具有絕緣側壁的數個金屬凸塊結構及其製作方法
2024-03-09 03:47:15 1
專利名稱：具有絕緣側壁的數個金屬凸塊結構及其製作方法
技術領域：
本發明涉及用於連接非導體基板與晶片的一種金屬凸塊(bump)結構及其製作方法，特別是一種具有絕緣側壁的金屬凸塊結構及其製作方法。
將晶片裝配在玻璃上(Chip on glass，COG)是一種電連接集成電路(integrated circuit，IC)的先進技術，具有重量輕、體積小、成本低、耗電少等優點，已被採用於各種顯示面板的製作上，例如需要1-2個晶片的小尺寸(小於4英寸)顯示面板的電話機顯示面板與複印機、需要3-12個晶片的中尺寸(4-11英寸)顯示面板的攝影機與航空系統、大尺寸(大於11英寸)顯示面板的筆記型電腦等等。
對於液晶顯示器(1iquid crystal display，LCD)組件而言，驅動IC與玻璃基板之間的電連結性會影響其質量與可靠度。目前最廣泛用來將晶片粘貼至LCD玻璃基板上的材料為異向性導電薄膜(anisotropic conductive film，ACF)，是由厚度為15-35μm的絕緣黏性薄膜以及直徑為3-15μm的導電粒子所構成，其中絕緣黏性薄膜可為熱塑型材料、熱固型材料、或是熱塑型材料與熱固型材料的混合，導電粒子可為碳纖維、金屬(鎳、焊錫)或是塗布Ni/Au金屬的塑料球，而導電粒子的分布均勻性會影響到ACF的電連結質量與可靠度。一般而言，ACF分成兩種類型，一種是黏性薄膜中的導電粒子表面上覆蓋有絕緣層，導電粒子的直徑約為5μm，當導電粒子受到擠壓變形時會使絕緣層破裂，則裸露的導電粒子可以用來作為晶片上的金屬凸塊與玻璃基板上的連接墊之間的電連接橋梁。但由於在製程上無法確保絕緣層是否會破裂，也就是不能確保導電粒子的電連接效果，因此現在大多改用另一種雙層結構的ACF。雙層結構的ACF之其中一層薄膜包含有直徑3μm的導電粒子，另一層薄膜中則沒有導電粒子，利用沒有覆蓋絕緣層的導電粒子直接產生電連接效果。不過，當兩相鄰金屬凸塊之間的導電粒子過於擁擠時，導電粒子很容易橫向連結兩金屬凸塊，進而發生短路的現象。
請參考
圖1，圖1A所示，是表示公知LCD組件的玻璃基板的布局俯視圖，圖1B是表示圖1A所示預定位置的布局俯視圖，圖1C是表示晶片的布局俯視圖。公知LCD組件的玻璃基板10包含有一第一區域12用來放置薄膜電晶體(thin film transistor，TFT)的陣列，一第二區域14包含數個預定位置15用來放置數據IC晶片，以及一第三區域16包含有數個預定位置15用來放置掃描IC晶片。玻璃基板10上的每一個預定位置15上包含有數個第一連接墊18，而數據IC晶片或是掃描IC晶片20表面上設有數個第二連接墊22，是與每一個第一連接墊18相對應。
請參考圖2A至圖2D，是表示公知的將晶片20與玻璃基板10連結方法的示意圖，其中圖2A是表示沿圖1B切線2-2所示的剖面示意圖，圖2B是表示沿圖1C的切線2』-2』所示的剖面示意圖。公知的將晶片20與玻璃基板10連結方法，如圖2A所示，是先於玻璃基板10表面上黏貼-ACF24，使其覆蓋住第一連接墊18表面。另外，如圖2B所示，於晶片20表面的第二連接墊22上製作一金屬凸塊26。然後如圖2C所示，將晶片20表面朝下放置於玻璃基板10的預定位置15上，並使其每一金屬凸塊26對準每一個預定位置15上的連接墊18。藉由ACF24的粘著性以及向下施加的壓力，可以將晶片20緊緊地粘著在玻璃基板10上，後續可再進行熱處理製程將ACF24固化。如此一來，被壓夾在金屬凸塊26頂部與第一連接墊18表面的導電粒子25可以用來作為電連接橋梁。但是，如2D圖所示，存在於相鄰金屬凸塊26之間的導電粒子25很多，而且製程上無法控制導電粒子25的分布情形，因此兩金屬凸塊26之間的導電粒子25很有可能呈現橫向連結而發生短路的現象。尤其當金屬凸塊26的尺寸設計錯誤或是對準第一連接墊18產生誤差時，會使相離的金屬凸塊26之間的距離過窄，則導電粒子25更容易呈現橫向連結兩金屬凸塊26，會大幅降低LCD產品的質量與可靠度。
本發明的目的在於提出一種具有絕緣側壁的數個金屬凸塊結構及其製作方法以防止ACF中的導電粒子橫向連結相鄰的金屬凸塊。
本發明提出一種用來連接一非導體基板與一晶片的數個金屬凸塊結構，包含有至少一第一金屬凸塊以及至少一第二金屬凸塊，其中第一金屬凸塊側壁的第一預定區域是與第二金屬凸塊側壁的第二預定區域相鄰。第一金屬凸塊包含有一第一絕緣層，是至少覆蓋於第一金屬凸塊側壁的第一預定區域上，可以用來隔絕第一金屬凸塊與第二金屬凸塊相鄰的區域。
以下結合附圖詳細說明本發明的較佳實施例，以便更了解本發明的上述目的、特徵、和優點。其中圖1A是表示公知LCD組件的玻璃基板的布局俯視圖；圖1B是表示圖1A所示預定位量的布局俯視圖；圖1C是表示晶片布局的俯視圖；圖2A～2D是表示公知將晶片與玻璃基板連結方法的示意圖；圖3A是表示本發明的金屬凸塊的俯視圖；圖3B是表示沿圖3A切線3-3所示的金屬凸塊連接玻璃基板與晶片的剖面示意圖；圖4A～4F是表示圖3所示的金屬凸塊的製作方法的示意圖；圖5A～5F是表示圖3所示的金屬凸塊的另一種製作方法的示意圖；圖6A是表示本發明另一實施例的金屬凸塊的俯視圖6B是表示沿圖6A切線6-6所示的金屬凸塊連接玻璃基板與晶片的剖面示意圖。
第一實施例請參考圖3，3A所示是表示本發明的金屬凸塊42的俯視圖，圖3B是表示沿圖3A切線3-3所示的金屬凸塊42連接玻璃基板30與晶片34的剖面示意圖。本發明金屬凸塊42是用來連接一玻璃基板30的第一連接墊32與一晶片34的第二連接墊36。金屬凸塊42是形成於晶片34的第二連接墊36上，且金屬凸塊42的周圍側壁上覆蓋有一絕緣層44，可以用來隔離相鄰的金屬凸塊42。當晶片34表面朝下放置於玻璃基板30的預定位置上，並使金屬凸塊42對準預定位置上的第一連接墊32時，藉由粘貼於玻璃基板30表面上之一ACF 38的粘著性，可以將晶片34緊緊地粘著在玻璃基板30上。如此一來，被壓夾在金屬凸塊42頂部與第一連接墊32表面的導電粒子39可以用來作為電連接橋梁。由於本發明金屬凸塊42的周圍側壁上設置有絕緣層44，因此即使存在於相鄰金屬凸塊42之間的導電粒子39呈現橫向連結，相鄰金屬凸塊42之間會被絕緣層44隔絕而不會發生短路的現象。對於晶片34上密集排列第二連接墊36的區域而言，本發明金屬凸塊42可以有效避免導電粒子39所產生的短路現象，進而大幅提升LCD組件的質量與可靠度。
請參考圖4A、4B、4C所示，是表示圖3所示的金屬凸塊42的製作方法。如圖4A所示，晶片34表面上包含有裸露的第二連接墊36以及一保護層40，第二連接墊36是為一種鋁金屬墊，而保護層40是由氮化物所構成，用來保護晶片34上製作完成的集成電路。本發明方法是先於晶片34表面上形成一光阻層45，然後利用微影製程與蝕刻製程定義出金屬凸塊42的圖案，將位於第二連接墊36表面上的光阻層45去除，以形成一凹槽43，如圖4B所示。接著，如圖4C所示，於晶片34表面上沉積一金屬層46，以使金屬層46填滿凹槽43，後續可以將光阻層45表面上的金屬層46去除並切平金屬層46的表面。跟著，如圖4D所示，將殘留的光阻層45完全去除，而殘留的金屬層46是用來作為金屬凸塊42。然後，如圖4E所示，於晶片34表面上沉積由二氧化矽或氮化矽所構成的絕緣層44，使絕緣層44覆蓋住金屬凸塊42的表面與側壁。最後，如圖4F所示，利用反應性離子蝕刻(reactive ion etch，RIE)方法進行一非等向性幹蝕刻製程，去除位於金屬凸塊42頂部與晶片34表面的絕緣層44，只保留位於金屬凸塊42的側壁上的絕緣層44，便製作完成圖3所示的金屬凸塊42。
請參考圖5所示，是表示圖3所示的金屬凸塊42的另一種製作方法。如圖5A所示，本發明另一種方法是先於晶片34表面上形成光阻層45，然後利用微影製程與第一蝕刻製程定義出金屬凸塊42的圖案，將位於第二連接墊36表面上的光阻層45以及第二連接墊36周圍的保護層40表面上的光阻層45去除，以形成一第一凹槽48，如圖5B所示。跟著，如圖5C所示，於晶片34表面上沉積絕緣層44，以使絕緣層44填滿第一凹槽48。接著，如圖5D所示，進行一第二蝕刻製程，去除位於第二金屬墊36表面以及第一凹槽48底部上的絕緣層44，只保留位於第一凹槽48的側壁上的絕緣層44，以形成一第二凹槽50。後續如圖5E所示，於晶片34表面上沉積金屬層46並使金屬層46填滿第二凹槽50，再將光阻層45表面上的金屬層46去除並切平整個金屬層46的表面。最後，如圖5F所示，去除殘留的光阻層45，使殘留的金屬層46的側壁覆蓋著絕緣層44，便製作完成圖3所示的金屬凸塊42。
第二實施例只要絕緣層44能夠達到隔離相鄰的金屬凸塊42的目的，絕緣層44可以只覆蓋住金屬凸塊42側壁上的特定區域，而不需完全覆蓋住金屬凸塊42的周圍側壁。請參考圖6，圖6A是表示本發明另一實施例的金屬凸塊42的俯視圖，圖6B是表示沿圖6A切線6-6所示的金屬凸塊42連接玻璃基板30與晶片34的剖面示意圖。本發明另一實施例中，晶片34表面上的數個金屬凸塊42包含有至少一第一金屬凸塊421以及至少一第二金屬凸塊422，其中第一金屬凸塊421側壁的第一預定區域521是與第二金屬凸塊422側壁的第二預定區域522相鄰。為了使第一預定區域521與第二預定區域522之間產生隔離，可以於第一金屬凸塊421側壁的第一預定區域521上覆蓋一第一絕緣層441，而第二金屬凸塊422側壁的第二預定區域522上則不需製作絕緣層。對於第二金屬凸塊422側壁的其他區域而言，則可以依據隔絕效果的需求，選擇性地形成一第二絕緣層422。如此一來，第一金屬凸塊421與第二金屬凸塊422相鄰的第一預定區域521與第二預定區域522之間，只要藉由第一絕緣層441就可以達到隔離的效果，即使存在於第一金屬凸塊421與第二金屬凸塊422之間的導電粒子39呈現橫向連結，也不會發生短路的現象，對於提升產品的質量與可靠度有很大的幫助。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然而並非用以限定本發明，任何熟悉本領域的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，可作更動與潤飾，因此本發明的保護範圍應以後附的權利要求保護範圍所界定者為準。
權利要求
1.一種用來連接一非導體基板與一晶片的數個金屬凸塊結構，該數個金屬凸塊包含有至少一第一金屬凸塊，其包含有一第一絕緣層是至少覆蓋於該第一金屬凸塊的側壁的第一預定區域上；以及至少一第二金屬凸，該第二金屬凸塊側壁的第二預定區域是與該第一金屬凸塊側壁的第一預定區域相鄰。
2.如權利要求1所述的金屬凸塊結構，其中該第一絕緣層是完全覆蓋於該第一金屬凸塊的周圍側壁上。
3.如權利要求1所述的金屬凸塊結構，其中該第二金屬凸塊包含有一第二絕緣層是至少覆蓋於該第二金屬凸塊側壁的第二預定區域上。
4.如權利要求3所述的金屬凸塊結構，其中該第二絕緣層是完全覆蓋於該第二金屬凸塊的周圍側壁上。
5.如權利要求1所述的金屬凸塊結構，其中該非導體基板表面上設有數個第一金屬墊，且該晶片表面上設有數個與該數個第一金屬墊相對應的第二金屬墊。
6.如權利要求5所述的金屬凸塊結構，其中每一金屬凸塊是設置於該第一金屬墊以及相對應的該第二金屬墊之間。
7.如權利要求6所述的金屬凸塊結構，其中該非導體基板與該晶片之間設有一異向性導電薄膜(ACF)是填滿相鄰金屬凸塊之間的空隙。
8.如權利要求1所述的金屬凸塊結構，其中該第一絕緣層是由二氧化矽或氮化矽所構成。
9.如權利要求1所述的金屬凸塊結構，其中該非導體基板為一玻璃基板。
10.一種如權利要求1所述的金屬凸塊的製作方法，包括有(a)提供一晶片，該晶片表面上設有數個金屬墊；以及(b)分別於該數個金屬墊上製作數個金屬凸塊其中該數個金屬凸塊包含有至少一第一金屬凸塊，其包含有一第一絕緣層是至少覆蓋於該第一金屬凸塊側壁的第一預定區域上；以及至少一第二金屬凸塊，且該第二金屬凸塊側壁的第二預定區域是與該第一金屬凸塊側壁的第一預定區域相鄰。
11.如權利要求10所述的方法，其中該第一絕緣層是完全覆蓋於該第一金屬凸塊的周圍側壁上。
12.如權利要求11所述的方法，其中該第一金屬凸塊的製作方法包括有(a)於該晶片表面上形成一光阻層；(b)進行一蝕刻製程，將位於該金屬墊表面上的光阻層去除，以形成一凹槽；(c)於該凹槽內填滿一金屬層；(d)將殘留的光阻層完全去除；(e)於該晶片表面上沉積該第一絕緣層，使該第一絕緣層覆蓋住該金屬層的表面；以及(f)進行一非等向性幹蝕刻製程，去除位於該金屬層頂部與該晶片表面的絕緣層，並保留位於該金屬層側壁的絕緣層。
13.如權利要求12所述的方法，其中該金屬層是由金屬(Au)所構成。
14.如權利要求12所述的方法，其中該第一絕緣層是由二氧化矽或氮化矽所構成。
15 .如權利要求12所述的方法，其中該非等向性幹蝕刻製程是為一反應性離子蝕刻(RIE)方法。
16.如權利要求11所述的方法，其中該第一金屬凸塊的製作方法包括有(a)於該晶片表面上形成一光阻層；(b)進行一第一蝕刻製程，將位於該金屬墊表面以及周圍的光阻層去除，以形成一第一凹槽；(c)於該晶片表面上沉積該第一絕緣層，以使該第一絕緣層形成於該第一凹槽的側壁與底部；(d)進行一第二蝕刻製程，以去除位於該金屬墊表面以及該第一凹槽的底部上的第一絕緣層，並保留位於該第一凹槽的側壁的第一絕緣層，以形成一第二凹槽；(e)於該第二凹槽內填滿一金屬層；以及(f)去除殘留的光阻層。
17.如權利要求16所述的方法，其中該金屬層是由金屬(AU)所構成。
18.如權利要求16所述的方法，其中該第一絕緣層是由二氧化矽或氮化矽所構成。
19.如權利要求10所述約方法，其中該金屬凸塊是用來將該晶片連接至一非導電基板上。
20.如權利要求19所述的方法，其中該非導體基板與該晶片之間設有一異向性導電薄膜(ACF)，是填滿相鄰金屬凸塊之間的空隙。
全文摘要
一種用來連接一非導體基板與一晶片的數個金屬凸塊結構,包含有至少一第一金屬凸塊以及至少一第二金屬凸塊,其中第一金屬凸塊側壁的第一預定區域是與第二金屬凸塊側壁的第二預定區域相鄰。第一金屬凸塊包含有一第一絕緣層,是至少覆蓋於第一金屬凸塊側壁的第一預定區域上,可以用來隔絕第一金屬凸塊與第二金屬凸塊相鄰的區域。
文檔編號H01L21/60GK1344017SQ0012452
公開日2002年4月10日 申請日期2000年9月18日 優先權日2000年9月18日
發明者賴明儀, 謝詠芬, 蔡尚公, 羅鏡混 申請人:聯友光電股份有限公司