CN101459088B - 再分布金属层及再分布凸点的制作方法 - Google Patents

再分布金属层及再分布凸点的制作方法 Download PDF

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Abstract

一种再分布金属层的制作方法，包括：提供表面具有钝化层的晶片，钝化层具有第一开口，焊盘位于第一开口内，所述钝化层及焊盘上形成有带露出焊盘的第二开口的第一绝缘层；在第一绝缘层上及第二开口内形成再分布金属层；在再分布金属层表面形成第二绝缘层；在第二绝缘层上形成与第二开口错开分布的第三开口，曝露出再分布金属层；通入不与再分布金属层反应的气体，去除第三开口内的第二绝缘层残渣。本发明还提供一种再分布凸点的制作方法。本发明通入不与再分布金属层反应的气体，去除第三开口内的第二绝缘层残渣。使再分布金属层不被气体腐蚀，保持完整，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。

Description

再分布金属层及再分布凸点的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种再分布金属层及再分布凸点的制作方法。
背景技术
晶片级封装(Wafer Level Chip Scale Package，WLCSP)是一种可以使集成电路(IC)面向下贴装到印刷电路板上的CSP封装技术，晶片的焊点通过独立的锡球焊接到印刷电路板的焊盘上，不需要任何填充材料。这种技术的第一个优点是集成电路到印刷电路板之间的电感很小，第二个优点是缩小了封装尺寸和生产周期并提高了热传导性能。
在集成电路晶片尺寸逐步缩小，集成度不断提高的情况下，电子工业对集成电路封装技术提出了越来越高的要求，凸点的尺寸不仅越做越小，而且分布也越来越密集。申请号为03140656的中国专利申请文件提供了一种微细间距倒装焊凸点电镀制备技术，能够满足焊球边间距50μm以上，焊球直径在50μm至300μm的要求，但是，在晶片级封装中，连接点的分布更加密集，因此，需要对用于形成凸点的连接点进行再分布，避免过多的凸点互相接触导致凸点之间短路。所谓的凸点再分布就是将晶片上做好的需要形成连接点的开口重新进行分布，转移至晶片的其它位置，并形成凸点，以实现凸点的合理分布。
现有技术中凸点制作之前的结构参考附图1所示，晶片10在进入凸点制作工艺之前，晶片10上已经完成钝化层11和焊盘12的形成工艺，其中，钝化层11形成有开口，焊盘12位于钝化层11的开口处，凸点就形成在焊盘12之上。为了将连接点进行再分布，需要将连接点下的焊盘以及钝化层的开口进行再分布，将进行再分布的焊盘和钝化层以及钝化层开口称为再分布结构。
参考附图2所示，在焊盘12以及钝化层11上形成第一绝缘层13，所述第一绝缘层13的材料为苯并环丁烯树脂(Benzocyclobutene，BCB)，之后，在所述第一绝缘层13上形成第二开口16，第二开口16的位置与焊盘12的位置相对应。
参考附图3所示，在第一绝缘层13上以及第二开口16内形成再分布金属层14，所述再分布金属层14为铜，再分布金属层14要求完全覆盖第二开口16并在第一绝缘层13上延伸至再分布凸点的位置。
参考附图4所示，在再分布金属层14以及第一绝缘层13上形成第二绝缘层15，所述第二绝缘层15的材料为苯并环丁烯树脂，之后，在第二绝缘层15上形成第三开口17，第三开口17的位置即为需要形成再分布凸点的位置；然后，用等离子体蚀刻法去除第三开口17内再分布金属层14上的第二绝缘层15的残渣，所用气体为氧气和四氟化碳。最后，按照现有技术，在第三开口17以及第二绝缘层15上形成凸点下金属层(Under-Bump Metallurgy；UBM)，并沉积凸点焊料，回流焊料形成凸点。
现有技术在用气体去除金属层上的第二绝缘层残渣时，由于气体中包含四氟化碳，其中氟离子吸附在钝化层表面，会与金属层的材料铜发生反应，使金属层表面产生缺陷，影响后续凸点的制作，进而使凸点电性能及可靠性降低。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种再分布金属层及再分布凸点的制作方法，防止氟离子和再分布金属层反应。
为解决上述问题，本发明提供一种再分布金属层的制作方法，包括：提供表面具有钝化层的晶片，钝化层具有第一开口，焊盘位于第一开口内，所述钝化层及焊盘上形成有带露出焊盘的第二开口的第一绝缘层；在第一绝缘层上及第二开口内形成再分布金属层；在再分布金属层表面形成第二绝缘层；在第二绝缘层上形成与第二开口错开分布的第三开口，曝露出再分布金属层；通入气体，去除第三开口内的第二绝缘层残渣，所述气体不与再分布金属层反应。
可选的，所述气体为氧气、四氟化碳和氢气组合。所述氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气的流量为700sccm～900sccm。
可选的，所述气体为氧气、四氟化碳、氢气和氮气组合。所述氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气和氮气混合的流量为700sccm～900sccm。
可选的，所述第二绝缘层的材料为苯并环丁烯。形成第二绝缘层的工艺为涂层工艺。
可选的，形成再分布金属层的方法为电镀法。所述金属层的材料为铜。
本发明提供一种再分布凸点的制作方法，包括：提供表面具有钝化层的晶片，钝化层具有第一开口，焊盘位于第一开口内，所述钝化层及焊盘上形成有带露出焊盘的第二开口的第一绝缘层；在第一绝缘层上及第二开口内形成再分布金属层；在再分布金属层表面形成第二绝缘层；在第二绝缘层上形成与第二开口错开分布的第三开口，曝露出再分布金属层；通入气体，去除第三开口内的第二绝缘层残渣，所述气体不与再分布金属层反应；在第三开口内形成覆盖再分布金属层的凸点下金属层；在凸点下金属层上形成再分布凸点。
可选的，所述气体为氧气、四氟化碳和氢气组合。所述氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气的流量为700sccm～900sccm。
可选的，所述气体为氧气、四氟化碳、氢气和氮气组合。所述氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气和氮气混合的流量为700sccm～900sccm。
与现有技术相比，上述方案具有以下优点：1)通入不与再分布金属层反应的气体，去除第三开口内的第二绝缘层残渣。使再分布金属层不被气体腐蚀，保持完整，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。
2)通入气体为氧气、四氟化碳和氢气组合，由于四氟化碳中的氟离子与氢气反应，因此不会与再分布金属层发生反应，使再分布金属层不被腐蚀，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。
3)另外还可通入气体为氧气、四氟化碳、氢气和氮气组合，由于四氟化碳中的氟离子不但会与氢气反应，还会与氮气反应，因此不会与再分布金属层发生反应，使再分布金属层不被腐蚀，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。
附图说明
图1至图4是现有凸点制作工艺中再分布金属层的形成的示意图；
图5是本发明制作再分布金属层的具体实施方式流程图；
图6至图9是本发明制作再分布金属层的实施例示意图；
图10是本发明制作再分布凸点的具体实施方式流程图；
图11至图16是本发明制作再分布凸点的实施例示意图；
图17是本发明再分布凸点的俯视放大结构示意图。
具体实施方式
本发明通入不与再分布金属层反应的气体，去除第三开口内的第二绝缘层残渣。使再分布金属层不被气体腐蚀，保持完整，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。
本发明通入气体为氧气、四氟化碳和氢气组合，由于四氟化碳中的氟离子与氢气反应，因此不会与再分布金属层发生反应，使再分布金属层不被腐蚀，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。
本发明还可通入气体为氧气、四氟化碳、氢气和氮气组合，由于四氟化碳中的氟离子不但会与氢气反应，还会与氮气反应，因此不会与再分布金属层发生反应，使再分布金属层不被腐蚀，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。
下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
图5是本发明制作再分布金属层的具体实施方式流程图。如图5所示，执行步骤S101，提供表面具有钝化层的晶片，钝化层具有第一开口，焊盘位于第一开口内，所述钝化层及焊盘上形成有带露出焊盘的第二开口的第一绝缘层；执行步骤S102，在第一绝缘层上及第二开口内形成再分布金属层；执行步骤S103，在再分布金属层表面形成第二绝缘层；执行步骤S104，在第二绝缘层上形成与第二开口错开分布的第三开口，曝露出再分布金属层；执行步骤S105，通入气体，去除第三开口内的第二绝缘层残渣，所述气体不与再分布金属层反应。
图6至图9是本发明制作再分布金属层的实施例示意图。如图6所示，提供晶片100，所述晶片100表面具有钝化层102，钝化层102上具有第一开口104，所述第一开口104贯穿钝化层102至露出焊盘106。所述晶片100已经形成有若干半导体器件以及所需的布线结构，材料可以是硅、硅锗或者绝缘体上硅等各种半导体材料。钝化层102位于晶片100的表面，用于保护晶片100在封装过程中不被损坏。钝化层102的材料例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等绝缘材料以及苯并环丁烯树脂或者聚酰亚胺(polyimide)等各种有机高分子绝缘材料。焊盘106位于钝化层102的第一开口104处，连接点就形成在焊盘106之上，所述焊盘106的材料可以是铝或铜等。为了将连接点进行再分布，需要将连接点下的焊盘106以及钝化层102的第一开口104进行再分布，将进行再分布的焊盘106和钝化层102以及钝化层上第一开口104称为再分布结构。
如图7所示，在焊盘106以及钝化层102上形成第一绝缘层108，所述第一绝缘层108的材料为苯并环丁烯树脂，之后，在所述第一绝缘层108上形成第二开口110，第二开口110的位置与焊盘106的位置相对应。形成第一绝缘层108的工艺采用本领域技术人员公知的技术，可以采用旋转涂层工艺，在常压、室温下、持续时间为25s～100s、转速为500rpm～800rpm。所述第一绝缘层108的厚度在4μm至8μm，但不仅限于所述的厚度。由于作为第一绝缘层108的材料苯并环丁烯具有可显影性及光敏性好的特性，因此可以充当光刻胶的作用。对第一绝缘层108进行曝光，显影定义出作为再分布金属层沟槽的第二开口110技术采用本领域技术人员公知的技术，首先通过再分布连线的掩膜图形对于第一绝缘层108进行曝光，曝光的光源可采用离子束或高压汞灯等，然后使用显影剂洗去再分布金属层沟槽位置的苯并环丁烯，就能在第一绝缘层108上形成第二开口110。
参考附图8所示，在第一绝缘层108上以及第二开口110内形成再分布金属层112，再分布金属层112要求完全覆盖第二开口110并在第一绝缘层108上延伸至再分布凸点的位置。所述再分布金属层112为铜，但不仅限于铜，形成再分布金属层112的方法为电镀法，以电镀铜为例，将晶片100置于包含铜离子的电镀液中，一般为硫酸铜等，然后将晶片100接阴极，将电镀液接阳极，并在阴极和阳极间通电，利用电场的作用就能在第一绝缘层108的第二开口110位置上形成所需的铜层了。
参考附图9所示，在再分布金属层112以及第一绝缘层108上形成第二绝缘层114，所述第二绝缘层114的材料为苯并环丁烯树脂，所述第二绝缘层114的厚度为4μm至8μm，形成所述第二绝缘层114的方法也采用上述的涂层工艺。之后，还是采用如上所述的曝光及显影的方法在第二绝缘层114上形成第三开口116，并曝露出再分布金属层112；然后，用等离子体蚀刻法去除第三开口116内再分布金属层112上的第二绝缘层114的残渣，所述通入的气体118不与再分布金属层112反应。
本实施例中，所述气体118可以是氧气、四氟化碳和氢气组合。所述氧气的流量为300sccm(标准状态毫升/分)～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气的流量为700sccm～900sccm；其中，通入氢气的时间为60秒～100秒，采用的压强为700帕～1100帕。
通入气体118为氧气、四氟化碳和氢气组合，由于四氟化碳中的氟离子与氢气反应，因此不会与再分布金属层发生反应，使再分布金属层不被腐蚀，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。
所述气体118还可以是氧气、四氟化碳、氢气和氮气组合。所述氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气和氮气混合的流量为700sccm～900sccm；其中，通入氢气和氮气混合气体的时间为60秒～100秒，采用的压强为700帕～1100帕。
通入气体118为氧气、四氟化碳和氮气组合，由于四氟化碳中的氟离子不但与氢气反应，还会与氮气反应，因此不会与再分布金属层发生反应，使再分布金属层不被腐蚀，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。
图10是本发明制作再分布凸点的具体实施方式流程图。如图10所示，执行步骤S201，提供表面具有钝化层的晶片，钝化层具有第一开口，焊盘位于第一开口内，所述钝化层及焊盘上形成有带露出焊盘的第二开口的第一绝缘层；执行步骤S202，在第一绝缘层上及第二开口内形成再分布金属层；执行步骤S203，在再分布金属层表面形成第二绝缘层；执行步骤S204，在第二绝缘层上形成与第二开口错开分布的第三开口，曝露出再分布金属层；执行步骤S205，通入气体，去除第三开口内的第二绝缘层残渣，所述气体不与再分布金属层反应；执行步骤S206，在第三开口内形成覆盖再分布金属层的凸点下金属层；执行步骤S207，在凸点下金属层上形成再分布凸点。
图11至图16是本发明制作再分布凸点的实施例示意图。如图11所示，提供晶片200，所述晶片200表面具有钝化层202，钝化层202上具有第一开口204，所述第一开口204贯穿钝化层202至露出焊盘206。所述晶片200已经形成有若干半导体器件以及所需的布线结构，材料可以是硅、硅锗或者绝缘体上硅等各种半导体材料。钝化层202位于晶片200的表面，用于保护晶片200在封装过程中不被损坏。钝化层202的材料例如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等绝缘材料以及苯并环丁烯树脂或者聚酰亚胺(polyimide)等各种有机高分子绝缘材料。焊盘206位于钝化层202的第一开口204处，凸点就形成在焊盘206之上，所述焊盘206的材料可以是铝或铜等。
在制作凸点的工艺之前，晶片200上形成有一个以上的开口，用于在封装工艺中在开口位置形成连接点，所述连接点用于形成凸点或者其它的布线连接。但是，随着器件越做越小，并且晶片200内的器件也越来越多，电路结构也越来越复杂，需要制作的凸点也越来越多，为了保证凸点的电连接性能，凸点的尺寸也不可能无限的减小，因此，在需要形成凸点较多的情况下，如果仍然在原来设定的形成连接点的开口位置形成凸点，就会发生凸点之间互相接触，造成短路现象，因此，必须进行凸点的再分布，将比较密集的部分凸点分布至晶片的其它位置，以保证凸点的合理布局。例如附图17所示，图17是本发明再分布凸点的俯视放大结构示意图，焊盘300和焊盘301的位置即为晶片上设定的连接点位置，并且所述焊盘300和焊盘301的位置即为晶片上形成的第一开口的位置，如果直接在焊盘300和301上形成凸点，肯定会发生凸点之间短路的现象，因此，通过图中所示的分布线302将形成凸点的位置重新分布至附图中303的位置，并在所示位置形成凸点。
如图12所示，在焊盘206以及钝化层202上形成第一绝缘层208，所述第一绝缘层208的材料为苯并环丁烯树脂，之后，在所述第一绝缘层208上形成第二开口210，第二开口210的位置与焊盘206的位置相对应。形成第一绝缘层208的工艺采用本领域技术人员公知的技术，可以采用旋转涂层工艺，在常压、室温下、持续时间为25s～100s、转速为500rpm～800rpm。所述第一绝缘层208的厚度在4μm至8μm，但不仅限于所述的厚度。由于作为第一绝缘层208的材料苯并环丁烯具有可显影性及光敏性好的特性，因此可以充当光刻胶的作用。对第一绝缘层208进行曝光，显影定义出作为再分布金属层沟槽的第二开口210技术采用本领域技术人员公知的技术，首先通过再分布连线的掩膜图形对于第一绝缘层208进行曝光，曝光的光源可采用离子束或高压汞灯等，然后使用显影剂洗去再分布金属层沟槽位置的苯并环丁烯，就能在第一绝缘层208上形成第二开口210。
参考附图13所示，在第一绝缘层208上以及第二开口210内形成再分布金属层212，再分布金属层212要求完全覆盖第二开口210并在第一绝缘层208上延伸至再分布凸点的位置。所述再分布金属层212为铜，但不仅限于铜，形成再分布金属层212的方法为电镀法，以电镀铜为例，将晶片200置于包含铜离子的电镀液中，一般为硫酸铜等，然后将晶片200接阴极，将电镀液接阳极，并在阴极和阳极间通电，利用电场的作用就能在第一绝缘层208的第二开口210位置上形成所需的铜层了。
参考附图14所示，在再分布金属层212以及第一绝缘层208上形成第二绝缘层214，所述第二绝缘层214的材料为苯并环丁烯树脂，所述第二绝缘层214的厚度为4μm至8μm，形成所述第二绝缘层214的方法也采用上述的涂层工艺。之后，还是采用如上所述的曝光及显影的方法在第二绝缘层214上形成第三开口216，并曝露出再分布金属层212；然后，用等离子体蚀刻法去除第三开口216内再分布金属层212上的第二绝缘层214的残渣，所述通入的气体218不与再分布金属层212反应。
本实施例中，所述气体218可以是氧气、四氟化碳和氢气组合。所述氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气的流量为700sccm～900sccm；其中，通入氢气的时间为60秒～100秒，采用的压强为700帕～1100帕。
通入气体218为氧气、四氟化碳和氢气组合，由于四氟化碳中的氟离子与氢气反应，因此不会与再分布金属层发生反应，使再分布金属层不被腐蚀，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。
所述气体218还可以是氧气、四氟化碳和氮气组合。所述氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气和氮气混合的流量为700sccm～900sccm；其中，通入氢气和氮气混合气体的时间为60秒～100秒，采用的压强为700帕～1100帕。
通入气体218为氧气、四氟化碳和氮气组合，由于四氟化碳中的氟离子与氮气反应，因此不会与再分布金属层发生反应，使再分布金属层不被腐蚀，使后续制作的凸点的电性能及可靠性提高。
如图15所示，在第二绝缘层214的第三开口216位置形成凸点下金属层220。形成凸点下金属层220的方法可采用在晶片200上通过溅射或者蒸发工艺形成凸点下金属层220，凸点下金属层220可以是钛、钛-钨合金、铜、镍等。接着，在凸点下金属层220上电镀焊料层222，焊料层222通常采用铅锡合金或锡银合金。
如图16所示，在形成焊料层222之后，就需要进行回流工艺以形成焊料凸点。回流形成焊料凸点的工艺为在焊料层108上涂布助焊剂，然后在回流炉内保温回流，形成凸点222a，回流的温度在215℃～260℃。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种再分布金属层的制作方法，其特征在于，包括：
提供表面具有钝化层的晶片，钝化层具有第一开口，焊盘位于第一开口内，所述钝化层及焊盘上形成有带露出焊盘的第二开口的第一绝缘层；
在第一绝缘层上及第二开口内形成再分布金属层；
在再分布金属层表面形成第二绝缘层；
在第二绝缘层上形成与第二开口错开分布的第三开口，曝露出再分布金属层；
通入氧气、四氟化碳和氢气组合或氧气、四氟化碳、氢气和氮气组合，去除第三开口内的第二绝缘层残渣，所述气体不与再分布金属层反应。
2.根据权利要求1所述再分布金属层的制作方法，其特征在于，所述氧气、四氟化碳和氢气组合中氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气的流量为700sccm～900sccm。
3.根据权利要求1所述再分布金属层的制作方法，其特征在于，所述氧气、四氟化碳、氢气和氮气组合中氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气和氮气混合的流量为700sccm～900sccm。
4.根据权利要求1所述再分布金属层的制作方法，其特征在于，所述第二绝缘层的材料为苯并环丁烯。
5.根据权利要求4所述再分布金属层的制作方法，其特征在于，形成第二绝缘层的工艺为涂层工艺。
6.根据权利要求1所述再分布金属层的制作方法，其特征在于，形成再分布金属层的方法为电镀法。
7.根据权利要求6所述再分布金属层的制作方法，其特征在于，所述再分布金属层的材料为铜。
8.一种再分布凸点的制作方法，其特征在于，包括：
提供表面具有钝化层的晶片，钝化层具有第一开口，焊盘位于第一开口内，所述钝化层及焊盘上形成有带露出焊盘的第二开口的第一绝缘层；
在第一绝缘层上及第二开口内形成再分布金属层；
在再分布金属层表面形成第二绝缘层；
在第二绝缘层上形成与第二开口错开分布的第三开口，曝露出再分布金属层；
通入氧气、四氟化碳和氢气组合或氧气、四氟化碳、氢气和氮气组合，去除第三开口内的第二绝缘层残渣，所述气体不与再分布金属层反应；
在第三开口内形成覆盖再分布金属层的凸点下金属层；
在凸点下金属层上形成再分布凸点。
9.根据权利要求8所述再分布凸点的制作方法，其特征在于，所述氧气、四氟化碳和氢气组合中氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气的流量为700sccm～900sccm。
10.根据权利要求8所述再分布凸点的制作方法，其特征在于，所述氧气、四氟化碳、氢气和氮气组合中氧气的流量为300sccm～500sccm，四氟化碳的流量为80sccm～120sccm，氢气和氮气混合的流量为700sccm～900sccm。
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