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TW201403801A - 半導體裝置及其製造方法 - Google Patents

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TW201403801A TW102121469A TW102121469A TW201403801A TW 201403801 A TW201403801 A TW 201403801A TW 102121469 A TW102121469 A TW 102121469A TW 102121469 A TW102121469 A TW 102121469A TW 201403801 A TW201403801 A TW 201403801A
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Abstract

一種半導體裝置,包括:一金屬接墊,位於一影像感測晶片之一表面,其中該影像感測晶片包括一影像感測器;以及一柱狀凸塊,位於該金屬接墊上並電性連結該金屬接墊,其中該柱狀凸塊包括一凸塊區以及連接於該凸塊區之一尾段區,其中該尾段區包括大體垂直於該金屬接墊之一頂面之一金屬導線部,而其中該尾段區係夠短以支撐其本身之重力。

Description

半導體裝置及其製造方法
本發明係關於積體電路製作,且特別是關於包含影像感測晶片之一種半導體裝置及其製造方法。
由於具有較高之光子捕捉效率,後側照光影像感測晶片(backside illumination image sensor chip)正取代了前側照光影像感測晶片(front-side illumination sensor chip)的使用。於後側照光影像感測晶片的製作中,影像感測器與邏輯電路係形成於晶圓之矽基板上,並接著於此矽基板之一前側表面上形成一內連結構。
後側照光感測晶片已應用於多種電子裝置之中,於此些應用中係將後側照光感測晶片與一陶瓷基板相結合。
依據一實施例,本發明提供了一種半導體裝置,包括:一金屬接墊,位於一影像感測晶片之一表面,其中該影像感測晶片包括一影像感測器;以及一柱狀凸塊,位於該金屬接墊上並電性連結該金屬接墊,其中該柱狀凸塊包括一凸塊區以及連接於該凸塊區之一尾段區,其中該尾段區包括大體垂直於該金屬接墊之一頂面之一金屬導線部,而其中該尾段區係夠短以支撐其本身之重力。
依據另一實施例,本發明提供了一種半導體裝置,包括:一影像感測晶片,包括:一半導體基板;一影像感測器,位於該半導體基板之一前側;以及一金屬接墊,位於該半導體基板之一後側上;一銲錫層,位於該金屬接墊上;以及一柱狀凸塊,位於該銲錫層上且透過該銲錫層而電性耦接該金屬接墊,其中該柱狀凸塊包括一凸塊區以及附著於該凸塊區之一尾段區,該尾段區包括具有一大體均勻尺寸之一金屬導線部。
依據又一實施例,本發明提供了一種半導體裝置之製造方法,包括:形成一銲錫層於一影像感測晶片之一金屬接墊上,其中該影像感測晶片包括一影像感測器;連結一金屬導線至該銲錫層上;以及切割該金屬導線以形成一柱狀凸塊於該銲錫層上,其中該柱狀凸塊包括一凸塊區以及連結於該凸塊區之一尾段區,且其中該尾段區係夠短以支撐其本身之重力。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂,下文特舉一較佳實施例,並配合所附的圖式,作詳細說明如下。
20‧‧‧影像感測晶片
21‧‧‧載體
22‧‧‧半導體基板
22A‧‧‧前側表面
22B‧‧‧後側表面
24‧‧‧影像感測器
26‧‧‧金屬接墊
26A‧‧‧金屬表面
26B‧‧‧含鋁接墊
28‧‧‧彩色濾光物
30‧‧‧微透鏡
32‧‧‧導電介層物
34‧‧‧內連結構
36‧‧‧金屬接墊
38‧‧‧銲錫層
40‧‧‧保護層
42‧‧‧柱狀凸塊
44‧‧‧凸塊區
46‧‧‧尾段區
48‧‧‧銲針
50‧‧‧金屬銲線
52‧‧‧雷射產生裝置
54‧‧‧基板
56‧‧‧電性連結物
57‧‧‧開口
58‧‧‧金屬接墊
59‧‧‧金屬導線
60‧‧‧金屬表面
61‧‧‧玻璃上蓋
62‧‧‧銲錫層
64‧‧‧金屬接墊
66‧‧‧印刷電路板
W1‧‧‧頂部的寬度
W2‧‧‧底部的寬度
H1‧‧‧柱狀凸塊之高度
H2‧‧‧尾段區之高度
第1-4圖為一系列剖面圖,顯示了依據本發明一實施例中封裝一影像感測晶片中之數個中間階段。
本發明提供了一種影像感測裝置之內連結構及其製造方法。於圖式中顯示了形成包括一影像感測晶片之一種封 裝物之數個中間階段。並討論了多個實施例之變化情形。於以下圖示之實施例中,相同標號係代表相同元件。
第1圖顯示了一影像感測晶片20之一剖面圖。於一實施例中,影像感測晶片20為一後側照光影像感測晶片(backside illumination(BSI)image sensor chip)。於其他實施例中,影像感測晶片20為一前側照光影像感測晶片(front-side illumination image sensor chip)。影像感測晶片20包括一半導體基板22,其可為一矽基板。或者,基板22可由其他半導體材料所形成,例如為矽鍺、碳化矽、III-V族化合物半導體或相似物。例如為感光二極體之數個影像感測器24(未顯示於第1圖中,顯示於第2圖中),可形成於影像感測晶片20內。
第2圖顯示了影像感測器20內一部的放大情形。影像感測器20包括一載體21,載體21係位於影像感測晶片20之前側且連結於一介電層。如第2圖所示,影像感測晶片20包括了數個影像感測器24,其設置於半導體基板22之前側表面22A上。此些影像感測器24可形成包括數行與數列之一陣列。位於半導體基板22之後側以及位於半導體基板22之後側表面22B之上形成有數個彩色濾光物28以及數個微透鏡30。此些彩色濾光物28與微透鏡30分別對準於此些影像感測器24之一。光線可穿透微透鏡30、彩色濾光物28而為影像感測器24所接收。此些影像感測器24可將光線轉換成為電子訊號。
於影像感測晶片20之後側上形成有金屬接墊26,而金屬接墊26係用於電性連結影像感測晶片20內之電路。於部份實施例中,金屬接墊26包括銅、鋁、鎳及/或相似物。金屬 接墊26係透過導電介層物(conductive vias)32而連結於前側之內連結構34,而導電介層物32穿透了半導體基板22。於圖示實施例中,導電介層物32可為於形成金屬接墊26時同一時間所形成之金屬介層物。金屬介層物32可著陸於金屬接墊36之上,其可為前側內連結構34之一底金屬層。
於部份實施例中,金屬接墊26包括含鋁接墊26B上之金屬表面26A,而金屬表面可包括鋁銅。金屬表面26A可包括一鎳層、一鈀層、一無電鍍鎳浸鍍金(electroless nickel immersion gold,ENIG)、無電鍍鎳鈀(electroless nickel electroness palladium,ENEP)、無電鍍鎳鈀浸鍍金(electroless nickel electroless palladium immersion gold,ENEPIG)、浸鍍錫(immersion Tin)、浸鍍銀(immersion silver)、浸鍍金(immersion gold)或相似物。可採用浸鍍(immersion)、電鍍或相似方法以形成金屬表面26A。再者,於金屬接墊26之頂部形成有銲錫層38。銲錫層38可由共熔銲錫(eutectic solder)、無鉛銲錫(lead free solder)或相似物所形成。可形成由氧化物(例如氧化矽層)與氮化物層(例如氮化矽層)所形成之一保護層40,以覆蓋金屬接墊26與導電介層物32之部分頂面,其中金屬接墊26或銲錫層38之一中心部係透過位於保護層40內之一開口所露出。銲錫層38於形成時可穿透位於保護層40內之開口而接觸了金屬接墊26。
第3圖顯示了於銲錫層38上之柱狀凸塊(stud bump)42的形成。於金屬接墊26上沒有形成銲錫層之實施例中,柱狀凸塊42係形成於金屬接墊26之上並與之接觸。或者, 柱狀凸塊42係形成於銲錫層38之上並與之接觸。柱狀凸塊42例如是包括一凸塊區(bump region)44與一尾段區(tail region)46。尾段區46亦為具有大體一致尺寸(依照尾段區46之剖面區域的形狀而定,例如為直徑)之金屬導線。於部份實施例中,柱狀凸塊42具有一高度H1,其可介於50-200微米。尾段區46之高度H2可介於20-170微米。於部份實施例中,高度H2亦可大於約200微米或大於300微米。
柱狀凸塊42可藉由一打線接合方法所形成。於部份實施例中,柱狀凸塊42的形成可透過如銲針(capillary)48之一銲線機(bonder)所形成,其中金屬銲線(metal wire)50係通過了銲針48內之一孔洞。金屬銲線50可為一金線、一銅線、塗佈有鈀之銅線或相似物。於形成柱狀凸塊42之一示範方法中,首先藉由如火焰以融化導線50之尖端而於導線50之尖端形成一金屬球(未顯示)。接著拉低銲針48以接合金屬球至銲錫層38上以形成凸塊區44。接著,當金屬導線50仍黏著於凸塊區44時向上移動銲針48。接著於一特定位置切斷金屬導線50。當金屬導線50被切斷後,金屬導電50仍維持一直立位置。金屬導線50之切割可藉由投射雷射至金屬導線50上而施行,其中此雷射為係藉由一雷射產生裝置52所形成。或者,金屬導線50的切割可藉由一夾具(clamp)、一刀片(blade)或相似物所施行。
於切割後,金屬導線50之一部便留置於凸塊區44之上以形成此尾段區46。尾段區46可大體直立,金屬接墊26之尾段區之46具有大體垂直於各別頂面26A之一長度方向。尾段區46可支撐其本身對於重力的拉扯,因此尾段區46可當沒有外 力施加於其上時仍然保持直立。尾段區46可包括具有一致尺寸(例如直徑)之一部,其尺寸相同於金屬導線50之尺寸。再者,尾段區46之剖面外型係相同於金屬導線50之剖面外型。尾段區46之頂部的寬度W1以及底部的寬度W2係為大體相同。
第4圖顯示了接合影像感測晶片20至基板54後之情形。於部份實施例中,基板54包括數個連結於柱狀凸塊42之電性連結物56。基板54更包括開口(window)57,光線可透過開口57而穿透並抵達影像感測器24處。玻璃上蓋61則覆蓋了開口57以保護影像感測晶片20,且同時允許了光線的穿透。
影像感測晶片24係藉由覆晶接合(flip-chip bonding)方式連結於基板54,其中柱狀凸塊42係連結於基板54之電性連接物56。基板54可為一陶瓷基(ceramic-based)基板,其中金屬導線(metal traces)59係形成於基板54內以電性連結電性連結物56。於部份實施例中,電性連結物56包括了金屬接墊58、位於金屬接墊58上之金屬表面60及/或位於金屬表面60上之銲錫層62。於其他實施例中,電性連接物56並不包括金屬表面60及/或銲錫層62。金屬接墊58可由鋁、銅、鎳及/或相似物所形成。金屬末端60可由鎳、鈀、金、銀、錫及或相似物所形成,且可採用浸鍍法、電鍍法、無電鍍鎳浸鍍金(electroless nickel immersion gold,ENIG)、無電鍍鎳鈀(electroless nickel electroness palladium,ENEP)、無電鍍鎳鈀浸鍍金(electroless nickel electroless palladium immersion gold,ENEPIG)、或相似方法所形成。
於部份實施例中,當連結影像感測晶片20至基板 54時,基板54係經過加熱至低於銲錫層62之熔化溫度之一溫度,使得銲錫層62係經過軟化但沒有熔化。如此,柱狀凸塊42之尾段區46與導電連接物56之間具有良好的接觸情形。然而,柱狀凸塊42之凸塊區44並不會接觸導電連接物56。再者,基板54可連結於印刷電路板66,例如是透過於其間之異向性導電膜(anisotropic conductive film,ACF)。因此導電連接物56可電性連結於印刷電路板66之金屬接墊64。
於部份實施例中,藉由包括有尾段區46之柱狀凸塊42的形成,而非堆疊型柱狀凸塊(stacked stud bumps)的形成,柱狀凸塊可形成於每一金屬接墊26之上。值得注意的是當形成上數堆疊型柱狀凸塊時,由於影像感測晶片20非常薄,故每一堆疊型柱狀凸塊的形成可能會造成了毀損影像感測晶片20。因此,於每一金屬接墊226上形成所需之單一柱狀凸塊,可降低毀損影像感測晶片20之風險性。再者,相對為軟之銲錫層38可吸收於柱狀凸塊的接合時的衝擊力道。銲錫層38與62亦可改善覆晶接合的可靠度。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此項技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
20‧‧‧影像感測晶片
21‧‧‧載體
22‧‧‧半導體基板
26‧‧‧金屬接墊
30‧‧‧微透鏡
34‧‧‧內連結構
38‧‧‧銲錫層

Claims (10)

  1. 一種半導體裝置,包括:一金屬接墊,位於一影像感測晶片之一表面,其中該影像感測晶片包括一影像感測器;以及一柱狀凸塊,位於該金屬接墊上並電性連結該金屬接墊,其中該柱狀凸塊包括一凸塊區以及連接於該凸塊區之一尾段區,其中該尾段區包括大體垂直於該金屬接墊之一頂面之一金屬導線部,而其中該尾段區係夠短以支撐其本身之重力。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置,更包括一銲錫層,位於該金屬接墊之上以及位於該柱狀凸塊之下。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之半導體裝置,更包括一基板,連結於該影像感測晶片,其中該基板包括接觸該柱狀凸塊之該尾段區之一電性連接物。
  4. 一種半導體裝置,包括:一影像感測晶片,包括:一半導體基板;一影像感測器,位於該半導體基板之一前側;一金屬接墊,位於該半導體基板之一後側上;一銲錫層,位於該金屬接墊上;以及一柱狀凸塊,位於該銲錫層上且透過該銲錫層而電性耦接該金屬接墊,其中該柱狀凸塊包括一凸塊區以及附著於該凸塊區之一尾段區,該尾段區包括具有一大體均勻尺寸之一金屬導線部。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之半導體裝置,其中該金屬導線部大體垂直於該金屬接墊之一頂面且為夠短以支撐其本身之重力。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之半導體裝置,其中該凸塊區接觸該銲錫層,且其中該尾段區之該第一端接觸該凸塊區,而該尾段區之一第二段並未接觸其他之導電構件。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之半導體裝置,更包括一基板,透過覆晶接合而接合於該影像感測裝置,其中該基板包括接觸該柱狀凸塊之該尾段區之一導電連接物。
  8. 一種半導體裝置之製造方法,包括:形成一銲錫層於一影像感測晶片之一金屬接墊上,其中該影像感測晶片包括一影像感測器;連結一金屬導線至該銲錫層上;以及切割該金屬導線以形成一柱狀凸塊於該銲錫層上,其中該柱狀凸塊包括一凸塊區以及連結於該凸塊區之一尾段區,且其中該尾段區係夠短以支撐其本身之重力。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之半導體裝置之製造方法,其中於該切割步驟之後,該尾段區具有垂直於該金屬接墊之一頂面之一長度方向。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之半導體裝置之製造方法,於形成該金屬凸塊步驟之後,更包括藉由覆晶接合而連結該影像感測晶片至一基板處,其中該柱狀凸塊之該尾段區係接觸於該基板之一電性連接物。
TW102121469A 2012-07-11 2013-06-18 半導體裝置及其製造方法 TWI492370B (zh)

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