技术领域
[0001] 本
发明涉及一种微凸块结构，且特别是一种自动对准的微凸块结构。
背景技术
[0002] 目前在超细间距微凸块封装的应用上，常常会因为(1)设备对位能
力不佳、(2)凸块均匀度不良、(3)凸块
锡量不足，以及(4)凸块焊锡性不佳等问题而导致对位偏移现象加剧，进而严重影响凸块接合能力。
[0003] 由于超细间距的微凸块的锡量乃远低于覆晶凸块，已偏移的微接点即使经过多次的回焊(Reflow)
热处理，上下凸块也不会因焊锡的
毛细现象而拉回正确
位置。偏移的微接点不仅会导致接点的接合强度下降，更会影响其接点可靠度。
[0004] 在实际的应用上，若能提升对位精准度或避免对位偏移的问题，进而提高微接点接合能力与可靠性，是具有极高产业利用价值。
发明内容
[0005] 本发明的目的是公开一种微凸块结构，可提升对位精准度，并避免对位偏移，显著提高微接点接合能力与可靠性，且易于产业化生产。
[0006] 为达到上述目的，本发明的技术解决方案是：
[0007] 一种微凸块结构，包括位于一
半导体基底上的至少一焊垫、一保护层、一环形金属层与一中央下凹的盘状金属结构。该保护层位于该焊垫上并
覆盖部分该焊垫，而该环形金属层，位于该保护层的一开口中，至少覆盖该开口的
侧壁与该开口边缘的部分该保护层。此外，中央下凹的该盘状金属结构位于该环形金属层上、位于该环形金属层中空处并覆盖部分该环形金属层。其中该盘状金属结构至少包括一种层位于该环形金属层上、一金属底层位于该种层上与一
焊料层位于该金属底层上。
[0008] 一种微凸块结构，包括位于一半导体基底上的至少一焊垫、一保护层、一种层以及一环状金属结构。该保护层位于该焊垫上且具有一环形开口而暴露出部分该焊垫，而该种层位于该保护层的该环形开口中，共形覆盖该环形开口的侧壁、底面与该环形开口边缘的部分该保护层。该环状金属结构位于该种层上，其中该环状金属结构至少包括一金属底层位于该种层上、一金属层位于该金属底层上与一焊料层位于该金属层上。
[0009] 本发明的微凸块结构，利用其中央凹陷结构，来协助与对应微凸块达成精准的高对位度，且有很高的微接点接合能力与可靠性。
附图说明
[0010] 图1A～图1E所绘示为本发明一
实施例的微凸块结构的制造流程剖面图。
[0011] 图2A所绘示为本发明一实施例的微凸块结构的剖面示意图。
[0012] 图2B所绘示为本发明一实施例的微凸块结构的部分立体示意图。
[0013] 图3A～图3B所绘示为本发明另一实施例的微凸块结构的部分制造流程剖面图。
[0014] 图4A所绘示为本发明另一实施例的微凸块结构的剖面示意图。
[0015] 图4B所绘示为本发明另一实施例的微凸块结构的部分立体示意图。
[0016] 图5A～图5C所绘示为本发明另一实施例的微凸块结构的部分制造流程剖面图。
[0017] 图6A所绘示为本发明另一实施例的微凸块结构的剖面示意图。
[0018] 图6B所绘示为本发明另一实施例的微凸块结构的部分立体示意图。
[0019] 主要元件符号说明
[0020] 10、40、60：微凸块结构
[0021] 100、300、400、500、600：基底
[0022] 100a：主动表面
[0023] 102、102a、302、402、502、602：焊垫
[0024] 104、104a、304a、404a、504a、604a：保护层
[0025] 105、107、109、505：
图案化光刻胶层
[0026] 106、306、406、506、606：开口
[0027] 108、308、408、508、608：金属层
[0028] 110、410、510、610：种层
[0029] 112、412、512、612：金属底层
[0030] 114、414、514、614：焊料层
[0031] 620：环状金属结构
具体实施方式
[0032] 为让本发明的上述和其它特征能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。
[0033] 图1A～图1E所绘示为本发明一实施例的微凸块结构的制造流程剖面图。
[0034] 请参照图1A，首先提供一基底100，该基底100例如为一半导体圆片或芯片，该基底100具有一主动表面100a，而该基底100上还具有一保护层104及多个焊垫102(仅绘示出其中的两个代表的)，均配置在该基底100的主动表面100a上。并于该保护层104上形成一图案化的光刻胶层105。其中焊垫102的材质例如是
铝。
[0035] 参照图1B，以该图案化光刻胶层105做光掩膜进行一蚀刻步骤，而于保护层104及焊垫102中形成多个开口106而暴露出部分该基底100，形成图案化的保护层104a及焊垫102a。其中，开口的深度例如约为5～50微米，而开口106的形状并不局限于圆形孔，亦可为方形或多
角形的孔，而开口106的大小可视焊垫102的尺寸或后续凸块尺寸而调整。该蚀刻步骤可分两阶段分别蚀刻移除保护层104及焊垫102，亦可以单一步骤移除保护层104及焊垫102。该蚀刻步骤例如包括非
等向性蚀刻步骤。之后，移除该图案化光刻胶层105。
[0036] 请参照图1C，于该保护层104a上形成另一图案化的光刻胶层107后，形成一金属层108覆盖住开口106的侧壁与开口附近的部分保护层104a。该金属层108例如是无
电解电
镀所形成的一镍金属或镍
合金层，具有厚度约3-5微米。该金属层108从上视角度看来乃为一环形结构，覆盖住开口106的侧壁与边缘，但露出部分基底100。
[0037] 参照图1D，移除该图案化光刻胶层107后，于基底100上全面覆盖(blanketly)沉积形成一种层110，覆盖住金属层108、保护层104a与部分被开口所暴露的基底100。其中种层110的材质比如是
钛、钛钨合金、钛钨
铜、钛铜或铬。但是，若后续所形成各层并不需要种层，亦可省略此一步骤。
[0038] 参照图1E，于该种层110上形成另一图案化的光刻胶层109，暴露出开口106位置的种层110。之后，在暴露出的种层110上，依序形成一金属底层112与一焊料层114。形成金属底层112的方法包括溅镀或
电镀的方式，其中金属底层112的材质比如是铜、或镍
铜合金，而金属底层112具有厚度约3微米。形成焊料层114的方法包括电镀的方式，其中焊料层114的材质比如是锡、锡
银合金或锡铅合金，而焊料层114具有厚度约5-10微米。由于开口106的存在，导致后续形成于开口106中与保护层104a上的金属层108、种层110、金属底层112与焊料层114皆有高度落差，而在开口106的中央具有一凹陷处C。视开口106的深度与后续各层的厚度而定，凹陷处C一般深度约在10微米左右，且位于开口106位置的中央。当然其深度与形状亦可依照设计需要而调整。由于具有凹陷处C，该金属底层112与焊料层114从上视角度看来乃为一碟状或盘状结构。
[0039] 在后续封装步骤，其它芯片的微接点(微凸块)可滑入凹陷处C而具有对位的功效，而以自动对准的方式，达到良好电性连接并帮助增强接合强度。
[0040] 上述各层的形成步骤仅是举例，但于此技术领域具有普通知识者可轻易推知，该些形成顺序与步骤均可视元件设计或工艺需要更改。本
申请并非限定本发明的制造方法仅限于此。
[0041] 图2A所绘示为本发明一实施例的微凸块结构的剖面示意图。图2B所绘示为本发明一实施例的微凸块结构的部分立体示意图。
[0042] 请参照图2A、图2B，形成于基底100上的微凸块结构10包括环形焊垫102a、保护层104a、环形金属层108、种层110、金属底层112与焊料层114。从图2A、图2B来看，保护层104a覆盖于环形焊垫102a上，而环形金属层108位于保护层104a与环形焊垫102a的开口106中并覆盖开口106的侧壁与边缘，但露出部分基底100。种层110位于环形金属层108上覆盖住部分环形金属层108，并覆盖住环形金属层108所露出部分基底100。金属底层112与焊料层114的盘状结构则位于种层110上，并覆盖住部分环形金属层108。由于后续形成于开口106中与保护层104a上的金属层108、种层110、金属底层112与焊料层114皆有高度落差，而微凸块结构10在开口106的中央具有一凹陷处C。亦可将相堆栈的种层
110、金属底层112与焊料层114视为一中央凹陷的盘状金属结构，位于中空的环状金属层
108上。
[0043] 此处乃以圆形开口为例，但开口106可为方形或多角形的孔。
[0044] 依照本发明的另一实施例，接续图1A步骤后可调整图1B的步骤，如图3A所示，改变该图案化光刻胶层的图案设计并以该图案化光刻胶层做光掩膜，蚀刻保护层304直至暴露出焊垫302。也就是仅于保护层304中形成多个环状开口306(仅显示其中一个为例)而成图案化的保护层304a。其中，开口306的形状并不局限于圆形环状，亦可为方形或多角形的环状开口。之后，于环状开口306中与该保护层304a上形成一金属层308，覆盖住开口306的侧壁与开口附近的部分保护层304a。该金属层308例如是无电解电镀所形成的一镍金属或镍合金层，具有厚度约3-5微米。该金属层308从上视角度看来乃为一环形结构，覆盖住开口306的侧壁与边缘，但中间露出保护层304a。后续制作流程类似于图1D-1E的步骤，而形成微凸块结构。
[0045] 图4A所绘示为本发明另一实施例的微凸块结构的剖面示意图。图4B所绘示为本发明另一实施例的微凸块结构的部分立体示意图。
[0046] 请参照图4A、图4B，形成于基底400上的微凸块结构40包括焊垫402、保护层404a、环形金属层408、种层410、金属底层412与焊料层414。从图4A、图4B来看，保护层
404a位于焊垫402上而暴露出部分焊垫402，而环形金属层408位于保护层404a的开口
406中与焊垫402上，并覆盖开口406的侧壁与开口边缘，但中央露出部分保护层404a。种层410位于环形金属层408上覆盖住部分环形金属层408，并覆盖住环形金属层408所露出部分保护层404a。金属底层412与焊料层414的盘状结构则位于种层410上，并覆盖住部分环形金属层408。由于金属层408的高度，后续形成的种层410、金属底层412与焊料层
414皆有高度落差，微凸块结构40在开口406的中央具有一凹陷处C。
[0047] 此处，由于微凸块结构具有中央凹陷处，而有自动对位的功效。若保护层404a的材质例如为聚亚酰胺(polyimide；PI)时，则位于焊垫中央保护层更可提供
应力缓冲，强化凸块整体结构。此外，亦可替换位于环形开口中央的保护层为低阻值金属材质(例如金等)材料，由于其被外侧较高阻值的材料所包围，此低阻值区块可有效改善
电流拥挤的现象，并提升抗
电子迁徙特性。
[0048] 请参照图5A，依照本发明的又一实施例，可改变制造流程顺序，直接在图3A步骤之后先于保护层504a上共形形成一种层510覆盖保护层504a与焊垫502，并形成一图案化光刻胶层505于种层510与保护层504a上，如图5A所示。但是，若后续所形成各层并不需要种层，亦可省略此一步骤。接着，如图5B所示，于图案化光刻胶层505的开口506中依序形成金属底层512、金属层508与焊料层514。其中金属底层512的材质比如是铜、或镍铜合金，而金属底层512具有厚度约3微米。该金属层508例如是电镀所形成的一镍金属或镍合金层，具有厚度约3-5微米。焊料层514的材质比如是锡、锡银合金或锡铅合金，具有厚度约5-10微米。从上视方向看来，金属底层512、金属层508与焊料层514乃构成一环状金属结构位于开口506中。
[0049] 之后，如图5C所示，移除图案化光刻胶层505，并蚀刻移除未被金属底层512、金属层508与焊料层514所覆盖的种层510，然后进行一回焊步骤，而使焊料层514融化而表面变圆滑。
[0050] 图6A所绘示为本发明另一实施例的微凸块结构的剖面示意图。图6B所绘示为本发明另一实施例的微凸块结构的部分立体示意图。
[0051] 请参照图6A、图6B，形成于基底600上的微凸块结构60包括焊垫602、保护层604a、位于保护层604a的开口606中的种层610、金属底层612、金属层608与焊料层614。
从图6A、图6B来看，保护层604a位于焊垫602上而暴露出部分焊垫602，而种层610位于保护层604a的环形开口606中与焊垫602上，并覆盖开口606的侧壁与开口边缘，但并未覆盖环形开口606中央所露出部分保护层604a。金属底层612、金属层608与焊料层614堆栈而成的环状金属结构620则位于种层610上。由于环状金属结构620与其中间所露出的保护层604a有高度落差，微凸块结构60在金属结构620的中央同样具有一凹陷处C。
[0052] 此处所述的环状金属结构620更可设计具有一特定侧向开口，帮助后续接合过程气体排放。
[0053] 因此本发明实施例的微凸块结构设计于中央具有一凹陷处，而可以在后续接合过程中帮助与其它凸块微接点的对位，进而达到自动对准与改善结合强度的目的，提升产品可靠度。此外，本发明所提出的制造流程与现有工艺兼容，无须添加额外步骤或使用特殊材料，故元件的成本并未增加。此外，可视产品设计需要，调整工艺步骤与/或搭配不同形状图案设计，更有弹性地制造微凸块结构。
[0054] 本发明的微凸块结构可适用于高
密度或超细间距(小于50微米)接合结构，而达到提升对准精确度与强化接合强度的目的。
[0055] 本发明所提供的凹形微凸块结构特别适合设置于超细间距(小于50微米)的微接点封装结构中，或应用于多芯片堆栈封装结构或高接合密度封装结构。
[0056] 虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视
权利要求书的保护范围所界定者为准。
