晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構及其制造方法
【專利摘要】一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構及其制造方法，包括：一晶圓，包含一表面、多個焊墊設在表面及一保護層形成于表面上并設有多個開口供對應顯露多個焊墊；多個觸媒層，利用凸塊下金屬化或鋅化處理以在多個焊墊的表面上各形成一觸媒層；多個化鍍鎳凸塊，在設有光阻的狀態(tài)下，利用無電解鎳方式以在觸媒層上各形成一預設高度以無電解鎳構成的凸塊；及多個外護層，利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中兩個分開制作過程或同一制作過程，以在多個凸塊的頂面及環(huán)側面分開地或同時地各形成一外護層以完全包覆化鍍鎳凸塊的外露表面；由此改良并降低化鍍鎳凸塊的頂面硬度，避免化鍍鎳凸塊的側壁容易氧化的問題或因電子遷移而易造成凸塊之間短路的缺點。
【專利說明】晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構及其制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構及其制造方法，尤指一種利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中兩個分開制作過程或同一制作過程，以在該多個化鍍鎳凸塊的頂面及環(huán)側面分開地或同時地形成一外護層，以改良并降低該化鍍鎳凸塊的硬度，并避免化鍍鎳凸塊的側壁容易氧化及因電子遷移而易造成凸塊的短路的問題，達成制作過程簡化、制作成本降低及品質穩(wěn)定的功效。
【背景技術】
[0002]在有關半導體晶片或晶圓的連結(如焊墊凸塊)、封裝(package)或其相關制作過程的【技術領域】中，目前已存在多種現(xiàn)有技術，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、US7, 538，020、US7, 750，467、US7, 364，944、US7, 019，406、US6, 507，120、US7, 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、US7, 906，855 等。上述現(xiàn)有技術幾乎都屬于在其【技術領域】中的微小的改進。由此可見，在有關半導體晶片或晶圓的連結、封裝或其相關制作過程的【技術領域】中，其技術發(fā)展的空間已相當有限，因此在此技術發(fā)展空間有限的領域中(in the field of the crowded art),如能在技術上有微小的改進，亦得視為具有進步性。
[0003]本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構及其制造方法，是在凸塊結構及其制造方法的【技術領域】中，提出一種具有簡化制作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形成的化鍍鎳凸塊的硬度以滿足后制作過程中接著程式的要求，并避免化鍍鎳凸塊的側壁容易氧化及因電子遷移(migration)而易造成凸塊之間短路的缺點的發(fā)明。由于上述現(xiàn)有技術在形成該多個凸塊之前必須以凸塊底層金屬化(Under BumpMetallization,UBM)制作過程在該多個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多個焊墊的金屬層上形成該多個凸塊，因此，現(xiàn)有技術的制作過程不僅成本較高且制作困難度也較高，相對地造成制作過程較復雜化及產(chǎn)量降低，況且該多個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；然而，以本發(fā)明的化鍍鎳凸塊而言，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，因此不利于后制作過程的接著程式。
[0005]另，若在形成的化鍍鎳凸塊上未能增設側壁外護層，則該化鍍鎳凸塊會有容易氧化的問題，同時亦因電子遷移(migration)作用，而容易造成凸塊之間短路的缺點。部分現(xiàn)有技術雖已揭示側壁外護層的結構或制法的相關技術，如中國臺灣M410659、US2011/0260300及中國臺灣M397591等，但所揭示的側壁外護層的結構及制法皆較為繁復，即制作過程不夠簡化，制作成本相對無法降低，因此不利于量產(chǎn)化；又，現(xiàn)有技術的化鍍鎳凸塊一般是以無光阻方式形成，雖有側壁外護層，但化鍍鎳凸塊的高度較低如2-10微米(μ m)，且凸塊之間距無法做到較小，致凸塊無法精細化，無法滿足目前本【技術領域】的實際需求。
[0006]由上可知，現(xiàn)有技術的凸塊結構及其制作過程難以符合實際使用時的需求，因此在晶圓焊墊的凸塊結構及其制法的【技術領域】中，發(fā)展并設計一種制作過程簡化、制作成本降低、凸塊的表面硬度符合后制作過程的接著程式要求、且設具側壁外護層的凸塊結構，確實有其需要性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明主要目的在于提供一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構及其制造方法，其是在設有光阻的狀態(tài)下，利用無電解鎳方式以在該多個晶圓焊墊的表面的觸媒層上各形成一具預設高度的以無電解鎳構成的凸塊，再利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中兩個分開制作過程或同一制作過程，以在該多個凸塊的頂面及環(huán)側面分開地或同時地各形成一外護層以完全包覆在該化鍍鎳凸塊的外露表面上，并使該外護層得包含至少一保護層是選自浸金(IG)層、化銀(ES)層的族群中的一種材料所構成，以改良并降低該化鍍鎳凸塊的硬度，并避免化鍍鎳凸塊的側壁容易氧化及因電子遷移而易造成凸塊的短路的問題，達成制作過程簡化、制作成本降低及品質穩(wěn)定的功效。
[0008]為達成上述目的，本發(fā)明提供一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其包括:
[0009]—晶圓，其包含:一表面；多個焊墊設在該表面上；及一保護層形成于該表面上并設有多個開口供對應顯露該多個焊墊；
[0010]多個觸媒層，其利用選自凸塊下金屬化、鋅化處理的族群中一制作過程以在該多個焊墊的表面上分別形成一觸媒層；
[0011]多個化鍍鎳(electiOless nickel)凸塊，其利用無電解鎳方式，并配合有光阻方式，以在該多個觸媒層的表面分別形成一具有預設高度的化鍍鎳凸塊；
[0012]多個頂面外護層，其分別設在該多個化鍍鎳凸塊的頂面(top surface)上，其中各頂面外護層包含至少一選自浸金層、化銀層的族群中一種材料所構成的保護層，利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以在該多個化鍍鎳凸塊的頂面形成頂面外護層 '及
[0013]多個側壁外護層，其分別設在該多個化鍍鎳凸塊的環(huán)側面(surroundingsidewall)上，其中各側壁外護層包含至少一選自浸金層、化銀層的族群中一種材料所構成的保護層，是利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以在該多個化鍍鎳凸塊的環(huán)側面上分別形成側壁外護層；
[0014]其中各化鍍鎳凸塊在其頂面上所形成的頂面外護層與在其環(huán)側面上所形成的側壁外護層完全密合地包覆在各化鍍鎳凸塊的外表面，以形成一完整的外護層。
[0015]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，該多個頂面外護層及該多個側壁外護層是以兩個分開的制作過程形成，其中該多個頂面外護層是利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以先形成在該多個化鍍鎳凸塊的頂面上，之后再利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以使該多個側壁外護層分別再形成在該多個化鍍鎳凸塊的環(huán)側面上。
[0016]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，形成在該化鍍鎳凸塊頂面的頂面外護層由選自一由浸金層所構成的單層結構、一由內(nèi)層浸金層及外層厚金層所構成的雙層結構、一由化銀層所構成的單層結構、一由內(nèi)層化銀層及外層浸金層所構成的雙層結構的族群中的一種結構所形成。
[0017]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，形成在該化鍍鎳凸塊環(huán)側面的該側壁外護層是由選自由一由浸金層所構成的單層結構、一由內(nèi)層浸金層及外層厚金層所構成的雙層結構、一由化銀層所構成的單層結構、一由內(nèi)層化銀層及外層浸金層所構成的雙層結構的族群中的一種結構所形成。
[0018]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，該內(nèi)層浸金層及外層厚金層所構成的雙層結構的形成是利用化金制作過程以在該化鍍鎳凸塊的表面上先形成一浸金層，再于該浸金層的外表面上再形成一厚金層。
[0019]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，該內(nèi)層化銀層及外層浸金層所構成的雙層結構的形成是利用化銀制作過程以在該化鍍鎳凸塊的表面上先形成一化銀層，再利用化金制作過程以在該化銀層的外表面上再形成一浸金層。
[0020]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，該化鍍鎳凸塊的厚度為2~14微米，該浸金層的厚度為0.01-0.05微米，該厚金層的厚度為0.5^2.0微米，該化銀層的厚度為0.5^2.0 微米。
[0021]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，該多個頂面外護層及該多個側壁外護層是以同一制作過程形成，是利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以同時地形成在該多個化鍍鎳凸塊的頂面及環(huán)側面上。
[0022]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，形成在該化鍍鎳凸塊頂面的頂面外護層及形成在該化鍍鎳凸塊的環(huán)側面的側壁外護層是由選自一由浸金層所構成的單層結構、一由內(nèi)層浸金層及外層厚金層所構成的雙層結構、一由化銀層所構成的單層結構、一由內(nèi)層化銀層及外層浸金層所構成的雙層結構的族群中的一種結構所形成。
[0023]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，該內(nèi)層浸金層及外層厚金層所構成的雙層結構的形成是利用化金制作過程以在該化鍍鎳凸塊的表面上先形成一浸金層，再于該浸金層的外表面上再形成一厚金層。
[0024]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，該內(nèi)層化銀層及外層浸金層所構成的雙層結構的形成是利用化銀制作過程以在該化鍍鎳凸塊的表面上先形成一化銀層，再利用化金制作過程以在該化銀層的外表面上再形成一浸金層。
[0025]所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其中，該化鍍鎳凸塊的厚度為2~14微米，該浸金層的厚度為0.01-0.05微米，該厚金層的厚度為0.5^2.0微米，該化銀層的厚度為
0.5^2.0 微米。
[0026]本發(fā)明還提供一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的制造方法，其包含下列步驟:
[0027]提供一晶圓，該晶圓具有一表面、多個焊墊設在該表面及一第一保護層形成于該表面上并設有多個開口供對應顯露該多個焊墊；
[0028]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顯露各焊墊及各焊墊的周圍一部分的第一保護層；
[0029]利用選自凸塊下金屬化、鋅化處理的族群中一制作過程以在該多個焊墊的表面上分別形成一觸媒層；
[0030]利用無電解鎳方式，以在該多個開口中形成一以無電解鎳構成的凸塊；
[0031]于仍設有光阻的狀態(tài)下，利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中的一制作過程，以在該多個化鍍鎳凸塊的頂面上分別形成一頂面外護層，其中各頂面外護層包含至少一保護層是選自浸金層、化銀層的族群中的一種材料所構成；
[0032]移除該光阻層，以顯露該多個頂面外護層、該多個凸塊及該多個凸塊下方以外的該第一保護層 '及
[0033]利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中的一制作過程，以在該多個化鍍鎳凸塊的環(huán)側面上分別形成一側壁外護層，其中各側壁外護層包含至少一保護層是選自浸金層、化銀層的族群中的一種材料所構成。
[0034]本發(fā)明另提供一種晶圓焊墊的化鍍凸塊結構的制造方法，其包含下列步驟:
[0035]提供一晶圓，該晶圓具有一表面、多個焊墊設在該表面及一第一保護層形成于該表面上并設有多個開口供對應顯露該多個焊墊；
[0036]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顯露各焊墊及各焊墊的周圍一部分的第一保護層；
[0037]利用選自凸塊下金屬化、鋅化處理的族群中一制作過程以在該多個焊墊的表面上分別形成一觸媒層；
[0038]利用無電解鎳方式，以在該多個開口中形成一以無電解鎳構成的凸塊；
[0039]移除該光阻層，以顯露該多個凸塊及該多個凸塊下方以外的該第一保護層；及
[0040]利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中的一制作過程，以同時在該多個凸塊的各凸塊的頂面及環(huán)側面上形成一外護層，其中各外護層包含至少一保護層是選自浸金層、化銀層的族群中的一種材料所構成。
[0041]本發(fā)明的有益效果是:改良并降低該化鍍鎳凸塊的硬度，并避免化鍍鎳凸塊的側壁容易氧化及因電子遷移而易造成凸塊的短路的問題，達成制作過程簡化、制作成本降低及品質穩(wěn)定的功效。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0042]圖1為本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的第一實施例的截面示意圖；
[0043]圖2為本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的第二實施例的截面示意圖；
[0044]圖3為本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的第三實施例的截面示意圖；
[0045]圖4為本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的第四實施例的截面示意圖；
[0046]圖5A-圖5G為本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的制作過程第一實施例(以兩個分開的制作過程分開形成)的截面示意圖；
[0047]圖6A-圖6F為本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的制作過程第二實施例(以同一制作過程同時形成)的截面示意圖。
[0048]附圖標記說明:1_化鍍鎳凸塊結構；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-頂面外護層；40a-浸金(IG)層；40b_厚金層；40c-化銀層；40d-化銀層；40e-浸金層；50_光阻層；51_開口 ；60_側壁外護層；60a_浸金層；60b-厚金層；60c-化銀層；60d-化銀層；60e_浸金層。
【具體實施方式】
[0049]為使本發(fā)明更加明確詳實，將本發(fā)明的結構、技術特征及其制造方琺，配合下列附圖詳述如后:
[0050] 參考圖1-圖4所示，其分別為本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的四個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構I包括:一晶圓10、多個觸媒層20、多個化鍍鎳(electroless nickel)凸塊30、多個頂面外護層40及多個側壁外護層60。
[0051]該晶圓10包含:一表面11 ;多個焊墊(die pad)12,其設在該表面11上；及一第一保護層13，其形成于該表面11上并設有多個開口 14供對應顯露該多個焊墊12。該晶圓10一般是由晶圓制造廠提供，其中多個焊墊12設在該表面11上的布局(layout)并不限制，可隨客戶需要而設計為各種陣列的排列方式。其中該第一保護層13—般為氮化物材質。
[0052]該多個觸媒層20利用選自凸塊下金屬化(under bump metallization,UBM)、鋅化處理(zincating)的族群中一制作過程以在該多個焊墊的表面上各形成一觸媒層20。該觸媒層20利用凸塊下金屬化(UBM)或鋅化處理(zincating)所構成的一觸媒層,其主要功能是用以連接該多個焊墊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成的凸塊30。本發(fā)明的一較佳實施例中，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2(T35° C中經(jīng)過時間10-60秒(sec)以形成一以鋅構成的觸媒層，但本實施例并非用以限制本發(fā)明的觸媒層20。
[0053]該多個凸塊30利用無電解鎳(electroless nickel)的無電解金屬方式,并配合有光阻方式，以在該多個焊墊12表面的該多個觸媒層20的表面各形成一具預設高度且以無電解鎳構成的凸塊(bump) 30,在此亦稱為化鍍鎳(electroless nickel)凸塊30。在本實施例中，該多個凸塊30的形成厚度是由無電解(化鍍)鎳沉積生成，但因配合有光阻方式形成，故該多個凸塊30的高度可達到并符合原設計所需的預期高度。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)，以達到設計所需的凸塊30的厚度。在本實施例中，該多個以無電解鎳構成的凸塊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，但本實施例并非用以限制本發(fā)明的凸塊30。
[0054]該多個頂面外護層40分別設在該多個化鍍鎳凸塊30的頂面上，其中各頂面外護層 40 包含至少一選自浸金(IG, Immersion Gold)層、化銀(ES, Electroless Silver)層的族群中一種材料所構成的保護層，其在設有或去除圖案化光阻層(50)的狀態(tài)下(容后再述)，利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以在該多個化鍍鎳凸塊30的頂面各形成一頂面外護層40。
[0055]該多個側壁外護層60，其分別設在該多個化鍍鎳凸塊30的環(huán)側面上，其中各側壁外護層 60 包含至少一選自浸金(IG, Immersion Gold)層、化銀(ES, Electroless Silver)層的族群中一種材料所構成的保護層，其在去除圖案化光阻層(50)的狀態(tài)下(容后再述)，利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以在該多個化鍍鎳凸塊30的環(huán)側面上分別形成一側壁外護層60。其中，在各化鍍鎳凸塊30的環(huán)側面上所形成的側壁外護層60與在各化鍍鎳凸塊30的頂面上所形成的頂面外護層40完全密合地包覆在各化鍍鎳凸塊30的外露表面上，以形成一完整且密合的外護層。
[0056]本發(fā)明的頂面外護層40及側壁外護層60各分別包含下列四種不同的結構型態(tài)；而在實際應用上，依據(jù)選擇及利用不同的制作過程(容后再述)，該頂面外護層40的四種不同結構型態(tài)與側壁外護層60的四種不同結構型態(tài)之間可任意相互選擇及組合，如選擇該頂面外護層40的任一種結構型態(tài)(如第一種結構型態(tài))以與該側壁外護層60的任一種結構型態(tài)(如第二種結構型態(tài))搭配使用(如圖1所示)，故可產(chǎn)生16種不同的結構型態(tài)(SP4x4=16種排列組合)；茲說明四種不同的結構型態(tài)如下:
[0057]第一種結構型態(tài):其是一由一在內(nèi)層的浸金(IG, Immersion Gold)層及一在外層的厚金(EG, Electroless Gold)層所構成的雙層結構。該頂面外護層40 (如圖1所示的40a、40b)及該側壁外護層60 (如圖2所示的60a、60b)，是一由一在內(nèi)層的浸金(IG，Immersion Gold)層 40a/60a 及一在外層的厚金(EG, Electroless Gold)層 40b/60b 所構成的雙層結構，其利用化金制作過程以在該化鍍鎳凸塊30的外露表面(如頂面及環(huán)側面)上先形成一浸金(IG)層40a/60a,再于該浸金(IG)層40a/60a的外表面上再形成一厚金(EG)層40b/60b ;在此第一種結構型態(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/60a的厚度約為0.01~0.05微米(μ m)，該厚金(EG)層40b/60b的厚度約為
0.5 ~2.0 微米(μ m)。
[0058]第二種結構型態(tài):其是由一浸金(IG, Immersion Gold)層所構成的單層結構。該頂面外護層40 (如圖3所不的40a)及該側壁外護層60 (如圖3所不的60a),是一由一浸金(IG, Immersion Gold)層40a/60a所構成的單層結構,其是利用化金制作過程以在該化鍍鎳凸塊30的外露表面(如頂面及環(huán)側面)上形成一浸金(IG)層40a/60a ;在此第二種結構型態(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/60a的厚度約為 0.Ο1-Ο.05 微米(μπι)。
[0059]第三種結構型態(tài):其是由一化銀(ES,Electroless Silver)層所構成的單層結構。該頂面外護層40 (如圖3所示的40c)及該側壁外護層60 (如圖3所示的60c)，是一由一化銀(ES, Electroless Silver)層40c/60c所構成的單層結構,其是利用化銀制作過程以在該化鍍鎳凸塊30的外露表面(如頂面及環(huán)側面)上分別形成一化銀(ES)層40c/60c ;在此第三種結構型態(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/60c的厚度約為0.5^2.0微米(μ m)。
[0060]第四種結構型態(tài):其是一由一在內(nèi)層的化銀(ES)層及一在外層的浸金(IG)層所構成的雙層結構。如圖4所示,該頂面外護層40 (如圖4所示的40d、40e)及該側壁外護層60 (如圖4所示的60d、60e)，是一由一在內(nèi)層的化銀(ES)層40d/60d及一在外層的浸金(IG)層40e/60e所構成的雙層結構，其是利用化銀制作過程以在該化鍍鎳凸塊30的外露表面(如頂面及環(huán)側面)上先形成一化銀(ES)層40d/60d，再于該化銀(ES)層40d/60d的外表面上再形成一浸金(IG)層40e/60e ;在此第四種結構型態(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/60d的厚度約為0.5~2.0微米(μ m)，該浸金(IG)層40e/60e的厚度約為0.01~0.05微米(μ m)。
[0061]由上可知，參考圖1所示，其選擇該頂面外護層40的第一種結構型態(tài)以與該側壁外護層60的第二種結構型態(tài)搭配使用。參考圖2所示，其選擇該頂面外護層40的第二種結構型態(tài)以與該側壁外護層60的第二種結構型態(tài)搭配使用。參考圖3所示，其選擇該頂面外護層40的第二或第三種結構型態(tài)以與該側壁外護層60的第二或第三種結構型態(tài)搭配使用，其中，當制作過程中先形成該頂面外護層40c (第三種結構型態(tài))之后再形成該側壁外護層60a (第二種結構型態(tài))時，或許在形成該側壁外護層60a的同時會在該頂面外護層40c的外表面上另再形成一浸金(IG)層而如同第四種結構型態(tài)(圖中未示)，但仍視為達成該頂面外護層40的預期功效；參考圖4所示，其選擇該頂面外護層40的第四種結構型態(tài)以與該側壁外護層60的第四種結構型態(tài)搭配使用。但圖f圖4僅用以表示該頂面外護層40與側壁外護層60之間的四種不同的選擇及組合，并非用以限制本發(fā)明。
[0062] 參考圖5A~圖5G所示，其為圖f圖4所示各種凸塊結構I的制造方法一優(yōu)選實施例的截面示意圖；本實施例的凸塊制作過程包含下列步驟:
[0063]參考圖5A所不,提供一晶圓10,該晶圓10具有一表面11 ;多個焊塾12設在該表面11上；及一第一保護層13形成于該表面11上并設有多個開口 14供對應顯露該多個焊墊12，其中該多個開口之間的距離為小于或等于16 μm(微米，10^-6m)。
[0064]參考圖5B所示，再形成一光阻層50在該第一保護層上并圖案化該光阻層50，以在已圖案化的光阻層50具有多個開口 51供分別對應顯露各焊墊12及各焊墊12的周圍一部分的第一保護層13。
[0065]參考圖5C所不，再利用選自凸塊下金屬化(under bump metallization, UBM)、鋒化處理(zincating)的族群中一制作過程以在該多個焊墊12的表面上各形成一觸媒層20 ；在一較佳實施例中，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)以形成一以鋅構成的觸媒層20。
[0066]參考圖所示，再利用無電解鎳方式，以在該多個開口 51中分別形成一以無電解鎳構成的化鍍鎳凸塊30 ;在本實施例中，該多個化鍍鎳凸塊30的厚度大于或等于6 μ m (微米，10_6m)(即厚度≥6 μ m)。由于本實施例的化鍍鎳凸塊30在已設有圖案化光阻層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光阻層的狀態(tài)下所形成的凸塊的高度；在本實施例中，該多個化鍍鎳凸塊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，該多個化鍍鎳凸塊30的厚度為2-15 μ m (微米，10_6m)。
[0067]參考圖5E所示，再于仍設有圖案化光阻層50的狀態(tài)下如圖所示，利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中的一制作過程，以在該多個化鍍鎳凸塊30的頂面上分別形成一頂面外護層40 ;其中各頂面外護層40包含至少一保護層，如圖1、圖2中所示40a、40b或如圖3中所示40a、40c或如圖4中所示40d、40e。該頂面保護層選自浸金(IG)層、化銀(ES)層的族群中的一種材料所構成；也就是，本發(fā)明的該頂面外護層40可包含上述第一種至第四種等四種不同的結構型態(tài)，分別為如圖1、2所示的第一種結構型態(tài)(40a、40b)、如圖3所示的第二種或第三種結構型態(tài)(40a/40c)、及如圖4所示的第四種結構型態(tài)(40d、40e)。在圖5E、5F所示的頂面外護層40 (40a、40b)是以圖1、2所示的第一種結構型態(tài)為例說明但不限制。
[0068]參考圖5F所示，再移除該光阻層50，以顯露該多個頂面外護層40、該多個化鍍鎳凸塊30及該多個凸塊下方以外的該第一保護層13。再移除該光阻層50，以顯露該多個外護層40、該多個化鍍鎳凸塊30及該多個凸塊下方以外的該第一保護層13。
[0069]參考圖5G所示(在本實施例中，圖5G等同于圖1)再利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中的一制作過程，以在該多個化鍍鎳凸塊30的環(huán)側面上各形成一側壁外護層60，其中各側壁外護層60包含至少一保護層，其選自浸金層、化銀層的族群中的一種材料所構成，即完成本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構I的制作過程。其中，各側壁外護層60包含至少一保護層,如圖1中所示60a或如圖2中所示60a、60b或如圖3中所示60c或如圖4中所示60d、60e。該側壁保護層選自浸金(IG)層、化銀(ES)層的族群中的一種材料所構成；也就是，本發(fā)明的該側壁外護層60可包含上述第一種至第四種等四種不同的結構型態(tài)，分別為如圖1所示的第二種結構型態(tài)(60a)、如圖2所示的第一種結構型態(tài)(60a、60b)、如圖3所示的第三種結構型態(tài)(60c)及如圖4所示的第四種結構型態(tài)(60d、60e)。在圖5G所示的側壁外護層60 (60a)是以圖1所示的第二種結構型態(tài)為例說明但不限制。
[0070]在圖5A?圖5G所示的制造方法實施例中，該多個頂面外護層40及該多個側壁外護層60以兩個分開的制作過程形成，其中該多個頂面外護層40是利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以先形成在該多個化鍍鎳凸塊30的頂面上，在移除該光阻層50的后(如圖5F所示)，再利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程，以使各化鍍鎳凸塊30的環(huán)側面上各再形成一側壁外護層60。以圖5A?圖5G所示的制造方法而言，由于該多個頂面外護層40及該多個側壁外護層60是以兩個分開的制作過程形成，因此該側壁外護層60的結構型態(tài)并不一定相同于該頂面外護層40的結構型態(tài)如圖1所示，其中又以圖1所示的搭配情形為較佳實施例，因為該多個側壁外護層60采用第二種結構型態(tài)，即為一由一浸金(IG, Immersion Gold)層所構成的單層結構,故相對節(jié)省材料成本，且不影響本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的完成品品質。
[0071]此外，再參考圖6A?圖6F所示，其是圖2?圖4所示各種凸塊結構I的制造方法另一優(yōu)選實施例的截面示意圖；本實施例的凸塊制作過程包含下列步驟，包含下列步驟:
[0072]參考圖圖6D所示,在本實施例中，圖6A?圖6D所示的步驟等同于圖5A-?所示的步驟。
[0073]參考圖6E所示，再移除該光阻層50，以顯露該多個化鍍鎳凸塊30，即包括該多個化鍍鎳凸塊30的頂面及環(huán)側面，及該多個化鍍鎳凸塊30下方以外的該第一保護層13。
[0074]參考圖6F所示，利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中的一制作過程，以在該多個化鍍鎳凸塊30的頂面及環(huán)側面上同時地各形成一外護層(40、60)，即該多個頂面外護層40及該多個側壁外護層60同時形成并密合地包覆在該多個化鍍鎳凸塊30的外露表面(包含頂面及環(huán)側面)上，其中各外護層(40、60)包含至少一保護層其選自浸金層、化銀層的族群中的一種材料所構成。
[0075]在圖6A?圖6F所示的制造方法實施例中，該多個頂面外護層40及該多個側壁外護層60以同一制作過程形成，也就是該多個頂面外護層40及該多個側壁外護層60利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程同時形成在該多個化鍍鎳凸塊30的包含頂面及環(huán)側面的外露表面上。因此以圖5A?圖5G所示的制造方法而言，由于該多個頂面外護層40及該多個側壁外護層60以同一制作過程形成，該側壁外護層60的結構型態(tài)相同于該頂面外護層40的結構型態(tài)如圖2?圖4所示。由于該多個側壁外護層60是采用與該多個頂面護層40相同的結構型態(tài)，而該多個頂面護層40 —般是采用第一種結構型態(tài)，即為一由一在內(nèi)層的浸金(IG)層及一在外層的厚金(EG)層所構成的雙層結構，故與圖1所示實施例相比，相對無法節(jié)省材料成本，但并不影響本發(fā)明的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的完成品品質。
[0076]以上所示僅為本發(fā)明的優(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)【技術領域】具通常知識人員理解，在本發(fā)明權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)。
【權利要求】
1.一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，包括: 一晶圓，其包含:一表面；多個焊墊設在該表面上；及一保護層形成于該表面上并設有多個開口供對應顯露該多個焊墊； 多個觸媒層，其利用選自凸塊下金屬化、鋅化處理的族群中一制作過程以在該多個焊墊的表面上分別形成一觸媒層； 多個化鍍鎳凸塊，其利用無電解鎳方式，并配合有光阻方式，以在該多個觸媒層的表面分別形成一具有預設高度的化鍍鎳凸塊； 多個頂面外護層，其分別設在該多個化鍍鎳凸塊的頂面上，其中各頂面外護層包含至少一選自浸金層、化銀層的族群中一種材料所構成的保護層，利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以在該多個化鍍鎳凸塊的頂面形成頂面外護層；及 多個側壁外護層，其分別設在該多個化鍍鎳凸塊的環(huán)側面上，其中各側壁外護層包含至少一選自浸金層、化銀層的族群中一種材料所構成的保護層，是利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以在該多個化鍍鎳凸塊的環(huán)側面上分別形成側壁外護層； 其中各化鍍鎳凸塊在其頂面上所形成的頂面外護層與在其環(huán)側面上所形成的側壁外護層完全密合地包覆在各化鍍鎳凸塊的外表面，以形成一完整的外護層。
2.如權利要求1所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，該多個頂面外護層及該多個側壁外護層是以兩個分開的制作過程形成，其中該多個頂面外護層是利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以先形成在該多個化鍍鎳凸塊的頂面上，之后再利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以使該多個側壁外護層分別再形成在該多個化鍍鎳凸塊的環(huán)側面上。
3.如權利要求2所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，形成在該化鍍鎳凸塊頂面的頂面外護層由選自一由浸金層所構成的單層結構、一由內(nèi)層浸金層及外層厚金層所構成的雙層結構、一由化銀層所構成的單層結構、一由內(nèi)層化銀層及外層浸金層所構成的雙層結構的族群中的一種結構所形成。
4.如權利要求3所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，形成在該化鍍鎳凸塊環(huán)側面的該側壁外護層是由選自由一由浸金層所構成的單層結構、一由內(nèi)層浸金層及外層厚金層所構成的雙層結構、一由化銀層所構成的單層結構、一由內(nèi)層化銀層及外層浸金層所構成的雙層結構的族群中的一種結構所形成。
5.如權利要求3或4所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，該內(nèi)層浸金層及外層厚金層所構成的雙層結構的形成是利用化金制作過程以在該化鍍鎳凸塊的表面上先形成一浸金層，再于該浸金層的外表面上再形成一厚金層。
6.如權利要求3或4所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，該內(nèi)層化銀層及外層浸金層所構成的雙層結構的形成是利用化銀制作過程以在該化鍍鎳凸塊的表面上先形成一化銀層，再利用化金制作過程以在該化銀層的外表面上再形成一浸金層。
7.如權利要求3或4所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，該化鍍鎳凸塊的厚度為2~14微米，該浸金層的厚度為0.01~0.05微米，該厚金層的厚度為0.5^2.0微米，該化銀層的厚度為0.5~2.0微米。
8.如權利要求1所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，該多個頂面外護層及該多個側壁外護層是以同一制作過程形成，是利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中一制作過程以同時地形成在該多個化鍍鎳凸塊的頂面及環(huán)側面上。
9.如權利要求8所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，形成在該化鍍鎳凸塊頂面的頂面外護層及形成在該化鍍鎳凸塊的環(huán)側面的側壁外護層是由選自一由浸金層所構成的單層結構、一由內(nèi)層浸金層及外層厚金層所構成的雙層結構、一由化銀層所構成的單層結構、一由內(nèi)層化銀層及外層浸金層所構成的雙層結構的族群中的一種結構所形成。
10.如權利要求8所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，該內(nèi)層浸金層及外層厚金層所構成的雙層結構的形成是利用化金制作過程以在該化鍍鎳凸塊的表面上先形成一浸金層，再于該浸金層的外表面上再形成一厚金層。
11.如權利要求8所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，該內(nèi)層化銀層及外層浸金層所構成的雙層結構的形成是利用化銀制作過程以在該化鍍鎳凸塊的表面上先形成一化銀層，再利用化金制作過程以在該化銀層的外表面上再形成一浸金層。
12.如權利要求9所述的晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構，其特征在于，該化鍍鎳凸塊的厚度為2~14微米，該浸金層的厚度為0.01-0.05微米，該厚金層的厚度為0.5^2.0微米，該化銀層的厚度為0.5~2.0微米。
13.一種晶圓焊墊的化鍍鎳凸塊結構的制造方法，其特征在于，包含下列步驟: 提供一晶圓，該晶圓具有一表面、多個焊墊設在該表面及一第一保護層形成于該表面上并設有多個開口供對應顯露該多個焊墊； 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顯露各焊墊及各焊墊的周圍一部分的第一保護層； 利用選自凸塊下金屬化、鋅化處理的族群中一制作過程以在該多個焊墊的表面上分別形成一觸媒層； 利用無電解鎳方式，以在該多個開口中形成一以無電解鎳構成的凸塊； 于仍設有光阻的狀態(tài)下，利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中的一制作過程，以在該多個化鍍鎳凸塊的頂面上分別形成一頂面外護層，其中各頂面外護層包含至少一保護層是選自浸金層、化銀層的族群中的一種材料所構成； 移除該光阻層，以顯露該多個頂面外護層、該多個凸塊及該多個凸塊下方以外的該第一保護層；及 利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中的一制作過程，以在該多個化鍍鎳凸塊的環(huán)側面上分別形成一側壁外護層，其中各側壁外護層包含至少一保護層是選自浸金層、化銀層的族群中的一種材料所構成。
14.一種晶圓焊墊的化鍍凸塊結構的制造方法，其特征在于，包含下列步驟: 提供一晶圓，該晶圓具有一表面、多個焊墊設在該表面及一第一保護層形成于該表面上并設有多個開口供對應顯露該多個焊墊； 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顯露各焊墊及各焊墊的周圍一部分的第一保護層； 利用選自凸塊下金屬化、鋅化處理的族群中一制作過程以在該多個焊墊的表面上分別形成一觸媒層；利用無電解鎳方式，以在該多個開口中形成一以無電解鎳構成的凸塊； 移除該光阻層，以顯露該多個凸塊及該多個凸塊下方以外的該第一保護層；及利用選自化金制作過程、化銀制作過程的族群中的一制作過程，以同時在該多個凸塊的各凸塊的頂面及環(huán)側面上形成一外護層，其中各外護層包含至少一保護層是選自浸金層、化 銀層的族群中的一種材料所構成。
【文檔編號】H01L23/498GK103531571SQ201210232908
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2012年7月5日 優(yōu)先權日:2012年7月5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