半导体器件结构和制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体器件结构和制造方法。
【背景技术】
[0002]半导体器件在多种电子应用中使用，诸如个人电脑、手机、数码相机和其它电子设备。半导体器件的制造包括在半导体衬底上方依次沉积绝缘层或介电层、导电层和半导体层，以及采用光刻工艺和蚀刻工艺图案化各种材料层以在半导体衬底上形成电路部件和元件。
[0003]半导体工业通过持续减小最小部件尺寸不断提高各种电子部件(例如，晶体管、二极管、电阻、电容等)的集成密度，这允许更多的部件被集成到给定区域中。输入和输出(I/O)连接件的数目显著提高。正在开发利用较少区域或更小高度的较小封装结构以封装半导体器件。诸如导电柱的导电凸块用以在芯片的I/o焊盘和封装件的引线框架的衬底之间建立电接触。
[0004]新的封装技术已经被开发出来以提高半导体器件的密度和功能。用于半导体器件的这些相对新型的封装技术在制造上面临着挑战。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术中的问题，本发明提供了一种用于形成半导体器件结构的方法，包括:在半导体衬底上方形成导电柱；在所述导电柱上方形成焊料层；在所述焊料层上方形成水溶性助焊剂；以及回流所述焊料层以在所述导电柱上方形成焊料凸块，并且在回流所述焊料层期间在所述导电柱的侧壁上方形成侧壁保护层。
[0006]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)元件，其中，在所述凸块下金属化元件上形成所述导电柱。
[0007]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)元件，其中，在所述凸块下金属化元件上形成所述导电柱；还包括:在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)层；在所述UBM层上方形成掩膜层，其中，所述掩膜层具有暴露所述UBM层的开口 ；在所述开口中形成所述导电柱；去除所述掩膜层；以及去除所述UBM层的一部分以形成所述UBM元件。
[0008]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)元件，其中，在所述凸块下金属化元件上形成所述导电柱；还包括:在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)层；在所述UBM层上方形成掩膜层，其中，所述掩膜层具有暴露所述UBM层的开口 ；在所述开口中形成所述导电柱；去除所述掩膜层；以及去除所述UBM层的一部分以形成所述UBM元件；其中，在所述掩膜层的所述开口中形成所述焊料层。
[0009]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)元件，其中，在所述凸块下金属化元件上形成所述导电柱；还包括:在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)层；在所述UBM层上方形成掩膜层，其中，所述掩膜层具有暴露所述UBM层的开口 ；在所述开口中形成所述导电柱；去除所述掩膜层；以及去除所述UBM层的一部分以形成所述UBM元件；其中，使用电镀工艺形成所述导电柱。
[0010]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)元件，其中，在所述凸块下金属化元件上形成所述导电柱；还包括:在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)层；在所述UBM层上方形成掩膜层，其中，所述掩膜层具有暴露所述UBM层的开口 ；在所述开口中形成所述导电柱；去除所述掩膜层；以及去除所述UBM层的一部分以形成所述UBM元件；其中，使用电镀工艺形成所述焊料层。
[0011]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)元件，其中，在所述凸块下金属化元件上形成所述导电柱；还包括:在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)层；在所述UBM层上方形成掩膜层，其中，所述掩膜层具有暴露所述UBM层的开口 ；在所述开口中形成所述导电柱；去除所述掩膜层；以及去除所述UBM层的一部分以形成所述UBM元件；其中，在形成所述UBM元件之后形成所述水溶性助焊剂。
[0012]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)元件，其中，在所述凸块下金属化元件上形成所述导电柱；还包括:在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)层；在所述UBM层上方形成掩膜层，其中，所述掩膜层具有暴露所述UBM层的开口 ；在所述开口中形成所述导电柱；去除所述掩膜层；以及去除所述UBM层的一部分以形成所述UBM元件；还包括在形成所述焊料凸块之后去除所述水溶性助焊剂。
[0013]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)元件，其中，在所述凸块下金属化元件上形成所述导电柱；还包括:在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)层；在所述UBM层上方形成掩膜层，其中，所述掩膜层具有暴露所述UBM层的开口 ；在所述开口中形成所述导电柱；去除所述掩膜层；以及去除所述UBM层的一部分以形成所述UBM元件；其中，在去除所述掩膜层之后形成所述侧壁保护层。
[0014]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，其中，所述焊料层的一部分在所述导电柱的侧壁上方延伸以形成所述侧壁保护层。
[0015]根据本发明的另一个方面，提供了一种用于形成半导体器件结构的方法，包括:在半导体衬底上方形成导电柱；在所述导电柱上方形成焊料层；在所述焊料层上方形成水溶性助焊剂；以及加热所述水溶性助焊剂和所述焊料层以在所述导电柱的侧壁上方形成侧壁保护层。
[0016]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括:在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)层；在所述UBM层上方形成掩膜层，其中，所述掩膜层具有暴露所述UBM层的开口 ；在所述开口中形成所述导电柱；去除所述掩膜层；以及去除所述UBM的一部分以形成凸块下金属化(UBM)元件。
[0017]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括:在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)层；在所述UBM层上方形成掩膜层，其中，所述掩膜层具有暴露所述UBM层的开口 ；在所述开口中形成所述导电柱；去除所述掩膜层；以及去除所述UBM的一部分以形成凸块下金属化(UBM)元件；其中，通过在由所述掩膜层的所述开口暴露的所述UBM层上方电镀铜来形成所述导电柱。
[0018]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，还包括:在所述半导体衬底上方形成凸块下金属化(UBM)层；在所述UBM层上方形成掩膜层，其中，所述掩膜层具有暴露所述UBM层的开口 ；在所述开口中形成所述导电柱；去除所述掩膜层；以及去除所述UBM的一部分以形成凸块下金属化(UBM)元件；其中，以低于所述焊料层的回流温度的温度加热所述水溶性助焊剂和所述焊料层。
[0019]在上述用于形成半导体器件结构的方法中，其中，所述焊料层的一部分在所述导电柱的所述侧壁上方延伸以形成所述侧壁保护层。
[0020]根据本发明的又一个方面，提供了一种半导体器件结构，包括:半导体衬底；导电柱，位于所述半导体衬底上方；焊料凸块，位于所述导电柱上方；以及侧壁保护层，位于所述导电柱的侧壁上方，其中，所述侧壁保护层和所述焊料凸块都包含锡(Sn)和第二元素。
[0021]在上述半导体器件结构中，其中，所述第二元素包含银(Ag)、铋(Bi)、金(Au)、铝(Al)、砷(As)、铁(Fe)、镍(Ni)、铅(Pb)或锑(Sb)。
[0022]在上述半导体器件结构中，其中，所述第二元素包含银(Ag)、铋(Bi)、金(Au)、铝(Al)、砷(As)、铁(Fe)、镍(Ni)、铅(Pb)或锑(Sb);其中，所述侧壁保护层还包含铜(Cu)。
[0023]在上述半导体器件结构中，其中，所述侧壁保护层和所述焊料凸块的材料基本相同。
[0024]在上述半导体器件结构中，还包括位于所述导电柱和所述半导体衬底之间的凸块下金属化(UBM)元件，其中，所述侧壁保护层覆盖所述UBM元件的侧表面。
【附图说明】
[0025]当结合附图进行阅读时，根据下面详细的描述可以最佳理解本发明的各个方面。应该注意，根据工业中的标准实践，各种部件没有被按比例绘制。实际上，为了清楚的讨论，各种部件的尺寸可以被任意增加或减少。
[0026]图1A至图1H是根据一些实施例的用于形成半导体器件结构的工艺的各个阶段的截面图。
[0027]图2A至图2E是根据一些实施例的用于形成半导体器件结构的工艺的各个阶段的截面图。
[0028]图3是根据一些实施例的半导体器件结构的截面图。
【具体实施方式】