专利名称：凸点及其形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及凸点及其形成方法。
背景技术：
随着集成电路技术的不断发展，电子产品越来越向小型化、智能化、高性能以及高 可靠性方向发展。而集成电路封装不仅直接影响着集成电路、电子模块乃至整机的性能，而 且还制约着整个电子系统的小型化、低成本和可靠性。在集成电路晶片尺寸逐步缩小，集成 度不断提高的情况下，电子工业对集成电路封装技术提出了越来越高的要求。倒装芯片(flip chip)技术是通过在芯片表面形成的焊球，使芯片翻转与底板形 成连接，从而减小封装尺寸，满足电子产品的高性能(如高速、高频、更小的引脚)、小外形 的要求，使产品具有很好的电学性能和传热性能。凸点(bump)制作技术是倒装芯片中的一个关键技术。现有技术中的凸点是焊 料通过一定工艺沉积在芯片金属垫层上，经过一定温度回流形成的金属焊球。申请号为 200510025198. X的中国专利申请文件提供了一种凸点的形成方法具体工艺如下如图1所 示，在芯片100上配置有金属垫层104以及用以保护芯片100表面并将金属垫层104暴露 的钝化层102 ；在钝化层102以及金属垫层104上通过溅射或者蒸镀工艺形成金属屏蔽层 105，所述金属屏蔽层105的作用在于同金属垫层104保持良好粘附性，并且有效阻止后续 的凸点材料同金属垫层104的相互扩散，所述金属屏蔽层105材料为钛。接着请参照图2，在金属屏蔽层105上形成光刻胶层107，通过现有光刻技术定义 出金属垫层104形状，然后进行曝光、显影工艺，在光刻胶层107中形成开口，暴露出下层的 金属垫层104上的金属屏蔽层105 ；以光刻胶层107为掩模，用电镀法在开口内的金属屏蔽 层105上形成凸点下金属层106，所述凸点下金属层106的材料为铜；继续以光刻胶层107 为掩膜，在凸点下金属层106上形成焊料层108，形成焊料层108的方法为电镀法、植球法或 印刷法，所述焊料层108为共熔锡铅合金，高铅锡铅合金，锡银合金，或锡银铜合金。参考图3，去除光刻胶层107后，刻蚀去除焊料层108以外的金属屏蔽层105至露 出钝化层102 ；在焊料层108上涂布助焊剂，然后，将芯片100放入回流炉内，正置于热板 上，即芯片100的焊料层所在面的相对面放置在热板上方并进行固定，接着进行保温回流， 形成凸点108a。随着半导体器件集成度越来越高，凸点与凸点之间的距离愈来愈小，为了保持凸 点的力学强度，在有限的面积内，必需提升凸点的高度；现有制作凸点的过程中，经过回流 工艺后，由于金属互熔的物理性质，凸点的体积会变大横向扩展，可能造成凸点间发生桥接 现象，进而导致短路的发生，影响半导体器件的电性能。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种凸点及其形成方法，防止凸点间发生桥接现象。为解决上述问题，本发明提供一种凸点的形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有金属垫层和钝化层，所述金属垫层镶嵌于钝化层中，且通过钝化层上 的开口暴露出金属垫层；在钝化层开口内的金属垫层及钝化层上形成金属屏蔽层；在金属 屏蔽层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上有与金属垫层位置对应的开口 ；在光刻胶层开口 内的金属屏蔽层上形成籽晶层和凸点下金属层；去除光刻胶层后，刻蚀去除金属垫层位置 以外的金属屏蔽层；在金属屏蔽层、籽晶层和凸点下金属层两侧形成侧墙；在凸点下金属 层上放置凸点；回流凸点。可选的，所述侧墙的材料是氧化硅、氮化硅、或氧化硅和氮化硅组合。所述侧墙的 厚度为0.1微米 1微米。形成侧墙的方法为物理溅射法、化学气相沉积法或原子层垒叠 法。可选的，放置凸点的方法为印刷板方法或焊球直接置放法。可选的，所述金属屏蔽层为耐热金属层与金属铜层的组合。所述耐热金属层的材 料为钛、钛化钨或铬。可选的，所述凸点下金属层为铜。可选的，所述籽晶层的材料为铜。可选的，回流凸点的温度为220°C 350°C。可选的，所述凸点的材料为共溶锡铅合金、高铅锡铅合金，锡银合金或锡银铜合^^ ο本发明还提供一种凸点，包括半导体衬底；位于半导体衬底上的金属垫层和钝 化层，所述金属垫层镶嵌于钝化层中，且通过钝化层上的开口暴露出金属垫层；位于钝化层 开口内的金属垫层上的金属屏蔽层；位于金属屏蔽层上籽晶层；位于籽晶层上的凸点下金 属层；位于凸点下金属层上的凸点；所述金属屏蔽层、籽晶层和凸点下金属层两侧形成有 侧墙。可选的，所述侧墙的材料是氧化硅、氮化硅、或氧化硅和氮化硅组合。所述侧墙的 厚度为0.1微米 1微米。可选的，所述金属屏蔽层为耐热金属层与金属铜层的组合。所述耐热金属层的材 料为钛、钛化钨或铬。可选的，所述凸点下金属层为铜。
可选的，所述籽晶层的材料为铜。可选的，所述凸点的材料为共溶锡铅合金、高铅锡铅合金，锡银合金或锡银铜合^^ ο与现有技术相比，本发明具有以下优点在金属屏蔽层、籽晶层和凸点下金属层两 侧形成有侧墙，使这三层保持一定高度；然后直接在凸点下金属层上放置凸点；这种方法 使凸点不会产生体积增大，限制凸点横向扩展，包围凸点下金属层和籽晶层的情况；在半导 体器件集成度不断增加的形势下，凸点间不会发生桥接现象，避免了短路现象的发生，提高 了半导体器件的电性能。
图1至图3是现有工艺制作凸点的示意图；图4是本发明制作凸点的具体实施方式
流程图5、图6、图7、图8a、图8b和图9是本发明制作凸点的实施例示意图。
具体实施例方式本发明给出了制作凸点的具体流程如图4所示，执行步骤S11，提供半导体衬底， 所述半导体衬底上形成有金属垫层和钝化层，所述金属垫层镶嵌于钝化层中，且通过钝化 层上的开口暴露出金属垫层；执行步骤S12，在钝化层开口内的金属垫层及钝化层上形成 金属屏蔽层；执行步骤S13，在金属屏蔽层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上有与金属垫层 位置对应的开口 ；执行步骤S14，在光刻胶层开口内的金属屏蔽层上形成籽晶层和凸点下 金属层；执行步骤S15，去除光刻胶层后，刻蚀去除金属垫层位置以外的金属屏蔽层；执行 步骤S16，在金属屏蔽层、籽晶层和凸点下金属层两侧形成侧墙；执行步骤S17，在凸点下金 属层上放置凸点；执行步骤S18，回流凸点。基于上述实施方式形成的凸点，包括半导体衬底；位于半导体衬底上的金属垫 层和钝化层，所述金属垫层镶嵌于钝化层中，且通过钝化层上的开口暴露出金属垫层；位于 钝化层开口内的金属垫层上的金属屏蔽层；位于金属屏蔽层上籽晶层；位于籽晶层上的凸 点下金属层；位于凸点下金属层上的凸点；所述金属屏蔽层、籽晶层和凸点下金属层两侧 形成有侧墙。下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。图5、图6、图7、图8a、图8b和图9是本发明制作凸点的实施例示意图。参照图5 所示，提供半导体衬底200，所述半导体衬底200为带有半导体器件的半导体衬底，为了简 化示图，此处仅以空白半导体衬底示意。在半导体衬底200上形成钝化层202和金属垫层 204，所述金属垫层23镶嵌于钝化层202中，所述钝化层202中形成有开口，金属垫层204 通过钝化层202的开口暴露出来。所述形成钝化层202和金属垫层204工艺为本领域技术人员公知技术，作为本发 明的一个实施方式，首先在半导体衬底200上形成第一金属层，所述第一金属层为Al、Cu或 者它们的合金构成，所述第一金属层的厚度范围为400nm 800nm，所述第一金属层为采用 物理气相沉积(PVD)方法制备，然后采用现有光刻和蚀刻技术图形化第一金属层，形成金 属垫层204。接着在半导体衬底200和金属垫层204上形成钝化层202，所述钝化层202可以为 氧化硅、氮化硅或苯并环丁烯(BCB)、聚四氟乙烯、聚酰亚胺等高分子聚合物；然后采用现 有的光刻和显影技术，在钝化层202上形成开口，所述开口暴露出金属垫层204。接着，在金属垫层204和钝化层202上形成金属屏蔽层205，所述金属屏蔽层205 耐热金属层与金属铜层的组合，其中耐热金属层的材料为钛、钛化钨或铬；所述金属屏蔽层 205的作用在于同金属垫层204保持良好粘附性，并且有效阻止后续的凸点材料同金属垫 层204的相互扩散；形成所述金属屏蔽层205的方法可采用现有的蒸发或溅射的方法，其中 较优的方法为溅射；所述金属屏蔽层205中耐热金属层的厚度为500埃 4000埃，金属铜 层的厚度为1000埃 8000埃。继续参考图5，用旋涂法在金属屏蔽层205上形成光刻胶层212 ；对光刻胶层212 进行曝光、显影工艺后，在光刻胶层212上形成开口，所述开口的位置与金属垫层204的位 置对应。
如图6所示，以光刻胶层212为掩模，用电镀法在开口内的金属屏蔽层205上形成 籽晶层206，所述籽晶层206为Cu、Ni或其组合构成，所述籽晶层206的厚度范围为1 μ m 8 μ m。接着，用电镀法在光刻胶开口内的籽晶层206上形成厚度为2 μ m 40 μ m的凸点下 金属层207 ；所述凸点下金属层207的材料为铜或铜与镍组合。参考图7，去除光刻胶层212，去除所述光刻胶层212为本领域技术人员公知技术。 以凸点下金属层207为掩膜，用湿法刻蚀法刻蚀金属屏蔽层205至露出钝化层202。继续参考图7，在金属屏蔽层205、籽晶层206和凸点下金属层207两侧形成厚度 为0. 1 μ m 1 μ m的侧墙214，所述侧墙的材料为氧化硅、氮化硅或氧化硅和氮化硅组合。形成侧墙214的方法为物理溅射法、化学气相沉积法或原子层垒叠法。形成侧墙 的工艺是无需任何光掩膜层的自我对准法；首先利用物理溅射法、化学气相沉积法或原子 层垒叠法在含有凸点下金属层207的半导体衬底200上，形成氧化硅、氮化硅或氧化硅和氮 化硅组合绝缘薄膜，然后利用非等向性等离子体刻蚀法将水平方向的薄膜去除，留下的绝 缘薄膜作为侧墙214。作为本实施例的具体形成工艺如下如果侧墙的材料为氧化硅和氮化硅组合，则 先采用化学气相沉积法在钝化层202上形成厚度为500埃 2000埃的氧化硅层，且氧化硅 层包围金属屏蔽层205、籽晶层206和凸点下金属层207 ；然后，再采用化学气相沉积法在氧 化硅层上形成厚度为500埃 8000埃的氮化硅层；采用干法刻蚀法去除凸点下金属层207 和钝化层202上方的氧化硅层和氮化硅层，及金属屏蔽层205、籽晶层206的侧面及凸点下 金属层207侧面的部分氧化硅层和氮化硅层，所述干法刻蚀法采用的气体为lOOsccm(标准 状态毫升/分) 400sccm，流量为100秒 1200秒。在凸点下金属层207上形成预定凸点216a。作为本实施例的第一实例，如图8a所 示，采用焊球直接置放法(Ball Placement)在凸点下金属层207上放置凸点216，所述凸点 216是直径为90μπι 110 μ m的焊球。本实施例中，凸点216的材料为共溶锡铅合金、高铅锡铅合金，锡银合金或锡银铜口巫寸O本实施例中，所述焊球直接置放法具体方法是；使用与半导体衬底200上的各金 属垫层204位置一一对应的开孔模具，先在半导体衬底200的凸点下金属层207和侧墙214 上涂布助焊剂215，利用放置机台将焊球直接放置于凸点下金属层207上的助焊剂215表参考图9，然后，将半导体衬底200放入回流炉内，对半导体衬底200上的凸点216 进行保温回流；形成预定凸点216a。本实施例中，回流温度为220°C 350°C。本实施例中，如果凸点下金属层207的面积为90μπι IOOym的圆。回流后，预 定凸点216a的高度为90μπι ΙΙΟμπι。作为本实施例的第二实例，如图8b所示，采用印刷板方法在凸点下金属层207和 侧墙214上放置凸点216，所述凸点216的厚度为60 μ m 90 μ m。在凸点216上涂布助焊 剂 215。本实施例中，凸点216的材料为共溶锡铅合金、高铅锡铅合金，锡银合金或锡银铜合金等。
本实施例中，所述印刷板方法具体是；使用与半导体衬底200上各金属垫层204位 置一一对应的开孔模具，利用印刷板机台将焊料直接涂布于凸点下金属层207上面。本实施例中，所使用的开孔模具的开孔大小为90 μ m 100 μ m。参考图9，将半导体衬底200放入回流炉内，对半导体衬底200上的凸点216进行 保温回流；形成预定凸点216a。本实施例中，回流温度为220°C 350°C。本实施例中，如果凸点下金属层207的面积为100 μ m的圆。回流后，预定凸点216a 的高度为IOOym 120 μ m。本实施例中，在金属屏蔽层205、籽晶层206和凸点下金属层207形成侧墙214，使 这三层保持一定高度；然后直接在凸点下金属层207上放置凸点216 ；这种方法使凸点216 不会产生体积增大，包围凸点下金属层207和籽晶层206的情况；在半导体器件集成度不断 增加的形势下，凸点216a间不会发生桥接现象，避免了短路现象的发生，提高了半导体器 件的电性能。基于上述实施例形成的凸点，包括半导体衬底200 ；位于半导体衬底200上的金 属垫层204和钝化层202，所述金属垫层204镶嵌于钝化层204中，且通过钝化层202上的 开口暴露出金属垫层204 ；金属屏蔽层205，位于钝化层204开口内的金属垫层205上，金属 屏蔽层205中含有铜金属；籽晶层206，位于金属屏蔽层205上，籽晶层206中含有铜金属； 凸点下金属层207，位于籽晶层206上，其中含有铜金属；侧墙214，位于金属屏蔽层205、籽 晶层206和凸点下金属层207两侧，所述侧墙214的材料可以是氧化硅、氮化硅或氧化硅和 氮化硅组合，用于防止后续回流凸点过程中，凸点体积增大包围籽晶层206和凸点下金属 层207 ；预定凸点216a，位于凸点下金属层207和侧墙214上，采用印刷板方法直接放置于 凸点下金属层207和侧墙214上。虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术 人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应 当以权利要求所限定的范围为准。
权利要求
1.一种凸点的形成方法，其特征在于，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有金属垫层和钝化层，所述金属垫层镶嵌于 钝化层中，且通过钝化层上的开口暴露出金属垫层；在钝化层开口内的金属垫层及钝化层上形成金属屏蔽层；在金属屏蔽层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上有与金属垫层位置对应的开口 ；在光刻胶层开口内的金属屏蔽层上形成籽晶层和凸点下金属层；去除光刻胶层后，刻蚀去除金属垫层位置以外的金属屏蔽层；在金属屏蔽层、籽晶层和凸点下金属层两侧形成侧墙；在凸点下金属层上放置凸点；回流凸点。
2.根据权利要求1所述的凸点的形成方法，其特征在于所述侧墙的材料是氧化硅、氮 化硅、或氧化硅和氮化硅组合。
3.根据权利要求2所述的凸点的形成方法，其特征在于所述侧墙的厚度为0.1微 米 1微米。
4.根据权利要求3所述的凸点的形成方法，其特征在于形成侧墙的方法为物理溅射 法、化学气相沉积法或原子层垒叠法。
5.根据权利要求1所述的凸点的形成方法，其特征在于放置凸点的方法为印刷板方 法或焊球直接置放法。
6.根据权利要求1所述的凸点的形成方法，其特征在于所述金属屏蔽层为耐热金属 层与金属铜层的组合。
7.根据权利要求6所述的凸点的形成方法，其特征在于所述耐热金属层的材料为钛、 钛化钨或铬。
8.根据权利要求1所述的凸点的形成方法，其特征在于所述凸点下金属层为铜。
9.根据权利要求1所述的凸点的形成方法，其特征在于所述籽晶层的材料为铜。
10.根据权利要求1所述的凸点的形成方法，其特征在于回流凸点的温度为220°C ;350°C。
11.根据权利要求10所述的凸点的形成方法，其特征在于所述凸点的材料为共溶锡 铅合金、高铅锡铅合金，锡银合金或锡银铜合金。
12.—种采用权利要求1的方法形成的凸点，包括半导体衬底；位于半导体衬底上的 金属垫层和钝化层，所述金属垫层镶嵌于钝化层中，且通过钝化层上的开口暴露出金属垫 层；位于钝化层开口内的金属垫层上的金属屏蔽层；位于金属屏蔽层上籽晶层；位于籽晶 层上的凸点下金属层；位于凸点下金属层上的凸点；其特征在于，所述金属屏蔽层、籽晶层 和凸点下金属层两侧形成有侧墙。
13.根据权利要求12所述的凸点，其特征在于所述侧墙的材料是氧化硅、氮化硅、或 氧化硅和氮化硅组合。
14.根据权利要求13所述的凸点，其特征在于所述侧墙的厚度为0.1微米 1微米。
15.根据权利要求12所述的凸点，其特征在于所述金属屏蔽层为耐热金属层与金属 铜层的组合。
16.根据权利要求15所述的凸点，其特征在于所述耐热金属层的材料为钛、钛化钨或铬。
17.根据权利要求12所述的凸点，其特征在于所述凸点下金属层为铜。
18.根据权利要求12所述的凸点，其特征在于所述籽晶层的材料为铜。
19.根据权利要求12所述的凸点，其特征在于所述凸点的材料为共溶锡铅合金、高铅 锡铅合金，锡银合金或锡银铜合金。
全文摘要
一种凸点及其形成方法。其中凸点的形成方法，包括提供半导体衬底，所述半导体衬底上形成有金属垫层和钝化层，所述金属垫层镶嵌于钝化层中，且通过钝化层上的开口暴露出金属垫层；在钝化层开口内的金属垫层及钝化层上形成金属屏蔽层；在金属屏蔽层上形成光刻胶层，所述光刻胶层上有与金属垫层位置对应的开口；在光刻胶层开口内的金属屏蔽层上形成籽晶层和凸点下金属层；去除光刻胶层后，刻蚀去除金属垫层位置以外的金属屏蔽层；在金属屏蔽层、籽晶层和凸点下金属层两侧形成侧墙；在凸点下金属层上放置凸点；回流凸点。本发明解决了凸点间发生桥接的情况，避免了短路现象的发生。
文档编号H01L23/485GK102044455SQ20091019708
公开日2011年5月4日 申请日期2009年10月13日 优先权日2009年10月13日
发明者王津洲 申请人:中芯国际集成电路制造(上海)有限公司