[发明专利]半导体封装结构焊帽凸块与其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一半导体封装结构，特别是一种具均匀高度的焊帽凸块形成方法，并藉以提升在该半导体封装结构中的一焊帽凸块与一焊垫间的彼此连接关系。

背景技术

随着半导体科技的日新月异，电子产业经历了由体积厚到薄的快速变革，以及从不停歇的微小化制程改良。半导体封装是一门建立半导体元件之间连结以形成一电路的科学，也因应半导体与电子产业的不断进步而快速发展。

电子产品(如行动电话、笔记本电脑、个人数位助理PDA等)对于尺寸不断缩小且功能不断提高的需求与日剧增。高密度的积体电路也必须被封装在有限且压缩的封装结构如覆晶与球格阵列(Ball Grid Array，BGA)中。例如在球格阵列中，焊球被阵列式地排列以用来与所对应的球焊垫相接触以形成一球格(ball grid)阵列。一般而言，球格阵列的封装结构较一般传统的封装结构可包覆更高的密度并有较高的输出入脚位数。

图1A至1F是针对习知的形成焊帽凸块的剖面示意图。如图1A所示，一晶圆110提供一有源表面112，该晶圆110并具有一钝化层114与复数个接线焊垫116。须注意的是，该钝化层114经图案化处理后露出该些接线焊垫116，进一步地，形成一金属层120覆盖在该钝化层114与该些接线焊垫116。该金属层120为一位于接线焊垫116与之后形成的导电柱140之间的介面(参图1C)。

根据图1B至1F，一图案化罩幕层130在金属层120上形成，图案化罩幕层130包含复数个位于接线焊垫116上方的开孔132，该些开孔将至少一部份的金属层120露出。接着以金属层120为种子层用电镀的方式将导电材料填入开孔132中以形成一导电柱140将开孔132部分填满，接着以电镀或印刷的方式形成柱状的焊帽150。移除罩幕层130与部分的金属层120以形成一个具有焊帽的凸块结构160。值得注意的是，该焊帽可以是圆柱形150或半球形150a覆盖于导电柱140上。

传统具有焊帽的凸块的一个缺点是焊帽只能透过电镀将纯锡(Sn)或锡银合金形成，实务上要透过电镀形成其他焊料合金极其困难。另外，电镀形成焊帽在体积控制上也是不易，无法达成对于高度均匀度的要求。因此，如何能够提供一个新颖且可改良精准度、体积控制与产出速度的焊帽形成方法确实有其必要。

发明内容

本发明的目的为提供一种凸块可供一半导体封装结构与其制造方法，其中该凸块上的焊帽的尺寸大小、体积可被精确地控制以改善其高度的均匀度进而增加凸块与焊垫之间的相互连接，提升封装结构的可靠度。

本发明的另一目的为提供一半导体封装结构之凸块及其制造方法，使得凸块可选用的材料有较多选择，以增加制作封装结构的便利性。

本发明的另一目的为提供一焊球阵列具有较高的制作速度，以降低制造成本。

另一方面，本发明提供在一半导体元件上形成一焊帽凸块的方法，该方法包含提供一半导体基板，该基板具有复数个焊垫间隔地设置于该基板上表面以及一沉积在该些焊垫上方的钝化层，其中复数个焊垫开孔形成于该钝化层中，藉使该些焊垫至少一部份露出；形成复数个导电柱于该些焊垫开孔，使得该些导电柱可透过该些焊垫开孔与焊垫电连接；沉积一图案化层以覆盖该钝化层与该些导电柱，其中，该图案化层包含复数个位于导电柱上方且具有一预定尺寸的导电柱开孔；置放一焊球于每一导电柱开孔，其中，该焊球的尺寸小于该导电柱开孔的特定尺寸；移除该图案化层使该钝化层、该些导电柱、与在该些导电柱上的焊球露出；以及对该些焊球进行回焊以形成一半球型的焊帽于该导电柱上。也可选择性地在焊球置放(ball drop)之前先在导电柱的上表面涂上一助焊剂。

在本发明一实施例中，该导电柱可以是一高度小于或等于60μm的导电球下冶金层，且该球下冶金层以电镀形成。在本发明另一实施例中，导电柱的材料可为铜、金或其合金。又本发明另一实施例中，该图案化层可为一钢板或一光阻层。又本发明另一实施例中，所述形成复数个导电柱于该些焊垫开孔的步骤进一步包含形成一冶金种子层于该些焊垫开孔以及以电镀形成该些导电柱于该冶金种子层上。