半導體裝置的凸塊結構的製作方法

2023-04-22 18:00:22 1

本發明涉及半導體裝置，尤其涉及一種半導體裝置的凸塊結構。

背景技術：

例如金凸塊等金屬凸塊是製作於集成電路晶片等半導體裝置的接墊上，以利對外電性連接，可應用在玻璃覆晶(COG, Chip On Glass)、薄膜覆晶封裝(COF, Chip On Film)、卷帶載體封裝(TCP)等微電子產品。而電性訊號是經由位於集成電路晶片兩側的凸塊及基板引線傳送至搭配的裝置，例如液晶顯示器或其載板，隨著顯示器所要求的高畫質、高解析度，晶片所須的凸塊的數量相對增加。此外，其它電子產品在微小化要求下，集成電路更加複雜與微小化，此會使得凸塊間距縮小。

申請人先前申請的中國臺灣發明專利公開號200845249揭示一種「具有接合在多開窗上指化凸塊之晶片結構」，其中指狀凸塊設置於一晶片主體上。晶片主體具有多個接墊及一表面保護層，其具有局部顯露每一接墊的多個開孔，可為直線排列、平行排列或矩陣排列。指狀凸塊突起狀設置於晶片主體上，每一指狀凸塊具有一凸塊體與一延伸部，凸塊體的底部覆蓋區域位於對應接墊內，以覆蓋對應組的開孔，延伸部的底部覆蓋區域超出接墊之外，以維持微間距凸塊接合的強度。延伸部的底部覆蓋區域可跨過至少一跡線。然而，當指狀凸塊的延伸部設計過長，會因來自外界應力而歪斜或偏移斜，以致指狀凸塊相互碰觸而短路，亦使得延伸部的位置無法正確對準在有效接合區域內。特別是延伸部的長度大於凸塊體的同向長度百分之八十以上時，凸塊延伸部的偏斜情況將更為嚴重。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明的主要目的在於提供一種半導體裝置的凸塊結構，可達到加強細長凸塊結合在凸塊下金屬層上的效果，使細長凸塊不會歪斜，故避免了細長凸塊的相互碰觸而短路，也維持了細長凸塊接合位置的正確性。

為達到上述目的，本發明的技術方案是這樣實現的：

一種半導體裝置的凸塊結構，包含一裝置主體、至少一第一焊墊、至少一輔助墊、一第一絕緣層、至少一第一凸塊下金屬層(UBM， Under Bump Metallurgy)，以及至少一細長凸塊。該裝置主體具有一接合面以及多個在該接合面上的線路。該第一焊墊設置於該接合面上。該輔助墊設置於該接合面上。該第一絕緣層形成於該接合面上，並且該第一絕緣層具有一第一開孔以及一輔助孔，用以分別顯露出該第一焊墊與該輔助墊。該第一凸塊下金屬層形成於該第一絕緣層上，該第一凸塊下金屬層經由該第一開孔與該輔助孔連接至該第一焊墊與該輔助墊。該細長凸塊凸起狀設置於該第一凸塊下金屬層上，該細長凸塊具有一凸塊部以及一延伸部，其中該凸塊部位於該第一焊墊上，該延伸部連接該凸塊部並位於該第一絕緣層上，並且該細長凸塊的延伸部的長度不小於該細長凸塊的凸塊部長度的百分之八十，且該細長凸塊的延伸部覆蓋該輔助墊並具有一根部，該根部位於該輔助孔內，以植接至該輔助墊。藉此，可達到加強該細長凸塊結合在該第一凸塊下金屬層上的效果，使該細長凸塊不會歪斜，故避免了該細長凸塊的相互碰觸而短路，也維持了該細長凸塊接合位置的正確性。

本發明的目的及解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。

在前述凸塊結構中，該裝置主體具有一第一側邊，該細長凸塊可鄰近於該第一側邊，而該延伸部可相對於該凸塊部更遠離該第一側邊，故該細長凸塊可為細長指狀，其延伸方向不受該第一側邊的限制。

在前述凸塊結構中，該輔助墊可為尺寸小於該第一焊墊的獨立墊，故該輔助墊為虛置墊，在未設置該細長凸塊之前，該輔助墊不連接至該裝置主體的集成電路組件。

在前述凸塊結構中，該些線路可穿過該第一焊墊與該輔助墊之間的間隙，故該些線路可作為電源/接地總線或是連接其它焊墊的線路，可以改善該第一絕緣層在該第一焊墊與該輔助墊之間的部位過於下沉。

在前述凸塊結構中，該第一絕緣層在該第一焊墊與該輔助墊之間的上表面可形成有一凹槽，以使該第一凸塊下金屬層具有對應凹痕，故該第一凸塊下金屬層為非平坦，可增進對該第一絕緣層的結合力。

在前述凸塊結構中，可另包含一第二絕緣層，可形成於該接合面與該第一絕緣層之間，並覆蓋該第一焊墊的周邊、該些線路以及該輔助墊的周邊，並且該第二絕緣層的厚度可小於該第一絕緣層的厚度，故該第二絕緣層相對於該第一絕緣層更容易填入該第一焊墊、該些線路以及該輔助墊之間的彎折界面。

在前述凸塊結構中，該細長凸塊為多個，其凸塊間距較佳地為27微米以下，該細長凸塊的長度介於80微米至200微米，該細長凸塊的寬度介於8微米至15微米，該細長凸塊的高度介於2微米至50微米。因此，該些細長凸塊可微間距排列於該裝置主體上。

在前述凸塊結構中，可另包含至少一第二焊墊、至少一第二凸塊下金屬層以及至少一正規凸塊。該第二焊墊設置於該接合面上，該第一絕緣層另具有一第二開孔，用以顯露出該第二焊墊。該第二凸塊下金屬層形成於該第一絕緣層上，該第二凸塊下金屬層經由該第二開孔連接至該第二焊墊。該正規凸塊凸起狀設置於該第二凸塊下金屬層上。藉此，該正規凸塊與該細長凸塊皆具有訊號傳導功能，但兩者形狀與結構為不相同。

在前述凸塊結構中，該裝置主體更具有一相對於該第一側邊的第二側邊，該正規凸塊可鄰近於該第二側邊，故該裝置主體的兩側邊的凸塊排列密度可依需求而調整變化。

在前述凸塊結構中，該第一絕緣層的該第一開孔可為一狹槽孔，該狹槽孔的延長方向可與該細長凸塊的該延伸部的延伸方向相同，故防止受到來自該延伸部的應力導致該細長凸塊在該第一開孔處完全斷裂。

在前述凸塊結構中，該第一開孔的寬度具體地介於3至10微米，該第一開孔的長度具體地介於10至80微米，而該輔助孔的開口尺寸具體地介於3×3平方微米至10×10平方微米。

藉由上述的技術手段，本發明可以達成突破傳統凸塊的間距的限制，達到半導體裝置微間距凸塊優化的設計，另細長凸塊可微間距排列，細長凸塊的延伸部不會歪斜，故避免了細長凸塊的相互碰觸而短路，也維持了細長凸塊接合位置的正確性，進而避免了細長凸塊在其延伸部對外部電路板的結合力弱化現象。

附圖說明

圖1為依據本發明之一較佳實施例，一種半導體裝置之凸塊結構之接合面局部示意圖。

圖2為依據本發明之一較佳實施例，該凸塊結構之接合面角隅放大示意圖。

圖3為依據本發明之一較佳實施例，該凸塊結構依圖2之3-3剖線在細長凸塊處之截面示意圖。

圖4為依據本發明之一較佳實施例，該凸塊結構在正規凸塊處之截面示意圖。

【主要組件符號說明】

100 半導體裝置的凸塊結構

110 裝置主體 111 接合面

112 線路 113 第一側邊

114 第二側邊

121 第一焊墊 122 第二焊墊

130 輔助墊

140 第一絕緣層 141 第一開孔

142 第二開孔 143 輔助孔

144 凹槽

151 第一凸塊下金屬層 152 第二凸塊下金屬層

153 凹痕

160 細長凸塊 161 凸塊部

162 延伸部 163 根部

170 正規凸塊 180 第二絕緣層。

具體實施方式

下面結合附圖及本發明的實施例對本發明的半導體裝置的凸塊結構作進一步詳細的說明。

以下將配合所附圖示詳細說明本發明的實施例，然應注意的是，該些圖示均為簡化的示意圖，僅以示意方法來說明本發明的基本架構或實施方法，故僅顯示與本案有關的組件與組合關係，圖中所顯示的組件並非以實際實施的數目、形狀、尺寸做等比例繪製，某些尺寸比例與其他相關尺寸比例或已誇張或是簡化處理，以提供更清楚的描述。實際實施的數目、形狀及尺寸比例為一種選置性的設計，詳細的組件布局可能更為複雜。

依據本發明之一較佳實施例，一種半導體裝置的凸塊結構100舉例說明於圖1的接合面局部示意圖、圖2的接合面角隅放大示意圖、圖3的依圖2的3-3剖線在細長凸塊處的截面示意圖以及圖4的在正規凸塊處之截面示意圖。

一種半導體裝置的凸塊結構100包含一裝置主體110、至少一第一焊墊121、至少一輔助墊130、一第一絕緣層140、至少一第一凸塊下金屬層151以及至少一細長凸塊160。

如圖1至圖4所示，該裝置主體110具有一接合面111以及多個在該接合面111上的線路112。該裝置主體110可以是晶片層或晶圓級封裝體。該接合面111可為一晶片主動面或是一封裝表面，該接合面111可制有集成電路組件，如內存、邏輯或IC驅動組件。該些線路112的材質為電傳導物質，該些線路112可作為電源/接地總線或是連接其它焊墊的線路，可屬於內層凸塊下金屬層的一部份。該裝置主體110更具有一第一側邊113以及一相對於該第一側邊113的第二側邊114。該第一側邊113可作為該裝置主體110的輸出訊號側，可向外連接至一液晶顯示器或面板驅動裝置。該第二側邊114可作為該裝置主體110的輸入訊號側。

如圖2及圖3所示，該第一焊墊121設置於該接合面111上。該第一焊墊121可為接墊，如鋁墊或銅墊，可作為連接集成電路組件的對外電極。該第一焊墊121鄰近於該第一側邊113。該凸塊結構100可另包含至少一第二焊墊122(如圖4所示)，該第二焊墊122亦設置於該接合面111上，但鄰近於該第二側邊114。

如圖2及圖3所示，該輔助墊130設置於該接合面111上。該輔助墊130可為尺寸小於該第一焊墊121的獨立墊，故該輔助墊130為虛置墊，在未設置該細長凸塊160之前，該輔助墊130不連接至該裝置主體110的集成電路組件。該輔助墊130可為小型鋁墊或銅墊，並鄰近於對應的該第一焊墊121。

如圖3及圖4所示，該第一絕緣層140形成於該接合面111上，並且該第一絕緣層140具有一第一開孔141以及一輔助孔143，用以分別顯露出該第一焊墊121與該輔助墊130。該第一絕緣層140的特性為電絕緣性。該輔助孔143的形狀可與該第一開孔141的形狀不相同。該第一絕緣層140可另具有一第二開孔142，用以顯露出該第二焊墊122。

如圖3所示，該第一凸塊下金屬層151形成於該第一絕緣層140上，該第一凸塊下金屬層151經由該第一開孔141與該輔助孔143分別連接至該第一焊墊121與該輔助墊130。該第一凸塊下金屬層151為圖案化，其形狀對應於該細長凸塊160的底部面積。該第一凸塊下金屬層151為濺鍍、物理氣相沉積或化學氣相沉積方法形成，其材質可為鈦鎢/金(TiW/Au)、鈦鎢/銅/金(TiW/Cu/Au)或鈦/鎳/金(Ti/Ni/Au)。該第一凸塊下金屬層151可以為一層或堆積層。

如圖1至圖3所示，該細長凸塊160凸起狀設置於該第一凸塊下金屬層151上，該細長凸塊160具有一凸塊部161以及一延伸部162，其中該凸塊部161位於該第一焊墊121上，該延伸部162連接該凸塊部161並位於該第一絕緣層140上。該細長凸塊160可為金屬凸塊，例如金、銅或其他導電金屬。該細長凸塊160可作為較高腳數高密度的輸出端。該凸塊部161的底部覆蓋區域面積對準於該第一焊墊121內且大於該第一開孔141。該延伸部162是指指狀凸塊延伸超過對應焊墊的另一部位。具體地，如圖1至圖3所示，該細長凸塊160鄰近於該第一側邊113，而該延伸部162可相對於該凸塊部161更遠離該第一側邊113，故該細長凸塊160可為細長指狀，其延伸方向不受該第一側邊113的限制。因此，該延伸部162可形成在該凸塊結構100用以形成內部集成電路區域之上。該延伸部162的底部覆蓋區域超出該第一焊墊121之外，以使該細長凸塊160為突出指狀，故能增加凸塊有效的接合面積。該延伸部162的延伸方向與該第一側邊113互為垂直向。因此，該細長凸塊160可高密度地平行排列，達到凸塊微間距的功效。該凸塊部161與該延伸部162可具有一致等高的頂面。

並且，該細長凸塊160的延伸部162的長度不小於該細長凸塊160的凸塊部161長度的百分之八十，且該細長凸塊160的延伸部162覆蓋該輔助墊130並具有一根部163，該根部163位於該輔助孔143內，以植接至該輔助墊130。更理想地，該細長凸塊160的延伸部162的長度不小於該細長凸塊160的凸塊部161的兩倍長度。

如圖1至圖3所示，該細長凸塊160為多個，其凸塊間距為27微米以下，該細長凸塊160的長度介於80微米至200微米而大於該第一焊墊121的長度；該細長凸塊160的寬度介於8微米至15微米，應小於該第一焊墊121的寬度而大於該第一開孔141的寬度；該細長凸塊160的高度介於2微米至50微米。因此，該些細長凸塊160可微間距排列於該裝置主體110上。而該細長凸塊160的長寬比比值可介於5~25，該細長凸塊160的長高比比值可9~100，使得該細長凸塊160的形狀橫向指狀。

因此，本發明的半導體裝置的凸塊結構100可達到加強該細長凸塊160結合在該第一凸塊下金屬層151上的效果，使該細長凸塊160不會歪斜，故避免了該細長凸塊160的相互碰觸而短路，也維持了該細長凸塊160接合位置的正確性。本發明的半導體裝置的凸塊結構100可應用於LCM模塊、COF裝置與IC晶片裸接。

如圖3及圖4所示，較佳地，該些線路112可穿過該第一焊墊121與該輔助墊130之間的間隙，可以改善該第一絕緣層140在該第一焊墊121與該輔助墊130之間的部位過於下沉。

如圖3及圖4所示，該第一絕緣層140在該第一焊墊121與該輔助墊130之間的上表面可形成有一凹槽144，以使該第一凸塊下金屬層151具有對應凹痕153，故該第一凸塊下金屬層151為非平坦，可增進對該第一絕緣層140之結合力。該細長凸塊160的該延伸部162底部可接合於該凹痕153內，能增進該細長凸塊160的裂痕抵抗特性，並分散該細長凸塊160頂部的下沉區域，以增進該細長凸塊160接合強度。該第一絕緣層140的該凹槽144的寬度與深度可利用該些線路112的位置與厚度予以控制與調整。

再如圖3及圖4所示，該凸塊結構100可另包含一第二絕緣層180，可形成於該接合面111與該第一絕緣層140之間，並覆蓋該第一焊墊121的周邊、該些線路112以及該輔助墊130的周邊，並且該第二絕緣層180的厚度可小於該第一絕緣層140的厚度，故該第二絕緣層180相對於該第一絕緣層140更容易填入該第一焊墊121、該些線路112以及該輔助墊130之間的彎折界面。

更具體地，該凸塊結構100可另包含至少一第二凸塊下金屬層152以及至少一正規凸塊170。該第二凸塊下金屬層152為圖案化，其形狀對應於該正規凸塊170的底部面積。該第二凸塊下金屬層152形成於該第一絕緣層140上，該第二凸塊下金屬層152經由該第二開孔142連接至該第二焊墊122。該正規凸塊170凸起狀設置於該第二凸塊下金屬層152上。藉此，該正規凸塊170與該細長凸塊160皆具有訊號傳導功能，但兩者形狀與結構為不相同。該第二凸塊下金屬層152的形成方法與該第一凸塊下金屬層151相同。該第二凸塊下金屬層152與該第一凸塊下金屬層151兩者形狀應為不相同。該第二開孔142的開孔形狀小於該正規凸塊170的底部面積。該正規凸塊170可為金屬凸塊，例如金、銅或其他導電金屬。該正規凸塊170可作為較低腳數的輸入端。

如圖1及圖4所示該正規凸塊170可鄰近於該裝置主體110的該第二側邊114，故該裝置主體110的兩側邊的凸塊排列密度可依需求而調整變化。

如圖3及圖4所示，較佳地，該第一絕緣層140的該第一開孔141可為一狹槽孔，該狹槽孔的延長方向可與該細長凸塊160的該延伸部162的延伸方向相同，故防止受到來自該延伸部162的應力導致該細長凸塊160在該第一開孔141處完全斷裂。其中，狹槽孔是指該第一開孔141的寬度小於該第一開孔141長度的30%以下，通常該第一開孔141的長寬比遠大於該第一焊墊121的長寬比。該第一開孔141的寬度具體地介於3至10微米，該第一開孔141的長度具體地介於10至80微米，而該輔助孔143的開口尺寸具體地介於3×3平方微米至10×10平方微米，故該輔助孔143的形狀可不同於該第一開孔141的形狀，兩者圖案組合可呈現為「i」形。

因此，本發明揭示一種半導體裝置的凸塊結構，可以達成突破傳統凸塊的間距的限制，單側凸塊排列數目可以增加，達到半導體裝置微間距凸塊優化的設計，另細長凸塊可微間距排列，細長凸塊的延伸部不會歪斜，故避免了細長凸塊的相互碰觸而短路，也維持了細長凸塊接合位置的正確性，進而避免了細長凸塊在其延伸部對外部電路板的結合力弱化現象。

以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，並非用於限定本發明的保護範圍。