專利名稱：晶圓、芯片制造方法及焊線接合結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)于一種焊線接合結(jié)構(gòu)，更特別有關(guān)于一種焊線接合結(jié)構(gòu)，其中間材料 介于銅制焊線與鋁制接墊之間作為施壓緩沖之用，藉此該銅制焊線在施壓工藝時(shí)所造成的 力將不會(huì)損壞鋁制接墊的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
參考圖1，在半導(dǎo)體封裝構(gòu)造工藝中，焊線接合方法的技術(shù)廣泛地將焊線14應(yīng)用 于芯片10的接墊11與基板12的接墊13間的電性連接。打線接合工藝是以金線為主，但 銅線具有低成本的優(yōu)勢。相較于金，銅具有較佳的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性，可使銅制焊線的線徑較 細(xì)及散熱效率較佳。然而，銅具有延性不足及易氧化的缺點(diǎn)，使銅制焊線在應(yīng)用上仍有所限 制。目前，銅制焊線只能應(yīng)用在大尺寸的芯片接墊或低介電值材料(Iow-K)晶圓的芯 片接墊，其原因在于銅制焊線接合工藝的成功將取決于芯片接墊的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。為了避免銅 制焊線接合工藝的失敗，小尺寸芯片接墊將被限制。參考圖2至4，其顯示已知銅制焊線接合方法。參考圖2，經(jīng)由一打線機(jī)，提供一銅 制焊線20，其包含一銅線22及一銅球24。該銅球24是利用放電的方法或氫焰燒結(jié)成球而 連接于該銅線22的一端。參考圖3，將該銅球24施壓而變形。參考圖4，經(jīng)由一振動(dòng)工藝， 將該銅球24接合于一鋁制接墊32。然而，在施壓工藝時(shí)，由于銅的硬度較大，因此施壓時(shí)銅 制焊線20所造成的力將可能損壞鋁制接墊32的結(jié)構(gòu)。再者，先前技術(shù)的鋁制接墊32與銅 制焊線20之間的介金屬化合物(intermetallic compound ；IMC)所形成的數(shù)量不足，因此 先前技術(shù)的焊線接合結(jié)構(gòu)具有較小的鍵結(jié)力，進(jìn)而只具有較低的可靠度。參考圖5，美國專利第6，329，722 Bl號，標(biāo)題為“用于集成電路的具有 同金屬化處理白勺接 S； (Bonding Pads for Integrated Circuits Having Copper InterconnectMetallization) ”，揭示一種裝置具有薄金屬涂層70 (諸如錫)，其針對用于 集成電路的具有銅金屬化處理的接墊60形成強(qiáng)大的鍵結(jié)。該薄金屬涂層70的表面氧化可 被限制，且其氧化物可容易地被移除。再者，具有該薄金屬涂層70的接墊60可在低溫時(shí)形 成介金屬，致使該接墊60可焊接與兼容于焊線80。雖然該錫金屬涂層可在低溫時(shí)與焊線之間形成介金屬，但是先前技術(shù)的接墊為銅 所制必須考慮氧化的問題，諸如該錫金屬涂層必須覆蓋整個(gè)該銅制接墊所裸露的面積，以 避免銅制接墊的氧化。因此，便有需要提供一種焊線接合結(jié)構(gòu)，能夠解決前述的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供一種焊線接合結(jié)構(gòu)，其中間材料介于銅制焊線與鋁制接 墊之間作為施壓緩沖之用，藉此該銅制焊線在施壓工藝時(shí)所造成的力將不會(huì)損壞鋁制接墊 的結(jié)構(gòu)。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種焊線接合結(jié)構(gòu)，其包含一鋁制接墊、一中間材料及 一銅制焊線。該中間材料覆蓋該鋁制接墊，并固定于該鋁制接墊上。該銅制焊線接合于該 中間材料。根據(jù)本發(fā)明的焊線接合方法，在施壓工藝時(shí)，由于該中間材料介于該銅制焊線與 鋁制接墊之間作為施壓緩沖之用，因此銅制焊線所造成的力將不會(huì)損壞鋁制接墊的結(jié)構(gòu)。 再者，本發(fā)明的焊線接合結(jié)構(gòu)的中間材料與銅制焊線間以及中間材料與鋁制接墊之間皆具 有較大的鍵結(jié)力，進(jìn)而具有較高的可靠度。為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、和優(yōu)點(diǎn)能更明顯，下文將配合附圖，作詳 細(xì)說明如下。


圖1為先前技術(shù)的焊線接合方法的剖面示意圖。 圖2至4為先前技術(shù)的銅制焊線接合方法的剖面示意圖。 圖5為先前技術(shù)的焊線接合結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。 圖6至9為本發(fā)明的一實(shí)施例的芯片制造方法的剖面示意圖。 圖10為本發(fā)明的一替代實(shí)施例的芯片制造方法的剖面示意圖。 圖Ila及l(fā)ib為本發(fā)明之中間材料的平面圖。 圖12a及12b為本發(fā)明的另一種中間材料的平面圖。 圖13a至13d為本發(fā)明之中間材料的剖面圖。
圖14至16為本發(fā)明的第一實(shí)施例的銅制焊線接合方法的剖面示意圖, 圖17至19為本發(fā)明的第二實(shí)施例的銅制焊線接合方法的剖面示意圖, 圖20-21為了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的剖面示意圖。 主要組件符號說明10-H-* LL 心片11接墊
12基板13接墊
14焊線
20焊線22銅線
24銅球32接墊
60接墊70金屬涂層
80焊線100晶圓
102打線機(jī)110-H-* LL 心片
112保護(hù)層
120焊線122線狀部
124塊狀部125圖案
132接墊140中間材料
140，中間材料141圖案
Al外面積A2面積
具體實(shí)施例方式參考圖6至9，其顯示本發(fā)明的一實(shí)施例的芯片制造方法。參考圖6，提供一晶圓 100，其定義有數(shù)個(gè)數(shù)組式排列的芯片110。參考圖7，其顯示本發(fā)明的芯片的局部放大圖， 每一芯片110包含一保護(hù)層112及至少一鋁制接墊132。該保護(hù)層112覆蓋該鋁制接墊 132，并裸露出一部分的該鋁制接墊132，藉此該鋁制接墊132具有一外面積Al。參考圖8， 將一中間材料140覆蓋該鋁制接墊132，并固定于該鋁制接墊132上。該中間材料140的厚 度介于約0. 1與約10密爾(mil)之間。在本實(shí)施例中，可經(jīng)由一電鍍工藝，將該中間材料140覆蓋該鋁制接墊132，并固 定于該鋁制接墊132上。在另一實(shí)施例中，可經(jīng)由一濺鍍工藝，將該中間材料140覆蓋該鋁 制接墊132，并固定于該鋁制接墊132上。在又一實(shí)施例中，可經(jīng)由一印刷工藝，將該中間材 料140覆蓋該鋁制接墊132，并固定于該鋁制接墊132上。由于該鋁制接墊I32不須考慮氧化問題，因此該中間材料140不須覆蓋整個(gè)該鋁 制接墊132所裸露的外面積Al。較佳地，該鋁制接墊132被該中間材料140所覆蓋的面積 A2可小于99%的該鋁制接墊132的外面積Al。同時(shí)，可節(jié)省該中間材料140的用量。再 者，由于該中間材料140所覆蓋的面積A2必須有足夠大，才能用以焊接于一焊線，因此該鋁 制接墊132被該中間材料140所覆蓋的面積A2可大于30%的該鋁制接墊的外面積Al。參考圖9，將該晶圓100切割成數(shù)個(gè)芯片110，如此以形成本發(fā)明的具有鋁制接墊 132及中間材料140的芯片110。另外，參考圖10，在一替代實(shí)施例中，本發(fā)明的芯片制造方法可另包含下列步驟 將該中間材料140’的頂面形成有至少一第一圖案141，如此以形成本發(fā)明的具有鋁制接墊 132及圖案化中間材料140’的芯片110。在本實(shí)施例中，可經(jīng)由一微影蝕刻工藝，將該中間 材料140’的頂面形成有至少一第一圖案141。在另一實(shí)施例中，可經(jīng)由一激光鉆孔工藝，將 該中間材料140’的頂面形成有至少一第一圖案141。在又一實(shí)施例中，可經(jīng)由一機(jī)械鉆孔 工藝，將該中間材料140’的頂面形成有至少一第一圖案141。參考圖Ila及11b，其顯示該 中間材料140’的平面圖。該第一圖案141可為孔穴(cavity)，諸如圓形或矩形。該孔穴的 深度小于該中間材料140’的厚度。參考圖12a及12b，其顯示另一種中間材料140’的平面 圖。該第一圖案141可為溝槽(trench)，諸如直線形溝槽或環(huán)形溝槽。該溝槽的深度小于 該中間材料140’的厚度。參考第13a至13d圖，其顯示該中間材料140’的剖面圖。該第 一圖案141的剖面可為矩形、梯形、三角形或弧形。參考圖14至16，其顯示本發(fā)明的第一實(shí)施例的焊線接合方法。提供本發(fā)明的具有 鋁制接墊132及中間材料140的芯片110，如圖8所示。該中間材料140覆蓋該鋁制接墊 132，并固定于該鋁制接墊132上。參考圖14，經(jīng)由一打線機(jī)102，提供一銅制焊線120，其包含一線狀部122及一塊狀 部124，其中該塊狀部124連接于該線狀部122的一端，且該塊狀部124的剖面面積大于該 線狀部122的剖面面積。舉例而言，該塊狀部124是利用放電的方法或氫焰燒結(jié)成球而連 接于該線狀部122的一端。參考圖15，可經(jīng)由一施壓工藝，將該塊狀部124接觸于該中間材料140，并施壓而 變形。由于該中間材料140介于該塊狀部124與鋁制接墊132之間作為施壓緩沖之用，因 此施壓時(shí)該塊狀部124所造成的力將不會(huì)損壞該鋁制接墊132的結(jié)構(gòu)。
5
參考圖16，可經(jīng)由一振動(dòng)工藝，將該銅制焊線120接合于該中間材料140。該銅制 焊線120的塊狀部124接合于該中間材料140，如此以形成本發(fā)明的焊線接合結(jié)構(gòu)。另外，本發(fā)明的中間材料140及鋁制接墊132可視為一芯片接墊，且該銅制焊線 的一端電性連接于該芯片接墊，該銅制焊線的另一端可電性連接于一基板接墊(如圖1所 示)。該芯片接墊電性連接于該芯片的線路(圖未示)。在本實(shí)施例中，該中間材料140選自錫(Sn)、金(Au)、鋅(Zn)、鉬(Pt)、鈀(Pd)、錳 (Mn)、鎂(Mg)、銦(In)、鍺(Ge)及銀(Ag)所構(gòu)成的群組。該中間材料140與銅制焊線120 之間的介金屬化合物所形成的數(shù)量大于該鋁制接墊132與銅制焊線120之間的介金屬化合 物所形成的數(shù)量，且該中間材料140與鋁制接墊132之間的介金屬化合物所形成的數(shù)量大 于該鋁制接墊132與銅制焊線120之間的介金屬化合物所形成的數(shù)量。因此，該中間材料140 與銅制焊線120之間的鍵結(jié)力大于該鋁制接墊132與銅制焊線120之間的鍵結(jié)力，且該中間 材料140與鋁制接墊132之間的鍵結(jié)力大于該鋁制接墊132與銅制焊線120之間的鍵結(jié)力。根據(jù)本發(fā)明的焊線接合方法，在施壓工藝時(shí)，由于該中間材料介于該銅制焊線與 鋁制接墊之間作為施壓緩沖之用，因此銅制焊線所造成的力將不會(huì)損壞鋁制接墊的結(jié)構(gòu)。 再者，本發(fā)明的焊線接合結(jié)構(gòu)的中間材料與銅制焊線間以及中間材料與鋁制接墊之間皆具 有較大的鍵結(jié)力，進(jìn)而具有較高的可靠度。參考圖17至19，其顯示本發(fā)明的第二實(shí)施例的焊線接合方法。該第二實(shí)施例的焊 線接合方法大體上類似于該第一實(shí)施例的焊線接合方法，相同組件標(biāo)示相同的標(biāo)號。兩者 的不同處是在于第二實(shí)施例的焊線接合方法提供本發(fā)明的具有鋁制接墊132及圖案化中 間材料140’的芯片110，如圖10所示。該圖案化中間材料140’覆蓋該鋁制接墊132，并固 定于該鋁制接墊132上。參考圖17，經(jīng)由一打線機(jī)102，提供一銅制焊線120，其包含一線狀部122及一塊狀 部124，其中該塊狀部124連接于該線狀部122的一端，且該塊狀部124的剖面面積大于該 線狀部122的剖面面積。參考圖18，可經(jīng)由一施壓工藝，將該塊狀部124接觸于及該中間材料140’，并施壓 而變形。由于該中間材料140’介于該塊狀部124與鋁制接墊132之間作為施壓緩沖之用， 因此施壓時(shí)該塊狀部124所造成的力將不會(huì)損壞該鋁制接墊132的結(jié)構(gòu)。參考圖19，可經(jīng)由一振動(dòng)工藝，將該銅制焊線120接合于該中間材料140’。該銅 制焊線120的塊狀部接124合于該中間材料140’，如此以形成本發(fā)明的焊線接合結(jié)構(gòu)。參考圖20及21，當(dāng)該塊狀部124接合于該中間材料140’時(shí)，若該中間材料140’ 的硬度大于該銅制焊線120的塊狀部124的硬度，則該中間材料140’的頂面上的第一圖案 141會(huì)使該銅制焊線120的塊狀部124的底面形成有至少一第二圖案125，且使該第二圖案 125接合于該第一圖案141。由于該鋁制接墊132的第二圖案133接合于該塊狀部124的 第一圖案125，因此可增加該鋁制接墊132與銅制焊線120之間的接合面積，亦即該鋁制接 墊132與銅制焊線120之間具有較大的接合面積。根據(jù)本發(fā)明的焊線接合方法，在施壓工藝時(shí)，由于該中間材料介于該塊狀部與鋁 制接墊之間作為施壓緩沖之用，因此銅制焊線所造成的力將不會(huì)損壞鋁制接墊的結(jié)構(gòu)。再 者，本發(fā)明的焊線接合結(jié)構(gòu)的中間材料與銅制焊線間以及中間材料與鋁制接墊之間皆具有 較大的鍵結(jié)力，進(jìn)而具有較高的可靠度。另外，根據(jù)本發(fā)明的焊線接合結(jié)構(gòu)，該鋁制接墊與銅制焊線之間具有較大的接合面積，進(jìn)而具有較大的鍵結(jié)力，進(jìn)而保持充分的鍵結(jié)力。
雖然本發(fā)明已以前述實(shí)施例揭示，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本發(fā)明所屬技 術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，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)與修改。因 此本發(fā)明的保護(hù)范圍當(dāng)視后附的權(quán)利要求書所界定者為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種晶圓，其定義有數(shù)個(gè)數(shù)組式排列的芯片，每一芯片包含至少一鋁制接墊；以及一中間材料，覆蓋該鋁制接墊，并固定于該鋁制接墊上。
2.依權(quán)利要求1所述的晶圓，其中每一芯片另包含一保護(hù)層，覆蓋該鋁制接墊，并裸露 出一部分的該鋁制接墊，藉此使該鋁制接墊具有一外面積。
3.依權(quán)利要求2所述的晶圓，其中該鋁制接墊被該中間材料所覆蓋的面積小于99%的 該鋁制接墊的外面積。
4.依權(quán)利要求3所述的晶圓，其中該鋁制接墊被該中間材料所覆蓋的面積大于30%的 該鋁制接墊的外面積。
5.依權(quán)利要求1所述的晶圓，其中該中間材料選自錫(Sn)、金(Au)、鋅(Zn)、鉬(Pt)、 鈀(Pd)、錳(Mn)、鎂(Mg)、銦(In)、鍺(Ge)及銀(Ag)所構(gòu)成的群組。
6.依權(quán)利要求1所述的晶圓，其中該中間材料具有一頂面，其形成有至少一第一圖案。
7.一種焊線接合結(jié)構(gòu)，包含一鋁制接墊；一中間材料，覆蓋該鋁制接墊，并固定于該鋁制接墊上；以及一銅制焊線，接合于該中間材料。
8.依權(quán)利要求7所述的焊線接合結(jié)構(gòu)，其中該中間材料選自錫(Sn)、金(Au)、鋅(Zn)、 鉬(Pt)、鈀(Pd)、錳(Mn)、鎂(Mg)、銦(In)、鍺(Ge)及銀(Ag)所構(gòu)成的群組。
9.依權(quán)利要求8所述的焊線接合結(jié)構(gòu)，其中該中間材料與銅制焊線之間的介金屬化合 物所形成的數(shù)量大于該鋁制接墊與銅制焊線之間的介金屬化合物所形成的數(shù)量，且該中間 材料與鋁制接墊之間的介金屬化合物所形成的數(shù)量大于該鋁制接墊與銅制焊線之間的介 金屬化合物所形成的數(shù)量。
10.依權(quán)利要求9所述的焊線接合結(jié)構(gòu)，其中該中間材料與銅制焊線之間的鍵結(jié)力大 于該鋁制接墊與銅制焊線之間的鍵結(jié)力，且該中間材料與鋁制接墊之間的鍵結(jié)力大于該鋁 制接墊與銅制焊線之間的鍵結(jié)力。
全文摘要
一種晶圓定義有數(shù)個(gè)數(shù)組式排列的芯片。每一芯片包含至少一鋁制接墊及一中間材料。該中間材料覆蓋該鋁制接墊，并固定于該鋁制接墊上。
文檔編號H01L23/48GK101872762SQ200910137039
公開日2010年10月27日 申請日期2009年4月21日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月21日
發(fā)明者唐和明, 張效銓, 易維綺, 洪常瀛, 蔡宗岳, 賴逸少, 陳建成 申請人:日月光半導(dǎo)體制造股份有限公司