具有多凸点式电气互连件的半导体器件及其制造方法

具有多凸点式电气互连件的半导体器件及其制造方法
【专利摘要】一种具有多凸点式电气互连件的半导体器件及其制造方法，所述制造半导体器件的方法可以包括：提供具有芯片焊盘的衬底；在所述衬底上形成焊料叠层，所述焊料叠层包括堆叠的至少两个焊料层和插入在所述至少两个焊料层之间的至少一个中间层。可以对所述焊料叠层进行回流焊，从而形成与所述芯片焊盘电连接的凸点叠层。所述凸点叠层可以包括堆叠的至少两个焊料凸点和插入在所述至少两个焊料凸点之间的至少一个中间层。本发明还公开了相关的结构。
【专利说明】具有多凸点式电气互连件的半导体器件及其制造方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2012年7月31日提交的韩国专利申请N0.10-2012-0084076的优先权,在此通过弓I用方式将该申请的全部内容并入本文。
【技术领域】
[0003]本发明构思涉及半导体器件，更具体地说，涉及具有多凸点结构式电气互连件的半导体器件及其制造方法。
【背景技术】
[0004]一般来说，半导体器件具有与不同半导体器件或封装件衬底相互电连接的电气互连件。因此，需要半导体器件的电气互连件来进行可靠、稳定的电气互连。

【发明内容】

[0005]根据本发明构思的示例性实施例，提供了一种制造半导体器件的方法，所述方法包括:提供具有芯片焊盘的衬底；在所述衬底上形成焊料叠层，所述焊料叠层包括堆叠的至少两个焊料层和插入在所述至少两个焊料层之间的至少一个中间层；以及对所述焊料叠层进行回流焊，从而形成与所述芯片焊盘电连接的凸点叠层，所述凸点叠层包括堆叠的至少两个焊料凸点和插入在所述至少两个焊料凸点之间的所述至少一个中间层。
[0006]在一些示例性实施例中，形成所述焊料叠层的步骤可以包括:在所述衬底上形成具有开口的掩模层；在所述开口中按顺序地形成相互堆叠的第一焊料层、中间层和第二焊料层；以及去除所述掩模层。
[0007]在其他示例性实施例中，可以通过电镀相同的焊料来形成所述第一焊料层和所述
第二焊料层。
[0008]在其他示例性实施例中，所述第一焊料层和所述第二焊料层中的一者可以通过电镀其熔点比用于形成另一者的焊料的熔点高的焊料而形成。
[0009]在其他示例性实施例中，可以通过电镀或沉积比用于形成所述第一焊料层和所述第二焊料层中的至少一者的金属贵重或熔点高的贵金属或高熔点金属来形成所述中间层。
[0010]在其他示例性实施例中，形成所述凸点叠层的步骤可以包括:对所述第一焊料层进行回流焊，从而在所述中间层的底面上形成第一焊料凸点；以及对第二焊料层进行回流焊，从而在所述中间层的顶面上形成第二焊料凸点。
[0011]在其他示例性实施例中，所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点中的至少一者可以呈珠状或柱状。
[0012]在其他示例性实施例中，所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点中的一者可以呈珠状，而另一者呈柱状。
[0013]在其他示例性实施例中，所述中间层可以呈平的盘形，其中所述中间层的底面和顶面中的至少一个表面是平滑的并且连接底面和顶面的侧面是竖直的。[0014]根据本发明构思的示例性实施例，提供了一种半导体器件，所述半导体器件可以包括凸点叠层，所述凸点叠层与形成在衬底上的芯片焊盘电连接。所述凸点叠层可以包括:堆叠在所述芯片焊盘上的第一焊料凸点和第二焊料凸点；以及插入在所述第一焊料凸点与所述第二焊料凸点之间的金属层。所述金属层的熔点可以高于所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点的熔点。
[0015]在一些示例性实施例中，所述金属层可以呈盘形，并且包括与所述第一焊料凸点邻接的底面、与所述第二焊料凸点邻接的顶面以及连接顶面与底面的侧面。
[0016]在其他示例性实施例中，所述顶面和所述底面中的至少一个表面可以是平滑的或阶梯状的，而所述侧面可以是竖直的。
[0017]在其他示例性实施例中，所述第一焊料凸点可以包括其熔点与所述第二焊料凸点的焊料的熔点相同的焊料。
[0018]在其他示例性实施例中，所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点中的一者可以包括其熔点比用于另一者的焊料的熔点低的焊料。
[0019]在其他示例性实施例中，所述半导体器件还可以包括金属间化合物层，所述金属间化合物层插入在所述金属层与所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点中的至少一者之间。
【专利附图】

【附图说明】
[0020]结合附图，从本发明构思的非限制性实施例的更具体描述中将会清楚本发明构思的前述和其他特征和优点，在全部的各个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。附图不一定是按照比例的，而是着重于示出本发明构思的原理。在附图中:
[0021]图1A是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体器件的剖视图；
[0022]图1B是示出图1A的一部分的放大剖视图；
[0023]图2A是示出半导体封装件的剖视图，其中该半导体封装件包括根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体器件；
[0024]图2B是示出图2A的一部分的剖视图；
[0025]图2C和图2D是示出焊接电气互连件的剖视图；
[0026]图3A是示出位于焊料凸点结构与封装件衬底之间的普通电气互连件的剖视图；
[0027]图3B是示出位于柱形凸点结构与封装件衬底之间的普通电气互连件的剖视图；
[0028]图4A至图4F是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体器件的制造方法的剖视图；
[0029]图5A至图5E是示出图4F的其他实施例的剖视图；
[0030]图6A至图6C是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体器件的制造方法的剖视图；
[0031]图7A至图7C是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体器件的制造方法的剖视图；
[0032]图8A是示出存储卡的实例的示意性框图，其中该存储卡包括至少一个根据本发明构思的示例性实施例的半导体装置；以及
[0033]图SB是示出信息处理系统的实例的示意性框图，其中该信息处理系统包括至少一个根据本发明构思的示例性实施例的半导体装置。
【具体实施方式】
[0034]下面，将参考示出本发明构思的一些示例性实施例的附图，更全面地描述本发明构思的示例性实施例。然而，示例性实施例可以按照许多种不同的形式具体实现，并且不应当被解释为限于所述的实施例；相反，提供这些示例性实施例是为了使得本公开内容详尽和完整，并且将本发明构思的示例性实施例的范围完全传达给本领域的技术人员。在附图中，为了清楚，层和区域的厚度会被放大。在附图中的相同附图标记表示相同的元件。
[0035]应当理解的是，当元件被称作“连接”或“耦接”到另一个元件时，该元件可以与另一个元件直接连接或直接耦接，或者也可以存在中间元件。相反，当元件被称作“直接连接”或“直接耦接”到另一个元件时，则不存在中间元件。本文所使用的术语“和/或”包括所列相关项目中的一个或多个项目的任何和所有组合。应当按照类似的方式解释用来描述元件或层之间关系的其他词语(例如，“在……之间”与“直接在……之间”、“邻接”与“直接邻接”以及“在……上”与“直接在……上”)。
[0036]应当理解的是，虽然术语第一、第二等在本文中可以用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当被该术语所限制。这些术语仅用来将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，下面论述的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分也可以被称为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分。
[0037]为了便于描述，在本文中使用空间关系术语“下方”、“下面”、“下部”、“上面”、“上部”等来描述附图中示出的一个元件或特征与另一个(或多个)元件或特征的关系。应当理解的是，除了附图描绘的方位以外，空间关系术语旨在涵盖设备在使用时或在操作时的不同方位。例如，如果附图中的设备翻转，那么被描述为在其他元件或特征“下方”或“下面”的元件将会指向在其他元件或特征“上面”。因此，示例性术语“下面”可以涵盖上面和下面两种方位。设备可以指向其他方位(旋转90度或其他方位)，并且可以相应地解释本文所使用的空间关系描述用语。
[0038]本文所使用的术语仅用来描述具体实施例而不是用来限制示例性实施例。除非文章中明确地指出，否则本文所使用的单数形式“一”、“一个”和“该”旨在也包括复数形式。还应当理解的是，在本说明书中使用的术语“包括”、“包括……的”、“包含”和/或“包含……的”表明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件，但并不排除存在或增加一种或多种其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或它们的组。
[0039]参考作为示例性实施例的理想化实施例(和中间结构)的示意性视图的剖视图来描述示例性实施例。因此，例如由于制造技术或容差造成的与所示形状之间的变换是可以预料的。因此，示例性实施例不应当被解释为限于本文所示部位的具体形状，而是应当包括例如由制造而产生的形状偏差。例如，以矩形示出的注入区域可以具有圆形或曲线形特征，以及/或者在其边缘处具有注入物浓度变化，而不是从注入区域到非注入区域的二元变化。同样，由注入形成的掩埋区域可以导致在掩埋区域与发生注入的表面之间的区域中的一些注入。因此，附图中所示的区域实际上是示意性的，它们的形状不是用来示出器件的区域的实际形状并且不是用来限制示意性实施例的范围。[0040]还应当理解的是，虽然在本文中可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但是这些元件不应当被这些术语所限制。这些术语仅用来将一个元件与另一个元件区分开。因此，在不脱离本发明构思的示例性实施例的教导的情况下，在一些实施例中的第一元件在其他实施例中可以被称为第二元件。在本文中描述和示出的本发明构思的示例性实施例的各个方面包括它们的互补等同内容。
[0041]除非另有定义，否则在本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与示例性实施例所属领域的任一普通技术人员通常理解的相同含义。还应当理解，除非明确地定义，否则术语(例如，通用字典中定义的术语)应当解释为具有与相关领域上下文中的含义一致的含义，而不应当以理想化或过于形式化的意义进行解释。
[0042]图1A是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体器件的剖视图。图1B是示出图1A的一部分的放大剖视图。
[0043]参考图1A和图1B，半导体器件I可以包括位于衬底101 (例如，硅晶片)上的多个电气互连件11。衬底101可以包括集成电路，例如存储器电路、逻辑电路或它们的组合。电气互连件11可以包括凸点叠层130，该凸点叠层130与设置在衬底101上的芯片焊盘103电连接。在衬底101上可以设置有暴露出芯片焊盘103的钝化层105。作为一个实例，多个电气互连件11可以整齐地排列在衬底101上，从而可以改进I/O集成。可替换地，电气互连件11可以集中在衬底101的边缘或中心。
[0044]在凸点叠层130与芯片焊盘103之间可以布置下凸点金属层110。下凸点金属层110可以具有单层或多层结构。作为一个实例，如图4E所示，下凸点金属层110可以具有多层结构，并包括第一金属层111 (作为粘结层)、布置在第一金属层111上的第二金属层112(作为阻挡层)以及布置在第二金属层112上的第三金属层113 (作为润湿层)。第一金属层111至第三金属层113可以包括不同的金属。作为一个实例，第一金属层111可以包括Ti，第二金属层112可以包括Cu，第三金属层113可以包括Ni。可替换地，下凸点金属层110可以不包括第一金属层111和第二金属层112之一。
[0045]凸点叠层130可以具有多焊珠或多凸点结构，这种结构包括至少两个焊料凸点131和135和插入在所述至少两个焊料凸点131和135之间的至少一个中间层133。第一焊料凸点131和第二焊料凸点135可以包括相同焊料(例如，Sn和Sn-Ag)或不同的焊料。中间层133可以包括金属(例如，Ni和N1-Sn)。第一焊料凸点131可以通过中间层133与第二焊料凸点135间隔开。在中间层133与第一焊料凸点131之间还可以设置金属间化合物层141。在中间层133与第二焊料凸点135之间还可以设置另一金属间化合物层141。第一焊料凸点131和第二焊料凸点135中的至少一者可以呈焊珠状或柱状。中间层133可以呈平的或粗糙的盘形。凸点叠层130可以呈直立在衬底101上的哑铃形状。作为一个实例，凸点叠层130具有双焊珠结构或双凸点结构，该结构包括堆叠的第一焊料凸点131和第二焊料凸点135以及插入在第一焊料凸点131与第二焊料凸点135之间的中间层133。中间层133可以是盘式单层，并包括平滑的顶面133a和底面133b以及竖向的侧面133c。可替换地，中间层133可以具有粗糙的顶面133a和底面133b以及竖向的侧面133c。例如，参考图5A至图5E所述，中间层133、焊料凸点131和135的数量和形状可以具有各种变化。
[0046]半导体器件I的电气互连件11可以具有凸点叠层130，从而可以获得细小的间距、机械可靠性和/或热可靠性以及简易的安装过程(例如，封装)。[0047]图2A是示出半导体封装件的剖视图，其中该半导体封装件包括根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体器件。图2B是示出图2A的一部分的剖视图。图2C和图2D是示出焊接电气互连件的剖视图。
[0048]参考图2A和图2B，可以通过以下方式制成半导体封装件90:将具有电气互连件11的半导体器件I安装在封装件衬底92上；然后形成模塑层98以模制成半导体器件I。电气互连件11可以替换为参考图5A至图5E所述的电气互连件12、13、14、15和16之一。封装件衬底92可以是印刷电路板(PCB)，并包括用于与任何电气设备相互电连接的至少一个外部端子96和用于与电气互连件11相互电连接的多个衬底焊盘94。模塑层98可以覆盖半导体器件I并且填充半导体器件I与封装件衬底92之间的缝隙。可替换地，在半导体器件I与封装件衬底92之间还可以形成下填充层97。
[0049]半导体器件I可以以倒装芯片接合的方式安装在封装件衬底92上。例如，半导体器件I可以在电气互连件11朝向封装件衬底92以便与衬底焊盘94电连接的朝下状态下安装在封装件衬底92上，从而使半导体器件I与封装件衬底92电连接。可以利用分布在衬底101上的电气互连件11并通过倒装芯片结合的方式封装半导体器件I。因此，由于电气互连件11可以用作传热路径，所以半导体封装件90可以在很宽的温度范围内具有较高的热性能。半导体封装件90可以具有多个半导体器件1，这些半导体器件以倒装芯片接合的方式安装，从而可以实现较高的封装密度。
[0050]如图2C所示，可以通过将凸点叠层130浸润在储存有焊剂82的容器80中的方式实现第二焊料凸点135与衬底焊盘94之间的焊接。因为第二焊料凸点135可以通过焊剂82保持在清洁的状态，所以第二焊料凸点135与衬底焊盘94之间可以获得良好焊接。可替换地，如图2D所示，第二焊料凸点135可以与设置在衬底焊盘94上的焊料95粘接。
[0051]因为凸点叠层130的高度H是可任意调节的，所以可以保证衬底101与封装件衬底92之间的所需缝隙G。发明人意识到，如果缝隙G太小，那么可能会不完整地形成模塑层98和/或下填充层97。这会在电 气互连件11与衬底焊盘94之间产生不良的相互连接，从而使机械和/或电气性能劣化。因此，发明人意识到，需要保证合理尺寸的缝隙G，从而良好地形成模塑层98和/或下填充层97。例如，缝隙G的尺寸可以为大约60 μ m或以上，以便在缝隙G中提供足够的填充物(例如，环氧树脂模塑化合物)。凸点叠层130的高度H可以为60 μ m，从而保证缝隙G的尺寸。作为一个实例，如果第一焊料凸点131和第二焊料凸点135的厚度均为大约5 μ m至50 μ m并且中间层133的厚度为大约I μ m至20 μ m,那么凸点叠层130的高度H可以为大约1111111至12(^111。也就是说，适当控制焊料凸点131、135和中间层133的厚度可以保证所需尺寸的缝隙G。在说明书中，凸点叠层130的高度H可以定义为从衬底101突出的长度。例如，给出的凸点叠层130的高度H可以为从衬底101或钝化层105的顶面到第二焊料凸点135的顶面的竖向长度，或者为第一焊料凸点131、第二焊料凸点135和中间层133的总厚度。
[0052]图3A是示出位于焊料凸点结构与封装件衬底之间的普通电气互连件的剖视图。图3B是示出位于柱形凸点结构与封装件衬底之间的普通电气互连件的剖视图。
[0053]参考图3A和图2B，具有双凸点结构的凸点叠层130的宽度可以小于具有与凸点叠层130的高度H相同或相似高度的单凸点结构的宽度。例如，如图3A所示，可以存在以下这种普通电气互连件21:该普通电气互连件具有单焊料凸点230并且高度H与凸点叠层130的高度H相同或相似。电气互连件21可以与衬底焊盘94连接以保证如本发明构思的实施例一样的缝隙G。在这种情况下，单焊料凸点230的体积会大于第一焊料凸点131和第二焊料凸点135中每一个焊料凸点的体积。因此，单焊料凸点230的宽度W2会大于凸点叠层130的宽度W1。与凸点叠层130相比，单焊料凸点230的较宽宽度W2会导致更宽的间距。因为凸点叠层130可以形成为具有微凸点结构，所以可以实现细小的间距(例如，IOOym或更小)。
[0054]参考图3Β和图2Β，由于中间层133插入在第一焊料凸点131与第二焊料凸点135之间，所以凸点叠层130可以具有比柱形凸点结构更好的机械和/或电气特性。例如，可以存在以下这种普通电气互连件31:如图3Β所示，该普通电气互连件31具有凸点柱330或者具有凸点柱330以及位于其上的焊料层332。当衬底101以倒装芯片接合的方式安装在封装件衬底92上以及/或者使用半导体封装件时，机械应力和/或热应力会施加在电气互连件31上。因此，凸点柱330和/或焊料层332可能会变形或断裂。根据一些实施例，中间层133可以防止第一焊料凸点131和第二焊料凸点135中的至少一者由于机械应力和/或热应力而变形，以及/或者可以减轻应力。
[0055]图4Α至图4F是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体器件的制造方法的剖视图。
[0056]参考图4Α，可以在上面形成有芯片焊盘103的衬底101上顺序地形成第一金属层111和第二金属层112。衬底101可以是硅晶片。可以通过在衬底101上沉积或电镀金属(例如，Cu、Al)来形成芯片焊盘103。还可以进一步形成暴露出芯片焊盘103的钝化层105。钝化层105可以包括氧化硅、氮化硅或例如聚酰亚胺等聚合物。第一金属层111可以是与芯片焊盘103或钝化层105之间具有良好粘合性的金属胶层。可以通过沉积(例如，溅射)Ti, T1-W, Cr ,Al或它们的任何组合来形成第一金属层111。第二金属层112可以是防止焊料(例如，Sn-Ag)或一些金属(例如，Cu)扩散的金属阻挡层。可以通过沉积(例如，溅射)Cu、Cr-Cu、N1、N1-V或它们的任何组合来形成第二金属层112。可替换地，可以通过镀金属(例如，非电解镀)Ni在衬底101上形成可以用作粘合层和阻挡层的单层。
[0057]参考图4B，可以在第二金属层112上形成第三金属层113。例如，可以在第二金属层112上形成掩模层121，然后形成第三金属层113。可以通过涂覆并图案化光致抗蚀剂来形成掩模层121，以具有敞开芯片焊盘103的上方区域的开口 121p。可以通过镀金属(例如，电镀)N1.Cu.Au或它们的任何组合来形成第三金属层113。第三金属层113可以用作焊接用的润湿层。
[0058]参考图4C，可以在开口 121p中形成第一焊料凸点层131a、中间层133和第二焊料凸点层135a。根据一些实施例，可以通过镀相同的焊料(例如，电镀)来形成第一焊料凸点层131a 和第二焊料凸点层 135a。可以通过电锻 Sn、In、Sn_In、Sn-Ag> Sn-Au> Sn-Cu> Sn-Bi>Sn-Zn、Sn-Ag-Cu、Sn-Ag-B1、Sn-Ag-Zn、Sn-Cu-B1、Sn-Cu-Zn、Sn-B1-Zn、Sn-Ag-Ce 或它们的任何组合来形成第一焊料凸点层131a和第二焊料凸点层135a。可以通过镀或沉积其熔点高于第一焊料凸点层131a和/或第二焊料凸点层135a的熔点的金属来形成中间层133。可替换地，可以通过镀或沉积比第一焊料凸点层131a和/或第二焊料凸点层135a贵重的贵金属来形成中间层133。例如，第一焊料凸点层131a和第二焊料凸点层135a可以包括Sn-Ag或Sn-Bi，中间层133可以包括Ni或Ni_Sn。[0059]第三金属层113呈凹陷形状。因为第一焊料凸点层131a的厚度大于第三金属层113的厚度，所以第一焊料凸点层131a可以具有平的顶面。因此，中间层133可以呈平的盘形。第二焊料凸点层135a的形状可以随着掩模层121的高度或第二焊料凸点层135a的体积而改变。例如，当第二焊料凸点层135a形成为的其顶面高于掩模层121的顶面121s时，第二焊料凸点层135a可以呈蘑菇形状。
[0060]参考图4D，可以通过灰化处理来去除掩模层121。在去除掩模层121之后，可以在衬底101上形成包括第一焊料凸点层131a、中间层133和第二焊料凸点层135a的焊料叠层130a，其中第一焊料凸点层131a、中间层133和第二焊料凸点层135a堆叠在一起并且具有与芯片焊盘103的侧壁竖向对齐的侧壁。焊料叠层130a可以不覆盖一部分第二金属层112，从而使第二金属层112的该部分可以暴露出来。
[0061]参考图4E，可以选择性地去除第二金属层112的没有被焊料叠层130a覆盖的部分，并且可以选择性地去除第一金属层111的位于该部分第二金属层112的正下方的部分。图案化的第一金属层111和第二金属层112以及第三金属层113可以组成位于焊料叠层130a与芯片焊盘103之间的下凸点金属层110。可以使用干法刻蚀处理或湿法刻蚀处理来选择性地去除第一金属层111和第二金属层112。
[0062]参考图4F，可以对焊料叠层130a进行回流焊，从而形成具有竖向双凸点结构的凸点叠层130。例如，如果焊料叠层130a在高于第一焊料层131a和第二焊料层135a的熔点(例如，250°C或更低)的温度下回流焊，那么第一焊料层131a和第二焊料层135a可以变成液相。由于液态焊料的表面张力，可以将第一焊料层131a和第二焊料层135a中的每一个形成为呈珠状。可以同时形成第一焊料凸点131和第二焊料凸点135。因为中间层133可以包括其熔点比第一焊料层131a和第二焊料层135a的熔点高的金属或者贵金属，所以在进行回流焊工艺时，中间层133可以保持平的盘形并具有平滑的顶面133a和底面133b以及竖向的侧面133c。可替换地，中间层133可以具有不规则的顶面133a和底面133b以及竖向的侧面133c。回流焊工艺可以使中间层133与焊料凸点131和135相互反应，从而可以在中间层133与第一焊料凸点131之间以及在中间层133与第二焊料凸点135之间形成金属间化合物层141。根据上述工艺，可以形成如图1A所示的半导体器件1，其中半导体器件I具有电气互连件11，而电气互连件11具有凸点叠层130。可替换地，根据回流焊的温度，第一焊料凸点131和第二焊料凸点135可以呈近似柱形的形状(其中，中间层133位于第一焊料凸点131与第二焊料凸点135之间)。
[0063]在一些示例性实施例中，中间层133可以防止焊料从第一焊料凸点131扩散到第二焊料凸点135或者反之亦然。此外，中间层133可以防止第一焊料凸点131和/或第二焊料凸点135由于机械应力和/或热应力而变形，并且可以减轻应力。
[0064]图5A至图5E是示出图4F的不同实施例的剖视图
[0065]参考图5A，可以通过在柱状第一焊料凸点131上竖向地堆叠珠状第二焊料凸点135来形成具有混合竖向凸点叠层130的第二电气互连件12。例如，如果第一焊料凸点131包括较高熔点的焊料(例如，Sn-Ag)并且第二焊料凸点135包括较低熔点的焊料(例如，Sn-Bi)，那么回流焊工艺可以制成珠状的第二焊料凸点135和圆柱状或凸肚状的第一焊料凸点131。
[0066]参考图5B，可以通过在珠状第一焊料凸点131上竖向地堆叠柱状第二焊料凸点135来形成具有混合竖向凸点叠层130的第三电气互连件13。例如，如果第一焊料凸点131包括较低熔点的焊料(例如，Sn-Bi)并且第二焊料凸点135包括较高熔点的焊料(例如，Sn-Ag)，那么回流焊工艺可以制成珠状的第一焊料凸点131和圆柱状或凸肚状的第二焊料凸点135。
[0067]参考图5C，第四电气互连件14可以形成为具有竖向堆叠的双凸点结构。第四电气互连件14可以包括盘形中间层133，该中间层包括阶梯状的顶面133a和底面133b和竖向的侧面133c。下凸点金属层110可以形成为具有阶梯形状，从而第一焊料凸点131可以形成为具有阶梯状的顶面。因此，中间层133可以形成为具有阶梯状的顶面133a和底面133b。可替换地，中间层133的侧面133c可以是竖直的，并且中间层133的顶面133a和底面133b中的一个表面可以是平的，而另一个表面可以是阶梯状的。在一些实施例中，中间层133的顶面133a可以是平的，而中间层133的底面133b可以是阶梯状的。
[0068]参考图5D，第五电气互连件15可以形成为具有多层中间层。例如，多层中间层可以包括竖向堆叠的下部中间层136和上部中间层138。下部中间层136和上部中间层138中的一者可以由Ni形成，而另一者可以由N1-Sn形成。
[0069]参考图5E,第六电气互连件16可以形成为具有三凸点结构。第六电气互连件16还可以进一步包括位于第二焊料凸点135上的第三焊料凸点139。中间层133可以形成在第一凸点131与第二凸点135之间，并且可以在第二焊料凸点135与第三焊料凸点139之间进一步形成第二中间层137。可以通过电镀并回流焊相同或不同的焊料来形成第一焊料凸点131、第二焊料凸点135和第三焊料凸点139。可以通过电镀或沉积与中间层133相同或相似的金属来形成第二中间层137。例如，第二中间层137可以包括其熔点高于第一焊料凸点131、第二焊料凸点135和第三焊料凸点139中的至少一者的熔点的金属。可替换地，第二中间层137可以包括比第一焊料凸点131、第二焊料凸点135和第三焊料凸点139中的至少一个焊料凸点贵重的贵金属。第一焊料凸点131、第二焊料凸点135和第三焊料凸点139中的至少一个焊料凸点可以形成为呈珠状或柱状。中间层133和第二中间层137中的至少一者可以呈平的或阶梯状的盘形。
[0070]图6A至图6C是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体器件的制造方法的剖视图。
[0071]参考图6A,可以在衬底101上顺序地形成第一金属层111、第二金属层112和第三金属层113。例如，可以通过沉积法(例如，溅射法)、镀金属法(例如，电镀法)或它们的组合来形成第一金属层111至第三金属层113。
[0072]参考图6B，可以通过涂覆和图案化光致抗蚀剂在第三金属层113上形成掩模层121。掩模层121可以具有开口 121p，开口 121p具有与芯片焊盘103的侧壁竖向对齐的侧壁。此后，可以在开口 121p中形成第一焊料层131a、中间层133和第二焊料层135a。可以通过镀(例如，电镀)相同或不同的焊料来形成第一焊料层131a和第二焊料层135a。可以通过镀(例如，电镀)其熔点高于第一焊料层131a和第二焊料层135a中的至少一者的熔点的金属来形成中间层133。可替换地，可以通过镀(例如，电镀)比第一焊料层131a和第二焊料层135a中的至少一者贵重的贵金属来形成中间层133。
[0073]参考图6C，可以通过灰化处理来去除掩模层121。可以通过刻蚀处理来选择性地去除第一金属层111至第三金属层113的没有与焊料叠层130a重叠的部分。根据示例性实施例，由于选择性去除第一金属层111至第三金属层113，因而可以在焊料叠层130a与芯片焊盘103之间形成下凸点金属层110。可以对焊料叠层130a进行回流焊，从而形成如图4F所示的具有双凸点结构的电气互连件11。因此，可以形成如图1A所示的具有电气互连件11的半导体器件I。
[0074]图7A至图7C是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体器件的制造方法的剖视图。
[0075]参考图7A，可以通过在衬底101上涂覆和图案化光致抗蚀剂来形成掩模层121。掩模层121可以包括开口 121p，开口 121p暴露出形成在衬底101上的芯片焊盘103。此后，可以在开口 121p中形成第一金属层111、第二金属层112和第三金属层113,从而形成下凸点金属层110。根据示例性实施例，可以通过镀金属法(例如，电镀法)来形成第一金属层111至第三金属层113。
[0076]参考图7B，可以在开口 121p中形成第一焊料层131a、中间层133和第二焊料层135a。例如，可以通过镀(例如，电镀)焊料来形成第一焊料层131a和第二焊料层135a，可以通过镀(例如，电镀)熔点高于第一焊料层131a和第二焊料层135a中的至少一者的熔点的贵金属来形成中间层133。
[0077]参考图7C，可以通过灰化处理来去除掩模层121。因此，焊料叠层130a可以形成为具有堆叠在下凸点金属层110上的第一焊料层131a、中间层133和第二焊料层135a。可以对焊料叠层130a进行回流焊，从而形成如图4F所示的具有双凸点结构的电气互连件11。因此，可以形成具有如图1A所示的具有电气互连件11的半导体器件I。
[0078]图8A是示出存储卡的实例的示意性框图，其中该存储卡包括至少一个根据本发明构思的示例性实施例的半导体装置。
[0079]参考图8A，存储卡1200可以包括一般用于控制主机1230与闪存装置1210之间的数据交换的存储器控制器1220。使用SRAM1221作为处理单元1222的工作存储器。主机接口 1223具有与存储卡1200连接的主机1230的数据交换协议。纠错编码块1224检测并纠正从闪存装置1210中读取的数据所含有的错误。存储器接口 1225与根据示例性实施例的闪存装置1210接口连接。中央处理单元1222 —般控制与存储控制器1220之间的数据交换。闪存装置1210、SRAM1221和中央处理单元1222中的至少一者可以包括根据示例性实施例的图1A所示的半导体器件I和图2A所示的半导体封装件90中的至少一者。
[0080]图SB是示出信息处理系统的实例的示意性框图，其中该信息处理系统包括至少一个根据本发明构思的示例性实施例的半导体装置。
[0081]参考图8B，信息处理系统1300可以包括存储系统1310，其中该存储系统具有根据示例性实施例的图1A所示的半导体器件I和图2A所示的半导体封装件90中的至少一者。信息处理系统1300包括移动设备或计算机。例如，信息处理系统1300可以包括调制解调器1320、中央处理单元1330、RAM1340和用户接口 1350。存储系统1310可以包括存储器1311和存储器控制器1312并且具有与图8A所示的存储卡1200基本相同的构造。存储系统1310储存通过中央处理单元1330处理的数据和从外部输入的数据。信息处理系统1300可以用作存储卡、半导体设备磁盘、照相机图像传感器以及其他应用的芯片组。例如，存储系统1310可以实现为固态盘(SSD)。在这种情况下，信息处理系统1300可以在存储系统1310中稳定地储存大量数据。[0082]根据一些示例性实施例，由于堆叠的焊料凸点而可以灵活地设置半导体器件与封装件衬底之间的缝隙。焊料凸点的体积可以减小并且可以实现细小的间距，从而可以改进I/o集成。此外，由于中间层可以减少焊料凸点的变形和断裂，因而可以提高机械和电气特性。
[0083]虽然结合附图所示的本发明实施例描述了本发明，但是本发明不限于此。本领域所属的技术人员将会清楚，在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以对本发明进行各种替换、修改和变化。
【权利要求】
1.一种制造半导体器件的方法，所述方法包括步骤: 提供具有芯片焊盘的衬底； 在所述衬底上形成焊料叠层，所述焊料叠层包括堆叠的至少两个焊料层和插入在所述至少两个焊料层之间的至少一个中间层；以及 对所述焊料叠层进行回流焊，从而形成与所述芯片焊盘电连接的凸点叠层，所述凸点叠层包括堆叠的至少两个焊料凸点和插入在所述至少两个焊料凸点之间的所述至少一个中间层。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，形成所述焊料叠层的步骤包括: 在所述衬底上形成具有开口的掩模层； 在所述开口中形成相互堆叠的第一焊料层、中间层和第二焊料层；以及 去除所述掩模层。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，通过电镀相同的焊料来形成所述第一焊料层和所述第二焊料层。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一焊料层和所述第二焊料层中的一者通过电镀其熔点比用于形成另一者的焊料的熔点高的焊料而形成。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，通过电镀或沉积比用于形成所述第一焊料层和所述第二焊料层中的至少一者的金属贵重或熔点高的贵金属或高熔点金属来形成所述中间层。
6.根据权利要求2所述的方法，其中，形成所述凸点叠层的步骤包括: 对所述第一焊料层进行回流焊，从而在所述中间层的底面上形成第一焊料凸点；以及 对所述第二焊料层进行回流焊，从而在所述中间层的顶面上形成第二焊料凸点。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点中的至少一者呈珠状或柱状。
8.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点中的一者呈珠状，而另一者呈柱状。
9.根据权利要求6所述的方法，其中，所述中间层呈平的盘形，其中所述中间层的底面和顶面中的至少一个表面是平滑的，并且连接所述底面和顶面的侧面是竖直的。
10.一种半导体器件，包括: 凸点叠层，所述凸点叠层与形成在衬底上的芯片焊盘电连接，其中所述凸点叠层包括: 堆叠在所述芯片焊盘上的第一焊料凸点和第二焊料凸点；以及 插入在所述第一焊料凸点与所述第二焊料凸点之间的金属层，所述金属层的熔点高于所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点的熔点。
11.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述金属层呈盘形，并且包括与所述第一焊料凸点邻接的底面、与所述第二焊料凸点邻接的顶面以及连接所述顶面与所述底面的侧面。
12.根据权利要求11所述的半导体器件，其中，所述顶面和所述底面中的至少一个表面是平滑的或阶梯状的，而所述侧面是竖直的。
13.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述第一焊料凸点包括其熔点与所述第二焊料凸点的焊料的熔点相同的焊料。
14.根据权利要求10所述的半导体器件，其中，所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点中的一者包括其熔点比用于另一者的焊料的熔点低的焊料。
15.根据权利要求10所述的半导体器件，还包括金属间化合物层，所述金属间化合物层插入在所述金属层与所述第一焊料凸点和所述第二焊料凸点中的至少一者之间。
16.一种半导体器件，包括: 衬底，所述衬底上具有芯片焊盘；以及 多个回流焊的独立焊料凸点，所述多个回流焊的独立焊料凸点竖向地相互堆叠在所述芯片焊盘上。
17.根据权利要求16所述的半导体器件，其中，所述多个回流焊的独立焊料凸点中的至少一者包括扁平的回流焊的焊料凸点。
18.根据权利要求16所述的半导体器件，还包括: 金属层，所述金属层位于所述多个回流焊的独立焊料凸点之间。
19.根据权利要求16所述的半导体器件，其中，所述多个回流焊的独立焊料凸点中的第一个焊料凸点包括第一弯曲竖向外侧壁，并且所述多个回流焊的独立焊料凸点中的第二个焊料凸点包括比所述第一弯曲竖向外侧壁更弯曲的第二弯曲竖向外侧壁。
20.根据权利要求19所述的半导体器件，其中，所述多个回流焊的独立焊料凸点中的第一个焊料凸点的形状包括凸肚的柱形形状。
21.根据权利要求20所述的半导体器件，其中，所述多个回流焊的独立焊料凸点中的第二个焊料凸点的形状包括珠形形状。
22.根据权利要求18所述的半导体器件，其中，所述金属层的熔点高于所述多个回流焊的独立焊料凸点的熔点。
23.根据权利要求16所述的半导体器件，其中，所述多个回流焊的独立焊料凸点中的每一个焊料凸点各自的熔点彼此不同。
24.根据权利要求16所述的半导体器件，其中，所述多个回流焊的独立焊料凸点中的每一个焊料凸点各自的熔点彼此相同。
【文档编号】H01L23/488GK103579099SQ201310328965
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年7月31日 优先权日:2012年7月31日
【发明者】卢宝仁, 朴善姬, 权容焕 申请人:三星电子株式会社