專利名稱：凸點(diǎn)的形成方法
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(diǎn)的形成方法。
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(lái)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(jī)的性能，而 且還制約著整個(gè)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(duì)集成電路封裝技術(shù)提出了越來(lái)越高的要求。倒裝芯片(flip chip)技術(shù)是通過(guò)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(diǎn)(bump)制作技術(shù)是倒裝芯片中的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)有技術(shù)中的凸點(diǎn)是焊 料通過(guò)一定工藝沉積在芯片金屬墊層上，經(jīng)過(guò)一定溫度回流形成的金屬焊球。申請(qǐng)?zhí)枮?03159833的中國(guó)專利申請(qǐng)文件提供了一種凸點(diǎn)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(hù)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(guò)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(diǎn) 材料同金屬墊層104的相互擴(kuò)散，所述金屬屏蔽層105的材料為鈦；用濺鍍法在金屬屏蔽層 105上形成凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層106，其作用是在后續(xù)回流工藝中保護(hù)金屬墊層104，所述凸 點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層106的材料為銅。接著請(qǐng)參照?qǐng)D2，在凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層106上形成光刻膠層107，通過(guò)現(xiàn)有光刻技 術(shù)定義出金屬墊層104形狀，然后進(jìn)行曝光、顯影工藝，在光刻膠層107中形成開(kāi)口，暴露出 下層的金屬墊層104上的凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層106 ；以光刻膠層107為掩模，在開(kāi)口內(nèi)的凸點(diǎn) 下潤(rùn)濕金屬層106上采用電鍍法依次形成銅金屬層(未圖示)和焊料層108，所述焊料層 108為共溶錫鉛合金、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以外的凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層 106和金屬屏蔽層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(duì)面放置在熱板上方并進(jìn)行 固定，接著進(jìn)行保溫回流，形成凸點(diǎn)108a。在現(xiàn)有形成凸點(diǎn)的過(guò)程中，由于非晶格銅金屬層的表面容易形成局部的不均勻的 氧化銅。目前去除氧化銅的方法，通常在電鍍槽內(nèi)加入含硫酸根離子和氫離子的溶液；或 在進(jìn)入銅的電鍍槽之前，先經(jīng)過(guò)硫酸槽處理。但是，由于硫酸的強(qiáng)酸性，會(huì)形成局部的不均 勻的表面缺陷。會(huì)使凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層表面部分位置產(chǎn)生凹陷或者在金屬墊層表面產(chǎn)生凹 陷，進(jìn)而一直延續(xù)至凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層上與錫鉛合金的界面；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(diǎn)的過(guò)程中，由于溫度升高的影響而膨漲，在凸點(diǎn)內(nèi)形 成空洞，使凸點(diǎn)的面積增大(如圖4中10所示)，進(jìn)而使凸點(diǎn)之間可能產(chǎn)生短路或凸點(diǎn)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(wèn)題是提供一種凸點(diǎn)的形成方法，防止凸點(diǎn)內(nèi)形成空洞，形成大小 不均勻的凸點(diǎn)。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種凸點(diǎn)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(guò)鈍化層上 的開(kāi)口暴露出金屬墊層；在鈍化層開(kāi)口內(nèi)的金屬墊層上依次形成金屬屏蔽層和凸點(diǎn)下潤(rùn)濕 金屬層；將半導(dǎo)體襯底放入含氫氧根離子的電解槽溶液內(nèi)；利用外加電場(chǎng)進(jìn)行反應(yīng)以處理 凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層表面；在凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層上形成凸點(diǎn)?？蛇x的，所述金屬屏蔽層為鈦、鈦化鎢或鉻。可選的，所述凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層為銅?？蛇x的，電解槽所述溶液的PH值范圍為7彡P(guān)H < 10。可選的，所述半導(dǎo)體襯底置于電解槽溶液內(nèi)的方式為垂直方式或水平方式?？蛇x的，所述半導(dǎo)體襯底在電解槽溶液內(nèi)作為陰極，陽(yáng)極材料為鉬或其他耐熱金 jM ο可選的，所述電解槽溶液內(nèi)所加電流為直流電或交流電或脈沖電流，電壓為 0. 5V 10V。可選的，所述電解槽溶液內(nèi)的溫度為15°C 30°C?？蛇x的，所述半導(dǎo)體襯底放入電解槽溶液內(nèi)加電流進(jìn)行反應(yīng)的時(shí)間為10秒 5 分?？蛇x的，在凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層上形成凸點(diǎn)包括在潤(rùn)濕狀態(tài)下，于凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬 層上電鍍銅金屬層；在銅金屬層上電鍍焊料層；回流焊料層?？蛇x擇，回流焊料層的溫度為220°C 360°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(diǎn)將帶有缺陷的半導(dǎo)體襯底放入電解槽內(nèi) 加電流進(jìn)行反應(yīng)去除缺陷，所述電解槽內(nèi)的溶液含氫氧根離子。利用含氧化銅的缺陷與氫 氧根離子作用形成銅分子，再通過(guò)外加電位以提供反應(yīng)所需的電子，使氫氧根離子產(chǎn)生負(fù) 電位的效應(yīng)。去除缺陷，進(jìn)而以消除后續(xù)凸點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生的空洞，使所有凸點(diǎn)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。進(jìn)一步，在電解槽內(nèi)，半導(dǎo)體襯底接于陰極，鉬或其它耐熱金屬接于陽(yáng)極，電子在 外加線路中由陰極流向陽(yáng)極，電流則由陽(yáng)極流向陰極；半導(dǎo)體襯底上的氧化銅還原為銅，產(chǎn) 生的帶負(fù)電的氫氧根離子則在溶液中，由陰極流向陽(yáng)極，形成電流的回路。有效去除缺陷， 以消除后續(xù)凸點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生的空洞，使所有凸點(diǎn)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(diǎn)的示意圖4是現(xiàn)有工藝制作的凸點(diǎn)產(chǎn)生缺陷的效果圖；圖5是本發(fā)明制作凸點(diǎn)的具體實(shí)施方式
流程圖；圖6、圖7A、圖7B、圖8和圖9是本發(fā)明制作凸點(diǎn)的實(shí)施例示意圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的實(shí)質(zhì)為將帶有缺陷的半導(dǎo)體襯底放入電解槽內(nèi)加電流進(jìn)行反應(yīng)去除缺 陷，所述電解槽內(nèi)的溶液含氫氧根離子。利用含氧化銅的缺陷與氫氧根離子作用形成銅分 子，再通過(guò)外加電位以提供反應(yīng)所需的電子，使氫氧根離子產(chǎn)生負(fù)電位的效應(yīng)。去除缺陷， 進(jìn)而以消除后續(xù)凸點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生的空洞，使所有凸點(diǎn)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(diǎn)的具體流程如圖5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(guò)鈍化 層上的開(kāi)口暴露出金屬墊層；執(zhí)行步驟S12，在鈍化層開(kāi)口內(nèi)的金屬墊層上依次形成金屬 屏蔽層和凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層；執(zhí)行步驟S13，將半導(dǎo)體襯底放入含氫氧根離子的電解槽溶 液內(nèi)；執(zhí)行步驟S14，利用外加電場(chǎng)進(jìn)行反應(yīng)以處理凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層表面；執(zhí)行步驟S15， 在凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層上形成凸點(diǎn)。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。圖6、圖7A、圖7B、圖8和圖9是本發(fā)明制作凸點(diǎn)的實(shí)施例示意圖。參照?qǐng)D6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(jiǎn)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(kāi) 口，金屬墊層204通過(guò)鈍化層202的開(kāi)口暴露出來(lái)。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(gè)實(shí)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100至300nm，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 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(kāi)口，所述開(kāi)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、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(diǎn)材料同金屬墊層204的相互擴(kuò)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?yàn)R射的方法，其中較優(yōu)的方法為濺射；所述金屬屏蔽層的厚度為 500埃 3000埃。用濺射法或蒸發(fā)法在金屬屏蔽層205上形成厚度為200nm 1500nm的凸點(diǎn)下潤(rùn) 濕金屬層206，所述點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層206的材料為銅，本實(shí)施例采用濺射法。本實(shí)施例中，凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層206表面部分位置由于非晶格銅金屬層的表面容 易形成局部的不均勻的氧化銅，而產(chǎn)生缺陷207。
參照?qǐng)D7A所示，將帶有各膜層的半導(dǎo)體襯底200垂直放入電解槽208內(nèi)，外加電 源經(jīng)由可變電阻(未圖示)與半導(dǎo)體襯底200相連接，外加電源陰極接半導(dǎo)體襯底200，陽(yáng) 極210接外加電源陽(yáng)極；將半導(dǎo)體襯底200作為陰極，陽(yáng)極210為鉬板或其他耐熱金屬板， 所述陽(yáng)極210與半導(dǎo)體襯底200平行；其中，在電解槽208內(nèi)有PH值范圍為7PH < 10的 溶液，所述溶液內(nèi)含氫氧根離子。半導(dǎo)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(yáng)極，電子在外加電路中由陰極流向陽(yáng)極，電流則由陽(yáng)極流向陰極；使凸 點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層206表面的氧化銅缺陷還原為銅，而產(chǎn)生的帶負(fù)電的氫氧根離子則在溶液 中，由陰極流向陽(yáng)極，形成電流的回路。其中各電解槽208內(nèi)所加電流為直流電或交流電或 脈沖電流，即通過(guò)外加電源向半導(dǎo)體襯底200和陽(yáng)極210加的電壓為0. 5V 10V，電解槽 208內(nèi)的溫度為15°C 30°C，所述半導(dǎo)體襯底200放入電解槽208內(nèi)加電流進(jìn)行反應(yīng)去除 缺陷207時(shí)間為10秒 5分。作為第二實(shí)例，如圖7B所示，將帶有各膜層的半導(dǎo)體襯底200垂直放入電解槽208 頂部的載置臺(tái)上，外加電源經(jīng)由可變電阻(未圖示)與半導(dǎo)體襯底200相連接，外加電源陰 極接半導(dǎo)體襯底200，陽(yáng)極210接外加電源陽(yáng)極；將半導(dǎo)體襯底200作為陰極，陽(yáng)極210為 鉬板或其它耐熱金屬板，所述陽(yáng)極210放置于電解槽208的底部；其中，在電解槽208內(nèi)有 PH值范圍為PH < 10的溶液，所述溶液內(nèi)含氫氧根離子。半導(dǎo)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(yáng)極，電子在外加電路中由陰極流向陽(yáng)極，電 流則由陽(yáng)極流向陰極；使凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層206表面的氧化銅缺陷還原為銅，而產(chǎn)生的帶 負(fù)電的氫氧根離子則在溶液中，由陰極流向陽(yáng)極，形成電流的回路。其中向電解槽208內(nèi)所 加電流為直流電或交流電或脈沖電流，即通過(guò)外加電源向半導(dǎo)體襯底200和陽(yáng)極210加的 電壓為0. 5V 10V，電解槽208內(nèi)的溫度為15°C 30°C，所述半導(dǎo)體襯底200放入電解槽 208內(nèi)加電流進(jìn)行反應(yīng)去除缺陷207時(shí)間為10秒 5分。作為一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例，所述電解槽208內(nèi)注入的溶液為PH = 7的去離子水，通過(guò) 外加電源向半導(dǎo)體襯底200和陽(yáng)極210加的電壓為2V，使陽(yáng)極和陰極產(chǎn)生交流電，電解槽 208內(nèi)的溫度為20°C，所述半導(dǎo)體襯底200放入電解槽208內(nèi)加電流進(jìn)行反應(yīng)去除缺陷207 時(shí)間為10秒 2分。當(dāng)所述電解槽208內(nèi)溶液為去離子水時(shí)，含氧化銅的缺陷與水分子和電子作用形 成銅分子、再通過(guò)外加電位以提供反應(yīng)所需的電子，使氫氧根離子產(chǎn)生負(fù)電位的效應(yīng)，即氫 氧根離子帶負(fù)電。從而達(dá)到去除缺陷207的目的，進(jìn)而以消除后續(xù)凸點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生的空洞，使所 有凸點(diǎn)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8所示，用旋涂法在凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層206上形成光刻膠層212 ；對(duì)光刻膠層 212進(jìn)行曝光、顯影工藝后，在光刻膠層212上形成開(kāi)口，所述開(kāi)口的位置與金屬墊層204的 位置對(duì)應(yīng)；先采用電鍍法在凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層206上形成銅金屬層(未圖示)，所述銅金屬 層的厚度為2 μ m-40 μ m,作用為形成穩(wěn)定的錫銅合金態(tài)以加強(qiáng)凸點(diǎn)的接合力。接著，再用電 鍍的方法在開(kāi)口內(nèi)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 為錫、錫鉛合金或錫銀合金等。除本實(shí)施例外，在形成焊料層214之前，可以在開(kāi)口內(nèi)的凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層206上 用電鍍法形成厚度為1 μ m 10 μ m的籽晶層，其材料為Cu、Ni或其組合構(gòu)成。如圖9所示，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)。繼續(xù)參考圖9，以焊料層214為掩膜，用濕法刻蝕法刻蝕凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層206和 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(duì)半導(dǎo)體襯底200上的焊料層214進(jìn)行保溫回流，形成凸點(diǎn)214a。本實(shí)施例中，回流溫度為220°C 360°C。雖然本發(fā)明己以較佳實(shí)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(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)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
一種凸點(diǎn)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(guò)鈍化層上的開(kāi)口暴露出金屬墊層；在鈍化層開(kāi)口內(nèi)的金屬墊層上依次形成金屬屏蔽層和凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層；將半導(dǎo)體襯底放入含氫氧根離子的電解槽溶液內(nèi)；利用外加電場(chǎng)進(jìn)行反應(yīng)以處理凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層表面；在凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層上形成凸點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點(diǎn)的形成方法，其特征在于所述金屬屏蔽層為鈦、鈦化鎢 或鉻。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點(diǎn)的形成方法，其特征在于所述凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層為銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點(diǎn)的形成方法，其特征在于電解槽所述溶液的PH值范圍 為7 < PH < 10。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點(diǎn)的形成方法，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底置于電解槽 溶液內(nèi)的方式為垂直方式或水平方式。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或5所述的凸點(diǎn)的形成方法，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底在電解 槽溶液內(nèi)作為陰極，陽(yáng)極材料為鉬或其他耐熱金屬。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的凸點(diǎn)的形成方法，其特征在于所述電解槽溶液內(nèi)所加電流 為直流電或交流電或脈沖電流，電壓為0. 5V 10V。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的凸點(diǎn)的形成方法，其特征在于所述電解槽溶液內(nèi)的溫度為 15 30 。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的凸點(diǎn)的形成方法，其特征在于所述半導(dǎo)體襯底放入電解槽 溶液內(nèi)加電流進(jìn)行反應(yīng)的時(shí)間為10秒 5分。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的凸點(diǎn)的形成方法，其特征在于在凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層上形成 凸點(diǎn)包括在潤(rùn)濕狀態(tài)下，于凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層上電鍍銅金屬層；在銅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(diǎn)的形成方法，其特征在于回流焊料層的溫度為 220 360O。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的凸點(diǎn)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(diǎn)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(guò)鈍化層上的開(kāi)口暴露出金屬墊層；在鈍化層開(kāi)口內(nèi)的金屬墊層上依次形成金屬屏蔽層和凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層；將半導(dǎo)體襯底放入含氫氧根離子的電解槽溶液內(nèi)；利用外加電場(chǎng)進(jìn)行反應(yīng)以處理凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層表面；在凸點(diǎn)下潤(rùn)濕金屬層上形成凸點(diǎn)。本發(fā)明消除了后續(xù)回流時(shí)，凸點(diǎn)內(nèi)產(chǎn)生的空洞；使所有凸點(diǎn)的尺寸保持一致，避免產(chǎn)生短路與斷路缺陷的發(fā)生，提高了封裝的質(zhì)量。
文檔編號(hào)H01L21/48GK101996888SQ20091005673
公開(kāi)日2011年3月30日 申請(qǐng)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(qǐng)人:中芯國(guó)際集成電路制造(上海)有限公司