TW506034B - Detection structure for bump alignment - Google Patents

Description

506034 五、發明說明（1) 發明領域： 封與 件案。 元圖造 體口構 導開測 半膜檢 指乾位 尤之對 ，置種 造位 一 構塊的 測凸度 檢義程 位定移 對測偏 種檢之 一以墊 於用觸 關，接 是中之 明程内 發製口 本塊開 凸層 裝護 發明背景： 隨著電子元件的縮小化趨勢，應用薄膜積體電路之半 導體元件極微小脆弱，因此，半導體元件必須加以包裝保 護，以防止外力或環境等因素破壞，並且在包裝的同時與 其他的電路元件組合，而成為一具特定功能之電子產品。 而電子封裝即為將半導體晶片利用黏結固定、電路連線、 密封保護、電路板接合、及模組組裝等製程，加以固定並 密封保護並同時與其他電子元件組合連結的技術。其 中，晶片層次封裝（chip-level packaging)之主要功能為 保護半導體晶片以及提供晶粒（ch i p )和外界系統裝置之間 訊息傳遞的介面，使成為一易於取置與輸送、並可與下一 層次封裝進行接合的模組（modu 1 e )元件，其製程則包括半 導體晶片與封裝座或引腳架（lead-frame)間的黏合固定、 電路連線、及密封保護等。 因電子產品曰益輕薄短小的潮流，半導體元件高度積 集的需求，半導體製程的微細化，造成晶粒内包含的邏輯

506034 五、發明說明（2) 線路增加，且由於時下晶片操作速率越來越快，使得與外 部連接之半導體封裝體的I / 0引腳數目越來越多且越來越 密。為提高半導體晶片數目於一封裝體，並使封裝後的 晶片變得更薄，減少晶粒尺寸的技術因而備受重視。許 多不同的封裝方式因而應運而生，如：球桃陣列（b a 1 1 grid array，BGA)、晶片尺寸封裝（CSP)、多晶片模組 (multi-chip module’ MCM)、覆晶接合（flip chip)等技 術。 其中，一頗受矚目的電子封裝連線方法為覆晶接合 (f 1 i p c h i p )，亦稱為反轉式晶片接合或控制崩潰晶片接 合（C ο n t r ο 1 1 e d C ο 1 1 a p s e C h i p C ο η n e c t i ο η， C 4 )，為一 平列式（a r e a a r r a y )接合方法，用以形成I c晶片與構裝結 構間的電路連線，由於晶片至外界系統裝置間訊息傳遞 路徑的距離減少，具有較佳的電氣特性，因此適合於高密 度封裝連線的應用。 覆晶接合之首要步驟為在半導體晶片上長成突起狀之 銲接凸塊（s ο 1 d e r b u m p )，以作為輸出/輸入之連接電極。 在形成凸塊（bump)的製程中，通常利用金屬遮罩技術 (metal mask technology)，先在半導體晶片表面上形成 一鈍態保護層（passivation layer)或稱護層，以防止於 積體電路的平坦化及金屬化（metallization)完成後，不 經意的機械性傷害或暴露於含有水氣環境太久，而造成線

506034 五、發明說明（3) 路損害，因此，於積體電路的表面上沉積一層鈍態保護 層，其能阻擋水氣及鹼金屬離子的穿透，並且其硬度夠而 能防止機械性刮傷晶片表面，以保護位於護層下方的積體 電路。 在護層形成後，再利用微影及蝕刻製程，將半導體晶 片接觸墊（pad)位置上之護層利用微影及蝕刻形成開口， 以暴露出接觸墊；接著，形成組合層於接觸墊上，此組合 層至少包含以下組合層Cr/Cu、Ti/Cu、Cr/Ni等之其中一 種；然後，以乾膜彼覆機，形成厚達1 0 0 - 1 2 0// m之乾膜， 再利用微影製程形成開口圖案以定義凸塊位置，再利用電 鍍法形成導電凸塊於開口之組合層上層，再以凸塊作為蝕 刻罩幕，去除未被遮住之組合層，而完成形成凸塊製程。 其中，未被去除而留下之阻障層與導電層的組合層即 為凸塊下金屬層（under bump metallurgy， UBM)，此凸塊 下金屬層（UBM)之黏著層（adhesion layer)提供I C晶片上 接墊與凸塊間良好之接著力與低接觸電阻（c ο n t a c t resistance)特性，阻障層（barrier 1 ay e r )則用於阻止晶 片上接墊與凸塊材料間之擴散反應，而表層則用於抗氧化 保護之用。 傳統對於護層開口的定義，由於係利用厚度約1 /z m左 右的光阻定義，光阻厚度薄，因此可以利用切割道上設計

506034 五、發明說明（4) 類似類似條紋圖案（v e r n i e r )的圖案做為對準記號。然而 對於凸塊下金屬與接觸墊之位置對準，上述之條紋圖案就 無效了’主要是因凸塊下金屬層之定義係為了長導電凸塊 之用。因此利用的是厚達100-120μ m之乾膜，vernier圖 案是無效的。換言之，習知技術就發明人所知尚未有提供 乾膜開口圖案與護層開口（或說接觸墊）位置對準之方法。 圖一示傳統護層開口 1 5與凸塊下金屬因為對位不準而產生 的偏移（alignment shift failure)現象。偏移的凸塊， 輕則增加阻值，嚴重者，將影響到元件可靠度 (r e 1 i a b i 1 i t y )。有鑑於此，本發明將提出一可以克服乾 膜厚度因素，改善上述對位不準的問題。 發明概述： 本發明之主要目的，即是在提供一種的簡易方法，用 以檢測凸塊相對護層開口之對位偏移。 本發明揭露一種於晶片凸塊位置與接觸墊位置對位檢測構 造，至少包含：一對準圖案形成於晶片一角落之接觸墊四 周；其中上述之對準圖案至少包含複數條等距平行排列之 條狀金屬圖案形成於該接觸墊東西南北四個方位一護層形 成於包含對準圖案及該接觸墊之晶片上，對準圖案位置上 之護層隨對準圖案變化而呈高低起伏；及凸塊下金屬層形 成於護層上，對準圖案位置上之凸塊下金屬層隨該護層變 化而呈高低起伏。因此藉由光學顯微鏡即可檢驗乾膜圖案

506034 五、發明說明（5) 中凸塊位置及其下接觸墊之對準狀況。以適時重做對準狀 況不良晶片之乾膜圖案。 發明之詳細說明： 有鑑於發明背景所述，傳統半導體元件封裝凸塊製程 凸塊下金屬定義，因乾膜太厚，導致定義凸塊位置之乾膜 圖案開口與接觸墊（或護層開口）位置對準困難的問題。而 習知技術並無良好可用的對策。 因此，為確保電子產品之封裝品質，本發明提供一種 簡易對位檢測構造，用於檢測定義凸塊位置之乾膜圖案開 口相對於護層開口之對位偏移程度。 本發明之一實施例係利用定義接觸墊圖案時，同時定 義對準圖案於該光罩之一角落或對角，以解決上述問題。 請參考圖二及圖三所示，其係為此實施例之上視圖及橫截 面示意圖。上述的對準圖案係利用光阻圖案及蝕刻技術 定義接觸墊時同時定義對準圖案，而形成於晶片1 0的一角 落之接觸墊4 0四周或兩角落各一接觸墊4 0四周。為如圖 示，對準圖案3 0係位於接觸墊4 0之東、南、西、北四個方 位，每個方位均具有複數條等距平行排列，長度由短至長 變化之條狀金屬圖案。接觸墊4 0下方則是金屬導線5 5及各 導線連接之介層。以一較佳的實施例而言，圖示對準圖案

506034 五、發明說明（6) 3 0中每一金屬槓之寬度及金屬槓間之間隔分別約為0 . 5 - 1 // m及1 - 2 // m (典型值各約為1 // m )。 在光阻圖案剝除後，隨後再形成一護層4 5。護層4 5之 材質可以選擇具透光性但不滲水性的材質，例如氮化矽。 緊接著，再形成一光阻圖案（未圖示）定義一裸露接觸墊4 0 的開口。並利用蝕刻技術蝕刻護層4 5而形成開口。隨後， 再以化學氣相沉積法或物理氣相沉積法沉積凸塊下金屬層 50。凸塊下金屬層5 0可以係下列Cr/Cu、Ti/Cu、Cr/Ni的 組合。 隨後，再以乾膜彼覆機形成一厚約1 0 0 - 1 2 0 /z m的乾 膜（d r y f i 1 m ) 7 0於凸塊下金屬層5 0上。緊接著，以微影技 術定義凸塊位置（或乾膜開口）6 0。請注意，晶片上接觸墊 具有對準圖案位置，將因蝕刻後之對準圖案的高低性而使 得在該位置上之護層及凸塊下金屬亦同樣呈現高低性。此 外由於上述對準圖案具有高度對稱性，因此，可利用本發 明之對準圖案3 0檢驗凸塊位置6 0與接觸墊4 0偏移情形。一 般而言，以光學顯微鏡檢驗即可經由乾膜及具有高低對稱 起伏之凸塊下金屬層檢驗乾膜開口 6 0與接觸墊4 0偏位程 度。當偏位程度超出可允許之範圍時，就將乾膜剝除，再 重做。如此將可避免凸塊與接觸墊偏位。 本發明利用一簡單的對位檢測構造，只要在一晶片之

506034 五、發明說明（7) 一角形成一對準圖案或對角的接觸墊各形成一對準圖案， 配合以簡易的測試程序，即可進行檢驗晶片其他接觸墊與 凸塊位置對準之參考。由於係在凸塊下金屬蝕刻之前即進 行檢驗偏位，因此將可減輕重做之成本。更可確保電子產 品之可靠度。 以上所述係利用一較佳實施例詳細說明本發明，而非 限制本發明之範圍，而且熟知此類技藝人士皆能明瞭，適 當而作些微的改變及調整，仍將不失本發明之要義所在， 亦不脫離本發明之精神和範圍。 506034 圖式簡單說明 圖一係為習知技術，並未有良好之對準結構提供凸塊 位置與護層開口的對位偏移之示意圖； 圖二係為本發明之發明之凸塊下金屬層對位檢測構造 的一實施例上視示意圖； 圖三係為本發明之發明之凸塊下金屬層對位檢測構造 的一實施例之剖面示意圖。 圖號說明· 10 晶片 1 5護層開口 20凸塊下金屬層（UBM) 3 0條狀金屬圖案層 4 0接觸墊 45護層 50凸塊下金屬層 5 5金屬連線 6 0乾膜圖案開口 70乾膜

Claims (1)

1. 506034 ψ. 6:. ΐβΨΙΕ, 六、申請專利範圍 1. 一種於晶片凸塊位置與接觸墊位置對位檢測構造，至少 包含： 一對準圖案形成於該晶片之一接觸墊四周，以提供當 凸塊下金屬層沉積於其上時，以乾膜圖案定義凸塊位置之 對準檢驗之參考。 2. 如申請專利範圍第1項之對位檢測構造，其中上述之對 準圖案至少包含複數條等距平行排列之條狀金屬圖案形成 於該接觸墊東西南北四個方位。 3. 如申請專利範圍第2項之對位檢測構造，其中上述之複 數條等距平行排列之條狀金屬圖案長短不相等之圖案。 4. 如申請專利範圍第2項之對位檢測構造，其中上述之複 數條等距平行排列之條狀金屬圖案長短相等之圖案。 5 .如申請專利範圍第2項之對位檢測構造，其中上述之條 狀金屬的每一條寬度約0 . 5 - 1 // m，間距約為1 - 2# m。

   6 .如申請專利範圍第1項之對位檢測構造，其中上述之接 觸墊係在上述晶片之一角落。 7.如申請專利範圍第1項之對位檢測構造，更包含在上述 晶片之第二角落之接觸墊處形成上述之對準圖案。

   第13頁 506034 六、申請專利範圍 8 ·如申請專利範圍第1項之對位檢測構造，更包含/ u、、 上 對準圖案上形成之護層及凸塊下金屬層因此有高低起伏 地勢（topographic)以提供乾膜圖案之對準檢驗。 9 ·如申請專利範圍第8項之對位檢測構造，其中上述< 膜圖案之對準檢驗係利用光學顯微鏡檢驗乾膜圖案;1'開^ 該接觸墊之相對位置，以提供該晶片其他接觸塾^二二與 置對準之參考。 〃 鬼位 10·—種於晶片凸塊位置與接觸墊位置對位檢測 少包含： ^ ’至 一對準圖案形成於該晶片之一接觸墊四周； 一護層形成於包含該對準圖案及該接觸墊之曰 該對準圖案位置上之護層隨該對準圖案變化而呈=二^， 伏；及 回起 之 凸塊下金屬層形成於該護層上，該對準圖案位 凸塊下金屬層隨該護層變化而呈高低起伏。 夏上 11·如申請專利範圍第1〇項之對位檢測構造，复 對準圖案至少包含複數條等距平行 /、 迷之 成於該接觸墊東西南北四個方位。 “ 〃屬圖案形 ， 1 2.如申請專利範圍第丨丨項之對位檢測構 其中上述之

   第14頁 506034 六、申請專利範圍 複數條等距平行排列之條狀金屬圖案長短不相等之圖案。 1 3.如申請專利範圍第11項之對位檢測構造，其中上述之 複數條等距平行排列之條狀金屬圖案長短相等之圖案。 1 4.如申請專利範圍第1 1項之對位檢測構造，其中上述之 條狀金屬的每一條寬度約0 . 5 - 1 // m ’間距約為1 - 2 // m。 1 5 .如申請專利範圍第1 0項之對位檢測構造，其中上述之 接觸墊係在上述晶片之一角落。 / 1 6.如申請專利範圍第1 0項之對位檢測構造，更包含在上 述晶片之第二角落之揍觸墊處形成上述之對準圖案。 1 7. —種利用接觸墊周圍之對位檢測構造檢驗乾膜圖案之 凸塊位置與接觸墊位置對位檢測方法，至少包含以下步 驟： 提供一晶片，該晶片具有對準圖案形成於一接觸墊四 周， 形成一護層於包含該對準圖案及該接觸墊之晶片上， 該對準圖案位置上之護層隨該對準圖案變化而呈高低起 伏； 以微影及蝕刻技術定義護層開口，以裸露該接觸墊； 形成一凸塊下金屬層於該護層及該裸露之接觸墊上，

   506034 六、申請專利範圍 該對準圖案位置上之凸塊下金屬層隨該護層變化而呈高低 起伏； 形成乾膜於該凸塊下金屬層上； 施以微影製程以形成定義凸塊位置之乾膜圖案；及 檢驗該凸塊位置及其下接觸墊之對準狀況。 1 8.如申請專利範圍第1 7項之方法，其中上述之對準圖案 至少包含複數條等距平行排列之條狀金屬圖案形成於該接 觸墊東西南北四個方位。 1 9.如申請專利範圍第1 8項之方法，其中上述之複數條等 距平行排列之條狀金屬圖案長短不相等之圖案。 2 0 .如申請專利範圍第1 8項之方法，其中上述之複數條等 距平行排列之條狀金屬圖案長短相等之圖案。 2 1.如申請專利範圍第1 8項之方法，其中上述之條狀金屬 的每一條寬度約0 . 5 - 1 // m，間距約為1 - 2 # m。 2 2 .如申請專利範圍第1 7項之方法，其中上述之接觸墊係 在上述晶片之一角落。 2 3 .如申請專利範圍第1 7項之方法，更包含在上述晶片之 第二角落之接觸墊處形成上述之對準圖案。

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