專利名稱：芯片的凸塊結構及凸塊結構的制造方法
技術領域：
本發明是關于一種芯片的凸塊結構及芯片的凸塊結構的制造方法。
背景技術：
倒裝芯片(Flip Chip)接合技術是以凸塊(bump)直接將芯片與基板連接。但近來由于芯片輸出入端口逐漸朝向細微化間距(Fine pitch)的設計，而芯片上每一個焊墊彼此間的距離相當的密集，然而，傳統的凸塊由于尺寸上的限制，并已不適用于細微化間距 (Fine pitch)的芯片設計中，因而有銅柱(Copper pillar)的產生。銅柱的形成是借由電鍍方法，將金屬沉積于厚光阻上的開孔而得。但是，均勻的厚光阻不易形成，而使銅柱高低均勻度難以控制，從而造成芯片與電路板間電性連接問題。并且銅柱相當堅硬，當高低不等的銅柱進行接合時，高的銅柱可能會因承受過大的應力而產生龜裂或剝落的問題。此外，厚光阻上形成開孔，需高曝光能量，此讓光刻制程條件不易控制，且于開孔顯影時，容易發生顯影不足，而嚴重影響到銅柱的形成。再者，在進行凸塊底金屬(Under BumpMetal ；UBM)層蝕刻時，銅柱也會被蝕刻，而使銅柱尺寸控制不易。再者，銅柱易氧化，而容易造成芯片與電路板間的電性連接問題。有鑒于以銅柱作為凸塊結構的不足，因此有必要開發新的凸塊結構以取而代之。

發明內容
本發明的一目的是提供一種凸塊結構及其制造方法，該凸塊結構不易氧化，且在承受應力時，具有緩沖效果，不會產生龜裂或剝落等的特性。本發明的另一目的是提供一種凸塊結構及其制造方法，其中凸塊結構的高度與橫向尺寸在制作上均較容易控制。根據上述的目的，本發明第一實施例揭示一種芯片的凸塊結構。該芯片的凸塊結構是形成于一基板上，基板可包括至少一焊墊及一介電層，該介電層具有至少一開口，其中該至少一開口暴露相應的該至少一焊墊。該凸塊結構包括至少一彈性凸塊、至少一第一金屬層、至少一第二金屬層及至少一焊球。該至少一彈性凸塊覆蓋相應的該至少一焊墊的部分。該至少一第一金屬層相應地覆蓋該至少一彈性凸塊及該至少一焊墊的未被該至少一彈性凸塊遮蓋的部分。該至少一第二金屬層相應地形成于位在該至少一彈性凸塊的頂部的該至少一第一金屬層上。該至少一焊球相應地形成于該至少一第二金屬層上。本發明第二實施例揭示另一種芯片的凸塊結構。芯片的凸塊結構可設置于前述的基板上，且包含至少一彈性凸塊、至少一第一金屬層、至少一第二金屬層及至少一焊球。該至少一彈性凸塊位于該介電層上。該至少一第一金屬層覆蓋該至少一彈性凸塊與該至少一焊墊，且于該至少一彈性凸塊與該至少一焊墊之間延伸。該至少一第二金屬層形成于位在該至少一彈性凸塊的頂部的該至少一第一金屬層上。該至少一焊球形成于該至少一第二金屬層上。本發明第一實施例揭示前述第一實施例的芯片的凸塊結構的制造方法，其包含下列步驟提供一基板，其中該基板包括至少一焊墊及一介電層，該介電層具有至少一開口， 該至少一開口暴露相應的該至少一焊墊；于該至少一開口內，形成至少一彈性凸塊，其中該至少一彈性凸塊遮蓋部分的該至少一焊墊；沉積一第一金屬層；在該至少一彈性凸塊的頂部的該第一金屬層上，電鍍一第二金屬層；電鍍一焊料層于該第二金屬層上；形成一圖案化的光阻層，以遮蓋該焊料層及在該至少一彈性凸塊上、該至少一開口與鄰近該至少一開口周圍的該第一金屬層；蝕刻未被該圖案化的光阻層遮蓋的該第一金屬層；移除該圖案化的光阻層；以及進行回焊，以使該焊料層形成一焊球。本發明另一實施例揭示前述第二實施例的芯片的凸塊結構的制造方法，其包含下列步驟提供一基板，其中該基板包括至少一焊墊及一介電層，該介電層具有至少一開口， 該至少一開口暴露該相應的至少一焊墊；于該介電層上，形成至少一彈性凸塊；沉積一第一金屬層；在該至少一彈性凸塊的頂部的該第一金屬層上，電鍍一第二金屬層；電鍍一焊料層于該第二金屬層上；形成一圖案化的光阻層，以遮蓋該焊料層及在該至少一彈性凸塊上、該至少一開口與鄰近該至少一開口周圍的該第一金屬層；蝕刻未被該圖案化的光阻層遮蓋的該第一金屬層；移除該圖案化的光阻層；以及進行回焊，以使該焊料層形成一焊球。上文已經概略地敘述本發明的技術特征及優點，以使下文的具體實施方式
得以獲得較佳了解。構成本發明的權利要求范圍標的的其它技術特征及優點將描述于下文。本發明所屬技術領域中具有通常知識者應可了解，下文揭示的概念與特定實施例可作為基礎而相當輕易地予以修改或設計其它結構或制程而實現與本發明相同的目的。本發明所屬技術領域中具有通常知識者亦應可了解，這類等效的建構并無法脫離所附的權利要求書所提出的本發明的精神和范圍。


為讓本發明的上述目的、特征和優點能更明顯易懂，以下結合附圖對本發明的具體實施方式
作詳細說明，其中圖1例示本發明一實施例的芯片的凸塊結構；圖2例示本發明另一實施例的芯片的凸塊結構；圖3至圖8是制程流程示意圖，其例示圖1實施例的凸塊結構的制造方法；及圖9至圖13是制程流程示意圖，其例示圖2實施例的凸塊結構的制造方法。主要元件符號說明1、2凸塊結構11基板12焊墊13介電層14開口15彈性凸塊16第一金屬層17第二金屬層18焊球21光阻層
22開口23焊料層24、25 光阻層
具體實施例方式圖1例示本發明一實施例的芯片的凸塊結構1。參照圖1所示，凸塊結構1是形成于一基板11上，基板11可包括至少一焊墊12及一介電層13，介電層13具有至少一開口 14，該至少一開口 14是與該至少一焊墊12相應設置，其中該至少一開口 14暴露該至少一焊墊12。凸塊結構1可包括至少一彈性凸塊15、至少一第一金屬層16、至少一第二金屬層 17以及至少一焊球(solderball) 18。至少一彈性凸塊15與至少一焊墊12相應設置，且覆蓋相應的至少一焊墊12的部分，該彈性凸塊15的高度，較佳的可介于20 60 μ m之間。至少一第一金屬層16覆蓋相應的彈性凸塊15及相應的該至少一焊墊12中未被該至少一彈性凸塊15遮蓋的部分。至少一第二金屬層17形成于位在相應的彈性凸塊15 的頂部上的第一金屬層16上。至少一焊球18形成于相應的第二金屬層17上。具體言之，在本實施例中，彈性凸塊15形成于相應的焊墊12的中間部位，而使彈性凸塊15底緣為暴露的焊墊12所圍繞。彈性凸塊15與相應的焊墊12的大小可隨第一金屬層16與暴露焊墊12間的接觸面積的需求大小而調整。第一金屬層16可覆蓋整個相應的彈性凸塊15。第一金屬層16另覆蓋相應的該至少一焊墊12中未被該至少一彈性凸塊15遮蓋的部分，借此使第一金屬層16與至少一焊墊 12電性連接，其較佳的電鍍的厚度介于0. 2 μ m-0. 6 μ m之間。第二金屬層17形成于位在相應的彈性凸塊15的頂部上的第一金屬層16上，借此第二金屬層17得與相應的焊墊12電性連接，其較佳的電鍍的厚度介于3 μ m-10 μ m之間。 至少一焊球18形成于相應的第二金屬層17上，其較佳的高度介于10 μ m 40 μ m之間，以使相應的焊墊12可借由焊球18電性連接外部裝置或電路板。相較于傳統的銅柱凸塊，彈性凸塊具有彈性，故可緩沖應力，不易因承受較高的應力而損壞，且該焊球18位于彈性凸塊15的頂部、焊墊12的中央位置，如此一來，于后續運用于與外部電路板或芯片接合時，由于焊球18僅位于彈性凸塊15的頂端，故不易因焊料過多而造成溢流的問題，因此，適用于目前細微化間距(Fine pitch)的芯片設計。圖2例示本發明另一實施例的芯片的凸塊結構2。參照圖2所示，凸塊結構2是形成于一基板11上，基板11可包括至少一焊墊12及一介電層13，介電層13具有至少一開口 14，該至少一開口 14是與該至少一焊墊12相應設置，其中該至少一開口 14暴露該至少一焊墊12。凸塊結構2可包括至少一彈性凸塊15、至少一第一金屬層16、至少一第二金屬層 17以及至少一焊球18。至少一彈性凸塊15與至少一焊墊12相應設置，且形成于介電層13 上；至少一第一金屬層16是相應于彈性凸塊15設置，并覆蓋相應的彈性凸塊15及相應的該至少一焊墊12，且于相應的彈性凸塊15及相應的該至少一焊墊12之間延伸；至少一第二金屬層17形成于位在相應的彈性凸塊15的頂部上的第一金屬層16上；至少一焊球18 形成于相應的第二金屬層17上。借由前述的配置，使焊球18與相應的焊墊12電性連接， 而芯片得以透過焊墊12與外部裝置或電路板電性連接。由于該彈性凸塊15是設置于介電層13上，而非直接設置于焊墊12上，故與外部電路板或芯片接合時，不僅可透過彈性凸塊15進行接合時的緩沖，亦可透過該介電層13予以提供第二道的緩沖保護效果，避免接合力直接沖擊該焊墊12，造成焊墊12損毀。在本案諸實施例中，彈性凸塊15的形狀可自其底部往上呈漸縮的柱體，例如角錐或圓錐體等。彈性凸塊15的頂部可為平頂。彈性凸塊15的材料可包含高分子材料，例如聚亞酰胺、環氧樹脂(Epoxy)或其他類似具有絕緣性質者。在本案諸實施例中，第一金屬層16的材料可選自于金、鈦鎢金、鈦銅或前述金屬的合金的任一者所組成的群組，其厚度較佳的介于0. 2 μ m-o. 6 μ m。在本案諸實施例中，第二金屬層17主要是作為第一金屬層16與焊球18間的介面層。第二金屬層17包含可使焊球18易于沾附且可阻止擴散的材料，例如鎳，其電鍍厚度約為3-10 μ m ；但本發明不以此為限。焊球18的材料則可包含錫、錫鉛或錫銀等，局部設置于第二金屬層17的頂端。在本案諸實施例中，基板11的材料可包含硅、玻璃或塑膠。介電層13的材料可包含氧化物，如氧化硅；或者氮化物，如氮化硅等。圖3至圖8是制程流程示意圖，其例示圖1實施例的凸塊結構1的制造方法。如圖3所示，一種凸塊結構1的制造方法首先提供一基板11。基板11可包含至少一焊墊12 及一介電層13。介電層13可包含至少一開口 14，該至少一開口 14可相應于該至少一焊墊 12設置，其中該至少一開口 14暴露該至少一焊墊12。如圖4所示，其次，涂布一層光阻于該基板11上，并利用光刻制程于各開口 14內， 分別形成一彈性凸塊15，其中各彈性凸塊15遮蓋相應的焊墊12的部分。在本實施例中，彈性凸塊15形成于相應的焊墊12的中間部位，使彈性凸塊15底緣為暴露的焊墊12所圍繞。如圖5所示，沉積一第一金屬層16，以覆蓋基板11及彈性凸塊15，并與該焊墊12 上未被該彈性凸塊15遮蓋的部分接觸。如圖6所示，于第一金屬層16上形成一圖案化的光阻層21。光阻層21包含多個開口 22，開口 22相應于彈性凸塊15而形成，其中各開口 22暴露相應的彈性凸塊15的頂部。然后，電鍍一第二金屬層17。第二金屬層17形成于各開口 22內的第一金屬層16上。 接著，電鍍一焊料層23于第二金屬層17。最后，移除光阻層21。參照圖7所示，形成一圖案化的光阻層M，其中圖案化的光阻層M遮蓋焊料層23 及在彈性凸塊15、開口 14與鄰近開口 14等上的第一金屬層16。之后，蝕刻未被圖案化的光阻層M所遮蓋的第一金屬層16，借此電性隔離焊料層23。蝕刻完后，移除圖案化的光阻層24。參照圖8所示，進行回焊制程，以使焊料層23形成焊球18。圖9至圖13是制程流程示意圖，其例示圖2實施例的凸塊結構2的制造方法。如圖9所示，一種凸塊結構2的制造方法首先提供一基板11。基板11可包含至少一焊墊12 及一介電層13。介電層13可包含至少一開口 14，該至少一開口 14可相應于該至少一焊墊 12設置，其中該至少一開口 14暴露該至少一焊墊12。再參照圖9，涂布一層光阻于該基板11上，并利用光刻制程于各開口 14旁的介電層13上，相應地形成一彈性凸塊15。如圖10所示，沉積一第一金屬層16，以覆蓋彈性凸塊15與基板11上的開口 14中的焊墊12及介電層13。
如圖11所示，于第一金屬層16上形成一圖案化的光阻層21。光阻層21包含多個開口 22，開口 22相應于彈性凸塊15而形成，其中各開口 22暴露相應的彈性凸塊15的頂部。然后，電鍍一第二金屬層17。第二金屬層17形成于各開口 22內的第一金屬層16上。 接著，電鍍一焊料層23于第二金屬層17上，而位于彈性凸塊15的頂部。最后，移除光阻層 21。參照圖12所示，形成一圖案化的光阻層25，其中圖案化的光阻層25遮蓋焊料層 23、在彈性凸塊15上的第一金屬層16、在焊墊12上的第一金屬層16及相應的焊墊12與彈性凸塊15間的第一金屬層16。之后，蝕刻未被圖案化的光阻層25所遮蓋的第一金屬層16， 借此使焊料層23與相應的焊墊12電性連接而使焊料層23彼此間電性隔離。蝕刻完后，移除圖案化的光阻層25。參照圖13所示，進行回焊制程，以使焊料層23形成焊球18。相較于銅柱凸塊的制程，本發明揭示的制程無深開孔的形成步驟，故光刻制程條件容易控制，且不發生顯影不足的問題。綜上，相較于銅柱凸塊，本發明揭示的彈性凸塊不易氧化，且在承受應力時，不會產生龜裂或剝落的問題。而且，彈性凸塊的高度與橫向尺寸，在制作上均較容易控制。彈性凸塊可形成于相應的焊墊的中間部位，使彈性凸塊可更為密集地配置。此外，彈性凸塊可形成于相應的焊墊旁。彈性凸塊上可披覆一第一金屬層，該第一金屬層并延伸至暴露的焊墊上。焊球可形成于彈性凸塊的頂部，而一作為介面的第二金屬層則可形成于焊球與第一金屬層之間。本發明的技術內容及技術特點已揭示如上，然而熟悉本項技術的人士仍可能基于本發明的教示及揭示而作種種不背離本發明精神的替換及修飾。因此，本發明的保護范圍應不限于實施例所揭示的內容，而應包括各種不背離本發明的替換及修飾，并為所附的權利要求書所涵蓋。
權利要求
1.一種芯片的凸塊結構，其是形成于一基板上，該基板包括至少一焊墊及一介電層，該介電層具有至少一開口，其中該至少一開口暴露相應的該至少一焊墊，該凸塊結構包含至少一彈性凸塊，相應地覆蓋部分的該至少一焊墊的中間部位； 至少一第一金屬層，相應地覆蓋該至少一彈性凸塊與該至少一焊墊的未被該至少一彈性凸塊遮蓋的部分；至少一第二金屬層，相應地形成于位在該至少一彈性凸塊的頂部的至少一第一金屬層上；以及至少一焊球，相應地形成于該至少一第二金屬層上，而位于該至少一彈性凸塊的頂端。
2.根據權利要求1所述的芯片的凸塊結構，其特征在于，該至少一彈性凸塊的材料包含聚亞酰胺或環氧樹脂。
3.根據權利要求1所述的芯片的凸塊結構，其特征在于，該至少一第一金屬層的材料是選自于金、鈦鎢金、鈦銅或其合金之一所組成的群組。
4.根據權利要求1所述的芯片的凸塊結構，其特征在于，該至少一第二金屬層的材料包含鎳。
5.一種具有芯片的凸塊結構，其是形成于一基板上，該基板包括至少一焊墊及一介電層，該介電層具有至少一開口，其中該至少一開口暴露相應的該至少一焊墊，該凸塊結構包含至少一彈性凸塊，位于該介電層上；至少一第一金屬層，覆蓋該至少一彈性凸塊與該至少一焊墊，且于該至少一彈性凸塊與該至少一焊墊之間延伸；至少一第二金屬層，形成于位在該至少一彈性凸塊的頂部的至少一第一金屬層上；以及至少一焊球，形成于該至少一第二金屬層上，而位于該至少一彈性凸塊的頂端部。
6.一種芯片的凸塊結構的制造方法，包含下列步驟提供一基板，其中該基板包括至少一焊墊及一介電層，該介電層具有至少一開口，該至少一開口暴露相應的該至少一焊墊；于該至少一開口內，形成至少一彈性凸塊，其中該至少一彈性凸塊遮蓋部分的該至少一焊墊的中間部位；沉積一第一金屬層；在該至少一彈性凸塊的頂部的該第一金屬層上，電鍍一第二金屬層； 電鍍一焊料層于該第二金屬層上；形成一圖案化的光阻層，以遮蓋該焊料層及在該至少一彈性凸塊上、該至少一開口與鄰近該至少一開口周圍的第一金屬層；蝕刻未被該圖案化的光阻層遮蓋的第一金屬層； 移除該圖案化的光阻層；以及進行回焊，以使該焊料層形成一焊球。
7.根據權利要求6所述的制造方法，其特征在于，電鍍一第二金屬層的步驟更包含下列步驟涂布一光阻層于該第一金屬層上；以及圖案化該光阻層，以移除該至少一彈性凸塊的頂部上的光阻。
8.根據權利要求6所述的制造方法，其特征在于，該至少一彈性凸塊的材料系聚亞酰胺或環氧樹脂。
9.根據權利要求6所述的制造方法，其特征在于，該第一金屬層的材料是選自于金、鈦鎢金、鈦銅或其合金之一所組成的群組。
10.根據權利要求6所述的制造方法，其特征在于，該第二金屬層的材料為鎳。
11.一種芯片的凸塊結構的制造方法，包含下列步驟提供一基板，其中該基板包括至少一焊墊及一介電層，該介電層具有至少一開口，該至少一開口暴露相應的至少一焊墊；于該介電層上，形成至少一彈性凸塊；沉積一第一金屬層；在該至少一彈性凸塊的頂部的第一金屬層上，電鍍一第二金屬層； 電鍍一焊料層于該第二金屬層上；形成一圖案化的光阻層，以遮蓋該焊料層及在該至少一彈性凸塊上、該至少一焊墊上和于該至少一彈性凸塊與該至少一焊墊之間延伸的第一金屬層； 蝕刻未被該圖案化的光阻層遮蓋的第一金屬層； 移除該圖案化的光阻層；以及進行回焊，以使該焊料層形成一焊球。
12.根據權利要求11所述的制造方法，其特征在于，電鍍一第二金屬層的步驟更包含下列步驟涂布一光阻層于該第一金屬層上；以及圖案化該光阻層，以移除該至少一彈性凸塊的頂部上的光阻。
全文摘要
一種芯片的凸塊結構包括至少一彈性凸塊、至少一第一金屬層、至少一第二金屬層及至少一焊球。凸塊結構可形成于一基板上，基板可包括至少一焊墊及一介電層，介電層具有至少一開口，其中至少一開口暴露相應的至少一焊墊。至少一彈性凸塊覆蓋相應的至少一焊墊的部分。至少一第一金屬層相應地覆蓋至少一彈性凸塊及至少一焊墊的未被至少一彈性凸塊遮蓋的部分。至少一第二金屬層相應地形成于位在至少一彈性凸塊的頂部的第一金屬層上。至少一焊球相應地形成于第二金屬層上。
文檔編號H01L23/498GK102270623SQ201010203119
公開日2011年12月7日 申請日期2010年6月7日 優先權日2010年6月7日
發明者黃成棠 申請人:南茂科技股份有限公司