[发明专利]凸块构造与其构成的内连结构

说明书

【技术领域】

本发明概括而言涉及凸块技术领域，特别是关于一种凸块构造，以及包含所述凸块构造，并且位于一半导体芯片(或晶圆)与一基板之间的内连结构，特别适用于具有细微间距的三维(three-dimensional，3D)覆晶接合(flip-chip bonding)或三维集成电路(integrated circuit，IC)的封装。

【背景技术】

覆晶技术为本领域公知的一种技术，可将半导体器件，例如集成电路芯片，通过设置在芯片焊垫上的焊锡凸块，连接至外部电路。焊锡凸块是在晶圆制作工艺最后的步骤阶段中，设置在晶圆顶面的芯片焊垫上。为了将所述芯片安装到外部电路(例如电路板、另一个芯片，或另一片晶圆)上，必须翻转芯片，使其顶面朝向下方，并将芯片焊垫与外部电路的配对焊垫对齐，接着进行焊锡的回流焊，以完成芯片与外部电路之间的连接。

球栅数组(Ball grid array，BGA)基板上覆晶的方法，通常包含翻转具有凸块的芯片并安装至BGA基板上、填充底层填料、模塑、附着焊锡球、切割分离等步骤。为了提高焊接点的密度，焊锡球的尺寸持续地微缩。例如，目前BGA基板使用直径0.5毫米(mm)、间距1毫米的焊锡球，将封装体安装至印刷电路板上。而封装体内使用的微凸块，直径通常小于100微米(μm)。

目前，覆晶封装是微处理器以及专用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)芯片封装时主要采用的技术。几乎大多应用处理器都已采用覆晶封装。一般而言，这种封装技术是采用焊锡来连接，是一种制作于有机基板上的铅锡(PbSn)共镕合金。为了解决电子迁移问题，许多微处理器的封装已采用铜柱的凸块结构。覆晶封装目前也采用铜柱的凸块结构，作为达到细微间距封装的主要解决方案。铜柱凸块可包含细小的铜圆柱体。不同于焊锡，所述铜圆柱体可在组装过程中维持原本的形状。

一般而言，会在半导体晶粒的铜柱凸块的自由端上，以镕融涂布的方式，形成一预定体积的焊锡。所述焊锡经过回流焊后会镕融，藉由镕融的焊锡，可在铜柱凸块的自由端与基板的连接点之间形成内连结构。。

【发明内容】

本发明的主要目的为提供一改良的铜柱凸块结构，以及提供一位于半导体芯片和基板之间，且包含所述铜柱凸块的内连结构。本发明提供的铜柱凸块结构以及内连结构，特别适用于具有细微间距的三维(3D)覆晶接合或三维集成电路的封装。

本发明一方面提供一种凸块结构，包括一焊盘；一钝化层，覆盖该接垫的周缘，其中所述钝化层包含一开口，显露出所述焊盘的部分表面区域；一第一部位，位于所述焊盘上，所述第一部位包含一上表面及一侧壁；及一第二部位，覆盖在所述第一部位的上表面及其全部的侧壁上。

根据本发明一实施例，所述第二部位直接接触到所述钝化层。

根据本发明一实施例，所述焊盘是一金属焊盘，所述第一部位包含铜。根据本发明一实施例，所述第二部位是由纯锡构成。所述金属焊盘包含铜、铝铜合金、或铝硅铜合金。

本发明另一方面提供一种内连结构，用来电连接一半导体晶粒与一基板。所述内连结构包含一第一部位，延伸于所述半导体晶粒与所述基板的一接触表面之间；一第二部位，覆盖在所述第一部位的整个的侧壁上；及一接口层，位于所述第一部位与所述基板的接触表面之间，其中所述接口层仅单纯由一铜锡金属间化合物所构成。

根据本发明一实施例，所述铜锡金属间化合物包含Cu6Sn5、Cu3Sn、或以上的组合。所述基板包含有机基板、导线架、或晶圆。

无庸置疑的，该领域的技术人士读完接下来本发明较佳实施例的详细描述与图式后，均可了解本发明的目的。

【附图说明】

所附图式提供对于此实施例更深入的了解，并纳入此说明书成为其中一部分。这些图式与描述，用来说明一些实施例的原理。图式中:

图1是本发明一实施例的示意性剖面图，说明一位于一半导体晶粒与一基板之间的内连结构。

图2是本发明一实施例的凸块结构的示意性剖面图。

图3到图7是本发明提供的制作如图2的凸块结构的方法的示意性剖面图。

图8是本发明另一实施例的凸块结构的示意性剖面图，其中的凸块结构具有焊锡帽盖。

须注意的是所有图式均为示意图，以说明和制图方便为目的，相对尺寸及比例都经过调整。相同的符号在不同的实施例中代表相对应或类似的特征。

【主要组件符号说明】

100 半导体器件

11，31 凸块结构