专利名称：重布线层及其线路结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多层金属层的结构，特别是涉及一种提高线路层与介电层之间的接合可靠度的改良的重布线层(Redistribution layer)及其线路结构。
背景技术：
覆晶接合技术(Flip Chip Interconnect Technology，简称FC)乃是利用面阵列(area array)的方式，将多个焊垫(bonding pad)配置于晶片(die)的主动表面(active surface)上，并在焊垫上形成凸块(bump)，接着将晶片翻覆(flip)之后，再利用这些凸块来分别电性及机械性连接晶片的焊垫至承载器(carrier)上的接合垫(contact)，使得晶片可经由凸块而电性连接至承载器，并经由承载器的线路而电性连接至外界的电子装置。由于覆晶接合技术(FC)是可适用于高脚数(High Pin Count)的晶片封装结构，并同时具有缩小晶片封装面积及缩短讯号传输路径等诸多优点，所以覆晶接合技术目前已经广泛地应用于晶片封装领域，常见应用覆晶接合技术的晶片封装结构例如有覆晶球格阵列型(Flip Chip Ball GridArray，FC/BGA)及覆晶针格阵列型(Flip Chip Pin Grid Array，FC/PGA)等型态的晶片封装结构。
常见的凸块包括锡铅凸块(solder bump)、金球凸块(gold bump)、铜凸块(copper bump)、导电胶凸块(conductive polymer bump)以及高分子凸块(polymer bump)等型态，其中又以锡铅凸块应用最为广泛。此外，现有习知晶片的焊垫通常为铝垫，而形成锡铅凸块(或无铅凸块)于焊垫的表面之前，是先形成一球底金属层(Under Bump Metallurgy，UBM)于焊垫上，球底金属层的制程非常冗长，其是由多层金属依序形成，包括由钛、钨、镍/钒、金、铜等及该等的合金所组成的粘着层(adhesion layer)、阻绝层(barrier layer)以及沾锡层(wetting layer)，以防止锡铅凸块与晶片的焊垫接合性不佳而脱离，然而锡铅凸块(或无铅凸块)与铝垫之间还是会产生接合性不佳的介金属(IMC)，而降低晶片封装结构的可靠度。
请参阅图1所示，是现有习知利用重布线层(RDL)重新定义后续凸块制程所需的线路与接触窗口的示意图。在图1中，晶片100的主动表面102上具有一保护层104(Passivation Layer)，此保护层104例如为一有机保护材料或一无机保护材料所沉积而成，其覆盖于晶片100的主动表面102上，且未被保护层104覆盖的焊垫110的上表面则形成一开口106。接着，形成一重布线层120以连接焊垫110的上表面与后续凸块制程所定义的焊料凸块132之间，其中重布线层120的线路层124例如为铝，且线路层124的上下两侧分别以一高分子聚合物所形成的介电层122、126保护的，其材质例如为环氧树脂、PI或BCB等胶材，且最上方的介电层126例如以微影蚀刻或雷射成孔形成一开口128，其暴露下方的线路层124，以作为电性连接球底金属层130与焊料凸块132的接触窗口。
值得注意的是，现有习知重布线层120的线路层124与介电层122、126之间的接合性不佳，容易造成焊料凸块132底下的接合面产生裂缝(crack)，且线路层124与相邻两层的介电层122、126之间也会因接合性不佳而产生脱层(peeling)的现象，影响晶片封装的可靠度。
由此可见，上述现有的重布线层及其线路结构在结构与使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决重布线层及其线路结构存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般产品又没有适切的结构能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。因此如何能创设一种新型结构的重布线层及其线路结构，便成了当前业界极需改进的目标。
有鉴于上述现有的重布线层及其线路结构存在的缺陷，本发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种新型结构的重布线层及其线路结构，能够改进一般现有的重布线层及其线路结构，使其更具有实用性。经过不断的研究、设计，并经反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本发明。
发明内容
本发明的目的在于，克服现有的重布线层存在的缺陷，而提供一种新型结构的重布线层，所要解决的技术问题是使其改善线路层与介电层之间的接合性，提高焊料凸块底下的接合可靠度调，从而更加适于实用。
本发明的另一目的在于，克服现有的重布线层的线路结构存在的缺陷，而提供一种新型结构的重布线层的线路结构，所要解决的技术问题是使其改善线路层与介电层之间的接合性，防止线路层与介电层之间产生脱层的现象，从而更加适于实用。
本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。依据本发明提出的一种重布线层，适用于一晶片上，以定义后续凸块制程所需的线路与接触窗口，其中该晶片的表面具有至少一焊垫与一保护层，且未被该保护层覆盖的该焊垫的上方具有一开口，该重布线层配置于该保护层的上方，该重布线层至少包括多数个介电层；以及至少一线路层，配置于该些介电层之间，且电性连接该焊垫，其中该线路层与相邻的该些介电层之间还具有至少一金属层，且该金属层与相邻的该些介电层的接合性大于该金属层与该些介电层的接合性。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的重布线层，所述的介电层的材质包括高分子聚合物。
前述的重布线层，所述的介电层的材质包括环氧树脂、聚酰乙胺(PI)以及压克力及苯(并)环丁烯(BCB)其中之一。
前述的重布线层，所述的线路层的材质包括铝。
前述的重布线层，所述的金属层的材质包括钛，其覆盖于该线路层的上下两侧。
前述的重布线层，所述的最上层的该些介电层还具有至少一开口，其暴露下方的该金属层，且后续凸块制程所形成的一焊料凸块，其底部是位于该开口内，并连接该金属层。
前述的重布线层，其更包括一球底金属层，其覆盖于该开口的周围表面，且该球底金属层连接于该焊料凸块与该金属层之间。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术方案来实现。依据本发明提出的一种重布线层的线路结构，适用于一晶片上，以定义后续凸块制程所需的线路与接触窗口，该重布线层配置于该晶片的主动表面上，其中所述的重布线层的线路结构至少包括一第一金属层；一第二金属层；以及一导体层，该导体层的材质为铝，而该第一及第二金属层分别覆盖于该导体层的二表面上，且该第一及第二金属层与一高分子聚合物的接合性大于该导体层与该高分子聚合物的接合性。
本发明的目的及解决其技术问题还采用以下技术措施来进一步实现。
前述的重布线层的线路结构，其中所述的高分子聚合物包括环氧树脂、聚酰乙胺(PI)以及压克力及苯(并)环丁烯(BCB)其中之一。
前述的重布线层的线路结构，其中所述的第一金属层或该第二金属层的材质包括钛。
本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。由以上技术方案可知，本发明因采用可增加线路层与介电层之间接合性的金属层，以提高后续凸块制程所形成的焊料凸块的接合可靠度。此外，现有习知线路层与相邻的介电层之间因接合性不佳所产生的脱层或裂缝的现象，也可得到明显的改善，以提高晶片封装的可靠度。
借由上述技术方案，本发明重布线层及其线路结构至少具有下列优点(1)现有习知线路层与介电层之间产生脱层的现象，可藉由上述的第一、第二金属层获得显著地改善，以提高晶片封装的可靠度。
(2)现有习知焊料凸块底部的线路层与介电层之间发生裂缝的问题，可藉由上述的第一、第二金属层获得显著地改善，以提高晶片封装的可靠度。
综上所述，本发明特殊结构的重布线层及其线路结构，其能够改善线路层与介电层之间的接合性，提高了焊料凸块底下的接合可靠度调，可以防止线路层与介电层之间产生脱层的现象。其具有上述诸多的优点及实用价值，并在同类产品中未见有类似的结构设计公开发表或使用而确属创新，其不论在产品结构或功能上皆有较大的改进，在技术上有较大的进步，并产生了好用及实用的效果，且较现有的重布线层及其线路结构具有增进的多项功效，从而更加适于实用，而具有产业广泛利用价值，诚为一新颖、进步、实用的新设计。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
图1是现有习知利用重布线层(RDL)重新定义后续凸块制程所需的线路与接触窗口的示意图。
图2是本发明一较佳实施例的一种重布线层，以定义后续凸块制程所需的线路与接触窗口的示意图。
100晶片102主动表面104保护层 106开口110焊垫120重布线层122、126介电层 124线路层128开口130球底金属层132焊料凸块200晶片202主动表面204保护层206开口210焊垫220重布线层222、226介电层223第一金属层 224线路层225第二金属层 228开口230球底金属层 232焊料凸块具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的重布线层及其线路结构其具体实施方式
、结构、特征及其功效，详细说明如后。
请参阅图2所示，是本发明一较佳实施例的一种重布线层，以定义后续凸块制程所需的线路与接触窗口的示意图。在图2中，晶片200的主动表面202上具有一保护层204，此保护层204可为一有机保护材料或一无机保护材料所沉积而成，其覆盖于晶片200的主动表面202上，而常见的保护层204例如为氮化硅或磷硅玻璃(PSG)，用以保护晶片200。此外，晶片200上未被保护层204覆盖的焊垫210的上表面则形成一开口206。接着，在后续制程中，为了更清楚说明重布线层220的线路特性，乃针对重布线层220的结构作进一步的说明。
如图2所示，重布线层220主要包括多数个介电层222、226与至少一线路层224，其中线路层224配置于相邻的介电层222、226之间，且电性连接于焊垫210的上表面。常见的线路层224的材质例如为铝，而铝是现今半导体制程中，最普遍采用的导体材料。因为铝的导电性极佳，便宜，且易于沉积与蚀刻，故目前的重布线层220的线路均以溅镀(sputtering)铝的方式，形成于第一介电层222的上，接着再进行微影蚀刻的制程，以定义线路层224的图案化的线路。当然，本发明除了利用湿式或干式蚀刻的方式来制作线路以外，也可利用其他的方式来定义图案化的线路，且线路层224的材质也不限定为铝。
值得注意的是，由于铝与高分子聚合物的第一介电层222之间的接合性不佳，为改善其接合性，本发明在溅镀铝之前，乃先形成与第一介电层222接合性较佳的第一金属层223，例如为钛(Ti)或其合金，而钛是目前所知与聚酰乙胺(PI)、环氧树脂或压克力及苯(并)环丁烯(BCB)等高分子聚合物有良好接合性的金属。因此，第一介电层222与线路层224之间的接合性，可藉由第一金属层223的特性而获得改善，以避免两者之间因产生脱层的现象而影响其接合可靠度。当然，除了所知的钛金属以外，较佳的第一金属层223材质还有钨或其合金，以及其他金属硅化物亦可。
同样，线路层224与第二介电层226之间接合性不佳的问题，也会影响其接合可靠度，而第二介电层226与第一介电层222的材质均为高分子聚合物，如上所述。因此，在本实施例中，线路层224与第二介电层226之间例如还具有一第二金属层225，其材质可以是钛、钨或其他与高分子聚合物接合性较佳的金属。其中，第一、第二金属层223、225例如以溅镀或其他沉积技术形成于线路层224的表面上，且适当控制其沉积的厚度约为2000～3000或更高，因而线路层224相邻于介电层222、226的表面分别以第一、第二金属层223、225覆盖着，以强化层与层之间接合可靠度。
接着，在后续制程中，乃针对凸块制程中所需的开口作进一步的说明。首先，在感光性的第二介电层226的表面上，以微影制程或雷射成孔的方式，定义出凸块制程所需的一开口228，且暴露出下方的线路层224及其第二金属层225。接着，再以溅镀方式沉积一厚度的球底金属层(UBM)230于开口228的周围表面上，其中球底金属层230是由多层金属依序形成，包括由钛、钨、镍/钒、金、铜及该等的合金所组成的粘着层、阻绝层以及沾锡层，以强化焊料凸块232的底部与重布线层220之间的接合可靠度。最后，当定义完成后续凸块制程所需的开口228之后，则可以印刷或电镀的方式形成焊料凸块232于开口228所在的位置，并回焊锡铅等焊料凸块232，以成为图2所示的球体状的凸块结构。
在本实施例中，利用第一、第二金属层223、225的接合特性，能强化焊料凸块232底部的线路层224与介电层222、226之间的接合可靠度，以使线路层224与第一或第二介电层222、226于开口228处发生裂缝的危险性降低，进而提高焊料凸块232与重布线层220的线路之间的接合性。此外，在重布线层220的线路设计上，尤其是焊料凸块232底部的线路为一平坦的表面，且不需下陷于第一介电层222所形成的凹穴中(如图1所示)，以避免蚀刻溶剂侵蚀晶片200表面的保护层204使其产生不良的针孔或缺陷，而影响保护层204的功效。
由以上的说明可知，本发明利用第一金属层/导体层/第二金属层的线路结构，不限定用于晶片的重布线层上，亦可用于其他可据以实施的多金属层的线路结构中。最佳的情况下，第一金属层/导体层/第二金属层例如为Ti/Al/Ti的结构，由于钛是目前所知与环氧树脂、PI或BCB等胶材有良好接合性的金属。因此，高分子聚合物与导体层(例如Al)之间接合性不佳的结果，可藉由第一、第二金属层的特性而获得显著地改善。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的结构及技术内容作出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种重布线层，适用于一晶片上，以定义后续凸块制程所需的线路与接触窗口，其中该晶片的表面具有至少一焊垫与一保护层，且未被该保护层覆盖的该焊垫的上方具有一开口，该重布线层配置于该保护层的上方，其特征在于该重布线层至少包括多数个介电层；以及至少一线路层，配置于该些介电层之间，且电性连接该焊垫，其中该线路层与相邻的该些介电层之间还具有至少一金属层，且该金属层与相邻的该些介电层的接合性大于该金属层与该些介电层的接合性。
2.根据权利要求1所述的重布线层，其特征在于其中所述的介电层的材质包括高分子聚合物。
3.根据权利要求1所述的重布线层，其特征在于其中所述的介电层的材质包括环氧树脂、聚酰乙胺(PI)以及压克力及苯(并)环丁烯(BCB)其中之一。
4.根据权利要求1所述的重布线层，其特征在于其中所述的线路层的材质包括铝。
5.根据权利要求1所述的重布线层，其特征在于其中所述的金属层的材质包括钛，其覆盖于该线路层的上下两侧。
6.根据权利要求1所述的重布线层，其特征在于其中所述的最上层的该些介电层还具有至少一开口，其暴露下方的该金属层，且后续凸块制程所形成的一焊料凸块，其底部是位于该开口内，并连接该金属层。
7.根据权利要求6所述的重布线层，其特征在于其更包括一球底金属层，其覆盖于该开口的周围表面，且该球底金属层连接于该焊料凸块与该金属层之间。
8.一种重布线层的线路结构，适用于一晶片上，以定义后续凸块制程所需的线路与接触窗口，该重布线层配置于该晶片的主动表面上，其特征在于其中所述的重布线层的线路结构至少包括一第一金属层；一第二金属层；以及一导体层，该导体层的材质为铝，而该第一及第二金属层分别覆盖于该导体层的二表面上，且该第一及第二金属层与一高分子聚合物的接合性大于该导体层与该高分子聚合物的接合性。
9.根据权利要求8所述的重布线层的线路结构，其特征在于其中所述的高分子聚合物包括环氧树脂、聚酰乙胺(PI)以及压克力及苯(并)环丁烯(BCB)其中之一。
10.根据权利要求8所述的重布线层的线路结构，其特征在于其中所述的第一金属层或该第二金属层的材质包括钛。
全文摘要
本发明是有关于一种重布线层及其线路结构。该重布线层的线路结构，适用于一晶片上，以定义后续凸块制程所需的线路与接触窗口，该重布线层配置于晶片的主动表面上，而该重布线层的线路结构主要包括一第一金属层、一第二金属层以及一导体层，其中导体层的材质为铝，而第一及第二金属层分别覆盖于导体层的二表面上，且第一及第二金属层与一高分子聚合物的接合性大于导体层与该高分子聚合物的接合性。藉由上述的第一、第二金属层能够显著地改善现有习知线路层与介电层之间产生脱层的现象，提高晶片封装的可靠度。藉由上述的第一、第二金属层能够显著地改善现有习知焊料凸块底部的线路层与介电层之间发生裂缝的问题，提高晶片封装的可靠度。
文档编号H01L21/02GK1855461SQ20051006813
公开日2006年11月1日 申请日期2005年4月27日 优先权日2005年4月27日
发明者唐和明, 赵兴华, 王启宇, 樱桃 申请人:日月光半导体制造股份有限公司