專利名稱：制造電子電路器件的方法
技術領域：
本發明涉及制造電子電路器件的方法。
背景技術：
制造電子電路器件的傳統方法可以在例如日本未決公開專利公開No.H05-144816中找到。圖10是示出了用其中公開的方法制造的電子電路器件的截面圖。圖10中顯示的電子電路器件是通過連接互連襯底100和半導體芯片110來獲得的。在互連襯底100中，互連103和電極焊盤104經由粘合劑102位于基底材料101上。互連103和電極焊盤104組成一體的導體圖形。在互連103上提供了阻焊劑105，以防止在將焊料電極111連接到電極焊盤104時焊料流到互連103上。因而，電極焊盤104位于構圖的阻焊劑105中的開口處。
半導體芯片110通過焊劑(flux)被結合到該互連襯底100。更加詳細地，半導體芯片110的焊料電極111被連接到互連襯底100上的電極焊盤104。然后，在洗掉焊劑之后，將底部填充樹脂120填裝到互連襯底100和半導體芯片110之間的間隙中。這就是如何獲得圖10中所示的電子電路器件。
發明內容
然而，通常阻焊劑具有低的構圖能力，因此不適宜繪制高精密和精細的圖形。因此，以精細排列間距形成電極焊盤104的開口是十分困難的。因此，在如圖10中所示的電子電路器件中，對在互連襯底100的基底材料101上以較精細的間距排列電極焊盤104，換句話說，對互連襯底100和半導體芯片110以較精細的間距進行連接，不可避免地施加了一定的限制。
根據本發明，提供了一種制造電子電路器件的方法，此方法包括制備包括位于基底材料上的互連的互連襯底，并且在基底材料上與互連整體地形成電極焊盤；制備包括焊料電極的電子電路芯片；以及熔化焊料電極并且連接焊料電極和電極焊盤，由此連接互連襯底和電子電路芯片；其中互連襯底的制備包括制備如下互連襯底，在該互連襯底中，在電極焊盤的背離基底材料的表面中暴露的并且構成電極焊盤的第一金屬材料比在互連的背離基底材料的表面中暴露的并且構成互連的第二金屬材料具有更高的用于形成氧化物的自由能。
這種方法包括制備下述互連襯底，在該互連襯底中，具有相對高的用于形成氧化物的自由能的金屬材料(第一金屬材料)暴露在電極焊盤的表面中，而具有相對低的自由能的另一種金屬材料(第二金屬材料)暴露在互連的表面中。因此，互連襯底的互連的表面比電極焊盤的表面更加容易氧化。通常，金屬氧化物層比金屬具有更低的焊料可濕性，并且因此當在互連的表面上形成金屬氧化物層時，互連區域的焊料可濕性變得比電極焊盤區域的焊料可濕性更低。因此，當將電子電路芯片的焊料電極連接到電極焊盤時，防止了焊料從電極焊盤區域流到互連區域中。因此，前述的方法消除了采用下述互連襯底的需要，在所述互連襯底中在互連上提供阻焊劑，用來防止焊料流到互連上。所以，不同于圖10中所示的電子電路器件，由于阻焊劑的低構圖能力引起的限制不再對以較精細間距來連接互連襯底和電子電路芯片施加影響。
此外，因為當連接到電極焊盤時，焊料電極被熔化，因此焊劑的使用對互連襯底和電子電路芯片的連接不再是必需的。因此，可以防止形成在互連上的金屬氧化物層被焊劑去除。因此，前述的制造方法進一步保證了防止焊料流到互連區域中。
因此，本發明提供了一種適用于獲得具有允許互連襯底和電子電路芯片以較精細間距連接的結構的電子電路器件的制造方法。
本發明的上面和其他的目的、優點和特征將會通過下面結合附圖的描述變得更加的清晰，其中圖1是示出了通過根據本發明的實施例的制造方法制作的電子電路器件的截面圖；圖2是示出了圖1中的一部分互連襯底的截面圖；圖3A和圖3B是順序地示出了根據本發明的實施例的電子電路器件的制造工藝的截面圖；圖4A和圖4B是順序地示出了根據實施例的電子電路器件的制造工藝的截面圖；圖5A和圖5B是順序地示出了根據實施例的電子電路器件的制造工藝的截面圖；圖6A和圖6B是順序地示出了根據實施例的電子電路器件的制造工藝的截面圖；圖7是示出了根據實施例的電子電路器件的制造工藝的截面圖；圖8是用來解釋實施例的變化的截面圖；圖9是用來解釋實施例的另一變化的截面圖；以及圖10是用來解釋電子電路器件的傳統制造方法的截面圖。
具體實施例方式
現在，將在此參考說明性實施例來描述本發明。本領域技術人員將認識到，使用本發明的講述可以實現許多可供選擇的實施例，并且本發明不局限于這些用于解釋性目的的實施例。
下面，將參考附圖來描述根據本發明的制造電子電路器件的方法的示范性實施例。在所有的圖中，相同的組成部分被給予相同的標號，并且將不會重復其描述。
圖1是示出了通過根據本發明的實施例的制造方法制作的電子電路器件的截面圖。電子電路器件1包括互連襯底10和電子電路芯片20。互連襯底10包括絕緣樹脂層12(基底材料)、互連14和電極焊盤16。
組成絕緣樹脂層12的樹脂的實例包括環氧樹脂和聚酰亞胺樹脂。在絕緣樹脂層12上，提供了互連14和電極焊盤16。互連14和電極焊盤16是整體結構。隨后介紹的電子電路芯片20的焊料電極22連接到電極焊盤16的背離絕緣樹脂層12的表面。
互連14的一部分組成了外部電極焊盤18。電子電路器件1的外部電極端被連接到外部電極焊盤18。在本實施例中，外部電極焊盤18包括上焊盤金屬層18a和下焊盤金屬層18b。上焊盤金屬層18a位于絕緣樹脂層12上，從而組成互連14的一部分。下焊盤金屬層18b位于絕緣樹脂層12中。下焊盤金屬層18b穿通絕緣樹脂層12，從而其一端連接到上焊盤金屬層18a并且另一端暴露在絕緣樹脂層12的表面中。在下焊盤金屬層18b的另一端上，提供了焊料凸點36，作為電子電路器件1的外部電極端。
電子電路芯片20包括作為其電極端的焊料電極22。焊料電極22連接到電極焊盤16的(背離絕緣樹脂層12的)表面。因此，在電子電路器件1中，電子電路芯片20被放置在互連襯底10上。例如，焊料電極22可以是例如焊料凸點。此處，焊料電極22也可以由諸如Cu或者Ni等基本金屬部分與其上形成的焊料層組成。還需要注意的是，電子電路芯片20可以只具有非半導體元件，諸如電阻元件和電容器元件，而不局限于包括諸如晶體管等半導體元件的半導體芯片。
互連襯底10和電子電路芯片20之間的間隙用底部填充樹脂32填充。而且，在互連襯底10上，提供了密封樹脂34。密封樹脂34覆蓋了電子電路芯片20的側表面和上表面。此處，密封樹脂34可以僅覆蓋電子電路芯片20的側表面，而不是側表面和上表面。換句話講，電子電路芯片20可以暴露在密封樹脂34的表面中。
參考圖2，將會更加詳細地描述互連襯底10的結構。圖2是示出了圖1中所示的互連襯底10的一部分的截面圖。互連14從絕緣樹脂層12的一側起具有由Cu層42a和Ni層42b組成的多層結構。另一方面，電極焊盤16從絕緣樹脂層12的一側起具有由Cu層42a、Ni層42b、另一Cu層42c、另一Ni層42d和Au層42e組成的多層結構。因而，Cu層42a和Ni層42b連續地通過互連14和電極焊盤16，并且組成互連14和電極焊盤16的多層結構。換句話說，互連14和電極焊盤16共享Cu層42a和Ni層42b。
如上所述，電極焊盤16除與互連14共享的Cu層42a和Ni層42b之外還包括Cu層42c、Ni層42d和Au層42e。因此，從絕緣樹脂層12起的互連14的高度h1和從絕緣樹脂層12起的電極焊盤16的高度h2彼此不同。在這個實施例中，h1低于h2。因為如上所述互連14和電極焊盤16共享Cu層42a和Ni層42b，所以互連14和電極焊盤16從絕緣樹脂層12起在對應于高度h1的范圍上具有相同的層結構。
與暴露在互連14的背離絕緣樹脂層12的表面(圖2中的表面S2)中的并且構成互連14的金屬材料(第二金屬材料)相比，暴露在電極焊盤16的背離絕緣樹脂層12的表面(圖2中的表面S1)中的并且構成電極焊盤16的金屬材料(第一金屬材料)具有較高的用于形成氧化物的自由能。在這個實施例中，第一金屬材料是構成Au層42e的Au，第二金屬材料是構成Ni層42b的Ni。此外，用于第一金屬材料的適合材料除了Au之外還包括Ag、Pt和Pd。第二金屬材料的實例除了Ni之外還包括Cu。
在互連的表面S2上，由第二金屬材料的氧化物生成了金屬氧化物層(未顯示)。金屬氧化物層可以作為自然氧化物層來獲得。
參考圖3A到7，將描述制造電子電路器件1的方法，作為根據本發明的制造電子電路器件的方法的實施例。制造方法包括制備互連襯底10(襯底制備步驟)、制備電子電路芯片20(芯片制備步驟)、以及連接互連襯底10和電子電路芯片20(連接步驟)。
互連襯底10可以如下制造。首先，通過濺射工藝等在作為支撐襯底的硅片90上形成Cu層92，作為中間層(圖3A)。然后，在Cu層92上形成絕緣樹脂層12。在該階段，在要提供下焊盤金屬層18b的絕緣樹脂層12的部分中保留開口(圖3B)。此處，采用光敏樹脂來構成絕緣樹脂層12能夠以低成本來形成如此構圖的絕緣樹脂層12。
然后，利用Cu層92作為種子層進行鍍的工藝，以在絕緣樹脂層12的開口中形成下焊盤金屬層18b(圖4A)。接下來，通過半加成(semiadditive)工藝形成包括上焊盤金屬層18a的互連14(圖4B)。更具體地，在已經形成下焊盤金屬層18b的絕緣樹脂層12上，通過濺射工藝，經由諸如Ti或者Cr的粘附金屬層，形成Cu層。然后涂布光致抗蝕劑并且構圖，并且執行鍍的工藝，以在光致抗蝕劑的開口中形成從絕緣樹脂層12的一側起依次由Cu層、Ni層和Cu層構成的多層結構。
去除光致抗蝕劑之后，涂布另外的光致抗蝕劑。重新涂布的光致抗蝕劑被構圖，從而在要提供電極焊盤16的位置形成開口。然后，在開口中進行鍍的工藝，以(從絕緣樹脂層的一側起以此順序)形成Cu層、Ni層和Au層。其后，通過刻蝕去除暴露在互連14的表面中的Cu層。在該階段，獲得了互連襯底10(圖5A)。此處，當進行刻蝕以去除Cu層時，可以僅去除其一部分，而不是去除整個Cu層。在該情況中，互連14獲得了由Cu層、Ni層和Cu層構成的多層結構。
襯底制備步驟和芯片制備步驟之后是連接步驟。此處，襯底制備步驟和芯片制備步驟的相對順序可以根據需求來決定。也就是說，任一步驟可以在另一個步驟之前進行，或者兩個步驟可以同時進行。
在連接步驟中，焊料電極22被熔化并且被連接到電極焊盤16，因此連接了互連襯底10和電子電路芯片20。該步驟可以通過例如局部回流工藝來執行。通過局部回流工藝，焊料電極22被焊頭(bonding tool)保持并且相對于互連襯底10被定位，然后，電子電路芯片20通過焊頭被加熱。然后，通過加熱現在被熔化的焊料電極22被連接到電極焊盤16，由此連接了互連襯底10和電子電路芯片20。在本實施例中，互連襯底10和電子電路芯片20在不借助于焊劑的情況下被結合。此外，在諸如氮氣等惰性氣體氣氛中進行連接步驟是優選的。
在連接步驟之后，底部填充樹脂32被注入到互連襯底10和電子電路芯片20之間的間隙中，以便用樹脂來密封其間的連接點(圖5B)。
此外，執行傳熱模塑(transfer mold)工藝、印刷(printing)工藝、灌封(potting)工藝等，以在互連襯底10上形成密封樹脂34，從而覆蓋電子電路芯片20(圖6A)。此后，去除硅片90(圖6B)。為了去除硅片90，執行研磨、化學機械拋光(CMP)或者刻蝕工藝、或者其結合是優選的。例如，研磨硅片90之后，剩余部分可以通過CMP或者刻蝕或者兩者來去除。此外，刻蝕工藝可以是干法刻蝕或者濕法刻蝕工藝。需要注意的是，在全部去除硅片90的剩余部分的階段采用干法刻蝕允許利用大的刻蝕選擇比，因此有助于穩定地保留Cu層92。
然后，Cu層92也可以通過刻蝕來去除(圖7)。最后，焊料凸點36形成在下焊盤金屬層18b上，由此獲得圖1所示的電子電路器件1。
根據本實施例的制造方法提供了下面的有利效果。根據該方法，制備了互連襯底10，在該互連襯底中，具有用于形成氧化物的相對高的自由能的金屬材料(第一金屬材料)暴露在電極焊盤16的表面中，而具有相對低的自由能的另一金屬材料(第二金屬材料)暴露在互連14的表面中。因此，互連襯底10的互連14的表面比電極焊盤16的表面更容易氧化。通常，金屬氧化物層比金屬具有更低的焊料可濕性，因此當在互連14的表面上形成金屬氧化物層時，互連14的區域的焊料可濕性變得比電極焊盤16的區域的焊料可濕性更低。實際上，源于第二金屬材料的氧化物的金屬氧化物層形成在互連14上，如已經闡明的那樣。
因此，當電子電路芯片20的焊料電極22連接到電極焊盤16時，防止了焊料從電極焊盤16的區域流到互連14的區域中。因此，該方法消除了采用下述互連襯底的需求，在所述互連襯底中，在互連上提供了阻焊劑來防止焊料流到互連14上。所以，不同于圖10所示的電子電路器件，由阻焊劑的低構圖能力引起的局限不再影響互連襯底10和電子電路芯片20間以較精細間距連接。因而，本實施例提供了如下制造方法，其適用于獲得具有允許以較精細間距來連接互連襯底10和電子電路芯片20的結構的電子電路器件。
此外，因為焊料電極22在連接步驟中被連接到電極焊盤16時是被熔化，所以對于連接互連襯底10和電子電路芯片20，使用焊劑不再是必需的。實際上，在本實施例中，連接是在不借助于焊劑的情況下進行的。因此，形成在互連14上的金屬氧化物層可以防止被焊劑去除。因此，前述的制造方法進一步確保了防止焊料流到互連14的區域中。
此外，電極焊盤16的區域中的焊料可濕性高于互連14的區域中的焊料可濕性。因此，保證了電極焊盤16和焊料電極22之間的可靠連接。
同時，在圖10中所示的互連襯底100中，電極焊盤104和阻焊劑105為了各自的形成而必須單獨構圖。這自然導致了互連襯底100的制造成本增加，并且因此電子電路器件的制造成本增加。另外，在圖形彼此移位的情況中，半導體芯片110和焊料電極111之間的接觸區域變得不平坦，因此降低了電極焊盤104和焊料電極111之間的連接可靠性。相反，根據本實施例的方法消除了在互連14上提供阻焊劑的需要，從而提供了前述問題的解決方案。
而且，在從絕緣樹脂層12起對應于高度h1(從絕緣樹脂層12起的互連14的高度)的范圍中，互連14和電極焊盤16具有相同的層結構。因此，互連14和電極焊盤16的整體結構可以很容易地形成。
優選地采用Au、Ag、Pt和Pd作為第一金屬材料。優選地采用Cu和Ni作為第二金屬材料。
此外，如參考圖2的描述，互連14具有由Cu層42a和Ni層42b構成的多層結構，電極焊盤16具有由Cu層42a、Ni層42b、Cu層42c、Ni層42d和Au層42e構成的多層結構。在該結構下，Ni層42b、42d分別作為Cu層42a、42c的阻擋金屬，因而防止了Cu從銅Cu層42a、42c中析出。
在惰性氣體的氣氛中進行連接步驟能夠防止被加熱的焊料電極22的表面的氧化。
根據本發明的制造電子電路器件的方法不局限于前述的實施例，而是可以進行各種變化。為引用幾個實例，在襯底制備步驟中制備的互連襯底10中的互連14和電極焊盤16的結構不局限于參考圖2描述的那樣。電極焊盤16從絕緣樹脂層12的一側起可以具有由例如Cu層44a、Ni層44b、Cu層44c和Au層44d構成的多層結構，如圖8所示。在圖8中，互連14的多層結構由與電極焊盤16共享的Cu層44a和Ni層44b構成，如圖2所示的結構。
或者，如圖9所示，互連14可以具有從絕緣樹脂層12的一側起由Cu層46a、Ni層46b、Au層46c和Ni層46d構成的多層結構，電極焊盤16可以具有從絕緣樹脂層12的一側起由Cu層46a、Ni層46b和Au層46c構成的多層結構。在該變化中，互連14和電極焊盤16共享Cu層46a、Ni層46b和Au層46c。而且，從絕緣樹脂層12起的電極焊盤16的高度h2低于從絕緣樹脂層12起的互連14的高度h1。因此，互連14相對于電極焊盤16向上突出。
如此構成的互連襯底可以如下來制造。首先，制備圖4A所示的結構。然后，通過類似于參考圖4B描述的步驟，在構圖的光致抗蝕劑的開口中形成由Cu層、Ni層和Au層構成的多層結構。去除光致抗蝕劑之后，涂布另外的光致抗蝕劑，并且重新涂布的光致抗蝕劑被構圖，從而形成用于互連14的區域的開口。然后，可以進行鍍的工藝以在開口中形成Ni層。
在圖9所示的互連襯底中，當把焊料電極22連接到電極焊盤16時，形成在互連14和電極焊盤16的邊界處的臺階部分用于阻擋焊料液流從電極焊盤16的區域向互連14的區域流動。該結構進一步保證了防止焊料流到互連14的區域中。
此外，如圖9所示的互連襯底9，在由第一金屬材料(在該實例中，Au層46c)構成的金屬層延伸到了互連14的結構中，采用具有導電性高于第二金屬材料的金屬作為第一金屬材料是優選的。實際上，在前述的實例中，第一和第二金屬材料分別是Au和Ni，所以第一金屬材料具有較高的導電性。因而，由于集膚效應，使具有較高導電性的第一金屬層位于接近互連14的表面層能夠抑制互連14的電阻相對于高頻信號而增加。
很明顯，本發明不局限于上面的實施例，并且在不背離本發明的范圍和精神的情況下可以修改和改變。
權利要求
1.一種制造電子電路器件的方法，包括制備互連襯底，該互連襯底包括位于基底材料上的互連，以及與所述基底材料上的所述互連整體形成的電極焊盤；制備包括焊料電極的電子電路芯片；以及熔化所述焊料電極并且將所述焊料電極連接到所述電極焊盤，由此連接所述互連襯底和所述電子電路芯片；其中所述互連襯底的所述制備包括制備所述互連襯底，在所述互連襯底中，第一金屬材料比第二金屬材料具有用于形成氧化物的更高的自由能，所述第一金屬材料暴露在所述電極焊盤的背離所述基底材料的表面中并且構成所述電極焊盤，所述第二金屬材料暴露在所述互連的背離所述基底材料的表面中并且構成所述互連。
2.根據權利要求1的方法，其中所述互連襯底的所述制備包括制備所述互連襯底，所述互連襯底進一步包括位于所述互連的背離所述基底材料的所述表面中并且由所述第二金屬材料的氧化物構成的金屬氧化物層。
3.根據權利要求1的方法，其中所述互連襯底的所述制備包括制備所述互連襯底，在所述互連襯底中，當從所述基底材料起的所述互連的高度和所述電極焊盤的高度不同，并且相對低的高度被表示為第一高度而相對高的高度被表示為第二高度時，所述互連和所述電極焊盤在從對應于所述基底材料起的所述第一高度的范圍內具有相同的層結構。
4.根據權利要求3的方法，其中所述第一和第二高度分別等于所述電極焊盤和所述互連的所述高度。
5.根據權利要求4的方法，其中所述第一金屬材料具有比所述第二金屬材料高的導電性。
6.根據權利要求1的方法，其中所述第一金屬材料是Au、Ag、Pt或者Pd，以及所述第二金屬材料是Cu或者Ni。
7.根據權利要求1的方法，其中所述互連襯底的所述制備包括制備所述互連襯底，所述互連襯底包括所述互連，其具有從所述基底材料的一側起由Cu層和Ni層構成的多層結構，或者由Cu層、Ni層和另一Cu層構成的多層結構；以及所述電極焊盤，其具有從所述基底材料的所述一側起由Cu層、Ni層、另一Cu層和Au層構成的多層結構，或者由Cu層、Ni層、另一Cu層、另一Ni層和Au層構成的多層結構。
8.根據權利要求1的方法，其中所述互連襯底的所述制備包括制備所述互連襯底，所述互連襯底包括所述互連，其具有從所述基底材料的一側起由Cu層、Ni層、Au層和另一Ni層構成的多層結構；以及所述電極焊盤，其具有從所述基底材料的所述一側起由Cu層、Ni層和Au層構成的多層結構。
9.根據權利要求1的方法，其中所述互連襯底和所述電子電路芯片的所述連接包括在不借助于焊劑的情況下連接所述互連襯底和所述電子電路芯片。
10.根據權利要求1的方法，其中所述互連襯底和所述電子電路芯片的所述連接包括在惰性氣體氣氛中連接所述互連襯底和所述電子電路芯片。
全文摘要
根據本發明的實施例的制造電子電路器件的方法包括制備包括互連(14)和與互連(14)整體地形成的電極焊盤(16)的襯底(10)；制備包括焊料電極(22)的電子電路芯片(20)；以及熔化焊料電極(22)并且把它連接到電極焊盤(16)，由此連接了互連襯底(10)和電子電路芯片(20)。第一金屬材料比第二金屬材料具有用于形成氧化物的更高的自由能，該第一金屬材料暴露在電極焊盤(16)的背絕緣樹脂層(12)的表面中并且構成電極焊盤(16)，該第二金屬材料暴露在互連(14)的背離緣樹脂層(12)的表面中并且構成互連(14)。
文檔編號H01L23/488GK1945806SQ200610142118
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月8日 優先權日2005年10月7日
發明者栗田洋一郎, 副島康志, 川野連也 申請人:恩益禧電子股份有限公司