專利名稱：凸點的形成方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及半導體器件的制造領域，尤其涉及凸點的制作方法。
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鍵技術(shù)?，F(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為雙層結(jié)構(gòu)，第一層材料為 鈦、鈦化鎢或鉻，第二層材料為銅。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上形成金屬銅層106a，然后再用電鍍法在金屬銅層106a上形成金屬鎳層106b，所述 金屬銅層106a和金屬鎳層106b構(gòu)成凸點下金屬層106 ；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。在現(xiàn)有形成凸點的過程中，由于非晶格金屬層的表面容易形成局部的不均勻的氧 化金屬層。目前在去除氧化金屬的時候，會形成局部的不均勻的表面缺陷。會使凸點下金 屬層中金屬鎳層表面部分位置產(chǎn)生凹陷或者在金屬墊層表面產(chǎn)生凹陷，進而一直延續(xù)至凸 點下金屬層中金屬鎳層與錫鉛合金的界面；該凹陷界面內(nèi)形成的氫分子或其他氣體分子， 在后續(xù)回流形成凸點的過程中，由于溫度升高的影響而膨脹，在凸點內(nèi)形成空洞，使凸點的 面積增大(如圖4中10所示)，進而使凸點之間可能產(chǎn)生短路或凸點本身產(chǎn)生斷路，影響封裝的質(zhì)量。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種凸點的形成方法，防止凸點內(nèi)形成空洞，使凸點的 面積增大。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種凸點的形成方法，包括提供半導體襯底，所述 半導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)的金屬墊層上依次形成金屬屏蔽層和凸點下金屬 層，所述凸點下金屬層包含金屬鎳層；將半導體襯底放入含氫離子或氫氧根離子的電解池 溶液內(nèi)；利用外加電場進行反應以處理凸點下金屬層中的金屬鎳層；在凸點下金屬層上形 成凸點°可選的，所述金屬屏蔽層為鈦、鈦化鎢或鉻中的一種與銅組合?？蛇x的，所述凸點下金屬層包括金屬銅層和位于金屬銅層上的金屬鎳層?？蛇x的，所述電解池內(nèi)的溶液的PH值為5 < PH < 9?？蛇x的，所述半導體襯底置于電解池內(nèi)的方式為垂直方式或水平方式?？蛇x的，所述半導體襯底在電解池內(nèi)作為陰極，陽極材料為鉬或其它耐熱金屬?？蛇x的，所述電解池內(nèi)所加電流為直流電或交流電或脈沖電流，電壓為IV 12V?？蛇x的，所述電解池內(nèi)的溫度為15°C 35°C?？蛇x的，所述半導體襯底放入電解池內(nèi)加電流進行反應的時間為30秒 5分?？蛇x的，在凸點下金屬層上形成凸點還包括在凸點下金屬層上電鍍焊料層；回 流焊料層?？蛇x的，回流焊料層的溫度為220°C 350°C?？蛇x的，所述焊料層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)點將帶有缺陷的半導體襯底放入電解池內(nèi) 加電流進行反應去除缺陷，所述電解池內(nèi)注入含氫離子或氫氧根離子的溶液。利用含氧化 金屬層的缺陷與氫氧根離子或氫離子作用形成金屬分子，再通過外加電位以提供反應所需 的電子，使氫離子或氫氧根離子產(chǎn)生相應的電位效應。去除缺陷，進而消除后續(xù)凸點內(nèi)產(chǎn)生 的空洞，使所有凸點的尺寸保持一致，避免了短路與斷路的發(fā)生，提高了封裝的質(zhì)量。
圖1至圖3是現(xiàn)有工藝制作凸點的示意圖；圖4是現(xiàn)有工藝制作的凸點產(chǎn)生缺陷的效果圖；圖5是本發(fā)明制作凸點的具體實施方式
流程圖；圖6、圖7、圖8A、圖8B、圖9和圖10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)明的實施方式中將帶有缺陷的半導體襯底放入電解池內(nèi)加電流進行反應去 除缺陷，所述電解池內(nèi)注入含氫離子或氫氧根離子的溶液。利用含氧化金屬層的缺陷與氫氧根離子或氫離子作用形成金屬分子，再通過外加電位以提供反應所需的電子，使氫離子 或氫氧根離子產(chǎn)生相應的電位效應。去除缺陷，進而消除后續(xù)凸點內(nèi)產(chǎn)生的空洞，使所有凸 點的尺寸保持一致，避免了短路與斷路的發(fā)生，提高了封裝的質(zhì)量。本發(fā)明給出了制作凸點的具體流程如圖5所示，執(zhí)行步驟S11，提供半導體襯底， 所述半導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)的金屬墊層上依次形成金屬 屏蔽層和凸點下金屬層，所述凸點下金屬層包含金屬鎳層；執(zhí)行步驟S13，將半導體襯底放 入含氫離子或氫氧根離子的電解池溶液內(nèi)；執(zhí)行步驟S14，利用外加電場進行反應以處理 凸點下金屬層中的金屬鎳層；執(zhí)行步驟S15，在凸點下金屬層上形成凸點。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。圖6、圖7、圖8A、圖8B、圖9和圖10是本發(fā)明制作凸點的實施例示意圖。參照圖6所示，提供半導體襯底200，所述半導體襯底200為帶有半導體器件的半 導體襯底，為了簡化示圖，此處僅以空白半導體襯底示意。在半導體襯底200上形成鈍化層 202和金屬墊層204，所述金屬墊層23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 苯并環(huán)丁烯(BCB)、聚四氟乙烯、聚酰亞胺等高分子聚合物，通常采用旋涂方法制備；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 材料為鈦；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的厚度為1000埃 8000 埃。如圖7所示，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。繼續(xù)參考圖7，用電鍍法在開口內(nèi)的金屬屏蔽層205上形成厚度為2 μ m 12 μ m 的凸點下金屬層206。具體形成工藝如下先用電鍍的方法在開口內(nèi)的金屬屏蔽層205上 形成金屬銅層206a，接著，再采用電鍍法在金屬銅層206a上形成金屬鎳層206b，所述金屬 銅層206a和金屬鎳層206b構(gòu)成凸點下金屬層206。本實施例中，凸點下金屬層206中的金屬鎳層206b表面部分位置由于非晶格金屬 層的表面容易形成局部的不均勻的氧化金屬，產(chǎn)生凹陷207。參照圖8A所示，將帶有各膜層的半導體襯底200垂直放入電解池208內(nèi)，外加電 源經(jīng)由可變電阻(未圖示)與半導體襯底200相連接，外加電源陰極接半導體襯底200，陽極210接外加電源陽極；將半導體襯底200作為陰極，陽極210為鉬板或其他耐熱金屬板， 所述陽極210與半導體襯底200平行；其中，在電解池208內(nèi)有PH值范圍為5 < PH < 9 的溶液，所述溶液內(nèi)含氫離子或氫氧根離子。以所述溶液內(nèi)含氫氧根離子為例，半導體襯底200接于外加電源陰極，鉬板或其 它耐熱金屬板接于外加電源陽極，電子在外加電路中由陰極流向陽極，電流則由陽極流向 陰極；使凸點下金屬層206中的金屬鎳層206b表面的氧化鎳缺陷還原為鎳，而產(chǎn)生的帶負 電的氫氧根離子則在溶液中，由陰極流向陽極，形成電流的回路。其中各電解池208內(nèi)所加 電流為直流電或交流電或脈沖電流，通過外加電源向半導體襯底200和陽極210加的電壓 為IV 12V，電解池208內(nèi)的溫度為15°C 35°C，所述半導體襯底200放入電解池208內(nèi) 加電流進行反應去除缺陷207時間為30秒 5分。作為第二實例，如圖8B所示，將帶有各膜層的半導體襯底200平行放入電解池208 頂部的載置臺上，外加電源經(jīng)由可變電阻(未圖示)與半導體襯底200相連接，外加電源陰 極接半導體襯底200，陽極210接外加電源陽極；將半導體襯底200作為陰極，陽極210為 鉬板或其它耐熱金屬板，所述陽極210放置于電解池208的底部；其中，電解池208內(nèi)有PH 值范圍為5 < PH < 9的溶液，所述溶液內(nèi)含氫離子或氫氧根離子。以所述溶液內(nèi)含氫氧根離子為例，半導體襯底200接于外加電源陰極，鉬板或其 它耐熱金屬板接于外加電源陽極，電子在外加電路中由陰極流向陽極，電流則由陽極流向 陰極；使凸點下金屬層206中的金屬鎳層206b表面的氧化鎳缺陷還原為鎳，而產(chǎn)生的帶負 電的氫氧根離子則在溶液中，由陰極流向陽極，形成電流的回路。其中各電解池208內(nèi)所加 電流為直流電或交流電或脈沖電流，通過外加電源向半導體襯底200和陽極210加的電壓 為IV 12V，電解池208內(nèi)的溫度為15°C 35°C，所述半導體襯底200放入電解池208內(nèi) 加電流進行反應去除缺陷207時間為30秒 5分。作為一個優(yōu)選實施例，所述電解池208內(nèi)注入的溶液為PH = 7的純水，通過外加 電源向半導體襯底200和陽極210加的電壓為2V，使陽極和陰極產(chǎn)生交流電，電解池208內(nèi) 的溫度為20°C，所述半導體襯底200放入電解池208內(nèi)加電流進行反應去除缺陷207時間 為10秒 2分。當所述電解池208內(nèi)溶液為去離子水時，含氧化鎳的缺陷與水分子和電子作用形 成鎳分子、再通過外加電位以提供反應所需的電子，使氫氧根離子產(chǎn)生負電位的效應，即氫 氧根離子帶負電。從而達到去除缺陷207的目的，進而以消除后續(xù)凸點內(nèi)產(chǎn)生的空洞，使所 有凸點的尺寸保持一致，避免了短路與斷路的發(fā)生，提高了封裝的質(zhì)量。如圖9所示，采用電鍍法在凸點下金屬層206上形成一層厚度為20 μ m 200 μ m 的焊料層214，所述焊料層214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。如圖10所示，去除光刻膠層212，去除所述光刻膠層212為本領域技術(shù)人員公知技 術(shù)。繼續(xù)參考圖10，以焊料層214為掩膜，用濕法刻蝕法刻蝕金屬屏蔽層205至露出鈍 化層202 ；在焊料層214上涂布助焊劑；然后，將芯片200放入回流爐內(nèi)，對半導體襯底200 上的焊料層214進行保溫回流，形成凸點214a。本實施例中，回流溫度為220°C 350°C。
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 當以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
一種凸點的形成方法，其特征在于，包括提供半導體襯底，所述半導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)的金屬墊層上依次形成金屬屏蔽層和凸點下金屬層，所述凸點下金屬層包含金屬鎳層；將半導體襯底放入含氫離子或氫氧根離子的電解池溶液內(nèi)；利用外加電場進行反應以處理凸點下金屬層中的金屬鎳層；在凸點下金屬層上形成凸點。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于所述金屬屏蔽層為鈦、鈦化鎢 或鉻中的一種與銅組合。
3.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包括金屬 銅層和位于金屬銅層上的金屬鎳層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于所述電解池內(nèi)的溶液的PH值 為5 < PH < 9。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于所述半導體襯底置于電解池 內(nèi)的方式為垂直方式或水平方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的凸點的形成方法，其特征在于所述半導體襯底 在電解池內(nèi)作為陰極，陽極材料為鉬或其它耐熱金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的凸點的形成方法，其特征在于所述電解池內(nèi)所加電流為直 流電或交流電或脈沖電流，電壓為IV 12V。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的凸點的形成方法，其特征在于所述電解池內(nèi)的溫度為 15°C 35°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于所述半導體襯底放入電解池 內(nèi)加電流進行反應的時間為30秒 5分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點的形成方法，其特征在于在凸點下金屬層上形成凸點 還包括在凸點下金屬層上電鍍焊料層；回流焊料層。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的凸點的形成方法，其特征在于回流焊料層的溫度為 220 350 °C。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的凸點的形成方法，其特征在于所述焊料層的材料為共溶 錫鉛合金、高鉛錫鉛合金，錫銀合金或錫銀銅合金。
全文摘要
一種凸點的形成方法，包括提供半導體襯底，所述半導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)的金屬墊層上依次形成金屬屏蔽層和凸點下金屬層，所述凸點下金屬層包含金屬鎳層；將半導體襯底放入含氫離子或氫氧根離子的電解池溶液內(nèi)；利用外加電場進行反應以處理凸點下金屬層中的金屬鎳層；在凸點下金屬層上形成凸點。本發(fā)明消除了后續(xù)凸點內(nèi)產(chǎn)生的空洞，使所有凸點的尺寸保持一致，避免了短路和斷路的發(fā)生，提高了封裝的質(zhì)量。
文檔編號H01L21/48GK101996887SQ20091005672
公開日2011年3月30日 申請日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月20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