专利名称：凸块的形成方法
技术领域：
本发明涉及半导体器件的制造领域，尤其涉及凸块的形成方法。
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。为了实现多层结构芯片层与层之间、内部器件与外部器件之间的连接，凸块通常 形成在半导体芯片周围的外部端子或有源区的预定区域阵列中形成的外部端子上。凸块材 料一般为焊料如金(Au)、锡银合金(Sn-Ag)或类似的金属材料组成。在45 μ m以下的工艺 中，半导体器件集成度越来越高，在封装过程中通常采用金凸块(gold bump)作为端电极。 而金凸块的重要特性指标就是硬度，金凸块的硬度是由金凸块镀金层的成分和最终退火温 度决定的。现有技术中的形成以金材料的凸块的具体工艺如下如图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块材料同金属 垫层104的相互扩散，所述金属屏蔽层105为双层结构，第一层材料为钛、钛化钨或钽，第二 层材料为钛、钛化钨或钽的氮化物。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上形成金属金层108。参考图3，去除光刻胶层107后，刻蚀去除金属金层108以外的金属屏蔽层105至 露出钝化层102。如图4所示，进行退火工艺，形成金凸块108a ；所述退火温度为280°C 320°C，退 火时间为10 30分钟。退火后的金凸块108a，其硬度较低；在后续的装配连接与封装过 程中，金凸块108a向四周扩展变形，易造成金凸块108a间发生桥接现象。随着半导体器件集成度越来越高，凸块与凸块之间的距离愈来愈小，为了保持凸 块的力学强度，尤其是在45μπι以下的工艺中，采用金凸块(gold bump)作为端电极；现有 在制作金凸块的过程中，经过退火工艺后，由于金硬度变软的性质，金凸块的体积变大横向 扩展，造成金凸块间发生桥接现象更为显著，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块的形成方法，防止凸块间发生桥接现象。为解决上述问题，本发明一种凸块的形成方法，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 金属屏蔽层上形成金属金层；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； 在金属屏蔽层和金属金层两侧形成侧墙；进行退火工艺，形成金凸块。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或化学气相沉积法。可选的，所述形成金属金层的方法为电镀法。所述金属金层的厚度为12 25微米。可选的，所述金属屏蔽层为耐热金属层与耐热金属层氮化物的组合。所述耐热金 属层的材料为钛、钛化钨或钽。可选的，所述退火温度为280°C 320°C，退火时间为10 30分钟。与现有技术相比，本发明具有以下优点在金属屏蔽层和金属金层两侧形成侧墙； 在对金属金层进行退火时，侧墙能有效防止凸块体积增大，限制凸块横向扩展；在半导体器 件集成度不断增加的形势下，凸块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4是现有工艺制作凸块的示意图；图5是本发明制作凸块的具体实施方式
流程图；图6至图9是本发明制作凸块的实施例示意图。
具体实施例方式本发明给出了制作凸点的具体流程如图5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金属金层；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 屏蔽层和金属金层两侧形成侧墙；执行步骤S17，进行退火工艺，形成金凸块。下面结合附图对本发明的具体实施方式
做详细的说明。图6至图9是本发明制作凸块的实施例示意图。参照图6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204 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 耐热金属层与耐热金属层氮化物的组合，其中耐热金属层的材料为钛、钛化钨或钽；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 2000 埃，耐热金属层氮化物的厚度为1000埃 4000埃。参考图7，用旋涂法在金属屏蔽层205上形成光刻胶层207 ；对光刻胶层207进行 曝光、显影工艺后，在光刻胶层207上形成开口，所述开口的位置与金属垫层204的位置对应。继续参考图7，以光刻胶层207为掩模，用电镀法在开口内的金属屏蔽层205上形 成金属金层208，所述金属金层208的厚度范围为12微米 25微米。参考图8，去除光刻胶层，去除所述光刻胶层为本领域技术人员公知技术。以金属 金层208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8，利用物理溅射法或化学气相沉积法在含有金属金层208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209。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和金属金层208 ；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。参考图9，用等离子体非等方位物理刻蚀法去除钝化层202和金属金层208上方的 氧化硅、氮化硅或氧化硅和氮化硅组合绝缘薄膜，在金属屏蔽层205和金属金层208两侧形 成厚度为0. 1 μ m 1 μ m的侧墙209a。然后，进行退火工艺，形成金凸块208a。本实施例中，退火工艺用于调节金凸块208a的硬度，所述退火温度为280°C 320°C，退火时间为10 30分钟。本实施例中，等离子体非等方位物理刻蚀法采用的气体为CH3F、CH2F2、02和CHF3 混合气体。本实施例，在金属屏蔽层205和金属金层208两侧形成侧墙209a ；在进行退火时， 侧墙209a能有效防止金凸块208a体积增大，限制金凸块208a横向扩展；在半导体器件集 成度不断增加的形势下，使后续凸块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。虽然本发明己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
1.一种凸块的形成方法，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金属金层；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；在金属屏蔽层和金属金层两侧形成侧墙；进行退火工艺，形成金凸块。
2.根据权利要求1所述的凸块的形成方法，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所述的凸块的形成方法，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所述的凸块的形成方法，其特征在于形成侧墙的方法为物理溅射 法或化学气相沉积法。
5.根据权利要求1所述的凸块的形成方法，其特征在于所述形成金属金层的方法为 电镀法。
6.根据权利要求5所述的凸块的形成方法，其特征在于所述金属金层的厚度为12微 米 25微米。
7.根据权利要求1所述的凸块的形成方法，其特征在于所述金属屏蔽层为耐热金属 层与耐热金属层氮化物的组合。
8.根据权利要求7所述的凸块的形成方法，其特征在于所述耐热金属层的材料为钛、 钛化钨或钽。
9.根据权利要求1所述的凸块的形成方法，其特征在于所述退火温度为280°C 320°C，退火时间为10 30分钟。
全文摘要
一种凸块的形成方法，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金属金层；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；在金属屏蔽层和金属金层两侧形成侧墙；进行退火工艺，形成金凸块。本发明凸块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。
文档编号H01L21/60GK102054707SQ200910198578
公开日2011年5月11日 申请日期2009年11月10日 优先权日2009年11月10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