專利名稱：無電鍍形成雙層以上金屬凸塊的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LCD、一般IC及射頻組件(RF)的封裝技術(shù)，特別是一種無電鍍形成雙層以上金屬凸塊的制備方法，以完成良好披覆效果。
如今的半導(dǎo)體技術(shù)日新月異，且競爭越來越激烈，所有的半導(dǎo)體制造與封裝業(yè)者無不竭心盡力企圖研發(fā)出體積更小、效能更高、且成本更低的集成電路組件。除了集成電路芯片(1CChip)的生產(chǎn)技術(shù)已邁入深次微米與十二寸晶圓(Wafer)的制備方法之外，在芯片的封裝技術(shù)上亦有長足的進步。從傳統(tǒng)的導(dǎo)線架封裝(Lead Frame Package)、錫球數(shù)組封裝(BGA Package)、到基板自動接合錫球數(shù)組封裝(TAB BGA)，目前的封裝技術(shù)已可使集成電路組件的組件尺寸更小、更薄，且芯片執(zhí)行效能與生產(chǎn)效率卻更高。
我們知道，異方性導(dǎo)電膜(anisotropicconductivefilm，ACF)方式已經(jīng)應(yīng)用在LCD、一般IC及射頻組件(radiationfrequency，RF)的封裝上。它是利用一種集成電路芯片或半導(dǎo)體基板上的焊墊(pad)設(shè)計，利用導(dǎo)線層再透過金屬凸塊(bump)與外界相導(dǎo)通，如此不論是作位置變更或電性檢測等，均可依實際需求作不同的布線設(shè)計。目前一般金屬凸塊的設(shè)計皆以電鍍(electrioplating)一導(dǎo)電金屬為主體。但是電鍍凸塊乃一片片的處理，若考慮其電鍍均勻度時，其制造成本將較高，且其產(chǎn)能亦受限。其次如果凸塊設(shè)在IC芯片上，則需要在晶圓廠中通過晶圓制備方法來進行制造，因而提高了整體制備方法的困難度及復(fù)雜度，其制品的合格率亦會受到很大的影響，尤其在材質(zhì)相當(dāng)脆的III-V族化合物半導(dǎo)體上。因此就有了在構(gòu)裝基板上設(shè)凸塊的方式來取代在IC芯片上設(shè)凸塊的制備方法。已知的以異方性導(dǎo)電膜(ACF)方式應(yīng)用在LCD、一般IC及射頻組件(RF)封裝上，其上μ的金屬銅凸塊需具備20μm以上的高度；而若以無電鍍方式形成金屬凸塊則無法達到此厚度要求，且即使快速無電鍍銅速率亦僅約4μm/hr。而在厚度太高時不但須耗費長時間，且其披覆效果亦不佳。
本發(fā)明的目的是提供一種可簡化金屬凸塊的制備方法、且制造成本相對降低、不僅于制備條件控制與技術(shù)復(fù)雜度均相對更低、產(chǎn)品合格率相對增高、導(dǎo)電特性及射頻組件的表面特性(sklneffect)良好、且可進行批次生產(chǎn)的無電鍍形成雙層以上金屬凸塊的制備方法。
本發(fā)明的無電鍍形成雙層以上金屬凸塊的制備方法包括有下列步驟(1)提供一設(shè)有若干焊墊(pad)的集成電路芯片或基板，該焊墊周圍覆有一保護層。
(2)附上一光阻圖案，該光阻圖案應(yīng)裸露出若干焊墊。
(3)對各焊墊表面進行活化(activation)以產(chǎn)生活化劑(activator)。
(4)以無電鍍(electrolessplating)方式形成一預(yù)定厚度的金屬凸塊(bump)于該焊墊之上。
(5)移除該光阻圖案，完全裸露出該金屬凸塊。
(6)再以無電鍍方式形成一外圍金屬層完整披覆住該金屬凸塊外圍，此外圍金屬層的導(dǎo)電性或高頻特性較內(nèi)部金屬為佳，并與該焊墊連通。
其中，所述的焊墊為銅焊墊或鋁焊墊其中一種。
所述的光阻圖案的厚度在15μm以上。
所述對各焊墊表面進行活化前還可以包括采用10％硫酸對所述焊墊表面進行清潔。
所述銅焊墊的活化劑為金屬種晶(Pd seed)；所述鋁焊墊的活化劑為金屬鋅種晶(Zn seed)。
所述金屬凸塊為鎳材質(zhì)，其高度在15～20μm之間。
所述外圍金屬層為金屬銅層或金(Au)層。
所述金屬凸塊的高度加上外圍金屬層的厚度總共至少在18μm以上。
當(dāng)要進行焊墊位置變更或電性檢測時，可依實際需求作不同的布線設(shè)計，此時，本發(fā)明的無電鍍形成雙層以上金屬凸塊的制備方法包括以下步驟(1)提供一設(shè)有若干焊墊(pad)的集成電路芯片或基板，該焊墊周圍覆有一保護層。
(2)在集成電路芯片或基板上涂布上一第一介電層，并使第一介電層裸露出焊墊，使用化學(xué)或物理方式將重新分布路線表面粗化，再將其活化以利于無電鍍沉積，例如Pd-activation，接著涂布上一第二介電層，以定義出重新分布(redistribution)的路線。
(3)以無電鍍方式(electroless plating)在該既定的重新分布路線中沉積導(dǎo)線層，即一層金屬層，透過該金屬層可使焊墊作位置變更時仍與外界相導(dǎo)通。
(4)附上一光阻圖案，該光阻圖案應(yīng)裸露出金屬層的若干預(yù)設(shè)位置，以作為重新分布后的金屬凸塊布設(shè)的位置。
(5)接著對各該預(yù)設(shè)位置表面進行活化(activation)以產(chǎn)生活化劑(activator)。
(6)以無電鍍(electrolessplating)方式形成一預(yù)定厚度的金屬凸塊(bump)于該金屬層之上。
(7)移除該光阻圖案，完全裸露出該金屬凸塊。
(8)在金屬凸塊周圍覆上一第三介電層，其厚度較該金屬凸塊的高度低，且在金屬凸塊周圍設(shè)有尺寸比金屬凸塊略大的開口，以完全裸露出該金屬凸塊。
(9)再以無電鍍方式在金屬凸塊外形成一金屬層，完整披覆住該金屬凸塊外圍，此外圍金屬層的導(dǎo)電性或高頻特性較內(nèi)部金屬為佳，并與該內(nèi)部金屬層連通。
其中，所述的焊墊周圍若沒有一保護層(passivelayer)時，可先在該焊墊周圍形成一介電層以替代原保護層。
其中，所述介電層的材質(zhì)是選用較佳結(jié)合能力(附著能力)的材質(zhì)所構(gòu)成，該介電層可選擇以化學(xué)氣相沉積(CVD)、真空濺鍍(Sputtering)、旋轉(zhuǎn)涂布(spin coating)介電材料(BCB、PI等)或是貼合方式形成。
本發(fā)明無電鍍形成雙層以上金屬凸塊的制備方法無論于技術(shù)與功效上均與已知的不相同，且此高厚度雙層金屬凸塊的方式應(yīng)用在射頻組件(RP)封裝時，可以完成良好披覆效果，具有良好的導(dǎo)電特性及射頻組件的表面特性(skin effect)，以達到以無電鍍方式應(yīng)用于射頻組件封裝。
本發(fā)明的無電鍍形成雙層以上金屬凸塊的制備方法，包括無電鍍形成鎳/銅(Ni/Cu)或鎳/金(Ni/Au)凸塊的制備方法至少具有下列優(yōu)點(1)已知以異方性導(dǎo)電膜(ACF)方式應(yīng)用在LCD、IC及射頻組件(RF)封裝時，金屬凸塊需具備20μm以上的高度；然而，若以無電鍍方式形成銅凸塊則無法達到此厚度的品質(zhì)要求，且一般即使快速無電鍍速率亦只有4μm/hr，在厚度太高時其披覆效果亦不佳。本發(fā)明的無電鍍形成鎳/銅(Ni/Cu)雙層凸塊可兼顧電性及高頻特性需求而輕易完成高厚度的金屬凸塊制備方法。
(2)一般射頻組件的導(dǎo)電多集中在表面處，以本發(fā)明無電鍍快速形成金屬凸塊(Ni)，在于其外圍無電鍍上良好導(dǎo)電性的外圍金屬層(Cu)或金(Au)，如此結(jié)合，使外圍金屬層具有良好導(dǎo)電特性及射頻組件的表面特性(skineffect即多數(shù)電流傳導(dǎo)皆發(fā)生于金屬凸塊的外圍金屬層)。如此達到以無電鍍方式應(yīng)用于射頻組件的封裝。
(3)本發(fā)明可簡化鎳/銅凸塊的制備方法，且制造成本相對降低因本發(fā)明主要是以無電鍍方式形成鎳/銅(Ni/Cu)凸塊的技術(shù)，可進行批次生產(chǎn)，并在單一設(shè)備中大量處理產(chǎn)品，且不需昂貴的設(shè)備，制造成本也可大幅減少。
(4)本發(fā)明焊墊可利用導(dǎo)線層再透過金屬凸塊與外界相導(dǎo)通，如此不論是作位置變更或電性檢測等，均可依實際需求作不同的布線設(shè)計，達到良好功效。
下面結(jié)合實施例進一步描述本發(fā)明

圖1A至圖1F為本發(fā)明實施例1以無電鍍形成鎳/銅(Ni/Cu)凸塊的制備方法的示意圖。
圖2A至圖2I為本發(fā)明實施例2以無電鍍形成鎳/銅(Ni/Cu)凸塊的制備方法的示意圖。
其中，標(biāo)號分別表示為100-基板105-焊墊110-保護層115，225-光阻圖案120，230-活化劑125，240-金屬凸塊
130，250-外圍金屬層200-集成電路芯片205-焊墊210-第一介電層215-第二介電層220-金屬層245-第三介電層實施例1在IC封裝基板上形成凸塊的方法及結(jié)構(gòu)如圖1A至圖1F所示，為一種無電鍍形成鎳/銅(Ni/Cu)凸塊的制備方法，包括下列步驟(1)如圖1A所示，提供一設(shè)有若干焊墊(pad)105的基板100，各該焊墊105的周圍并覆有一保護層(passivelayer)110，以保護該焊墊105免受外界傷害。其中所述的焊墊105為銅焊墊(Cu-pad)或鋁焊墊(Al-pad)其中一種。
(2)如圖1B所示，形成一光阻圖案115，該光阻圖案115并裸露出各該焊墊105，該光阻圖案115的厚度需大于17μm。
(3)對該焊墊105表面進行清潔，以去除其表面臟污及氧化物；如使用10％硫酸(H2SO4)作清潔劑。如圖1C所示，對各該焊墊105表面進行活化(activation)以產(chǎn)生活化劑(activator)120，該活化劑120對銅焊墊來說可為種晶(Pd- seed)；而對鋁焊墊來說可為鋅種晶(Zn-seed)。
(4)下述為本發(fā)明重點之一，以無電鍍(electrolessplating)方式形成一預(yù)定厚度的金屬凸塊(bump)125于該焊墊105的上，如圖1D所示；該金屬凸塊125以鎳(Ni)為最佳，其成長速率較銅快很多，其厚度可控制在15～20μm的間。
(5)移除該光阻圖案115，完全裸露出該金屬凸塊125，如圖1E所示。
(6)下述亦為本發(fā)明重點之一，再以無電鍍方式形成一外圍金屬層130覆蓋在該金屬凸塊125外圍，該外圍金屬層130最佳為金屬銅層，因而形成一“焊墊/鎳/銅”結(jié)構(gòu)，其中，金屬凸塊外圍金屬層130的厚度約在4μm以下。
實施例2
在IC封裝基板上形成凸塊的方法及結(jié)構(gòu)如圖2A至圖2I所示，為一種無電鍍形成鎳/銅(Ni/Cu)凸塊的制備方法，其是包括下列步驟(1)如圖2A所示，提供一設(shè)有若干焊墊(pad)205的集成電路芯片200。其中所述的焊墊205是銅焊墊(Cu-pad)或鋁焊墊(Al-pad)其中一種。
(2)涂布上一第一介電層210，該第一介電層210裸露出焊墊205，接著，再涂布上一第二介電層215，以定義出重新分布(redistribution)的路線，如圖2B所示。當(dāng)然，若該焊墊205的周圍已覆有一保護層(passivelayer)，覆上第一介電層210的步驟則可省略，而在其表面亦需進行活化或及粗化。
(3)如圖2C所示，以無電鍍方式在該既定的重新分布路線中沉積導(dǎo)線層220，該導(dǎo)線層220以金屬層為較佳，最佳者為金屬銅層，透過該導(dǎo)線層220可使得焊墊205作位置變更而與外界相導(dǎo)通，當(dāng)然，該導(dǎo)線層220可依實際需求作出各種不同的布線設(shè)計。
下述各步驟為本發(fā)明重點(4)如圖2D所示，形成一光阻圖案225，該光阻圖案225裸露出導(dǎo)線層220上的若干預(yù)設(shè)位置225a，該預(yù)設(shè)位置225a即是作為重新分布后續(xù)金屬凸塊布設(shè)之處。同樣的，該預(yù)設(shè)位置225a可依實際需求作出各種不同的布線設(shè)計。
(5)對該焊墊預(yù)設(shè)位置225a表面進行清潔，以去除其表面臟污及氧化物；可使用10％硫酸(H2SO4)作為清潔劑。接著對各該預(yù)設(shè)位置225a表面進行活化(activation)以產(chǎn)生活化劑(activator)230，該活化劑230對銅焊墊來說可為種晶(Pd-seed)，較佳者可選擇只吸附于銅焊墊表面的具選擇性的溶液；而對鋁焊墊來說可為鋅種晶(Zn-seed)，如圖2E所示，。
(6)如圖2F所示，以無電鍍(electrolessplating)方式形成一預(yù)定厚度的金屬凸塊(bump)240于該焊墊205之上；該金屬凸塊240以成長較快的金屬如鎳(Ni)為最佳。
(7)移除該光阻圖案225，完全裸露出該金屬凸塊240，如圖2G所示。
(8)覆上第三介電層245，該第三介電層245的厚度較該金屬凸塊240的高度低，且在金屬凸塊周圍設(shè)有尺寸比金屬凸塊240略大的開口，以裸露出該金屬凸塊240，如圖2H所示。
(9)再以無電鍍方式形成一外圍金屬層250完整披覆住該金屬凸塊240外圍，并與該導(dǎo)線層220連通，該外圍金屬層240以電性或高頻特性較佳的金屬如銅或金為最佳。其中，所述金屬凸塊上外圍金屬層250的厚度約在4μm以下。
如此，該焊墊205可利用導(dǎo)線層220再透過金屬凸塊240與外界相導(dǎo)通，不論是作位置變更或電性檢測等，均可依實際需求作不同的布線設(shè)計，達到良好功效。
以上所述只是利用較佳實施例詳細說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明的范圍，而且熟知此類技藝人士皆能明了，適當(dāng)而作些細微的改變及調(diào)整，仍將不失本發(fā)明的要義所在，亦不脫離本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種無電鍍形成兩層以上金屬凸塊的制備方法，其特征是包括下列步驟(a)提供一設(shè)有若干焊墊(pad)的基板，各該焊墊的周圍并覆有一保護層(passivelayer)；(b)附上一光阻圖案，該光阻圖案應(yīng)裸露出各該焊墊；(c)對各該焊墊表面進行活化(activation)以產(chǎn)生活化劑(activator)；(d)以無電鍍(electroless plating)方式形成一預(yù)定厚度的層金屬凸塊(bump)于該焊墊之上；(e)移除該光阻圖案；(f)以無電鍍方式形成一外圍金屬層，完全包覆住該金屬凸塊外圍。
2.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的焊墊為銅焊墊或鋁焊墊其中一種。
3.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述的光阻圖案的厚度在15μm以上。
4.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述步驟(b)之后還包括對所述焊墊表面進行清潔。
5.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述銅焊墊的活化劑為金屬種晶(Pdseed)；所述鋁焊墊的活化劑為金屬鋅種晶(Zn seed)。
6.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述內(nèi)層金屬凸塊為鎳材質(zhì)，其高度在15～20μm之間。
7.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述外圍金屬層為金屬銅層或金(Au)層。
8.如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征是所述內(nèi)層金屬凸塊的高度加上外圍金屬層的厚度總共至少在18μm以上。
9.一種無電鍍形成兩層以上金屬凸塊的制備方法，其特征是包括下列步驟(a)在設(shè)有若干焊墊(pad)且有保護層的芯片上覆上第一介電層，以定義出重新分布(redistribution)路線；(b)對表面進行粗化及活化處理后以無電鍍方式在該重新分布路線中沉積導(dǎo)線層，即內(nèi)部金屬層；(c)附上一光阻圖案，該光阻圖案應(yīng)裸露出若干預(yù)設(shè)位置；(d)對各該預(yù)設(shè)位置處表面進行活化(activation)以產(chǎn)生活化劑(activator)；(e)以無電鍍(electrolessplating)方式于該預(yù)設(shè)位置上形成一預(yù)定厚度的金屬凸塊(bump)；(f)移除該光阻圖案；(g)在金屬凸塊周圍覆上第二介電層，其厚度較該金屬凸塊的厚度小，且在金屬凸塊周圍設(shè)有尺寸比金屬凸塊略大的開口，以完全裸露出該金屬凸塊。(h)以無電鍍方式形成一外圍金屬層，完全包覆住該金屬凸塊外圍。
10.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是所述的焊墊周圍若沒有一保護層(passivelayer)時，先在該焊墊周圍形成一介電層以替代原保護層。
11.如權(quán)利要求9、10所述的制備方法，其特征是所述的焊墊為銅焊墊或鋁焊墊其中一種。
12.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是在所述(d)之后對所述焊墊表面進行清潔。
13.如權(quán)利要求12所述的制備方法，其特征是所述對焊墊表面清潔采用10％硫酸進行的。
14.如權(quán)利要求11所述的制備方法，其特征是所述銅焊墊的活化劑為金屬種晶(Pdseed)；所述鋁焊墊的活化劑為金屬鋅種晶(Znseed)。
15.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是所述金屬凸塊為鎳材質(zhì)，其高度在15μm以上。
16.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是所述外圍金屬層為金屬銅層或金(Au)層。
17.如權(quán)利要求9所述的制備方法，其特征是所述金屬凸塊的高度加上外圍金屬層的厚度總共需大于該第二介電層厚度，至少在18μm以上。
全文摘要
本發(fā)明為一種無電鍍形成雙層以上金屬凸塊的制備方法,應(yīng)用在LCD、一般IC及射頻組件的封裝上。首先提供設(shè)有若干焊墊的芯片或基板,覆上第一介電層,且裸露出焊墊,接著覆上第二介電層,以無電鍍方式在該既定的重分布路線中沉積導(dǎo)線層,并形成光阻圖案,裸露出導(dǎo)線層的若干預(yù)設(shè)位置,對各該預(yù)設(shè)位置表面進行活化,再以無電鍍方式形成一金屬凸塊,移除光阻圖案后覆上第三介電層,最后以無電鍍方式形成外圍金屬層完整披覆住該金屬凸塊外圍,并與該導(dǎo)線層連通至外界。
文檔編號C23C18/08GK1333561SQ0111873
公開日2002年1月30日 申請日期2001年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2001年6月8日
發(fā)明者梁沐旺, 曾乙修, 蔣邦民 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院