用于晶圓級(jí)封裝件中的球柵陣列的焊料接合結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于晶圓級(jí)封裝件中的球柵陣列的焊料接合結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]在晶圓級(jí)芯片尺寸封裝件結(jié)構(gòu)的形成中，首先在晶圓中的半導(dǎo)體襯底的表面處形成諸如晶體管的集成電路器件。然后在集成電路器件上方形成互連結(jié)構(gòu)。金屬焊盤在互連結(jié)構(gòu)上方形成并且電連接至互連結(jié)構(gòu)。在金屬焊盤上方形成鈍化層和第一聚酰亞胺層，其中，金屬焊盤通過鈍化層和第一聚酰亞胺層中的開口暴露。
[0003]然后在第一聚酰亞胺層上形成晶種層，隨后形成后鈍化互連(PPI)線和焊盤?？梢酝ㄟ^在晶種層上形成并圖案化第一光刻膠、在第一光刻膠中的開口中鍍PPI線和焊盤、并且然后去除第一光刻膠來形成PPI線和焊盤。去除晶種層的先前被第一光刻膠覆蓋的部分。接下來，在PPI線和焊盤上方形成第二聚酰亞胺層，以及形成延伸進(jìn)入第二聚酰亞胺層中的開口內(nèi)的凸塊下金屬(UBM)。UBM電連接至PPI線和焊盤。UBM用于與封裝件襯底形成焊料接合件。
[0004]UBM的形成也包括形成UBM晶種層、形成并圖案化第二光刻膠、在UBM晶種層上形成UBM、去除第二光刻膠、以及去除UBM晶種層的先前被第二光刻膠覆蓋的部分。
[0005]在上述工藝步驟中，形成并去除了兩層光刻膠，并且形成并部分地去除了兩個(gè)晶種層。因此制造成本較高。繼續(xù)尋找用于晶圓級(jí)封裝件的改進(jìn)的方法和結(jié)構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種封裝件，包括:封裝件襯底；半導(dǎo)體芯片；焊料接合件的陣列，位于所述封裝件襯底和所述半導(dǎo)體芯片之間，每個(gè)所述焊料接合件均具有鄰近所述半導(dǎo)體芯片的底部和鄰近所述封裝件襯底的頂部；以及模塑料，圍繞所述焊料接合件的底部，而不圍繞所述焊料接合件的頂部，其中，所述頂部比所述底部具有更高的高度。
[0007]在上述封裝件中，所述焊料接合件的頂部與所述模塑料的頂面形成90度以下的角度。
[0008]在上述封裝件中，所述焊料接合件的頂部與所述模塑料的頂面形成介于約30度至約80度之間的角度。
[0009]在上述封裝件中，所述焊料接合件的頂部中的最小直徑與所述底部中的最大寬度相等或大于所述底部中的最大寬度。
[0010]在上述封裝件中，所述頂部的高度大于100微米。
[0011]在上述封裝件中，所述底部的高度小于約100微米。
[0012]在上述封裝件中，最大焊料接合件直徑處相對(duì)于所述底部的頂端的高度為10微米以下。
[0013]在上述封裝件中，所述模塑料的頂面的粗糙度大于約2微米。
[0014]在上述封裝件中，所述粗糙度為約3微米。
[0015]在上述封裝件中，橫跨在所述模塑料的頂端上的鄰近的焊料接合件之間的距離大于約200微米，并且所述焊料接合件之間的間距為約400微米。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種方法，包括:提供部分制造的半導(dǎo)體芯片，所述部分制造的半導(dǎo)體芯片上具有后鈍化互連件(PPI);在所述PPI上放置導(dǎo)電球；加熱所述部分制造的半導(dǎo)體芯片以將所述導(dǎo)電球回流成中間焊料接合件；使用離型膜在所述中間焊料接合件周圍沉積模塑料至第一高度；以及等離子體蝕刻所述模塑料至第二高度。
[0017]在上述方法中，還包括:提供印刷電路板(PCB)，所述印刷電路板上具有導(dǎo)電焊盤；使所述PCB的導(dǎo)電焊盤與所述半導(dǎo)體芯片的中間焊料接合件接觸；以及加熱所述PCB和所述半導(dǎo)體芯片以將所述中間焊料接合件回流成焊料接合件。
[0018]在上述方法中，所述焊料接合件高度為所述導(dǎo)電球高度的85%以下。
[0019]在上述方法中，所述等離子體蝕刻包括利用含氟等離子體的蝕刻。
[0020]在上述方法中，實(shí)施所述等離子體蝕刻的持續(xù)時(shí)間介于約100秒至400秒之間。
[0021]在上述方法中，所述等離子體蝕刻去除介于約15微米至50微米之間的所述模塑料。
[0022]在上述方法中，所述離型膜的高度介于約100微米至約150微米之間。
[0023]在上述方法中，所述第一高度介于約115微米至約130微米之間并且所述第二高度介于約85微米至約100微米之間。
[0024]在上述方法中，所述第一高度為導(dǎo)電球高度的約一半，并且其中，所述第二高度為所述導(dǎo)電球高度的約40%以下。
[0025]在上述方法中，在所述等離子體蝕刻之后，所述模塑料的頂面與所述模塑料上方的所述中間焊料接合件形成介于約50度至約105度之間的角度。
【附圖說明】
[0026]為了更完全地理解實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)在將結(jié)合附圖進(jìn)行的以下描述作為參考，其中:
[0027]圖1是根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例的封裝件的截面圖；以及
[0028]圖2至圖12是根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的在制造芯片和接合芯片中的中間階段的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面詳細(xì)地討論了本發(fā)明的實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，實(shí)施例提供了許多可以體現(xiàn)在各種具體環(huán)境中的適用的發(fā)明概念。討論的具體實(shí)施例是說明性的，并且不限制本發(fā)明的范圍。
[0030]根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例，提供了封裝件及其形成方法。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例示出了在制造封裝件的各個(gè)中間階段中的工件的截面圖。也討論了實(shí)施例的變化。貫穿各個(gè)視圖和實(shí)施例，相同的參考標(biāo)號(hào)用于標(biāo)示相同的元件。
[0031]模塑料作為粘性液體施加在工件上。工件包括半導(dǎo)體器件、互連結(jié)構(gòu)、鈍化層、后鈍化互連件(PPI)和位于PPI上的中間焊料接合件。通過回流放置在PPI上的導(dǎo)電球(即，焊料球)形成中間焊料接合件。通常，導(dǎo)電球是實(shí)心球，并且中間焊料接合件具有平坦側(cè)(flat side)，其中，在平坦側(cè)中間焊料接合件接合至PPI。其余的中間焊料接合件具有通過回流工藝期間的表面張力限定的半球形。從而，導(dǎo)電球的高度高于中間焊料接合件的高度。通過將離型膜按壓在液態(tài)模塑料和工件上方來模制液態(tài)模塑料。位于中間焊料接合件上方的離型膜可以變形以形成水平模塑料，其中，在導(dǎo)電球之間具有一些彎曲度。離型膜的性能和中間焊料接合件的尺寸確定了產(chǎn)生的模塑料的厚度。根據(jù)各個(gè)實(shí)施例，離型膜可以用于形成相對(duì)較厚的，或較高的模塑料層，例如，對(duì)于250微米的導(dǎo)電球，模塑料層的厚度或高度介于約110至135微米之間。對(duì)于相同尺寸的導(dǎo)電球，可以形成較薄，或較短的模塑料層的離型膜是不可用的。離型膜的厚度大于100微米，并且可以為約150微米，或更大。位于中間焊料接合件上方的離型膜的部分必須變形，從而不使中間焊料接合件對(duì)PPI機(jī)械地施加應(yīng)力，不在中間焊料接合件上方的離型膜的其他部分必須下壓在鄰近的中間焊料接合件之間的液態(tài)模塑料上。液態(tài)模塑料可以固化以形成模塑料。
[0032]在中間焊料接合件周圍使用模塑料可以加強(qiáng)PPI上的中間焊料接合件，從而使得與封裝件襯底的后續(xù)接合工藝將不會(huì)使中間焊料接合件從PPI移動(dòng)。在后續(xù)接合工藝期間，在高溫環(huán)境下，其上具有導(dǎo)電焊盤的封裝件襯底與工件對(duì)準(zhǔn)并且擠壓工件。中間焊料接合件回流并且接合至封裝件襯底中的導(dǎo)電焊盤。可用于形成焊料接合件的中間焊料接合件的表面面積限制于未被模塑料密封的部分。產(chǎn)生的焊料接合件通常具有有差異的頂部和底部。頂部參與回流并且接合至封裝件襯底上的導(dǎo)電焊盤。底部由模塑料密封。觀察到位于頂部和底部之間的腰部(waist)。腰部在頂部和底部之間可以不具有平滑過渡并且可以具有易于受到機(jī)械缺陷影響的缺點(diǎn)。在很多情況下，腰部是焊料接合件的頂部和底部的尖端環(huán)。在一些情況下，腰部類似于單葉雙曲面的狹窄部分。
[0033]圖1是在焊料接合件的頂部和底部之間具有平滑過渡的封裝件100的截面圖，其中，焊料接合件不具有上述的腰部的缺點(diǎn)。封裝件100包括其上具有后鈍化互連(PPI)焊盤103的半導(dǎo)體芯片101。在特定實(shí)施例中，PPI焊盤103可以包括凸塊下金屬(UBM)?？梢允怯∷㈦娐钒?PCB)的封裝件襯底105上具有接合焊盤107。焊料接合件109設(shè)置在封裝件襯底105和半導(dǎo)體芯片101之間，并且在接合焊盤107和PPI焊盤103之間提供電傳導(dǎo)。焊料接合件109具有高度Hs并且下部由模塑料111圍繞。焊料接合件109可以由兩部分109A和109B限定。頂部109A不接觸模塑料111。底部109B在其側(cè)壁處由模塑料111圍繞。在一些實(shí)施例中，通常為聚合物的底部填充材料113設(shè)置在焊料接合件109、模塑料111、封裝件襯底105和半導(dǎo)體芯片101之間。
[0034]模塑料的表面與焊料接合件109的頂部109A的側(cè)壁之間形成角度Φ。角度Φ為90度以下，例如，介于約30度和約80度之間。頂部109A具有比底部109B更大的高度。換句話說，焊料接合件高度Hs的超過50%是頂部。在一些實(shí)施例中，頂部的高度大于100微米，而底部的高度小于約100微米。焊料接合件109的側(cè)壁輪廓是不具有突出(singularity)或尖端的平滑曲線。在頂部109A和底部109B之間