專利名稱：焊料凸塊制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及集成電路制造領域，特別是涉及一種焊料凸塊制作方法。
背景技術：
隨著集成電路技術的不斷發(fā)展，半導體器件越來越向小型化、智能化、高性能、高 可靠性方向發(fā)展。在集成電路芯片尺寸逐步縮小，集成度不斷提高的情況下，電子工業(yè)對集 成電路封裝技術提出了越來越高的要求。傳統(tǒng)的封裝技術已經(jīng)成為制約電路性能提高的瓶 頸，促使芯片的封裝技術由原來的切割壓線技術發(fā)展為目前的倒裝芯片(Flip Chip)技術。倒裝芯片技術是在芯片制造完成后，在芯片的焊盤(Bond Pad)上形成焊料凸塊 (bump)，將芯片切割后直接將帶有焊料凸塊的芯片粘貼于印刷電路板(PCB)或其它基底 上，從而減小封裝截面寬度，滿足半導體器件的高性能(如高速、高頻、更小的引腳)、小外 形的要求，使產(chǎn)品具有良好的電學性能和傳熱性能。焊料凸塊制作技術是倒裝芯片中的一個關鍵技術，半導體器件的可靠性很大程度 上取決于每個焊料凸塊的結(jié)構(gòu)和材料，以及它們電互連的效力。因此，每個焊料凸塊的高度 和體積的一致性是至關重要的。詳細的，請參考圖IA至圖1H，其為現(xiàn)有的焊料凸塊制作方法的各步驟相應結(jié)構(gòu)的 剖面示意圖。參考圖1A，首先，提供一半導體基底110，所述半導體基底110上形成有鈍化層
(Passivation Layer) 120和焊盤130，所述鈍化層120具有暴露出所述焊盤130表面的開□。參考圖1B，在鈍化層120和焊盤130的表面沉積金屬疊層，所述金屬疊層包括阻擋 層(Barrier layer) 141以及位于阻擋層141之上的種子層(Seed Layer) 142，所述阻擋層 141的材料為鈦或鉻，所述種子層142的材料為銅。參考圖1C，在所述金屬疊層上形成光阻層150，并圖案化所述光阻層150形成開口 151，所述開口 151位于焊盤130上方相應位置，并暴露出所述金屬疊層。參考圖1D，在所述開口 151中形成金屬電極160，所述金屬電極160的材料為銅， 所述金屬電極160可通過電鍍方式形成。由于金屬電極160的厚度較大，且受電鍍工藝精 度的限制，金屬電極160的表面是非平坦的。參考圖1E，接下來，在金屬電極160上形成焊料層170，所述焊料層170的材料可 以為錫銀合金或錫鉛合金，并以錫為主要成分，其中，焊料層170可通過電鍍方式形成。參考圖1F，通過濕法工藝去除所述光阻層150。參考圖1G，以所述焊料層170為掩模，濕法刻蝕去除未被金屬電極160覆蓋的金屬置層。參考圖1H，最后，回流所述焊料層170形成凸點171，所述金屬疊層、凸點171和金 屬電極160共同組成焊料凸塊。理想的，通過回流工藝后形成的凸點應為半球形或者凸球形，然而，由于金屬電極160的表面為非平坦結(jié)構(gòu)，導致在回流焊料層170時，經(jīng)常出現(xiàn)如圖IH所示的凸點異?，F(xiàn) 象，工藝控制非常困難。此外，對于現(xiàn)有的焊料凸塊制造工藝而言，由于金屬電極截面大小 有差異，并且每個金屬電極表面的平坦程度是不同的，此外金屬電極分布也不均勻，因此金 屬電極的高度也不一致，形成在金屬電極之上的焊料層的形狀不一致，導致回流工藝后形 成的凸點的體積和高度存在差異，進而導致焊料凸塊的體積和高度存在差異，嚴重影響了 半導體器件的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種焊料凸塊制作方法，以解決現(xiàn)有技術所形成的凸點形狀異常，且 焊料凸塊的高度和體積的一致性差的問題。為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種焊料凸塊制作方法，包括提供一具有焊盤 的半導體基底；在所述半導體基底上形成金屬疊層；在所述金屬疊層上形成第一光阻層， 并圖案化第一光阻層形成第一開口，所述第一開口位于所述焊盤上方相應位置，并暴露出 所述金屬疊層；在所述第一開口中形成金屬電極；平坦化所述第一光阻層和所述金屬電極 的表面；在所述第一光阻層和金屬電極表面形成第二光阻層，并圖案化所述第二光阻層形 成第二開口，所述第二開口暴露出所述金屬電極；在所述第二開口中形成焊料層；去除所 述第一光阻層、第二光阻層和未被金屬電極覆蓋的金屬疊層；回流所述焊料層形成凸點。可選的，所述第二開口的截面寬度小于所述第一開口的截面寬度?？蛇x的，在形成所述金屬疊層前，還包括清洗所述半導體基底的表面?？蛇x的，所述半導體基底還包括一鈍化層，所述鈍化層具有暴露出所述焊盤的開 口。所述鈍化層的材料為氮化硅、二氧化硅或氮氧化硅?？蛇x的，所述金屬疊層包括阻擋層以及位于所述阻擋層之上的種子層，其中，所述 阻擋層的材料為鈦或鉻，所述種子層的材料為銅。所述金屬疊層可以通過濺射方式形成。
可選的，所述金屬電極的材料為銅。所述金屬電極通過電鍍方式形成。可選的，所述焊料層的材料為錫銀合金或錫鉛合金。所述焊料層通過電鍍方式形 成?？蛇x的，所述焊盤的材料為鋁。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供的焊料凸塊制作方法具有以下優(yōu)點1、本發(fā)明通過化學機械研磨方法將金屬電極平坦化，并保證每個金屬電極的高度 一致，因此，在回流焊料層后不會出現(xiàn)凸點形狀異常的現(xiàn)象，凸點的高度和體積的一致性更 加易于控制，可確保形成高度和體積一致的高質(zhì)量的焊料凸塊。2、在本發(fā)明提供的焊料凸塊制作方法中，所形成的第二開口的截面寬度小于第一 開口的截面寬度，即保證所述焊料層的截面寬度小于所述金屬電極的截面寬度，可確保形 成形狀規(guī)則的凸點，提高了半導體器件的良率。


圖IA IH為現(xiàn)有的焊料凸塊制作方法的各步驟相應結(jié)構(gòu)的剖面示意圖；圖2為本發(fā)明實施例所提供的焊料凸塊制作方法的流程圖；圖3A 3J為本發(fā)明實施例所提供的焊料凸塊制作方法的各步驟相應結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、特征更明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
作 進一步的說明。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準的比率，僅用以方 便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。還應了解，當提到一層在另一層或襯底“上”時，該層可以直接在另一層或襯底上， 或也可以有中間層。還應當了解，當提到一層在另一層“下”時，該層可以直接在另一層下 面，或可以有一或多個中間層。另外，還應理解，當提到一層在兩個層“之間”時，它可以只 是在兩個層之間的層，或也可以有一或多個中間層。在背景技術中已經(jīng)提及，焊料凸塊制作技術是倒裝芯片中的一個關鍵技術，半導 體器件的可靠性很大程度上取決于每個焊料凸塊的結(jié)構(gòu)和材料，以及它們電互連的效力， 因此，每個焊料凸塊的高度和體積的一致性是至關重要的。然而，受電鍍工藝的精度限制，通過傳統(tǒng)焊料凸塊制作技術所形成的金屬電極的 表面是非平坦的，導致在回流焊料層時，經(jīng)常出現(xiàn)凸點異?，F(xiàn)象，工藝控制非常困難。此外， 對于傳統(tǒng)的焊料凸塊制作技術而言，由于金屬電極截面大小有差異，并且每個金屬電極表 面的平坦程度是不同的，此外金屬電極分布也不均勻，因此金屬電極的高度也不一致，形成 在金屬電極之上的焊料層的形狀不一致，導致回流工藝后形成的凸點的體積和高度存在差 異，進而導致焊料凸塊的體積和高度存在差異，嚴重影響了半導體器件的可靠性。本發(fā)明的核心思想在于，通過化學機械研磨方法將金屬電極平坦化，使得金屬電 極具有平坦的表面，且保證每個金屬電極的高度一致。因此，在回流所述焊料層后，不會出 現(xiàn)凸點形狀異常的現(xiàn)象，凸點的高度和體積的一致性更加易于控制，可確保形成高度和體 積一致的高質(zhì)量的焊料凸塊，提高了半導體器件的良率。由于本發(fā)明主要涉及半導體器件的后段制程，即在半導體基底上制作焊料凸塊的 過程，所以對在半導體基底表面或者中間形成半導體器件結(jié)構(gòu)的過程不予介紹，但是本領 域技術人員對此應是知曉的。請參考圖2，其為本發(fā)明實施例所提供的焊料凸塊制作方法的流程圖，結(jié)合該圖， 該方法包括步驟步驟21，提供一具有焊盤的半導體基底。步驟22，在所述半導體基底上形成金屬疊層。步驟23，在所述金屬疊層上形成第一光阻層，并圖案化第一光阻層形成第一開口， 所述第一開口位于所述焊盤上方相應位置，并暴露出所述金屬疊層。步驟24，在所述第一開口中形成金屬電極。步驟25，平坦化所述第一光阻層和所述金屬電極的表面。步驟26，在所述第一光阻層和金屬電極表面形成第二光阻層，并圖案化所述第二 光阻層形成第二開口，所述第二開口暴露出所述金屬電極。步驟27，在所述第二開口中形成焊料層。步驟28，去除所述第一光阻層、第二光阻層和未被金屬電極覆蓋的金屬疊層。步驟29，回流所述焊料層形成凸點。
下面將結(jié)合剖面示意圖對本發(fā)明的焊料凸塊制作方法進行更詳細的描述，其中表 示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然 實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而 并不作為對本發(fā)明的限制。圖3A 3J為本發(fā)明實施例所提供的焊料凸塊制作方法的各步驟相應結(jié)構(gòu)的剖面 示意圖。參考圖3A，首先，提供一半導體基底310，所述半導體基底310的材料為硅、多晶硅 或非晶硅中的一種，所述半導體基底310已經(jīng)完成前段的半導體器件制作和金屬互連，在 所述半導體基底310上形成有鈍化層320和焊盤330，鈍化層320具有暴露出焊盤330表面 的開口。其中，焊盤330的材料為鋁，鈍化層320的材料可以為氮化硅、二氧化硅或氮氧化 硅。所述鈍化層320用來防止半導體器件結(jié)構(gòu)免于機械方式的損害，例如刮傷，以及化學方 式的損害，例如水氣或其它污染源的侵入。在形成金屬疊層前，通常需要清洗所述半導體基底310的表面，以去除所述鈍化 層320和焊盤330表面的顆粒、金屬離子或其它雜質(zhì)。參考圖3B，在所述鈍化層320和焊盤330的表面沉積金屬疊層，所述金屬疊層包括 阻擋層341以及位于所述阻擋層341之上的種子層342。所述金屬疊層可通過濺射方式形 成。其中，阻擋層341的材料可以為鈦或鉻，其可有效地阻止不希望的金屬間化合物 的形成和遷移。種子層342的材料為銅，用作后續(xù)電鍍工藝中的焊料凸塊陰極，與直流電源 負極連接。參考圖3C，在所述金屬疊層上形成第一光阻層350，并圖案化所述第一光阻層350 形成第一開口 351，所述第一開口 351位于焊盤330上方相應位置，并暴露出所述金屬疊層。參考圖3D，在所述第一開口 351中形成金屬電極360，所述金屬電極360的材料為 銅，所述金屬電極360可通過電鍍方式形成，所述金屬電極360的厚度應小于或等于第一光 阻層350的厚度。其中，金屬電極360與所述金屬疊層具有良好的物理性質(zhì)匹配性，包括具有相近 的熱膨脹系數(shù)以及傳導能力等，且相鄰層間無共熔現(xiàn)象發(fā)生，以保證所述金屬電極與后續(xù) 層間形成牢固的物理連接。但是，由于金屬電極360的厚度較大，且受電鍍工藝的精度限制，金屬電極360的 表面為非平坦結(jié)構(gòu)，此外，每個金屬電極的平坦程度是不同的，并且不同的金屬電極的高度 也不一致。本發(fā)明的關鍵步驟是，通過化學機械研磨方法，平坦化所述第一光阻層350和金 屬電極360的表面，且保證每個金屬電極的高度一致。因此，在回流焊料層370后不會出現(xiàn) 凸點形狀異常的現(xiàn)象，焊料凸塊整體的高度和體積的一致性更加易于控制，提高半導體器 件的良率。參考圖3E，通過化學機械研磨方法將金屬電極360和第一光阻層350平坦化，使得 第一光阻層350和金屬電極360具有平坦的表面，且保證每個金屬電極的高度一致。通常，由于第一光阻層350的材質(zhì)較金屬電極360的材質(zhì)軟，因此平坦化后的第一光阻層350的厚度略低于平坦化后的金屬電極360的厚度。參考圖3F，接著，在第一光阻層350和金屬電極360表面形成第二光阻層352，并 圖案化所述第二光阻層352，以形成第二開口 353，第二開口 353暴露出所述金屬電極360。優(yōu)選的，所述第二開口 353的截面寬度略小于第一開口 351的截面寬度，即保證后 續(xù)形成的焊料層370的截面寬度略小于金屬電極360的截面寬度，因此，在回流所述焊料層 370后，可確保形成形狀規(guī)則的凸點371，提高了半導體器件的良率。參考圖3G，在所述第二開口 353中形成焊料層370。在本發(fā)明一實施例中，焊料層370的材料為錫銀合金或錫鉛合金，并以錫為主要 成分，在本發(fā)明其它實施例中，焊料層的材料也可為其它合金。其中，所述焊料層370可通 過電鍍方式形成。參考圖3H，通過濕法工藝，去除所述第一光阻層350和第二光阻層352。參考圖31，接著，以所述焊料層370為掩模，濕法刻蝕去除未被金屬電極370覆蓋
的金屬疊層。參考圖3J，最后，回流所述焊料層370以形成凸點371，所述金屬疊層、金屬電極 360和凸點371共同組成焊料凸塊。由于金屬電極360具有平坦的表面，因此，回流所述焊 料層370后不會出現(xiàn)凸點形狀異常的現(xiàn)象，可形成高度和體積一致的凸點371，進而形成高 度和體積一致的高質(zhì)量的焊料凸塊，并降低了工藝控制的難度，具有很強的操作性。綜上所述，本發(fā)明所提供的焊料凸塊制作方法，通過化學機械研磨方法將金屬電 極平坦化，使得金屬電極具有平坦的表面，且可保證每個金屬電極的高度一致，因此，在回 流所述焊料層后不會出現(xiàn)凸點形狀異常的現(xiàn)象，凸點的高度和體積的一致性更加易于控 制；另外，在本發(fā)明所提供的焊料凸塊制作方法中，所形成的第二開口的截面寬度小于第一 開口的截面寬度，即保證了焊料層的截面寬度小于金屬電極的截面寬度，有助于形成形狀 規(guī)則的凸點，提高了半導體器件的良率。顯然，本領域的技術人員可以對本發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型在內(nèi)。
權(quán)利要求
一種焊料凸塊制作方法，包括提供一具有焊盤的半導體基底；在所述半導體基底上形成金屬疊層；在所述金屬疊層上形成第一光阻層，并圖案化所述第一光阻層形成第一開口，所述第一開口位于所述焊盤上方相應位置，并暴露出所述金屬疊層；在所述第一開口中形成金屬電極；平坦化所述第一光阻層和所述金屬電極的表面；在所述第一光阻層和金屬電極表面形成第二光阻層，并圖案化所述第二光阻層形成第二開口，所述第二開口暴露出所述金屬電極；在所述第二開口中形成焊料層；去除所述第一光阻層、第二光阻層和未被金屬電極覆蓋的金屬疊層；回流所述焊料層形成凸點。
2.如權(quán)利要求1所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述第二開口的截面寬度小 于所述第一開口的截面寬度。
3.如權(quán)利要求1所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，在形成所述金屬疊層前，還包括清洗所述半導體基底的表面。
4.如權(quán)利要求1所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述半導體基底還包括鈍化 層，所述鈍化層具有暴露出所述焊盤的開口。
5.如權(quán)利要求4所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述鈍化層的材料為氮化硅、 二氧化硅或氮氧化硅。
6.如權(quán)利要求1所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述金屬疊層包括阻擋層以 及位于所述阻擋層之上的種子層。
7.如權(quán)利要求6所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述阻擋層的材料為鈦或鉻。
8.如權(quán)利要求6所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述種子層的材料為銅。
9.如權(quán)利要求1所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述金屬疊層通過濺射方式 形成。
10.如權(quán)利要求1所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述金屬電極的材料為銅。
11.如權(quán)利要求1所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述金屬電極通過電鍍方式 形成。
12.如權(quán)利要求1所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述焊料層的材料為錫銀合 金或錫鉛合金。
13.如權(quán)利要求1所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述焊料層通過電鍍方式形成。
14.如權(quán)利要求1所述的焊料凸塊制作方法，其特征在于，所述焊盤的材料為鋁。
全文摘要
本發(fā)明揭露了一種焊料凸塊制作方法，包括提供一具有焊盤的半導體基底；在所述半導體基底上形成金屬疊層；在所述金屬疊層上形成第一光阻層，并圖案化第一光阻層形成第一開口，所述第一開口位于焊盤上方相應位置并暴露出金屬疊層；在所述第一開口中形成金屬電極；平坦化所述第一光阻層和金屬電極的表面；在所述第一光阻層和金屬電極表面形成第二光阻層，并圖案化第二光阻層形成第二開口，所述第二開口暴露出所述金屬電極；在所述第二開口中形成焊料層；去除所述第一光阻層、第二光阻層和未被金屬電極覆蓋的金屬疊層；回流所述焊料層形成凸點。本發(fā)明可形成高度和體積一致的高質(zhì)量的焊料凸塊，提高了半導體器件的良率。
文檔編號H01L21/60GK101894766SQ200910051849
公開日2010年11月24日 申請日期2009年5月22日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月22日
發(fā)明者司偉, 吳俊徐, 李潤領, 王津洲, 童沙丹 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司