制作金属凸块与熔接金属的制程方法技术

一种提升金属凸块结构表面熔接金属的共面性的制程方法，适用于半导体晶片的覆晶式凸块熔接技术，且当元件表面具有不同尺寸的金属凸块时，可消除或减少因凸块大小不同所造成的熔接金属经高温处理后高度不均匀的问题，藉此改善下游测试与封装的困难度。为达上述目的，本发明专利技术提出一种利用两道制程的方法，分别控制金属凸块面积与熔接金属面积，改善熔接金属共面性问题，其步骤包含：一第一道制程，用以制作金属凸块结构于半导体元件表面；以及一第二道制程，用以制作该金属凸块表面不同面积的熔接金属结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术有关一种提升金属凸块表面熔接金属共面性的制程方法，尤指一种制程方法适用于半导体晶片的覆晶式凸块熔接技术，而且当元件表面具有不同尺寸的金属凸块时，可消除或减少因凸块大小不同所造成的熔接金属经高温处理后高度不均匀的问题，藉此改善下游测试与封装的困难度。
技术介绍
近年来，随着半导体技术的快速发展，半导体晶片的封装技术也日益进步。在砷化镓晶片封装方面，如功率放大器模组或射频元件，传统上以线接(wire bond)封装技术为主，也就是利用金线以点焊的方式交互连接晶片中各元件的金属接点。近年来线接封装技术已逐渐被覆晶(flip chip)式金属凸块熔接(bump bond)封装技术所取代。覆晶式凸块熔接技术的主要优点在于成本较低，连接设计更具弹性，且封装后尺寸积集度更佳，因此逐 渐成为砷化镓晶片封装技术的主流。覆晶式凸块熔接技术是以金属凸块取代传统的金线。如图IA至图IC所示，其为适用于覆晶式凸块熔接技术的表面金属凸块结构制作流程示意图。首先是在半导体元件表面al金属接点处制作金属凸块结构a2。此步骤通常是以半导体制程中常用的曝光显影技术定义出金属凸块的大小及位置，再通过金属镀膜技术来形成凸块结构。该凸块结构a2可以由单一金属材料构成，亦可由多层金属材料堆迭而成的凸块结构。由于铜的成本较低且导电性佳，此金属凸块结构通常是以铜为金属材料。接着于铜凸块表面镀上一层熔接金属a3，一般是以熔点较低的锡、铟或以锡或铟为主要成分的合金金属层为主，以避免元件经过太高温度的处理过程而影响元件特性。经高温处理后，熔接金属层会开始熔解；接着再与预先设计好的电路板熔接在一起，达成各元件接点之间的连接。然而，如图2A至图2C所示，当铜凸块尺寸不同时，经高温处理后，凸块表面的熔接金属会因表面张力而形成不同高度的岛状物，造成后续与电路板熔接过程的困难，因而降低封装量率。有鉴于此，为因应晶片的覆晶式凸块熔接技术的要求，必须发展出一种提升金属凸块表面熔接金属共面性的制程方法；尤其是适用于半导体晶片表面具有不同尺寸的金属凸块的制程方法，进而消除或减少所述因金属凸块大小不同所造成熔接金属在高温处理后高度不均匀问题，藉此改善下游测试与封装的困难度。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种提升金属凸块表面熔接金属共面性的制程方法，适用于半导体晶片表面具有不同尺寸的金属凸块，可消除或减少因金属凸块大小不同所造成熔接金属在高温处理后高度不均匀问题。为达上述目的，本专利技术提出一种利用两道制程的方法，分别控制金属凸块面积与熔接金属面积，改善熔接金属共面性问题，其步骤包含—第一道制程，用以制作金属凸块结构于半导体元件表面；以及一第二道制程，用以制作该金属凸块表面不同面积的熔接金属结构；其中第一道制程步骤包含涂布或压合一第一光阻层于半导体元件表面；以曝光显影方法定义金属凸块结构的位置及几何形状；以金属镀膜方法镀上金属凸块结构的金属材料；以及去除第一光阻层，形成金属凸块结构；其中第二道制程步骤包含涂布或压合一第二光阻层于半导体元件及金属凸块表面；以曝光显影方法定义熔接金属层的位置及几何形状；以金属镀膜方法镀上熔接金属层的金属材料；以及去除第二光阻层，形成熔接金属于金属凸块结构之上。与现有技术相比，本专利技术所述的，当元件表面具有不同尺寸的金属凸块时，可消除或减少因凸块大小不同所造成的熔接金属经高温处理后高度不均匀的问题，藉此改善下游测试与封装的困难度。为对于本专利技术的特点与作用能有更深入的了解，兹藉实施例配合图式详述于后。附图说明图IA至图IC是可应用于覆晶式凸块熔接方法的金属凸块结构以及熔接金属的制 作流程示意图。图2A至图2C是不同尺寸的金属凸块结构造成表面熔接金属于高温处理后产生高度不均现象的示意图。图3A至图3F是本专利技术所提供改善表面熔接金属共面性的制程方法示意图。附图标记说明半导体元件表面-I ;半导体元件表面-al ;金属凸块-2 ;金属凸块结构-a2 ;第一光阻层-30 ;熔接金属_a3 ;第二光阻层-32 ;光阻层_a4 ;熔接金属_4。具体实施例方式表面熔接金属高度的不同是由金属凸块面积不同以及熔接金属的表面张力所造成；因此，利用制程步骤控制镀上熔接金属面积将可改善其共面性问题。图3A至图3F是显示本专利技术的提升金属凸块表面熔接金属共面性制程方法的流程示意图。本专利技术提出以两道曝光显影制程，分别控制金属凸块面积与熔接金属面积，改善熔接金属共面性问题。本专利技术的第一道制程的目的是在半导体元件表面制作不同面积的金属凸块结构。在第一道制程中，首先于半导体元件表面I涂布或压合一第一光阻层30 ;再以曝光显影方法，定义出金属凸块2的位置与大小；接着利用金属镀膜方法镀上凸块的金属材料，如图3A所示。金属镀膜方法依不同金属材料而有所不同，可以为溅镀、蒸镀或电镀。以铜凸块结构为例，该金属镀膜步骤可以利用无电解电镀方法来达成。最后，去除第一光阻层30以后，即可形成铜金属凸块结构于半导体晶片表面(如图3B所示)。为了避免凸块金属表面在后续制程中因氧化而使其与熔接金属的接触性变差，可以在第一道制程中，于去除光阻之前，利用金属镀膜方法镀上一熔接金属层做为浸润层(wetting layer)。此步骤将可有效提升凸块金属材料与熔接金属之间接触的浸润性。第一道制程完成后，即可进行第二道制程，将熔接金属层直接镀于金属凸块结构表面或镀于浸润层之上。在此制程步骤中，如图3C所示，先涂布或压合一第二光阻层32于元件及金属凸块结构表面1、2，再经由曝光显影制方法，定义出熔接金属的大小与位置；接着如图3D所示，镀上一熔接金属层4。所述的熔接金属层一般是以熔点较低的锡、铟或以锡或铟为主要成分的合金金属层为主，以避免元件经过太高温度的处理过程而影响元件特性。最后，如图3E与图3F所示，于去除第二光阻层32以后，即可形成金属凸块2与表面熔接金属4的结构。第二道制程的目的在于控制熔接金属的总体积，使其在经过热处理过程后，熔接金属的高度可以相近。而熔接金属层的面积与厚度，则可预先利用数值模拟，考虑熔接金属层面积、厚度以及表面张力，计算熔接金属于高温熔解后所形成的高度。此过程亦可通过实验，利用试误法(try and error),量测不同面积与厚度的熔接金属熔解后的高度，最后在依照凸块面积选择适当的面积与厚度，即可改善熔接金属共面性问题。综上所述，本专利技术通 过分别控制金属凸块与表面熔接金属面积的两道制程步骤确实可达到预期的目的，改善凸块表面熔接金属共面性问题。其确具产业利用的价值，爰依法提出专利申请。又上述说明与图式仅是用以说明本专利技术的实施例，凡熟于此业技艺的人士，仍可做等效的局部变化与修饰，其并未脱离本专利技术的技术与精神。权利要求1.一种，其特征在于，其步骤包括 一第一道制程，用以制作金属凸块结构于一半导体元件表面；以及 一第二道制程，用以制作该金属凸块表面不同面积的熔接金属结构；其中， 所述第一道制程包含下列步骤 涂布或压合一第一光阻层于该半导体元件表面； 以曝光显影方法定义金属凸块结构的位置及几何形状； 以金属镀膜方法镀上金属凸块结构的金属材料； 以及 去除第一光阻层，以形成金属凸块结构； 所述第二道制程包含下列步骤 涂布或压合一第二光阻层于半导体元件及金属凸块结构表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制作金属凸块与熔接金属的制程方法，其特征在于，其步骤包括：一第一道制程，用以制作金属凸块结构于一半导体元件表面；以及一第二道制程，用以制作该金属凸块表面不同面积的熔接金属结构；其中，所述第一道制程包含下列步骤：涂布或压合一第一光阻层于该半导体元件表面；以曝光显影方法定义金属凸块结构的位置及几何形状；以金属镀膜方法镀上金属凸块结构的金属材料；以及去除第一光阻层，以形成金属凸块结构；所述第二道制程包含下列步骤：涂布或压合一第二光阻层于半导体元件及金属凸块结构表面；以曝光显影方法定义熔接金属的位置及几何形状；以金属镀膜方法镀上一熔接金属层的金属材料；以及去除第二光阻层，形成熔接金属于金属凸块结构之上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：萧献赋，
申请(专利权)人：稳懋半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：