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利用圖案化金屬結(jié)構(gòu)增加氮化硅表面粘著度的方法

文檔序號(hào):6912467閱讀:279來(lái)源:國(guó)知局
專利名稱:利用圖案化金屬結(jié)構(gòu)增加氮化硅表面粘著度的方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及覆晶(flip chip)封裝技術(shù),特別是有關(guān)于一種利用圖案化金屬結(jié)構(gòu)增加氮化硅表面粘著度的方法。
覆晶封裝技術(shù)是利用導(dǎo)體凸塊作為輸入/輸出。對(duì)于形成導(dǎo)體錫鉛凸塊的制程中,通常在鋁金屬焊墊(pad)上,利用蝕刻制程蝕刻護(hù)層以暴露出焊墊。再分別沉積阻障層與導(dǎo)電層的組合層于其上,一般的組成包含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圖案,形成的光阻圖案在鋁焊墊上具有一開(kāi)窗。利用電鍍法形成錫鉛于開(kāi)窗之中與導(dǎo)電層接觸,然后去除光阻圖案形成錫鉛凸塊。下一步驟為利用錫鉛凸決作為蝕刻罩幕去除未被逮住的阻障層與導(dǎo)電層,完成形成錫鉛凸塊制程,而留下的阻障層與導(dǎo)電層的組合層即所稱凸塊下金屬。
留下的錫鉛凸塊經(jīng)錫熱流(solder reflow)制程后,便完成焊接凸塊(solder bump)。請(qǐng)參閱

圖1,為一典型的覆晶封裝結(jié)構(gòu)示意圖,晶粒1的正面朝下和基板(substrate)間以焊接凸塊5相連,然后把膠狀的填裝物(underfill)7充滿其間的孔隙再加以固化以增加焊接凸塊的強(qiáng)度,基板3另一面則是與系統(tǒng)相連的錫球(solder ball)9。其中底部封膠和晶粒護(hù)層間的粘著強(qiáng)度乃能否通過(guò)末端可靠度測(cè)試的關(guān)鍵因素。目前的習(xí)知技藝,為了增強(qiáng)底部封膠和晶粒護(hù)層間的粘著強(qiáng)度,嘗試以各種不同底部封膠的組成來(lái)加以改進(jìn);或所以苯基環(huán)丁烯(benzocyclobutene,BCB)或聚乙酰胺(polyimide,PI)層為護(hù)層,對(duì)此護(hù)層作表面處理,例如以等離子轟擊(plasma)增加此有機(jī)表面的粗糙程度以加強(qiáng)與底部封膠的粘著強(qiáng)度。若以氮化硅為護(hù)層,則形成一重護(hù)層(re-passivation)于其上,BCB或PI層,再對(duì)此重護(hù)層作表面處理,因以等離子轟擊增加表面粗糙度對(duì)氮化硅層效果不大。
然而,利用離子轟擊需增加成本。而利用多加一層護(hù)層的方式,不僅在成本上有所增加,制作時(shí)間上也延長(zhǎng)許多。本發(fā)明所提供方法,不以離子轟擊制造護(hù)層表面粗糙,亦不需改變底部封膠,特別所以氮化硅為護(hù)層的晶片,為一節(jié)省成本且高效率的方法。
本發(fā)明所利用的原理為粗糙表面能夠增加物體表面與形成于其上的物質(zhì)間的粘著強(qiáng)度。本發(fā)明的方法為在一表面上形成一薄膜,對(duì)這層薄膜加以顯影蝕刻,形成一緊密的圖案。從而模擬出粗糙表面的效果,增加該表面的粘著強(qiáng)度。
為達(dá)成上述目的,本發(fā)明提出一種增加凸塊制程中粘著度的方法,至少包含以下步驟形成復(fù)數(shù)個(gè)焊墊于晶片上;形成一護(hù)層于該晶片與該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊上;圖案化該護(hù)層,曝露出該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊的上表面;形成凸塊下金屬層于該護(hù)層上,并連接曝露的該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊;利用一光阻定義出欲形成錫鉛凸塊的區(qū)域與用以增加該護(hù)層表面粗糙度的圖案;蝕刻未被該光阻覆蓋的該凸塊下金屬層;利用具長(zhǎng)錫鉛凸塊圖案的網(wǎng)版覆在該晶片上;填入錫膏于該網(wǎng)版的長(zhǎng)錫鉛凸塊圖案中,與該晶片上所露出的該凸塊下金屬相接合;且移去網(wǎng)版。
本發(fā)明的另一種技術(shù)方案為一種增加凸塊制程中粘著度的方法,至少包含以下步驟形成復(fù)數(shù)個(gè)焊墊于晶片上;形成一護(hù)層于該晶片與該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊上;圖案化該護(hù)層,曝露出該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊的上表面;形成凸塊下金屬層于該護(hù)層上,并連接曝露的該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊;利用第一光阻定義出欲形成錫鉛凸塊的區(qū)域;利用電鍍形成錫鉛凸塊于未被該光阻覆蓋的該凸塊下金屬層上;去除第一光阻;利用第二光阻定義用以增加該護(hù)層表面粗糙度的圖案;蝕刻曝露出的該凸塊下金屬層;并移去第二光阻。
本發(fā)明的又一種技術(shù)方案為一種增加粘著度的方法,至少包含以下步驟形成一犧牲層于一欲增加粘著度的底材上;利用光阻在犧牲層定義出用以增加該底材表面粗糙度的圖案;蝕刻未被該光阻覆蓋的該犧牲層;并移去該光阻。其中所述用以增加該底材表面粗糙度的圖案,依其所增加的表面粗糙程度可增加護(hù)層與底部封膠間的粘著強(qiáng)度。所述犧牲層,至少包含兩層相異組成。所述蝕刻未被該光阻覆蓋的該犧牲層的步驟,可以濕蝕刻的方式進(jìn)行,對(duì)該至少兩相異組成造成內(nèi)切型態(tài),此內(nèi)切型態(tài)對(duì)之后形成于該底材上的物質(zhì)有錨定效果,可增加該底材與該物質(zhì)間的粘著強(qiáng)度。
本發(fā)明的方法通過(guò)在護(hù)層,特別是氮化硅層,表面形成一些圖案化金屬結(jié)構(gòu)(metal patterned structure),制造出粗糙化表面的效果,以此增加護(hù)層與隨后形成于其上的底部封膠間的粘著強(qiáng)度。本發(fā)明所提供的方法形成圖案化金屬結(jié)構(gòu),可于長(zhǎng)凸塊制程(bumping process)中形成凸塊下金屬(under bump metallurgy,UBM)的步驟,同時(shí)形成于護(hù)層的表面。其中金屬圖案的組成成分與凸塊下金屬相同。其中形成凸塊下金屬的兩階段蝕刻制程,對(duì)金屬層所造成的底切型態(tài),對(duì)于增加護(hù)層與底部封膠間的粘著有錨定效果(anchor effect)。
參閱圖2,在晶圓2上具有一金屬焊墊(pad)4,利用光阻定義出焊墊的所在區(qū)域,以蝕刻制程蝕刻護(hù)層6暴露出焊墊4。上述的護(hù)層6的組成可以包含PI或BCB或氮化硅。接著形成凸塊下金屬層400(參照?qǐng)D3B);凸塊下金屬(under bump metal,UBM)通常可以選用包含鈦或鉻的金屬/銅層/鎳層等結(jié)構(gòu)。先沉積阻障層8,可以選用包含鈦或鉻的金屬。接著形成導(dǎo)電層于其上,導(dǎo)電層一般包含銅或銅合金,可以先形成一利于銅材質(zhì)電鍍的銅種子層(seeding layer)10,再使用電鍍銅層12,然后可以再使用電鍍法在其表面形成一鎳層14,其中銅層12的厚度約為4至6微米,鎳層14的厚度約為2至4微米。上述的銅種子層10可利用濺鍍方式形成在阻障層8的表面,其組成為Cr/Cu或Ti/Cu。前述所舉的材質(zhì)與厚度僅做為一實(shí)施例用以說(shuō)明,非用以限定本發(fā)明精神,是故本發(fā)明范圍包含均等功能材質(zhì)的替換。
參閱圖3A,進(jìn)行旋涂式程序(spin-on),涂布一光阻層16于此凸塊下金屬層結(jié)構(gòu)上。接著利用微影制程在光阻上定義出欲形成錫鉛凸塊的區(qū)域100,同時(shí)于欲長(zhǎng)錫鉛凸塊的區(qū)域之間定義一密集的圖案200。以光阻為罩幕,蝕刻該各個(gè)金屬層至護(hù)層為止。去除光阻,接著以網(wǎng)版印刷(print)的方式形成錫鉛凸塊。網(wǎng)版上有欲形成錫鉛凸塊的圖形,通過(guò)網(wǎng)版將錫膏填入,與露出的金屬層相接。由于密集圖案的區(qū)域被網(wǎng)版擋住,故并不會(huì)有錫膏在此區(qū)域形成。然后經(jīng)過(guò)熱流(reflow),錫膏中的錫鉛粒子因內(nèi)聚力等因素形成球狀結(jié)構(gòu)完成錫球的制作,如圖4所示。然后去除助焊劑(flux cleaning)。
所形成的密集圖案200,會(huì)造成一粗糙表面于護(hù)層6之上,進(jìn)而增加護(hù)層6與其后形成于其上的底部封膠之間的粘著強(qiáng)度。圖案200密集的程度乃在提供足夠的粗糙程度以增加需求的粘著強(qiáng)度。
在蝕刻金屬層時(shí),可以濕蝕刻的方式進(jìn)行,且因其為多層不同金屬,需進(jìn)行多階段蝕刻,而在金屬圖案結(jié)構(gòu)周圍造成如圖5所示的底切的型態(tài)。此對(duì)于之后形成在護(hù)層上的底部封膠有錨定的效果,能增加底部封膠與護(hù)層間的粘著強(qiáng)度。
如以電鍍方式形成錫鉛凸塊,則因是以露出的金屬部分為電極而形成錫鉛凸塊。無(wú)法以單一光阻同時(shí)定義錫鉛凸塊與錫鉛凸塊間的密集圖案??捎谥谱魍赍a鉛凸塊,去除光阻后,在護(hù)層表面再形成另一層光阻,利用此另一層光阻定義錫鉛凸塊間的密集圖案。
要特別說(shuō)明的是,本發(fā)明的重點(diǎn)在于以在護(hù)層表面形成圖案化金屬結(jié)構(gòu)的方法,造成粗糙表面與錨定效果以增加護(hù)層與底部封膠間的粘著強(qiáng)度。因此在錫鉛凸塊制程中,形成此圖案化金屬結(jié)構(gòu)的步驟或方式或有不同,并不脫離本發(fā)明專利的范圍。
以上所述實(shí)施例僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點(diǎn),其目的在使熟習(xí)此項(xiàng)技藝的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施,當(dāng)不能以其限定本發(fā)明的專利范圍,即大凡依本發(fā)明所揭示的精神所作的均等變化或修飾,仍應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種增加凸塊制程中粘著度的方法,其特征是該方法至少包含以下步驟形成復(fù)數(shù)個(gè)焊墊于晶片上;形成一護(hù)層于該晶片與該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊上;圖案化該護(hù)層,曝露出該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊的上表面;形成凸塊下金屬層于該護(hù)層上,并連接曝露的該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊;利用一光阻定義出欲形成錫鉛凸塊的區(qū)域與用以增加該護(hù)層表面粗糙度的圖案;蝕刻未被該光阻覆蓋的該凸塊下金屬層;利用具長(zhǎng)錫鉛凸塊圖案的網(wǎng)版覆在該晶片上;填入錫膏于該網(wǎng)版的長(zhǎng)錫鉛凸塊圖案中,與該晶片上所露出的該凸塊下金屬相接合;且移去網(wǎng)版。
2.如權(quán)利要求1所述的增加凸塊制程中粘著度的方法,其特征是所述用以增加該護(hù)層表面粗糙度的圖案,依其所增加的表面粗糙程度可增加護(hù)層與底部封膠間的粘著強(qiáng)度。
3.如權(quán)利要求1所述的增加凸塊制程中粘著度的方法,其特征是所述蝕刻未被該光阻覆蓋的該凸塊下金屬層的步驟,可以濕蝕刻的方式進(jìn)行,對(duì)凸塊下金屬造成內(nèi)切型態(tài),此內(nèi)切型態(tài)對(duì)之后形成于護(hù)層上的底部封膠有錨定效果,可增加護(hù)層與底部封膠的粘著強(qiáng)度。
4.一種增加凸塊制程中粘著度的方法,其特征是該方法至少包含以下步驟形成復(fù)數(shù)個(gè)焊墊于晶片上;形成一護(hù)層于該晶片與該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊上;圖案化該護(hù)層,曝露出該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊的上表面;形成凸塊下金屬層于該護(hù)層上,并連接曝露的該復(fù)數(shù)個(gè)焊墊;利用第一光阻定義出欲形成錫鉛凸塊的區(qū)域;利用電鍍形成錫鉛凸塊于未被該光阻覆蓋的該凸塊下金屬層上;去除第一光阻;利用第二光阻定義用以增加該護(hù)層表面粗糙度的圖案;蝕刻曝露出的該凸塊下金屬層;并移去第二光阻。
5.如權(quán)利要求4所述的增加凸塊制程中粘著度的方法,其特征是所述用以增加該護(hù)層表面粗糙度的圖案,依其所增加的表面粗糙程度可增加護(hù)層與底部封膠間的粘著強(qiáng)度。
6.如權(quán)利要求4所述的增加凸塊制程中粘著度的方法,其特征是所述蝕刻未被該光阻覆蓋的該凸塊下金屬層的步驟,可以濕蝕刻的方式進(jìn)行,對(duì)凸塊下金屬造成內(nèi)切型態(tài),此內(nèi)切型態(tài)對(duì)之后形成于護(hù)層上的底部封膠有錨定效果,可增加護(hù)層與底部封膠的粘著強(qiáng)度。
7.一種增加粘著度的方法,其特征是該方法至少包含以下步驟形成一犧牲層于一欲增加粘著度的底材上;利用光阻在犧牲層定義出用以增加該底材表面粗糙度的圖案;蝕刻未被該光阻覆蓋的該犧牲層;并移去該光阻。
8.如權(quán)利要求7所述的增加粘著度的方法,其特征是所述用以增加該底材表面粗糙度的圖案,依其所增加的表面粗糙程度可增加護(hù)層與底部封膠間的粘著強(qiáng)度。
9.如權(quán)利要求7所述的增加粘著度的方法,其特征是所述犧牲層,至少包含兩層相異組成。
10.如權(quán)利要求9所述的增加粘著度的方法,其特征是所述蝕刻未被該光阻覆蓋的該犧牲層的步驟,可以濕蝕刻的方式進(jìn)行,對(duì)該至少兩相異組成造成內(nèi)切型態(tài),此內(nèi)切型態(tài)對(duì)之后形成于該底材上的物質(zhì)有錨定效果,可增加該底材與該物質(zhì)間的粘著強(qiáng)度。
全文摘要
本發(fā)明為一種利用圖案化金屬結(jié)構(gòu)增加氮化硅表面粘著度的方法,通過(guò)在護(hù)層,特別是氮化硅層,表面形成一些圖案化金屬結(jié)構(gòu)(metal patterned structure),制造出粗糙化表面的效果,以此增加護(hù)層與隨后形成于其上的底部封膠間的粘著強(qiáng)度。本發(fā)明所提供的方法形成圖案化金屬結(jié)構(gòu),可于長(zhǎng)凸塊制程(bumping process)中形成凸塊下金屬(under bumpmetal lurgy,UBM)的步驟,同時(shí)形成于護(hù)層的表面。其中金屬圖案的組成成分與凸塊下金屬相同。其中形成凸塊下金屬的兩階段蝕刻制程,對(duì)金屬層所造成的底切型態(tài),對(duì)于增加護(hù)層與底部封膠間的粘著有錨定效果(anchor effect)。
文檔編號(hào)H01L21/70GK1450615SQ0210607
公開(kāi)日2003年10月22日 申請(qǐng)日期2002年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月10日
發(fā)明者王忠裕, 黃傳德, 曹佩華, 陳志強(qiáng) 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司
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