專利名稱：半導(dǎo)體晶圓及半導(dǎo)體封裝構(gòu)造的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體構(gòu)造，特別是有關(guān)于一種具有凸塊的半導(dǎo)體晶圓及半導(dǎo)體封裝構(gòu)造。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今，半導(dǎo)體封裝產(chǎn)業(yè)發(fā)展出各種不同型式的封裝構(gòu)造，以滿足各種需求。以覆晶技術(shù)來(lái)說(shuō)，基本上是在芯片有源表面的接墊先設(shè)置多個(gè)導(dǎo)電用的凸塊，再將所述芯片翻轉(zhuǎn)，使芯片通過(guò)凸塊設(shè)置于一基板上，接著再進(jìn)行封裝膠材包覆作業(yè)，完成半導(dǎo)體封裝構(gòu)造的制作。
上述在芯片有源表面的接墊設(shè)置凸塊的制程，通常可在晶圓上直接進(jìn)行作業(yè)。一般來(lái)說(shuō)，所述接墊上會(huì)先設(shè)置凸塊下金屬層(Under-Bump Metallization, UBM)以強(qiáng)化凸塊與接墊的連接，由于凸塊(solder bump)通過(guò)凸塊下金屬層設(shè)置在芯片有源表面的接墊上會(huì)導(dǎo)致應(yīng)力集中在凸塊下金屬層與接墊的周緣位置并直接傳遞到芯片有源表面內(nèi)的有源電路之間的絕緣層(易碎的低介電材料所制成)，因此芯片有源表面會(huì)先設(shè)置一絕緣層，讓凸塊下金屬層通過(guò)絕緣層的開口電性連接到有源表面的接墊，以通過(guò)絕緣層達(dá)到緩沖應(yīng)力的效果。
然而，為了增加緩沖效果，雖可通過(guò)縮小絕緣層開口的方式，使絕緣層在接墊上能提供的緩沖區(qū)域增加，但此舉會(huì)造成凸塊下金屬層與接墊之間的連接面的裂縫成長(zhǎng)路徑縮短，結(jié)果反而加速凸塊下金屬層的裂縫生成；且會(huì)減少結(jié)合面積，降低接墊與凸塊連接的可靠度。
故，有必要提供一種半導(dǎo)體晶圓及半導(dǎo)體封裝構(gòu)造，以解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導(dǎo)體晶圓，其在芯片有源表面的接墊上設(shè)置具有特定形狀開口結(jié)構(gòu)的絕緣層，有助于加強(qiáng)應(yīng)力緩沖效果及增加結(jié)合可靠度。
為達(dá)成前述目的，本發(fā)明一實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體晶圓，所述半導(dǎo)體晶圓包含:多個(gè)芯片，每一所述芯片具有一有源表面及多個(gè)成形于所述有源表面上的接墊；一絕緣層，形成于所述芯片的有源表面上，并具有多個(gè)對(duì)應(yīng)裸露所述接墊的開口結(jié)構(gòu)，所述開口結(jié)構(gòu)包含一中心開口及至少兩延伸開槽，所述中心開口的孔徑小于所述接墊的直徑，所述延伸開槽從所述中心開口邊緣放射狀向外延伸并與所述接墊的邊緣保持一間距；多個(gè)凸塊下金屬層，分別形成于所述開口結(jié)構(gòu)上而電性連接所述接墊；以及多個(gè)導(dǎo)電凸塊，分別形成于所述凸塊下金屬層上。
本發(fā)明另一實(shí)施例提供一種半導(dǎo)體封裝構(gòu)造，所述半導(dǎo)體封裝構(gòu)造包含:一封裝基板；一芯片，通過(guò)多個(gè)導(dǎo)電凸塊電性連接所述封裝基板的一表面上，所述芯片具有一有源表面及多個(gè)成形于所述有源表面上的接墊，所述有源表面上設(shè)有一絕緣層，所述絕緣層具有多個(gè)對(duì)應(yīng)裸露所述接墊的開口結(jié)構(gòu)，所述開口結(jié)構(gòu)包含一中心開口及至少兩延伸開槽，所述中心開口的孔徑小于所述接墊的直徑，所述延伸開槽從所述中心開口邊緣放射狀向外延伸并與所述接墊的邊緣保持一間距；每一所述開口結(jié)構(gòu)上設(shè)有一凸塊下金屬層，所述凸塊下金屬層電性連接所述接墊與所述導(dǎo)電凸塊；以及一封裝膠材，設(shè)于所述封裝基板的表面上而包覆所述芯片。
由于所述絕緣層的開口結(jié)構(gòu)具有中心開口與延伸開槽，較小的中心開口可使絕緣層提供較多的緩沖區(qū)域，延伸開槽可增加凸塊下金屬層與接墊的結(jié)合面積，同時(shí)也能增加凸塊下金屬層的裂縫成長(zhǎng)路徑，延緩?fù)箟K下金屬層結(jié)構(gòu)失效的時(shí)間。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體晶圓的局部俯視圖。
圖2是圖1的局部放大示意圖。
圖3A是沿圖2的A-A線所視的剖面示意圖。
圖3B是沿圖2的B-B線所視的剖面示意圖。
圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體晶圓的剖面示意圖。
圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝構(gòu)造的局部剖面示意圖。
圖6A飛D是本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體晶圓的導(dǎo)電凸塊的制作流程示意圖。
具體實(shí)施方式
為讓本發(fā)明上述目的、特征及優(yōu)點(diǎn)更明顯易懂，下文特舉本發(fā)明較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下。再者，本發(fā)明所提到的方向用語(yǔ)，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「內(nèi)」、「外」、「?jìng)?cè)面」等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語(yǔ)是用以說(shuō)明及理解本發(fā)明，而非用以限制本發(fā)明。
請(qǐng)參照?qǐng)D1、圖2、圖3A及圖3B所示，圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體晶圓的局部俯視圖；圖2是圖1的局部放大示意圖；圖3A是沿圖2的A-A線所視的剖面示意圖；圖3B是沿圖2的B-B線所視的剖面示意圖。本發(fā)明所揭示的半導(dǎo)體晶圓I包含多個(gè)未經(jīng)切割的芯片10、一絕緣層13、多個(gè)凸塊下金屬層17及多個(gè)導(dǎo)電凸塊15。
如圖3A所示，每一所述芯片10具有一有源表面及多個(gè)成形于所述有源表面上的接墊16，所述接墊16可以是鋁墊。每一所述芯片10的有源表面設(shè)有一鈍化層11，如圖3B所示，所述鈍化層11具有多個(gè)對(duì)應(yīng)裸露所述接墊16的開口 110，所述開口 110同心排列于所述接墊16上使得所述鈍化層11的開口 110唇緣局部覆蓋所述接墊16的邊緣，且每一所述鈍化層11的開口 110范圍小于所述接墊16的直徑。所述鈍化層11可以為例如二氧化硅。
同時(shí)參照?qǐng)D2、圖3A及圖3B所示，所述絕緣層13為非導(dǎo)電型有機(jī)高分子材料，例如可為例如聚亞酰胺(Polyimide)，其形成于所述芯片10的有源表面上，并具有多個(gè)對(duì)應(yīng)裸露所述接墊16的開口結(jié)構(gòu)14，所述開口結(jié)構(gòu)14包含一中心開口 140及至少兩延伸開槽141，所述中心開口 14同心排列于所述接墊16上且所述中心開口 14的孔徑小于所述接墊16的直徑，所述延伸開槽141從所述中心開口 140邊緣放射狀向外延伸，并與所述接墊16的邊緣保持一間距，且寬度小于所述中心開口 140的孔徑。在本實(shí)施例中，所述開口結(jié)構(gòu)14包含四個(gè)延伸開槽141，其中任兩相鄰的延伸開槽141夾角大致呈90度，亦即所述延伸開槽141排列成十字形。如圖2所示，在一實(shí)施例中，當(dāng)所述中心開口 140的孔徑為dl且兩相對(duì)的所述延伸開槽141的長(zhǎng)度加上中心開口 140的孔徑的總長(zhǎng)為d2時(shí)，d2與dl的比值可以為例如介于110°/Γ130%之間。例如，所述中心開口 140的孔徑為85微米時(shí)，兩相對(duì)的所述延伸開槽141的長(zhǎng)度加上中心開口 140的孔徑的總長(zhǎng)可為介于95微米 112微米之間。值得注意的是，如圖2所示，所述兩相對(duì)的所述延伸開槽141的長(zhǎng)度加上中心開口 140的孔徑的總長(zhǎng)，亦即所述開口結(jié)構(gòu)14的最大開口范圍，仍是小于所述接墊16的面積范圍。
所述開口結(jié)構(gòu)14的延伸開槽141并不限于圖2的實(shí)施例的排列方式與數(shù)目，其可為例如包含兩延伸開槽141彼此相對(duì)而呈直線形(即呈180度)；或者包含三個(gè)延伸開槽141，其中任兩相鄰的所述延伸開槽141的夾角大致呈120度；或者包含八個(gè)延伸開槽140，任兩相鄰的所述延伸開槽141的夾角大致呈45度，亦即所述延伸開槽141排列成米字形。
同時(shí)參照?qǐng)D3Α及圖3Β所示所述凸塊下金屬層17分別形成于所述開口結(jié)構(gòu)14上而電性連接所述接墊16。所述凸塊下金屬層17可為例如鎳/金復(fù)合層、鈦/銅復(fù)合層或焊錫材料。
同時(shí)參照?qǐng)D3Α及圖3Β所示所述導(dǎo)電凸塊15分別形成于所述凸塊下金屬層17上。所述導(dǎo)電凸塊15在本實(shí)施例中為一無(wú)鉛的錫凸塊或錫鉛凸塊。
在上述的半導(dǎo)體晶圓中，由于所述絕緣層13的開口結(jié)構(gòu)14具有中心開口 140與延伸開槽141，其中如圖3Α所示，孔徑較小的中心開口 140的邊緣之外的絕緣層13與凸塊下金屬層17具有較大的重迭面積，可在所述凸塊下金屬層17與接墊16之間媒介提供較多的應(yīng)力緩沖區(qū)域；而如圖3Β所示，所述凸塊下金屬層17通過(guò)所述絕緣層13的中心開口 140與與所述接墊16形成一主要接觸結(jié)合區(qū)，所述主要接觸結(jié)合區(qū)相對(duì)具有較小的接觸結(jié)合；然而，所述凸塊下金屬層17通過(guò)所述延伸開槽141則可相對(duì)增加所述凸塊下金屬層17與接墊16的接觸結(jié)合面積，進(jìn)而增加所述導(dǎo)電凸塊15間接電性連接所述接墊16的可靠度，同時(shí)應(yīng)力可分散在所述凸塊下金屬層17于所述延伸開槽141位置的連接處，特別是集中在所述延伸開槽141的最外緣位置，這使得所述凸塊下金屬層17的裂縫生成在這些次要的連接位置，卻不會(huì)影響上述主要接觸結(jié)合區(qū)。因此，所述延伸開槽141也有助于增加所述凸塊下金屬層17與接墊16之間的裂縫成長(zhǎng)路徑，而延緩所述凸塊下金屬層17結(jié)構(gòu)失效的時(shí)間。因此，本發(fā)明的半導(dǎo)體晶圓可兼具加強(qiáng)應(yīng)力緩沖效果及增加導(dǎo)電凸塊15電性連接可靠度的功效。
請(qǐng)參照?qǐng)D4所示，圖4是本發(fā)明另一實(shí)施例的半導(dǎo)體晶圓的剖面示意圖。相較于圖3Α實(shí)施例的半導(dǎo)體晶圓，圖4實(shí)施例的不同之處在于所述導(dǎo)電凸塊為銅柱凸塊18，其頂面可進(jìn)一步依序形成一鎳層19與一焊錫材料20。
請(qǐng)參照?qǐng)D6Α飛D所示，其分別概要揭示制作以圖4實(shí)施例為例的半導(dǎo)體晶圓的導(dǎo)電凸塊的結(jié)構(gòu)示意圖，各圖中左、右兩半分別示意出所述開口結(jié)構(gòu)14的延伸開槽141及中心開口 140，以供對(duì)照。
請(qǐng)參照?qǐng)D6Α所示，首先在半導(dǎo)體晶圓的芯片10上成形所述絕緣層13，并且通過(guò)光刻工藝成形包含中心開口 140與延伸開槽141的開口結(jié)構(gòu)14，使開口結(jié)構(gòu)14對(duì)應(yīng)裸露所述芯片10的有源表面上的接墊16 ; 接著進(jìn)一步于所述絕緣層13上(連同開口結(jié)構(gòu)14)成形所述凸塊下金屬層17 ；
接著，請(qǐng)參照?qǐng)D6B，在所述凸塊下金屬層17的表面涂布光刻膠22，再通過(guò)曝光顯影等步驟移除部份光刻膠22，使對(duì)應(yīng)開口結(jié)構(gòu)14位置的所述凸塊下金屬層17裸露；
隨后，請(qǐng)參照?qǐng)D6C，在裸露的所述凸塊下金屬層17上電鍍銅柱凸塊18，以作為所述導(dǎo)電凸塊，并且在銅柱凸塊18的頂面依序形成一鎳層19及一焊錫材料20 ；
然后，請(qǐng)參照?qǐng)D6D，接著移除剩余的光刻膠22，并且對(duì)移除剩余光刻膠22后所裸露的所述凸塊下金屬層17進(jìn)行蝕刻工藝，使相鄰的銅柱凸塊18絕緣隔開，最后在通過(guò)回流焊步驟，即制作完成本發(fā)明圖4實(shí)施例的半導(dǎo)體晶圓的導(dǎo)電凸塊的結(jié)構(gòu)。
進(jìn)一步參考圖5所示，圖5是本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體封裝構(gòu)造的局部剖面示意圖。所述半導(dǎo)體封裝構(gòu)造包含從上述的半導(dǎo)體晶圓切割下的芯片10之外，還包含一封裝基板30與封裝膠材33。
所述封裝基板30可由玻璃纖維及環(huán)氧樹脂先構(gòu)成其絕緣層，再由絕緣層與電路層交替堆疊而成。所述封裝基板30的上表面設(shè)有數(shù)個(gè)電性連接部31，例如銅凸塊，其下表面則設(shè)有錫球32。所述芯片10則通過(guò)所述導(dǎo)電凸塊15電性連接所述封裝基板30的上表面的數(shù)個(gè)電性連接部31。
所述封裝膠材33可以是例如環(huán)氧樹脂，其設(shè)于所述封裝基板33的表面上而包覆所述芯片10。
相較于現(xiàn)有的半導(dǎo)體晶圓無(wú)法同時(shí)提升應(yīng)力緩沖效果與凸塊結(jié)合可靠度，本發(fā)明的半導(dǎo)體晶圓與半導(dǎo)體封裝構(gòu)造通過(guò)所述鈍化層的開口結(jié)構(gòu)具有中心開口與延伸開槽，將可以較小的中心開口使鈍化層提供較多的緩沖區(qū)域，并以延伸開槽增加凸塊下金屬層與接墊的結(jié)合面積，因此本發(fā)明可以提供較佳的應(yīng)力緩沖效果，并且增加凸塊下金屬層的裂縫成長(zhǎng)路徑，延緩?fù)箟K下金屬層結(jié)構(gòu)失效的時(shí)間，進(jìn)而加強(qiáng)凸塊結(jié)合的可靠度。
本發(fā)明已由上述相關(guān)實(shí)施例加以描述，然而上述實(shí)施例僅為實(shí)施本發(fā)明的范例。必需指出的是，已公開的實(shí)施例并未限制本發(fā)明的范圍。相反地，包含于權(quán)利要求書的精神及范圍的修改及均等設(shè)置均包括于本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體晶圓，其特征在于:所述半導(dǎo)體晶圓包含: 多個(gè)芯片，每一所述芯片具有一有源表面及多個(gè)成形于所述有源表面上的接墊； 一絕緣層，形成于所述芯片的有源表面上，并具有多個(gè)對(duì)應(yīng)裸露所述接墊的開口結(jié)構(gòu)，所述開口結(jié)構(gòu)包含一中心開口及至少兩延伸開槽，所述中心開口的孔徑小于所述接墊的直徑，所述延伸開槽從所述中心開口邊緣放射狀向外延伸并與所述接墊的邊緣保持一間距； 多個(gè)凸塊下金屬層，分別形成于所述開口結(jié)構(gòu)上而電性連接所述接墊；以及 多個(gè)導(dǎo)電凸塊，分別形成于所述凸塊下金屬層上。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓，其特征在于:至少兩所述延伸開槽彼此相對(duì)呈180度。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓，其特征在于:所述絕緣層的開口結(jié)構(gòu)包含四個(gè)所述延伸開槽，任兩相鄰的所述延伸開槽的夾角呈90度。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓，其特征在于:所述絕緣層的開口結(jié)構(gòu)包含八個(gè)所述延伸開槽，任兩相鄰的所述延伸開槽的夾角呈45度。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓，其特征在于:所述絕緣層為非導(dǎo)電型有機(jī)高分子材料；所述導(dǎo)電凸塊是錫凸塊或銅柱凸塊。
6.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體晶圓，其特征在于:所述凸塊下金屬層為鎳/金復(fù)合層、鈦/銅復(fù)合層或焊錫材料。
7.一種半導(dǎo)體封裝構(gòu)造，其特征在于:所述半導(dǎo)體封裝構(gòu)造包含: 一封裝基板； 一芯片，通過(guò)多個(gè)導(dǎo)電凸塊電性連接所述封裝基板的一表面上，所述芯片具有一有源表面及多個(gè)成形于所述有源表面上的接墊，所述有源表面上設(shè)有一絕緣層，所述絕緣層具有多個(gè)對(duì)應(yīng)裸露所述接墊的開口結(jié)構(gòu)，所述開口結(jié)構(gòu)包含一中心開口及至少兩延伸開槽，所述中心開口的孔徑小于所述接墊的直徑，所述延伸開槽從所述中心開口邊緣放射狀向外延伸并與所述接墊的邊緣保持一間距；每一所述開口結(jié)構(gòu)上設(shè)有一凸塊下金屬層，所述凸塊下金屬層電性連接所述接墊與所述導(dǎo)電凸塊；以及 一封裝膠材，設(shè)于所述封裝基板的表面上而包覆所述芯片。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體封裝構(gòu)造，其特征在于:至少兩所述延伸開槽彼此相對(duì)呈180度。
9.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體封裝構(gòu)造，其特征在于:所述絕緣層的開口結(jié)構(gòu)包含四個(gè)所述延伸開槽，任兩相鄰的所述延伸開槽的夾角呈90度。
10.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體封裝構(gòu)造，其特征在于:所述絕緣層的開口結(jié)構(gòu)包含八個(gè)所述延伸開槽，任兩相鄰的所述延伸開槽的夾角呈45度。
全文摘要
一種半導(dǎo)體晶圓及半導(dǎo)體封裝構(gòu)造。所述半導(dǎo)體晶圓包含多個(gè)芯片，每一所述芯片具有一有源表面及多個(gè)成形于所述有源表面上的接墊；一絕緣層，形成于所述芯片的有源表面上，并具有多個(gè)對(duì)應(yīng)裸露所述接墊的開口結(jié)構(gòu)，所述開口結(jié)構(gòu)包含一中心開口及至少兩延伸開槽，所述中心開口的孔徑小于所述接墊的直徑，所述延伸開槽從所述中心開口邊緣放射狀向外延伸并與所述接墊的邊緣保持一間距；多個(gè)凸塊下金屬層，分別形成于所述開口結(jié)構(gòu)上而電性連接所述接墊；以及多個(gè)導(dǎo)電凸塊，分別形成于所述凸塊下金屬層上。所述絕緣層的開口結(jié)構(gòu)有助于加強(qiáng)應(yīng)力緩沖效果及增加凸塊下金屬層與接墊的結(jié)合面積。
文檔編號(hào)H01L23/485GK103165553SQ201310041548
公開日2013年6月19日 申請(qǐng)日期2013年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月4日
發(fā)明者黃東鴻 申請(qǐng)人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司