专利名称：具有树脂部件作为加固件的焊料球的形成的制作方法
技术领域：
本发明总体涉及半导体芯片、焊料球以及组件结构的形成方法。
背景技术：
对于半导体芯片面朝下安装在电路板上的倒装芯片组件，底填技术通常已知为将树脂材料填充在半导体芯片和电路板之间(例如，参见专利文献1)。当大尺寸的无铅焊料球形成在半导体芯片上时，可以使用光敏干膜抗蚀剂(例如，见非专利文献1)。此外，还使用抗蚀剂掩模形成大规模无铅焊料球的技术(例如，参见非专利文献2)。
专利文献1日本专利申请公开No.9-172035非专利文献1URLFujitsu Co.，Ltd.，“Forming Lead-Free Fine Solder Bumps at Halfa Cost[online]，12/12/2001，[Searched on 9/3/2002]，Internet＜URLhttp//pr.fjitsu.com/jp/news/2001/12/12-1.html＞非专利文献2S.Sakuyama等人“Technology for Forming of Batch of Bumps onSemiconductor Wafer”，7thSymposium Mate2001，Micro-Contact ResearchCommittee，2/1/2001，p.285-290。
通过倒装芯片组装技术将半导体芯片和电路板连接在一起之后，底填技术将如环氧树脂的热固性树脂填充在半导体芯片和电路板之间。施加热以固化热固性树脂。
采用填充了半导体芯片和电路板之间间隙的固化的热固性树脂，减小了半导体芯片和电路板之间热引入的变形。这提高了连接的可靠性。由于半导体芯片和电路板之间的间隙通过热固性树脂密封，因此通过使湿气远离焊料球、电极等可以防止腐蚀。
图1示出了使用现有技术的底填技术将热固性树脂31(底填树脂)提供在半导体芯片10和电路板20之间的剖面图。在该例中，用热固性树脂31填充半导体芯片10和电路板20之间的间隙之前，具有形成在电极焊盘11上焊料球22的半导体芯片10以倒装芯片结构安装在电路板20的布线层21上。
热固性树脂31由箭头A所示的位置注入到半导体芯片10和电路板20之间形成的间隙内。然后施加热以固化热固性树脂31。提供了热固性树脂31，可以减少半导体芯片10和电路板20之间热引入的变形，由此提高了焊料球22处的连接可靠性。
在以上介绍的形成热固性树脂31的方法中，将半导体芯片10以倒装芯片结构安装到电路板20上之后，需要将热固性树脂31注入到半导体芯片10和电路板20之间形成的窄间隙内。很难用热固性树脂31填充窄间隙的每个角落，会产生没有热固性树脂31的区域(气泡41)，如图1所示。
如果存在这些气泡时进行固化热固性树脂31的加热工艺，那么热固性树脂31中会产生裂缝或导致焊料球22与布线板21分离。
因此，需要一种半导体芯片、焊料球的形成方法以及组件结构，在组件结构的接触强度和电连接的可靠性方面，提供了优良的性质。
发明内容
本发明的总目的是提供一种半导体芯片、焊料球的形成方法以及组件结构，基本上避免了由现有技术的局限和缺点造成的一个或多个问题。
本发明的特征和优点将体现在下面的说明之中，从说明和附图中部分特征和优点变得显而易见，或者通过根据说明书中提供的教导实施本发明可以得知。通过全面、清楚、简明和准确地描述，从而使本领域中的普通技术人员能够实施本发明的说明书中特别指出的半导体芯片、焊料球的形成方法以及组件结构，将能够实现和得到本发明的其它目的、特点和优点。
为了获得根据本发明目的的这些优点和其它优点，本发明提供一种焊料球的形成方法，包括以下步骤在衬底上形成电极焊盘；在电极焊盘的位置处形成具有第一开口的绝缘层；用包括焊料和具有底填性质的第一树脂填充第一开口；以及对焊膏进行加热工艺，在电极焊盘上形成焊料球，并在电极焊盘和衬底之间的边界上形成所述第一树脂的固化树脂部件。
根据以上介绍的方法，在电极焊盘的位置处的绝缘层中形成第一开口，提供焊膏以填充第一开口。然后加热包括焊料和具有底填性质的第一树脂的焊膏，在电极焊盘上形成焊料球，并形成支撑焊料球的固化的树脂部件。由于加热工艺足以同时形成焊料球和固化的树脂部件，因此简化了制造步骤。此外，固化的树脂部件放置在焊料球和电极焊盘之间，由此它增强了焊料球和电极焊盘之间的连接强度。
根据本发明的另一方案，半导体芯片包括衬底、形成在衬底上的电极焊盘、在电极焊盘的位置处形成有开口的绝缘层、形成在电极焊盘上的焊料球、以及提供了焊料球和衬底之间的连接以支撑焊料球的树脂部件。
在以上介绍的半导体芯片中，树脂部件支撑焊料球，由此作为焊料球和电极焊盘之间连接的加固件。
根据本发明的另一方案，组件结构包括半导体芯片，其中通过以上介绍的焊料球形成方法在衬底上形成焊料球；以及具有至少一个布线层和具有安装其上的半导体芯片的电路板，其中固化的树脂部件覆盖部分焊料球，以支撑设置在衬底和电路板之间的焊料球。
在以上介绍的组件结构中，固化的树脂部件可靠地支撑衬底和电路板之间的焊料球。这加固了电极焊盘和焊料球之间的连接以及布线层和焊料球之间的连接。当结合附图阅读时，从下面详细的说明中，本发明的其它目的和特点将变得显而易见。
图1示出了采用了现有技术的底填技术的半导体芯片和电路板的剖面图；图2示出了根据本发明的第一实施例在衬底上形成焊料球的方法的第一步骤图；
图3示出了根据本发明的第一实施例在衬底上形成焊料球的方法的第二步骤图；图4示出了根据本发明的第一实施例在衬底上形成焊料球的方法的第三步骤图；图5示出了根据本发明的第一实施例在衬底上形成焊料球的方法的第四步骤图；图6示出了当热固性树脂在焊膏中比例较高时，加热工艺之后半导体芯片的剖面图；图7示出了根据本发明的第二实施例在衬底上形成焊料球的方法的第一步骤图；图8示出了根据本发明的第二实施例在衬底上形成焊料球的方法的第二步骤图；图9示出了根据本发明的第二实施例在衬底上形成焊料球的方法的第三步骤图；图10示出了根据本发明的第二实施例在衬底上形成焊料球的方法的第四步骤图；图11示出了根据本发明的第二实施例在衬底上形成焊料球的方法的第五步骤图；图12示出了根据本发明的第三实施例在衬底上形成焊料球的方法的第一步骤图；图13示出了根据本发明的第三实施例在衬底上形成焊料球的方法的第二步骤图；图14示出了根据本发明的第三实施例在衬底上形成焊料球的方法的第三步骤图；图15示出了根据本发明的第三实施例在衬底上形成焊料球的方法的第四步骤图；图16示出了根据本发明的第四实施例在衬底上形成焊料球的方法的第一步骤图；图17示出了根据本发明的第四实施例在衬底上形成焊料球的方法的第二步骤图；
图18示出了根据本发明的第四实施例在衬底上形成焊料球的方法的第三步骤图；图19示出了根据本发明的第四实施例在衬底上形成焊料球的方法的第四步骤图；图20示出了根据本发明的第四实施例在衬底上形成焊料球的方法的第五步骤图；图21示出了根据本发明的第五实施例在衬底上形成焊料球的方法的第一步骤图；图22示出了根据本发明的第五实施例在衬底上形成焊料球的方法的第二步骤图；图23示出了根据本发明的第五实施例在衬底上形成焊料球的方法的第三步骤图；图24示出了根据本发明的第五实施例在衬底上形成焊料球的方法的第四步骤图；图25示出了根据本发明的第六实施例在衬底上形成焊料球的方法的第一步骤图；图26示出了根据本发明的第六实施例在衬底上形成焊料球的方法的第二步骤图；图27示出了根据本发明的第六实施例在衬底上形成焊料球的方法的第三步骤图；图28示出了根据本发明的第六实施例在衬底上形成焊料球的方法的第四步骤图；图29示出了根据本发明的第六实施例在衬底上形成焊料球的方法的第五步骤图；图30示出了根据本发明的第六实施例在衬底上形成焊料球的方法的第六步骤图；图31示出了根据本发明的第七实施例在衬底上形成焊料球的方法的第一步骤图；图32示出了根据本发明的第七实施例在衬底上形成焊料球的方法的第二步骤图；
图33示出了根据本发明的第七实施例在衬底上形成焊料球的方法的第三步骤图；图34示出了根据本发明的第七实施例在衬底上形成焊料球的方法的第四步骤图；图35示出了根据本发明的第七实施例在衬底上形成焊料球的方法的第五步骤图；图36示出了根据本发明的第八实施例提供少量的热固性树脂作为底填料时组装倒装芯片结构的方法的第一步骤图；图37示出了根据本发明的第八实施例提供少量的热固性树脂作为底填料时组装倒装芯片结构的方法的第二步骤图；图38示出了根据本发明的第八实施例提供少量的热固性树脂作为底填料时组装倒装芯片结构的方法的第三步骤图；图39示出了根据本发明的第八实施例提供大量的热固性树脂作为底填料时组装倒装芯片结构的方法的第一步骤图；图40示出了根据本发明的第八实施例提供大量的热固性树脂作为底填料时组装倒装芯片结构的方法的第二步骤图；图41示出了根据本发明的第九实施例组装倒装芯片结构的方法的第一步骤图；图42示出了根据本发明的第九实施例组装倒装芯片结构的方法的第二步骤图；图43示出了根据本发明的第九实施例组装倒装芯片结构的方法的第三步骤图；图44示出了根据本发明的第十实施例组装倒装芯片结构的方法的第一步骤图；图45示出了根据本发明的第十实施例组装倒装芯片结构的方法的第二步骤图；图46示出了根据本发明的第十实施例组装倒装芯片结构的方法的第三步骤图；图47示出了根据本发明的第十实施例组装倒装芯片结构的方法的第四步骤图；
图48示出了根据本发明的第十一实施例组装倒装芯片结构的方法的第一步骤图；图49示出了根据本发明的第十一实施例组装倒装芯片结构的方法的第二步骤图；图50示出了根据本发明的第十一实施例组装倒装芯片结构的方法的第三步骤图；图51示出了根据本发明的第十二实施例组装倒装芯片结构的方法的第一步骤图；以及图52示出了根据本发明的第十二实施例组装倒装芯片结构的方法的第二步骤图。
具体实施例方式
在下文中，参考附图介绍本申请的各实施例。
图2到图5示出了根据本发明的第一实施例在衬底上形成焊料球的各步骤图。
如图2所示，电极焊盘71构图在其内形成有布线和绝缘层的半导体衬底61上。然后膜形焊料抗蚀剂8 1设置在电极焊盘71上。
进行曝光和显影工艺在图3所示的电极焊盘71上的膜形焊料抗蚀剂81中形成开口B，其中宽度W2大于宽度W1。例如，开口B的宽度W2可以大于电极焊盘7 1的宽度W1约1.3到3.0倍。
如图4所示，通过刮浆(squeegee)工艺设置粉末或粒状焊料和热固性树脂171的混合物以填充开口B。进行多次刮浆工艺用焊膏90完全填充开口B。
可以使用Sn-3％Ag作为焊料。开口B优选圆形，但也可以为任何形状，只要焊膏90能填充开口B即可。环氧类型的树脂可以用做热固性树脂171。可以在70-92wt％的焊料和8-25％的热固性树脂171的范围内调节焊膏90中焊料与热固性树脂171的比例。
然后在高于焊膏90的焊料熔点T2的温度T1并且也高于热固性树脂171的固化温度T3下进行加热工艺。随后，如图5所示，设置热固性树脂171作为焊料球161和半导体衬底61之间以及膜形焊料抗蚀剂81和半导体衬底61之间的底填料。这里，加热工艺的温度T1为240摄氏度。
图6示出了当热固性树脂在焊膏中比例较高时，加热工艺之后半导体芯片的剖面图。
调节焊膏90中热固性树脂171的量将改变在焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81周围形成的热固性树脂171形状。当热固性树脂171的比例较高时，热固性树脂171可以提供在焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81之间，如图6所示，增加了底填功能。
使用具有底填功能的焊料和热固性树脂171一起作为以上介绍的焊膏90，提供了通过一次加热工艺同时形成焊料球161和作为底填料的热固性树脂171的基础。这简化了制造工艺，并且避免了在热固性树脂171中产生裂缝。
提供在焊料球161和半导体衬底61之间的热固性树脂171加固了电极焊盘71和焊料球161之间的连接。由于热固性树脂171也提供在膜形焊料抗蚀剂81和半导体衬底61之间，因此也加固了膜形焊料抗蚀剂81和半导体衬底61之间的连接。
在第一实施例中，提供焊膏90以填充形成在膜形焊料抗蚀剂81中的开口B。此外，膜形光致抗蚀剂可以放置在膜形焊料抗蚀剂81上，形成两个开口，用焊膏90填充形成焊料球。
图7到图1示出了根据本发明的第二实施例在衬底上形成焊料球的各步骤图。
如图7所示，电极焊盘71构图在其内形成有布线和绝缘层的半导体衬底61上。然后，膜形焊料抗蚀剂8 1设置在电极焊盘71上，之后，在膜形焊料抗蚀剂81上设置膜形光致抗蚀剂111。
进行曝光和显影工艺，在图8所示的电极焊盘71上的膜形焊料抗蚀剂81中形成开口B，并在膜形光致抗蚀剂111中形成开口C，其中，宽度W2大于宽度W1。开口B和开口C形成得尺寸相同。例如，开口B的宽度W2可以大于电极焊盘71的宽度W1约1.3到3.0倍。
如图9所示，通过刮浆工艺设置粉末或粒状焊料和热固性树脂171的混合物以填充开口B和C。进行3到8次刮浆工艺用焊膏90完全填充开口B和C。
可以使用Sn-3％Ag作为焊料。开口B优选圆形，但也可以为任何形状，只要焊膏90能填充开口B。
然后在高于焊膏90的焊料熔点T2的温度T1并且也高于热固性树脂171的固化温度T3下进行加热工艺。随后，如图10所示，热固性树脂171提供了焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81之间的连接。
这里，加热工艺的温度T1为240摄氏度。之后，包含在焊膏90中的焊料粉可以保留在膜形光致抗蚀剂111的表面上。如果用附着的焊料粉进行装配，那么与电路板的粘附性会打折扣。
如图11所示，为了除去膜形光致抗蚀剂111，仅将膜形光致抗蚀剂111浸泡在分离液中。之后，也除去了留在膜形光致抗蚀剂111表面上的焊料粉。
应该注意，可以使用任何其它的方法代替浸泡在分离液中的方法，至少能适当地除去膜形光致抗蚀剂111就可以。例如，通过喷洒分离液除去、通过对分离液施加超声波以及通过使用分离目的的带除去都是可行的选择。
采用以上介绍的方式，膜形光致抗蚀剂111设置在膜形焊料抗蚀剂81的顶部，以形成两个开口B和C，由此增加了焊膏90填充到开口B和C中的量。由此，增加了半导体衬底61上焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81之间作为底填料提供的热固性树脂171。这增加了电极焊盘71和焊料球161之间的连接以及膜形焊料抗蚀剂81和半导体衬底61之间的粘结。
形成的焊料球161的尺寸增加。由于形成焊料球161之后除去了膜形光致抗蚀剂111，因此也可以除去形成焊料球161时附着到膜形光致抗蚀剂111的焊料粉。这增加了电路板组件中连接的可靠性。
在第二实施例中，在生成焊料球之前，在膜形焊料抗蚀剂81和膜形光致抗蚀剂111中形成开口B和C。此外，可以使用金属掩模代替膜形光致抗蚀剂111形成产生焊料球的两个开口。
图12到图15示出了根据本发明的第三实施例在衬底上形成焊料球的各步骤图。
如图2和图3所示首先在半导体衬底61上进行构图。然后如图12所示，在膜形焊料抗蚀剂81上设置具有与开口B相同形状的开口C的金属掩模121。
结合第一实施例已对图2和图3进行的介绍，这里不再重复。
如图13所示，通过刮浆工艺设置为粉末或粒状焊料和热固性树脂171的混合物的焊膏90以填充开口B和C。由于在金属表面上进行刮浆工艺，因此焊膏90很容易滑动，减少了需要用焊膏90完全填充开口B和C的刮浆工艺的次数。
可以使用Sn-3％Ag作为焊料。开口B优选具有圆形，但也可以为任何形状，只要焊膏90能填充开口B。
如图14所示，从膜形焊料抗蚀剂81上除去金属掩模121。然后在高于焊膏90的焊料熔点T2的温度T1并且也高于热固性树脂171的固化温度T3下进行加热工艺。随后，如图15所示，热固性树脂171提供了焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81的侧壁之间的连接。
采用以上介绍的方式，金属掩模121设置在膜形焊料抗蚀剂81的顶部以形成两个开口B和C，由此增加了焊膏90填充到开口B和C中的量。由此，增加了半导体衬底61上焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81之间作为底填料提供的热固性树脂171。这增加了电极焊盘71和焊料球161之间的连接以及膜形焊料抗蚀剂81和半导体衬底61之间的粘结。可以可靠地形成具有需要尺寸的焊料球161。
由于形成焊料球161之前除去了金属掩模121，因此可以防止焊料粉粘贴到膜形焊料抗蚀剂81的表面。这增加了电路板组件中连接的可靠性。
第四实施例涉及第二实施例的变形，其中膜形光致抗蚀剂具有的开口大于膜形焊料抗蚀剂81中形成的开口B。
图16到图20示出了根据本发明的第四实施例在衬底上形成焊料球的各步骤图。
如图2和图3所示首先在半导体衬底61上进行构图。然后如图16所示，膜形光致抗蚀剂112设置在膜形焊料抗蚀剂81上。
结合第一实施例已对图2和图3进行的介绍，这里不再重复。
如图17所示，进行曝光和显影工艺在膜形光致抗蚀剂112中形成开口E，以满足宽度W4＞宽度W2＞宽度W1。
如图18所示，通过刮浆工艺设置由粉末或粒状焊料和热固性树脂171的混合物构成的焊膏90，以填充开口B和E。进行3到8次刮浆工艺用焊膏90完全填充开口B和E。可以使用Sn-3％Ag作为焊料。开口B和E优选圆形，但也可以为任何形状，只要焊膏90能填充开口B。
然后在高于焊膏90的焊料熔点T2的温度T1并且也高于热固性树脂171的固化温度T3下进行加热工艺。随后，如图19所示，热固性树脂171提供了焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81侧壁之间的连接。进行该工艺时，设置热固性树脂171，以覆盖部分焊料球161直到高于膜形焊料抗蚀剂81上表面的点为止。加热工艺的温度T1为240摄氏度。
如图20所示，为了除去膜形光致抗蚀剂112，仅将膜形光致抗蚀剂112浸泡在分离液中。之后，也除去了留在膜形光致抗蚀剂112表面上的焊料粉。
应该注意可以使用任何其它的方法代替浸泡在分离液中的方法，至少能适当地除去膜形光致抗蚀剂112就可以。例如，可选择通过喷洒分离液除去、通过对分离液施加超声波以及通过使用分离目的的带除去。
采用以上介绍的方式，膜形光致抗蚀剂112设置在膜形焊料抗蚀剂81的顶部以形成大于开口B的开口E，由此增加了焊膏90填充到开口B和E中的量。由此，增加了作为底填料提供的热固性树脂171的量，覆盖了部分焊料球161直到高于膜形焊料抗蚀剂81上表面的点。这增加了电极焊盘71和焊料球161之间的连接以及膜形焊料抗蚀剂81和半导体衬底61之间的粘结。
形成的焊料球161的尺寸增加。由于形成焊料球161之后除去了膜形光致抗蚀剂112，因此也可以除去形成焊料球161时附着到膜形光致抗蚀剂112的焊料粉。这增加了电路板组件中连接的可靠性。
第五实施例是第三实施例的变形，其中金属掩模具有的开口大于在膜形焊料抗蚀剂81中形成的开口B。
图21到图24示出了根据本发明的第五实施例在衬底上形成焊料球的各步骤图。
首先，如图2和图3所示在半导体衬底61上进行构图。然后如图21所示，在膜形焊料抗蚀剂81上设置具有开口D的金属掩模122，其中满足宽度W4＞宽度W2＞宽度W1。
如图22所示，通过刮浆工艺设置由粉末或粒状焊料和热固性树脂171的混合物构成的焊膏90以填充开口B和C。由于在金属表面上进行刮浆工艺，因此焊膏90很容易滑动，减少了需要用焊膏90完全填充开口B和C的刮浆工艺的次数。可以使用Sn-3％Ag作为焊料。环氧类型的树脂可以用做热固性树脂171。开口B和D优选具有圆形，但也可以为任何形状，只要焊膏90能填充开口B和D。
如图23所示，从膜形焊料抗蚀剂81上除去金属掩模122。
然后在高于焊膏90的焊料熔点T2的温度T1并且也高于热固性树脂171的固化温度T3下进行加热工艺。随后，如图24所示，热固性树脂171提供了焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81的侧壁之间的连接。进行该工艺时，设置热固性树脂171，以覆盖部分焊料球161直到高于膜形焊料抗蚀剂81上表面的点为止。加热工艺的温度T1为240摄氏度。
采用以上介绍的方式，金属掩模122设置在膜形焊料抗蚀剂81的顶部以形成两个开口B和D，由此增加了焊膏90填充到开口B和D中的量。由此，增加了作为底填料提供的热固性树脂171的量，覆盖了部分焊料球161直到高于膜形焊料抗蚀剂81上表面的点为止。这增加了电极焊盘71和焊料球161之间的连接以及膜形焊料抗蚀剂81和半导体衬底61之间的粘结。
形成的焊料球161的尺寸增加。由于形成焊料球161之前除去了金属掩模122，因此可以防止焊料粉粘贴到膜形焊料抗蚀剂81的表面。这增加了电路板组件中连接的可靠性。此外，金属掩模122不容易断裂，由此可以容易除去。
第六实施例是第二实施例的变形，其中在其内具有开口B的膜形焊料抗蚀剂81中形成槽。
图25到图30示出了根据本发明的第六实施例在衬底上形成焊料球的各步骤图。
首先，如已介绍的图2所示，在半导体衬底61上构图电极焊盘71，然后，膜形焊料抗蚀剂81设置在电极焊盘71。
然后如图25所示，进行曝光和显影工艺在膜形焊料抗蚀剂81中形成开口B和槽131，以满足宽度W2＞宽度W1。开口B的宽度W2可以大于电极焊盘71的宽度W1约1.3到3.0倍。
如图26所示，膜形光致抗蚀剂113设置在膜形焊料抗蚀剂81上。
如图27所示，进行曝光和显影工艺在膜形光致抗蚀剂113中形成开口F以使开口F的形状与开口B的形状相同。
如图28所示，通过刮浆工艺设置由粉末或粒状焊料和热固性树脂171的混合物构成的焊膏90以填充开口B和F。进行3到8次刮浆工艺用焊膏90完全填充开口B和F。可以使用Sn-3％Ag作为焊料。环氧类型的树脂可以用做热固性树脂171。开口B和F优选具有圆形，但也可以为任何形状，只要焊膏90能填充开口B。
然后在高于焊膏90的焊料熔点T2的温度T1，并且也高于热固性树脂171的固化温度T3下进行加热工艺。随后，如图29所示，热固性树脂171提供了焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81之间的连接。加热工艺的温度T1为240摄氏度。之后，包含在焊膏90中的焊料粉可以保留在膜形光致抗蚀剂111的表面上。如果用附着的焊料粉进行装配，那么与电路板的粘附性会打折扣。
如图30所示，为了除去膜形光致抗蚀剂113，仅将膜形光致抗蚀剂113浸泡在分离液中。之后，也除去了留在膜形光致抗蚀剂113表面上的焊料粉。
应该注意可以使用任何其它的方法代替浸泡在分离液中的方法，至少能适当地除去膜形光致抗蚀剂113就可以。例如，是可选择通过喷洒分离液除去、通过对分离液施加超声波以及通过使用分离目的的带除去。
采用以上介绍的方式，形成焊料球，提供热固性树脂171作为半导体衬底61上焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81之间的底填料。这增加了电极焊盘71和焊料球161之间的连接以及膜形焊料抗蚀剂81和半导体衬底61之间的粘结。此外，槽131形成在膜形焊料抗蚀剂81中，防止了相邻焊料球之间的短路。
由于形成焊料球161之后除去了膜形光致抗蚀剂113，因此也可以除去形成焊料球161时附着到膜形光致抗蚀剂113的焊料粉。这增加了电路板组件中连接的可靠性。
第七实施例是第三实施例的变形，其中在其内具有开口B的膜形焊料抗蚀剂81中形成槽。
图31到图35示出了根据本发明的第七实施例在衬底上形成焊料球的各步骤图。
首先，如已介绍的图2所示，在半导体衬底61上构图电极焊盘71，然后，膜形焊料抗蚀剂81设置在电极焊盘71。
然后如图31所示，进行曝光和显影工艺在膜形焊料抗蚀剂81中形成开口B和槽132，以满足宽度W2＞宽度W1。开口B的宽度W2可以大于电极焊盘71的宽度W1约1.3到3.0倍。
如图32所示，其内具有开口G的金属掩模123设置在膜形焊料抗蚀剂81上。
如图33所示，通过刮浆工艺设置为粉末或粒状焊料和热固性树脂171的混合物的焊膏90以填充开口B和G。进行3到8次刮浆工艺用焊膏90完全填充开口B和G。可以使用Sn-3％Ag作为焊料。开口B和G优选具有圆形，但也可以为任何形状，只要焊膏90能填充开口B。
如图34所示，从膜形焊料抗蚀剂81上除去金属掩模123。然后在高于焊膏90的焊料熔点T2的温度T1并且也高于热固性树脂171的固化温度T3下进行加热工艺。加热工艺的温度T1为240摄氏度。
因此，如图35所示，固性树脂171提供了焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81的侧壁之间的连接。
采用以上介绍的方式，形成焊料球，提供热固性树脂171作为半导体衬底61上焊料球161和膜形焊料抗蚀剂81之间的底填料。这增加了电极焊盘71和焊料球161之间的连接以及膜形焊料抗蚀剂81和半导体衬底61之间的粘结。此外，槽132形成在膜形焊料抗蚀剂81中，防止了相邻焊料球之间的短路。
由于形成焊料球161之后除去了膜形光致抗蚀剂113，因此也可以除去形成焊料球161时附着到膜形光致抗蚀剂113的焊料粉。这增加了电路板组件中连接的可靠性。
在第八实施例中，以倒装芯片结构在电路板上进行具有结合第一到第七实施例介绍形成的焊料球的衬底。
图36到图38示出了根据本发明的第八实施例提供少量的热固性树脂作为底填料时组装倒装芯片结构的各步骤图。
图36示出了其上形成有焊料球的半导体芯片102和其上形成有布线层的相对电路板。
在半导体芯片102中，焊料球161形成在设置在半导体衬底61上的电极焊盘71上，膜形焊料抗蚀剂81和热固性树脂171提供在它们各自的位置处。热固性树脂171设置在焊料球161和半导体衬底61之间，以及膜形焊料抗蚀剂81的侧壁和半导体衬底61之间。
电路板140具有多布线层结构，其中绝缘层(未示出)和布线层(未示出)相互叠置。在电路板140的顶部，提供布线层151以接收焊料球161。
如图37所示，半导体芯片102和电路板140按压在一起同时进行加热，由此以倒装芯片形式组装。完成时，熔化热固性树脂171，导致部分热固性树脂171覆盖布线层151和部分焊料球161，如图38所示。在该位置，热固性树脂171固化。
以此方式，热固性树脂171设置在半导体芯片102和电路板140之间，由此加固了焊料球161和布线层151之间的连接。
在下文中，介绍以倒装芯片形式组装具有大量热固性树脂171的衬底。
图39到图40示出了根据本发明的第八实施例提供大量的热固性树脂作为底填料时组装倒装芯片结构的各步骤图。
图39示出了其上形成有焊料球161的半导体芯片103和其上形成有布线层151的相对电路板140。
从图39所示的位置，半导体芯片103和电路板140按压在一起同时进行加热，由此以倒装芯片形式组装。完成时，熔化热固性树脂171，导致部分热固性树脂171覆盖布线层151和部分焊料球161，如图40所示。在该位置，热固性树脂171固化。
以此方式，设置热固性树脂171以完全覆盖焊料球161、电极焊盘71以及布线层151，同时没有任何露出部分。这减少了半导体芯片103和电路板140之间热引入的变形，由此提高了连接可靠性。
图41到图43示出了根据本发明的第九实施例组装倒装芯片结构的各步骤图。
如图41所示，半导体芯片104具有形成在电极焊盘71上的焊料球161，电极焊盘设置在半导体衬底61上，膜形焊料抗蚀剂81和热固性树脂171提供在它们各自的位置处。
在半导体芯片104上，设置热固性树脂172，如图42所示。
半导体芯片104和电路板140按压在一起同时进行加热。由此得到倒装芯片结构，热固性树脂173完全填充了半导体芯片104和电路板140之间的间隙，如图43所示。热固性树脂173由热固性树脂171和热固性树脂172制成。
半导体芯片104可以是其上形成有结合第一到第七实施例介绍的衬底中的任何一个。
以此方式，进行倒装芯片组装之前在半导体芯片104上设置热固性树脂172，由此，热固性树脂171和热固性树脂172完全填充了半导体芯片104和电路板140之间的间隙。这减少了半导体芯片104和电路板140之间的热变形，并防止产生气泡，由此提高了连接可靠性。由于半导体芯片104和电路板140之间的间隙由热固性树脂171和热固性树脂172填充，因此可以防止由湿气侵入引起的焊料球161、热固性树脂171等的腐蚀。
图44到47示出了根据本发明的第十实施例组装倒装芯片结构的各步骤图。
首先，如图44所示，电极焊盘71和具有开口B的膜形焊料抗蚀剂81形成在半导体衬底61上。
然后，如图45所示，设置为焊料和具有底填性质和助焊性质的热固性树脂混合物的焊膏190填充开口B。
如图46所示，将其上形成有电极焊盘71的半导体芯片105的表面设置得面对其上形成布线层151的电路板140的表面，焊膏190接触布线层151。
然后进行加热工艺在电极焊盘71和布线层151之间形成焊料球162，如图47所示，固化的热固性树脂211以倒装芯片形式覆盖半导体衬底61和电路板140之间的电极焊盘71、布线层151以及焊料球162。加热工艺的温度设置为230摄氏度以便形成以上介绍的结构。
在一个加热工艺中，该倒装组件可以进行焊料球162的形成、设置热固性树脂211、以及半导体衬底61和电路板140的组装。由此简化了制造步骤，减少了制造成本。
第十一实施例为第十实施例的变形。
图48到图50示出了根据本发明的第十一实施例组装倒装芯片的各步骤图。
图48所示的半导体芯片160具有提供焊膏190以填充如图8所示开口B和C的结构，膜形光致抗蚀剂111已被除去。
如图49所示，将其上形成有电极焊盘71的半导体芯片106的表面设置得面对其上形成布线层151的电路板140的表面，焊膏190接触布线层151。
然后进行加热工艺在电极焊盘71和布线层151之间形成焊料球162，如图50所示，固化的热固性树脂211以倒装芯片形式覆盖半导体衬底61和电路板140之间的电极焊盘71、布线层151以及焊料球162。加热工艺的温度设置为230摄氏度以便形成以上介绍的结构。
这里，半导体芯片106可以具有图12、图27以及图32中所示结构中的任何一个。
在一个加热工艺中，该倒装组件可以进行焊料球162的形成、设置热固性树脂211、以及半导体衬底61和电路板140的组装。由此简化了制造步骤。由于焊膏190填充了两个开口，更多量的焊膏190提供在半导体衬底61上。这增加了焊料球162的尺寸。由于热固性树脂211的底填量也增加，可以为半导体衬底61和电路板140之间的电极焊盘71、布线层151、以及焊料球162提供加强的加固。这减少了半导体芯片106和电路板140之间热引入的变形，由此提高了连接的可靠性。
图51和图52示出了根据本发明的第十二实施例倒装芯片组件的各步骤图。
首先，如图51所示，在半导体衬底61上构图电极焊盘71，焊料球163形成在电极焊盘71上。焊料球163由焊膏制成，焊膏为焊料和具有底填性质和助焊性质的热固性树脂混合物。
焊料球163接触布线层151之后进行加热工艺。这形成了焊料球164。此外，包含在焊料球163中的热固性树脂212最终覆盖半导体衬底61和电路板140之间的电极焊盘71、布线层151、以及焊料球162。以此方式，通过形成焊料球制成倒装芯片结构。
在以上介绍的各实施例中，焊膏包括具有活化性质的助焊剂。例如，焊料可以为Sn作为主要成分的Pb-Sn合金。例如，焊料可以包括选自Ag、Cu、Bi、In、Sb以及Au组成的组中的一种元素。
此外，本发明不限于这些实施例，可以不脱离本发明的范围进行各种修改和变形。
本申请基于日本专利局2002年11月11日申请的日本优先申请No.2002-265432，在这里作为参考引入其整个内容。
权利要求
1.一种焊料球的形成方法，包括以下步骤在衬底上形成电极焊盘；在电极焊盘的位置处形成具有第一开口的绝缘层；用包括焊料和具有底填性质的第一树脂填充第一开口；以及对焊膏进行加热工艺，在电极焊盘上形成焊料球，并在电极焊盘和衬底之间的边界上形成所述第一树脂的固化的树脂部件。
2.根据权利要求1中的方法，其中，焊膏包括具有活化性质的助焊剂。
3.根据权利要求1中的方法，其中，焊料为Sn作为主要成分的Pb-Sn合金。
4.根据权利要求1中的方法，其中，焊料包括Sn作为主要成分并且包括选自Ag、Cu、Bi、In、Sb以及Au组成的组中的一种元素。
5.根据权利要求1中的方法，其中，第一开口大于电极焊盘，以使第一开口的边缘不接触电极焊盘。
6.根据权利要求1中的方法，其中，由刮浆工艺提供焊膏以填充第一开口。
7.根据权利要求1中的方法，其中，加热工艺的温度T1、焊料的熔点T2以及第一树脂的固化温度T3的关系为T1≥T3≥T2。
8.根据权利要求1中的方法，还包括以下步骤在绝缘层上形成分离层；在分离层中形成第二开口，以使第二开口具有与第一开口相同的形状；用焊膏填充第二开口以及第一开口；以及除去分离层。
9.根据权利要求1中的方法，还包括以下步骤在绝缘层上形成分离层；在分离层中形成第二开口，以使第二开口大于第一开口；用焊膏填充第二开口以及第一开口；以及除去分离层。
10.根据权利要求8中的方法，其中，通过选自以下组成的组中的一种方法进行除去分离层的所述步骤通过浸泡在分离液中除去、喷洒分离液除去、通过对分离液施加超声波以及通过使用分离目的的带除去。
11.根据权利要求8中的方法，其中，分离层为抗蚀剂膜和金属膜中的一种。
12.一种半导体芯片，包括衬底；形成在衬底上的电极焊盘；在电极焊盘的位置处形成有开口的绝缘层；形成在电极焊盘上的焊料球；以及提供了焊料球和衬底之间的连接以支撑焊料球的树脂部件。
13.根据权利要求12中的半导体芯片，其中，所述树脂部件完全覆盖了电极焊盘、部分焊料球以及绝缘层的一部分侧壁。
14.根据权利要求12中的半导体芯片，其中，所述树脂部件完全覆盖了电极焊盘、部分焊料球以及绝缘层的整个侧壁。
15.根据权利要求12中的半导体芯片，其中，所述绝缘层具有在开口和另一开口之间形成的槽。
16.一种组件结构，包括半导体芯片，其中通过以上介绍的焊料球形成方法在衬底上形成焊料球；和具有至少一个布线层和具有安装其上的半导体芯片的电路板，其中固化的树脂部件覆盖部分焊料球以支撑设置在衬底和电路板之间的焊料球。
17. 根据权利要求16中的组件结构，其中，所述焊料球部分伸出所述绝缘层的表面。
18.根据权利要求16中的组件结构，其中，所述固化的树脂部件用做所述衬底和所述电路板之间的底填料。
全文摘要
一种焊料球的形成方法，包括以下步骤在衬底上形成电极焊盘；在电极焊盘的位置处形成具有第一开口的绝缘层；用包括焊料和具有底填性质的第一树脂填充第一开口；以及对焊膏进行加热工艺，在电极焊盘上形成焊料球，并在电极焊盘和衬底之间的边界上形成所述第一树脂的固化的树脂部件。
文档编号H01L21/56GK1487572SQ0312752
公开日2004年4月7日 申请日期2003年8月6日 优先权日2002年9月11日
发明者藤森城次, 山口一郎, 郎 申请人:富士通株式会社