效提升凸塊金屬材料與熔接金屬之間接觸的浸潤性。第一道制程完成后，即可進行第二道制程，將熔接金屬層直接鍍于金屬凸塊結(jié)構(gòu)表面或鍍于浸潤層之上。在此制程步驟中，如圖3C所示，先涂布或壓合一第二光阻層32于元件及金屬凸塊結(jié)構(gòu)表面1、2，再經(jīng)由曝光顯影制方法，定義出熔接金屬的大小與位置；接著如圖3D所示，鍍上一熔接金屬層4。所述的熔接金屬層一般是以熔點較低的錫、銦或以錫或銦為主要成分的合金金屬層為主，以避免元件經(jīng)過太高溫度的處理過程而影響元件特性。最后，如圖3E與圖3F所示，于去除第二光阻層32以后，即可形成金屬凸塊2與表面熔接金屬4的結(jié)構(gòu)。第二道制程的目的在于控制熔接金屬的總體積，使其在經(jīng)過熱處理過程后，熔接金屬的高度可以相近。而熔接金屬層的面積與厚度，則可預(yù)先利用數(shù)值模擬，考慮熔接金屬層面積、厚度以及表面張力，計算熔接金屬于高溫熔解后所形成的高度。此過程亦可通過實驗，利用試誤法(try and error),量測不同面積與厚度的熔接金屬熔解后的高度，最后在依照凸塊面積選擇適當?shù)拿娣e與厚度，即可改善熔接金屬共面性問題。綜上所述，本發(fā)明通 過分別控制金屬凸塊與表面熔接金屬面積的兩道制程步驟確實可達到預(yù)期的目的，改善凸塊表面熔接金屬共面性問題。其確具產(chǎn)業(yè)利用的價值，爰依法提出專利申請。又上述說明與圖式僅是用以說明本發(fā)明的實施例，凡熟于此業(yè)技藝的人士，仍可做等效的局部變化與修飾，其并未脫離本發(fā)明的技術(shù)與精神。
權(quán)利要求
1.一種制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法，其特征在于，其步驟包括 一第一道制程，用以制作金屬凸塊結(jié)構(gòu)于一半導體元件表面；以及 一第二道制程，用以制作該金屬凸塊表面不同面積的熔接金屬結(jié)構(gòu)；其中， 所述第一道制程包含下列步驟 涂布或壓合一第一光阻層于該半導體元件表面； 以曝光顯影方法定義金屬凸塊結(jié)構(gòu)的位置及幾何形狀； 以金屬鍍膜方法鍍上金屬凸塊結(jié)構(gòu)的金屬材料； 以及 去除第一光阻層，以形成金屬凸塊結(jié)構(gòu)； 所述第二道制程包含下列步驟 涂布或壓合一第二光阻層于半導體元件及金屬凸塊結(jié)構(gòu)表面； 以曝光顯影方法定義熔接金屬的位置及幾何形狀； 以金屬鍍膜方法鍍上一熔接金屬層的金屬材料；以及 去除第二光阻層，形成熔接金屬于金屬凸塊結(jié)構(gòu)之上。
2.如權(quán)利要求I所述的制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法，其特征在于，所述第一道制程包含的步驟中，在去除第一光阻層之前，進一步包含以金屬鍍膜方法鍍上一熔接金屬的浸潤層。
3.如權(quán)利要求I所述的制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法，其特征在于，所述第一道制程及所述第二道制程中的金屬鍍膜方法是濺鍍、蒸鍍或電鍍。
4.如權(quán)利要求I所述的制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法，其特征在于，熔接金屬層的位置及幾何形狀是依金屬凸塊結(jié)構(gòu)的位置與幾何形狀。
5.如權(quán)利要求I所述的制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法，其特征在于，金屬凸塊結(jié)構(gòu)的金屬材料是銅。
6.如權(quán)利要求I所述的制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法，其特征在于，金屬凸塊結(jié)構(gòu)的金屬材料是金。
7.如權(quán)利要求I所述的制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法，其特征在于，熔接金屬層的金屬材料是銦。
8.如權(quán)利要求I所述的制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法，其特征在于，熔接金屬層的金屬材料是錫。
9.如權(quán)利要求I所述的制作金屬凸塊與熔接金屬的制程方法，其特征在于，熔接金屬層的金屬材料是以錫為主要成份的合金或是以銦為主要成份的合金。
全文摘要
一種提升金屬凸塊結(jié)構(gòu)表面熔接金屬的共面性的制程方法，適用于半導體晶片的覆晶式凸塊熔接技術(shù)，且當元件表面具有不同尺寸的金屬凸塊時，可消除或減少因凸塊大小不同所造成的熔接金屬經(jīng)高溫處理后高度不均勻的問題，藉此改善下游測試與封裝的困難度。為達上述目的，本發(fā)明提出一種利用兩道制程的方法，分別控制金屬凸塊面積與熔接金屬面積，改善熔接金屬共面性問題，其步驟包含一第一道制程，用以制作金屬凸塊結(jié)構(gòu)于半導體元件表面；以及一第二道制程，用以制作該金屬凸塊表面不同面積的熔接金屬結(jié)構(gòu)。
文檔編號H01L23/00GK102789995SQ20111013130
公開日2012年11月21日 申請日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月20日
發(fā)明者蕭獻賦 申請人:穩(wěn)懋半導體股份有限公司