CN1344017A - 具有绝缘侧壁的数个金属凸块结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种用来连接一非导体基板与一晶片的数个金属凸块结构,包含有至少一第一金属凸块以及至少一第二金属凸块,其中第一金属凸块侧壁的第一预定区域是与第二金属凸块侧壁的第二预定区域相邻。第一金属凸块包含有一第一绝缘层,是至少覆盖於第一金属凸块侧壁的第一预定区域上,可以用来隔绝第一金属凸块与第二金属凸块相邻的区域。

Description

具有绝缘侧壁的数个金属凸块结构及其制作方法
本发明涉及用于连接非导体基板与晶片的一种金属凸块(bump)结构及其制作方法，特别是一种具有绝缘侧壁的金属凸块结构及其制作方法。
将晶片装配在玻璃上(Chip on glass，COG)是一种电连接集成电路(integrated circuit，IC)的先进技术，具有重量轻、体积小、成本低、耗电少等优点，已被采用於各种显示面板的制作上，例如：需要1-2个晶片的小尺寸(小于4英寸)显示面板的电话机显示面板与复印机、需要3-12个晶片的中尺寸(4-11英寸)显示面板的摄影机与航空系统、大尺寸(大于11英寸)显示面板的笔记型电脑等等。
对于液晶显示器(1iquid crystal display，LCD)组件而言，驱动IC与玻璃基板之间的电连结性会影响其质量与可靠度。目前最广泛用来将晶片粘贴至LCD玻璃基板上的材料为异向性导电薄膜(anisotropic conductive film，ACF)，是由厚度为15-35μm的绝缘黏性薄膜以及直径为3-15μm的导电粒子所构成，其中绝缘黏性薄膜可为热塑型材料、热固型材料、或是热塑型材料与热固型材料的混合，导电粒子可为碳纤维、金属(镍、焊锡)或是涂布Ni/Au金属的塑料球，而导电粒子的分布均匀性会影响到ACF的电连结质量与可靠度。一般而言，ACF分成两种类型，一种是黏性薄膜中的导电粒子表面上覆盖有绝缘层，导电粒子的直径约为5μm，当导电粒子受到挤压变形时会使绝缘层破裂，则裸露的导电粒子可以用来作为晶片上的金属凸块与玻璃基板上的连接垫之间的电连接桥梁。但由於在制程上无法确保绝缘层是否会破裂，也就是不能确保导电粒子的电连接效果，因此现在大多改用另一种双层结构的ACF。双层结构的ACF之其中一层薄膜包含有直径3μm的导电粒子，另一层薄膜中则没有导电粒子，利用没有覆盖绝缘层的导电粒子直接产生电连接效果。不过，当两相邻金属凸块之间的导电粒子过於拥挤时，导电粒子很容易横向连结两金属凸块，进而发生短路的现象。
请参考图1，图1A所示，是表示公知LCD组件的玻璃基板的布局俯视图，图1B是表示图1A所示预定位置的布局俯视图，图1C是表示晶片的布局俯视图。公知LCD组件的玻璃基板10包含有一第一区域12用来放置薄膜晶体管(thin film transistor，TFT)的阵列，一第二区域14包含数个预定位置15用来放置数据IC晶片，以及一第三区域16包含有数个预定位置15用来放置扫描IC晶片。玻璃基板10上的每一个预定位置15上包含有数个第一连接垫18，而数据IC晶片或是扫描IC晶片20表面上设有数个第二连接垫22，是与每一个第一连接垫18相对应。
请参考图2A至图2D，是表示公知的将晶片20与玻璃基板10连结方法的示意图，其中图2A是表示沿图1B切线2-2所示的剖面示意图，图2B是表示沿图1C的切线2’-2’所示的剖面示意图。公知的将晶片20与玻璃基板10连结方法，如图2A所示，是先於玻璃基板10表面上黏贴-ACF24，使其覆盖住第一连接垫18表面。另外，如图2B所示，於晶片20表面的第二连接垫22上制作一金属凸块26。然后如图2C所示，将晶片20表面朝下放置於玻璃基板10的预定位置15上，并使其每一金属凸块26对准每一个预定位置15上的连接垫18。藉由ACF24的粘著性以及向下施加的压力，可以将晶片20紧紧地粘著在玻璃基板10上，後续可再进行热处理制程将ACF24固化。如此一来，被压夹在金属凸块26顶部与第一连接垫18表面的导电粒子25可以用来作为电连接桥梁。但是，如2D图所示，存在於相邻金属凸块26之间的导电粒子25很多，而且制程上无法控制导电粒子25的分布情形，因此两金属凸块26之间的导电粒子25很有可能呈现横向连结而发生短路的现象。尤其当金属凸块26的尺寸设计错误或是对准第一连接垫18产生误差时，会使相离的金属凸块26之间的距离过窄，则导电粒子25更容易呈现横向连结两金属凸块26，会大幅降低LCD产品的质量与可靠度。
本发明的目的在於提出一种具有绝缘侧壁的数个金属凸块结构及其制作方法以防止ACF中的导电粒子横向连结相邻的金属凸块。
本发明提出一种用来连接一非导体基板与一晶片的数个金属凸块结构，包含有至少一第一金属凸块以及至少一第二金属凸块，其中第一金属凸块侧壁的第一预定区域是与第二金属凸块侧壁的第二预定区域相邻。第一金属凸块包含有一第一绝缘层，是至少覆盖於第一金属凸块侧壁的第一预定区域上，可以用来隔绝第一金属凸块与第二金属凸块相邻的区域。
以下结合附图详细说明本发明的较佳实施例，以便更了解本发明的上述目的、特征、和优点。其中：
图1A是表示公知LCD组件的玻璃基板的布局俯视图；
图1B是表示图1A所示预定位量的布局俯视图；
图1C是表示晶片布局的俯视图；
图2A～2D是表示公知将晶片与玻璃基板连结方法的示意图；
图3A是表示本发明的金属凸块的俯视图；
图3B是表示沿图3A切线3-3所示的金属凸块连接玻璃基板与晶片的剖面示意图；
图4A～4F是表示图3所示的金属凸块的制作方法的示意图；
图5A～5F是表示图3所示的金属凸块的另一种制作方法的示意图；
图6A是表示本发明另一实施例的金属凸块的俯视图；
图6B是表示沿图6A切线6-6所示的金属凸块连接玻璃基板与晶片的剖面示意图。
第一实施例
请参考图3，3A所示是表示本发明的金属凸块42的俯视图，图3B是表示沿图3A切线3-3所示的金属凸块42连接玻璃基板30与晶片34的剖面示意图。本发明金属凸块42是用来连接一玻璃基板30的第一连接垫32与一晶片34的第二连接垫36。金属凸块42是形成於晶片34的第二连接垫36上，且金属凸块42的周围侧壁上覆盖有一绝缘层44，可以用来隔离相邻的金属凸块42。当晶片34表面朝下放置於玻璃基板30的预定位置上，并使金属凸块42对准预定位置上的第一连接垫32时，借由粘贴於玻璃基板30表面上之一ACF 38的粘著性，可以将晶片34紧紧地粘著在玻璃基板30上。如此一来，被压夹在金属凸块42顶部与第一连接垫32表面的导电粒子39可以用来作为电连接桥梁。由於本发明金属凸块42的周围侧壁上设置有绝缘层44，因此即使存在於相邻金属凸块42之间的导电粒子39呈现横向连结，相邻金属凸块42之间会被绝缘层44隔绝而不会发生短路的现象。对於晶片34上密集排列第二连接垫36的区域而言，本发明金属凸块42可以有效避免导电粒子39所产生的短路现象，进而大幅提升LCD组件的质量与可靠度。
请参考图4A、4B、4C所示，是表示图3所示的金属凸块42的制作方法。如图4A所示，晶片34表面上包含有裸露的第二连接垫36以及一保护层40，第二连接垫36是为一种铝金属垫，而保护层40是由氮化物所构成，用来保护晶片34上制作完成的集成电路。本发明方法是先於晶片34表面上形成一光阻层45，然後利用微影制程与蚀刻制程定义出金属凸块42的图案，将位於第二连接垫36表面上的光阻层45去除，以形成一凹槽43，如图4B所示。接著，如图4C所示，於晶片34表面上沉积一金属层46，以使金属层46填满凹槽43，後续可以将光阻层45表面上的金属层46去除并切平金属层46的表面。跟著，如图4D所示，将残留的光阻层45完全去除，而残留的金属层46是用来作为金属凸块42。然後，如图4E所示，於晶片34表面上沉积由二氧化硅或氮化硅所构成的绝缘层44，使绝缘层44覆盖住金属凸块42的表面与侧壁。最後，如图4F所示，利用反应性离子蚀刻(reactive ion etch，RIE)方法进行一非等向性干蚀刻制程，去除位於金属凸块42顶部与晶片34表面的绝缘层44，只保留位於金属凸块42的侧壁上的绝缘层44，便制作完成图3所示的金属凸块42。
请参考图5所示，是表示图3所示的金属凸块42的另一种制作方法。如图5A所示，本发明另一种方法是先於晶片34表面上形成光阻层45，然後利用微影制程与第一蚀刻制程定义出金属凸块42的图案，将位於第二连接垫36表面上的光阻层45以及第二连接垫36周围的保护层40表面上的光阻层45去除，以形成一第一凹槽48，如图5B所示。跟著，如图5C所示，於晶片34表面上沉积绝缘层44，以使绝缘层44填满第一凹槽48。接著，如图5D所示，进行一第二蚀刻制程，去除位於第二金属垫36表面以及第一凹槽48底部上的绝缘层44，只保留位於第一凹槽48的侧壁上的绝缘层44，以形成一第二凹槽50。後续如图5E所示，於晶片34表面上沉积金属层46并使金属层46填满第二凹槽50，再将光阻层45表面上的金属层46去除并切平整个金属层46的表面。最後，如图5F所示，去除残留的光阻层45，使残留的金属层46的侧壁覆盖著绝缘层44，便制作完成图3所示的金属凸块42。
第二实施例
只要绝缘层44能够达到隔离相邻的金属凸块42的目的，绝缘层44可以只覆盖住金属凸块42侧壁上的特定区域，而不需完全覆盖住金属凸块42的周围侧壁。请参考图6，图6A是表示本发明另一实施例的金属凸块42的俯视图，图6B是表示沿图6A切线6-6所示的金属凸块42连接玻璃基板30与晶片34的剖面示意图。本发明另一实施例中，晶片34表面上的数个金属凸块42包含有至少一第一金属凸块421以及至少一第二金属凸块422，其中第一金属凸块421侧壁的第一预定区域521是与第二金属凸块422侧壁的第二预定区域522相邻。为了使第一预定区域521与第二预定区域522之间产生隔离，可以於第一金属凸块421侧壁的第一预定区域521上覆盖一第一绝缘层441，而第二金属凸块422侧壁的第二预定区域522上则不需制作绝缘层。对於第二金属凸块422侧壁的其他区域而言，则可以依据隔绝效果的需求，选择性地形成一第二绝缘层422。如此一来，第一金属凸块421与第二金属凸块422相邻的第一预定区域521与第二预定区域522之间，只要藉由第一绝缘层441就可以达到隔离的效果，即使存在於第一金属凸块421与第二金属凸块422之间的导电粒子39呈现横向连结，也不会发生短路的现象，对於提升产品的质量与可靠度有很大的帮助。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作更动与润饰，因此本发明的保护范围应以后附的权利要求保护范围所界定者为准。

Claims (20)

1.一种用来连接一非导体基板与一晶片的数个金属凸块结构，该数个金属凸块包含有：
至少一第一金属凸块，其包含有一第一绝缘层是至少覆盖於该第一金属凸块的侧壁的第一预定区域上；以及
至少一第二金属凸，该第二金属凸块侧壁的第二预定区域是与该第一金属凸块侧壁的第一预定区域相邻。
2.如权利要求1所述的金属凸块结构，其中该第一绝缘层是完全覆盖於该第一金属凸块的周围侧壁上。
3.如权利要求1所述的金属凸块结构，其中该第二金属凸块包含有一第二绝缘层是至少覆盖於该第二金属凸块侧壁的第二预定区域上。
4.如权利要求3所述的金属凸块结构，其中该第二绝缘层是完全覆盖於该第二金属凸块的周围侧壁上。
5.如权利要求1所述的金属凸块结构，其中该非导体基板表面上设有数个第一金属垫，且该晶片表面上设有数个与该数个第一金属垫相对应的第二金属垫。
6.如权利要求5所述的金属凸块结构，其中每一金属凸块是设置於该第一金属垫以及相对应的该第二金属垫之间。
7.如权利要求6所述的金属凸块结构，其中该非导体基板与该晶片之间设有一异向性导电薄膜(ACF)是填满相邻金属凸块之间的空隙。
8.如权利要求1所述的金属凸块结构，其中该第一绝缘层是由二氧化硅或氮化硅所构成。
9.如权利要求1所述的金属凸块结构，其中该非导体基板为一玻璃基板。
10.一种如权利要求1所述的金属凸块的制作方法，包括有：
(a)提供一晶片，该晶片表面上设有数个金属垫；以及
(b)分别於该数个金属垫上制作数个金属凸块：
其中该数个金属凸块包含有：至少一第一金属凸块，其包含有一第一绝缘层是至少覆盖於该第一金属凸块侧壁的第一预定区域上；以及至少一第二金属凸块，且该第二金属凸块侧壁的第二预定区域是与该第一金属凸块侧壁的第一预定区域相邻。
11.如权利要求10所述的方法，其中该第一绝缘层是完全覆盖於该第一金属凸块的周围侧壁上。
12.如权利要求11所述的方法，其中该第一金属凸块的制作方法包括有：
(a)於该晶片表面上形成一光阻层；
(b)进行一蚀刻制程，将位於该金属垫表面上的光阻层去除，以形成一凹槽；
(c)於该凹槽内填满一金属层；
(d)将残留的光阻层完全去除；
(e)於该晶片表面上沉积该第一绝缘层，使该第一绝缘层覆盖住该金属层的表面；以及
(f)进行一非等向性干蚀刻制程，去除位於该金属层顶部与该晶片表面的绝缘层，并保留位於该金属层侧壁的绝缘层。
13.如权利要求12所述的方法，其中该金属层是由金属(Au)所构成。
14.如权利要求12所述的方法，其中该第一绝缘层是由二氧化硅或氮化硅所构成。
15 .如权利要求12所述的方法，其中该非等向性干蚀刻制程是为一反应性离子蚀刻(RIE)方法。
16.如权利要求11所述的方法，其中该第一金属凸块的制作方法包括有：
(a)于该晶片表面上形成一光阻层；
(b)进行一第一蚀刻制程，将位於该金属垫表面以及周围的光阻层去除，以形成一第一凹槽；
(c)于该晶片表面上沉积该第一绝缘层，以使该第一绝缘层形成于该第一凹槽的侧壁与底部；
(d)进行一第二蚀刻制程，以去除位於该金属垫表面以及该第一凹槽的底部上的第一绝缘层，并保留位于该第一凹槽的侧壁的第一绝缘层，以形成一第二凹槽；
(e)於该第二凹槽内填满一金属层；以及
(f)去除残留的光阻层。
17.如权利要求16所述的方法，其中该金属层是由金属(AU)所构成。
18.如权利要求16所述的方法，其中该第一绝缘层是由二氧化硅或氮化硅所构成。
19.如权利要求10所述约方法，其中该金属凸块是用来将该晶片连接至一非导电基板上。
20.如权利要求19所述的方法，其中该非导体基板与该晶片之间设有一异向性导电薄膜(ACF)，是填满相邻金属凸块之间的空隙。
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