專利名稱：半導體芯片電接點用金屬凸塊的圓角補償方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導體集成電路封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及半導體芯片在鋁墊(Al pad)上制作電接點用金屬凸塊(bump)的圓角補償方法。該方法可以改善金屬凸塊角部形狀，避免出現(xiàn)圓角，從而優(yōu)化凸塊，提高產(chǎn)品的性能及合格率。
背景技術(shù)：
在半導體產(chǎn)業(yè)中，芯片的生產(chǎn)主要分為電路的制作和芯片的封裝測試這兩個階段。在封裝測試作業(yè)中，其關(guān)鍵步驟之一就是金屬凸塊制作(bumpingprocess)。典型的金屬凸塊制作工藝包括以下基本步驟濺鍍→上光阻→曝光→顯影→電鍍→去光阻→蝕刻→韌化。其中，上光阻、曝光、顯影為光刻過程。下面以制作金凸塊(Gold bump)為例說明其基本流程1、濺鍍?nèi)鐖D1A所示，晶片(wafer)上每顆芯片(IC)電接點處，中央有一鋁墊1(Al pad)，四周為鈍化區(qū)2(Passivation)。在晶片(wafer)有源表面上真空濺鍍兩層凸塊底緩沖金屬層(Under Bump Metallurgy，UBM)，其中，下層為阻障層兼粘著層，由鈦/鎢層3(Ti/W)構(gòu)成，其作用一是提供鋁墊與凸塊間良好的附著力和低接觸電阻特性；二是阻止晶片上的鋁墊與凸塊材料間的擴散反應(yīng)。上層為電鍍金用的種子層，由金層4(Au)構(gòu)成，其作用主要是提供一個電鍍金凸塊的基礎(chǔ)。凸塊底緩沖金屬層在電鍍金凸塊時也作為導電層。
2、上光阻(涂光刻膠)如圖1B所示，在濺鍍過鈦/鎢層3(Ti/W)和金層4的晶片(wafer)表面涂布一層光阻5(即光刻膠)，為接下來進行光刻作準備。
3、曝光如圖1C所示，以覆有凸塊(bump)設(shè)計圖案的光罩6(Mask)為模板，通過紫外光7照射，在光阻5層上定義出凸塊(bump)的窗格(pattern)，即一個個對應(yīng)于鋁墊1的凸塊位置、形狀及大小。以負光阻為例，紫外光照射到的地方光阻內(nèi)部的鏈結(jié)會被加強(這部分光刻膠在紫外光作用下發(fā)生交聯(lián)等化學反應(yīng))，而被光罩擋住的部分保持光阻的原有結(jié)構(gòu)(這部分光刻膠沒有受到紫外光照射，因此沒有發(fā)生化學反應(yīng))。
4、顯影如圖1D所示，顯影液將未曝光部分的光阻溶解，而不溶解曝光部分的光阻。從而留下了一個個窗格28(pattern)，為后續(xù)電鍍生長金凸塊(Au bump)做好準備。
5、電鍍?nèi)鐖D1E所示，通過電鍍方法在光刻所形成的窗格28中生長金凸塊8(Aubump)。金凸塊8生長在鋁墊1位置上，并通過鈦/鎢層3(Ti/W)和金層4與鋁墊1形成電性連接。
6、去光阻(去除光刻膠)如圖1F所示，金凸塊8(Au bump)生長完畢后，用化學藥劑去除窗格28外圍留下的光阻(因為這部分光阻在顯影過程中被保留)。
7、蝕刻如圖1G所示，在去除光阻后，用蝕刻方法去除裸露在金凸塊8外圍的緩沖金屬層(UBM)，即鈦/鎢層3(Ti/W)和金層4，切斷金凸塊8(Au bump)間的連接。
8、韌化經(jīng)過以上流程后，最后通過高溫處理改變金凸塊(Au bump)金相結(jié)構(gòu)，使凸塊(bump)得到韌化，以達到所需硬度。至此，金凸塊的全部制作過程(gold bumping process)結(jié)束。
目前，在金凸塊制作過程(gold bumping process)中，傳統(tǒng)光罩(Mask)上的凸塊圖案設(shè)計遵循以下原則第一，凸塊形狀與鋁墊形狀相同，比如，鋁墊為長方形，那么凸塊也為長方形；第二，凸塊大小覆蓋鋁墊大小，即理論上要求凸塊將鋁墊蓋住，見圖2所示的長方形凸塊圖案設(shè)計理論模型。然而實際運用中，這種方式在光刻的顯影過程中，由于拐角處空間小，顯影液補充不及時，致使角落處的光阻未被有效去除，從而使顯影后留下的光阻窗格(pattern)拐角變形成圓角，最終導致后續(xù)電鍍生長的凸塊(bump)也為圓角，見圖3所示的實際模型，鋁墊1拐角為直角，而凸塊8的拐角為圓角9(非直角)。凸塊(Bump)圓角9的存在不僅影響產(chǎn)品的外觀，更重要的是圓角過大會導致產(chǎn)品線路層的鋁墊1(Al pad)角部露出，一旦遇到腐蝕性化學藥劑就存在損毀鋁墊的風險，輕者降低了產(chǎn)品可靠性，嚴重時會導致產(chǎn)品報廢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種半導體芯片電接點用金屬凸塊的圓角補償方法，其目的是要解決金屬凸塊制作過程中拐角變形成圓角的問題，從而使凸塊(bump)拐角保持完整規(guī)則的角部形狀，以克服出現(xiàn)圓角的不足。
為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種半導體芯片電接點用金屬凸塊的圓角補償方法，其內(nèi)容為在采用光刻與電鍍方法相結(jié)合的金屬凸塊制作過程中，將光罩上凸塊圖形中理論設(shè)計的各拐角向外側(cè)延伸，增加開窗尺寸，彌補凸塊圖形拐角在顯影過程中向內(nèi)的收縮變形，從而保證實際制作的金屬凸塊拐角與理論設(shè)計的幾何形狀一致。
上述技術(shù)方案中的有關(guān)內(nèi)容解釋如下1、上述方案中，所述金屬凸塊包括金、銀、鈦、鎢、鋁、銅以及它們的合金等導電材料，也包括可以本發(fā)明制作的導電膠等非金屬材料。
2、本發(fā)明僅適合對帶拐角的凸塊進行補償，上述方案中所述拐角可以是直角、銳角或鈍角。如在一個矩形窗格中有四個直角；在一個直角三角形窗格中有一個直角和兩個銳角；在一個等邊三角形窗格中有三個銳角；在一個棱形窗格中有兩個銳角和兩個鈍角等等。
3、上述方案中，所述拐角向外側(cè)延伸，增加開窗尺寸，具體包括以下實施方案(1)、拐角采用局部按比例放大的方法來實現(xiàn)，其中，光罩上凸塊圖形的拐角角度與理論設(shè)計角度相等。
(2)、拐角采用局部向外側(cè)擴展的方法來實現(xiàn)，其中，光罩上凸塊圖形的拐角角度大于理論設(shè)計角度。
(3)、拐角采用局部向外側(cè)擴展的方法來實現(xiàn)，其中，光罩上凸塊圖形的拐角角度小于理論設(shè)計角度。
(4)、拐角采用局部向外側(cè)擴大成圓角的方法來實現(xiàn)。
總之，本發(fā)明原理是在光罩設(shè)計中，將凸塊(bump)圖形的理論設(shè)計拐角向外側(cè)延伸，增加開窗尺寸，在光刻的顯影過程中彌補了顯影液補充不足的缺陷，使光阻窗格的實際拐角與理論設(shè)計拐角保持一致，以達到保持凸塊(bump)形狀規(guī)則的目的。
由于上述技術(shù)方案的運用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點和效果1、本發(fā)明由于通過光罩的凸塊拐角設(shè)計來彌補顯影帶來的變形(變形成圓角)，可以保證凸塊(bump)的形狀規(guī)則，避免產(chǎn)品因線路層鋁墊(Al pad)露出而導致產(chǎn)品品質(zhì)降低，甚至損毀鋁墊(Al pad)的風險。
2、本發(fā)明實施簡便，而且不會增加成本。
3、本發(fā)明凸塊(Bump)的光罩補償不僅對凸塊(bump)的正面外觀有改善的作用，而且對凸塊(bump)的側(cè)面以及底部UBM層也有補償作用，有利于凸塊(bump)品質(zhì)的提高。


附圖1A為金凸塊制作流程中的濺鍍示意圖；附圖1B為金凸塊制作流程中的上光阻示意圖；附圖1C為金凸塊制作流程中的曝光示意圖；附圖1D為金凸塊制作流程中的顯影示意圖；附圖1E為金凸塊制作流程中的電鍍示意圖；附圖1F為金凸塊制作流程中的去光阻示意圖；附圖1G為金凸塊制作流程中的蝕刻示意圖；附圖2為長方形凸塊圖案設(shè)計理論模型示意圖；附圖3為長方形凸塊實際模型示意圖；附圖4A為長方形凸塊第一種光罩補償設(shè)計圖；附圖4B為長方形凸塊第一種光罩補償設(shè)計圖的變形圖；附圖5為長方形凸塊第二種光罩補償設(shè)計圖；附圖6為長方形凸塊第三種光罩補償設(shè)計圖；附圖7為長方形凸塊第四種光罩補償設(shè)計圖；附圖8為棱形凸塊第一種光罩補償設(shè)計圖；附圖9為棱形凸塊第二種光罩補償設(shè)計圖；附圖10為棱形凸塊第三種光罩補償設(shè)計圖；附圖11為棱形凸塊第四種光罩補償設(shè)計圖；附圖12為直角三角形凸塊第一種光罩補償設(shè)計圖。
以上附圖中，1、鋁墊(Al pad)；2、鈍化區(qū)(Passivation)；3、鈦/鎢層(Ti/W)；4、金層(Au)；5、光阻(Photo-resist)；6、光罩(Mask)；7、紫外線(Ultraviolet)；8、金凸塊(Au bump)；9、圓角；10、長方形金凸塊窗格；11、補償角；12、補償角；13、補償圓角；14、補償角；15、補償角；16、棱形金凸塊窗格；17、補償角；18、補償角；19、補償角；20、補償角；21、補償圓角；22、補償圓角；23、補償角；24、補償角；25、直角三角形窗格；26、補償角；27、補償角；28、窗格(pattern)。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述
實施例一一種長方形金凸塊的圓角補償方法，在采用光刻與電鍍方法相結(jié)合的長方形金凸塊制作過程中，將光罩上凸塊圖形中理論設(shè)計的四個拐角向外側(cè)延伸，增加開窗尺寸，從而彌補顯影過程中顯影液補充不足所帶來的缺陷，即向內(nèi)的收縮變形產(chǎn)生圓角，從而保證實際制作的金凸塊拐角為直角。具體實現(xiàn)方法分別有以下四種類型1、如圖4A所示，在光罩設(shè)計中，將長方形金凸塊窗格10的四個直角采用局部按比例放大的方法，向外側(cè)延伸出補償角11，增加開窗尺寸，其形狀見圖4A。補償角11仍為直角。圖4B為另一種放大形式，向外側(cè)延伸出補償角12，增加開窗尺寸，其形狀見圖4B，補償角12仍為直角。
采用圖4A和圖4B所設(shè)計的光罩進行試驗，結(jié)果如下兩種圖形對凸塊(bump)的圓角，均起到了補償?shù)淖饔?，降低了凸塊(bump)底部線路層鋁墊(Al pad)露出的風險，但對于長方形凸塊(bump)而言，圖4A正方形的補償對直角補償效果更好，2.4～2.6μm的補償尺寸較好。
2、如圖5所示，在光罩設(shè)計中，將長方形金凸塊窗格10的四個直角采用局部向外側(cè)擴大成補償圓角13的方法來實現(xiàn)。
3、如圖6所示，在光罩設(shè)計中，將長方形金凸塊窗格10的四個直角采用局部向外側(cè)擴展補償角14的方法來實現(xiàn)，其中，補償角14角度小于理論設(shè)計角度。
4、如圖7所示，在光罩設(shè)計中，將長方形金凸塊窗格10的四個直角采用局部向外側(cè)擴展補償角15的方法來實現(xiàn)，其中，補償角15角度大于理論設(shè)計角度。
實施例二一種棱形金凸塊的圓角補償方法，具體實現(xiàn)方法分別有以下四種類型1、如圖8所示，在光罩設(shè)計中，將棱形金凸塊窗格16的兩個銳角采用局部按比例放大的方法，向外側(cè)延伸出補償角17，增加開窗尺寸。兩個鈍角采用局部按比例放大的方法，向外側(cè)延伸出補償角18，增加開窗尺寸。
2、如圖9所示，在光罩設(shè)計中，將棱形金凸塊窗格16的兩個銳角采用局部向外側(cè)擴展的方法，向外側(cè)延伸出補償角19，增加開窗尺寸，補償角19角度小于理論設(shè)計角度。兩個鈍角采用局部向外側(cè)擴展的方法，向外側(cè)延伸出補償角20，增加開窗尺寸，補償角20角度小于理論設(shè)計角度。
3、如圖10所示，在光罩設(shè)計中，將棱形金凸塊窗格16的兩個銳角采用局部向外側(cè)擴大成補償圓角21的方法來實現(xiàn)。兩個鈍角采用局部向外側(cè)擴大成補償圓角22的方法來實現(xiàn)。
4、如圖11所示，在光罩設(shè)計中，將棱形金凸塊窗格16的兩個銳角采用局部向外側(cè)擴展的方法，向外側(cè)延伸出補償角23，增加開窗尺寸，補償角23角度大于理論設(shè)計角度。兩個鈍角采用局部向外側(cè)擴展的方法，向外側(cè)延伸出補償角24，增加開窗尺寸，補償角24角度大于理論設(shè)計角度。
實施例三如圖12所示，一種直角三角形金凸塊的圓角補償方法，在光罩設(shè)計中，將直角三角形窗格25的一個直角采用局部按比例放大的方法，向外側(cè)延伸出補償角26，增加開窗尺寸，補償角26仍為直角。兩個銳角采用局部按比例放大的方法，向外側(cè)延伸出補償角27，增加開窗尺寸，補償角27角度與理論設(shè)計角度相等。
上述實施例只為說明本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術(shù)的人士能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實施，并不能以此限制本發(fā)明的保護范圍。凡根據(jù)本發(fā)明精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。例如bump的角的數(shù)量為5、6等，補償角的形狀為圖例以外的形狀時，均在此專利保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種半導體芯片電接點用金屬凸塊的圓角補償方法，其特征在于在采用光刻與電鍍方法相結(jié)合的金屬凸塊制作過程中，將光罩上凸塊圖形中理論設(shè)計的各拐角向外側(cè)延伸，增加開窗尺寸，彌補凸塊圖形拐角在顯影過程中向內(nèi)的收縮變形，從而保證實際制作的金屬凸塊拐角與理論設(shè)計的幾何形狀一致。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓角補償方法，其特征在于所述拐角為直角、銳角或鈍角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓角補償方法，其特征在于所述拐角向外側(cè)延伸，增加開窗尺寸，采用局部按比例放大的方法來實現(xiàn)，其中，光罩上凸塊圖形的拐角角度與理論設(shè)計角度相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓角補償方法，其特征在于所述拐角向外側(cè)延伸，增加開窗尺寸，采用局部向外側(cè)擴展的方法來實現(xiàn)，其中，光罩上凸塊圖形的拐角角度大于或小于理論設(shè)計角度。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓角補償方法，其特征在于所述拐角向外側(cè)延伸，增加開窗尺寸，采用局部向外側(cè)擴大成圓角的方法來實現(xiàn)。
全文摘要
一種半導體芯片電接點用金屬凸塊(bump)的圓角補償方法，其特征在于在采用光刻與電鍍方法相結(jié)合的金屬凸塊制作過程中，將光罩上凸塊圖形中理論設(shè)計的各拐角向外側(cè)延伸，增加開窗尺寸，彌補凸塊圖形拐角在顯影中向內(nèi)的收縮變形，從而保證實際制作的金屬凸塊拐角與理論設(shè)計的幾何形狀一致。本發(fā)明涉及半導體集成電路封裝技術(shù)領(lǐng)域，解決了金屬凸塊(bump)制作過程中拐角變形成圓角的問題，優(yōu)化了凸塊的角部形狀，提高產(chǎn)品的性能及合格率。
文檔編號H01L21/02GK101071782SQ20071002257
公開日2007年11月14日 申請日期2007年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年5月15日
發(fā)明者陳文勇, 許紅飛 申請人:頎中科技(蘇州)有限公司