晶圆焊垫结构及其形成方法与流程

1.本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种晶圆焊垫结构及其形成方法。


背景技术：

2.晶圆级bga(wafer lever bga，wlbga)封装以bga(ball grid array)技术为基础，是一种经过改进和提高的csp封装技术。晶圆级bga技术以晶圆为加工对象，在晶圆上同时对多个芯片进行封装、老化以及测试，然后切割晶圆形成单个器件，该单个器件可以直接贴装至基板或者印刷电路板上。
3.晶圆级bga技术具有封装尺寸小且支持的键合需求广的优点，使得晶圆级bga技术的应用越来越广，以晶圆级bga技术封装获得的产品需求量也越来越大。
4.然而，现有技术在封装过程中的所形成的晶圆焊垫结构的性能仍有待提高。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是提供一种晶圆焊垫结构及其形成方法，能够有效的提升最终形成的半导体结构的性能。
6.为解决上述问题，本发明提供一种晶圆焊垫结构，包括：第一衬底；位于所述第一衬底上的焊垫结构，所述焊垫结构的顶部表面与侧壁之间的顶角为圆角；位于所述焊垫结构上的钝化层，所述钝化层内具有钝化开口，所述钝化开口暴露出所述焊垫结构的顶部表面。
7.可选的，所述第一衬底包括：第一基底以及位于所述第一基底上的第一器件层，所述第一器件层内具有若干器件结构和若干电互连结构，所述电互连结构与所述器件结构连接。
8.可选的，还包括：位于所述第一衬底上的介质层，所述介质层内具有连接层，所述焊垫结构位于所述介质层上，且所述连接层连接所述焊垫结构和所述电互连结构。
9.可选的，所述钝化层的材料包括：氧化硅和氮化硅。
10.可选的，所述介质层的材料包括：氧化硅和氮化硅。
11.可选的，所述焊垫结构的侧壁与底部表面之间的夹角呈锐角，所述锐角为68
°
～72。
12.可选的，还包括：位于所述钝化层表面和部分所述焊垫结构表面的缓冲层。
13.可选的，所述缓冲层的材料包括：聚酰亚胺复合材料。
14.可选的，还包括：导电结构，所述导电结构与所述焊垫结构连接。
15.可选的，所述导电结构包括：导电柱或焊球。
16.可选的，所述导电柱包括：种子层以及位于所述种子层上的导电层。
17.可选的，所述导电层的材料包括：铜。
18.可选的，所述焊垫结构的材料包括：铝。
19.相应的，本发明还提供了一种晶圆焊垫结构的形成方法，包括：提供第一衬底；在
所述第一衬底上形成焊垫结构，所述焊垫结构的顶部表面与侧壁之间的顶角为圆角；在所述焊垫结构上形成钝化层，所述钝化层内具有钝化开口，所述钝化开口暴露出所述焊垫结构的顶部表面。
20.可选的，所述第一衬底包括：第一基底以及位于所述第一基底上的第一器件层，所述第一器件层内具有若干器件结构和若干电互连结构，所述电互连结构与所述器件结构连接。
21.可选的，在形成所述焊垫结构之前，还包括：在所述第一衬底上形成介质层，所述介质层内具有连接层，所述焊垫结构位于所述介质层上，且所述连接层连接所述焊垫结构和所述电互连结构。
22.可选的，所述焊垫结构的形成方法包括：在所述介质层上形成金属层；对所述金属层进行图形化工艺处理，形成初始焊垫结构；对所述初始焊垫结构进行回刻蚀处理，形成所述焊垫结构。
23.可选的，所述回刻蚀处理的工艺包括湿法刻蚀工艺。
24.可选的，所述焊垫结构的侧壁与底部表面之间的夹角呈锐角，所述锐角为68
°
～72
°
。
25.可选的，在形成所述钝化层之后，还包括：在所述钝化层的表面和部分所述焊垫结构表面形成缓冲层。
26.可选的，在形成所述缓冲层之后，还包括：在所述焊垫结构上形成导电结构，所述导电结构与所述焊垫结构连接。
27.可选的，所述导电结构包括：导电柱或焊球。
28.可选的，所述导电柱包括：种子层以及位于所述种子层上的导电层。
29.与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
30.本发明的技术方案的结构中，所述焊垫结构的顶部表面与侧壁之间的顶角为圆角，在后续的封装时的热制程工艺中，圆角结构能够很好的将所述焊垫结构因热膨胀而产生的应力进行分散减小，降低了因应力集中而对覆盖在所述焊垫结构上的钝化层造成裂痕的风险。进而能够减少外部水汽通过裂痕与所述焊垫结构接触，以此提升最终形成的半导体结构的性能。
31.进一步，还包括：位于所述钝化层表面和部分所述焊垫结构表面的缓冲层。由于所述缓冲层具有较好的弹性形变能力，因此在受到更大的冲击力时，所述缓冲层也能够吸收一部分冲击力，有效的降低了所述焊垫结构所承受的冲击力，进而降低了所述焊垫结构因迁移形变而产生的膨胀力，能够进一步降低对覆盖在所述焊垫结构上的钝化层造成裂痕的风险。
32.本发明的技术方案的形成方法中，所述焊垫结构的顶部表面与侧壁之间的顶角为圆角，在后续的封装时的热制程工艺中，圆角结构能够很好的将所述焊垫结构因热膨胀而产生的应力进行分散减小，降低了因应力集中而对覆盖在所述焊垫结构上的钝化层造成裂痕的风险。进而能够减少外部水汽通过裂痕与所述焊垫结构接触，以此提升最终形成的半导体结构的性能。
33.进一步，在形成所述钝化层之后，还包括：在所述钝化表面层和部分所述焊垫结构表面形成缓冲层。由于所述缓冲层具有较好的弹性形变能力，因此在受到更大的冲击力时，
所述缓冲层也能够吸收一部分冲击力，有效的降低了所述焊垫结构所承受的冲击力，进而降低了所述焊垫结构因迁移形变而产生的膨胀力，能够进一步降低对覆盖在所述焊垫结构上的钝化层造成裂痕的风险。
附图说明
34.图1是一种半导体结构的结构示意图；
35.图2至图8是本发明半导体结构形成方法一实施例各步骤结构示意图。
具体实施方式
36.正如背景技术所述，现有技术在封装过程中的所形成的晶圆焊垫结构的性能仍有待提高。以下将结合附图进行具体说明。
37.请参考图1，包括：提供第一衬底100，在所述第一衬底100上形成焊垫结构101，所述焊垫结构101的顶部表面与侧壁之间呈钝角；在所述焊垫结构101的侧壁和顶部表面形成钝化层102，所述钝化层102内具有钝化开口，所述钝化开口暴露出所述焊垫结构101的顶部表面。
38.在本实施例中，由于所述焊垫结构101的顶部表面边缘呈尖角(如图1中a部分所示)，即所述焊垫结构101的顶部表面侧壁之间呈钝角。在后续的封装过程中会有多次升温和降温的工序，所述焊垫结构101在受热之后膨胀，在所述尖角位置会形成更集中的应力拉扯，进而容易造成覆盖在所述焊垫结构101表面的钝化层102出现裂痕。由于裂痕的存在，使得外部的水汽容易通过裂痕与所述焊垫结构101接触，进而影响到最形成的半导体结构的性能。
39.在此基础上，本发明提供一种晶圆焊垫结构及其形成方法，通过将所述焊垫结构的顶部表面边沿制成圆弧状结构，在后续的热制程工艺中，圆弧状结构能够很好的将应力进行分散减小，能够降低对覆盖在所述焊垫结构上的第二钝化层造成裂痕的风险。进而能够减少外部水汽通过裂痕与所述焊垫结构接触，以此提升最终形成的半导体结构的性能。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细地说明。
41.图2至图8，是本发明实施例的一种半导体结构的形成过程的结构示意图。
42.请参考图2，提供第一衬底。
43.在本实施例中，所述第一衬底包括：第一基底200以及位于所述第一基底200上的第一器件层201，所述第一器件层201内具有若干器件结构和若干电互连结构，所述电互连结构与所述器件结构连接(未标示)。
44.在本实施例中，所述第一基底200的材料为硅；在其他实施例中，所述第一基底的材料还可以为锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓或镓化铟。
45.在本实施例中，所述器件结构包括晶体管、电阻、电感或电容。
46.所述电互连结构的材料包括金属，所述金属包括：钨、铝、铜、钛、银、金、铅或者镍；在本实施例中，所述电互连结构的材料采用铜。
47.请参考图3，在所述第一衬底上形成介质层202，所述介质层202内具有连接层203。
48.在本实施例中，所述介质层202的材料包括：氧化硅和氮化硅。
49.在本实施例中，所述介质层202和所述连接层203的形成方法包括：在所述第一衬底上形成初始介质层(未图示)；对所述初始介质层进行图形化处理，形成介质层202，所述介质层202内具有介质层开口；在所述介质层开口内形成所述连接层203，所述连接层203的底部表面与所述电互连结构连接。
50.请参考图4，在形成所述介质层202之后，在所述第一衬底上形成焊垫结构204，所述焊垫结构204的顶部表面与侧壁之间的顶角为圆角。
51.在本实施例中，所述焊垫结构204的顶部表面与侧壁之间的顶角为圆角，在后续的封装时的热制程工艺中，圆角结构能够很好的将所述焊垫结构204因热膨胀而产生的应力进行分散减小，降低了因应力集中而对覆盖在所述焊垫结构204上的钝化层造成裂痕的风险。进而能够减少外部水汽通过裂痕与所述焊垫结构204接触，以此提升最终形成的半导体结构的性能。
52.在本实施例中，所述焊垫结构204的形成方法包括：在所述介质层202上形成金属层(未图示)；对所述金属层进行图形化工艺处理，形成初始焊垫结构；对所述初始焊垫结构进行回刻蚀处理，形成所述焊垫结构204。
53.在本实施例中，所述连接层203的顶部表面与所述焊垫结构204连接。
54.在其他实施例中，所述焊垫结构和所述连接层还可以同时形成。
55.在本实施例中，所述回刻蚀处理的工艺包括湿法刻蚀工艺。
56.通过所述工艺参数能够使得最终形成的圆角适中，若圆角的弧度较小，则分散应力的效果较差；若圆角的弧度较大，则会较多的损伤所述焊垫结构204，进而影响最终半导体结构的性能。
57.在本实施例中，所述焊垫结构204的侧壁与底部表面之间的夹角呈锐角，所述锐角为68
°
～72
°
。该结构能够使得后续在所述焊垫结构204上形成钝化层承受的更小的应力拉扯，降低了所述钝化层因应力过大而损伤的风险。
58.在本实施例中，所述焊垫结构204的材料采用铝。
59.请参考图5，在所述焊垫结构204上形成钝化层205，所述钝化层205内具有钝化开口206，所述钝化开口206暴露出所述焊垫结构204的顶部表面。
60.在本实施例中，所述钝化层205的形成工艺采用原子层沉积工艺，采用原子层沉积工艺形成的所述钝化层205具有更好的均匀性与阶梯覆盖率。
61.在本实施例中，所述钝化层205采用多层结构，所述钝化层205的材料包括：氧化硅和氮化硅。
62.请参考图6，在形成所述钝化层205之后，在所述钝化层205的表面和部分所述焊垫结构204表面形成缓冲层207。
63.在本实施例中，所述缓冲层207的材料采用聚酰亚胺复合材料。
64.由于所述缓冲层207具有较好的弹性形变能力，因此在受到更大的冲击力时，所述缓冲层207也能够吸收一部分冲击力，有效的降低了所述焊垫结构204所承受的冲击力，进而降低了所述焊垫结构204因迁移形变而产生的膨胀力，能够进一步降低对覆盖在所述焊垫结构204上的钝化层205造成裂痕的风险。
65.请参考图7，在形成所述缓冲层207之后，在所述焊垫结构204上形成导电结构208，所述导电结构208与所述焊垫结构204连接。
66.在本实施例中，所述导电结构208采用导电柱，所述导电柱包括：种子层以及位于所述种子层上的导电层；在其他实施例中，所述导电结构还可以采用焊球。
67.在本实施例中，所述种子层和所述导电层的形成方法包括：在所述钝化开口206内以及部分所述缓冲层207的顶部表面形成所述种子层；采用金属生长工艺在所述种子层上形成所述导电层。
68.在本实施例中，所述种子层形成的工艺采用原子层沉积工艺。
69.在本实施例中，所述导电层的材料采用铜。
70.请参考图8，在形成所述导电结构208之后，提供第二衬底209；将所述第一衬底209和所述第二衬底键合。
71.在本实施例中，所述第二衬底209包括：第二基底以及位于所述第二基底上的第二器件层，所述第二器件层内具有若干器件结构和若干电互连结构，所述电互连结构与所述器件结构连接(未图示)。
72.相应的，本发明的实施例中还提供了一种晶圆焊垫结构，请继续参考图8，包括：第一衬底；位于所述第一衬底上的焊垫结构204，所述焊垫结构204的顶部表面与侧壁之间的顶角为圆角；位于所述焊垫结构204上的钝化层，所述钝化层205内具有钝化开口206，所述钝化开口206暴露出所述焊垫结构204的顶部表面。
73.在本实施例中，所述焊垫结构204的顶部表面与侧壁之间的顶角为圆角，在后续的封装时的热制程工艺中，圆角结构能够很好的将所述焊垫结构204因热膨胀而产生的应力进行分散减小，降低了因应力集中而对覆盖在所述焊垫结构204上的钝化层205造成裂痕的风险。进而能够减少外部水汽通过裂痕与所述焊垫结构204接触，以此提升最终形成的半导体结构的性能。
74.在本实施例中，所述第一衬底包括：第一基底200以及位于所述第一基底200上的第一器件层201，所述第一器件层201内具有若干器件结构和若干电互连结构，所述电互连结构与所述器件结构连接。
75.在本实施例中，还包括：位于所述第一衬底上的介质层202，所述介质层202内具有连接层203，所述焊垫结构204位于所述介质层202上，且所述连接层203连接所述焊垫结构204和所述电互连结构。
76.在本实施例中，所述钝化层205的材料包括：氧化硅和氮化硅。
77.在本实施例中，所述介质层202的材料包括：氧化硅和氮化硅。
78.在本实施例中，所述焊垫结构204的侧壁与底部表面之间的夹角呈锐角，所述锐角为68
°
～72
°
。该结构能够在所述焊垫结构204上形成钝化层205承受的更小的应力拉扯，降低了所述钝化层205因应力过大而损伤的风险。
79.在本实施例中，还包括：位于所述钝化层205表面和部分所述焊垫结构204表面的缓冲层207。由于所述缓冲层207具有较好的弹性形变能力，因此在受到更大的冲击力时，所述缓冲层207也能够吸收一部分冲击力，有效的降低了所述焊垫结构204所承受的冲击力，进而降低了所述焊垫结构204因迁移形变而产生的膨胀力，能够进一步降低对覆盖在所述焊垫结构204上的钝化层205造成裂痕的风险。
80.在本实施例中，所述缓冲层207的材料包括：聚酰亚胺复合材料。
81.在本实施例中，还包括：导电结构208，所述导电结构208与所述焊垫结构204连接。
82.在本实施例中，所述导电结构208包括：导电柱或焊球。
83.在本实施例中，所述导电柱包括：种子层以及位于所述种子层上的导电层。
84.在本实施例中，所述导电层的材料采用铜。
85.在本实施例中，所述焊垫结构204的材料采用铝。
86.虽然本发明披露如上，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。