晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)及其制造方法，包含：一晶圓，其包含一表面、多個焊墊設(shè)在該表面及一保護層形成于該表面上并設(shè)有多個開口供對應(yīng)顯露該些焊墊；多個觸媒層，其利用鋅化處理以在該些焊墊的表面上分別形成一以鋅構(gòu)成的觸媒層；多個化鍍鎳凸塊，其是在設(shè)有光阻的狀態(tài)下，利用無電解鎳方式以在該些焊墊表面的觸媒層的表面分別形成一具適當(dāng)高度且以無電解鎳構(gòu)成的凸塊；以及多個外護層，各外護層包含至少一保護層其由選自浸金（IG）層、化銀（ES）層的族群中的一種材料所構(gòu)成，該外護層是在設(shè)有光阻的狀態(tài)下，利用選自化金制程、化銀制程的族群中之一制程以分別形成在該些凸塊的上表面上。
【專利說明】晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)及其制造方法，特別涉及一種在設(shè)有光阻的狀態(tài)下，利用無電解鎳方式以在該些焊墊的表面的觸媒層的表面分別形成一具有適當(dāng)高度且以無電解鎳構(gòu)成的凸塊，再利用選自化金制程、化銀制程的族群中之一制程以分別在各凸塊的上表面上形成一外護層，以使該外護層包含至少一保護層其選自浸金(IG)層、化銀(ES)層的族群中的一種材料所構(gòu)成，藉以改良并降低該化鍍鎳凸塊的硬度，并達到制作過程簡化及制作成本降低的效果。
【背景技術(shù)】
[0002]在有關(guān)半導(dǎo)體芯片或晶圓的連結(jié)(如焊墊凸塊)、封裝(package)或其相關(guān)制造方法的【技術(shù)領(lǐng)域】中，目前已存在多種先前技術(shù)，如:中國臺灣M397591、M352128、M412460、M412576、 M410659， 1306638、 1320588、 1255538、 1459362、 1253733、 1273651、 1288447、1295498、 1241658、 1259572、 1472371、 1242866、 1269461、 1329917、 1282132、 1328266、1284949 ;及美國發(fā)明專利 US8, 030，767、US7, 981，725、US7, 969，003、US7, 960，214、US7, 847，414、US7, 749，806、US7, 651，886、U S7, 538，020、US7, 750，467、US7, 364，944、US7, 019，406、US 6，507，120、U S7, 999，387、US7, 993，967、US7, 868，470、US7, 868，449、US7, 972，902、US7, 960，825、US7, 952，187、US7, 944，043、US7, 934，313、US 7，906，855 等。而經(jīng)過研究上述該些先前技術(shù)內(nèi)容可知，該些專利幾乎都屬于在其【技術(shù)領(lǐng)域】中微小的改進。換言之，在有關(guān)半導(dǎo)體芯片或晶圓的連結(jié)、封裝或其相關(guān)制備方法的【技術(shù)領(lǐng)域】中，其技術(shù)發(fā)展的空間已相當(dāng)有限，因此在此技術(shù)發(fā)展空間有限的領(lǐng)域中(in the field of thecrowded art),如能在技術(shù)上有微小的改進,亦得視為具有「進步性」,仍能核準(zhǔn)專利。
[0003]本發(fā)明晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)及其制備方法，是在凸塊結(jié)構(gòu)及其制備方法的技術(shù)發(fā)展空間有限的領(lǐng)域中，提出一種具有簡化制造過程及降低制作成本的功效，且進一步能有效改良并降低所成形的化鍍鎳凸塊的硬度以滿足后制程中接著程序的要求的發(fā)明。由于上述該些先前技術(shù)在形成該些凸塊之前必須以凸塊底層金屬化(Under BumpMetallization,UBM)制程在該些焊墊上先形成一金屬層,再以金屬電鍍或印刷銀膏的方式在該些焊墊的金屬層上形成該些凸塊，因此，該些先前技術(shù)的制造過程不僅成本較高且制作困難度也較高，相對地造成制程較復(fù)雜化及產(chǎn)量降低，況且該些凸塊需使用較多的貴金屬材料。
[0004]另，以銀膠形成的凸塊而言，銀膠凸塊的硬度范圍較大，也就是硬度可以由較軟改變至較硬，可利用烘烤條件來調(diào)整；然，以化鍍鎳凸塊而言，化鍍鎳凸塊的硬度范圍較小，也就是化鍍鎳凸塊的表面硬度過大且無法利用烘烤條件來調(diào)整，因此不利于后制程的接著程序。
[0005]由上可知，該些先前技術(shù)的結(jié)構(gòu)及制作方法難以符合實際使用時的需求，因此在晶圓焊墊的凸塊結(jié)構(gòu)及其制備方法的【技術(shù)領(lǐng)域】中，發(fā)展并設(shè)計一種制作過程簡化、制作成本降低且凸塊的表面硬度符合后制程的接著程序要求的凸塊結(jié)構(gòu)，確實有其需要性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明主要目的是在于提供一種晶圓焊墊的凸塊結(jié)構(gòu)及其制造方法，其在設(shè)有光阻的狀態(tài)下，利用無電解鎳方式以在該些晶圓焊墊的表面的觸媒層的表面分別形成一具適當(dāng)高度且以無電解鎳構(gòu)成的凸塊，再利用選自化金制程、化銀制程族群中之一制作過程以分別在各凸塊的上表面上形成一外護層，以使該外護層包含至少一保護層其選自浸金(IG)層(在鎳上長一層金,一般稱為化學(xué)電鍍鎳/金，electroless nickel/immersiongold, ENIG)、化銀(ES)層的族群中的一種材料所構(gòu)成，藉以改良并降低該化鍍鎳凸塊的硬度，并達成制作過程簡化及制作成本降低的效果。
[0007]為達成上述目的，本發(fā)明晶圓焊墊的凸塊結(jié)構(gòu)的一優(yōu)選實施例，包含:一晶圓，其包含一表面、多個焊墊設(shè)在該表面及一保護層形成于該表面上并設(shè)有多個開口供對應(yīng)顯露該些焊墊；多個觸媒層，其是利用鋅化處理以在該些焊墊的表面上分別形成一以鋅構(gòu)成的觸媒層；多個化鍍鎳(electroless nickel)凸塊，其是在設(shè)有光阻的狀態(tài)下，利用無電解鎳方式以在該些焊墊表面的觸媒層的表面分別形成一具有適當(dāng)高度且以無電解鎳構(gòu)成的凸塊；以及多個外護層，其中各外護層包含至少一保護層其選自浸金(IG)層、化銀(ES)層的族群中的一種材料所構(gòu)成，該外護層是在設(shè)有光阻的狀態(tài)下，利用選自化金制程、化銀制程的族群中之一制程以分別形成在該些凸塊的上表面上。則通過該外護層的形成，用以改良并降低該化鍍鎳凸塊的硬度，以避免化鍍鎳凸塊的表面硬度過大而不利于后制程的接著程序
[0008]所述化金是化學(xué)鍍金，化銀是化學(xué)鍍銀，也就是將鎳凸塊的表面沉浸在具有金離子或銀離子的溶液中一段時問，以使鎳凸塊的表層鎳完全地被金或銀取代(故稱為“化學(xué)鍍”)，而在鎳凸塊的表面上形成一浸金層，此技術(shù)屬于本領(lǐng)域習(xí)知技術(shù)。
[0009]為達成上述目的，本發(fā)明晶圓焊墊的凸塊的制造方法之一優(yōu)選實施例，包含下列步驟:
[0010]提供一晶圓，該晶圓具有一表面、多個焊墊設(shè)在該表面及一第一保護層形成于該表面上并設(shè)有多個開口供對應(yīng)顯露該些焊墊；
[0011]再形成一光阻層在該第一保護層上并圖案化該光阻層，以形成多個開口供分別對應(yīng)顯露各焊墊及各焊墊的周圍一部分的第一保護層；
[0012]再利用鋅化(Zincating)制程，以在該些焊墊的表面形成一以鋅構(gòu)成的觸媒層；
[0013]再利用無電解鎳(electroless nickel)方式，以在該些開口中形成一以無電解鎳構(gòu)成的凸塊；
[0014]再于仍設(shè)有光阻的狀態(tài)下，利用選自化金制程、化銀制程的族群中之一制程，以在該些凸塊的上表面上分別形成一外護層，其中各外護層包含至少一保護層其選自浸金(IG)層、化銀(ES)層的族群中的一種材料所構(gòu)成；以及
[0015]再移除該光阻層，以顯露該外護層、該些凸塊及該些凸塊下方以外的該第一保護層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)的一實施例的截面示意圖；[0017]圖2為本發(fā)明晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)的另一實施例的截面示意圖；
[0018]圖3為本發(fā)明晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)的又一實施例的截面示意圖；
[0019]圖4A-4F為本發(fā)明晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)的制程一實施例的截面示意圖。
[0020]附圖標(biāo)記說明:1_化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)；10_晶圓；11_表面；12-焊墊；13-保護層；14-開口 ;20_觸媒層;30_化鍍鎳凸塊；40-外護層;40a-浸金(IG)層;40b_厚金(EG)層；40c-化銀(ES)層;40d-化銀(ES)層；40e-浸金(IG)層;50_光阻層;51_開口。
【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明更加明確詳實，將本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、技術(shù)特征及其制作過程，配合下列圖示詳述如后:
[0022]如圖1至圖3所示，其分別是本發(fā)明晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)的不同實施例的截面示意圖。本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)I包含:一晶圓10、多個觸媒層20、多個化鍍鎳(electroless nickel)凸塊30及多個外護層40。
[0023]該晶圓10包含:一表面11 ;多個焊墊12，焊墊12設(shè)在該表面11上；及第一保護層13，其形成于該表面11上并設(shè)有多個開口 14供對應(yīng)顯露該些焊墊12。該晶圓10 —般由晶圓制造廠提供，其中多個焊墊12設(shè)在該表面11上的布局(layout)并不限制，可隨客戶需要而設(shè)計為各種數(shù)組的排列方式。其中該第一保護層13—般為氮化物材質(zhì)。
[0024]該多個觸媒層20是利用鋅化(Zincating)處理以在該些焊墊12的表面上形成一以鋅構(gòu)成的觸媒層20。該觸媒層20是利用鋅化處理(Zincating)所構(gòu)成的鋅化層，其主要功能是用以連接該些焊墊(die pad) 12，并同時作為在進行后續(xù)的無電解金屬方式時的沉積媒介層，以形成一以無電解鎳構(gòu)成的凸塊(bump)30。在本實施例中，該觸媒層20是采用重量百分比濃度為15-30%的鋅鹽水溶液，在溶液溫度20-35° C中經(jīng)過時間10-60秒(sec)以形成一以鋅構(gòu)成的觸媒層。
[0025]該多個凸塊30是利用無電解鎳(Electroless Nickel)的無電解金屬方式，并配合有光阻方式，以在該些焊墊12表面的該些觸媒層20的表面形成一具適當(dāng)高度且以無電解鎳構(gòu)成的凸塊(bump) 30,在此亦稱為化鍍鎳(electroless nickel)凸塊30。在本實施例中，該些凸塊30的形成厚度是由無電解(化鍍)鎳沉積生成。本實施例所使用的鎳鹽材料中，以磷酸系列的鎳材如磷酸鎳為最佳，因磷酸鎳具有自我催化反應(yīng)的作用功能，可有效提高以無電解鎳所沉積生成的化鍍鎳凸塊30的厚度(高度)，以達到設(shè)計所需的凸塊30的厚度。在本實施例中，該些以無電解鎳構(gòu)成的凸塊30是采用濃度為4-6.5g/L (克/公升)的鎳鹽水溶液，在溶液溫度75-100° C中經(jīng)過時間30-75分(min)以沉積形成。
[0026]該些外護層40是在設(shè)有己圖案化光阻的狀態(tài)下，利用選自化金制程、化銀制程的族群中之一制程以分別形成在該些凸塊的上表面上，各外護層包含至少一保護層其選自浸金(IG)層、化銀(ES)層的族群中的一種材料所構(gòu)成。因此，本發(fā)明的該外護層40包含下列三種不同的結(jié)構(gòu)型態(tài):
[0027]第一種結(jié)構(gòu)型態(tài):如圖1所示，該外護層40包含一在內(nèi)層的浸金(IG)層40a及一在外層的厚金(EG)層40b，其是利用化金制程以在該化鍍鎳凸塊30的外表面上先形成一浸金(IG)層40a,再于該浸金(IG)層40a的外表面上再形成一厚金(EG)層40b ;在此第一種結(jié)構(gòu)型態(tài)中，該化鍍鎳凸塊30的厚度約為2-14微米(μ m)，該浸金(IG)層40a的厚度約為.0.01-0.05微米(μ m)，該厚金(EG)層40b的厚度約為0.5-2.0微米(μ m)。
[0028]第二種結(jié)構(gòu)型態(tài):如圖2所示，該外護層40為一化銀(ES)層40c，其是利用化銀制程以在該化鍍鎳凸塊層的外表面上形成一化銀(ES)層；在此第二種結(jié)構(gòu)型態(tài)中，該化鍍鎳凸塊30的厚度約為2-14微米(μ m)，該化銀(ES)層40c的厚度約為0.5-2.0微米(μ m)。
[0029]第三種結(jié)構(gòu)型態(tài):如圖3所示，該外護層40包含一在內(nèi)層的化銀(ES)層40d及一在外層的浸金(IG)層40e，其是利用化銀制程以在該化鍍鎳凸塊30的外表面上先形成一化銀(ES)層40d，再利用化金制程以在該化銀(ES)層40d的外表面上再形成一浸金(IG)層40e。在此第三種結(jié)構(gòu)型態(tài)中，該化鍍鎳凸塊30的厚度約為2-14微米(μ m)，該化銀(ES)層40d的厚度約為0.5-2.0微米(μ m)，該浸金(IG)層40e的厚度約為0.01-0.05微米(μ m)。
[0030]如圖4A至圖4F所示,其是圖1-3所示凸塊結(jié)構(gòu)的制造方法一實施例的截面示意圖；本實施例的凸塊制作方法包含下列步驟:
[0031]如圖4A所不，提供一晶圓10,該晶圓10具有一表面11 ;多個焊塾12設(shè)在該表面
11;及一第一保護層13形成于該表面11上并設(shè)有多個開口 14供對應(yīng)顯露該些焊墊12。其中，該些開口之間的距離為小于或等于16ym (微米，10_6m)；
[0032]再如圖4B所示，再形成一光阻層在該第一保護層上并圖案化該光阻層，以在已圖案化的光阻層50具有多個開口 51供分別對應(yīng)顯露各焊墊12及各焊墊12的周圍一部分的第一保護層13 ；
[0033]再如圖4C所示,再利用鋅化處理(Zincating),以在該些焊墊12的表面形成一以鋅構(gòu)成的觸媒層20 ;在本實施例中，該觸媒層20是采用重量百分比濃度為15-30%的鋅鹽水溶液，在溶液溫度20-35° C中經(jīng)過時間10-60秒(sec)以形成一以鋅構(gòu)成的觸媒層20。
[0034]再如圖4D所示，再利用無電解鎳方式，以在該些開口 51中分別形成一以無電解鎳構(gòu)成的化鍍鎳凸塊30 ;在本實施例中，該些化鍍鎳凸塊30的厚度大于或等于6 μ m (微米，10_6m)(即厚度≥6μπι)。由于本實施例的化鍍鎳凸塊30是在已設(shè)有圖案化光阻層50的狀態(tài)下所形成，故本實施例的化鍍鎳凸塊30的高度通常是高于在未設(shè)光阻層的狀態(tài)下所形成的凸塊的高度；在本實施例中，該些化鍍鎳凸塊30是采用濃度為4-6.5g/L(克/公升)的鎳鹽水溶液，在溶液溫度75-100° C中經(jīng)過時間30-75分(min)以沉積形成。又本實施例中，該些化鍍鎳凸塊30的厚度為2-15 μ m (微米，10-6m)。
[0035]再如圖4E所示，再于仍設(shè)有圖案化光阻層50的狀態(tài)下如圖4D所示，利用選自化金制程、化銀制程的族群中之一制程，以在該些化鍍鎳凸塊30的上表面上分別形成一外護層40，其中各外護層40包含至少一保護層，如圖1中所示浸金(IG)層40a、厚金(EG)層40b或如圖2中所示化銀(ES)層40c或如圖3中所示化銀(ES)層40d、浸金(IG)層40e，該些保護層選自浸金(IG)層、化銀(ES)層的族群中之一種材料所構(gòu)成；也就是，本發(fā)明的該外護層40包含上述第一種至第三種等三種不同的結(jié)構(gòu)型態(tài)，分別為如圖1所示的第一種結(jié)構(gòu)型態(tài)、如圖2所示的第二種結(jié)構(gòu)型態(tài)及如圖3所示的第三種結(jié)構(gòu)型態(tài)。在圖4E中所示的外護層40是以圖1所示的第一種結(jié)構(gòu)型態(tài)為例說明但不限制。
[0036]再如圖4F所示(在本實施例中，圖4F相同于圖1)，再移除該光阻層50，以顯露該些外護層40、該些化鍍鎳凸塊30及該些凸塊下方以外的該第一保護層13，即完成本發(fā)明晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)I的制作過程。
[0037]以上所示僅為本發(fā)明優(yōu)選實施例，對本發(fā)明而言僅是說明性的，而非限制性的。在本專業(yè)【技術(shù)領(lǐng)域】具通常知識人員理解，在本發(fā)明權(quán)利要求所限定的精神和范圍內(nèi)可對其進行許多改變，修改，甚至等效的變更，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)，包含: 一晶圓，其包含:一表面；多個焊墊設(shè)在該表面；及一保護層形成于該表面上并設(shè)有多個開口供對應(yīng)顯露該些焊墊； 多個觸媒層，其是利用鋅化處理以在該些焊墊的表面上分別形成一以鋅構(gòu)成的觸媒層； 多個化鍍鎳凸塊，其是利用無電解鎳的無電解金屬方式，并配合光阻方式，以在該些焊墊表面的觸媒層的表面分別形成一具適當(dāng)高度且以無電解鎳構(gòu)成的凸塊；及 多個外護層，其分別設(shè)在該些化鍍鎳凸塊層的上表面上，其中各外護層包含至少一選自浸金(IG)層、化銀(ES)層的族群中之一種材料所構(gòu)成的保護層，其是配合光阻方式并利用選自化金制程、化銀制程的族群中之一制程所形成。
2.如權(quán)利要求1所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外護層包含一在內(nèi)層的浸金(IG)層及一在外層的厚金(EG)層，其是利用化金制程以在該化鍍鎳凸塊層的外表面上先形成一浸金(IG)層,再于該浸金(IG)層的外表面上再形成一厚金(EG)層。
3.如權(quán)利要求2所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述化鍍鎳凸塊層的厚度約為2-14微米，所述浸金(IG)層的厚度約為0.01-0.05微米，所述厚金(EG)層的厚度約為0.5-2.0微米。
4.如權(quán)利要求1所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外護層為一化銀(ES)層，其是利用化銀制程以在該化鍍鎳凸塊層的外表面上形成一化銀(ES)層。
5.如權(quán)利要求4所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述化鍍鎳凸塊層的厚度為2-14微米，所述化銀(ES)層的厚度為0.5-2.0微米。
6.如權(quán)利要求1所述的晶圓焊墊的化學(xué)電鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述外護層包含一在內(nèi)層的化銀層及一在外層的浸金層，其是利用化銀制程以在該化鍍鎳凸塊層的外表面上先形成一化銀層，再利用化金制程以在該化銀層的外表面上再形成一浸金層。
7.如權(quán)利要求6所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述化鍍鎳凸塊層的厚度約為2-14微米，所述化銀(ES)層的厚度約為0.5-2.0微米，所述浸金(IG)層的厚度約為0.01-0.05微米。
8.一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結(jié)構(gòu)的制造方法，包含下列步驟: 提供一晶圓，該晶圓具有一表面、多個焊墊設(shè)在該表面及一第一保護層形成于該表面上并設(shè)有多個開口供對應(yīng)顯露該些焊墊； 形成一光阻層在該第一保護層上并圖案化該光阻層，以形成多個開口供分別對應(yīng)顯露各焊墊及各焊墊的周圍一部分的第一保護層； 利用鋅化制程，以在該些焊墊的表面形成一以鋅構(gòu)成的觸媒層； 利用無電解鎳方式，以在該些開口中形成一以無電解鎳構(gòu)成的凸塊； 于仍設(shè)有光阻的狀態(tài)下，利用選自化金制程、化銀制程的族群中之一制程，以在該些凸塊的上表面上分別形成一外護層，其中各外護層包含至少一保護層其由選自浸金層、化銀層的族群中的一種材料所構(gòu)成；及 移除該光阻層，以顯露該外護層、該些凸塊及該些凸塊下方以外的該第一保護層。
【文檔編號】H01L21/60GK103515341SQ201210210960
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日:2012年6月20日
【發(fā)明者】宋大侖, 朱貴武, 賴東昇 申請人:訊憶科技股份有限公司