在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法
2023-12-07 09:44:11 1
專利名稱：在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法
技術領域：
本發明是關於一種金屬凸塊形成方法，尤其是在半導體連接墊上的金屬凸 塊形成方法。
背景技術：
為了讓半導體組件能夠進行覆晶封裝，在晶片上必須要具有凸塊電極。凸
塊電極可大致分為兩個部分，其一為凸塊下金屬層(under bump metallurgy, UBM)，而另一為金屬凸塊本身。
凸塊下金屬層則通常包含三層金屬，即可由黏附層(adhesion layer)、阻 障層(barrier layer)、接合層所組成。這其中，黏附層的材質可為鋁或鉻；阻 障層的材質可為銅、鉛、鉑；接合層的材質可為金。上述金屬凸塊的材質可大 致分成錫鉛凸塊與金凸塊(goldBump)這兩大類。
在凸塊下金屬層上形成錫鉛凸塊，主要採用電鍍法與印刷法這兩大類。在 電鍍法中，先在凸塊下金屬層之上形成圖案化(即經曝光顯影后)的抗電鍍膜， 然後基於抗電鍍膜而在凸塊下金屬層電鍍出錫鉛凸塊。若是採用印刷法時，則 先利用鋼板將錫膏印刷在凸塊下金屬層上，然後利用熱燒熔該錫膏，而使其固 化成金屬凸塊。然而，不論是電鍍法與印刷法所形成的錫鉛凸塊，都存在著氣 泡多極容易脫落等問題，而導致製程良率偏低。
若是為了符合後續製程(例如TCP、 COG)的需要，則會利用類似於電 鍍錫鉛凸塊的電鍍手段，而在凸塊下金屬層上電鍍出金凸塊。另一種方法，可 利用特製打線機，在凸塊下金屬層上重複進行數次打球(先將金線燒結成圓球 狀)，直到金凸塊的高度符合需求為止。然而，金凸塊本身材料成本偏高，無 法普及。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方 法，借著從多種可選擇的金屬材料中，選擇其中一種或多種金屬材料，並利用
無電解沉鍍及電鍍在晶片上形成金屬凸塊，以便進行下一階段的封裝或組裝， 並且晶片與凸塊之間的結合處，除了有金屬本身的結合力以外，還有絕緣膠膜 所具有的粘著性結合力，而提供了更穩固的結合方式。
基於上述目的，本發明在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，其主要
是在已完成凸塊下金屬層(under bump metallurgy, UBM)的半導體組件，先 借著絕緣膠膜將金屬箔熱壓合至具有凸塊下金屬層的半導體組件之上，再在該 凸塊下金屬層上形成導孔，並利用無電解沉鍍及電鍍在此導孔上形成金屬凸 塊。如此，就可利用無電解沉鍍及電鍍形成各種高導電性金屬的金屬凸塊，而 不僅限於金及錫鉛，並且在形成凸塊時，絕緣膠膜也可保護連接墊與金屬凸塊 的結合。
關於本發明的優點與精神可以藉由以下的發明詳述及附圖得到進一步的 了解。
圖1A 1H是本發明在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法的示意圖。 主要元件符號說明 10半導體組件 12連接墊 14保護層 16凸塊下金屬層 18絕緣膠膜 20金屬箔 22導孔
24無電解金屬層 26抗電鍍膜 28金屬凸塊
具體實施例方式
請參閱圖1A 1H，圖1A 1H是本發明在半導體連接墊上的金屬凸塊形成 方法的示意圖。這其中，圖1A所示的結構屬於已知技術，而圖1B 1H所示 的步驟則屬本發明的主要步驟。如圖1A圖所示，在半導體組件IO上具有連
接墊12、保護層14 (其覆蓋於半導體組件10上且保持曝露出連接墊12)、凸 塊下金屬層16 ( under bump metallurgy, UBM)(覆蓋住連4妾墊12 )。這其中， 保護層14可選擇性施作。
本發明金屬凸塊形成方法，其主要針對如圖1A所示的已在連接墊12表 面完成凸塊下金屬層16 (under bump metallurgy, UBM)的半導體組件10,先 借著如圖IB所示依序將金屬箔20、絕緣膠膜18組合至具有凸塊下金屬層16 的半導體組件10之上，如圖1C所示。接著，再如圖ID所示在凸塊下金屬層 16上形成導孔22,並利用無電解沉鍍及電鍍在此導孔22上形成金屬凸塊28 (可為金、銀、銅、錫、鉛或其它高導電性金屬)，如圖1G所示。如此，不 但可從多種可選擇的金屬材料中，選擇其中一種或多種金屬材料，並利用無電 解沉鍍及電鍍在半導體組件10上形成金屬凸塊28,以便進行下一階段的封裝 或組裝，並且半導體組件10與金屬凸塊28之間的結合處，除了有金屬凸塊 28與凸塊下金屬層16之間的金屬本身的結合力以外，還有絕緣膠膜18對半 導體組件10表面及金屬凸塊28所具有的粘著性結合力，而提供了更穩固的結 合方式。
在某段溫度區間中，上述絕緣膠膜18為液態狀或暫時固態狀，以便如圖 1C所示將其覆蓋並粘著到半導體組件IO之上。然後，以預定時間對著絕緣膠 膜18施加足夠的熱量與壓力，使得原本處於液態或暫時固態狀的絕緣膠膜18 被固化成永久固態狀，而使絕緣膠膜18緊密地結合至半導體組件IO表面上。
在上述製程中，絕緣膠膜18可先覆蓋在金屬箔20上，再貼合在半導體 組件10上，或先在半導體組件10上覆蓋絕緣膠膜18再粘接金屬箔20。絕緣 膠膜可為液態或暫時固態狀。若選用具有暫時固態狀的絕緣膠膜18,於加溫 加壓過程中，絕緣膠膜18應具由暫時固態轉成液態再轉成永久固態的特性， 以保證與半導體組件10的接合。
當如上所述完成了固化絕緣膠膜18之後，以及在電鍍形成金屬凸塊28 之前，還需如圖1D所示對準凸塊下金屬層16，利用雷射或化學蝕刻去除金屬 箔20,再以雷射或曝光顯影去除絕緣膠膜18,直到曝露出凸塊下金屬層16 並形成導孔22，然後利用無電解沉鍍或離子賊鍍在至少包括導孔22的壁面上 形成薄金屬層24 (例如化學銅)，如圖1E所示。為增加可靠性可接著在無電
解金屬層上鍍上一層金屬，然後在金屬箔20上形成抗電鍍膜26,如圖1F所 示。抗電鍍膜26未遮蔽住具有無電解金屬層24的導孔22。最後，利用金屬 箔20、無電解金屬層24來傳遞電鍍電流至凸塊下金屬層16，而在凸塊下金屬 層16上電鍍出金屬凸塊28，如圖1G所示。視後製程需要金屬凸塊可控制為 實心金屬凸塊或空心金屬凸塊，其形狀可為圓柱、方柱、三角形柱、菱形柱、 星形柱、多角形柱或上述形狀的結合形柱。接著，如圖1H所示，去除抗電鍍 膜26，以及利用雷射或化學蝕刻完全去除金屬箔20，即完成金屬凸點的製造， 抗電鍍膜的厚度選擇因所需金屬凸塊高度要求而定。
若釆用先覆蓋絕緣膠膜18於半導體組件10上，再黏貼金屬箔20流程， 也可先將絕緣膠膜固化後，以雷射或曝光顯影先在凸塊下金屬層16上方形成 導孔22,再都貼金屬箔20並進行後續工藝如上節所述，或以無電解沉鍍或離 子'減鍍在絕緣膠膜18及導孔22孔壁形成薄金屬層24,再以電鍍加厚薄金屬 層24至導電良好，然後在金屬層上覆蓋抗電鍍膜26。此抗電鍍膜需暴露出導 孔26，再進行電鍍在凸塊下金屬層16上長出金屬凸塊28。
在形成導孔22時，需先獲知凸塊下金屬層16的位置。在分析方法中， 可先借著檢視半導體組件10背面的預留光學點位置，以及此光學點與連接墊 12的坐標關係而獲知凸塊下金屬層16的位置。另外也可以X射線儀器穿透金 屬箔20直接檢視凸塊下金屬層16的位置或檯二視半導體組件10預留的光學點 位置，並借著此光學點與連接墊12的坐標關係而獲得凸塊下金屬層16的位置。
藉由以上較佳具體實施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發明的特徵與 精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明的範疇加以限制。相 反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請的權 利要求的範疇內。
權利要求
1.一種在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，該形成方法包括提供具有連接墊的半導體組件；在該半導體組件的連接墊上形成凸塊下金屬層(under bump metallurgy，UBM)；依序將金屬箔、絕緣膠膜組合至具有該凸塊下金屬層的該半導體組件之上；對準該半導體組件的該凸塊下金屬層，去除該金屬箔、該絕緣膠膜，直到曝露出該凸塊下金屬層；在至少包括曝露出該凸塊下金屬層的導孔壁面上形成無電解金屬層，也可再加一層金屬層；在該金屬箔上形成抗電鍍膜，該抗電鍍膜未遮蔽住具有該無電解金屬層的導孔；利用該金屬箔、該無電解金屬層來傳遞電鍍電流至該凸塊下金屬層，而在該凸塊下金屬層上電鍍出金屬凸塊；以及去除該抗電鍍膜、該金屬箔。
2. 如權利要求1所述的在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，其中， 該半導體組件為集成電路、電晶體、閘流體或二極體等。
3. 如權利要求1所述的在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，其中， 該凸塊下金屬層可由教附層(adhesion layer)、阻障層(barrier layer)、接合層 所組成。
4. 如權利要求1所述的在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，其中， 翻附層的材質為鋁或鉻；阻障層的材質可為銅、鉛、鉑；接合層的材質可為金。
5. 如權利要求1所述的在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，其中， 該金屬箔的材質為銅箔、鋁箔或錫箔。
6. 如權利要求1所述的在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，其中， 該無電解金屬層的材質為化學銅或無電解鎳。
7. 如權利要求1所述的在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，其中，該金屬凸塊的材質為金、4艮、銅、錫、鉛或其它高導電性金屬。
8. 如權利要求1所述的在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，其中， 該金屬凸塊為實心金屬凸塊或空心金屬凸塊。
9. 如權利要求1所述的在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，其中， 該金屬凸塊的形狀可為圓柱、方柱、三角形柱、菱形柱、星形柱、多角形柱或 以上的結合形柱。
全文摘要
本發明涉及在半導體連接墊上的金屬凸塊形成方法，其主要是在已完成凸塊下金屬層(under bump metallurgy，UBM)的半導體組件，先借著絕緣膠膜將金屬箔熱壓合至具有凸塊下金屬層的半導體組件之上，再在該凸塊下金屬層上形成導孔，並利用無電解沉鍍及電鍍在此導孔中形成金屬凸塊。如此，就可利用電鍍形成各種高導電性金屬的金屬凸塊，而不僅限於常用的金或錫鉛，並且在形成凸塊時，絕緣膠膜也可保護連接墊。
文檔編號H01L21/02GK101359606SQ20071013766
公開日2009年2月4日 申請日期2007年7月31日 優先權日2007年7月31日
發明者俞宛伶 申請人:俞宛伶