专利名称：凸块结构的形成方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及集成电路的工艺，尤其涉及使用热压接合形成低应力的接合点。
背景技术：
在在半导体晶片上形成集成电路，然后切割成半导体芯片，接着将半导体芯片接合至封装基底上。图1至图3示出在传统的接合工艺中，各中间阶段的剖面示意图。参阅图1，提供封装基底100，在封装基底100的表面上具有接合焊盘108。将芯片102拿起并翻转，使得芯片102表面的焊锡凸块104朝下，并在焊锡凸块104上施加助熔剂(flux) 106。接着，如图2所示，将芯片102放置在封装基底100上，焊锡凸块104对着接合焊盘 108放置。然后对封装基底100与芯片102进行回焊工艺，在此过程中加热封装基底100、 芯片102以及焊锡凸块104，所形成的接合结构如图3所示。芯片102与焊锡凸块104的重量在熔融时会压坏焊锡凸块104，并且会增加焊锡凸块104的宽度Wl。在传统的接合结构中发现的一个问题为，在接合工艺之后，焊锡凸块104内常常发生裂痕，特别是在靠近焊锡凸块104与阻焊膜(solder resist) 112与114的接合处。此夕卜，因为焊锡凸块104的宽度Wl增加，相邻的焊锡凸块104之间的间隔必须增加，以避免焊锡凸块104互相短路。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，依据本发明的一实施例，形成凸块结构的方法包含提供第一工件，其包含介电层，具有上表面；面对第一工件放置第二工件；放置加热工具，接触第二工件；以及使用加热工具加热第二工件，进行回焊工艺。在第一与第二工件之间的第一焊锡凸块熔融，形成第二焊锡凸块，在第二焊锡凸块固化之前，将第二工件从第一工件拉开，直到第二焊锡凸块的切线与介电层的上表面之间形成的角度大于约50度，其中切线从第二焊锡凸块连接介电层的点绘制。根据本发明提供的方法，第二焊锡凸块的切线与介电层的上表面之间形成的角度大于约50度，可降低焊锡凸块与介电层连接的角落处的应力，从而降低在焊锡凸块内由应力所引起的裂痕。其他实施例也公开如下。为了让本发明的上述目的、特征、及优点能更明显易懂，以下配合附图，作详细说明如下。
图1至图3是示出在传统的接合工艺中，各中间阶段的剖面示意图。图4至图8B是示出依据各种实施例，制造接合结构的各中间阶段的剖面示意图。图9是示出相邻焊锡凸块之间的间隔S(图8)与向上拉的高度的函数关系，以及焊锡凸块的高度H与向上拉的高度的函数关系。
主要附图标记说明100 封装基底；102 芯片；104 焊锡凸块；106 助熔剂；108 接合焊盘； 112,114 阻焊膜；26,40 工件；28,42 金属焊盘；32,46,66 焊锡凸块；30,44 介电层；30a 介电层30的水平表面；44a 介电层44的水平表面；47 凸块下金属层；47a 凸块下金属层的水平表面；60 加热工具；62 向下的力；67 空气流导管；68 向上的力；70 底部填充剂；72、76 切线；82 焊锡凸块的高度与向上拉的高度的函数关系； 84 焊锡凸块的间隔与向上拉的高度的函数关系；W1、W2 焊锡凸块的宽度；H 焊锡凸块的高度；S 相邻焊锡凸块之间的间隔；α 1、α 2 焊锡凸块的切线与介电层之间的角度。
具体实施例方式以下详细讨论公开的实施例的制造与使用，然而，可以理解的是，这些实施例提供许多可应用的发明概念，其可以在各种特定背景中实施，在此所讨论的特定实施例仅用于说明，并非用于限定公开的范围。本发明的实施例提供一种新的热压接合工艺(thermal compress bonding ；TCB)， 制造各种实施例的中间阶段说明如下，在各种附图与实施例中，使用相似的附图标记标示相似的元件。图4示出工件(work piece) 26的剖面示意图，在一实施例中，工件26为封装基底或中介层(interposer)，其不具有有源元件，例如晶体管在其中。在另一实施例中，工件26 为元件芯片(device die)，具有有源元件，例如晶体管(未绘出)在其中。金属焊盘28可在工件26中形成，并且经由阻焊膜30的开口暴露出来，阻焊膜30由介电材料形成。焊锡凸块32在金属焊盘28的上表面形成，并且与金属焊盘28电性耦接，焊锡凸块32可包含一部分在介电层30之上，以及一部分延伸至介电层30的开口中。在另一实施例中，凸块32 为非回焊(non-reflowable)的金属凸块，例如为铜柱凸块。图5A及图5B显示工件40，其可以是元件芯片，包括有源元件(未绘出)在其中，其中有源元件可以是晶体管。另外，工件40可以是中介层、封装基底或类似的基底。 金属焊盘42可在工件40内形成，介电层44在金属焊盘42之上形成，并且可由聚酰亚胺 (polyimide)、氧化硅、氮化硅或类似的材料形成。在一实施例中，如图5A所示，焊锡凸块46 在金属焊盘42的上表面形成，并且与金属焊盘42电性耦接。在另一实施例中，如图5B所示，形成凸块下金属层(under-bump metallurgies ；UBMs) 47，每个凸块下金属层47包含一部分延伸至介电层44内各别的开口中，以及一部分在介电层44之上，焊锡凸块46在各别的凸块下金属层47的上表面形成。凸块下金属层47例如可包括钛层，以及在钛层上的铜层，然而也可以使用不同的金属材料。在一实施例中，凸块46为焊锡凸块，然而凸块46也可以是其他种类的凸块，例如铜柱凸块。金属凸块32(图4)与46中至少一个以及可能两个都是焊锡凸块，在以下说明的示范性实施例中，金属凸块32与46都是焊锡凸块。 参阅图6，将工件40拿起并翻转，放置在工件26上，使得金属凸块32与焊锡凸块 46接触。接着，如图7所示，进行接合工艺，将加热工具60放置在工件40上方与工件40接触，并且可对工件40施加一向下的力(以箭头62表示)，使得金属凸块32与46互相压合， 避免工件40松脱。使用加热工具60加热工件40，并且热传导至焊锡凸块32及46，使得焊锡凸块32与46产生回焊，形成的焊锡凸块为焊锡凸块32与46的结合，称为焊锡凸块66，在焊锡凸块32与46熔融的期间，可施加或不施加向下的力62。参阅图8A与图8B，在回焊形成焊锡凸块66之后，以及在焊锡凸块66固化之前，加热工具66施加一向上的力，如箭头68所表示，使得焊锡凸块66的高度H增加，并使得焊锡凸块66的横向尺寸W2降低。向上的力的应用可借由例如在加热工具60内的空气流导管 (air duct) 67形成真空，吸住工件40而达成。将工件40向上拉的动作持续，直到角度α 与α 2高于特定值(例如50度)，在后续的段落中会详细讨论。然后，将加热工具60的温度降低，直至焊锡凸块66固化，完成接合工艺。在接合之后，将底部填充剂(imderfill)70 填充至工件26与40之间的空隙。在图8A与图8B所示的结构中，在焊锡凸块66与介电层30连接的接合处，焊锡凸块66具有切线(tangent line)) 72，切线72与介电层30的水平表面(水平面)30a形成角度α 1。每个切线72可具有一端与焊锡凸块66和介电层30的接合处交汇，其中接合处可以是介电层30的角，此角为介电层30的水平表面30a被侧壁截断的位置。同样地，在焊锡凸块66与介电层44连接的接合处，焊锡凸块66具有切线76，其与介电层44的水平表面 (水平面)44a形成角度α 2。在此实施例中，凸块下金属层47在工件40内形成，如图8Β 所示，角度α 2可以被视为介于切线76与凸块下金属层47的水平 表面47a之间。在一实施例中，角度α 1与α 2大于约50度、大于约60度或甚至大于约75度。增加角度α 1可降低焊锡凸块66与介电层30连接的角落处的应力，在靠近角落处，焊锡凸块66内的应力通常最高，因此，会降低在焊锡凸块66内由应力所引起的裂痕。同样地，增加角度α2可降低焊锡凸块66与介电层44或凸块下金属层47连接的角落处的应力，并因此而降低焊锡凸块66内的裂痕。当焊锡凸块66的高度H增加时，角度α 及α 2也会增加，因此，在回焊工艺中借由将工件40向上拉，可增加角度α 及α 2，并降低焊锡凸块66内的裂痕。高度H的增加也会使得相邻焊锡凸块66之间的间隔(Spacing)S增加，假定在一些示范的接合结构中，焊锡凸块66由原来等于64 μ m的高度H向上拉，并且使用向上拉的高度来测量由原来64 μ m的高度在高度H的增加量，然后在图9中，使用线84表示间隔 S (图8A与图8B)与向上拉的高度的函数关系，并使用线82表示焊锡凸块66的高度H与向上拉的高度的函数关系。从图9中可以看到，间隔S与高度H两者随着向上拉的高度的增力口，大抵上呈线性的增加，换言之，在回焊工艺中借由将工件40向上拉，可使得间隔S随着焊锡凸块高度的增加而线性地增加，因此，当焊锡凸块的高度H增加时，发生短路的风险会降低，同时，焊锡凸块的密度也可增加，并且在焊锡凸块66内发生裂痕的机率也会降低。虽然本发明已公开较佳实施例如上，然其并非用以限定本发明，在此技术领域中具有普通知识的技术人员当可了解，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰。因此，本发明的保护范围当以所附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种凸块结构的形成方法，包括提供一第一工件，包括一介电层，具有一上表面； 放置一第二工件，面对该第一工件； 放置一加热工具，接触该第二工件；使用该加热工具加热该第二工件，进行一回焊工艺，其中介于该第一与该第二工件之间的一第一焊锡凸块熔融，形成一第二焊锡凸块；以及在该第二焊锡凸块固化之前，将该第二工件从该第一工件拉开，直到该第二焊锡凸块的一切线与该介电层的该上表面之间形成的角度大于50度，其中该切线从该第二焊锡凸块连接该介电层的点绘制。
2.如权利要求1所述的凸块结构的形成方法，其中该角度大于60度。
3.如权利要求2所述的凸块结构的形成方法，其中该角度大于75度。
4.如权利要求1所述的凸块结构的形成方法，其中该第一工件为一封装基底或一元件
5.如权利要求1所述的凸块结构的形成方法，其中该第二工件为一封装基底或一元件
6.如权利要求1所述的凸块结构的形成方法，其中在放置该第二工件面对该第一工件的该步骤之前，该第一焊锡凸块附着至该第一工件，并且一第三焊锡凸块附着至该第二工件，且其中该第一焊锡凸块与该第三焊锡凸块熔融形成该第二焊锡凸块。
7.如权利要求1所述的凸块结构的形成方法，其中在该第二焊锡凸块连接该第二工件的一接合处，该第二焊锡凸块的一额外切线与该第二工件的一表面的一额外介电层的一上表面之间形成一额外角度大于50度，且其中该额外切线从该第二焊锡凸块与该额外介电层的接合处绘制。
8.一种凸块结构的形成装置，包括一第一工件，包括一介电层，具有一上表面； 一第二工件；以及一焊锡凸块，接合该第一工件至该第二工件，其中该焊锡凸块的一切线从该焊锡凸块与该介电层的一接合处开始绘制，该切线与该介电层的该上表面形成一角度，且其中该角度大于50度。
9.如权利要求8所述的凸块结构的形成装置，其中该第一工件为一封装基底或一元件
10.如权利要求8所述的凸块结构的形成装置，其中在该焊锡凸块连接该第二工件的一接合处，该第二工件的一表面的一额外焊锡凸块的一额外切线与该第二工件的一主要表面之间形成一额外角度大于50度。
全文摘要
本发明提供一种凸块结构的形成方法及装置，其中该方法包含提供第一工件，其包含具有上表面的介电层，面对第一工件放置第二工件，放置加热工具接触第二工件，以及使用加热工具加热第二工件，进行回焊工艺，在第一与第二工件之间的第一焊锡凸块熔融，形成第二焊锡凸块，在第二焊锡凸块固化之前，将第二工件从第一工件拉开，直到第二焊锡凸块的切线与介电层的上表面之间形成的角度大于约50度，其中切线从第二焊锡凸块连接介电层的点绘制。本发明提供的方法及装置能够降低焊锡凸块内的裂痕。
文档编号H01L23/00GK102347250SQ20111000602
公开日2012年2月8日 申请日期2011年1月6日 优先权日2010年7月22日
发明者刘重希, 张博平, 林威宏, 王林伟, 郑明达, 黄贵伟 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司