无ubm的连接件的形成的制作方法

专利名称：无ubm的连接件的形成的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种无UBM的连接件的形成。
背景技术：
集成电路由数以百万计的有源器件(诸如晶体管和电容器)组成。这些器件起初彼此相隔离，之后互连形成功能电路。典型的互连结构包括横向互连件，例如金属线(引线)，以及垂直互连件，例如通孔和接触件。互连结构越发确定了对目前集成电路的性能和密度的制约。在互连结构的顶部上，接合焊盘或者金属凸块被形成并暴露于相应的芯片的表面。为了将芯片与封装衬底或其他管芯相连接，经由接合焊盘/金属凸块形成电连接件。可由弓I线接合或者倒装芯片接合形成电连接件。目前，晶圆级芯片规模封装(WLCSP)因其低成本和相对简单的工艺而被广泛使用。在典型的WLCSP中，在金属层上形成互连结构，之后是凸块下金属化层(UBM)的形成，以及焊料球的设置和回流。用于形成UBM的成本通常较高。然而，因为去掉UBM会造成一些问题，并且由此形成的封装件可能无法通过可靠性 测试，所以不能省略UBM的形成。

发明内容
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种器件，包括衬底；金属焊盘，位于所述衬底上方；钝化层，所述钝化层的一部分位于所述金属焊盘上方；后钝化互连件(PPI)，与所述金属焊盘电连接，其中，所述PPI的一部分位于所述金属焊盘和所述钝化层上方；聚合物层，位于所述PPI上方；第一焊料球，位于所述PPI上方，其中，所述焊料球的一部分延伸至所述聚合物层中；以及复合物，包括与所述第一焊料球和所述聚合物层邻接的第一部分，其中，所述复合物包含焊剂和聚合物。在该器件中，所述第一焊料球与所述PPI物理接触。在该器件中，还包括第二焊料球，所述第二焊料球的一部分位于所述聚合物层上方，其中，所述第一焊料球和所述第二焊料球是相邻的焊料球；以及所述复合物的第二部分，与所述第二焊料球相接触，其中，所述复合物的第一部分和所述复合物的第二部分是不连续的部分，不存在将所述第一部分与所述第二部分连接的所述复合物的一部分。在该器件中，还包括第二焊料球，所述第二焊料球的一部分位于所述聚合物层上方，其中，所述第一焊料球和所述第二焊料球是相邻的焊料球；并且其中，所述复合物从所述第一焊料球至所述第二焊料球连续地延伸。在该器件中，所述复合物的一部分位于由所述PP1、所述聚合物层、和所述第一焊料球限定出的区域中。 在该器件中，还包括封装元件，与所述第一焊料球相接合，其中，所述封装元件选自基本上由器件管芯、封装衬底、和印刷电路板(PCB)所构成的组。
在该器件中，所述复合物的顶面低于所述焊料球的顶面。根据本发明的另一方面，提供了一种器件，包括衬底；金属焊盘，位于所述衬底上方；钝化层，所述钝化层的一部分位于所述金属焊盘上方；后钝化互连件(PPI)，与所述金属焊盘电连接，其中，所述PPI的一部分位于所述金属焊盘和所述钝化层上方；聚酰亚胺层，位于所述PPI上方；第一焊料球，位于所述PPI上方并且与所述PPI物理接触，其中，所述第一焊料球的一部分延伸至所述聚酰亚胺层中；以及复合物，包含焊剂和聚合物，其中，所述复合物延伸至所述聚酰亚胺层的顶面上方，并且与所述第一焊料球和所述聚酰亚胺层物理接触。在该器件中，所述复合物中的所述聚合物包括环氧树脂。在该器件中，所述第一焊料球和所述PPI之间的界面与所述聚酰亚胺层的底面齐平。在该器件中，还包括第二焊料球，所述第二焊料球的一部分位于所述聚酰亚胺层上方，其中，所述第一焊料球和所述第二焊料球是相邻的焊料球；以及所述复合物的一部分与所述第二焊料球相接触，其中，所述复合物与所述第一焊料球相接触的部分和所述复合物与所述第二焊料球相接触的部分是彼此不相连接的不连续的部分。在该器件中，还包括第二焊料球，所述第二焊料球的一部分位于所述聚酰亚胺层上方，其中，所述第一焊料球和所述第二焊料球是相邻的焊料球；并且其中，所述复合物从所述第一焊料球至所述第二焊料球连续地延伸。在该器件中，所述复合物的一部分位于由所述PP1、所述聚合物层、和所述第一焊料球所限定的区域中。在该器件中，所述 复合物的顶端低于所述第一焊料球的顶端。根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括形成钝化层，所述钝化层的一部分位于金属焊盘上方；形成与所述金属焊盘电连接的后钝化互连件(PPI)，其中，所述PPI的至少一部分位于所述金属焊盘和所述钝化层上方；在所述PPI上方形成聚合物层；在所述聚合物层中形成开口 ；将复合物填充到所述开口中，其中，所述复合物与所述PPI物理接触，并且其中，所述复合物包含焊剂和聚合物；在所述复合物上设置焊料球；以及回流所述焊料球，以将所述焊料球与所述PPI相接合。在该器件中，还包括将封装元件与所述焊料球相接合，其中，所述封装元件选自基本上由器件管芯、封装衬底、和印刷电路板(PCB)所构成的组，并且其中，在所述回流步骤和所述接合步骤之间，不执行焊剂清除步骤。在该器件中，在所述填充复合物的步骤之后，所述复合物在所述聚合物层中的多个开口中包括分开的部分，并且其中，所述分开的部分不互连到连续的层中。在该器件中，在所述填充复合物的步骤之后，所述复合物包括位于所述聚合物层中的多个开口中的第一部分，以及与所述第一部分互连到连续的复合物中的第二部分。在该器件中，所述聚合物层为晶圆的表面层，并且其中，所述复合物被涂覆为位于所述晶圆上方的覆盖层。在该器件中，在所述回流步骤之后，所述复合物延伸至所述PP1、所述聚合物层、以及所述焊料球之间的区域中。


为了全面理解实施例及其优点，现在结合附图进行以下描述作为参考，其中图1至图9示出了根据多个实施例的封装件的制造过程中间阶段的横截面图。
具体实施例方式下面，详细讨论本发明各实施例的制造和使用。然而，应该理解，各实施例提供了许多可以在多种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅是示意性的，而不是用于限制本发明的范围。根据一个实施例，提供后钝化结构以及形成同样结构的方法。阐明了制造各个实施例的中间阶段。进而探讨实施例的各种变形。在所有附图和示例性实施例中，相同的附图标记用于代表相同的元件。参考图1，提供了包括半导体衬底20的晶圆10。半导体衬底20可以是体硅衬底或者绝缘体上硅衬底，当然也可以使用其他包括第III族元素、第IV族元素、和第V族元素的半导体材料。在半导体衬底20的表面形成诸如晶体管(图解式地示出为21)的集成电路器件。在半导体衬底20的上方，晶圆10还可以包括层间电介质(ILD) 22，以及ILD 22上方的金属层24。在电介质层25中形成金属线26和通孔28。在下文中，将处于同一水平面的金属线的组合称为金属层。因此，通过通孔28将多个金属层24互连。在一个实施例中，电介质层25由低-k电介质材料形成。例如,低_k电介质材料的介电常数(k值)可低于大约3. O,或者低于大约2. 5。金属线26和通孔28不仅可由铜或者铜合金形成，也能够由其他金属形成。本领域技术人员将会认识到金属层的形成细节。顶部金属焊盘26T被形成为金属层24中的顶部金属层的一部分。金属焊盘30形成于金属层24上方，并且可电连接至金属线26和通孔28。金属焊盘30可以是铝焊盘或者铝-铜焊盘，因此，在下文中可选地称为铝焊盘，然而，可以使用其他金属材料。金属层24上方形成钝化层32。钝化层32的一部分可覆盖铝焊盘30的边缘部分。铝焊盘30的中部通过钝化层32中的开口暴露出来。钝化层32可以是单层或者是复合层，并且可以由非多孔材料形成。在一个实施例中，钝化层32是复合层，包括氧化硅层(未不出)，以及氧化娃层上方的氮化娃层(未不出)。钝化层32也可以由未掺杂娃酸盐玻璃(USG)、氮氧化硅、和/或类似物形成。在钝化层32上方形成聚合物层36。聚合物层36可以由诸如环氧树脂、聚酰亚胺，苯并环丁烯(BCB)，聚对苯撑苯并二恶唑(PBO)、以及类似物形成。形成的方法可包括例如旋转涂布。图案化聚合物层36，以形成开口，通过该开口将铝焊盘30暴露出来。聚合物层36的图案化可包括光刻技术。接下来可执行固化步骤，以固化聚合物层36。形成后钝化互连(PPI)38，以通过聚合物层36中的开口与铝焊盘30电连接。之所以命名为PPI 38，是因为在形成钝化层32之后形成该PPI 38。PPI 38可以由纯铜、大体上纯铜、或者铜合金形成。PPI 38还可以包括含镍层。形成方法包括电镀，化学镀，溅射，化学汽相沉积，以及类似方法。图2示出了聚合物层42的形成和图案化。聚合物层42可包括聚酰亚胺或基于诸如环氧树脂、BCB、PB0、以及类似物的材料的其他聚合物。在一个实施例中，聚合物层42由旋转涂布形成，或者由层压在 PPI线38和聚合物层36上的层压膜形成。在将聚合物层42图案化之后，PPI 38的一部分通过开口 44暴露出来。在一个实施例中，PPI 38由含铜材料形成,可通过聚合物层42中的开口 44将该含铜材料暴露出来。参考图3，将复合物46设置(dispense)在开口 44中。设置复合物46的方法包括浸溃，喷射，涂布，印刷，或者类似方法。复合物46包括焊剂(用于焊接)和聚合物材料。在一个实施例中，聚合物材料包括环氧树脂，该环氧树脂可以是凝胶体、粘合剂、或者类似物。聚合物材料也可以是底层填充。在一个实施例中，复合物46可完全覆盖开口 44，使得设置复合物46之后不再暴露出PPI 38。虽然复合物46可以具有高粘度，但可以稍有流动性。参考图4，形成连接件48。在一些实施例中，连接件48包括焊料，于是在下文中将其称为焊料球48，然而，连接件48也可以由其他材料形成。焊料球48设置在复合物46上。接下来，图4中所示的结构可以通过回流工艺以及除了回流工艺的可选的附加后热固化工艺实现，并且回流焊料球48。由此产生的结构示出于图5A和图5B中。回流之后，焊料球48加入至PPI 38并且与该PPI 38物理接触。焊料球48和相应的下部的PPI 38之间的界面可以与邻接的聚合物层42的底面42A大致齐平。复合物46的顶端低于焊料球48的顶端。复合物46中的焊剂有助于焊料球48与PPI 38的粘合。在如图5A中所示的一个实施例中，回流之后，复合物46可被挤压至开口 44的外部(未在图5A中示出，请参考图3)。在可选实施例中，如图5B中所示，在回流工艺之后，复合物46包括部分50，部分50填充于PPI 38、聚合物层42、以及焊料球48之间形成的区域中。复合物46还包括部分52，该部分52位于聚合物层42的正上方并与该聚合物层42物理接触。复合物46的部分52也与焊料球48相接触。复合物46的部分50和部分52使得PPI 38与外部有害物质(例如湿气)隔离，并且还用作聚合物层42和焊料球48之间的粘合。从而，由此形成的封装件的可靠性得到提高。在一个实施例中，在回流工艺中将复合物46固化，并且在回流工艺之后没有实施附加的固化工艺。在可选实施例中，在回流工艺之后，实施附加的固化工艺，以进一步固化复合物。在回流之后，可执行管芯切割步骤，晶圆10被切割分离成管芯。图6中示出了由此形成的管芯100之一。图6还示出将管芯100与封装元件 200相接合之后的封装件。封装元件200可以是器件管芯，包括晶体管、封装衬底、印刷电路板(PCB)，不包括有源器件(虽然可以包括钝化)的中介层(interposer)、或者类似物。在一些实施例中，管芯100和封装元件200相接合之后，可将底部填充54设置在管芯100和封装元件200之间。底部填充54可与复合物46和焊料球48相接合。在图5和图6中，邻接相邻焊料球48的复合物46的一部分是彼此互不相连的离散部分。图7至图9示出了根据可选实施例的封装结构的形成过程中的中间阶段的横截面视图。除非明确指出，否则在这些实施例中的附图标记与在图1至图6示出的实施例中表示相同的元件。该实施例的初始步骤与图1和图2所示基本相同。接下来，参考图7，复合物46被涂覆为填充到开口 44的覆盖层(blanket layer)，并且形成于聚合物层42的上方并与该聚合物层42在垂直方向上重叠。在一些实施例中，复合物46包括填充至相邻开口44中的第一部分46A (并且该第一部分46A位于该复合物46的正上方)，以及与第一部分46A互连的第二部分46B。还可以将复合物46形成为基本上覆盖整个晶圆10的覆盖层。例如，复合物46的厚度T可大于钝化层32的厚度。图8示出了焊料球48的设置和固化之后相应的晶圆10。在由此形成的结构中，复合物46形成了覆盖晶圆10的层，该层基本上覆盖整个晶圆10，除了焊料球48通过复合物46被暴露出来。图9示出了由图8所示的结构形成的相应的封装件，其中，复合物46被均厚(blanket)涂覆，并且在相邻的焊料球48之间延伸。在将晶圆10与封装元件200相接合之前或者之后，可将晶圆10切割成管芯，其中的一个管芯100示出于图9中。在图6和图9中，复合物46保留在最终的封装件中，并且包含焊剂和聚合物。在一个实施例中，在回流工艺之后，例如，在焊料球48的回流和管芯100与封装元件200的接合之间，没有焊剂清除步骤用以去除残留焊剂。因此，焊剂和聚合物保留在了最终的结构中。通过应用实施例，无需在PPI上方和聚合物层42中的开口中形成UBM(图6和图9)。因此，用于形成UBM的制造成本降低。另一方面，在复合物46中添加聚合物提高了由此形成的封装件的可靠性，使得相应的WLCSP的可靠性要求仍然是令人满意的。根据一些实施例，一种器件包括衬底、位于衬底上方的金属焊盘、以及一部分位于金属焊盘上方的钝化层。PPI与金属焊盘电连接，其中PPI的一部分位于金属焊盘和钝化层上方。聚合物层位于PPI上方。焊料球位于PPI上方。复合物的一部分邻接焊料球和聚合物层，其中复合物包含焊剂和聚合物。根据其他实施例，一种器件包括衬底、位于衬底上方的金属焊盘、以及一部分位于金属焊盘上方的钝化层。PPI与金属焊盘电连接，其中PPI的一部分位于金属焊盘和钝化层上方。聚酰亚胺层位于PPI上方。焊料球位于PPI上方并且与PPI物理连接。复合物包含焊剂和聚合物，其中复合物延伸至聚酰亚胺层的顶面上方，并且与焊料球和聚酰亚胺层物理接触。根据另外的其他实施例，一种方法包括形成一部分位于金属焊盘上方的钝化层，以及形成电连接至金属焊盘的PPI，其中PPI线的一部分位于金属焊盘和钝化层上方。在PPI上方形成聚合物层。在聚合物层中形成开口。在开口中填充复合物，其中复合物与PPI物理接触。复合物包含焊剂和聚合物。焊料球设置在复合物之上，并且之后回流以使焊料球与PPI相连接。

尽管已经详细地描述了本发明及其优势，但应该理解，可以在不背离所附权利要求限定的本发明主旨和范围的情况下，做各种不同的改变，替换和更改。而且，本申请的范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实施例。作为本领域普通技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造，材料组分、装置、方法或步骤根据本发明可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤的范围内。此外，每条权利要求构成单独的实施例，并且多个权利要求和实施例的组合在本发明的范围内。
权利要求
1.一种器件，包括 衬底； 金属焊盘，位于所述衬底上方； 钝化层，所述钝化层的一部分位于所述金属焊盘上方； 后钝化互连件(PPI)，与所述金属焊盘电连接，其中，所述PPI的一部分位于所述金属焊盘和所述钝化层上方； 聚合物层，位于所述PPI上方； 第一焊料球，位于所述PPI上方，其中，所述焊料球的一部分延伸至所述聚合物层中；以及 复合物，包括与所述第一焊料球和所述聚合物层邻接的第一部分，其中，所述复合物包含焊剂和聚合物。
2.根据权利要求1所述的器件，其中，所述第一焊料球与所述PPI物理接触。
3.根据权利要求1所述的器件，还包括 第二焊料球，所述第二焊料球的一部分位于所述聚合物层上方，其中，所述第一焊料球和所述第二焊料球是相邻的焊料球；以及 所述复合物的第二部分，与所述第二焊料球相接触，其中，所述复合物的第一部分和所述复合物的第二部分是不连续的部分，不存在将所述第一部分与所述第二部分连接的所述复合物的一部分。
4.根据权利要求1所述的器件，还包括 第二焊料球，所述第二焊料球的一部分位于所述聚合物层上方，其中，所述第一焊料球和所述第二焊料球是相邻的焊料球；并且其中，所述复合物从所述第一焊料球至所述第二焊料球连续地延伸。
5.一种器件，包括 衬底； 金属焊盘，位于所述衬底上方； 钝化层，所述钝化层的一部分位于所述金属焊盘上方； 后钝化互连件(PPI)，与所述金属焊盘电连接，其中，所述PPI的一部分位于所述金属焊盘和所述钝化层上方； 聚酰亚胺层，位于所述PPI上方； 第一焊料球，位于所述PPI上方并且与所述PPI物理接触，其中，所述第一焊料球的一部分延伸至所述聚酰亚胺层中；以及 复合物，包含焊剂和聚合物，其中，所述复合物延伸至所述聚酰亚胺层的顶面上方，并且与所述第一焊料球和所述聚酰亚胺层物理接触。
6.根据权利要求5所述的器件，其中，所述复合物中的所述聚合物包括环氧树脂。
7.根据权利要求5所述的器件，其中，所述第一焊料球和所述PPI之间的界面与所述聚酰亚胺层的底面齐平。
8.根据权利要求5所述的器件，还包括 第二焊料球，所述第二焊料球的一部分位于所述聚酰亚胺层上方，其中，所述第一焊料球和所述第二焊料球是相邻的焊料球；以及所述复合物的一部分与所述第二焊料球相接触，其中，所述复合物与所述第一焊料球相接触的部分和所述复合物与所述第二焊料球相接触的部分是彼此不相连接的不连续的部分。
9.一种方法，包括 形成钝化层，所述钝化层的一部分位于金属焊盘上方； 形成与所述金属焊盘电连接的后钝化互连件(PPI)，其中，所述PPI的至少一部分位于所述金属焊盘和所述钝化层上方； 在所述PPI上方形成聚合物层； 在所述聚合物层中形成开口； 将复合物填充到所述开口中，其中，所述复合物与所述PPI物理接触，并且其中，所述复合物包含焊剂和聚合物； 在所述复合物上设置焊料球；以及 回流所述焊料球，以将所述焊料球与所述PPI相接合。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括 将封装元件与所述焊料球相接合，其中，所述封装元件选自基本上由器件管芯、封装衬底、和印刷电路板(PCB)所构成的组，并且其中，在所述回流步骤和所述接合步骤之间，不执行焊剂清除步骤。
全文摘要
本发明公开了一种器件，包括衬底、位于衬底上方的金属焊盘、以及一部分位于金属焊盘上方的钝化层。后钝化互连件(PPI)与金属焊盘电连接，其中，PPI的一部分位于金属焊盘和钝化层上方。聚合物层位于PPI上方。焊料球位于PPI上方。复合物的一部分邻接焊料球和聚合物层，其中，复合物包含焊剂和聚合物。本发明还提供了一种无UBM的连接件的形成。
文档编号H01L21/48GK103035598SQ201210020210
公开日2013年4月10日 申请日期2012年1月21日 优先权日2011年9月28日
发明者王宗鼎, 林鸿仁, 李建勋 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司