专利名称：利用图案化金属结构增加氮化硅表面粘着度的方法
技术领域：
本发明涉及覆晶(flip chip)封装技术，特别是有关于一种利用图案化金属结构增加氮化硅表面粘着度的方法。
覆晶封装技术是利用导体凸块作为输入/输出。对于形成导体锡铅凸块的制程中，通常在铝金属焊垫(pad)上，利用蚀刻制程蚀刻护层以暴露出焊垫。再分别沉积阻障层与导电层的组合层于其上，一般的组成包含Cr/Cu、Ti/Cu、Cr/CrCu/Cu、AL/NiV/Cu。然后，利用微影制程涂布光阻且形成图案，形成的光阻图案在铝焊垫上具有一开窗。利用电镀法形成锡铅于开窗之中与导电层接触，然后去除光阻图案形成锡铅凸块。下一步骤为利用锡铅凸决作为蚀刻罩幕去除未被逮住的阻障层与导电层，完成形成锡铅凸块制程，而留下的阻障层与导电层的组合层即所称凸块下金属。
留下的锡铅凸块经锡热流(solder reflow)制程后，便完成焊接凸块(solder bump)。请参阅
图1，为一典型的覆晶封装结构示意图，晶粒1的正面朝下和基板(substrate)间以焊接凸块5相连，然后把胶状的填装物(underfill)7充满其间的孔隙再加以固化以增加焊接凸块的强度，基板3另一面则是与系统相连的锡球(solder ball)9。其中底部封胶和晶粒护层间的粘着强度乃能否通过末端可靠度测试的关键因素。目前的习知技艺，为了增强底部封胶和晶粒护层间的粘着强度，尝试以各种不同底部封胶的组成来加以改进；或所以苯基环丁烯(benzocyclobutene，BCB)或聚乙酰胺(polyimide，PI)层为护层，对此护层作表面处理，例如以等离子轰击(plasma)增加此有机表面的粗糙程度以加强与底部封胶的粘着强度。若以氮化硅为护层，则形成一重护层(re-passivation)于其上，BCB或PI层，再对此重护层作表面处理，因以等离子轰击增加表面粗糙度对氮化硅层效果不大。
然而，利用离子轰击需增加成本。而利用多加一层护层的方式，不仅在成本上有所增加，制作时间上也延长许多。本发明所提供方法，不以离子轰击制造护层表面粗糙，亦不需改变底部封胶，特别所以氮化硅为护层的晶片，为一节省成本且高效率的方法。
本发明所利用的原理为粗糙表面能够增加物体表面与形成于其上的物质间的粘着强度。本发明的方法为在一表面上形成一薄膜，对这层薄膜加以显影蚀刻，形成一紧密的图案。从而模拟出粗糙表面的效果，增加该表面的粘着强度。
为达成上述目的，本发明提出一种增加凸块制程中粘着度的方法，至少包含以下步骤形成复数个焊垫于晶片上；形成一护层于该晶片与该复数个焊垫上；图案化该护层，曝露出该复数个焊垫的上表面；形成凸块下金属层于该护层上，并连接曝露的该复数个焊垫；利用一光阻定义出欲形成锡铅凸块的区域与用以增加该护层表面粗糙度的图案；蚀刻未被该光阻覆盖的该凸块下金属层；利用具长锡铅凸块图案的网版覆在该晶片上；填入锡膏于该网版的长锡铅凸块图案中，与该晶片上所露出的该凸块下金属相接合；且移去网版。
本发明的另一种技术方案为一种增加凸块制程中粘着度的方法，至少包含以下步骤形成复数个焊垫于晶片上；形成一护层于该晶片与该复数个焊垫上；图案化该护层，曝露出该复数个焊垫的上表面；形成凸块下金属层于该护层上，并连接曝露的该复数个焊垫；利用第一光阻定义出欲形成锡铅凸块的区域；利用电镀形成锡铅凸块于未被该光阻覆盖的该凸块下金属层上；去除第一光阻；利用第二光阻定义用以增加该护层表面粗糙度的图案；蚀刻曝露出的该凸块下金属层；并移去第二光阻。
本发明的又一种技术方案为一种增加粘着度的方法，至少包含以下步骤形成一牺牲层于一欲增加粘着度的底材上；利用光阻在牺牲层定义出用以增加该底材表面粗糙度的图案；蚀刻未被该光阻覆盖的该牺牲层；并移去该光阻。其中所述用以增加该底材表面粗糙度的图案，依其所增加的表面粗糙程度可增加护层与底部封胶间的粘着强度。所述牺牲层，至少包含两层相异组成。所述蚀刻未被该光阻覆盖的该牺牲层的步骤，可以湿蚀刻的方式进行，对该至少两相异组成造成内切型态，此内切型态对之后形成于该底材上的物质有锚定效果，可增加该底材与该物质间的粘着强度。
本发明的方法通过在护层，特别是氮化硅层，表面形成一些图案化金属结构(metal patterned structure)，制造出粗糙化表面的效果，以此增加护层与随后形成于其上的底部封胶间的粘着强度。本发明所提供的方法形成图案化金属结构，可于长凸块制程(bumping process)中形成凸块下金属(under bump metallurgy，UBM)的步骤，同时形成于护层的表面。其中金属图案的组成成分与凸块下金属相同。其中形成凸块下金属的两阶段蚀刻制程，对金属层所造成的底切型态，对于增加护层与底部封胶间的粘着有锚定效果(anchor effect)。
参阅图2，在晶圆2上具有一金属焊垫(pad)4，利用光阻定义出焊垫的所在区域，以蚀刻制程蚀刻护层6暴露出焊垫4。上述的护层6的组成可以包含PI或BCB或氮化硅。接着形成凸块下金属层400(参照图3B)；凸块下金属(under bump metal，UBM)通常可以选用包含钛或铬的金属/铜层/镍层等结构。先沉积阻障层8，可以选用包含钛或铬的金属。接着形成导电层于其上，导电层一般包含铜或铜合金，可以先形成一利于铜材质电镀的铜种子层(seeding layer)10，再使用电镀铜层12，然后可以再使用电镀法在其表面形成一镍层14，其中铜层12的厚度约为4至6微米，镍层14的厚度约为2至4微米。上述的铜种子层10可利用溅镀方式形成在阻障层8的表面，其组成为Cr/Cu或Ti/Cu。前述所举的材质与厚度仅做为一实施例用以说明，非用以限定本发明精神，是故本发明范围包含均等功能材质的替换。
参阅图3A，进行旋涂式程序(spin-on)，涂布一光阻层16于此凸块下金属层结构上。接着利用微影制程在光阻上定义出欲形成锡铅凸块的区域100，同时于欲长锡铅凸块的区域之间定义一密集的图案200。以光阻为罩幕，蚀刻该各个金属层至护层为止。去除光阻，接着以网版印刷(print)的方式形成锡铅凸块。网版上有欲形成锡铅凸块的图形，通过网版将锡膏填入，与露出的金属层相接。由于密集图案的区域被网版挡住，故并不会有锡膏在此区域形成。然后经过热流(reflow)，锡膏中的锡铅粒子因内聚力等因素形成球状结构完成锡球的制作，如图4所示。然后去除助焊剂(flux cleaning)。
所形成的密集图案200，会造成一粗糙表面于护层6之上，进而增加护层6与其后形成于其上的底部封胶之间的粘着强度。图案200密集的程度乃在提供足够的粗糙程度以增加需求的粘着强度。
在蚀刻金属层时，可以湿蚀刻的方式进行，且因其为多层不同金属，需进行多阶段蚀刻，而在金属图案结构周围造成如图5所示的底切的型态。此对于之后形成在护层上的底部封胶有锚定的效果，能增加底部封胶与护层间的粘着强度。
如以电镀方式形成锡铅凸块，则因是以露出的金属部分为电极而形成锡铅凸块。无法以单一光阻同时定义锡铅凸块与锡铅凸块间的密集图案。可于制作完锡铅凸块，去除光阻后，在护层表面再形成另一层光阻，利用此另一层光阻定义锡铅凸块间的密集图案。
要特别说明的是，本发明的重点在于以在护层表面形成图案化金属结构的方法，造成粗糙表面与锚定效果以增加护层与底部封胶间的粘着强度。因此在锡铅凸块制程中，形成此图案化金属结构的步骤或方式或有不同，并不脱离本发明专利的范围。
以上所述实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使熟习此项技艺的人士能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以其限定本发明的专利范围，即大凡依本发明所揭示的精神所作的均等变化或修饰，仍应涵盖在本发明的权利要求范围内。
权利要求
1.一种增加凸块制程中粘着度的方法，其特征是该方法至少包含以下步骤形成复数个焊垫于晶片上；形成一护层于该晶片与该复数个焊垫上；图案化该护层，曝露出该复数个焊垫的上表面；形成凸块下金属层于该护层上，并连接曝露的该复数个焊垫；利用一光阻定义出欲形成锡铅凸块的区域与用以增加该护层表面粗糙度的图案；蚀刻未被该光阻覆盖的该凸块下金属层；利用具长锡铅凸块图案的网版覆在该晶片上；填入锡膏于该网版的长锡铅凸块图案中，与该晶片上所露出的该凸块下金属相接合；且移去网版。
2.如权利要求1所述的增加凸块制程中粘着度的方法，其特征是所述用以增加该护层表面粗糙度的图案，依其所增加的表面粗糙程度可增加护层与底部封胶间的粘着强度。
3.如权利要求1所述的增加凸块制程中粘着度的方法，其特征是所述蚀刻未被该光阻覆盖的该凸块下金属层的步骤，可以湿蚀刻的方式进行，对凸块下金属造成内切型态，此内切型态对之后形成于护层上的底部封胶有锚定效果，可增加护层与底部封胶的粘着强度。
4.一种增加凸块制程中粘着度的方法，其特征是该方法至少包含以下步骤形成复数个焊垫于晶片上；形成一护层于该晶片与该复数个焊垫上；图案化该护层，曝露出该复数个焊垫的上表面；形成凸块下金属层于该护层上，并连接曝露的该复数个焊垫；利用第一光阻定义出欲形成锡铅凸块的区域；利用电镀形成锡铅凸块于未被该光阻覆盖的该凸块下金属层上；去除第一光阻；利用第二光阻定义用以增加该护层表面粗糙度的图案；蚀刻曝露出的该凸块下金属层；并移去第二光阻。
5.如权利要求4所述的增加凸块制程中粘着度的方法，其特征是所述用以增加该护层表面粗糙度的图案，依其所增加的表面粗糙程度可增加护层与底部封胶间的粘着强度。
6.如权利要求4所述的增加凸块制程中粘着度的方法，其特征是所述蚀刻未被该光阻覆盖的该凸块下金属层的步骤，可以湿蚀刻的方式进行，对凸块下金属造成内切型态，此内切型态对之后形成于护层上的底部封胶有锚定效果，可增加护层与底部封胶的粘着强度。
7.一种增加粘着度的方法，其特征是该方法至少包含以下步骤形成一牺牲层于一欲增加粘着度的底材上；利用光阻在牺牲层定义出用以增加该底材表面粗糙度的图案；蚀刻未被该光阻覆盖的该牺牲层；并移去该光阻。
8.如权利要求7所述的增加粘着度的方法，其特征是所述用以增加该底材表面粗糙度的图案，依其所增加的表面粗糙程度可增加护层与底部封胶间的粘着强度。
9.如权利要求7所述的增加粘着度的方法，其特征是所述牺牲层，至少包含两层相异组成。
10.如权利要求9所述的增加粘着度的方法，其特征是所述蚀刻未被该光阻覆盖的该牺牲层的步骤，可以湿蚀刻的方式进行，对该至少两相异组成造成内切型态，此内切型态对之后形成于该底材上的物质有锚定效果，可增加该底材与该物质间的粘着强度。
全文摘要
本发明为一种利用图案化金属结构增加氮化硅表面粘着度的方法，通过在护层，特别是氮化硅层，表面形成一些图案化金属结构(metal patterned structure)，制造出粗糙化表面的效果，以此增加护层与随后形成于其上的底部封胶间的粘着强度。本发明所提供的方法形成图案化金属结构，可于长凸块制程(bumping process)中形成凸块下金属(under bumpmetal lurgy，UBM)的步骤，同时形成于护层的表面。其中金属图案的组成成分与凸块下金属相同。其中形成凸块下金属的两阶段蚀刻制程，对金属层所造成的底切型态，对于增加护层与底部封胶间的粘着有锚定效果(anchor effect)。
文档编号H01L21/70GK1450615SQ0210607
公开日2003年10月22日 申请日期2002年4月10日 优先权日2002年4月10日
发明者王忠裕, 黄传德, 曹佩华, 陈志强 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司