專利名稱：凸點及其形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件的制造領(lǐng)域，尤其涉及凸點及其形成方法。
背景技術(shù)：
隨著集成電路技術(shù)的不斷發(fā)展，電子產(chǎn)品越來越向小型化、智能化、高性能以及高 可靠性方向發(fā)展。而集成電路封裝不僅直接影響著集成電路、電子模塊乃至整機的性能，而 且還制約著整個電子系統(tǒng)的小型化、低成本和可靠性。在集成電路晶片尺寸逐步縮小，集成 度不斷提高的情況下，電子工業(yè)對集成電路封裝技術(shù)提出了越來越高的要求。倒裝芯片(flip chip)技術(shù)是通過在芯片表面形成的焊球，使芯片翻轉(zhuǎn)與底板形 成連接，從而減小封裝尺寸，滿足電子產(chǎn)品的高性能(如高速、高頻、更小的引腳)、小外形 的要求，使產(chǎn)品具有很好的電學(xué)性能和傳熱性能。凸點(bump)制作技術(shù)是倒裝芯片中的一個關(guān)鍵技術(shù)。現(xiàn)有技術(shù)中的凸點是焊 料通過一定工藝沉積在芯片金屬墊層上，經(jīng)過一定溫度回流形成的金屬焊球。申請?zhí)枮?200510025198. X的中國專利申請文件提供了一種凸點的形成方法具體工藝如下如圖1所 示，在芯片100上配置有金屬墊層104以及用以保護芯片100表面并將金屬墊層104暴露 的鈍化層102 ；在鈍化層102以及金屬墊層104上通過濺射或者蒸鍍工藝形成金屬屏蔽層 105，所述金屬屏蔽層105的作用在于同金屬墊層104保持良好粘附性，并且有效阻止后續(xù) 的凸點材料同金屬墊層104的相互擴散，所述金屬屏蔽層105材料為鈦。接著請參照圖2，在金屬屏蔽層105上形成光刻膠層107，通過現(xiàn)有光刻技術(shù)定義 出金屬墊層104形狀，然后進行曝光、顯影工藝，在光刻膠層107中形成開口，暴露出下層的 金屬墊層104上的金屬屏蔽層105 ；以光刻膠層107為掩模，用電鍍法在開口內(nèi)的金屬屏蔽 層105上形成凸點下金屬層106，所述凸點下金屬層106的材料為銅；繼續(xù)以光刻膠層107 為掩膜，在凸點下金屬層106上形成焊料層108，形成焊料層108的方法為電鍍法、植球法或 印刷法，所述焊料層108為共熔錫鉛合金，高鉛錫鉛合金，錫銀合金，或錫銀銅合金。參考圖3，去除光刻膠層107后，刻蝕去除焊料層108以外的金屬屏蔽層105至露 出鈍化層102 ；在焊料層108上涂布助焊劑，然后，將芯片100放入回流爐內(nèi)，正置于熱板 上，即芯片100的焊料層所在面的相對面放置在熱板上方并進行固定，接著進行保溫回流， 形成凸點108a。隨著半導(dǎo)體器件集成度越來越高，凸點與凸點之間的距離愈來愈小，為了保持凸 點的力學(xué)強度，在有限的面積內(nèi)，必需提升凸點的高度；現(xiàn)有制作凸點的過程中，經(jīng)過回流 工藝后，由于金屬互熔的物理性質(zhì)，凸點的體積會變大橫向擴展，可能造成凸點間發(fā)生橋接 現(xiàn)象，進而導(dǎo)致短路的發(fā)生，影響半導(dǎo)體器件的電性能。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種凸點及其形成方法，防止凸點間發(fā)生橋接現(xiàn)象。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種凸點的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有金屬墊層和鈍化層，所述金屬墊層鑲嵌于鈍化層中，且通過鈍化層上 的開口暴露出金屬墊層；在鈍化層開口內(nèi)的金屬墊層及鈍化層上形成金屬屏蔽層；在金屬 屏蔽層上形成光刻膠層，所述光刻膠層上有與金屬墊層位置對應(yīng)的開口 ；在光刻膠層開口 內(nèi)的金屬屏蔽層上形成籽晶層和凸點下金屬層；去除光刻膠層后，刻蝕去除金屬墊層位置 以外的金屬屏蔽層；在金屬屏蔽層、籽晶層和凸點下金屬層兩側(cè)形成側(cè)墻；在凸點下金屬 層上形成至少一個含錫金屬導(dǎo)線；回流含錫金屬導(dǎo)線，形成凸點。可選的，所述側(cè)墻的材料是氧化硅、氮化硅、或氧化硅和氮化硅組合。所述側(cè)墻的 厚度為0.1微米 1微米。形成側(cè)墻的方法為物理濺射法、化學(xué)氣相沉積法或原子層壘疊 法。可選的，形成含錫金屬導(dǎo)線的方法為利用鍵合線形成非完整的含錫金屬焊球?？蛇x的，所述金屬屏蔽層為耐熱金屬層與金屬銅層的組合。所述耐熱金屬層的材 料為鈦、鈦化鎢或鉻。可選的，所述凸點下金屬層為銅?？蛇x的，所述籽晶層的材料為銅。可選的，回流含錫金屬導(dǎo)線的溫度為220°C 350°C?？蛇x的，所述含錫金屬導(dǎo)線的材料為共溶錫鉛合金、高鉛錫鉛合金，錫銀合金或錫 銀銅合金。本發(fā)明還提供一種凸點，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底上的金屬墊層和鈍 化層，所述金屬墊層鑲嵌于鈍化層中，且通過鈍化層上的開口暴露出金屬墊層；位于鈍化層 開口內(nèi)的金屬墊層上的金屬屏蔽層；位于金屬屏蔽層上籽晶層；位于籽晶層上的凸點下金 屬層；位于凸點下金屬層上的凸點；所述金屬屏蔽層、籽晶層和凸點下金屬層兩側(cè)形成有 側(cè)墻?？蛇x的，所述側(cè)墻的材料是氧化硅、氮化硅、或氧化硅和氮化硅組合。所述側(cè)墻的 厚度為0.1微米 1微米?？蛇x的，所述金屬屏蔽層為耐熱金屬層與金屬銅層的組合。所述耐熱金屬層的材 料為鈦、鈦化鎢或鉻?？蛇x的，所述凸點下金屬層為銅。
可選的，所述籽晶層的材料為銅?？蛇x的，所述含錫金屬導(dǎo)線的材料為共溶錫鉛合金、高鉛錫鉛合金，錫銀合金或錫 銀銅合金。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點在金屬屏蔽層、籽晶層和凸點下金屬層兩 側(cè)形成有側(cè)墻，使這三層保持一定高度；然后直接在凸點下金屬層上形成含錫金屬導(dǎo)線，通 過回流工藝形成凸點；這種方法使凸點不會產(chǎn)生體積增大，包圍凸點下金屬層和籽晶層的 情況；在半導(dǎo)體器件集成度不斷增加的形勢下，凸點間不會發(fā)生橋接現(xiàn)象，避免了短路現(xiàn)象 的發(fā)生，提高了半導(dǎo)體器件的電性能。另外，利用鍵合線形成一個或一個以上的非完整的含錫金屬焊球，通過回流工藝 形成適當(dāng)體積大小的凸點；可以在使凸點體積增大的同時，限制凸點橫向擴展，不會產(chǎn)生包 圍凸點下金屬層和籽晶層的情況。
圖1至圖3是現(xiàn)有工藝制作凸點的示意圖；圖4是本發(fā)明制作凸點的具體實施方式
流程圖；圖5、圖6、圖7、圖8a、圖8b和圖9是本發(fā)明制作凸點的實施例示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明給出了制作凸點的具體流程如圖4所示，執(zhí)行步驟S11，提供半導(dǎo)體襯底， 所述半導(dǎo)體襯底上形成有金屬墊層和鈍化層，所述金屬墊層鑲嵌于鈍化層中，且通過鈍化 層上的開口暴露出金屬墊層；執(zhí)行步驟S12，在鈍化層開口內(nèi)的金屬墊層及鈍化層上形成 金屬屏蔽層；執(zhí)行步驟S13，在金屬屏蔽層上形成光刻膠層，所述光刻膠層上有與金屬墊層 位置對應(yīng)的開口 ；執(zhí)行步驟S14，在光刻膠層開口內(nèi)的金屬屏蔽層上形成籽晶層和凸點下 金屬層；執(zhí)行步驟S15，去除光刻膠層后，刻蝕去除金屬墊層位置以外的金屬屏蔽層；執(zhí)行 步驟S16，在金屬屏蔽層、籽晶層和凸點下金屬層兩側(cè)形成側(cè)墻；執(zhí)行步驟S17，在凸點下金 屬層上形成至少一個含錫金屬導(dǎo)線；執(zhí)行步驟S18，回流含錫金屬導(dǎo)線，形成凸點?；谏鲜鰧嵤┓绞叫纬傻耐裹c，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底上的金屬墊 層和鈍化層，所述金屬墊層鑲嵌于鈍化層中，且通過鈍化層上的開口暴露出金屬墊層；位于 鈍化層開口內(nèi)的金屬墊層上的金屬屏蔽層；位于金屬屏蔽層上籽晶層；位于籽晶層上的凸 點下金屬層；位于凸點下金屬層上的凸點；所述金屬屏蔽層、籽晶層和凸點下金屬層兩側(cè) 形成有側(cè)墻。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。圖5、圖6、圖7、圖8a、圖8b和圖9是本發(fā)明制作凸點的實施例示意圖。參照圖5 所示，提供半導(dǎo)體襯底200，所述半導(dǎo)體襯底200為帶有半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體襯底，為了簡 化示圖，此處僅以空白半導(dǎo)體襯底示意。在半導(dǎo)體襯底200上形成鈍化層202和金屬墊層 204，所述金屬墊層204鑲嵌于鈍化層202中，所述鈍化層202中形成有開口，金屬墊層204 通過鈍化層202的開口暴露出來。所述形成鈍化層202和金屬墊層204工藝為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)，作為本發(fā) 明的一個實施方式，首先在半導(dǎo)體襯底200上形成第一金屬層，所述第一金屬層為Al、Cu或 者它們的合金構(gòu)成，所述第一金屬層的厚度范圍為400nm 800nm，所述第一金屬層為采用 物理氣相沉積(PVD)方法制備，然后采用現(xiàn)有光刻和蝕刻技術(shù)圖形化第一金屬層，形成金 屬墊層204。接著在半導(dǎo)體襯底200和金屬墊層204上形成鈍化層202，所述鈍化層202可以為 氧化硅、氮化硅或苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚四氟乙烯、聚酰亞胺等高分子聚合物；然后采用現(xiàn) 有的光刻和顯影技術(shù)，在鈍化層202上形成開口，所述開口暴露出金屬墊層204。接著，在金屬墊層204和鈍化層202上形成金屬屏蔽層205，所述金屬屏蔽層205 耐熱金屬層與金屬銅層的組合，其中耐熱金屬層的材料為鈦、鈦化鎢或鉻；所述金屬屏蔽層 205的作用在于同金屬墊層204保持良好粘附性，并且有效阻止后續(xù)的凸點材料同金屬墊 層204的相互擴散；形成所述金屬屏蔽層205的方法可采用現(xiàn)有的蒸發(fā)或濺射的方法，其中 較優(yōu)的方法為濺射；所述金屬屏蔽層205中耐熱金屬層的厚度為500埃 4000埃，金屬銅 層的厚度為1000埃 8000埃。
繼續(xù)參考圖5，用旋涂法在金屬屏蔽層205上形成光刻膠層212 ；對光刻膠層212 進行曝光、顯影工藝后，在光刻膠層212上形成開口，所述開口的位置與金屬墊層204的位 置對應(yīng)。如圖6所示，以光刻膠層212為掩模，用電鍍法在開口內(nèi)的金屬屏蔽層205上形成 籽晶層206，所述籽晶層206為Cu、Ni或其組合構(gòu)成，所述籽晶層206的厚度范圍為1 μ m 8 μ m。接著，用電鍍法在光刻膠開口內(nèi)的籽晶層206上形成厚度為2 μ m 40 μ m的凸點下 金屬層207 ；所述凸點下金屬層207的材料為銅或銅與鎳組合。參考圖7，去除光刻膠層212，去除所述光刻膠層212為本領(lǐng)域技術(shù)人員公知技術(shù)。 以凸點下金屬層207為掩膜，用濕法刻蝕法刻蝕金屬屏蔽層205至露出鈍化層202。繼續(xù)參考圖7，在金屬屏蔽層205、籽晶層206和凸點下金屬層207兩側(cè)形成厚度 為0. 1 μ m 1 μ m的側(cè)墻214，所述側(cè)墻的材料為氧化硅、氮化硅或氧化硅和氮化硅組合。形成側(cè)墻214的方法為物理濺射法、化學(xué)氣相沉積法或原子層壘疊法。形成側(cè)墻 的工藝是無需任何光掩膜層的自我對準(zhǔn)法；首先利用物理濺射法、化學(xué)氣相沉積法或原子 層壘疊法在含有凸點下金屬層207的半導(dǎo)體襯底200上，形成氧化硅、氮化硅或氧化硅和氮 化硅組合絕緣薄膜，然后利用非等向性等離子體刻蝕法將水平方向的薄膜去除，留下的絕 緣薄膜作為側(cè)墻214。作為本實施例的具體形成工藝如下如果側(cè)墻的材料為氧化硅和氮化硅組合，則 先采用化學(xué)氣相沉積法在鈍化層202上形成厚度為500埃 2000埃的氧化硅層，且氧化硅 層包圍金屬屏蔽層205、籽晶層206和凸點下金屬層207 ；然后，再采用化學(xué)氣相沉積法在氧 化硅層上形成厚度為500埃 8000埃的氮化硅層；采用干法刻蝕法去除凸點下金屬層207 和鈍化層202上方的氧化硅層和氮化硅層，及金屬屏蔽層205、籽晶層206的側(cè)面及凸點下 金屬層207側(cè)面的部分氧化硅層和氮化硅層，所述干法刻蝕法采用的氣體為lOOsccm(標(biāo)準(zhǔn) 狀態(tài)毫升/分) 400sccm，流量為100秒 1200秒。如圖和圖8b所示，采用打線連接法在凸點下金屬層207和側(cè)墻214上形成至少一個含錫金屬導(dǎo)線216，所述含錫金屬導(dǎo)線216可以是一個，也可以是兩個、三個......N個(N為自然數(shù))，具體數(shù)量根據(jù)含錫金屬導(dǎo)線216的厚度、后續(xù)形成的凸點的大小及凸點間 的間距決定。以直徑為30微米的含錫金屬導(dǎo)線為例，打線連接法形成含錫金屬導(dǎo)線216的 直徑約為60 μ m 75 μ m，高度為50 μ m 60 μ m。兩個含錫金屬導(dǎo)線216的體積則增加一 倍。三個含錫金屬導(dǎo)線216疊加，體積則變成三倍。本實施例中，含錫金屬導(dǎo)線216的材料為共溶錫鉛合金、高鉛錫鉛合金，錫銀合金 或錫銀銅合金等。參考圖9，在含錫金屬導(dǎo)線216上涂布助焊劑；然后，將半導(dǎo)體襯底200放入回流 爐內(nèi)，對半導(dǎo)體襯底200上的凸點導(dǎo)線216進行保溫回流，形成凸點216a。本實施例中，回流溫度為220°C 350°C。本實施例中，如果凸點下金屬層207的面積為ΙΟΟμπι的圓。回流后，凸點216a的 1 ] 30μπι 90μπι。本實施例中，在金屬屏蔽層205、籽晶層206和凸點下金屬層207形成側(cè)墻214， 使這三層保持一定高度；然后直接在凸點下金屬層207上形成凸點導(dǎo)線216，通過回流工藝 形成凸點216a ；這種方法使凸點216a不會產(chǎn)生體積增大，包圍凸點下金屬層207和籽晶層206的情況；在半導(dǎo)體器件集成度不斷增加的形勢下，凸點216a間不會發(fā)生橋接現(xiàn)象，避免 了短路現(xiàn)象的發(fā)生，提高了半導(dǎo)體器件的電性能?；谏鲜鰧嵤├纬傻耐裹c，包括半導(dǎo)體襯底200 ；位于半導(dǎo)體襯底200上的金 屬墊層204和鈍化層202，所述金屬墊層204鑲嵌于鈍化層204中，且通過鈍化層202上的 開口暴露出金屬墊層204 ；金屬屏蔽層205，位于鈍化層204開口內(nèi)的金屬墊層205上，金屬 屏蔽層205中含有銅金屬；籽晶層206，位于金屬屏蔽層205上，籽晶層206中含有銅金屬； 凸點下金屬層207，位于籽晶層206上，其中含有銅金屬；側(cè)墻214，位于金屬屏蔽層205、籽 晶層206和凸點下金屬層207兩側(cè)，所述側(cè)墻214的材料可以是氧化硅、氮化硅或氧化硅和 氮化硅組合，用于防止后續(xù)回流凸點過程中，凸點體積增大包圍籽晶層206和凸點下金屬 層207 ；凸點216a，位于凸點下金屬層207和側(cè)墻214上，采用形成凸點導(dǎo)線后進行回流形 成。雖然本發(fā)明己以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù) 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng) 當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種凸點的形成方法，其特征在于，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有金屬墊層和鈍化層，所述金屬墊層鑲嵌于 鈍化層中，且通過鈍化層上的開口暴露出金屬墊層；在鈍化層開口內(nèi)的金屬墊層及鈍化層上形成金屬屏蔽層；在金屬屏蔽層上形成光刻膠層，所述光刻膠層上有與金屬墊層位置對應(yīng)的開口 ；在光刻膠層開口內(nèi)的金屬屏蔽層上形成籽晶層和凸點下金屬層；去除光刻膠層后，刻蝕去除金屬墊層位置以外的金屬屏蔽層；在金屬屏蔽層、籽晶層和凸點下金屬層兩側(cè)形成側(cè)墻；在凸點下金屬層上形成至少一個含錫金屬導(dǎo)線；回流含錫金屬導(dǎo)線，形成凸點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于所述側(cè)墻的材料是氧化硅、氮 化硅、或氧化硅和氮化硅組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的凸點的形成方法，其特征在于所述側(cè)墻的厚度為0.1微 米 1微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的凸點的形成方法，其特征在于形成側(cè)墻的方法為物理濺射 法、化學(xué)氣相沉積法或原子層壘疊法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于形成含錫金屬導(dǎo)線的方法為 利用鍵合線形成非完整的含錫金屬焊球。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于所述金屬屏蔽層為耐熱金屬 層與金屬銅層的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的凸點的形成方法，其特征在于所述耐熱金屬層的材料為鈦、 鈦化鎢或鉻。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于所述凸點下金屬層為銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于所述籽晶層的材料為銅。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于回流含錫金屬導(dǎo)線的溫度為 220 350O。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的凸點的形成方法，其特征在于所述含錫金屬導(dǎo)線的材料 為共溶錫鉛合金、高鉛錫鉛合金，錫銀合金或錫銀銅合金。
12.—種采用權(quán)利要求1的方法形成的凸點，包括半導(dǎo)體襯底；位于半導(dǎo)體襯底上的 金屬墊層和鈍化層，所述金屬墊層鑲嵌于鈍化層中，且通過鈍化層上的開口暴露出金屬墊 層；位于鈍化層開口內(nèi)的金屬墊層上的金屬屏蔽層；位于金屬屏蔽層上籽晶層；位于籽晶 層上的凸點下金屬層；位于凸點下金屬層上的凸點；其特征在于，所述金屬屏蔽層、籽晶層 和凸點下金屬層兩側(cè)形成有側(cè)墻。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的凸點，其特征在于所述側(cè)墻的材料是氧化硅、氮化硅、或 氧化硅和氮化硅組合。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的凸點，其特征在于所述側(cè)墻的厚度為0.1微米 1微米。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的凸點，其特征在于所述金屬屏蔽層為耐熱金屬層與金屬 銅層的組合。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的凸點，其特征在于所述耐熱金屬層的材料為鈦、鈦化鎢或鉻。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的凸點，其特征在于所述凸點下金屬層為銅。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的凸點，其特征在于所述籽晶層的材料為銅。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的凸點，其特征在于所述含錫金屬導(dǎo)線的材料為共溶錫鉛 合金、高鉛錫鉛合金，錫銀合金或錫銀銅合金。
全文摘要
一種凸點及其形成方法。其中凸點的形成方法，包括提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有金屬墊層和鈍化層，所述金屬墊層鑲嵌于鈍化層中，且通過鈍化層上的開口暴露出金屬墊層；在鈍化層開口內(nèi)的金屬墊層及鈍化層上形成金屬屏蔽層；在金屬屏蔽層上形成光刻膠層，所述光刻膠層上有與金屬墊層位置對應(yīng)的開口；在光刻膠層開口內(nèi)的金屬屏蔽層上形成籽晶層和凸點下金屬層；去除光刻膠層后，刻蝕去除金屬墊層位置以外的金屬屏蔽層；在金屬屏蔽層、籽晶層和凸點下金屬層兩側(cè)形成側(cè)墻；在凸點下金屬層上形成至少一個含錫金屬導(dǎo)線；回流含錫金屬導(dǎo)線，形成凸點。本發(fā)明解決了凸點間發(fā)生橋接的情況，避免了短路現(xiàn)象的發(fā)生。
文檔編號H01L23/485GK102044454SQ20091019693
公開日2011年5月4日 申請日期2009年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月9日
發(fā)明者王津洲 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司