專利名稱：半導(dǎo)體芯片、應(yīng)用其的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種半導(dǎo)體芯片、應(yīng)用其的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，且特別是有關(guān)于一種具有階梯狀導(dǎo)電柱的半導(dǎo)體芯片、應(yīng)用其的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體芯片通常包括直導(dǎo)電柱，半導(dǎo)體芯片以直導(dǎo)電柱設(shè)于基板上。然而，在將半導(dǎo)體芯片設(shè)于基板的過(guò)程中，直導(dǎo)電柱所承受的應(yīng)力大，往往導(dǎo)致直導(dǎo)電柱的破壞，即使直導(dǎo)電柱未在設(shè)置過(guò)程中明顯破壞，其所承受的應(yīng)力也會(huì)導(dǎo)致耐久性的下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明有關(guān)于一種半導(dǎo)體芯片、應(yīng)用其的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法，其階梯狀導(dǎo)電柱的承受應(yīng)力小。根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例，提出一種半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體芯片包括一基材及一階梯狀導(dǎo)電柱。階梯狀導(dǎo)電柱形成于基材且包括一第一導(dǎo)電柱及一第二導(dǎo)電柱。第二導(dǎo)電柱形成于第一導(dǎo)電柱上，第二導(dǎo)電柱的一剖面積小于第一導(dǎo)電柱的一剖面積。其中，第一導(dǎo)電柱及第二導(dǎo)電柱中至少一者各包括一第一部分及一第二部分，第二部分連接于第一部分且與第一部分之間形成一凹部。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提出一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括一基板、一半導(dǎo)體芯片及一底膠。半導(dǎo)體芯片包括一基材及一階梯狀導(dǎo)電柱。階梯狀導(dǎo)電柱形成于基材且包括一第一導(dǎo)電柱及一第二導(dǎo)電柱。第二導(dǎo)電柱形成于第一導(dǎo)電柱上，第二導(dǎo)電柱的一剖面積小于第一導(dǎo)電柱的一剖面積。其中，第一導(dǎo)電柱及第二導(dǎo)電柱中至少一者各包括一第一部分及一第二部分，第二部分連接于第一部分且與第一部分之間形成一凹部。底膠形成于基板與半導(dǎo)體芯片之間。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例，提出一種半導(dǎo)體芯片的制造方法。制造方法包括以下步驟。提供一基材；以及，形成一階梯狀導(dǎo)電柱于基材上，其中階梯狀導(dǎo)電柱包括一第一導(dǎo)電柱及一第二導(dǎo)電柱，第二導(dǎo)電柱形成于第一導(dǎo)電柱上，第二導(dǎo)電柱的剖面積小于第一導(dǎo)電柱的剖面積，第一導(dǎo)電柱及第二導(dǎo)電柱中至少一者各包括一第一部分及一第二部分，第二部分連接于第一部分且與第一部分之間形成一凹部。為了對(duì)本發(fā)明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說(shuō)明如下


圖IA繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖視圖。圖IB繪示圖IA中沿方向1B-1B’的剖視圖。圖2繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱的剖視圖。
圖3繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱的剖視圖。圖4繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱的剖視圖。圖5繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱的剖視圖。圖6繪示多種階梯狀導(dǎo)電柱的承受應(yīng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。主要元件符號(hào)說(shuō)明10 :半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)12 :基板14:底膠100 :半導(dǎo)體芯片13:接墊110:基材120、220、320、420、520、720 :階梯狀導(dǎo)電柱121、321、421、721、821 :第一導(dǎo)電柱122、222、422、722、822 :第二導(dǎo)電柱122U3211 :第一部分1222,3212 :第二部分1213,3213 :連接部分130 :焊料620:直導(dǎo)電柱Dl :外徑H1、H2:高度R:凹部W:間距
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D1A，其繪示依照本發(fā)明一實(shí)施例的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖視圖。半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10 包括基板12、半導(dǎo)體芯片100及底膠(underfill) 14，其中底膠14形成于基板12與半導(dǎo)體芯片100之間。半導(dǎo)體芯片100包括基材110及至少一階梯狀導(dǎo)電柱120，其中階梯狀導(dǎo)電柱120 形成于基材110上。本實(shí)施例中，相鄰二階梯狀導(dǎo)電柱120的間距W小于100微米，使半導(dǎo)體芯片100屬于細(xì)間距(fine pitch)的半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域。本實(shí)施例中，基材110例如是娃晶圓，然本實(shí)施例并不限于此。階梯狀導(dǎo)電柱120形成于基材110且包括第一導(dǎo)電柱121及第二導(dǎo)電柱122。第二導(dǎo)電柱122形成于第一導(dǎo)電柱121上,且第二導(dǎo)電柱122的剖面積(如橫剖面積)小于第一導(dǎo)電柱121的剖面積，使階梯狀導(dǎo)電柱120提供一更大表面積(相較于第二導(dǎo)電柱122 的剖面積等于第一導(dǎo)電柱121的剖面積而言)與底膠14接觸，進(jìn)而使底膠14更緊密地包覆階梯狀導(dǎo)電柱120。本實(shí)施例中，整個(gè)第二導(dǎo)電柱122重迭于第一導(dǎo)電柱121，然本發(fā)明實(shí)施例不以此為限，第二導(dǎo)電柱122與第一導(dǎo)電柱121亦可部分重迭，即第二導(dǎo)電柱122與第一導(dǎo)電柱121側(cè)向地錯(cuò)開一距離。
對(duì)于細(xì)間距的半導(dǎo)體芯片來(lái)說(shuō)，由于相鄰二導(dǎo)電柱的間距相當(dāng)小，故增加了底膠于基材與基板之間流動(dòng)的阻力，如此可能導(dǎo)致底膠無(wú)法完整地包覆導(dǎo)電柱。反觀本實(shí)施例， 由于第二導(dǎo)電柱122的剖面積小于第一導(dǎo)電柱121的剖面積，使底膠14的容置空間增加， 如此可降低底膠14于基材110與基板12之間流動(dòng)的阻力，在此設(shè)計(jì)下，即使階梯狀導(dǎo)電柱 120應(yīng)用于細(xì)間距的半導(dǎo)體芯片，仍可使底膠14完整地包覆整個(gè)階梯狀導(dǎo)電柱120。第一導(dǎo)電柱121的體積可小于、等于或大于第二導(dǎo)電柱122的體積，例如，第一導(dǎo)電柱121的體積可介于第二導(dǎo)電柱122的體積的O. I至5倍之間，然此倍數(shù)范圍并非用以限制本發(fā)明實(shí)施例。此外，階梯狀導(dǎo)電柱120的材質(zhì)例如是銅，然階梯狀導(dǎo)電柱120的材質(zhì)不以此為限，亦可為合金或其它金屬。如圖IA所示，第一導(dǎo)電柱121的高度Hl介于約2至50微米之間，較佳地介于約 2至20微米之間，而第二導(dǎo)電柱122的高度H2大于15微米。一實(shí)施例中，第二導(dǎo)電柱122 的高度H2介于第一導(dǎo)電柱121的高度Hl的3至6倍之間，較佳但非限定地4倍。在上述尺寸關(guān)系下，可維持第二導(dǎo)電柱122的強(qiáng)度，使半導(dǎo)體芯片100設(shè)于基板12上的過(guò)程中，第二導(dǎo)電柱122不易崩裂(cracking)或不會(huì)崩裂得太嚴(yán)重。此外，當(dāng)?shù)诙?dǎo)電柱122的高度 H2與第一導(dǎo)電柱121的高度Hl的比值太高時(shí)(細(xì)長(zhǎng)比太大)，容易導(dǎo)致階梯狀導(dǎo)電柱120 的電性品質(zhì)下降，本實(shí)施例中，由于第二導(dǎo)電柱122的高度H2介于第一導(dǎo)電柱121的高度 Hl的3至6倍之間，故可維持階梯狀導(dǎo)電柱120的電性品質(zhì)。如圖IA所示，階梯狀導(dǎo)電柱120更包括焊料(solder) 130，其形成于第二導(dǎo)電柱 122的端面上，可幫助階梯狀導(dǎo)電柱120穩(wěn)固地形成于基板12上。一實(shí)施例中，焊料130的外徑Dl大于或?qū)嵸|(zhì)上等于10微米。當(dāng)焊料130的外徑Dl等于或小于10微米，可使半導(dǎo)體芯片100成為細(xì)間距的半導(dǎo)體芯片。階梯狀導(dǎo)電柱120的位置對(duì)應(yīng)于基板12的接墊13， 可使半導(dǎo)體芯片100的電路通過(guò)階梯狀導(dǎo)電柱120電性連接于基板12的接墊13。請(qǐng)參照?qǐng)D1B，其繪示圖IA中沿方向1B-1B’的剖視圖。本實(shí)施例中，第一導(dǎo)電柱 121的剖面形狀圓形、橢圓形或多邊形，本實(shí)施例以圓形為例說(shuō)明，而第二導(dǎo)電柱122的剖面形狀啞鈴形(Daisy Chain)。詳細(xì)來(lái)說(shuō)，第二導(dǎo)電柱122包括第一部分1221、第二部分 1222及連接部分1223，其中第一部分1221、第二部分1222及/或連接部分1223的剖面形狀圓形、橢圓形或多邊形，本實(shí)施例的第一部分1221及第二部分1222的剖面形狀皆以橢圓形，而連接部分1223的剖面形狀以矩形為例說(shuō)明。如圖IB所示，第一部分1221與第一部分1212之間形成至少一凹部R。由于凹部 R的形成，使第二導(dǎo)電柱122提供額外的表面積(凹部R的側(cè)壁面積)與底膠14接觸，進(jìn)而使底膠14更緊密地包覆第二導(dǎo)電柱122。連接部分1223連接第一部分1221與第二部分 1222，且連接部分1223的剖面積小于第一部分1221及第二部分1222的剖面積，可提供更多(相較于省略連接部分1223)的表面積與底膠14接觸。請(qǐng)參照?qǐng)D2，其繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱的剖視圖。本實(shí)施例中，階梯狀導(dǎo)電柱220包括第一導(dǎo)電柱121及第二導(dǎo)電柱222，其中第一導(dǎo)電柱121連接于第二導(dǎo)電柱222。第一導(dǎo)電柱121的剖面形狀圓形、橢圓形或多邊形，本實(shí)施例以圓形為例說(shuō)明，而第二導(dǎo)電柱222包括第一部分1221及第二部分1222，其中第二部分1222直接連接第一部分1221，且第二部分1222與第一部分1221之間形成凹部R。請(qǐng)參照?qǐng)D3，其繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱的剖視圖。本實(shí)施例
6中，階梯狀導(dǎo)電柱320包括第一導(dǎo)電柱321及第二導(dǎo)電柱122，第一導(dǎo)電柱321連接于第二導(dǎo)電柱122，其中第一導(dǎo)電柱321的剖面形狀例如是啞鈴形，其包括第一部分3211、第二部分3212及連接部分3213。第一部分3211、第二部分3212及連接部分3213的剖面形狀分別相似于上述第一部分1221、第二部分1222及連接部分1223的剖面形狀，容此不再贅述。如圖3所示，第一部分3211與第二部分3212之間形成至少一凹部R。由于凹部R 的形成，使第一導(dǎo)電柱321提供額外的表面積(凹部R的側(cè)壁面積)與底膠14(圖1A)接觸，進(jìn)而使底膠14更緊密地包覆第一導(dǎo)電柱321。連接部分3213連接第一部分3211與第二部分3212，且連接部分3213的剖面積小于第一部分3211及第二部分3212的剖面積，故可提供更多(相較于省略連接部分3213)的表面積與底膠14接觸。另一實(shí)施例中，階梯狀導(dǎo)電柱320的第一導(dǎo)電柱321可以類似圖4的第一導(dǎo)電柱 421取代。請(qǐng)參照?qǐng)D4，其繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱的剖視圖。本實(shí)施例中，階梯狀導(dǎo)電柱420包括第一導(dǎo)電柱421及第二導(dǎo)電柱422，第一導(dǎo)電柱421連接于第二導(dǎo)電柱422，其中第一導(dǎo)電柱421包括第一部分3211及第二部分3212，第一部分3211連接于第二部分3212，且與第二部分3212之間形成一凹部R。由于凹部R的形成，使第一導(dǎo)電柱421提供額外的表面積(凹部R的側(cè)壁面積)與底膠14接觸，進(jìn)而使底膠14更緊密地包覆第二導(dǎo)電柱422。第二導(dǎo)電柱422的剖面形狀圓形、橢圓形或多邊形，本實(shí)施例以圓形為例說(shuō)明。請(qǐng)參照?qǐng)D5，其繪示依照本發(fā)明另一實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱的剖視圖。本實(shí)施例中，階梯狀導(dǎo)電柱520包括第一導(dǎo)電柱421及第二導(dǎo)電柱222，第一導(dǎo)電柱421連接于第二導(dǎo)電柱222，其中第一導(dǎo)電柱421包括第一部分3211及第二部分3212，第一部分3211連接于第二部分3212，且與第二部分3212之間形成一凹部R。由于凹部R的形成，使第一導(dǎo)電柱421提供額外的表面積(凹部R的側(cè)壁面積)與底膠14接觸，進(jìn)而使底膠14更緊密地包覆第二導(dǎo)電柱222。綜合上述，本發(fā)明不限制第一導(dǎo)電柱及第二導(dǎo)電柱的幾何形狀。第一導(dǎo)電柱與第二導(dǎo)電柱的一者可以是啞鈴形、圓形、橢圓形、多邊形或其它曲線形，而第一導(dǎo)電柱與第二導(dǎo)電柱的另一者可以是啞鈴形、圓形、橢圓形、多邊形或其它曲線形。請(qǐng)參照?qǐng)D6，其繪示多種階梯狀導(dǎo)電柱的承受應(yīng)力實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖。長(zhǎng)條A表示圓柱導(dǎo)電柱620 (非階梯狀導(dǎo)電柱)的承受應(yīng)力。長(zhǎng)條B及C分別表示階梯狀導(dǎo)電柱720及820 的承受應(yīng)力，其中，階梯狀導(dǎo)電柱720的第一導(dǎo)電柱721及第二導(dǎo)電柱722皆為圓柱，而階梯狀導(dǎo)電柱820的第一導(dǎo)電柱821及第二導(dǎo)電柱822皆為圓柱，此外，第二導(dǎo)電柱722的剖面積大于階梯狀導(dǎo)電柱820的第二導(dǎo)電柱822的剖面積。長(zhǎng)條D表示上述實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱520的承受應(yīng)力，而長(zhǎng)條E表示上述實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱320的承受應(yīng)力。如圖6所示，相較于導(dǎo)電柱620、720及820的承受應(yīng)力，本實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱320及520的承受應(yīng)力都較小，其中，階梯狀導(dǎo)電柱320的承受應(yīng)力又較階梯狀導(dǎo)電柱較 520小。其余階梯狀導(dǎo)電柱120、220及420都有相似的效果，容此不再贅述。綜合上述，本實(shí)施例的階梯狀導(dǎo)電柱具備降低承受應(yīng)力的特性，可避免或改善階梯狀導(dǎo)電柱因應(yīng)力過(guò)大而受到破壞(在基材110設(shè)于基板12的過(guò)程中)，以及可增加階梯狀導(dǎo)電柱的使用壽命。以下說(shuō)明半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10的制造方法。
首先，提供如基材110(圖1A)。然后，可采用例如是電鍍方式，形成階梯狀導(dǎo)電柱120(圖1A)于基材110上，其中階梯狀導(dǎo)電柱120包括第一導(dǎo)電柱121及第二導(dǎo)電柱122。第二導(dǎo)電柱122形成于第一導(dǎo)電柱121上，且第二導(dǎo)電柱122的剖面積小于第一導(dǎo)電柱121的剖面積，其中整個(gè)第二導(dǎo)電柱122與第一導(dǎo)電柱121重迭。至此，形成如圖IA所示的半導(dǎo)體芯片100。其它階梯狀導(dǎo)電柱220、320、420及520的形成方法相似于階梯狀導(dǎo)電柱120的形成方法，容此不再贅述。然后，可將半導(dǎo)體芯片100對(duì)接于基板12 (圖1A)，其中半導(dǎo)體芯片100的階梯狀導(dǎo)電柱120的位置對(duì)應(yīng)于基板12的接墊13，使半導(dǎo)體芯片100通過(guò)階梯狀導(dǎo)電柱120電性連接于基板12。然后,執(zhí)行一回焊工藝(reflow),使焊料130熔化，以焊合于接墊13上。在焊料 130固化后，其固接第二導(dǎo)電柱122與基板12的接墊13。然后，形成底膠14 (圖1A)于半導(dǎo)體芯片100與基板12之間，其中底膠14包覆階梯狀導(dǎo)電柱120。至此，形成如圖IA所示的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)10。雖然上述形成導(dǎo)電柱以第一導(dǎo)電柱121及第二導(dǎo)電柱122為例說(shuō)明，然其它第一導(dǎo)電柱及第二導(dǎo)電柱的形成方法相似于第一導(dǎo)電柱121及第二導(dǎo)電柱122，容此不再贅述。綜上所述，雖然本發(fā)明已以實(shí)施例揭露如上，然其并非用以限定本發(fā)明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識(shí)者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動(dòng)與潤(rùn)飾。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體芯片,包括一基材；以及一階梯狀導(dǎo)電柱，形成于該基材且包括一第一導(dǎo)電柱；及一第二導(dǎo)電柱，形成于該第一導(dǎo)電柱上，該第二導(dǎo)電柱的剖面積小于該第一導(dǎo)電柱的剖面積；其中，該第一導(dǎo)電柱及該第二導(dǎo)電柱中至少一者各包括一第一部分及一第二部分，該第二部分連接于該第一部分且與該第一部分之間形成一凹部。
2.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體芯片，其中該第二導(dǎo)電柱的體積小于該第一導(dǎo)電柱的體積，且該第一導(dǎo)電柱的體積介于該第二導(dǎo)電柱的體積的O. I至5倍之 間。
3.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體芯片，其中該第一導(dǎo)電柱及該第二導(dǎo)電柱中至少一者各包括一連接部分，連接該第一部分與該第二部分，該連接部分的剖面積小于該第一部分的剖面積及該第二部分的剖面積。
4.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體芯片，其中該第一導(dǎo)電柱及該第二導(dǎo)電柱的剖面形狀各為圓形、橢圓形或多邊形。
5.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體芯片，包括相鄰的二該階梯狀導(dǎo)電柱，相鄰的該二導(dǎo)電柱的間距小于80微米。
6.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體芯片，其中該第一導(dǎo)電柱的高度介于2至50微米之間， 該第二導(dǎo)電柱的高度介于該第一導(dǎo)電柱的高度的3至6倍之間。
7.如權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體芯片，其中整個(gè)該第二導(dǎo)電柱與該第一導(dǎo)電柱重迭。
8.—種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu),包括一基板；一半導(dǎo)體芯片，設(shè)于該基板上且包括一基材；及一階梯狀導(dǎo)電柱，形成于該基材上且包括一第一導(dǎo)電柱；及一第二導(dǎo)電柱，形成于該第一導(dǎo)電柱上，該第二導(dǎo)電柱的剖面積小于該第一導(dǎo)電柱的剖面積；其中，該第一導(dǎo)電柱及該第二導(dǎo)電柱中至少一者各包括一第一部分及一第二部分，該第二部分連接于該第一部分且與該第一部分之間形成一凹部；以及一底膠，形成于該基板與該半導(dǎo)體芯片之間。
9.一種半導(dǎo)體芯片的制造方法，包括提供一基材；以及形成一階梯狀導(dǎo)電柱于該基材上，其中該階梯狀導(dǎo)電柱包括一第一導(dǎo)電柱及一第二導(dǎo)電柱，該第二導(dǎo)電柱形成于該第一導(dǎo)電柱上，該第二導(dǎo)電柱的剖面積小于該第一導(dǎo)電柱的剖面積，該第一導(dǎo)電柱及該第二導(dǎo)電柱中至少一者各包括一第一部分及一第二部分，該第二部分連接于該第一部分且與該第一部分之間形成一凹部。
10.如權(quán)利要求9所述的制造方法，其中該第一導(dǎo)電柱及該第二導(dǎo)電柱中至少一者各包括一連接部分，連接該第一部分與該第二部分，該連接部分的剖面積小于該第一部分的剖面積及該第二部分的剖面積。
全文摘要
一種半導(dǎo)體芯片、應(yīng)用其的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。半導(dǎo)體芯片包括基材及階梯狀導(dǎo)電柱。階梯狀導(dǎo)電柱形成于基材且包括第一導(dǎo)電柱及第二導(dǎo)電柱。第二導(dǎo)電柱形成于第一導(dǎo)電柱上，第二導(dǎo)電柱的剖面積小于第一導(dǎo)電柱的剖面積。第一導(dǎo)電柱及第二導(dǎo)電柱中至少一者各包括第一部分及第二部分，第二部分連接于第一部分且與第一部分之間形成一凹部。
文檔編號(hào)H01L21/48GK102593088SQ20121006999
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2012年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月16日
發(fā)明者劉琪婷, 林宏哲, 羅健文, 陳建泛 申請(qǐng)人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司