半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利摘要】一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：一裝置；在所述裝置上的一導(dǎo)電襯墊；及在所述導(dǎo)電襯墊上方的一Ag1-xYx合金凸塊。所述Ag1-xYx凸塊的Y包含以任意權(quán)重百分比與Ag形成完全固溶體的金屬，且所述Ag1-xYx合金凸塊之的X在0.005至0.25的一范圍內(nèi)。一個標(biāo)準(zhǔn)差與所述Ag1-xYx合金凸塊的一粒徑分布的一均值之間的一差異在0.2μm至0.4μm的一范圍內(nèi)。所述Ag1-xYx合金凸塊在一縱向橫截面平面上的一平均粒徑在0.5μm至1.5μm的一范圍內(nèi)。
【專利說明】半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明為關(guān)于一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子工業(yè)的近期進(jìn)展，正開發(fā)具有高效能的電子組件，且因此存在對于小型化及高密度封裝的需求。因此，必須更密集地封裝用于將IC連接至主機(jī)板的內(nèi)插物(interposer)。封裝的高緊密化可歸因于IC的I/O的數(shù)目的增大，且亦已使得用于與內(nèi)插物進(jìn)行連接的方法更為有效。
[0003]愈發(fā)普及的內(nèi)插物技術(shù)中的一者為倒裝芯片結(jié)合。硅集成電路（IC)裝置的制造處理流程中的倒裝芯片裝配由若干事實(shí)驅(qū)動。第一，當(dāng)與習(xí)知線結(jié)合互連技術(shù)相關(guān)的寄生電感減小時，半導(dǎo)體裝置的電效能可得以改良。第二，較之于線結(jié)合，倒裝芯片裝配在晶片與封裝之間提供較高互連密度。第三，較之于線結(jié)合，倒裝芯片裝配消耗較少硅“占據(jù)面積”，且因此有助于節(jié)省硅區(qū)域且降低裝置成本。及第四，當(dāng)使用并行群式結(jié)合技術(shù)而非連續(xù)個別結(jié)合步驟時，可降低制造成本。
[0004]為了減小內(nèi)插物的大小及其間距，已努力用金屬凸塊替換先前在倒裝芯片結(jié)合中的基于焊料的互連球，尤其是努力藉由經(jīng)修改的線球技術(shù)來產(chǎn)生金屬凸塊。通常，在半導(dǎo)體晶片的接觸襯墊的鋁層上產(chǎn)生金屬凸塊。隨后，使用焊料將晶片附接至基板。所述等金屬凸塊用于針對LCD、記憶體、微處理器及微波RFIC的應(yīng)用的倒裝晶片封裝。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：一裝置；在該裝置上的一導(dǎo)電襯墊；及在該導(dǎo)電襯墊上方的Agl_xYx合金凸塊。Agl_xYx凸塊的Y包含以任意權(quán)重百分比與Ag形成完全固溶體的金屬，且Agl_xYx合金凸塊的X在O. 005至O. 25的范圍內(nèi)。
[0006]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該Agl_xYx合金凸塊的該Y為Au及Pd中的至少一者。
[0007]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該Agl_xYx合金凸塊的粒徑分布的一個標(biāo)準(zhǔn)差在O. 2μπι至O. 4μπι的范圍內(nèi)。
[0008]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，Agl_xYx合金凸塊的高度在9μπι至15μπι的范圍內(nèi)。
[0009]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在該導(dǎo)電襯墊與該Agl_xYx合金凸塊之間的一凸塊下金屬化（UBM)層。該UBM層包含Ti、TiW及Ag中的至少一者。
[0010]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該UBM層的厚度在1000蓋至3000允的范圍內(nèi)。
[0011]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在UBM層與該Agl_xYx合金凸塊之間的一晶種層，且該晶種層包含Ag。
[0012]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的該晶種層的厚度在1000 A至3000 A的范圍內(nèi)。
[0013]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括：一裝置；在該裝置上的一導(dǎo)電襯墊；在該導(dǎo)電襯墊上方的一經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊；及在該Agl_xYx合金凸塊上方的一金屬層。該AghYx凸塊的Y包含以任意權(quán)重百分比與Ag形成完全固溶體的金屬，且AgpxYx合金凸塊的X在0.005至0.25的范圍內(nèi)。該Agl_xYx合金凸塊上方的該金屬層包含Au及Cu中的至少一者。
[0014]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，具有一上覆金屬層的該AghYx合金凸塊的Y包含Au及Pd中的至少一者。
[0015]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一個標(biāo)準(zhǔn)差與具有一上覆金屬層的經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的粒徑分布的均值之間的差異在0.2μπ?至0.4μL?的范圍內(nèi)。
[0016]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，具有一上覆金屬層的經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的高度在9 μ m至15 μ m的范圍內(nèi)。
[0017]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，具有一上覆金屬層的該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊進(jìn)一步包含在該導(dǎo)電襯墊與該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊之間的一凸塊下金屬化(UBM)層，且其中該UBM層包含T1、TiW及Ag中的至少一者。
[0018]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，具有一上覆金屬層的該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊進(jìn)一步包含在該UBM層與該經(jīng)電鍍Ag1-Jx合金凸塊之間的一晶種層，且其中該晶種層包含Ag。
[0019]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該金屬層定位于該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊上方，且覆蓋具有一上覆金屬層的該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的一側(cè)壁。
[0020]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，在具有一上覆金屬層的該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊上方的該金屬層的高度在Iym至3μπι的范圍內(nèi)。
[0021]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一種膜上晶片(COF)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:一可撓性膜，其具有一第一表面及一第二表面；在該可撓性膜的該第一表面上的一導(dǎo)電層；在該導(dǎo)電層上方的一半導(dǎo)體晶片；及一經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊，其電耦接該半導(dǎo)體晶片與該導(dǎo)電層。該經(jīng)電鍍Agl-xYx合金凸塊的X在0.005至0.25的范圍內(nèi)。
[0022]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的該經(jīng)電鍍Agl-xYx合金凸塊的Y包括可與銀以任意百分比形成完全固溶體的金屬。
[0023]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的該經(jīng)電鍍Agl-xYx合金凸塊的Y為Pd或Au。
[0024]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的該經(jīng)電鍍Agl-xYx合金凸塊進(jìn)一步包含在該經(jīng)電鍍Agl-xYx合金凸塊與該導(dǎo)電層之間的一非銀金屬層。
[0025]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該非銀金屬層覆蓋該COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的一側(cè)壁。
[0026]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包括在該導(dǎo)電層與該經(jīng)電鍍AghYx合金凸塊之間的一焊料層及一 Sn-Ag合金層。
[0027]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該Agl_xYx合金凸塊在該COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的一縱向橫截面平面上的平均粒徑在0.5μπ?至1.5μL?的范圍內(nèi)。
[0028]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一種玻璃上晶片(COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:一透明基板，其具有一第一表面及一第二表面；在可撓性膜的該第一表面上的一透明導(dǎo)電層；在該導(dǎo)電層上方的一半導(dǎo)體晶片；及一經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊，其電耦接該半導(dǎo)體晶片與該導(dǎo)電層。該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的X在0.005至0.25的范圍內(nèi)。
[0029]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一 COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的Y包含Pd及Au中的至少一者。
[0030]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，一 COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊進(jìn)一步包含在該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊與該導(dǎo)電層之間的一非銀金屬層。
[0031]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該非銀金屬層覆蓋一 COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的一側(cè)壁。
[0032]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，該Agl_xYx合金凸塊在一 COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的一縱向橫截面平面上的平均粒徑在O. 5μπ?至1.5μL?的范圍內(nèi)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時，可自以下詳細(xì)描述最佳地理解本發(fā)明的態(tài)樣。應(yīng)強(qiáng)調(diào)，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)務(wù)，各種特征不按比例繪制。實(shí)際上，為了論述的清楚起見，可任意增大或減小各種特征的尺寸。
[0034]圖I為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的銀合金凸塊結(jié)構(gòu)的橫截面圖；
[0035]圖2為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的粒徑分散曲線；
[0036]圖3為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的銀合金凸塊結(jié)構(gòu)的橫截面圖；
[0037]圖4為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有銀合金凸塊結(jié)構(gòu)的膜上晶片（COF)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的橫截面圖；
[0038]圖5為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的展示于圖4中的接頭部分的放大視圖；
[0039]圖6為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的多層凸塊結(jié)構(gòu)的橫截面圖；
[0040]圖7為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有多層凸塊結(jié)構(gòu)的膜上晶片（COF)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的橫截面圖；
[0041]圖8為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的展示于圖7中的接頭部分的放大視圖；
[0042]圖9為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有銀合金凸塊結(jié)構(gòu)的玻璃上晶片（COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的橫截面圖；
[0043]圖10為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有多層凸塊結(jié)構(gòu)的玻璃上晶片（COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的橫截面圖；
[0044]圖11為根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的具有多層凸塊結(jié)構(gòu)的玻璃上晶片（COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的橫截面圖 '及
[0045]圖12至圖25展示根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例的制造銀合金凸塊結(jié)構(gòu)及多層凸塊結(jié)構(gòu)的操作。
[0046]附圖標(biāo)識：
[0047]10 銀合金凸塊結(jié)構(gòu)
[0048]20 銀合金凸塊結(jié)構(gòu)
[0049]30 膜上晶片（COF)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
[0050]40 多層凸塊結(jié)構(gòu)
[0051]50 膜上晶片（COF)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
[0052]60 玻璃上晶片（COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
[0053] 70 玻璃上晶片（COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
[0054]80 玻璃上晶片（COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)
[0055]100 容器
[0056]100A 入口
[0057]100B 出口
[0058]101銀合金凸塊本體
[0059]IOlA 側(cè)壁
[0060]IOlB 頂表面
[0061]102導(dǎo)電襯墊
[0062]103鈍化層
[0063]104凸塊下金屬化（UBM)層
[0064]105 晶種層
[0065]107金屬層
[0066]109第一遮罩層
[0067]109A 開口
[0068]110第二遮罩層
[0069]111 陽極
[0070]112 陰極
[0071]113電鍍浴
[0072]115無電極鍍敷浴
[0073]200 容器
[0074]201 熱板
[0075]301可撓性膜
[0076]301A 第一表面
[0077]301B 第二表面
[0078]302導(dǎo)電層
[0079]303 點(diǎn)框
[0080]304底部填充材料
[0081]305阻焊劑圖案
[0082]306焊料層
[0083]307 點(diǎn)框
[0084]308焊料層
[0085]401玻璃基板
[0086]40IA 第一表面
[0087]402導(dǎo)電跡線
[0088]406各向異性導(dǎo)電膜（ACF)
[0089]406A塑膠球體

【具體實(shí)施方式】
[0090]在以下詳細(xì)描述中，列出了若干特定細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明的全面了解。然而，熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者應(yīng)了解，本發(fā)明可在無該等特定細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其他情形中，未對熟知方法、程序、組件及電路進(jìn)行詳細(xì)描述，以免混淆本發(fā)明。應(yīng)理解，以下揭示內(nèi)容提供用于建構(gòu)各種實(shí)施例的不同特征的許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?。下文描述組件及配置的特定實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，此等僅為實(shí)例，而并不意欲為限制性的。
[0091]下文詳細(xì)論述實(shí)施例的制作及使用。然而，應(yīng)了解，本發(fā)明提供可在廣泛多種特定內(nèi)容脈絡(luò)中體現(xiàn)的許多適用的發(fā)明性概念。所論述的特定實(shí)施例僅為說明制作及使用本發(fā)明的特定方式，而并不限制本發(fā)明的范疇。
[0092]在半導(dǎo)體封裝的金屬凸塊技術(shù)當(dāng)中，金凸塊由于與此項(xiàng)技術(shù)中的材料特性及處理技術(shù)的類似性而最為風(fēng)行。然而，高材料成本、較差結(jié)合可靠性及諸如低電導(dǎo)率及低熱導(dǎo)率的不令人滿意的材料特性仍為待解決的問題。制造金屬凸塊的替代成本節(jié)省方法為藉由產(chǎn)生多層凸塊，例如，Cu(底部層)、Ni (中間層)及Au(頂部層)凸塊。此方法節(jié)省金屬凸塊的金材料消耗，但銅底部層易受氧化及腐蝕，且因此產(chǎn)生可靠性憂慮。
[0093]當(dāng)藉由回焊已沉積在襯墊上的焊料而將金凸塊接合至基板襯墊時，形成數(shù)個金/錫金屬間物(intermetalIics)。因?yàn)榻鹪谌廴诤噶现械母呷芙饴?具有金凸塊的焊料接頭在一次回焊的后具有大體積分率的金屬間化合物(其中AuSn4為主要相)，其使接頭大大變脆。在兩次或兩次以上回焊(對于裝配迭層封裝產(chǎn)品通常為需要的)之后，金凸塊可能完全耗盡且轉(zhuǎn)化成金/錫金屬間化合物。由于此等化合物及金屬間物與晶片側(cè)上的鋁襯墊的直接接觸的脆性，接頭經(jīng)常由于在凸塊/晶片界面處開裂而通不過諸如機(jī)械墜落測試的可靠性測試。
[0094]銀凸塊的成本為金凸塊的二十分之一，且銀凸塊在本文中論述的三種金屬(Au、Cu、Ag)中具有最高電導(dǎo)率及最高熱導(dǎo)率。此外，銀凸塊的退火溫度低于金凸塊的退火溫度，因此大大減少鈍化裂痕的風(fēng)險(xiǎn)。就將銀凸塊接合至基板的焊料而言，在高于共晶溫度的溫度下，銀/錫界面表現(xiàn)出優(yōu)于金/錫界面的結(jié)合特性的結(jié)合特性。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，銀合金用于銀凸塊以避免銀針、銀遷移、純銀所固有的氧化及硫化問題。
[0095]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種具有銀合金凸塊的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。銀合金凸塊可為具有0.005至0.25原子比的非銀元素的二元合金或三元合金。在一些實(shí)施例中，因?yàn)殂y合金凸塊為藉由電鍍而形成，因此觀測到均一的粒徑分布，且可藉由量測粒徑分布的標(biāo)準(zhǔn)差而量化該粒徑分布。
[0096]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種具有含有銀的多層合金凸塊的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。該多層合金凸塊包括具有0.005至0.25原子比的非銀元素的二元合金或三元合金。在一些實(shí)施例中，至少包括Au及Cu的額外金屬層定位在該二元合金或三元合金上方。在一些實(shí)施例中，該額外金屬層覆蓋該二元合金或三元合金的側(cè)壁。在一些實(shí)施例中，因?yàn)樵摱鄬雍辖鹜箟K為藉由電鍍而形成，因此觀測到均一粒徑分布，且可藉由量測粒徑分布的標(biāo)準(zhǔn)差而量化該粒徑分布。
[0097]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種包括經(jīng)電鍍銀合金凸塊的膠帶自動結(jié)合(TAB)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，膜上晶片(COF)結(jié)構(gòu)包括在薄膜上的銀合金凸塊與導(dǎo)電銅線之間的銀/錫界面。在一些實(shí)施例中，額外金屬層定位在該COF結(jié)構(gòu)中的經(jīng)電鍍銀合金凸塊上方。在一些實(shí)施例中，該額外金屬層覆蓋該COF結(jié)構(gòu)中的該經(jīng)電鍍銀合金凸塊的側(cè)壁。
[0098]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種包括經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的玻璃上晶片(COG)結(jié)構(gòu)，該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊將半導(dǎo)體晶片電耦接至導(dǎo)電層。在一些實(shí)施例中，該經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的Y包括Pd及Au中的至少一者。在一些實(shí)施例中，額外金屬層定位在該COG結(jié)構(gòu)中的經(jīng)電鍍銀合金凸塊上方。在一些實(shí)施例中，該額外金屬層覆蓋該COG結(jié)構(gòu)中的該經(jīng)電鍍銀合金凸塊的側(cè)壁。
[0099]本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種在一半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中的經(jīng)電鍍銀合金凸塊。在一些實(shí)施例中，由本文中所描述的經(jīng)電鍍銀合金凸塊制成的銀合金薄膜具有自250W/(mK)至450ff/(mK)的熱導(dǎo)率。在其他實(shí)施例中，該經(jīng)電鍍銀合金凸塊具有自35 (Ωm)-1至65(Ωm)-1的電導(dǎo)率。
[0100]定義：
[0101]在描述及主張本發(fā)明時，將根據(jù)下文所闡述的定義使用以下術(shù)語。
[0102]如本文所使用，“平均粒徑”為藉由諸如X射線繞射（XRD)、電子束散射型式(EBSP)、穿透電子顯微術(shù)（TEM)或掃描電子顯微術(shù)（SEM)的任何習(xí)知粒徑量測技術(shù)而量測。樣本的經(jīng)預(yù)處理橫截面平面經(jīng)制備用于本發(fā)明中所論述的粒徑量測。圖I展示銀合金凸塊結(jié)構(gòu)10的橫截面，其中銀合金凸塊本體101連接至導(dǎo)電襯墊102，且銀合金凸塊本體101及導(dǎo)電襯墊102兩者皆定位在裝置100上。銀合金凸塊結(jié)構(gòu)10的縱向方向平行于Y方向。換言之，縱向方向?yàn)橹复怪庇谌菁{銀合金凸塊本體101及導(dǎo)電襯墊102的表面的方向。經(jīng)受本文中所論述的量測中的任一者的橫截面平面為穿經(jīng)銀合金凸塊本體101、具有垂直于該縱向方向的平面法線的任何平面。
[0103]如本文所使用，用于平均粒徑量測的“電子束散射型式（EBSP) ”由電腦分析程式(例如，TSL OIM分析）加以輔助。電腦分析程式的設(shè)定包括但不限于15度的晶界錯向、等于或大于O. I的Cl值，及至少為5測試點(diǎn)的極小粒徑。在一些實(shí)施例中，EBSP量測的平均粒徑為藉由對至少在橫截面平面的三個不同測試位置上的粒徑求平均而獲得。在每一測試位置量測一預(yù)定區(qū)域。預(yù)定區(qū)域根據(jù)不同實(shí)施例的特征而變化。每一測試位置距鄰近測試位置至少Imm遠(yuǎn)。在一些實(shí)施例中，一個測試位置中的每一量測點(diǎn)之間的間隔為至少5μπι。在一些實(shí)施例中，在20kV的加速電壓及100倍至500倍的放大率下觀測經(jīng)受EBSP量測的所制備樣本。在一些實(shí)施例中，所制備樣本定位在70度的傾斜角處。
[0104]如本文所使用，用于平均粒徑量測的“穿透電子顯微術(shù)（TEM)或掃描電子顯微術(shù)(SEM) ”為由影像分析程式（例如，CLEMEX Vision PE)加以輔助。在一些實(shí)施例中，TEM或SEM量測的平均粒徑為藉由對橫截面平面的至少三個不同測試位置上的粒徑求平均而獲得。在每一測試位置中量測一預(yù)定區(qū)域。該預(yù)定區(qū)域根據(jù)不同實(shí)施例的特征而變化。每一測試位置距鄰近測試位置至少Imm遠(yuǎn)。在一些實(shí)施例中，一個測試位置中的每一量測點(diǎn)之間的間隔為至少5 μ m。在一些實(shí)施例中，在5kV至20kV的加速電壓及100倍至500倍的放大率下觀測經(jīng)受TEM或SEM量測的所制備樣本。
[0105]如本文所使用，銀合金凸塊的“粒徑分布的標(biāo)準(zhǔn)差”為指使用本文中所論述的影像分析程式獲得的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。在獲得粒徑分布的分散曲線之后，一個標(biāo)準(zhǔn)差被定義為自均值粒徑（期望值）偏離的粒徑，其中粒徑在所偏離粒徑與均值粒徑之間的晶粒的數(shù)目占到晶粒的總數(shù)目的34%。
[0106]圖I為銀合金凸塊結(jié)構(gòu)10的橫截面，其中銀合金凸塊本體101連接至導(dǎo)電襯墊102。銀合金凸塊本體101及導(dǎo)電襯墊102定位在裝置100上。在一些實(shí)施例中，裝置100包括但不限于諸如記憶體、電晶體、二極管(PN或PIN接面)、集成電路或可變電抗器的主動裝置。在其他實(shí)施例中，裝置100包括諸如電阻器、電容器或電感器的被動裝置。如圖1中所示，僅展示銀合金凸塊本體101的微觀結(jié)構(gòu)。銀合金凸塊本體101的橫截面為藉由沿縱向方向(Y方向)切割銀合金凸塊結(jié)構(gòu)10而制備,且獲得XY表面。使用電子顯微鏡，在橫截面平面上識別銀合金凸塊本體101的晶粒結(jié)構(gòu)，且在本文中所論述的影像分析軟件的幫助下，可獲得粒徑分布的統(tǒng)計(jì)資訊。
[0107]參看圖1，晶粒1lA的一區(qū)域用直線劃出陰影。銀合金凸塊本體101中所示的SEM圖像為取自本文中所描述的銀合金凸塊本體101的真實(shí)橫截面平面。在一些實(shí)施例中，因?yàn)殂y合金凸塊本體101為藉由電鍍操作而形成，因此粒徑分布相當(dāng)均一，且未觀測到如螺柱凸塊(未圖示)中的受熱影響區(qū)(HAZ)的受熱影響區(qū)。HAZ由于以下事實(shí)而產(chǎn)生粒徑的突變:晶粒生長程序經(jīng)受局部高溫。通常，粒徑在HAZ中明顯地增大。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，可在銀合金凸塊本體101的晶粒中識別出子晶粒結(jié)構(gòu)。舉例而言，在晶粒1lA中，可以如下方式看到子晶粒域:可識別出藉由域邊界分離的晶粒1lA內(nèi)的若干區(qū)。
[0108]在一些實(shí)施例中，銀合金凸塊本體101包括Agl_xYx合金。Agl_xYx合金中的物質(zhì)Y包括以任意權(quán)重百分比與銀形成完成固溶體的金屬。在一些實(shí)施例中，可藉由觀察二元相圖而識別物質(zhì)Y。二元相圖中形成透鏡形狀的液相線及固相線指示在兩種金屬組分的任何組成下的固溶體的完全混合。舉例而言，在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，物質(zhì)Y為金、鈀，或其組合。在一些實(shí)施例中，物質(zhì)Y在AghYx合金中的含量介于0.005至0.25原子比之間。
[0109]如圖1中所示，銀合金凸塊本體101的粒徑形成圖2中的分散曲線。在一些實(shí)施例中，圖2中的分散曲線為經(jīng)由諸如但不限于CLEMEX Vis1n PE的影像分析軟件程式而獲得。在圖2中，該分散曲線的X軸指示粒徑，而該分散曲線的Y軸展示經(jīng)正規(guī)化的晶粒數(shù)目。本發(fā)明中的粒徑計(jì)算為藉由電腦分析程式(例如，TSL OIM分析)加以輔助。在一些實(shí)施例中，電腦分析程式將晶粒的面積轉(zhuǎn)換為具有相同面積的假設(shè)圓，且此假設(shè)圓的直徑被界定為按一長度單位(通常為微米)的粒徑。然而，粒徑計(jì)算不限于上述操作。在其他實(shí)施例中，平均粒徑為藉由在本文中所描述的銀合金凸塊結(jié)構(gòu)的橫截面平面的TEM圖像或SEM圖像上繪制對角線，并將該對角線的長度除以該對角線所遇到的晶粒的數(shù)目而獲得。任何粒徑量測操作為適當(dāng)?shù)?，只要其藉由電腦軟件加以輔助或其為以一致且系統(tǒng)化的方式進(jìn)行即可。
[0110]在繪出如圖2中所示的分散曲線之后，可將標(biāo)準(zhǔn)差量測為銀合金凸塊本體101的微觀結(jié)構(gòu)的形態(tài)特征。在一些實(shí)施例中，該分散曲線具有近鐘形狀(eschewed bellshape)，其最大值較接近于該分散曲線的右端。在一些實(shí)施例中，粒徑的均值或期望值由分散曲線的最大值表示。如圖2中所示，均值M對應(yīng)于粒徑A，其在一些實(shí)施例中在0.7 μ m至
0.8μπι的范圍內(nèi)。離開均值M至正方向一個標(biāo)準(zhǔn)差(+1σ)對應(yīng)于粒徑C，其在一些實(shí)施例中在1.0ym至1.1ym的范圍內(nèi)。離開平均值M至負(fù)方向一個標(biāo)準(zhǔn)差(-1 σ )對應(yīng)于粒徑B,其在一些實(shí)施例中在0.4μπι至0.5μπι的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，一個標(biāo)準(zhǔn)差被定義為自均值M偏離的粒徑，且其中粒徑在所偏離粒徑B或C與均值M之間的晶粒的數(shù)目占到晶粒的總數(shù)目的34%。注意，獲自實(shí)際粒徑量測的分散曲線并不必須關(guān)于均值M對稱，且因此,在一些實(shí)施例中，離開均值M至粒徑C處的正方向一個標(biāo)準(zhǔn)差(+1σ)與均值M之間的差異未必與在粒徑B處在負(fù)方向上離開均值M—個標(biāo)準(zhǔn)差(_1σ)與均值M之間的差異相同。
[0111]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，粒徑C與粒徑A之間的差異自0.2 μ m至0.4 μ m。在其他實(shí)施例中，粒徑B與粒徑A之間的差異自O(shè). 2 μ m至O. 4 μ m。藉由利用本發(fā)明中所論述的電鍍操作，銀合金凸塊本體101的粒徑表現(xiàn)出均一分布，且離開均值M(至正或負(fù)方向）一個標(biāo)準(zhǔn)差之間的差異可量化為在O. 2μηι至O. 4μηι的范圍內(nèi)。
[0112]參看圖3，展示銀合金凸塊結(jié)構(gòu)20的橫截面。與圖I中的銀合金凸塊結(jié)構(gòu)10相t匕，銀合金凸塊結(jié)構(gòu)20進(jìn)一步包括凸塊下金屬化（UBM)層104及晶種層105。在一些實(shí)施例中，晶種層105含有銀或銀合金，且為藉由化學(xué)氣相沉積（CVD)、濺鍍及電鍍操作中的一者而制備。在一些實(shí)施例中，UBM層104具有單層結(jié)構(gòu)或包括由不同材料形成的若干子層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，且包括選自以下各者的一（或多）層：鎳層、鈦層、鈦鎢層、鈀層、金層、銀層，及其組合。
[0113]如圖3中所示，銀合金凸塊本體101的高度Hl為自銀合金凸塊本體的頂表面至裝置102的頂表面而量測。在一些實(shí)施例中，銀合金凸塊本體101或Agl_xYx合金的高度Hl在9μπι至15μπι的范圍內(nèi)。與銀合金凸塊本體101的高度Hl成比例，UBM層104的厚度Τ2與晶種層105的厚度Tl相當(dāng)。在一些實(shí)施例中，UBM層104的厚度Τ2在1000 A至3000 A的范圍內(nèi)，且晶種層105的厚度Tl在1000 A至3000 A的范圍內(nèi)。
[0114]參看圖4，展示膜上晶片（COF)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)30的橫截面。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)30為半導(dǎo)體封裝。COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)30包括可撓性膜301，該可撓性膜301具有第一表面301Α及第二表面301Β?？蓳闲阅?01包括但不限于可撓性印刷電路板（FPCB)或聚酰亞胺（PD。諸如導(dǎo)電銅跡線的導(dǎo)電層302經(jīng)圖案化于可撓性膜301的第一表面301Α上。在圖4中，具有與圖I及圖3中所示的數(shù)字標(biāo)記相同的數(shù)字標(biāo)記的元件為指相同元件或其等效物，且為簡單起見而不在此處加以重復(fù)。在圖4中，兩個銀合金凸塊本體101將裝置100電耦接至可撓性膜301的導(dǎo)電層302。在一些實(shí)施例中，例如無溶劑環(huán)氧樹脂的具有適當(dāng)粘度的底部填充材料304注入至可撓性膜301與裝置100之間的空間中。
[0115]圖4中所示的銀合金凸塊本體101包括Agl_xYx合金，其中物質(zhì)Y為金、鈀，或其組合。舉例而言，AgpxYx合金可為諸如AghAux或AgpxPdx的二兀金屬合金,此外,AghYx合金可為諸如Agl_x (AuPd)x的三元金屬合金。在一些實(shí)施例中，物質(zhì)Y在Agl_xYx合金中的含量介于O. 005至O. 25原子比之間。在一些實(shí)施例中，Agl_xYx合金中的物質(zhì)Y包括可以任意百分比與銀形成完全固溶體的金屬。如圖4中所示，銀合金凸塊本體101的高度Hl在9μπι至15 μ m的范圍內(nèi)，且鄰近的銀合金凸塊本體101之間的間距P低于10 μ m。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電襯墊102的寬度W在20μπι至30μπι的范圍內(nèi)。
[0116]在圖4中，阻焊劑圖案305定位在導(dǎo)電層302上。焊料層306施加至銀合金凸塊本體101與導(dǎo)電層302的接頭。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，焊料層306可為習(xí)知SnPb或無鉛焊料。由點(diǎn)框303包圍的接頭部分經(jīng)放大且于圖5中展示。參看圖5，焊料層306不僅包括焊料材料自身，且亦包括AgwSna合金。在一些實(shí)施例中，AgwSna合金至少包括Ag0.5Sn0.5合金。在某些實(shí)施例中，當(dāng)用于COF的在銀合金凸塊側(cè)設(shè)定的內(nèi)部引線結(jié)合（ILB)溫度為攝氏400度時，AgSn合金系統(tǒng)的液相實(shí)質(zhì)上大于AuSn合金系統(tǒng)的液相（給定在合金凸塊的自由端設(shè)定的相同結(jié)合溫度）。AgSn合金的過量液相促進(jìn)銀合金凸塊本體101與導(dǎo)電層302之間的粘附，且因此藉由使用基于Ag的合金凸塊在AgSn合金系統(tǒng)中獲得較好接面可靠性。另一方面，用于COF的較低ILB溫度可用于AgSn合金系統(tǒng)中。例如低于攝氏400度的較低ILB溫度可防止可撓性膜301變形或收縮。在其他實(shí)施例中，各向異性導(dǎo)電膜(ACF)可用以連接銀合金凸塊本體101與導(dǎo)電層302。
[0117]參看圖5，僅展示銀合金凸塊本體101的微觀結(jié)構(gòu)。銀合金凸塊本體101的平均粒徑在0.5 μ m至1.5 μ m的范圍內(nèi)。因?yàn)殂y的熔化溫度為攝氏962度，因此施加至銀合金凸塊本體101的退火溫度可低于攝氏250度以避免圖1、圖3及圖4中所示的鈍化層103的開裂。與金的較高熔化溫度(攝氏1064度)相比，較低熔化溫度導(dǎo)致較低退火溫度，且因此諸如鈍化層的先前生長的結(jié)構(gòu)經(jīng)受較低熱壓力。在一些實(shí)施例中，在于低于攝氏250度的溫度下對銀合金凸塊本體101進(jìn)行退火之后，藉由本文中所描述的方法量測的Ag1-Jx合金的平均粒徑為I μ m。
[0118]參看圖6，展示多層凸塊結(jié)構(gòu)40的橫截面。與圖3中的銀合金凸塊結(jié)構(gòu)20相比，多層凸塊結(jié)構(gòu)40進(jìn)一步包括在銀合金凸塊本體101上方的金屬層107。在一些實(shí)施例中，多層凸塊結(jié)構(gòu)40包括如圖1、圖3及圖4中所示的銀合金凸塊結(jié)構(gòu)的銀合金凸塊結(jié)構(gòu)，其中銀合金凸塊本體101的底表面連接至導(dǎo)電襯墊102，且其頂表面連接至金屬層107。在一些實(shí)施例中，金屬層107為不同于銀的金屬材料。在其他實(shí)施例中，多層凸塊結(jié)構(gòu)40的金屬層107包括金、金合金、銅，或銅合金。在其他實(shí)施例中，多層凸塊結(jié)構(gòu)40的金屬層107包括銅及其合金。金屬層107的厚度H2應(yīng)足夠厚以在銀合金凸塊本體101與外部裝置或基板之間形成接頭界面，例如，可撓性膜的導(dǎo)電跡線(此處未圖示)。
[0119]在一些實(shí)施例中，金屬層107的厚度H2自I μ m至3 μ m，且金屬層107為藉由電鍍操作而形成。在圖6中，多層凸塊結(jié)構(gòu)40包括凸塊下金屬化(UBM)層104及晶種層105。在一些實(shí)施例中，晶種層105含有銀或銀合金，且為藉由化學(xué)氣相沉積(CVD)、濺鍍及電鍍操作中的一者而制備。在一些實(shí)施例中，UBM層104具有單層結(jié)構(gòu)或包括由不同材料形成的若干子層的復(fù)合結(jié)構(gòu)，且包括選自以下各者的一(或多)層:鎳層、鈦層、鈦鎢層、鈀層、金層、銀層，及其組合。
[0120]圖6中所示的銀合金凸塊本體101包括Agl_xYx合金，其中物質(zhì)Y為金、鈀，或其組合。舉例而言，AgpxYx合金可為諸如AghAux或AgpxPdx的二兀金屬合金,此外,AghYx合金可為諸如Agl_x (AuPd) x的三元金屬合金。在一些實(shí)施例中，物質(zhì)Y在Agl_xYx合金中的含量介于0.005至0.25原子比之間。在一些實(shí)施例中，Agl_xYx合金中的物質(zhì)Y包括可以任意百分比與銀形成完全固溶體的金屬。如圖6中所示，銀合金凸塊本體101的高度Hl在9μπι至15 μ m的范圍內(nèi)。
[0121]參看圖7，展示膜上晶片(COF)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)50的橫截面。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)30為半導(dǎo)體封裝。COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)50包括具有第一表面301A及第二表面301B的可撓性膜301?？蓳闲阅?01包括但不限于可撓性印刷電路板(FPCB)或聚酰亞胺(PI)。諸如導(dǎo)電銅跡線的導(dǎo)電層302經(jīng)圖案化于可撓性膜301的第一表面301A上，且阻焊劑圖案305定位在導(dǎo)電層302上。在圖7中，與圖1及圖3中所示的數(shù)字標(biāo)記具有相同數(shù)字標(biāo)記的元件為指相同元件或其等效物，且為簡單起見不在此處加以重復(fù)。在圖7中，包括銀合金凸塊本體101及金屬層107的兩個多層凸塊結(jié)構(gòu)(101，107)將裝置100電耦接至可撓性膜301的導(dǎo)電層302。在一些實(shí)施例中，例如無溶劑環(huán)氧樹脂的具有適當(dāng)粘度的底部填充材料304注入至可撓性膜301與裝置100之間的空間中。在金屬層107為由經(jīng)電鍍金膜制成的情況下，后續(xù)結(jié)合操作可利用此項(xiàng)技術(shù)中對于金凸塊所習(xí)知的結(jié)合操作。
[0122]圖7中所示的銀合金凸塊本體101包括Agl_xYx合金，其中物質(zhì)Y為金、鈀，或其組合。舉例而言，AgpxYx合金可為諸如AghAux或AgpxPdx的二兀金屬合金,此外,AghYx合金可為諸如Agl_x (AuPd)x的三元金屬合金。在一些實(shí)施例中，物質(zhì)Y在Agl_xYx合金中的含量介于O. 005至O. 25原子比之間。在一些實(shí)施例中，Agl_xYx合金中的物質(zhì)Y包括可以任意百分比與銀形成完全固溶體的金屬。圖7中所示的金屬層107包括不同于銀的金屬材料，例如金或銅。如圖7中所示，銀合金凸塊本體101的高度Hl在9μπι至15μπι的范圍內(nèi)，且鄰近的銀合金凸塊本體101之間的間距P低于10 μ m。金屬層107的高度H2在Iym至3μπι的范圍內(nèi)。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電襯墊102的寬度W在20μπι至30μπι的范圍內(nèi)。
[0123]在圖7中，阻焊劑圖案305定位在導(dǎo)電層302上。焊料層308施加至多層凸塊結(jié)構(gòu)（101，107)與導(dǎo)電層302的接頭。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，焊料層306可為習(xí)知SnPb或無鉛焊料。由點(diǎn)框307包圍的接頭部分經(jīng)放大且展示于圖8中。參看圖8，焊料層308不僅包括焊料材料自身，且亦包括（若金屬層107為由Au或其合金制成）。在一些實(shí)施例中，AUl_aSna合金至少包括Autl. 5Sn0.5合金。在其他實(shí)施例中，各向異性導(dǎo)電膜ACF)可用以連接多層凸塊結(jié)構(gòu)（101，107)與導(dǎo)電層302。
[0124]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖9中所示，本文中論述的銀合金凸塊本體101亦可用于玻璃上晶片（COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)60中。透明基板的第一表面401A上的導(dǎo)電跡線402與待封裝的裝置100的銀合金凸塊本體101之間的電連接可為各向異性導(dǎo)電膜（ACF)406。舉例而言，透明基板為玻璃基板401。ACF包括涂有Au的塑膠球體406A，其直徑自3μπι至5 μ m，分散在熱固性環(huán)氧樹脂基質(zhì)中。在一些實(shí)施例中，用于在COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)60中使用ACF的結(jié)合溫度為攝氏200度。
[0125]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖10中所示，本文中論述的多層凸塊結(jié)構(gòu)（101，107)亦可用于玻璃上晶片（COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)70中。玻璃基板401的第一表面401A上的導(dǎo)電跡線402與待封裝的裝置100的多層凸塊結(jié)構(gòu)（101，107)之間的電連接可為各向異性導(dǎo)電?。ˋCF)406。在一些實(shí)施例中，玻璃基板401的第一表面401A上的導(dǎo)電跡線402為由諸如氧化銦錫（ITO)的透明且導(dǎo)電材料制成。舉例而言，ACF包括涂有Au的塑膠球體406A，其直徑自3 μ m至5 μ m,分散在熱固性環(huán)氧樹脂基質(zhì)中。在一些實(shí)施例中,用于在COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)70中使用ACF的結(jié)合溫度為攝氏200度。在一些實(shí)施例中，多層凸塊結(jié)構(gòu)（101，107)的金屬層107為經(jīng)電鍍金膜，其厚度自Ιμπι至3μπι。在此情況下，對于金凸塊技術(shù)習(xí)知的結(jié)合操作可用于連接多層凸塊結(jié)構(gòu)（101，107)與諸如玻璃基板的外部裝置。
[0126]在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，如圖11中所示，本文中論述的多層凸塊結(jié)構(gòu)（101，107)亦可用于玻璃上晶片（COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)80中。玻璃基板401的第一表面401Α上的導(dǎo)電跡線402與待封裝的裝置100的多層凸塊結(jié)構(gòu)（101，107)之間的電連接可為各向異性導(dǎo)電膜（ACF) 406。舉例而言，ACF包括涂有Au的塑膠球體406Α，其直徑自3 μ m至5 μ m，分散在熱固性環(huán)氧樹脂基質(zhì)中。在一些實(shí)施例中，用于在COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)70中使用ACF的結(jié)合溫度為攝氏200度。在一些實(shí)施例中，多層凸塊結(jié)構(gòu)（101，107)的金屬層107為經(jīng)電鍍金膜，其厚度自I μ m至3 μ m，覆蓋銀合金凸塊本體101的頂表面IOlB及側(cè)壁101A。在此情況下，對于金凸塊技術(shù)習(xí)知的結(jié)合操作可用于連接多層凸塊結(jié)構(gòu)（101，107)與諸如玻璃基板的外部裝置。在一些實(shí)施例中，頂表面IOlB上的金屬層107的厚度不同于覆蓋銀合金凸塊本體101的側(cè)壁1lA的金屬層107的厚度。
[0127]可易于藉由選擇適當(dāng)電鍍浴來調(diào)整本文中論述的銀合金凸塊的硬度。舉例而言，可將用于COG應(yīng)用的銀合金凸塊的硬度調(diào)整至100HV。對于另一實(shí)例，可將用于COF應(yīng)用的銀合金凸塊的硬度調(diào)整至55HV。因?yàn)榧冦y的硬度(85HV)介于55HV與100HV之間，因此可藉由使用不同電鍍浴來電鍍銀合金凸塊而定制具有所要硬度的銀合金。在一些實(shí)施例中，COG應(yīng)用需要銀合金凸塊具有較大硬度以促進(jìn)ACF結(jié)合操作。在其他實(shí)施例中，COF應(yīng)用需要銀合金凸塊具有較低硬度以防止損傷可撓性膜上的導(dǎo)電跡線。
[0128]圖12至圖24展示本發(fā)明中描述的銀合金凸塊的制造操作。在圖12中，在鈍化層103及導(dǎo)電襯墊102的一部分上形成UBM層104。在一些實(shí)施例中，UBM層104為藉由對材料進(jìn)行CVD、濺鍍、電鍍或無電極鍍敷而形成，該等材料為選自鎳、鈦、鈦鶴、鈕、金、銀，及其組合。在一些實(shí)施例中，將UBM層14的厚度T2控制在自10001人至3OOO尤的范圍內(nèi)。在圖13中，將晶種層105沉積在UBM層104上。在一些實(shí)施例中，晶種層105為藉由對含有銀的材料進(jìn)行CVD、濺鍍、電鍍或無電極鍍敷而形成。在一些實(shí)施例中，將晶種層105的厚度
Tl控制為與UBM層14的厚度T2相當(dāng)。舉例而言，在自1000人至3OOO人的范圍內(nèi)。
[0129]參看圖14，在晶種層105上方形成可為硬式遮罩或光阻劑的第一遮罩層109。在導(dǎo)電襯墊102上方形成第一遮罩層109的開口 109A用于接收導(dǎo)電凸塊材料。在一些實(shí)施例中，第一遮罩層109為由厚度T3大于待鍍敷的導(dǎo)電凸塊的厚度的正光阻劑制成。在其他實(shí)施例中，第一遮罩層109為由負(fù)光阻劑制成。
[0130]圖15及圖16展不電鍍操作及其后的結(jié)果。圖15展不一電鍍系統(tǒng),其包括容納電鍍浴113、陽極111及陰極112的容器100。在一些實(shí)施例中，陽極111不可溶且可由涂有鉬的鈦制成，沉積有恰當(dāng)晶種層的晶圓襯墊定位在陰極112處，且電鍍浴113含有基于氰化物的鍍敷溶液，包括KAg(CN)2、KAu(CN)2, K2Pd(CN)4及其鹽。在一些實(shí)施例中，將電鍍浴113的pH值控制在中性，例如自6至8。將電鍍浴113的溫度控制在攝氏40度至攝氏50度。在一些實(shí)施例中，可藉由定位在容器100下的熱板(未圖示)來維持電鍍浴113的溫度。在其他實(shí)施例中，可藉由一電鍍?nèi)芤貉h(huán)系統(tǒng)來維持電鍍浴113的溫度，在該電鍍?nèi)芤貉h(huán)系統(tǒng)中，出口 100B排放電鍍?nèi)芤?，且入?100A吸入溫度受控的電鍍?nèi)芤??？蓪舛茸?ml/L至5ml/L的包括草酸鹽的適當(dāng)調(diào)平劑添加至電鍍浴113。在一些實(shí)施例中，經(jīng)施加以用于銀合金導(dǎo)電凸塊鍍敷的直流電(DC)在0.1ASD至0.5ASD的范圍內(nèi)。
[0131]參看圖15，陰極112包括沉積有含有銀或銀合金的晶種層105的晶圓襯墊，且在陰極處發(fā)生的反應(yīng)可為以下反應(yīng)中的一者:
[0132]KAg (CN) 2 — K++Ag++2CN-
[0133]KAu (CN) 2 — K++Au++2CN
[0134]K2Pd (CN) 4 — 2K++PcT+4CN-
[0135]圖15中所示的陽極111包括鉬電極，且其上發(fā)生的反應(yīng)可為:
[0136]2H20 — 4H++02(g)+4e
[0137]外部DC電流的正端連接至陽極，且外部DC電流的負(fù)端連接至陰極。如圖15中可見，經(jīng)還原的銀離子及經(jīng)還原的金離子沉積至晶圓襯墊的晶種層105上，填充由第一遮罩層109界定的開口 109A且形成AgAu 二元合金。在一些實(shí)施例中，若電鍍浴包括銀離子源(例如，KAg(CN)2)及鈀離子源（例如，K2Pd(CN)4)，則經(jīng)由上文描述的相同電鍍操作設(shè)定，經(jīng)還原的銀離子及經(jīng)還原的金離子沉積至晶圓襯墊的晶種層105上，填充由第一遮罩層109界定的開口 109且形成AgPd 二元合金。在一些實(shí)施例中，若電鍍浴包括銀離子源（例如，KAg (CN)2及其鹽）、金離子源（例如，（CN)2及其鹽）及鈀離子源（例如，K2Pd (CN)4及其鹽），則經(jīng)由上文描述的相同電鍍操作設(shè)定，經(jīng)還原的銀離子、經(jīng)還原的金離子及經(jīng)還原的鈀離子沉積至晶圓襯墊的晶種層105上，填充由第一遮罩層109界定的開口 109A，且形成AgAuPd三元合金。
[0138]在電鍍?nèi)鐖D6中所示的多層凸塊結(jié)構(gòu)40的一些實(shí)施例中，在將AgAu、AgPd或AgAuPd合金沉積至圖15中的晶圓襯墊的晶種層上之后，接著自包括若干金屬離子源的電鍍浴移除晶圓襯墊，且將其置放至含有用于沉積如圖6中所示的非銀金屬層107的金屬離子源的一種物質(zhì)的另一電鍍浴。
[0139]圖16展示在完成圖15中所示的電鍍操作之后的晶圓襯墊。在圖16中，銀合金凸塊本體101形成于導(dǎo)電襯墊102上方。在圖17中，若使用光阻劑，則剝除第一遮罩層109。藉由蝕刻操作移除不由銀合金凸塊本體101覆蓋的UBM層104及晶種層105以隔離兩個銀合金導(dǎo)電凸塊。
[0140]圖16、圖18及圖19提及多層凸塊結(jié)構(gòu)的制造步驟。在一些實(shí)施例中，在自圖15中所示的電鍍浴移除之后且在剝除光阻劑之前，接著將晶圓襯墊浸沒至含有KAu(CN)2及其鹽的另一電鍍浴中。如圖18中所示，金屬層107形成于銀合金凸塊本體101的頂表面IOlB上。在圖19中，若使用光阻劑，則剝除第一遮罩層109。藉由蝕刻操作移除不由銀合金凸塊本體101覆蓋的UBM層104及晶種層105以隔離兩個多層合金凸塊。
[0141]圖16、圖20至圖23及圖25提及多層凸塊結(jié)構(gòu)的制造步驟。在一些實(shí)施例中，電鍍操作用以形成多層凸塊結(jié)構(gòu)。在自圖15中所示的電鍍浴移除之后且在剝除光阻劑之前，在第一遮罩層109上形成第二遮罩層110以減小第一遮罩層109的第一寬度W1。在一些實(shí)施例中，第一遮罩層109的第一寬度Wl足夠?qū)捯孕纬芍两?jīng)鍍敷銀合金凸塊本體101的側(cè)壁IOlA的實(shí)體接觸。在圖20及圖21中，第一遮罩層109經(jīng)由部分剝除操作而變換成第二寬度W2。在一些實(shí)施例中，在剝除操作中移除不由第二硬式遮罩層110覆蓋的部分，且獲得其減小的第二寬度W2。在一些實(shí)施例中，第二遮罩層110的第二寬度W2足夠窄以在其自身與經(jīng)鍍敷銀合金凸塊本體101的側(cè)壁IOlA之間形成一間隙。
[0142]圖22展示一電鍍系統(tǒng)，其包括容納電鍍浴113、陽極111及陰極112的容器100。在一些實(shí)施例中，陽極111不可溶且可由涂有鉬的鈦制成，沉積有恰當(dāng)晶種層的晶圓襯墊定位在陰極112處，且電鍍浴113含有基于氰化物的鍍敷溶液，包括KAu (CN)2及其鹽。在一些實(shí)施例中，將電鍍浴113的pH值控制為中性，例如自6至8。將電鍍浴113的溫度控制為攝氏40度至攝氏50度。在一些實(shí)施例中，可藉由定位在容器100下的熱板（未圖示）來維持電鍍浴113的溫度。在其他實(shí)施例中，可藉由一電鍍?nèi)芤貉h(huán)系統(tǒng)來維持電鍍浴113的溫度，在該電鍍?nèi)芤貉h(huán)系統(tǒng)中，出口 100B排放電鍍?nèi)芤?，且入?100A吸入溫度受控的電鍍?nèi)芤骸？蓪舛茸?ml/L至5ml/L的包括草酸鹽的適當(dāng)調(diào)平劑添加至電鍍浴113。在一些實(shí)施例中，經(jīng)施加用于銀合金導(dǎo)電凸塊鍍敷的直流電（DC)在O. I ASD至O. 5 ASD的范圍內(nèi)。
[0143]圖23展示在圖22中的電鍍操作之后自電鍍浴113取出的晶圓襯墊。金離子與銀合金凸塊本體101在其表面(包括銀合金凸塊本體101的頂表面1lB及側(cè)壁101A)處反應(yīng)，且形成覆蓋銀合金凸塊本體101的頂表面1lB及側(cè)壁1lA兩者的金屬層107。然而，在一些實(shí)施例中，金屬層107在頂表面1lA處的厚度不同于金屬層107在銀合金凸塊本體101的側(cè)壁1lB處的厚度。在其他實(shí)施例中，金屬層107在頂表面1lA處的厚度大于金屬層107在銀合金凸塊本體101的側(cè)壁1lB處的厚度。
[0144]在圖25中，藉由剝除及蝕刻操作移除第一遮罩層109以及不由銀合金凸塊本體101覆蓋的UBM層104及晶種層105以隔離兩個多層合金凸塊。
[0145]圖16、圖24及圖25提及多層凸塊結(jié)構(gòu)的制造步驟。在一些實(shí)施例中，無電極鍍敷操作用以形成多層凸塊結(jié)構(gòu)。在移除第一遮罩層109之后，最初由第一遮罩層109覆蓋的UBM層104及晶種層105接著被暴露。圖24展示容納無電極鍍敷浴115的容器200。將剝除第一遮罩層109之后的晶圓襯墊浸沒至含有基于氰化物的鍍敷溶液(諸如KAu(CN)2及其鹽)的無電極鍍敷浴115中。在一些實(shí)施例中，將無電極鍍敷浴115的pH值控制為中性，例如自6至8。將無電極鍍敷浴115的溫度控制為攝氏40度至攝氏50度。在一些實(shí)施例中，可藉由定位在容器200下的熱板201維持無電極鍍敷浴115的溫度。在其他實(shí)施例中，可藉由一無電極鍍敷溶液循環(huán)系統(tǒng)(未圖示)來維持無電極鍍敷浴115的溫度，在該無電極鍍敷溶液循環(huán)系統(tǒng)中，出口排放無電極鍍敷溶液，且入口吸入溫度受控的無電極鍍敷溶液?？蓪舛茸?ml/L至5ml/L的包括草酸鹽及其鹽的適當(dāng)調(diào)平劑添加至無電極鍍敷浴115。如圖24及圖25中所示，金離子與銀合金凸塊本體101在其表面(包括銀合金凸塊本體101的頂表面1lB及側(cè)壁101A)處反應(yīng)，且形成覆蓋銀合金凸塊本體101的頂表面1lB及側(cè)壁1lA兩者的金屬層107。然而，在一些實(shí)施例中，金屬層107在頂表面1lA處的厚度可與金屬層107在銀合金凸塊本體101的側(cè)壁1lB處的厚度相當(dāng)。在其他實(shí)施例中，藉由無電極鍍敷操作制備的金屬層107的厚度均一性比藉由電鍍操作制備的金屬層107的厚度均一'I"生更佳。
[0146]圖25展示在圖24中但在移除不由銀合金凸塊本體101覆蓋的UBM層104及晶種層105之后的晶圓襯墊。
[0147]此外，本申請案的范疇不意欲限于說明書中描述的制程、機(jī)器、制造，及物質(zhì)組成、構(gòu)件、方法及步驟的特定實(shí)施例。如熟習(xí)此項(xiàng)技術(shù)者將易于自本發(fā)明的揭示內(nèi)容而了解，可根據(jù)本發(fā)明利用執(zhí)行與本文中所描述的對應(yīng)實(shí)施例執(zhí)行實(shí)質(zhì)上相同的功能或達(dá)成與該等對應(yīng)實(shí)施例實(shí)質(zhì)上相同的結(jié)果的當(dāng)前現(xiàn)有或稍后待開發(fā)的程序、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、構(gòu)件、方法或步驟。
[0148]因此，所附申請專利范圍意欲在其范疇中包括此等程序、機(jī)器、制造，及物質(zhì)組成、構(gòu)件、方法或步驟。此外，每一權(quán)利要求構(gòu)成一單獨(dú)實(shí)施例，且各種權(quán)利要求及實(shí)施例的組合在本發(fā)明的范疇內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包含: 一裝置； 在所述裝置上的一導(dǎo)電襯墊；及 在所述導(dǎo)電襯墊上方的一 AghYx合金凸塊， 其中所述Agl_xYx凸塊的Y包含以任意權(quán)重百分比與Ag形成完全固溶體的金屬，且 其中所述Agl_xYx合金凸塊的X在0.005至0.25的一范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述Y包含Au及Pd中的至少一者。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，一個標(biāo)準(zhǔn)差與所述Agl_xYx合金凸塊的一粒徑分布的一均值之間的一差異在0.2μπ?至0.4μL?的一范圍內(nèi)。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述AghYx合金凸塊的一高度在9μπ?至15μL?的一范圍內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其進(jìn)一步包含在所述導(dǎo)電襯墊與所述Agl_xYx合金凸塊之間的一凸塊下金屬化(UBM)層，且其中所述UBM層包含T1、TiW及Ag中的至少一者。
6.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述UBM層的一厚度在1000人至3000 A枘一范圍內(nèi)。
7.如權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其進(jìn)一步包含在所述UBM層與所述Agl_xYx合金凸塊之間的一晶種層，且其中所述晶種層包含Ag。
8.如權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述晶種層的一厚度在1000A至3000人的一范圍內(nèi)。
9.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包含: 一裝置； 在所述裝置上的一導(dǎo)電襯墊； 在所述導(dǎo)電襯墊上方的一經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊；及 在所述AgpxYx合金凸塊上方的一金屬層， 其中所述經(jīng)電鍍Agl_xYx凸塊的Y包含以任意權(quán)重百分比與Ag形成完全固溶體的金屬， 其中所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的X在0.005至0.25的一范圍內(nèi)，且 其中所述金屬層包含Au及Cu中的至少一者。
10.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述Y包含Au及Pd中的至少一者.
11.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，一個標(biāo)準(zhǔn)差與所述經(jīng)電鍍AghYx合金凸塊的一粒徑分布的一均值之間的一差異在0.2μπ?至0.4μL?的一范圍內(nèi)。
12.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的一高度在9 μ m至15 μ m的一范圍內(nèi)。
13.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其進(jìn)一步包含在所述導(dǎo)電襯墊與所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊之間的一凸塊下金屬化(UBM)層，且其中所述UBM層包含T1、TiW及Ag中的至少一者。
14.如權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其進(jìn)一步包含在所述UBM層與所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊之間的一晶種層，且其中所述晶種層包含Ag。
15.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述金屬層位于所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊上方，且覆蓋所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的一側(cè)壁。
16.如權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬層的一高度在Iμ m至3μπι的一范圍內(nèi)。
17.一種膜上晶片(COF)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包含: 一可撓性膜，其具有一第一表面及一第二表面； 在所述可撓性膜的所述第一表面上的一導(dǎo)電層； 在所述導(dǎo)電層上方的一半導(dǎo)體晶片；及 一經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊，其電耦接所述半導(dǎo)體晶片與所述導(dǎo)電層，其中所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的X在0.005至0.25的一范圍內(nèi)。
18.如權(quán)利要求17所述的COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的Y包含可以任意百分比與Ag形成完全固溶體的金屬。
19.如權(quán)利要求 18所述的COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的所述Y為Pd或Au。
20.如權(quán)利要求17所述的COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其進(jìn)一步包含在所述經(jīng)電鍍AgpxYx合金凸塊與所述導(dǎo)電層之間的一非銀金屬層。
21.如權(quán)利要求20所述的COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述非銀金屬層覆蓋所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的一側(cè)壁。
22.如權(quán)利要求17所述的COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其進(jìn)一步包含在所述導(dǎo)電層與所述經(jīng)電鍍AgpxYx合金凸塊之間的一 Sn-Ag合金層。
23.如權(quán)利要求17所述的COF半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述Agl_xYx合金凸塊在一縱向橫截面平面上的一平均粒徑在0.5μπ?至1.5μL?的一范圍內(nèi)。
24.一種玻璃上晶片(COG)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其包含: 一透明基板，其具有一第一表面及一第二表面； 在所述基板的所述第一表面上的一透明導(dǎo)電層； 在所述導(dǎo)電層上方的一半導(dǎo)體晶片；及 一經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊，其將所述半導(dǎo)體晶片電耦接至所述導(dǎo)電層，其中所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的X在0.005至0.25的一范圍內(nèi)。
25.如權(quán)利要求24所述的COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的Y包含Pd及Au中的至少一者。
26.如權(quán)利要求24所述的COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其進(jìn)一步包含在所述經(jīng)電鍍AgpxYx合金凸塊與所述導(dǎo)電層之間的一非銀金屬層。
27.如權(quán)利要求26所述的COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中所述非銀金屬層覆蓋所述經(jīng)電鍍Agl_xYx合金凸塊的一側(cè)壁。
28.如權(quán)利要求24所述的COG半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述Agl_xYx合金凸塊在一縱向橫截面平面上的一平均粒徑在0.5μπι至1.5μπι的一范圍內(nèi)。
【文檔編號】H01L23/498GK104051406SQ201310680445
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】鄭世杰, 盧東寶 申請人:南茂科技股份有限公司