专利名称：凸块底金属层的制造方法
凸块底金属层的制造方法
技术领域：
本发明涉及一种凸块底金属层的制造方法，更特别涉及一种不需要增加额外光掩 膜制造过程的凸块底金属层的制造方法。
背景技术：
在半导体封装制造过程中，芯片朝尺寸小、高接脚数的趋势发展，并渐渐由倒装芯 片接合(Flip Chip bonding)的技术来取代打线接合(wire bonding)的技术。倒装芯片接合技术乃是利用面阵列的方式，将多个焊垫配置于芯片的有源表面 (active surface)上，并在焊垫上形成凸块(bump)，接着将芯片翻覆之后，再利用这些凸块 分别电性连接至一线路载板，并通过线路载板的线路而电性连接至外界的电子装置。由于 倒装芯片接合技术可适用于高接脚数(High Pin Count)的芯片封装结构，并同时具有缩小 芯片封装面积及缩短讯号传输路径等诸多优点，所以倒装芯片接合技术广泛地应用于芯片 封装领域中。现有在焊垫上形成凸块之前，先制作凸块底金属(Under Bump Metallurgy,UBM), 其包含三层结构，其中第一层为具有与焊垫产生良好粘着性的粘着层(adhesion layer), 第二层为具有扩散阻障能力(diffusion resistivity)的阻障层(barrier layer)，而第三 层为具有良好沾锡性(solder wetting)的润湿层(wetting layer) 0凸块底金属层可防止锡铅凸块与芯片的焊垫接合性不佳而脱离，然而锡铅凸块 往往在凸块底金属的边缘处产生接合性不佳的介金属(IntermetallicCompound，IMC)，并 且在锡铅凸块的边缘产生脆弱点(weak point)。上述的脆弱点容易使锡铅凸块产生裂缝 (crack)，因而降低可靠度。为了解决裂缝的问题，现有采用囊封式(encapsulated)结构的凸块底金属，其将 阻障层囊封于粘着层与润湿层之间。然而，在制作凸块底金属的第三层(润湿层)时，需增 加额外的光掩膜(mask)制造过程来制作可包覆阻障层周围表面的润湿层，因而造成整体 成本及时间的增加。因此，有必要提供一种凸块底金属层的制造方法，以解决现有技术所存在的问题。
发明内容本发明的主要目的是提供一种凸块底金属层的制造方法，通过减少光掩膜的数量 及制造过程的步骤，以降低制造过程的时间及成本。为达上述目的，本发明提供一种凸块底金属层的制造方法。首先，形成一粘着层于 晶圆的绝缘层与芯片垫上。接着，形成一第一光刻胶层于粘着层上。进行一图案化制造过 程，以使第一光刻胶层通过局部移除而形成至少一第一开口。之后，形成一阻障层于第一开 口中的粘着层上。加工第一光刻胶层，使第一开口扩大为一第二开口，且第二开口的侧壁与 阻障层之间形成一第一间隙，其显露出粘着层。接着，形成一润湿层于第二开口中的阻障层 以及粘着层上，而阻障层被包覆于润湿层与粘着层之间。
4
在本发明的一实施例中，凸块底金属层的制造方法更包括形成一焊料于第二开 口中的润湿层上；移除焊料周围的第一光刻胶层；以及回焊焊料，以使焊料形成一导电凸 块。在本发明的另一实施例中，凸块底金属层的制造方法更包括移除具有第二开口 的第一光刻胶层；移除第一光刻胶层下方的粘着层；形成一具有至少一第三开口的第二光 刻胶层于绝缘层上，润湿层显露于第三开口中，且第三开口的侧壁与润湿层之间形成一第 二间隙，其显露出绝缘层；形成一焊料于第三开口中的润湿层以及绝缘层上；移除焊料周 围的所述第二光刻胶层；以及回焊焊料，以使焊料形成一导电凸块。在本发明的一实施例中，进行图案化制造过程的步骤包括将一光掩膜配置于一 曝光光源与晶圆之间，所述光掩膜具有至少一开口图案；对第一光刻胶层进行曝光制造过 程，以使光掩膜上的开口图案显影于第一光刻胶层上；以及形成至少一第一开口于第一光 刻胶层中。。在本发明的一实施例中，加工第一光刻胶层的方法包括烘烤第一光刻胶层，以使 第一光刻胶层受热收缩而使第一开口扩大为第二开口。此外，在烘烤之后，更可蚀刻第一光 刻胶层，以使第一开口扩大为第二开口。在本发明的另一实施例中，加工第一光刻胶层的方法包括蚀刻第一光刻胶层，以 使第一开口扩大为第二开口。相较于现有凸块底金属层的制作方法，本发明的凸块底金属层的制作方法，通过 加工第一光刻胶层，以使第一开口扩大为第二开口。由于定义开口的光掩膜仅需一个，不需 制作额外的光掩膜，相对于现有技术而言，光掩膜的数量减少，涂布及清除光刻胶剂的步骤 亦减少，因此能减少半导体制造过程的时间及成本。
图IA 图IE是本发明一实施例的凸块底金属层的制造方法的示意图。图2A 图2D是本发明第一范例的凸块制造过程的示意图。图3A 图3D是本发明第二范例的凸块制造过程的示意图。
具体实施方式为让本发明上述目的、特征及优点更明显易懂，下文特举本发明较佳实施例，并配 合附图，作详细说明如下请参照图IA 图IE分别绘示本发明一实施例的凸块底金属层的制造方法的示意 图。请参照下列步骤首先，第一步骤是形成一粘着层110于晶圆100的绝缘层104与芯片垫102上。粘 着层110的材质可选自于由钛、钛钨合金、铝及铬所组成的族群中的一种材质。第二步骤是形成一第一光刻胶(photoresist)层112于粘着层110上。第三步骤是进行一图案化制造过程，以使第一光刻胶层112通过局部移除而形成 至少一第一开口 112a。第四步骤是形成一阻障层120于第一开口 112a中的粘着层110上。阻障层120 的材质可选自于由镍钒合金、铬铜合金及镍所组成的族群中的一种材质。
第五步骤是加工第一光刻胶层112，使第一开口 112a扩大为一第二开口 112b，且 第二开口 112b的侧壁与阻障层120之间形成一第一间隙G1，其显露出粘着层110。第六步骤是形成一润湿层130于第二开口 112b中的阻障层120以及粘着层110 上，而阻障层120被包覆于润湿层130与粘着层110之间。其中，润湿层130的材质可选自 于由铜、钯及金所组成的族群中的一种材质。请参照图1A，在本实施例的第一步骤中，粘着层110全面性地形成于晶圆100的 绝缘层104以及芯片垫102上。晶圆100为具有积体电路布局的硅基材，晶圆100区分为 多个芯片，而每一芯片的有源表面100a具有芯片垫102，其显露于绝缘层104的开口中，可 作为芯片的输入/输出端的介面。绝缘层104例如是氮化硅(SiNx)和磷硅玻璃(PSG)等 无机保护材料，其覆盖于晶圆100的有源表面100a。其中，氮化硅的密度高且硬度强，可保 护芯片免于遭受永久的机械性伤害，而磷硅玻璃因含有具备吸气(Gettering)能力的磷原 子，因此可以有效的减少水气及碱金属离子的掺透。此外，粘着层110以化学气相沉积法(CVD)或物理气相沉积法(PVD)均勻地形成 于绝缘层104以及芯片垫102上，其作为凸块底金属的第一层。粘着层110与焊垫102具 有良好的粘着性，且可作为凸块底金属的第二层以及第三层的电镀种子层(plating seed layer)0接着，请参照图1B，在本实施例的第二步骤以及第三步骤中，先将一感光型干膜贴 附于绝缘层104上或以旋转涂布、印刷、喷印等方式将液态光刻胶剂形成于绝缘层104上， 以形成第一光刻胶层112。接着，再对第一光刻胶层112进行图案化制造过程，以形成具有 第一开口 112a的第一光刻胶层112。其中，图案化制造过程的各个步骤如下首先，将一光 掩膜(图未示)配置于一曝光光源(图未示)与晶圆100之间，此光掩膜具有可让光线穿 透的开口图案。接着，对第一光刻胶层112进行曝光制造过程，以使光掩膜上的开口图案显 影于第一光刻胶层112上。接着，通过显影液将显影的区域移除，以形成第一开口 112a于 第一光刻胶层112中。在本实施例中，可通过步进式曝光机台对晶圆100的每一芯片依序 进行曝光制造过程。接着，请参照图1C，在本实施例的第四步骤中，以电镀的方式形成一阻障层120于 第一开口 112a中的粘着层110上。阻障层120与第一开口 112a的侧壁彼此相连而无间隙。 阻障层120具有避免上下金属层之间扩散的阻障能力，且其厚度薄化以降低电阻。接着，请参照图1D，在本实施例的第五步骤中，第一光刻胶层112的第一开口 112a 扩大为第二开口 112b，也就是对较小尺寸的第一开口 112a进行主要加工程序及辅助的加 工程序以制作较大尺寸的第二开口 112b。主要加工程序例如是烘烤，并于烘烤之后，若第一 光刻胶层112受热收缩的程度不够时，再进行辅助的加工程序(例如是雷射加工)，以形成 预定的第一间隙G1，使得阻障层120与第二开口 112b的侧壁由相连状态变为不相连。值得 注意的是，当进行第一光刻胶层112烘烤时，第一光刻胶层112受热收缩，而第一开口 112a 边缘处的分子基团必须通过扩张开口尺寸来维持分子间的连结，因而第一开口 112a不得 不扩大为第二开口 112b。在本发明中，第一开口 112a扩大为第二开口 112b只需对第一光 刻胶层112进行加工即可，相对于现有技术而言，不需将第一光刻胶层112移除，也不需再 进行额外的光刻胶涂布制造过程来形成具有较大尺寸的第二开口 112b的光刻胶层，因此 简化制造过程的成本和时间。
在另一实施例中，不需对第一光刻胶层112进行烘烤，而是以雷射或离子束对具 有第一开口 112a的第一光刻胶层112进行蚀刻，以使第一开口 112a扩大为第二开口 112b。 同样，相对于现有技术而言，不需将第一光刻胶层112移除，也不需再进行额外的光刻胶制 造过程来形成具有较大尺寸的第二开口 112b的光刻胶层。接着，请参照图1E，在本实施例的第六步骤中，润湿层130以电镀的方式形成于第 二开口 112b中的阻障层120以及粘着层110上。这样，在制作凸块底金属的第三层(润湿 层)时，不需增加额外的光掩膜制造过程来制作可包覆阻障层120周围表面的润湿层130。当完成上述的凸块底金属层的制作方法之后，再于晶圆100上进行凸块制造过 程，以形成所需大小的导电凸块于凸块底金属层上。以下分为二范例来说明凸块制造过程 的各个步骤。第一范例请参照图2A 图2D，而第二范例请参照图3A 图3D。在第一范例的图2A 图2D中，凸块制造过程的步骤为首先，以电镀或印刷的方 式形成一焊料150于第二开口 112b中的润湿层130上。接着，以去光刻胶剂(例如丙酮) 移除焊料150周围的第一光刻胶层112，以显露粘着层110。当移除第一光刻胶层112之后， 可通过蚀刻的方式将原先被第一光刻胶层112覆盖的区域去除，以定义每一个凸块底金属 140所需的粘着层110a。之后，回焊焊料150，以使焊料150因受热而形成球体状的导电凸 块150a，常见的导电凸块150a例如是锡铅凸块或无铅凸块等。此外，当完成导电凸块150a 之后，可将一保护层(图未示)形成于球体状的导电凸块150a上。保护层的材质例如是有 机保焊剂(Organic Solderability Preservative,0SP)之类的抗氧化层，以阻隔外界空气 及污染。在第二范例的图3A 图3D中，凸块制造过程的步骤为首先，以去光刻胶剂移除 图1E中具有第二开口 112b的第一光刻胶层112。接着，以蚀刻方式移除第一光刻胶层112 下方的粘着层，以定义每一个凸块底金属140所需的粘着层110a。接着，印刷或涂布液态光 刻胶剂，并进行图案化制造过程，以形成一具有第三开口 160a的第二光刻胶层160于绝缘 层104上。凸块底金属层140的润湿层130显露于所述第三开口 160a中，而第三开口 160a 的尺寸大于润湿层130的尺寸，因此第三开口 160a的侧壁与润湿层130之间形成一第二间 隙G2，其显露出部分绝缘层104。接着，以电镀或印刷的方式形成一焊料170于第三开口 160a中的润湿层130以及绝缘层104上。接着，移除焊料170周围的第二光刻胶层160，之 后，回焊所述焊料170，以使焊料170因受热而形成球体状的导电凸块170a，例如是锡铅凸 块或无铅凸块等。此外，当完成导电凸块170a之后，可将一保护层(图未示)形成于球体 状的导电凸块170a上。保护层的材质例如是有机保焊剂(0SP)之类的抗氧化层，以阻隔外 界空气及污染。综上所述，本发明的凸块底金属层的制作方法中，通过加工第一光刻胶层，以使第 一开口扩大为第二开口。由于定义开口的光掩膜仅需一个，不需制作额外的光掩膜，相对于 现有技术而言，光掩膜的数量减少，涂布及清除光刻胶剂的步骤亦减少，因此能减少半导体 制造过程的时间及成本。
权利要求
一种凸块底金属层的制造方法，适用于一晶圆，所述晶圆具有一绝缘层以及显露于所述绝缘层下的至少一芯片垫，其特征在于所述的凸块底金属层的制造方法包含下列步骤形成一粘着层于所述绝缘层与所述芯片垫上；形成一第一光刻胶层于所述粘着层上；进行一图案化制造过程，以使所述第一光刻胶层通过局部移除而形成至少一第一开口；形成一阻障层于所述第一开口中的所述粘着层上；加工所述第一光刻胶层，使所述第一开口扩大为一第二开口，且所述第二开口的侧壁与所述阻障层之间形成一第一间隙，其显露出所述粘着层；以及形成一润湿层于所述第二开口中的所述阻障层以及所述粘着层上，而所述阻障层被包覆于所述润湿层与所述粘着层之间。
2.如权利要求1所述的凸块底金属层的制造方法，其特征在于所述的凸块底金属层 的制造方法更包括形成一焊料于所述第二开口中的所述润湿层上； 移除所述焊料周围的所述第一光刻胶层；以及 回焊所述焊料，以使所述焊料形成一导电凸块。
3.如权利要求2所述的凸块底金属层的制造方法，其特征在于移除所述焊料周围的 所述第一光刻胶层之后，更包括移除所述第一光刻胶层下方的所述粘着层。
4.如权利要求2所述的凸块底金属层的制造方法，其特征在于形成所述导电凸块之 后，更包括形成一保护层于所述导电凸块上。
5.如权利要求1所述的凸块底金属层的制造方法，其特征在于所述的凸块底金属层 的制造方法更包括移除具有所述第二开口的所述第一光刻胶层； 移除所述第一光刻胶层下方的所述粘着层；形成一具有至少一第三开口的第二光刻胶层于所述绝缘层上，所述润湿层显露于所述 第三开口中，且所述第三开口的侧壁与所述润湿层之间形成一第二间隙，其显露出所述绝 缘层；形成一焊料于所述第三开口中的所述润湿层以及所述绝缘层上； 移除所述焊料周围的所述第二光刻胶层；以及 回焊所述焊料，以使所述焊料形成一导电凸块。
6.如权利要求5所述的凸块底金属层的制造方法，其特征在于形成所述导电凸块之 后，更包括形成一保护层于所述导电凸块上。
7.如权利要求1所述的凸块底金属层的制造方法，其特征在于进行所述图案化制造 过程包括将一光掩膜配置于一曝光光源与所述晶圆之间，所述光掩膜具有至少一开口图案； 对所述第一光刻胶层进行曝光制造过程，以使所述光掩膜上的所述开口图案显影于所 述第一光刻胶层上；以及形成至少一第一开口于所述第一光刻胶层中。
8.如权利要求1所述的凸块底金属层的制造方法，其特征在于加工所述第一光刻胶 层的方法包括烘烤所述第一光刻胶层，以使所述第一光刻胶层受热收缩而使所述第一开口 扩大为所述第二开口。
9.如权利要求8所述的凸块底金属层的制造方法，其特征在于加工所述第一光刻胶 层的方法更包括在烘烤之后，蚀刻所述第一光刻胶层，以使所述第一开口扩大为所述第二 开口。
10.如权利要求1所述的凸块底金属层的制造方法，其特征在于加工所述第一光刻胶 层的方法包括蚀刻所述第一光刻胶层，以使所述第一开口扩大为所述第二开口。
全文摘要
本发明公开一种凸块底金属层的制造方法。首先，形成一粘着层于晶圆的绝缘层与芯片垫上。接着，形成一第一光刻胶层于粘着层上。进行一图案化制造过程，以使第一光刻胶层通过局部移除而形成至少一第一开口。之后，形成一阻障层于第一开口中的粘着层上。加工第一光刻胶层，使第一开口扩大为一第二开口，且第二开口的侧壁与阻障层之间形成一第一间隙，其显露出粘着层。接着，形成一润湿层于第二开口中的阻障层以及粘着层上，而阻障层被包覆于润湿层与粘着层之间。
文档编号H01L21/60GK101894767SQ200910203559
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月20日 优先权日2009年5月20日
发明者周若愚, 蔡佳蓉, 许雅雯, 郑智元, 陈家慧, 魏志男 申请人:日月光半导体制造股份有限公司