凸块结构与堆叠结构的制作方法

本发明是有关于一种凸块结构与堆叠结构。

背景技术：

随着电子产业的蓬勃发展，电子产品也逐渐进入多功能、高性能的研发方向。为满足半导体元件高积集度(integration)以及微型化(miniaturization)的要求，半导体封装结构的各项要求也越来越高。

为了进一步改善封装结构的各项特性，相关领域莫不费尽心思开发。如何能提供一种具有较佳特性的封装结构，实属当前重要研发课题之一，也成为当前相关领域亟需改进的目标。

技术实现要素：

本发明的一目的是在提供一种凸块结构，以提升结构稳定度与线路密度。

根据本发明一实施方式，一种凸块结构包含第一板状结构、第一接触垫、第一接合件以及第二接合件。第一接触垫设置于第一板状结构上。第一接合件设置于第一接触垫上，其中第一接合件具有第一杨氏模量。第二接合件设置于第一接合件上，其中第二接合件具有第二杨氏模量，且第二杨氏模量大于第一杨氏模量。

在本发明的一或多个实施方式中，第一接合件的材质为锡或金。

在本发明的一或多个实施方式中，第二接合件的材质为铜。

在本发明的一或多个实施方式中，第一板状结构为晶片、中介层或基板结构。

在本发明的一或多个实施方式中，第一接合件具有相对的第一底面与第一顶面，第二接合件具有相对的第二底面与第二顶面，第一底面固定于第一接触垫，且第一顶面固定于第二底面。

在本发明的一或多个实施方式中，第一接合件具有相对的第一底面与第一顶面，第二接合件具有相对的第二底面与第二顶面，且第一顶面直接接触第二底面。

根据本发明另一实施方式，一种堆叠结构包含前述的凸块结构与接合凸块结构。接合凸块结构设置于第二接合件上。接合凸块结构包含第三接合件、第二接触垫以及第二板状结构。第三接合件设置于第二接合件上，其中第三接合件具有第三杨氏模量，且第二杨氏模量大于第三杨氏模量。第二接触垫设置于第三接合件上。第二板状结构设置于第二接触垫上。

在本发明的一或多个实施方式中，第三接合件的材质为锡或金。

在本发明的一或多个实施方式中，第二板状结构为晶片、中介层或基板结构。

在本发明的一或多个实施方式中，接合凸块结构还包含第四接合件，第四接合件设置于第三接合件与第二接触垫之间，第四接合件具有第四杨氏模量，且第四杨氏模量大于第一杨氏模量。

在本发明的一或多个实施方式中，第四接合件的材质为铜。

在本发明的一或多个实施方式中，接合凸块结构还包含第五接合件，第五接合件设置于第四接合件与第二接触垫之间，第五接合件具有第五杨氏模量，且第二杨氏模量大于第五杨氏模量。

在本发明的在本发明的一或多个实施方式中，第五接合件的材质为锡或金。

在本发明的一或多个实施方式中，凸块结构还包含第六接合件。第六接合件设置于第二接合件上，其中第六接合件具有第六杨氏模量，且第二杨氏模量大于第六杨氏模量。

在本发明的一或多个实施方式中，凸块结构还包含第七接合件。第七接合件设置于第一接触垫与第一接合件之间，其中第七接合件具有第七杨氏模量，且第七杨氏模量大于第一杨氏模量。

根据本发明又一实施方式，一种堆叠结构包含前述的凸块结构与接合凸块结构。接合凸块结构设置于第二接合件上。接合凸块结构包含第八接合件、第二接触垫以及第二板状结构。第八接合件设置于第二接合件上，其中第八接合件具有第八杨氏模量，且第二杨氏模量大于第八杨氏模量。第二接触垫设置于第八接合件上。第二板状结构设置于第二接触垫上。

在本发明的一或多个实施方式中，接合凸块结构还包含第九接合件，第九接合件设置于第八接合件与第二接触垫之间，第九接合件具有第九杨氏模量，且第九杨氏模量大于第一杨氏模量。

根据本发明再一实施方式，一种堆叠结构包含第一板状结构、第二板状结构以及接合组合结构。接合组合结构夹设于第一板状结构与第二板状结构之间。接合组合结构包含第十接合件、第十一接合件与第十二接合件，其中第十接合件具有第十熔融温度，第十一接合件具有第十一熔融温度，第十二接合件具有第十二熔融温度，第十接合件夹设于第十一接合件与第十二接合件之间，第十熔融温度大于第十一熔融温度，第十熔融温度大于第十二熔融温度。

在本发明的一或多个实施方式中，第一板状结构为晶片、中介层或基板结构，且第二板状结构为晶片、中介层或基板结构。

根据本发明再一实施方式，一种凸块结构包含第一板状结构、第一接触垫、第一接合件以及第二接合件。第一接触垫设置于第一板状结构上。第一接合件设置于第一接触垫上，其中第一接合件具有第一熔融温度。第二接合件设置于第一接合件上，其中第二接合件具有第二熔融温度，且第二熔融温度大于第一熔融温度。

接合凸块结构的热膨胀系数(thecoefficientofthermalexpansion，cte)通常与凸块结构的热膨胀系数不同。因为接合凸块结构是在高温的环境(大于摄氏200度)下接合于凸块结构，在堆叠结构离开高温环境而进入室温环境(约为摄氏25度)后，凸块结构与接合凸块结构之间可能会发生相对扭转或相对位移。因为第一杨氏模量与第三杨氏模量小于第二杨氏模量，第一接合件与第三接合件将能有效容忍相对扭转或相对位移，因而使堆叠结构不会受到损害。

另外，因为接合结构的整体结构包含第一接合件、第二接合件与第三接合件，第一接合件的厚度与第三接合件的厚度不会太大。因为第一杨氏模量与第三杨氏模量小于第二杨氏模量，第一接合件与第三接合件将会因为形变而凸出于第二接合件。然而，因为第一接合件的厚度与第三接合件的厚度不会太大，第一接合件与第三接合件形变的情况将不会太严重。于是，接合结构(第一接合件、第二接合件与第三接合件)的总宽度将不会因为形变而变得太大，接合结构也就不会占据过多的空间，进而使细线距架构可以良好地应用于凸块结构与接合凸块结构。

附图说明

图1至图5绘示依照本发明一实施方式的凸块结构的工艺各步骤的剖面示意图。

图6绘示依照本发明一实施方式的将被接合的凸块结构的剖面示意图。

图7绘示依照本发明一实施方式的堆叠结构的剖面示意图。

图8绘示依照本发明另一实施方式的将被接合的凸块结构的剖面示意图。

图9绘示依照本发明另一实施方式的堆叠结构的剖面示意图。

图10绘示依照本发明又一实施方式的将被接合的凸块结构的剖面示意图。

图11绘示依照本发明又一实施方式的堆叠结构的剖面示意图。

图12绘示依照本发明再一实施方式的将被接合的凸块结构的剖面示意图。

图13绘示依照本发明再一实施方式的堆叠结构的剖面示意图。

图14绘示依照本发明再一实施方式的凸块结构的剖面示意图。

图15绘示依照本发明再一实施方式的将被接合的凸块结构的剖面示意图。

图16绘示依照本发明再一实施方式的堆叠结构的剖面示意图。

图17绘示依照本发明再一实施方式的凸块结构的剖面示意图。

图18绘示依照本发明再一实施方式的堆叠结构的剖面示意图。

具体实施方式

以下将以附图公开本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化附图起见，一些公知惯用的结构与元件在附图中将以简单示意的方式绘示。

当一个元件被称为“在…上”时，它可泛指该元件直接在其它元件上，也可以是有其它元件存在于两者之中。相反地，当一个元件被称为“直接在”另一个元件，它是不能有其它元件存在于两者的中间。如本文所用，词汇“与/或”包含了列出的关联项目中的一个或多个的任何组合。

图1至图5绘示依照本发明一实施方式的凸块结构100的工艺各步骤的剖面示意图。如图1所绘示，首先提供一种板状结构110。在一些实施方式中，板状结构110为晶片、中介层或基板结构。

然后，在板状结构110上形成至少一个接触垫120。接着，在板状结构110与接触垫120上形成钝化层131，以使钝化层131覆盖接触垫120。

如图2所绘示，在钝化层131上形成钝化层133。

如图3所绘示，图案化钝化层131、133，以使钝化层131、133裸露接触垫120。

如图4所绘示，在接触垫120、钝化层131、133上共形地形成凸块下金属层(underbumpmetallization，ubm)140。

然后，在凸块下金属层140上形成光阻901。光阻901可为湿膜(wetfilm)或干膜(dryfilm)。接着，图案化光阻901，以形成裸露位于接触垫120上的部分凸块下金属层140的开口902。

如图4与图5所绘示，在开口902中形成接合件150。然后，在开口902中形成接合件160。在一些实施方式中，接合件150、160可通过电镀工艺形成。

接着，移除光阻901。再来，进行蚀刻工艺以移除部分凸块下金属层140，同时留下部分位于接触垫120与接合件150之间的凸块下金属层140。

本发明另一实施方式提供一种凸块结构100。凸块结构100包含板状结构110、接触垫120、接合件150以及接合件160。接触垫120设置于板状结构110上。接合件150设置于接触垫120上，其中接合件150具有第一杨氏模量与第一熔融温度。接合件160设置于接合件150上，其中接合件160具有第二杨氏模量与第二熔融温度。第二杨氏模量大于第一杨氏模量，且第二熔融温度大于第一熔融温度。

在一些实施方式中，板状结构110可为晶片、中介层或基板结构。板状结构110可包含介电层(未绘示)与多个金属连接(未绘示)。金属连接设置于介电层中。

在一些实施方式中，接触垫120的材质为铝或铜。应了解到，以上所举之接触垫120的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中的一般技术人员，应视实际需要，弹性选择接触垫120的材质。

在一些实施方式中，接合件150的材质为锡或金，且接合件160的材质为铜。应了解到，以上所举的接合件150、160的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中的一般技术人员，应视实际需要，弹性选择接合件150、160的材质。

接合件150具有相对的底面150b与顶面150t，接合件160具有相对的底面160b与顶面160t，底面150b固定于接触垫120，且顶面150t固定于底面160b。

在一些实施方式中，凸块结构100还包含凸块下金属层140，且凸块下金属层140设置于接触垫120与接合件150之间。凸块下金属层140还包含黏附层(未绘示)、湿润层(未绘示)或阻障层(未绘示)。在一些实施方式中，黏附层设置于接触垫120上，湿润层设置于黏附层上，阻障层设置于湿润层上。

底面150b直接接触凸块下金属层140，且顶面150t直接接触底面160b，但此并不限制本发明。在一些实施方式中，凸块结构100可以不包含凸块下金属层140，且底面150b直接接触接触垫120。

在一些实施方式中，凸块结构100还包含钝化层131、133。钝化层131、133设置于板状结构110上。接触垫120设置于钝化层131中。

钝化层131的材质可为二氧化硅或氮化硅。应了解到，以上所举的钝化层131的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中的一般技术人员，应视实际需要，弹性选择钝化层131的材质。

钝化层133的材质可为聚酰亚胺(polyimide，pi)。应了解到，以上所举的钝化层133的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中的一般技术人员，应视实际需要，弹性选择钝化层133之材质。

图6绘示依照本发明一实施方式的将被接合的凸块结构200的剖面示意图。图7绘示依照本发明一实施方式的堆叠结构800的剖面示意图。如图5、图6以及图7所绘示，凸块结构200将被接合至凸块结构100，以形成堆叠结构800。

如图6所绘示，凸块结构200包含板状结构210、接触垫220以及接合件230。接触垫220设置于板状结构210上。接合件230设置于接触垫220上。

板状结构210为基板结构。板状结构210包含介电层211与至少一个金属连接213。金属连接213设置于介电层211中。本发明其它实施方式并不限于前述，在其它实施方式中，板状结构210可为晶片或中介层。

接合件230的材质为锡或金。应了解到，以上所举的接合件230的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中的一般技术人员，应视实际需要，弹性选择接合件230的材质。

凸块结构200还包含黏接层291与两个防焊层292。黏接层291设置于接触垫220与接合件230之间。防焊层292设置于板状结构210的两侧。

黏接层291的材质可为金或镍。应了解到，以上所举的黏接层291的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中的一般技术人员，应视实际需要，弹性选择黏接层291的材质。

如图7所绘示，将凸块结构200翻转180度，并将凸块结构200接合于凸块结构100。于是，凸块结构200设置于接合件160上。接合件230设置于接合件160上，其中接合件230具有第三杨氏模量与第三熔融温度。第二杨氏模量大于第三杨氏模量，且第二熔融温度大于第三熔融温度。接触垫220设置于接合件230上。板状结构210设置于接触垫220上。接合件150、160、230形成接合组合结构701。

因为第三熔融温度低于第二熔融温度，接合件230将容易被熔融，并因此容易接合于接合件160。

凸块结构200的热膨胀系数(thecoefficientofthermalexpansion，cte)通常与凸块结构100的热膨胀系数不同。因为凸块结构200是在高温的环境(大于摄氏200度)下接合于凸块结构100，在堆叠结构800离开高温环境而进入室温环境(约为摄氏25度)后，凸块结构100、200之间可能会发生相对扭转或相对位移。因为第一杨氏模量与第三杨氏模量小于第二杨氏模量，接合件150、230将能有效容忍相对扭转或相对位移，因而使堆叠结构800不会受到损害。

另外，因为接合结构的整体结构(即接合组合结构701)包含接合件150、160、230，接合件150的厚度与接合件230的厚度不会太大。因为第一杨氏模量与第三杨氏模量小于第二杨氏模量，接合件150、230将会因为形变而凸出于接合件160。然而，因为接合件150的厚度与接合件230的厚度不会太大，接合件150、230形变的情况将不会太严重。于是，接合组合结构701的总宽度将不会因为形变而变得太大，接合组合结构701也就不会占据过多的空间，进而使细线距架构可以良好地应用于凸块结构100、200上。

图8绘示依照本发明另一实施方式的将被接合的凸块结构201的剖面示意图。图9绘示依照本发明另一实施方式的堆叠结构801的剖面示意图。如图8与图9所绘示，本实施方式中的凸块结构201与堆叠结构801类似于前述实施方式中的凸块结构200与堆叠结构800。本实施方式与前述实施方式的主要差异在于，在本实施方式中，板状结构212为晶片。另外，凸块结构201更包含设置于板状结构212上的钝化层293。

图10绘示依照本发明又一实施方式的将被接合的凸块结构202的剖面示意图。图11绘示依照本发明又一实施方式的堆叠结构802的剖面示意图。如图10与图11所绘示，本实施方式中的凸块结构202与堆叠结构802类似于图8与图9中的凸块结构201与堆叠结构801。两实施方式的主要差异在于，在本实施方式中，凸块结构202还包含设置于接合件230与接触垫220之间的接合件250，接合件250具有第四杨氏模量与第四熔融温度。第四杨氏模量大于第一杨氏模量，且第四熔融温度大于第一熔融温度。接合件150、160、230、250形成接合组合结构702。

在一些实施方式中，接合件250的材质为铜。应了解到，以上所举的接合件250的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中的一般技术人员，应视实际需要，弹性选择接合件250的材质。

图12绘示依照本发明再一实施方式的将被接合的凸块结构203的剖面示意图。图13绘示依照本发明再一实施方式的堆叠结构803的剖面示意图。如图12与图13所绘示，本实施方式中的凸块结构203与堆叠结构803类似于图10与图11中的凸块结构202与堆叠结构802。两实施方式的主要差异在于，在本实施方式中，凸块结构203还包含设置于接合件250与接触垫220之间的接合件260。接合件260具有第五杨氏模量与第五熔融温度。第二杨氏模量大于第五杨氏模量，且第二熔融温度大于第五熔融温度。接合件150、160、230、250、260形成接合组合结构703。

在一些实施方式中，接合件260的材质为锡或金。应了解到，以上所举的接合件260的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中的一般技术人员，应视实际需要，弹性选择接合件260的材质。

图14绘示依照本发明再一实施方式的凸块结构101的剖面示意图。图15绘示依照本发明再一实施方式的将被接合的凸块结构204的剖面示意图。图16绘示依照本发明再一实施方式的堆叠结构803的剖面示意图。本实施方式中的凸块结构101、204与堆叠结构804类似于图5中的凸块结构100、图8中的凸块结构201与图9的堆叠结构801。以下将描述两实施方式的主要差异。

如图14所绘示，凸块结构101还包含设置于接合件160上的接合件170。接合件170具有第六杨氏模量与第六熔融温度。第二杨氏模量大于第六杨氏模量，且第二熔融温度大于第六熔融温度。

如图15所绘示，凸块结构204并没有包含接合件230与钝化层293。

然后，如图16所绘示，设置凸块结构204于接合件170上。于是接触垫220设置于接合件170上。接合件150、160、170形成接合组合结构704。

图17绘示依照本发明再一实施方式的凸块结构102的剖面示意图。图18绘示依照本发明再一实施方式的堆叠结构805的剖面示意图。本实施方式中的凸块结构102与堆叠结构805类似于图5中的凸块结构100与图11的堆叠结构802。以下将描述两实施方式的主要差异。

如图17所绘示，凸块结构102还包含设置于接触垫120与接合件150之间的接合件180。接合件180具有第七杨氏模量与第七熔融温度。第七杨氏模量大于第一杨氏模量，且第七熔融温度大于第一熔融温度。

在一些实施方式中，接合件180的材质为铜。应了解到，以上所举的接合件180的材质仅为例示，并非用以限制本发明，本发明所属技术领域中的一般技术人员，应视实际需要，弹性选择接合件180的材质。

如图18所绘示，凸块结构102接合于图10的凸块结构202。于是，凸块结构202设置于接合件160上。接合件230设置于接合件160上。接合件180、150、160、230、250形成接合组合结构705。

凸块结构200的热膨胀系数通常与凸块结构100的热膨胀系数不同。因为凸块结构200是在高温的环境(大于摄氏200度)下接合于凸块结构100，在堆叠结构800离开高温环境而进入室温环境(约为摄氏25度)后，凸块结构100、200之间可能会发生相对扭转或相对位移。因为第一杨氏模量与第三杨氏模量小于第二杨氏模量，接合件150、230将能有效容忍相对扭转或相对位移，因而使堆叠结构800不会受到损害。

另外，因为接合结构的整体结构(即接合组合结构701)包含接合件150、160、230，接合件150的厚度与接合件230的厚度不会太大。因为第一杨氏模量与第三杨氏模量小于第二杨氏模量，接合件150、230将会因为形变而凸出于接合件160。然而，因为接合件150的厚度与接合件230的厚度不会太大，接合件150、230形变的情况将不会太严重。于是，接合组合结构701的总宽度将不会因为形变而变得太大，接合组合结构701也就不会占据过多的空间，进而使细线距架构可以良好地应用于凸块结构100、200上。

虽然本发明已以实施方式公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属领域中的一般技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求所界定的为准。