专利名称：半导体装置及其制法的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种半导体装置及其制法，特别是涉及一种覆晶式半 导体装置及其制法。
背景技术：
半导体装置应用在通讯、网络、电脑、家电制品、事务机器、相 机、甚至游戏机器等，从产业用机器到周遭工具、便携式机器各种领 域，其需求正急速地成长。随着其急速成长的需求，除要求半导体装
置的小型化、多接脚(pin)化、薄型化之外，另一方却无法停止为了小 型化、多接脚化、薄型化而需抑制功能恶化或成本变高，故更强烈期 望要更高性能化与低成本化。
为了达成上述小型化、薄型化、多接脚化的目的，是将基板与芯 片连接方式从现有的金细线的打线接合(wire bonding)型，开发出一种 不需要金细线的覆晶型半导体装置，已经成为现在的半导体装置的主 流。
如图1所示，是在芯片200的芯片垫201上形成金属凸块210，以 将基板100的焊垫101与该芯片200的芯片垫201通过该金属凸块210 以热熔或压合方式电性连接。而现有线路图案化工艺形成焊垫时，可 分为干式蚀刻法及湿式蚀刻法，由于干式蚀刻法虽可确保焊垫尺寸的 精确度，但干式蚀刻法所耗费的时间成本太大，显然也不符合所需。 因此，在现有线路图案化工艺中大多采用成本低廉且制造快速的湿式 蚀刻法。
湿式蚀刻法主要是采用强酸或强碱蚀刻液(Etchant)的扩散效应 (DiffUsion)与待蚀刻的金属层的表面分子进行化学反应，以完成蚀刻移 除；然而，由于湿式蚀刻为一等向性(Isotropic)蚀刻，因此在蚀刻作业 中该金属层上表面因与蚀刻液长时间接触而使所形成的线路剖面上表 面严重蚀刻变形，如此后续在该基板上接置半导体芯片，如图2所示，
6在该焊垫101与该芯片垫201压接时，该金属凸块J10.易因按压而成 为扁平状，降低该焊垫101与该芯片垫201间的接合度；相对地，如
欲加速蚀刻速率，减少金属层上表面因与蚀刻液的接触时间接触，即 须降低该金属层厚度，然而，如此将导致线路易发生剥离等可靠性问 题，反而增加制造困难度。
因此，如何提出一种具良好电性连接的焊垫的基板，可克服背景 技术的种种缺陷，以进行半导体芯片封装工艺，实已成为目前急待克 服的难题。
发明内容
鉴于上述现有技术的种种缺点，本发明的一个目的是提供一种改 善现有湿式蚀刻线路缺陷的半导体装置及其制法。
本发明的另一个目的是提供一种避免干式蚀刻法所造成的耗费成 本及蚀刻选择性不佳等问题的半导体装置及其制法。
本发明的再一个目的是提供一种可提升制造工艺可靠性的半导体 装置及其制法。
本发明的又一个目的是提供一种可提升基板与芯片的接合度的半 导体装置及其制法。
为达到上述及其他目的，本发明提供一种半导体装置及其制法，
该制法包括提供一在表面形成有连接凸块电性连接内部电路的半导 体芯片、以及湿蚀刻表面的导电性金属层以形成焊垫供电性连接该连 接凸块的基板；将所述半导体芯片翻转，使所述连接凸块与所述焊垫 彼此对应；以及压合该基板与该半导体芯片，且压合该连接凸块与该 焊垫的温度小于该焊垫及该连接凸块的熔点，使所述焊垫嵌合至所述 连接凸块之内。
在一实施例中，该制法包括提供一核心板，且以湿式蚀刻方式 在该核心板的表面形成多个焊垫；以及提供一半导体芯片，该半导体
芯片的作用表面上具有多个连接凸块，并将该半导体芯片与该基板以 压合方式令该连接凸块与该焊垫互相嵌合而电性连接，且压合该连接 凸块与该焊垫的温度小于该焊垫及该连接凸块的熔点。
在另一个实施例中，半导体装置的制法可包括提供一核心板，且在该核心板的表面形成金属层；在该金属层上形成一光阻层，且令该
光阻层形成有多个开口，以外露部分该金属层；利用蚀刻液移除外露 出该开口的金属层，并移除该光阻层，以于该核心板的表面形成多个 焊垫，且该焊垫的顶面的截面宽度小于该焊垫的底面的截面宽度，以 形成基板结构；以及提供一半导体芯片，该半导体芯片的作用表面上 具有多个连接凸块，且该连接凸块的尺寸大于该焊垫的尺寸，以供该 半导体芯片与该基板通过该连接凸块与该焊垫以压合方式使其互相嵌 合而电性连接，且压合该连接凸块与该焊垫间的温度小于该焊垫及该 连接凸块的熔点。
本发明还提供一种半导体装置，该半导体装置包括表面具有连接 凸块与内部电路电性连接的半导体芯片以及表面具有焊垫以电性连接 该连接凸块的基板，该半导体芯片与该基板是通过该连接凸块与该焊 垫间的压合而电性连接，其特征在于该焊垫是通过将较所述连接凸
块更为硬质的导电性金属予以湿蚀刻而形成于所述基板上，该连接焊 垫嵌合至该连接凸块之内，且该连接凸块与该焊垫的压合温度小于该 焊垫及该连接凸块的熔点。
在一实施例中，该焊垫的顶面的截面宽度小于该焊垫的底面的截 面宽度，且该连接凸块的尺寸大于该基板焊垫的尺寸。具体而言，该 连接凸块具有第一接触端，该焊垫具有在压合该基板与该半导体芯片 的步骤中对应连接该第一接触端的第二接触端，且该第一接触端的宽 度大于该第二接触端的宽度。
因此，本发明的半导体装置及其制法是在基板表面以蚀刻方式形 成顶面截面宽度小于底面截面宽度的焊垫，同时提供一具有连接凸块 的半导体芯片，该连接凸块的尺寸大于该基板的焊垫的尺寸，且该连 接凸块的材料硬度小于该焊垫的材料硬度，以供该半导体芯片与该基 板通过该连接凸块与该焊垫以压合方式使其互相嵌合而电性连接，通 过该焊垫与该连接凸块的嵌合结构，以减少该基板与该半导体芯片间 的应力，增加该焊垫与该连接凸块的接合强度，以及提升制造工艺的 可靠性。
再者，本发明还可将传统湿式蚀刻的缺点转换成本发明的优点， 直接利用较厚的金属层即可进行湿式蚀刻作业形成适合覆晶半导体芯片接合的具细线路且高可靠性的基板，避免使用薄金属层进行湿式蚀 刻工艺所造成可靠性不佳，或因使用干式蚀刻的高成本及蚀刻选择性 不佳等问题。
图1及图2为现有半导体装置的示意图3A至图3G为本发明的半导体装置的制法的剖面示意图4A至图4C为本发明的变化实施例的示意图。
主要元件符号说明100核心板
100，基板
101金属层
101a接触端边
102光阻层
103开口
110焊垫
1101第二接触端
111顶面
112底面
120线路层
200半导体芯片
210金属凸块
2101第一接触端
220覆晶底面填胶
具体实施例方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人 员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。
首先，应了解的是，本发明的制法是提供一在表面形成有连接凸 块电性连接内部电路的半导体芯片、以及湿蚀刻表面的导电性金属层以形成焊垫供电性连接该连接凸块的基板；将所述半导体芯片翻转， 使所述连接凸块与所述焊垫彼此对应；以及压合该基板与该半导体芯 片，且压合该连接凸块与该焊垫的温度是小于该焊垫及该连接凸块的 熔点，使所述焊垫嵌合至所述连接凸块之内。再而，本发明的半导体 装置包括表面具有连接凸块与内部电路电性连接的半导体芯片以及表 面具有焊垫以电性连接该连接凸块的基板，该半导体芯片与该基板是 通过该连接凸块与该焊垫间的压合而电性连接，其特征在于该焊垫 是通过将较所述连接凸块更为硬质的导电性金属予以湿蚀刻而形成于 所述基板上，该连接焊垫嵌合至该连接凸块之内，且该连接凸块与该 焊垫的压合温度小于该焊垫及该连接凸块的熔点。是以，下列各实施 例仅为例示性说明，而非用以限制本发明。
请参阅图3A至图3F，为本发明的半导体装置一实施例的制法示 意图。
如图3A至图3B所示，提供一核心板100，并在该核心板100的 表面形成一材料可为铜、镍或镍铜合金等金属材料的金属层101 。接着， 在该金属层101上形成一光阻层102，且对该光阻层102进行曝光、显 影等图案化工艺，以形成多个外露出部分金属层101的开口 103。
如图3C及图3D所示，选择一可蚀刻该金属层101材料的酸性溶 液或碱性溶液等蚀刻液，以移除外露出该开口 103的金属层101，藉以 在该核心板100上形成多个图案化的焊垫IIO及线路层120，当然也可 仅在该核心板IOO上形成焊垫110，以制得后续供接置半导体芯片的封 装基板100'，也就是说，通过蚀刻液的扩散效应(DiffUsion)及该开口 103 所外露的金属层101的表面分子进行化学反应以完成蚀刻移除。
如图3E至图3F所示，由于该蚀刻液具有扩散效应，当该外露的 金属层101通过蚀刻液蚀刻移除时，在蚀刻过程中，外露出光阻层开 孔103的金属层101与该光阻层102的接触面101a长时间受蚀刻液蚀 刻，该接触面101a受蚀刻作用的影响较金属层101其它部分更为严重， 因此，当蚀刻作业完成后移除光阻层102时，使这些焊垫110及该线 路层120的截面形成凸出面形状，即令该焊垫110及该线路层120的 顶面111的截面宽度即会小于其底面112的截面宽度。
如图3G所示，提供一半导体芯片200，且该半导体芯片200的作
10用表面上具有多个芯片垫(图中未示)，并在该半导体芯片200的芯片垫
上形成金属凸块210作为连接凸块。在本实施例中，该金属凸块210 可选自材料硬度小于该焊垫110的材料硬度的材料所构成，如焊锡或 金等金属材料，该金属凸块210尺寸大于该基板IOO，的焊垫110顶面 尺寸；更详而言之，本实施例中作为该连接凸块的金属凸块210具有 第一接触端2101，该焊垫110具有对应连接该第一接触端2101的第二 接触端1101，且该第一接触端2101的宽度大于该第二接触端1101的 宽度。
换言之，在其他实施例中，该焊垫110与该金属凸块210在进行 压合时相对连接的接触表面(可为平行或不平行的表面)可具有不同尺 寸，只要该第一接触端2101的宽度大于该第二接触端1101的宽度即 可。同时，虽本实施例的连接凸块为该金属凸块210，在其他实施例中 也改变该连接凸块的材料，而非局限于此。
接着，将所述半导体芯片200翻转，使所述作为连接凸块的金属 凸块210与所述焊垫IIO彼此对应。在本实施例中，是通过覆晶方式 将具有该金属凸块210的半导体芯片200通过压合、热压合、或热音 波压合(thermal sonic compression)等工艺与具有该焊垫110的基板100， 压合连接，令该基板100'与该半导体芯片200电性连接。
由于该金属凸块210的尺寸大于该焊垫110的尺寸，且该金属凸 块210的材料硬度则小于该焊垫110的材料硬度，从而使该半导体芯 片200与该基板100'以压合方式互相嵌合而电性连接，该焊垫110与 该金属凸块210形成一相对的凹凸结构，藉以增加该焊垫110与该金 属凸块210的接合强度，同时减少该基板100'与该半导体芯片200间 的应力，以提升后续半导体装置的产品可靠性。
在本实施例中，该金属凸块210与该焊垫110间的压合温度必须 小于该焊垫及该金属凸块的熔点，例如焊锡的熔点为183°C，金的熔点 为1063°C，铜的熔点为1083°C，而镍的熔点为1453°C，镍铜合金的熔 点为1083至1455。C(视镍铜的比例而定)，即本实施例中压合温度的范 围约于50度至180度之间；但，当使用不同的金属凸块210与焊垫110 时，所属技术领域中的技术人员应知所述范围也随之改变，只要该金 属凸块210与该焊垫110间的压合温度小于该焊垫及该金属凸块的熔点即可，而有关压合时的压力与时间控制均为规有技米，'在此不苒赘 述。
再者，须注意的是，该金属凸块210材料硬度与该焊垫110的材 料硬度并不限于上述的实施例，该金属凸块210的材料硬度也可以大 于该焊垫110的材料硬度，使该金属凸块210可嵌合于该焊垫110内。 此时，该金属凸块210的尺寸小于该焊垫110的尺寸，而且不受限于 本实施例中该焊垫110的顶面的截面宽度小于该焊垫110的底面的截 面宽度、以及该金属凸块210的尺寸与材料硬度大于该焊垫110的尺 寸与材料硬度的限制。
另外，在该半导体芯片200与该基板100'间还可形成覆晶底面填 胶材料(underfi11)220，以保护该金属凸块210，并增加该半导体芯片200 及该基板间的机械接合强度。
再请参阅图4A至图4C，是显示本发明的变化实施例，该焊垫110 与该金属凸块210在进行压合时相对连接的接触表面可为平行的表面 (如图4B及图4C所示)或不平行的表面(如图4A所示)且具有不同尺寸， 只要该第一接触端2101的宽度大于该第二接触端1101的宽度即可。 在此须注意的是，该焊垫110或该线路层120的形状并不限于所述实 施例所示的锥形的形状，也可通过蚀刻液的选择及蚀刻时间的控制等 条件而形成例如为三角形(如图4A所示，仅显示该焊垫110的形状)、 梯形(如图4B所示，仅显示该焊垫110的形状)或弹头形(如图4C所示， 仅显示该焊垫110的形状)等其顶面截面宽度小于其底面截面宽度的形 状。
通过所述制法，本实施例还提供一半导体装置，该半导体装置包 括基板100'，其表面具有多个以湿式蚀刻方式形成的焊垫110;以及 半导体芯片200，该半导体芯片200的作用表面上具有多个金属凸块 210，以供该半导体芯片200与该基板100'通过该金属凸块210与该焊 垫110以压合方式使其互相嵌合而电性连接，且该金属凸块210与该 焊垫110间的压合温度小于该焊垫110及该金属凸块210的熔点。另 外，本实施例中该焊垫110的顶面的截面宽度小于该焊垫110的底面 的截面宽度，但所属技术领域中的技术人员可理解，只要该第一接触 端2101的宽度大于该第二接触端1101的宽度即可。
12因此，本发明的半导体装置及其制法可利用传统湿式蚀刻方式于 基板表面形成凸出面形状，其顶面截面宽度小于其底面截面宽度的焊 垫，再将具有该焊垫的基板压合连接于具有连接凸块的半导体芯片， 该连接凸块可为金属凸块。当该连接凸块为金属凸块之际，该金属凸 块的尺寸大于该基板的焊垫的尺寸，且该金属凸块的材料硬度小于该 焊垫的材料硬度，以供该半导体芯片与该基板通过该金属凸块与该焊 垫以压合方式使其互相嵌合而电性连接，且该金属凸块与该焊垫间的 压合温度小于该焊垫及该金属凸块的熔点。因而，相比于现有技术， 本发明可通过嵌合结构减少该基板与该半导体芯片间的应力，以增加 该焊垫与该金属凸块的接合强度，进而提升后续半导体装置的产品可 靠性。
再者，本发明还可将传统湿式蚀刻的缺点转换成本发明的优点， 直接利用较厚的金属层即可进行湿式蚀刻作业形成适合覆晶半导体芯 片接合的具细线路且高可靠性的基板，避免使用薄金属层进行湿式蚀 刻工艺所造成的可靠性不佳，或使用干式蚀刻的高成本及蚀刻选择性 不佳等问题。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制 本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下， 对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应以 权利要求书的范围为依据。
权利要求
1、一种半导体装置，包括表面具有连接凸块与内部电路电性连接的半导体芯片以及表面具有焊垫以电性连接该连接凸块的基板，该半导体芯片与该基板是通过该连接凸块与该焊垫间的压合而电性连接，其特征在于该焊垫是通过将较所述连接凸块更为硬质的导电性金属予以湿蚀刻而形成于所述基板上，该连接焊垫嵌合至该连接凸块之内，且该连接凸块与该焊垫的压合温度小于该焊垫及该连接凸块的熔点。
2、 根据权利要求l所述的半导体装置，其特征在于该焊垫的截 面形状为凸出面形状。
3、 根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于该焊垫的顶 面的截面宽度小于该焊垫的底面的截面宽度。
4、 根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于该焊垫的截 面形状为锥形、梯形、三角形及弹头形的其中一者。
5、 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于该连接凸块 具有第一接触端，该焊垫具有对应连接该第一接触端的第二接触端， 且该第一接触端的宽度大于该第二接触端的宽度。
6、 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于该连接凸块 为金属凸块，该金属凸块的材料选自焊锡或金的其中一者。
7、 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于该焊垫的材 料选自铜、镍或镍铜合金的其中一者。
8、 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于该基板还包 括有以湿式蚀刻方式形成于该基板表面上的多个线路层。
9、 根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于所述线路层的顶面的截面宽度小于该线路层的底面的截面宽度。
10、 根据权利要求8所述的半导体装置，其特征在于所述线路 层的截面形状为锥形、梯形、三角形或弹头形的其中一者。
11、 根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于该半导体 芯片与该基板间还形成有覆晶底面填胶材料。
12、 一种半导体装置的制法，其特征在于，包括 提供一在表面形成有连接凸块电性连接内部电路的半导体芯片、以及湿蚀刻表面的导电性金属层以形成焊垫供电性连接该连接凸块的 基板；将所述半导体芯片翻转，使所述连接凸块与所述焊垫彼此对应；以及压合该基板与该半导体芯片，且压合该连接凸块与该焊垫的温度 小于该焊垫及该连接凸块的熔点，使所述焊垫嵌合至所述连接凸块之 内。
13、 根据权利要求12所述的半导体装置的制法，其特征在于还包括提供一核心板，且以湿式蚀刻方式在该核心板的表面形成多个焊 垫，以制得一基板。
14、 根据权利要求12所述的半导体装置的制法，其特征在于该悍垫的截面形状为凸出面形状。
15、 根据权利要求12所述的半导体装置的制法，其特征在于该焊垫的顶面的截面宽度小于该焊垫的底面的截面宽度。
16、 根据权利要求12所述的半导体装置的制法，其特征在于该焊垫的截面形状为锥形、梯形、三角形或弹头形的其中一者。
17、 根据权利要求12所述的半导体装置的制法，其特征在于该连接凸块具有第一接触端，该焊垫具有在压合该基板与该半等体芯片 的步骤中对应连接该第一接触端的第二接触端，且该第一接触端的宽 度大于该第二接触端的宽度。
18、 根据权利要求12所述的半导体装置的制法，其特征在于该 基板还包括以湿式蚀刻方式形成于该基板表面上的多个线路层。
19、 根据权利要求18所述的半导体装置的制法，其特征在于该 些线路层的顶面的截面宽度小于该线路层的底面的截面宽度。
20、 根据权利要求18所述的半导体装置的制法，其特征在于该 些线路层的截面形状为锥形、梯形、三角形或弹头形的其中一者。
21、 根据权利要求12所述的半导体装置的制法，其特征在于该 半导体芯片的连接凸块与该基板的焊垫间的压合方式是通过热压合或 热音波压合的其中一方式连接。
22、 根据权利要求12所述的半导体装置的制法，其特征在于压合该连接凸块与该焊垫间的温度是于50度至180度的范围内。
23、 根据权利要求12所述的半导体装置的制法，其特征在于该 连接凸块的材料硬度小于该基板的焊垫的材料硬度。
24、 根据权利要求23所述的半导体装置的制法，其特征在于该 连接凸块为金属凸块，该金属凸块的材料选自焊锡或金的其中一者。
25、 根据权利要求23所述的半导体装置，其特征在于该焊垫的 材料选自铜、镍或镍铜合金的其中一者。
26、 根据权利要求12所述的半导体装置，其特征在于该半导体 芯片与该基板间还形成有覆晶底面填胶材料。
27、 根据权利要求12所述的半导体装置的制法，其特征在于，包括提供一核心板，且在该核心板的表面形成金属层； 在该金属层上形成一光阻层，且令该光阻层形成有多个开口，以外露部分该金属层；以及利用蚀刻液移除外露出该开口的金属层，并移除该光阻层，以于该核心板的表面形成多个焊垫。
28、 根据权利要求27所述的半导体装置的制法，其特征在于该 焊垫的顶面的截面宽度小于该焊垫的底面的截面宽度。
全文摘要
一种半导体装置及其制法，主要是以湿式蚀刻方式在基板表面形成焊垫，同时翻转作用表面形成有多个连接凸块的半导体芯片，通过该连接凸块对应接置于该基板的焊垫上，其中压合该连接凸块与该焊垫的温度小于该焊垫及该连接凸块的熔点，以供该半导体芯片与该基板通过该连接凸块与该焊垫以压合方式使其互相嵌合而电性连接，以增加该焊垫与该连接凸块的接合强度及提升制造工艺的可靠性。
文档编号H01L21/603GK101562159SQ200810130650
公开日2009年10月21日 申请日期2008年7月2日 优先权日2008年4月16日
发明者蔡宪聪 申请人:联测科技股份有限公司