金属凸块结构的制作方法

金属凸块结构的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种金属凸块结构，包含位于金属焊垫上的护层、位于金属焊垫上又部分位于护层上的黏着层、部分位于凹穴中并覆盖黏着层的金属凸块、以及完全覆盖金属凸块的帽盖层。
【专利说明】金属凸块结构

【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种金属凸块结构及其形成的方法，特别是涉及一种特用于驱动集成 电路（1C)金属凸块结构而免于周遭的大气环境的威胁、在卤素或高电场的存在下也不会 发生迦凡尼效应（Galvanic effect)效应，及其形成的方法。

【背景技术】
[0002] 在电子电路中，金属凸块用来形成两组电路之间的电连接。为了要降低不可避免 的电阻与达成最佳的效果，铜通常是金属凸块材料的第一选择。
[0003] -般说来，铜是作为金属凸块理想的材料，因为它的化学性质不活泼，还有着极低 的电阻值。然而，在一些应用场合中，作为金属凸块材料的铜却遭受严重的损伤，这是因为 在异常的情形或是极端的情况存在之下，会发生迦凡尼效应（Galvanic effect)的缘故。这 样的结果对电子电路的可靠性而言是不利的。


【发明内容】

[0004] 有鉴于此，本发明首先提出一种金属凸块（metal bump)结构，其可与各向异性导 电胶（ACF) -起连结使用，或用于驱动集成电路（driver 1C)中。此等金属凸块结构，在极 端环境或是异常环境下基本上不会发生迦凡尼效应（Galvanic effect)。
[0005] 本发明的金属凸块结构，包含金属焊垫、护层、黏着层、金属凸块与帽盖层。护层位 于金属焊垫上，并定义出位于金属焊垫上的凹穴。黏着层位于凹穴中、位于金属焊垫上、又 部分位于护层上，黏着层又直接接触金属焊垫与护层。金属凸块部分位于凹穴中并覆盖黏 着层。帽盖层位于金属凸块上并覆盖金属凸块，而使得金属凸块不会暴露出来。
[0006] 在本发明一实施方式中，金属凸块自行对准于黏着层。
[0007] 在本发明另一实施方式中，帽盖层自行对准于金属凸块。
[0008] 在本发明另一实施方式中，帽盖层、黏着层、与护层间具有一嵌穴（notch)。
[0009] 在本发明另一实施方式中，金属凸块包含铜与金其中之一者。
[0010] 在本发明另一实施方式中，帽盖层与金属凸块形成合金，以防止金属凸块穿出帽 盖层。
[0011] 在本发明另一实施方式中，帽盖层与金属凸块的界面没有合金。
[0012] 在本发明另一实施方式中，当金属凸块由铜所组成时，帽盖层包含锡、镍、金、钯其 中至少一者，当金属凸块由金所组成时，帽盖层包含锡、镍、钯其中至少一者。
[0013] 在本发明另一实施方式中，在卤素与高电场其中的至少一者存在下，不发生迦凡 尼效应（Galvanic effect)效应。
[0014] 在本发明另一实施方式中，金属凸块结构位在玻璃覆晶（chip on glass, COG)封 装结构与薄膜覆晶（chip on flex, COF)封装结构其中一者中。
[0015] 本发明再提出一种形成一种金属凸块结构的方法，而可以用于驱动集成电路 (driver 1C)中。首先，提供底材。底材包含金属焊垫、护层、黏着层、与图案化光致抗蚀剂。 护层位于金属焊垫上，并定义出位于金属焊垫上的凹穴。黏着层位于凹穴中，覆盖并直接接 触金属焊垫与护层。图案化光致抗蚀剂位于黏着层上，并包含有开口，此开口暴露位于凹穴 中与护层上的黏着层。其次，以金属凸块材料填入开口中。然后，移除图案化光致抗蚀剂， 使得金属凸块材料成为位于黏着层上的金属凸块。再来，移除没有被金属凸块材料所覆盖 的黏着层，同时部分暴露位于下方的护层。又使得金属凸块熟化以调整其硬度。继续，形成 覆盖金属凸块的帽盖层。
[0016] 在本发明一实施方式中，帽盖层自行对准于金属凸块。
[0017] 在本发明另一实施方式中，移除黏着层时，过移除（over-removed)黏着层，以形 成位于帽盖层、黏着层、与护层间的嵌穴（notch)。
[0018] 在本发明另一实施方式中，金属凸块包含铜或是金。
[0019] 在本发明另一实施方式中，形成金属凸块结构的方法，还包含熟化位于金属凸块 上的帽盖层，于是帽盖层与金属凸块形成合金，用来防止金属凸块穿出帽盖层。
[0020] 在本发明另一实施方式中，形成帽盖层以完全覆盖金属凸块，但是不形成合金。
[0021] 在本发明另一实施方式中，当金属凸块由铜所组成时，帽盖层包含锡、镍、金、钯其 中至少一者，当金属凸块由金所组成时，帽盖层包含锡、镍、钯其中至少一者。
[0022] 在本发明另一实施方式中，在卤素与高电场其中至少一者的存在下，金属凸块不 发生迦凡尼效应（Galvanic effect)效应。
[0023] 在本发明另一实施方式中，以电镀的方式将金属凸块材料填入开口中。
[0024] 在本发明另一实施方式中，以无电电镀的方式形成帽盖层。

【专利附图】

【附图说明】
[0025] 图1至图6为本发明形成金属凸块结构的方法的示意图；
[0026] 图7或图7A为本发明形成金属凸块结构的方法的示意图；
[0027] 图8为本发明形成金属凸块结构的方法，因为嵌穴被完全填满所以消失不见的示 意图；
[0028] 图9、图9A或图10为本发明的金属凸块结构示意图。
[0029] 符号说明
[0030] 1金属凸块结构
[0031] 9绝缘层
[0032] 10 底材
[0033] 11金属焊垫
[0034] 12 护层
[0035] 13黏着层
[0036] 14光致抗蚀剂层
[0037] 14光致抗蚀剂层'
[0038] 15 凹穴
[0039] 16 开口
[0040] 20'金属凸块材料
[0041] 20金属凸块
[0042] 30 嵌穴
[0043] 40帽盖层
[0044] 41 合金

【具体实施方式】
[0045] 本发明首先提供一种形成金属凸块结构的方法，可以将驱动集成电路芯片 (driver 1C)与显示器的电路进行电连接，特别适用于金属凸块封装的玻璃覆晶（C0G)封 装结构与薄膜覆晶（C0F)封装结构技术中。图1至图6绘示本发明形成金属凸块结构的方 法。首先，在第一方面先说明如何将金属凸块形成在底材上。如图1所绘示，提供底材10。 底材10包括金属焊垫11、护层12与黏着层13。
[0046] 绝缘层9为底材10的基础部分，用来支撑其它的元件，例如用来支撑金属焊垫11、 护层12、黏着层13与后续图中的图案化光致抗蚀剂层。金属焊垫11可以是一种质轻的金 属材料，例如铝，并经过图案化。但是，其它的金属也可采用，而并不仅限于铝。
[0047] 护层12即位于金属焊垫11之上，同时还具有定义出凹穴15的图案，使得凹穴15 也位于金属焊垫11之上。护层12可以是一种电绝缘的材料，例如是氮化硅、氧化硅或是其 组合。通常来说，凹穴15的大小会小于金属焊垫11的大小。
[0048] 黏着层13又位于凹穴15之中。此外，黏着层13还会覆盖金属焊垫11与护层12， 使得黏着层13会直接接触金属焊垫11与护层12。黏着层13用来帮助后续形成的金属凸 块材料（图未示）牢牢地附着在凹穴15之中。黏着层13可以是一种合金层，例如钛钨合 金层或是钛金属层。
[0049] 黏着层13的形成方法可以是，利用溅镀一层钛钨合金，与例如铜的晶种层的方 法，来均匀地覆盖底材10,例如完全地覆盖金属焊垫11、护层12、与凹穴15的表面。结果例 示于图1中。形成图案化光致抗蚀剂层的方式，可以参考如下所示的方式。
[0050] 如图2所绘示，将一大片光致抗蚀剂层14'整体形成在黏着层13上，并同时填满 凹穴15。光致抗蚀剂层14'可以是光敏性的材料，例如是有机的光敏材料。
[0051] 再来，如图3所绘示，将光致抗蚀剂层14'图案化。图案化光致抗蚀剂层14的方 式可以是如下所述。光致抗蚀剂层14形成在黏着层13上来定义出开口 16。开口 16用来 暴露出位于凹穴15中与护层12上的黏着层13,因此，在本发明的一实施例中，开口 16会稍 微大于凹穴15。换句话说，开口 16可以用来定义出后续所形成的金属凸块材料（图未示） 所位在的空间，而此空间本身即容置了凹穴15。
[0052] 然后，整体的光致抗蚀剂层14'又会经过适当的曝光与显影步骤，而转换成图案化 光致抗蚀剂层14,而具有曝光与显影所赋与的预定图案。图案是经由开口 16所定义出的， 其结果即绘示于图3所中。
[0053] 接下来，如图4所绘示，使用金属凸块材料20'来填入开口 16中。请注意，金属凸 块材料20'可能仅仅只是「填入」开口 16中，而没有「填满」开口 16。此时，黏着层13即因 此夹置于金属凸块材料20'与金属焊垫11之间，以及夹置于金属凸块材料20'与护层12 之间。例如，由于金属焊垫11与黏着层13均为导电性材料，所以金属凸块材料20'可以经 由电镀的方式来形成。视情况需要，金属凸块材料20'可以使用钯、银、铜或是金，以寻求较 佳的导电性，与越低越好的化学活性。
[0054] -但将金属凸块材料20'形成好了之后，就不再需要图案化光致抗蚀剂层14 了。 于是，如图5所绘示，移除图案化光致抗蚀剂层14,使得金属凸块材料20'成为各自独立的 金属凸块20。可以使用传统的方式来移除图案化光致抗蚀剂层14。于是，各自独立的金属 凸块20,就会完全位于黏着层13之上，并直接接触黏着层13。
[0055] 由于黏着层13是导电的，这会导致所有的金属凸块20彼此短路，所以多余的黏着 层13必须要移除。再来，如图6所绘示，没有被金属凸块20所覆盖的黏着层13经由蚀刻步 骤来移除，又部分地暴露出下方的护层12,使得所有的金属凸块20,通过电绝缘材料，也即 护层12的隔离，成为彼此电绝缘。如此一来，所有的金属凸块20即自我对准于黏着层13。 例如，可以使用过氧化氢来蚀刻黏着层13的钛钨合金。
[0056] 视情况需要，蚀刻步骤之后还可以进行加热金属凸块20的熟化，来调整金属凸块 20达到所需的硬度。例如，在大于300°C或是维持超过90分钟的退火条件。一般说来，较 低的硬度需要较高的熟化温度与较短的熟化时间，而较高的硬度需要较低的熟化温度与较 长的熟化时间，来将金属凸块20调整到所需的适当硬度，例如不超过130维氏硬度（Hv)，较 佳者不大于110维氏硬度，更佳者介于50维氏硬度至110维氏硬度之间。
[0057] 此时可以注意到在图6中，在移除黏着层13时，在金属凸块20、黏着层13、与护层 12之间形成了一只嵌穴30,因为蚀刻步骤不只会完全移除没有被金属凸块20所覆盖的黏 着层13,蚀刻步骤也可能会更进一步移除没有被金属凸块20所覆盖的黏着层13以外其他 的黏着层13,例如，夹置于金属凸块20、与护层12间的黏着层13。而结果是，在金属凸块 20、黏着层13、与护层12之间便形成了一只嵌穴30,而成为本发明结构的特征之一。在有 嵌穴30存在时，金属凸块20会几乎覆盖所有的黏着层13。另外，嵌穴30则可能横向地深 入1微米（μ m)-2微米左右。
[0058] 由于各自独立的金属凸块20,仍然可能因为暴露于周围的大气环境中而失之脆 弱，所以需要再特意形成帽盖层来覆盖金属凸块20,使得金属凸块20尽量不会暴露于周围 的大气环境中。请参考图7所绘示，形成帽盖层40来几乎完全覆盖金属凸块20,或是参考 如图7A所绘示，帽盖层40伸入了嵌穴30,而在有嵌穴30的存在下，得到了理想的金属凸块 结构1。
[0059] 帽盖层40可以包含多种保护性的材料。如果是铜制成的金属凸块20,帽盖层40 可以包含锡、镍、金、钯其中至少一者。如果是金制成的金属凸块20,帽盖层40可以包含锡、 镍、钯其中至少一者。如果是银制成的金属凸块20,帽盖层40可以包含锡。如果是钯制成 的金属凸块20,帽盖层40可以包含锡。帽盖层40也可以不含镍。不过，所形成帽盖层40 可能只会减小嵌穴30的尺寸，或是如图8所绘示，因为完全填满了嵌穴30,使得嵌穴30消 失不见。而且，帽盖层40也可以完全覆盖金属凸块20。
[0060] 较佳者，可以经由无电极电镀法来形成帽盖层40,例如可以在小于4的酸碱值、硫 酸盐的辅助下进行无电极电镀法。由于护层12是一种电绝缘材料，所以帽盖层40很可能 只会特定而专一地形成在金属凸块20上。换句话说，帽盖层40即自我对准在金属凸块20 上。帽盖层40可以是单层结构或是复合结构，而包含多层的帽盖材料。在本发明的一实施 例中，如图8所绘示，帽盖层40完全覆盖金属凸块20,但是帽盖层40与金属凸块20的界面 上没有形成合金，嵌穴30也消失不见。
[0061] 另外，依据无电极电镀法的不同电镀配方或是电镀条件，帽盖层40还可以有不同 的厚度与其它的形状。例如，帽盖层40可能是合金41、内层与外层的搭配或组合。较佳者， 帽盖层40含有金，其优点在于有利于重工（re-work)，又可以减低材料的成本。当帽盖层 40含钯时，钯层的厚度可以是0. 15微米-0. 4微米左右。当帽盖层40含金时，金层的厚度 可以是在2微米以下，较佳者不大于0. 1微米，甚至于可以只有0. 006微米而已。表1列举 电镀帽盖层40的可行步骤与制作工艺参数。其中在每个步骤之后，均可以再加入纯水洗涤 的清洁步骤。
[0062] 表 1
[0063]

【权利要求】
1. 一种金属凸块结构，其用于一驱动集成电路中并包含： 金属焊垫； 护层，位于该金属焊垫上，并定义出位于该金属焊垫上的一凹穴； 黏着层，位于该凹穴中、位于该金属焊垫上、又部分位于该护层上，其中该黏着层直接 接触该金属焊垫与该护层； 金属凸块，部分位于该凹穴中并覆盖该黏着层；以及 帽盖层，位于该金属凸块上并覆盖该金属凸块，而使得该金属凸块不会暴露出来。
2. 如权利要求1所述的金属凸块结构，其中该金属凸块自行对准于该黏着层。
3. 如权利要求1所述的金属凸块结构，其中该帽盖层自行对准于该金属凸块。
4. 如权利要求1的金属凸块结构，其中该帽盖层、该黏着层、与该护层间具有一嵌穴。
5. 如权利要求1所述的金属凸块结构，其中该金属凸块包含铜与金其中一者。
6. 如权利要求1所述的金属凸块结构，其中该帽盖层与该金属凸块形成一合金，以防 止该金属凸块穿出该帽盖层。
7. 如权利要求1所述的金属凸块结构，其中该帽盖层与该金属凸块的一界面没有合 金。
8. 如权利要求5所述的金属凸块结构，其中当该金属凸块由铜所组成时该帽盖层包含 锡、镍、金、钯其中至少一者，当该金属凸块由金所组成时该帽盖层包含锡、镍、钯其中至少 一者。
9. 如权利要求1所述的金属凸块结构，在齒素与一高电场其中至少一者的存在下不发 生迦凡尼效应效应。
10. 如权利要求1的金属凸块结构，位在玻璃覆晶封装结构与薄膜覆晶封装结构其中 一者中。
11. 一种形成一种金属凸块结构的方法，而用于一驱动集成电路中，其包含： 提供一底材，其包含： 金属焊垫； 护层，位于该金属焊垫上，并定义出位于该金属焊垫上的一凹穴； 黏着层，位于该凹穴中、覆盖并直接接触该金属焊垫与该护层；以及 图案化光致抗蚀剂，位于该黏着层上，并包含暴露位于该凹穴中与该护层上的该黏着 层的一开口； 以一金属凸块材料填入该开口中； 移除该图案化光致抗蚀剂，使得该金属凸块材料成为位于该黏着层上的一金属凸块； 移除没有被该金属凸块材料所覆盖的该黏着层，以部分暴露位于下方的该护层，并使 得该金属凸块熟化以调整其硬度；以及 形成一帽盖层，以覆盖该金属凸块。
12. 如权利要求11所述的形成一种金属凸块结构的方法，其中该帽盖层自行对准于该 金属凸块。
13. 如权利要求11所述的形成一种金属凸块结构的方法，其中移除该黏着层时，过移 除该黏着层，以形成位于该帽盖层、该黏着层、与该护层间的一嵌穴。
14. 如权利要求11所述的形成一种金属凸块结构的方法，其中该金属凸块包含铜与金 其中一者。
15. 如权利要求11所述的形成一种金属凸块结构的方法，还包含： 熟化位于该金属凸块上的该帽盖层，而与该金属凸块形成一合金，而防止该金属凸块 穿出该帽盖层。
16. 如权利要求11所述的形成一种金属凸块结构的方法，其中形成该帽盖层以完全覆 盖该金属凸块，而不形成合金。
17. 如权利要求15所述的形成一种金属凸块结构的方法，其中当该金属凸块由铜所组 成时该帽盖层包含锡、镍、金、钯其中至少一者，当该金属凸块由金所组成时该帽盖层包含 锡、镍、钯其中至少一者。
18. 如权利要求11所述的形成一种金属凸块结构的方法，其中在卤素与一高电场其中 至少一者的存在下，该金属凸块不发生迦凡尼效应效应。
19. 如权利要求11所述的形成一种金属凸块结构的方法，其中以电镀将该金属凸块材 料填入该开口中。
20. 如权利要求11所述的形成一种金属凸块结构的方法，其中以无电电镀形成该帽盖 层。
【文档编号】H01L21/48GK104143543SQ201410188528
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2013年5月6日
【发明者】林久顺 申请人:奇景光电股份有限公司