用于增强粘附性的无电镀工艺中的表面处理制造技术

本发明专利技术公开了凸块结构和形成凸块结构的示例性方法。凸块结构包括形成在金属焊盘上方的钝化层，钝化层具有露出金属焊盘的一部分的凹槽，以及形成在金属焊盘上方的金属凸块，金属凸块具有延伸在钝化层下方的唇形件，该唇形件将金属凸块固定至钝化层。本发明专利技术还公开了用于增强粘附性的无电镀工艺中的表面处理。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉参考：本申请要求于2013年3月15日提交的标题为“Surface Treatment in Electroless Process for Adhesion Enhancement”的美国临时申请第61/794,568号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
本专利技术涉及半导体
，更具体地，涉及用于增强粘附性的无电镀工艺中的表面处理。
技术介绍
倒装芯片（又称可控坍塌芯片连接或其缩写C4）是一种用于将半导体器件（诸如IC芯片和微机电系统（MEMS））互连至具有沉积在芯片焊盘上的焊料凸块的外部电路的方法。在最终的晶圆处理步骤期间，焊料凸块被沉积在晶圆顶侧上的芯片焊盘上。为了将芯片安装至外部电路（例如，电路板或另一芯片或晶圆），芯片被翻转以使得其顶侧朝下，并被对准以使它的焊盘与外部电路上的适配焊盘相对准，然后使焊料流动以完成互连。这与引线接合形成对照，在引线接合中芯片被垂直安装并且引线用于将芯片焊盘互连至外部电路。
技术实现思路
为了解决现有技术中所存在的问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种凸块结构，包括：钝化层，形成在金属焊盘上方，所述钝化层具有露出所述金属焊盘的一部分的凹槽；以及金属凸块，形成在所述金属焊盘上方，所述金属凸块具有延伸在所述钝化层下方的唇形件，所述唇形件将所述金属凸块固定至所述钝化层。在可选实施例中，所述唇形件具有从所述钝化层的侧壁至所述唇形件的远端测量的凹槽深度，所述凹槽深度大于约零微米。在可选实施例中，所述唇形件具有从所述唇形件的第一顶面至所述金属焊盘的第二顶面测量的角度，所述角度大于约零度。在可选实施例中，所述钝化层包括氮化硅。在可选实施例中，所述金属凸块包括无电镀镍-无电镀钯-浸金（ENEPIG）、无电镀镍-无电镀钯（ENEP）、无电镀镍-浸金（ENIG）中的一个。在可选实施例中，所述金属焊盘包括铜（Cu）、铝（Al）、或铝和铜的合金。在可选实施例中，当所述唇形件的截面为三角形。在可选实施例中，所述凸块结构由底部管芯支撑，所述底部管芯被配置为与顶部管芯接合以形成凸块接合件。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种凸块接合件，包括：顶部管芯，包括第一凸块结构；以及底部管芯，安装至所述顶部管芯，所述底部管芯包括具有金属凸块的第二凸块结构，所述金属凸块具有延伸在钝化层下方的唇形件，所述唇形件将所述金属凸块固定至所述钝化层。在可选实施例中，在所述第一凸块结构的无铅焊料中形成金属间化合物。在可选实施例中，所述金属间化合物具有介于约1微米（1μm）至约5微米（5μm）之间的厚度。在可选实施例中，所述唇形件具有从所述钝化层的侧壁至所述唇形件的远端测量的凹槽深度，所述凹槽深度大于约零微米。在可选实施例中，所述第二凸块结构包括支撑所述金属凸块的金属焊盘，并且所述唇形件具有从所述唇形件的第一顶面至所述金属焊盘的第二顶面测量的角度，所述角度大于约零度。在可选实施例中，所述金属凸块包括无电镀镍-无电镀钯-浸金（ENEPIG）、无电镀镍-无电镀钯（ENEP）、无电镀镍-浸金（ENIG）中的一个。在可选实施例中，所述唇形件的截面为三角形。根据本专利技术的又一方面，还提供了一种形成凸块结构的方法，包括：在钝化层中形成凹槽以露出晶圆内的金属焊盘；对所述金属焊盘实施表面处理以形成位于所述钝化层下方的底切口；以及在所述金属焊盘上方形成凸块，所述凸块具有突出到所述底切口内的唇形件。在可选实施例中，所述表面处理包括湿蚀刻工艺。在可选实施例中，所述表面处理包括：在所述金属焊盘上形成金属氧化物，然后去除所述金属氧化物。在可选实施例中，所述表面处理包括去除所述金属焊盘的一部分。在可选实施例中，在所述表面处理之后，所述金属焊盘具有凹形顶面。附图说明为更完整的理解本专利技术的实施例及其优势，现将结合附图所进行的以下描述作为参考，其中：图1示出了常规的凸块结构以用于参考；图2示出了包括具有唇形件的凸块的示例性凸块结构；图3A至图3C共同地示出了形成图2的示例性凸块结构的工艺；图4示出了图2的示例性凸块结构的切除部分，以突出唇形件的参数；图5A至图5C示出了可用于与底部管芯形成凸块接合件的顶部管芯；图6A至图6B示出了可用于与顶部管芯形成凸块接合件的底部管芯，其中底部管芯包含具有唇形件的示例性凸块结构；以及图7A至图7C示出了受益于具有唇形件的示例性凸块结构的凸块接合件。除非另有说明，不同附图中的相应的标号和符号通常代表相应的部件。绘制附图以清楚地示出实施例的相关方面，并且不必按比例绘制附图。具体实施方式下面详细讨论了本专利技术各实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的专利技术概念。所论述的具体实施例仅仅是示例性的，而不用于限制本专利技术的范围。本专利技术将结合具体环境下的实施例来描述，即，使用在产生倒装芯片接合的凸块接合件中的凸块结构。然而，所公开的概念也可应用于其他集成电路结构、接合件或接合中。现参考图1，示出了常规的凸块结构10以用于参考。常规的凸块结构10包括形成在金属焊盘14上方的钝化层12。如图所示，钝化层12包括凹槽16，从而允许金属凸块18与金属焊盘14电连接。然而，常规的凸块结构10可能具有相对较低的粘附强度。如图1中的楔形和箭头所示，这个低粘附强度可能会导致常规凸块结构10具有低切变强度（shear strength）。由于低粘附强度和/或低切变强度，图1中的常规的凸块结构10会具有相对较低的机械可靠性，包括当凸块结构10经受后续工艺步骤时。现参考图2，示出了示例性凸块结构20以用于参考。示例性凸块结构20包括形成在金属焊盘24上方的钝化层22。如图所示，钝化层22包括凹槽26，从而允许金属凸块28与金属焊盘24电连接。可通过去除金属焊盘24的上部来形成凹槽26，这将在下面进行更详尽的解释。在实施例中，由氮化硅（SiN）或其他适合的钝化材料形成钝化层22。在实施例中，由铜（Cu）、铝（Al）、铝和铜的合金或其他合适的金属形成金属焊盘24。在实施例中，由无电镀镍-无电镀钯-浸金（ENEPIG）、无电镀镍-无电镀钯（ENEP）、无电镀镍-浸金（ENIG）或其他适合的无电镀金属形成金属凸块28。仍然参考图2，底切口30（又称，横向凹槽）设置在钝化层22和金属<本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种凸块结构，包括：钝化层，形成在金属焊盘上方，所述钝化层具有露出所述金属焊盘的一部分的凹槽；以及金属凸块，形成在所述金属焊盘上方，所述金属凸块具有延伸在所述钝化层下方的唇形件，所述唇形件将所述金属凸块固定至所述钝化层。

【技术特征摘要】
2013.03.15 US 61/794,568;2013.05.17 US 13/897,2901.一种凸块结构，包括：
钝化层，形成在金属焊盘上方，所述钝化层具有露出所述金属焊盘的
一部分的凹槽；以及
金属凸块，形成在所述金属焊盘上方，所述金属凸块具有延伸在所述
钝化层下方的唇形件，所述唇形件将所述金属凸块固定至所述钝化层。
2.根据权利要求1所述的凸块结构，其中，所述唇形件具有从所述钝
化层的侧壁至所述唇形件的远端测量的凹槽深度，所述凹槽深度大于约零
微米。
3.根据权利要求1所述的凸块结构，其中，所述唇形件具有从所述唇
形件的第一顶面至所述金属焊盘的第二顶面测量的角度，所述角度大于约
零度。
4.一种凸块接合件，包括：
顶部管芯，包括第一凸块结构；以及
底部管芯，安装至所述顶部管芯，所述底部管芯包...

【专利技术属性】
技术研发人员：林俊成，黄震麟，曹玮安，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71