TWI228296B - Structure and formation method for conductive bump - Google Patents

Description

1228296__ 五、發明說明（1) 其形 ，先 法上 方墊 成銲 形屬 與金 。 構於法 結須方 的無與 塊中構 凸裎結 1電製的 域導裝塊 領種封凸 術一晶電 技於覆導 之關於之 屬有種層 所係一屬 明明於金 發發關下 t本是塊 、 別凸 一 特成 二、【先前技術】 隨著積體電路技術的發展’對積體電路的封裝要求更 加嚴格。這是因為封裝技術關係到產品的功能性，傳統封 裝方式，例如DIP雙列直插式封裝DIp(Dual In— 1 ine

Package)、QFP塑膠方型扁平式封裝和pFp ( piastic FUt Package)塑膠扁平元件式封裝。當IC的頻率超過1 〇〇MHz 時’傳統封裝方式可能會孝生所謂的^^^^^”現象， 而且當1C的接腳數大於2〇8 Pin時，傳統的封裝方式有其 困難度。因此，除使用QFP封裝方式外，現今大多數的高 腳數晶片（如圖形晶片與晶片組等）皆轉而使用BGA (Ba i丄 Grid Array Package)封裝技術。bGA一出現便成為cpu、 主板上南/北橋晶片等高密度、高性能、多引腳封裝的最 佳選擇。 另一方面，BGA封裝技術又可詳分為五大類：PBGA (Plasric BGA)基板 ' CBGA( Ceramic BGA)基板、 FCBGA( FilpChipBGA)基板、TBGA( TapeBGA)基板與 CDPBGA ( Carity Down PBGA)基板。傳統的IC封裝是單顆 I C進行封裝，需要導線（Lead frame)或是基板

1228296 五、發明說明（2) (Substrate)，黏晶片（Die Attach)、打線、灌膜 (Molding)、成型（Trim and Form)等製程，封裝後的ic大 小是晶片（Chip)的好幾倍。其中，覆晶（FCBGA)是在ic晶 片上設有AU或銲錫之凸塊（Bump)，以做為與PWB焊接之 用〇 舉例而言，舉例而言，如第一 A至第一 E圖所示，為晶 圓上傳統製備錫鉛凸塊的方法。參照第一 A圖，於一矽晶 圓1 1 0上包含一接塾116(bond pad)、一保護層

112(passivation layer)、與一導電層 114。接墊 116，例 如銘接墊或銅接墊，藉以與外部電路形成電性連接。保護 層1 1 2，藉以提供半導體結構保護與平坦化表面，其中保 5蔓層1 1 2暴路出接塾1 1 6的部分表面。導電層1 1 4，例如利 用丨賤錢方式形成的凸塊下金屬層（Under Bump Metal lurgy layer， UBM layer) ’覆蓋於保護層i12與接墊116的部分 表面上。凸塊下金屬層通常由一黏著/擴散阻障層與一潤 濕層所組成，其用以增進錫球（s〇lder bal丨）（圖上未示） 與表面的接結。

接著’導電層1 1 4上先覆蓋一光阻層，例如一層乾膜 (d r y f 1 1 m )或液態光阻劑。利用適當的方式，例如圖案移 轉方式’於光阻層上定義出開口 ，並移除部份的光阻層， 保留一圖案化光阻層1 1 8於接墊i丨6上，如第一 3圖所示。 之後，如第一 C圖所示，於圖案化光阻層i丨8的開口中填入

第6頁 1228296 五、發明說明（3) 電材料1 2 0，_般而言，導電材料〗2 〇可利用電鍍的方 式形成’為一種高鉛錫球材料。其次，如第一 _所示， 將圖案化光阻層118移除，導電材料12G為-形成於導電層 114上的導電凸塊。之後’將被導電材料12〇暴露出的導電 層1 1 4移除/、保留導電材料丨2 〇下方的導電層1 1 [然後 將導電材料120進行回銲以形成錫球，如第一 _所示。 π β 遥ΐ述傳統製程中，需要形成導電層114,例如 凸塊下金屬層，藉以提供黏著（adhesi〇n)、阻障 (barrier;、與潤濕（wetting)的作用’協助以高船錫 料主的導電材料卿成於日日日圓丨，製程成本相對錄提“才 向。其次，當導電凸塊形埤後，必須將暴露出的導電岸 11 4移除’再度增加製程成本。再者，導電凸塊必須經" 回銲（ref low)之後才可與基板接著，因此上述傳統製程°言 成本是應該要改善的。 ^ 三、【發明内容】 對於上述，欲降低製程成本，本發明提供一種導電凸 塊的結構與形成方法’省略一般需形成與圖案化凸塊下金 屬結構的步驟。 ' 對於欲簡化導電凸塊製程步驟，本發明提供一種導 凸塊的結構與形成方法，導電凸塊結構同時兼負黏著、支 1228296_ 五、發明說明（4) 撐、與濕潤的作用。 對於封裝基板與晶圓的製程成本，本發明提供一種導 電凸塊的結構與形成方法，將導電凸塊形成於晶圓上後不 需回銲即可直接用於與基板銲接結合。 根據上述，本發明之一實施例，本發明提供一種導電 凸塊結構與形成方法。此導電凸塊可直接形成於晶圓上之 金屬銲墊，此導電凸塊本身即具有凸塊下金屬層的功能， 使得覆晶封裝製程中無須於金屬銲墊上先形成凸塊下金屬 層。此導電凸塊包含一内層金屬與一外金屬層，此内金屬 層可定義導電凸塊結構的本撐高度，而外金屬層為一潤濕 層並位於内金屬層上，可防止導電凸塊氧化，且此導電凸 塊結構不需進行回銲。 四、【實施方式】 本發明之實施例用示意圖詳細描述如下，在詳述本發 明之實施例時，表示半導體結構會顯示並說明，然不應以 此作為有限定的認知。此外，在實際的操作中，應包含此 製程中其他必要的步驟。 如第二A至第二D圖所示，為根據本發明製備導電凸塊 的方法。參照第二A圖，於一半導體元件上，例如一包含

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五、發明說明（5) 複數個晶片（Chip 〇r Die)之晶圓1〇(Wafe 、 沈積及#刻的方式形成金屬銲塾16，例如一銘銲塾以 與基板（Substrate)形成電性與機械性連接。 曰 12’例如氧化物、氮化4勿、或是其他有機材料 曰 層（p:sslvat1〇n Layer)，覆蓋部分的金屬銲墊16與晶圓 1 0，藉以提供保護與平坦化表面。之後，先以適當的方 式，例如沉積或塗布（Coating)的方法，形成一遮W罩層 (Mask Layer)，例如一光阻層，經過微影製程圖案移曰轉與 移除步驟後成為圖案化的光阻層1 8，其具有若干開口暴露 出部分金屬銲墊1 6，如第二B圖所示。…、 歼 *路 接著，如第二c圖所示，於暴露出的金屬銲墊16上， 直接將導電材料填入圖案化的光阻層丨8中，形成内金屬層 20，之後於内金屬層2 0上形成一外金屬層22。外金屬層22 係作為一潤濕層，並可使内金屬層2 〇免於氧化。於本發明 之一實施例中，内金屬層2 0，例如以無電鍵方式 (Electroless Plate Process)形成的一鎳（Ni)金屬層或 其他金屬層’可定義導電凸塊結構的支撐高度（Stand_〇ff Height )。本發明的特徵之一，在於不須形成昂貴的凸塊 下金屬層’亦不需後續移除凸塊下金屬層所需的微影與蝕 刻步驟’内金屬層2 0本身具有傳統凸塊下金屬層與銲接凸 塊的功能，例如決定整個凸塊的支撐高度與支撑力。再 者，外金屬層22，以無電解電鍍方式形成的一薄金層 (G ο 1 d F i 1 m) ’其厚度約為5微米或更少，可具有傳統凸塊 1228296 五、發明說明（6) 下金屬層的潤濕功能，並僻& μ a β 。λ / m rn . , ^ .、丄 X避免内金屬層2 0¾到金屬氧化作 用（Oxidation)。本發明的特徵之一，即利用彤軋作 層2 0與外金屬層2 2，取代值紡π々 ^ 7成内金屬 夕々曰μ 戈傳、，先幵）成凸塊下金屬層盘雲俨 之杯接凸·’可降低整個製程成本 ：、： = 亚不限於形成鎳凸塊或薄金層 範：有適當濕潤作用的材料，皆不脫離本發明 之後 "叫”丨小，杪除圖荼化的光阻屏！ 8。 光阻層18去除後，進行一 尤I且層18〇 逆仃 口火（anneal )程序，於約3nn ，：使内金屬20得到理想之強度。本發 一，在於光阻層18之移除歩驟後，導電凸 強度及良好支撐高度。 兄P已具備足夠 在上述導電凸塊形成於晶圓1〇上之金屬 圓10可切割成複數個晶[再將晶片翻覆，以具導1凸ς 2 一側朝向基板上之凸塊銲墊，再施以熱壓使晶片盥基板 接合。參考第三圖所示，第三圖顯示一覆晶封裝結構。晶 圓1 〇切割成複數個晶片u ’晶片i ^具有金屬銲塾16、^ 金屬層2 0與外金屬層22，並以内金屬層20與外金屬層2 2構 成之導電凸塊對準基板3 0上之凸塊銲墊3 2，以熱壓方式結 合晶片1 1與基板3 〇，接著並於晶片i i與基板3 〇之間的空間 填入一介電層4 〇以保護封裝結構。此介電層4 0包含覆晶填 充物（Underfill)或灌膠混合物（Molding Compound

第10頁 1228296 五、發明說明（7) )。由於該等晶片之導電凸塊不需再經過傳統的回銲步 驟，即可直接以適當的方式，例如熱壓方式，將外金屬層 2 2銲接結合固定於一基板之銲墊。藉此，可減少傳統利用 回銲步驟連接晶片凸塊與基板的步驟，以降低製程的複雜 度及提昇產品可靠度。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特 點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之内 容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大 凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵 蓋在本發明之專利範圍内。

第11頁 1228296 圖式簡單說明 五、【圖式簡單說明】 第一 A至第一 E圖所示，為晶圓上傳統製備錫鉛凸塊的 方法； 第二A至第二D圖所示，為根據本發明製備導電凸塊的 方法；及 第三圖顯示一覆晶封裝結構。

符號說明： 10晶圓 11晶片 1 2介電層 1 6金屬銲墊 18圖案化的光阻層 2 0内金屬層 2 2外金屬層 3 0基板 3 2凸塊銲墊

4 0介電層 1 1 0矽晶圓 1 1 2保護層 1 14導電層 1 1 6接墊

第12頁 1228296 圖式簡單說明 1 1 8圖案化光阻層 1 2 0導電材料 第13頁

III·!

Claims (1)

1228296 六、申請專利範圍 1. 一種形成晶圓導電凸塊結構的方法，該形成晶圓導電凸 塊結構的方法包含： 提供一晶圓，該晶圓具有複數金屬銲墊； 形成一圖案化遮罩層於該晶圓上，該圖案化遮罩層具 有一開口暴露出部分該金屬銲塾； 形成一内金屬層於該開口中與該金屬銲墊上，其中該 内金屬層定義導電凸塊的支撐高度； 形成一外金屬層於該内金屬層上，該外金属層作為潤 濕層提供導電凸塊之可銲接性，並可用以防止導電凸塊氧 化； 移除該圖案化遮罩層；及 執行一回火程序。 2. 如申請專利範圍第1項之形成晶圓導電凸塊結構的方法 ，其中該内金屬層係以無電鍍方式形成。 3. 如申請專利範圍第1項之形成晶圓導電凸塊結構的方法 ，其中該内金屬層包含一鎳層。 4. 如申請專利範圍第1項之形成晶圓導電凸塊結構的方法 ，其中該外金屬層係以無電鍍方式形成。 5. 如申請專利範圍第1項之形成晶圓導電凸塊結構的方法 ，其中該外金屬層包含一金層。