專利名稱：凸點制作方法以及凸點結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體制程中的晶片封裝工藝，更具體的說，涉及一種凸點的制作方 法以及凸點結構。
背景技術：
隨著集成電路技術的不斷發(fā)展，電子產品越來越向小型化、智能化、高性能以及高 可靠性方向發(fā)展。而集成電路封裝不僅直接影響著集成電路、電子模塊乃至整機的性能，而 且還制約著整個電子系統(tǒng)的小型化、低成本和可靠性。在集成電路晶片尺寸逐步縮小，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。倒裝晶片(flip chip)技術中，通過在晶片表面形成的焊球，使晶片翻轉與底板形 成連接，從而減小封裝尺寸，滿足電子產品的高性能(如高速、高頻、更小的引腳)、小外形 的要求，使產品具有很好的電學性能和傳熱性能。凸點制作技術(bump process)是倒裝晶片中的一個關鍵技術?，F(xiàn)有技術中的凸 點制作方法，是在晶片的互連金屬層或銅支柱上沉積焊料，經過一定溫度將焊料回流形成 的金屬焊球。圖1至圖7為現(xiàn)有的一種凸點制作方法。如圖1所示，提供晶片1，在晶片1的表面形成有鈍化層2，并已定義出開口，開口 內形成有互連金屬層3。如圖2所示，在所述鈍化層2以及互連金屬層3的表面形成凸點下金屬層 4(Under-Bump Metallurgy ；簡稱 UBM)。如圖3所示，在所述凸點下金屬層4的表面沉積光刻膠5，并曝光、顯影形成開口， 所述開口的底部露出凸點下金屬層4，并對準互連金屬層3。如圖4所示，在通孔內填充金屬銅形成銅支柱6，可以采用電鍍或者化學氣相沉積 等方法形成銅支柱。如圖5所示，在銅支柱6的頂部沉積焊料，所述焊料的材質包括鋅、鉛錫合金等。如圖6所示，去除光刻膠5及其底部的凸點下金屬層4。如圖7所示，在高溫下回流焊料，使得焊料變成球狀，形成球狀凸點焊料7。所述球 狀凸點焊料7的頂部可連接其他晶片或者基板的互連層。在現(xiàn)有技術中，所述球狀凸點焊料7的阻抗大于銅支柱6，而球狀凸點焊料7的頂 部與其他晶片或者基板的互連層的接觸面積較大，而與銅支柱6的接觸面積相對較小，因 此當在整個凸點結構中通過大電流時，電流瓶頸在于銅支柱6與凸點焊料7的接觸部分。如 何提高凸點的導電能力成為凸點制作技術所需要解決的問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明解決的問題是提供一種凸點制作方法以及凸點結構，所述凸點結構簡單， 并具有通過大電流的導電能力。為解決上述問題，本發(fā)明所提供的一種凸點制作方法，包括
3
在晶片上沉積凸點下金屬層；在凸點下金屬層上形成光刻膠層，并曝光、顯影形成開口，所述開口中頂部橫截面 大于底部橫截面，且底部露出凸點下金屬層；在開口內填充金屬，形成金屬支柱；在金屬支柱頂部沉積焊料，去除所述光刻膠層及其底部的凸點下金屬層；高溫回流金屬支柱頂部的焊料，形成凸點。作為優(yōu)選方案，所述在光刻膠層上形成開口的方法，其步驟包括在凸點下金屬層上形成第一光刻膠層，所述第一光刻膠層為負膠；對第一光刻膠層進行第一次曝光；在第一光刻膠層的表面形成第二光刻膠層，所述第二光刻膠為負膠；對第二光刻膠層進行第二次曝光，且第二次曝光的掩膜面積大于并覆蓋第一次曝 光時未曝光區(qū)域；對第一光刻膠層以及第二光刻膠層顯影，并形成開口。作為可選方案，所述晶片上定義有形成凸點的區(qū)域，第一次曝光時掩膜對準該定 義區(qū)域。作為可選方案，所述凸點下金屬層的材質為鈦、鈦-鎢合金、銅、鎳中的一種或其 組合，通過濺射或者蒸發(fā)等方法形成；作為可選方案，所述金屬支柱的材質為銅或者鋁，通過電鍍形成；作為可選方案，所述焊料的材質為鋅、鉛錫合金中的一種或其組合。本發(fā)明提供的一種凸點結構，位于晶片上，包括金屬支柱以及金屬支柱頂部的球 狀凸點焊料，其特征在于，所述金屬支柱兩端橫截面積不同，橫截面積較大的一端與球狀凸 點焊料連接，另一端通過凸點下金屬層與晶片電連接。作為可選方案，所述金屬支柱的材質為銅或者鋁；所述球狀凸點焊料的材質為鋅、 鉛錫合金中的一種或其組合；所述凸點下金屬層的材質為鈦、鈦-鎢合金、銅、鎳中的一種 或其組合。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明通過在光刻膠上進行二次曝光形成開口，制作兩端橫截 面積不同的金屬支柱，使得形成的凸點結構中，金屬支柱與球狀凸點焊料間具有較大的接 觸面積，從而提高了凸點的導電能力，且結構簡單，工藝與現(xiàn)有技術相兼容。
圖1至圖7是現(xiàn)有的凸點制作技術的示意圖；圖8是本發(fā)明所述凸點制作方法的流程圖；圖9是本發(fā)明所述在光刻膠上形成開口的方法流程圖；圖10至圖20是本發(fā)明所述凸點制作方法具體實施例的工藝示意圖。
具體實施例方式現(xiàn)有技術所制作的凸點結構中，影響凸點導電能力的瓶頸在于球狀凸點焊料與底 部金屬支柱的連接部分。因此為了提高凸點的導電能力，本發(fā)明通過將金屬支柱制作成兩 端橫截面積不同的柱形結構，橫截面積較大的一端與球狀凸點焊料連接，從而增大金屬支柱與球狀凸點焊料的接觸面積，降低該連接部分的電阻。本發(fā)明所述的凸點制作方法流程圖如圖8所示，其基本步驟包括Si、提供晶片，在晶片上沉積凸點下金屬層；其中所述提供的晶片，表面形成有鈍化層，并已定義出形成凸點的區(qū)域，在該定義 區(qū)域內形成有晶片的互連金屬層?？蛇x的，所述凸點下金屬層的材質為鈦、鈦-鎢合金、銅、 鎳中的一種或其組合，通過濺射或者蒸發(fā)工藝形成。S2、在凸點下金屬層上形成光刻膠層，并曝光、顯影形成開口，所述開口中頂部橫 截面大于底部橫截面，且底部露出凸點下金屬層；其中，所述開口對準晶片上定義形成凸點的區(qū)域S3、在開口內填充金屬，形成金屬支柱；其中，所述金屬支柱材質為銅或者鋁，可以通過電鍍形成。可選的，填充金屬時無 需填滿開口，使得金屬支柱頂部稍低于光刻膠的表面。S4、在金屬支柱頂部沉積焊料，去除所述光刻膠層及其底部的凸點下金屬層；其中，所述焊料的材質為鋅、鉛錫合金中的一種或其組合，在沉積焊料時，焊料填 充開口剩余的空間并溢出部分；然后先用溶液清洗并灰化去除光刻膠層，再去除光刻膠底 部的凸點下金屬層。S5、高溫回流金屬支柱頂部的焊料，形成球狀凸點焊料。其中，焊料回流后將在金屬支柱的頂部形成球狀凸點焊料。在上述步驟中S2，所述光刻膠層上形成開口的方法流程圖如圖9所示，基本步驟 包括S21、在凸點下金屬層上形成第一光刻膠層，所述第一光刻膠層為負膠；然后對第 一光刻膠層進行第一次曝光；其中，第一次曝光時，所使用的掩膜對準晶片上定義的形成凸點的區(qū)域，使得該區(qū) 域表面的第一光刻膠層部分不被曝光。S22、在第一光刻膠層的表面形成第二光刻膠層，所述第二光刻膠為負膠；對第二 光刻膠層進行第二次曝光；其中，第二次曝光所使用的掩膜面積大于第一次曝光使用的掩膜面積，并且覆蓋 第一次曝光時第一光刻膠層上未曝光區(qū)域。S23、對第一光刻膠層以及第二光刻膠層顯影，并形成開口。其中，由于第一光刻膠層與第二光刻膠層均為負膠，可以采用同種材質，經過一次 顯影并溶液清洗后，便可形成開口，開口的圖形即第一光刻膠層以及第二光刻膠層未曝光 的部分。由于第二次曝光時掩膜大于且覆蓋第一次曝光，因此將在第二光刻膠層上形成較 大開口，而在第一光刻膠層上形成較小開口，使得所述開口圖形呈上大下小的圖釘型。下面結合具體實施例，對本發(fā)明所述凸點制作方法作進一步介紹，如圖10至圖 20，為本發(fā)明所述凸點制作方法的一個具體實施例。如圖10所示，提供晶片100，所述晶片100的表面形成有鈍化層101，并已定義出 形成凸點的區(qū)域，在該定義區(qū)域內形成有晶片的互連金屬層102。所述鈍化層101用于凸點制作時，保護晶片100上其他區(qū)域不受影響。而互連金 屬層102用于引出晶片100的互連線與制作的凸點連接。鈍化層101可以為氧化硅、氮化
5硅或者有機絕緣材料等，互連金屬層102可以為金屬鋁墊或者焊盤等。如圖11所示，在所述晶片100的表面通過濺射或蒸發(fā)工藝形成凸點下金屬層103。 本實施例中，是采用濺射的方法在互連金屬層102上形成金屬鈦層作為凸點下金屬層103。 濺射或者蒸發(fā)形成凸點下金屬層103的工藝為本領域技術人員熟知的現(xiàn)有技術，不做具體 描述。如圖12所示，在凸點下金屬層103的表面噴涂第一光刻膠層201，其中第一光刻膠 層201為負膠。在形成第一光刻膠層201過程中，應該保證使涂覆的光刻膠厚度達到后續(xù) 工藝中電鍍金屬支柱時所需要的厚度。本實施例中，所述第一光刻膠層201的厚度范圍在 30微米至200微米之間。如圖13所示，對第一光刻膠層201進行第一次曝光。其中所使用的掩膜301應當 對準晶片100上定義形成凸點的區(qū)域，即對準互連金屬層102，使得該定義區(qū)域表面的第一 光刻膠層201部分不被曝光。圖示中，以不同的填充圖形表征第一光刻膠層201上的曝光 與未曝光部分。如圖14所示，在第一光刻膠層201的表面噴涂第二光刻膠層202，其中第二光刻膠 層202也為負膠?？蛇x的，本實施例中為了簡化工藝步驟，所述第二光刻膠層202與第一光 刻膠層201采用同種材質。所述第二光刻膠層202的厚度范圍在15微米至100微米之間。如圖15所示，對第二光刻膠層202進行第二次曝光。由于實際曝光過程中，光線 可能穿透第二光刻膠層202而達到第一光刻膠層201上，因此所使用的掩膜302的面積大 于第一曝光時掩膜301的面積，且應當對準并覆蓋第一次曝光時第一光刻膠層201上未曝 光的區(qū)域，使得該區(qū)域依然不受第二次曝光的影響。同樣圖示中，采用類似的填充圖形表征 第二光刻膠層202上的曝光與未曝光部分。如圖16所示，對第一光刻膠層201以及第二光刻膠層202進行顯影。由于本實施 例中，第一光刻膠層201以及第二光刻膠層202為同種材質，且均為負膠，因此僅需要一次 顯影。在顯影溶液清洗光刻膠時，圖15中所示的未被曝光的區(qū)域將被洗去。由于第二次曝 光時掩膜大于且覆蓋第一次曝光，因此將在第二光刻膠層202上形成較大開口，而在第一 光刻膠層201上形成較小開口，整體呈上大下小的圖釘型開口。如圖17所示，在圖16所示形成的開口中填充金屬銅或者鋁等，形成金屬支柱。本 實施例中，采用電鍍工藝，在開口中電鍍銅形成銅支柱104，所述銅支柱104兩端的橫截面 積各異，也呈上大下小的圖釘型。電鍍形成銅支柱104的工藝為本領域技術人員熟知的現(xiàn) 有技術，不做具體描述?？蛇x的，在電鍍銅時無需填滿開口，使得銅支柱104的頂部稍低于 第二光刻膠層202的表面，以便于后續(xù)工藝沉積焊料。如圖18所示，在銅支柱104的頂部沉積焊料105，所述焊料105的材質可以是鋅、 鉛錫合金等。本實施例中，焊料105選用鉛錫合金，沉積工藝較優(yōu)選的仍然選用電鍍工藝， 由于前述步驟中銅支柱104并未填滿開口，因此僅需在開口內的銅支柱104的頂部電鍍焊 料105，并且溢出部分即可。如圖19所示，去除第二光刻膠層202、第一光刻膠層201以及第一光刻膠層201底 部的凸點下金屬層103。本實施例中，先用溶液清洗并灰化去除所述第二光刻膠層202以及 第一光刻膠層201，再刻蝕去除底部的凸點下金屬層103。如圖20所示，高溫回流銅支柱104頂部的焊料105，使得焊料105熔化后又冷卻形成球狀的球狀凸點焊料106。該步工藝為本領域技術人員熟知的現(xiàn)有技術，不做具體描述。依據(jù)上述實施例所述的凸點制作方法，本發(fā)明所提供的一種凸點結構位于晶片 上，包括金屬支柱104以及金屬支柱104頂部的球狀凸點焊料106，其特征在于，所述金屬支 柱104的兩端橫截面積不同，橫截面積較大的一端與球狀凸點焊料106連接，另一端通過凸 點下金屬層103與晶片100電連接。本發(fā)明所述的凸點結構相比現(xiàn)有技術，金屬支柱104與球狀凸點焊料106之間具 有較大的接觸面積，因而提高凸點的導電能力。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領域技術 人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應 當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求
1.一種凸點制作方法，其特征在于，包括在晶片上沉積凸點下金屬層；在凸點下金屬層上形成光刻膠層，并曝光、顯影形成開口，所述開口中頂部橫截面大于 底部橫截面，且底部露出凸點下金屬層；在開口內填充金屬，形成金屬支柱；在金屬支柱頂部沉積焊料，去除所述光刻膠層及其底部的凸點下金屬層；高溫回流金屬支柱頂部的焊料，形成球狀凸點焊料。
2.如權利要求1所述的凸點制作方法，其特征在于，所述在光刻膠層上形成開口的方 法，其步驟包括在凸點下金屬層上形成第一光刻膠層，所述第一光刻膠層為負膠；對第一光刻膠層進行第一次曝光；在第一光刻膠層的表面形成第二光刻膠層，所述第二光刻膠為負膠；對第二光刻膠層進行第二次曝光，且第二次曝光的掩膜面積大于并覆蓋第一次曝光時 未曝光區(qū)域；對第一光刻膠層以及第二光刻膠層顯影，形成開口。
3.如權利要求2所述的凸點制作方法，其特征在于，所述晶片上定義有形成凸點的區(qū) 域，第一次曝光時掩膜對準該定義區(qū)域。
4.如權利要求1所述的凸點制作方法，其特征在于，所述凸點下金屬層的材質為鈦、 鈦_鎢合金、銅、鎳中的一種或其組合，通過濺射或者蒸發(fā)工藝形成。
5.如權利要求1所述的凸點制作方法，其特征在于，所述金屬支柱的材質為銅或者鋁， 通過電鍍形成。
6.如權利要求1所述的凸點制作方法，其特征在于，所述焊料的材質為鋅、鉛錫合金中 的一種或其組合。
7.一種凸點結構，位于晶片上，包括金屬支柱以及金屬支柱頂部的球狀凸點焊料，其特 征在于，所述金屬支柱兩端的橫截面積不同，截面積較大的一端與球狀凸點焊料連接，另一 端通過凸點下金屬層與晶片電連接。
8.如權利要求7所述的凸點結構，其特征在于，所述金屬支柱的材質為銅或者鋁。
9.如權利要求7所述的凸點結構，其特征在于，所述球狀凸點焊料的材質為鋅、鉛錫合 金中的一種或其組合。
10.如權利要求7所述的凸點結構，其特征在于，所述凸點下金屬層的材質鈦、鈦-鎢合 金、銅、鎳中的一種或其組合。
全文摘要
一種凸點制作方法以及凸點結構，其中，所述凸點制作方法包括在晶片上沉積凸點下金屬層；在凸點下金屬層上形成光刻膠層，并曝光、顯影形成開口，所述開口中頂部橫截面大于底部橫截面，且底部露出凸點下金屬層；在開口內填充金屬，形成金屬支柱；在金屬支柱頂部沉積焊料，去除所述光刻膠層及其底部的凸點下金屬層；高溫回流金屬支柱頂部的焊料，形成球狀凸點焊料。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明制作的凸點結構中，金屬支柱與球狀凸點焊料間具有較大的接觸面積，從而提高了凸點的導電能力，且結構簡單，工藝與現(xiàn)有技術相兼容。
文檔編號H01L21/60GK102005396SQ20091019478
公開日2011年4月6日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權日2009年8月28日
發(fā)明者丁萬春 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司, 芯電半導體(上海)有限公司