CN102005396A - 凸点制作方法以及凸点结构 - Google Patents

Abstract

一种凸点制作方法以及凸点结构，其中，所述凸点制作方法包括：在晶片上沉积凸点下金属层；在凸点下金属层上形成光刻胶层，并曝光、显影形成开口，所述开口中顶部横截面大于底部横截面，且底部露出凸点下金属层；在开口内填充金属，形成金属支柱；在金属支柱顶部沉积焊料，去除所述光刻胶层及其底部的凸点下金属层；高温回流金属支柱顶部的焊料，形成球状凸点焊料。与现有技术相比，本发明制作的凸点结构中，金属支柱与球状凸点焊料间具有较大的接触面积，从而提高了凸点的导电能力，且结构简单，工艺与现有技术相兼容。

Description

凸点制作方法以及凸点结构

技术领域

本发明涉及半导体制程中的晶片封装工艺，更具体的说，涉及一种凸点的制作方法以及凸点结构。

背景技术

随着集成电路技术的不断发展，电子产品越来越向小型化、智能化、高性能以及高可靠性方向发展。而集成电路封装不仅直接影响着集成电路、电子模块乃至整机的性能，而且还制约着整个电子系统的小型化、低成本和可靠性。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。

倒装晶片(flip chip)技术中，通过在晶片表面形成的焊球，使晶片翻转与底板形成连接，从而减小封装尺寸，满足电子产品的高性能(如高速、高频、更小的引脚)、小外形的要求，使产品具有很好的电学性能和传热性能。

凸点制作技术(bump process)是倒装晶片中的一个关键技术。现有技术中的凸点制作方法，是在晶片的互连金属层或铜支柱上沉积焊料，经过一定温度将焊料回流形成的金属焊球。图1至图7为现有的一种凸点制作方法。

如图1所示，提供晶片1，在晶片1的表面形成有钝化层2，并已定义出开口，开口内形成有互连金属层3。

如图2所示，在所述钝化层2以及互连金属层3的表面形成凸点下金属层4(Under-Bump Metallurgy；简称UBM)。

如图3所示，在所述凸点下金属层4的表面沉积光刻胶5，并曝光、显影形成开口，所述开口的底部露出凸点下金属层4，并对准互连金属层3。

如图4所示，在通孔内填充金属铜形成铜支柱6，可以采用电镀或者化学气相沉积等方法形成铜支柱。

如图5所示，在铜支柱6的顶部沉积焊料，所述焊料的材质包括锌、铅锡合金等。

如图6所示，去除光刻胶5及其底部的凸点下金属层4。

如图7所示，在高温下回流焊料，使得焊料变成球状，形成球状凸点焊料7。所述球状凸点焊料7的顶部可连接其他晶片或者基板的互连层。

在现有技术中，所述球状凸点焊料7的阻抗大于铜支柱6，而球状凸点焊料7的顶部与其他晶片或者基板的互连层的接触面积较大，而与铜支柱6的接触面积相对较小，因此当在整个凸点结构中通过大电流时，电流瓶颈在于铜支柱6与凸点焊料7的接触部分。如何提高凸点的导电能力成为凸点制作技术所需要解决的问题。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种凸点制作方法以及凸点结构，所述凸点结构简单，并具有通过大电流的导电能力。

为解决上述问题，本发明所提供的一种凸点制作方法，包括：

在晶片上沉积凸点下金属层；

在凸点下金属层上形成光刻胶层，并曝光、显影形成开口，所述开口中顶部横截面大于底部横截面，且底部露出凸点下金属层；

在开口内填充金属，形成金属支柱；

在金属支柱顶部沉积焊料，去除所述光刻胶层及其底部的凸点下金属层；

高温回流金属支柱顶部的焊料，形成凸点。

作为优选方案，所述在光刻胶层上形成开口的方法，其步骤包括：

在凸点下金属层上形成第一光刻胶层，所述第一光刻胶层为负胶；

对第一光刻胶层进行第一次曝光；

在第一光刻胶层的表面形成第二光刻胶层，所述第二光刻胶为负胶；

对第二光刻胶层进行第二次曝光，且第二次曝光的掩膜面积大于并覆盖第一次曝光时未曝光区域；

对第一光刻胶层以及第二光刻胶层显影，并形成开口。

作为可选方案，所述晶片上定义有形成凸点的区域，第一次曝光时掩膜对准该定义区域。

作为可选方案，所述凸点下金属层的材质为钛、钛-钨合金、铜、镍中的一种或其组合，通过溅射或者蒸发等方法形成；

作为可选方案，所述金属支柱的材质为铜或者铝，通过电镀形成；

作为可选方案，所述焊料的材质为锌、铅锡合金中的一种或其组合。

本发明提供的一种凸点结构，位于晶片上，包括金属支柱以及金属支柱顶部的球状凸点焊料，其特征在于，所述金属支柱两端横截面积不同，横截面积较大的一端与球状凸点焊料连接，另一端通过凸点下金属层与晶片电连接。

作为可选方案，所述金属支柱的材质为铜或者铝；所述球状凸点焊料的材质为锌、铅锡合金中的一种或其组合；所述凸点下金属层的材质为钛、钛-钨合金、铜、镍中的一种或其组合。

与现有技术相比，本发明通过在光刻胶上进行二次曝光形成开口，制作两端横截面积不同的金属支柱，使得形成的凸点结构中，金属支柱与球状凸点焊料间具有较大的接触面积，从而提高了凸点的导电能力，且结构简单，工艺与现有技术相兼容。

附图说明

图1至图7是现有的凸点制作技术的示意图；

图8是本发明所述凸点制作方法的流程图；

图9是本发明所述在光刻胶上形成开口的方法流程图；

图10至图20是本发明所述凸点制作方法具体实施例的工艺示意图。

具体实施方式

现有技术所制作的凸点结构中，影响凸点导电能力的瓶颈在于球状凸点焊料与底部金属支柱的连接部分。因此为了提高凸点的导电能力，本发明通过将金属支柱制作成两端横截面积不同的柱形结构，横截面积较大的一端与球状凸点焊料连接，从而增大金属支柱与球状凸点焊料的接触面积，降低该连接部分的电阻。

本发明所述的凸点制作方法流程图如图8所示，其基本步骤包括：

S1、提供晶片，在晶片上沉积凸点下金属层；

其中所述提供的晶片，表面形成有钝化层，并已定义出形成凸点的区域，在该定义区域内形成有晶片的互连金属层。可选的，所述凸点下金属层的材质为钛、钛-钨合金、铜、镍中的一种或其组合，通过溅射或者蒸发工艺形成。

S2、在凸点下金属层上形成光刻胶层，并曝光、显影形成开口，所述开口中顶部横截面大于底部横截面，且底部露出凸点下金属层；

其中，所述开口对准晶片上定义形成凸点的区域

S3、在开口内填充金属，形成金属支柱；

其中，所述金属支柱材质为铜或者铝，可以通过电镀形成。可选的，填充金属时无需填满开口，使得金属支柱顶部稍低于光刻胶的表面。

S4、在金属支柱顶部沉积焊料，去除所述光刻胶层及其底部的凸点下金属层；

其中，所述焊料的材质为锌、铅锡合金中的一种或其组合，在沉积焊料时，焊料填充开口剩余的空间并溢出部分；然后先用溶液清洗并灰化去除光刻胶层，再去除光刻胶底部的凸点下金属层。

S5、高温回流金属支柱顶部的焊料，形成球状凸点焊料。

其中，焊料回流后将在金属支柱的顶部形成球状凸点焊料。

在上述步骤中S2，所述光刻胶层上形成开口的方法流程图如图9所示，基本步骤包括：

S21、在凸点下金属层上形成第一光刻胶层，所述第一光刻胶层为负胶；然后对第一光刻胶层进行第一次曝光；

其中，第一次曝光时，所使用的掩膜对准晶片上定义的形成凸点的区域，使得该区域表面的第一光刻胶层部分不被曝光。

S22、在第一光刻胶层的表面形成第二光刻胶层，所述第二光刻胶为负胶；对第二光刻胶层进行第二次曝光；

其中，第二次曝光所使用的掩膜面积大于第一次曝光使用的掩膜面积，并且覆盖第一次曝光时第一光刻胶层上未曝光区域。

S23、对第一光刻胶层以及第二光刻胶层显影，并形成开口。

其中，由于第一光刻胶层与第二光刻胶层均为负胶，可以采用同种材质，经过一次显影并溶液清洗后，便可形成开口，开口的图形即第一光刻胶层以及第二光刻胶层未曝光的部分。由于第二次曝光时掩膜大于且覆盖第一次曝光，因此将在第二光刻胶层上形成较大开口，而在第一光刻胶层上形成较小开口，使得所述开口图形呈上大下小的图钉型。

下面结合具体实施例，对本发明所述凸点制作方法作进一步介绍，如图10至图20，为本发明所述凸点制作方法的一个具体实施例。

如图10所示，提供晶片100，所述晶片100的表面形成有钝化层101，并已定义出形成凸点的区域，在该定义区域内形成有晶片的互连金属层102。

所述钝化层101用于凸点制作时，保护晶片100上其他区域不受影响。而互连金属层102用于引出晶片100的互连线与制作的凸点连接。钝化层101可以为氧化硅、氮化硅或者有机绝缘材料等，互连金属层102可以为金属铝垫或者焊盘等。

如图11所示，在所述晶片100的表面通过溅射或蒸发工艺形成凸点下金属层103。本实施例中，是采用溅射的方法在互连金属层102上形成金属钛层作为凸点下金属层103。溅射或者蒸发形成凸点下金属层103的工艺为本领域技术人员熟知的现有技术，不做具体描述。

如图12所示，在凸点下金属层103的表面喷涂第一光刻胶层201，其中第一光刻胶层201为负胶。在形成第一光刻胶层201过程中，应该保证使涂覆的光刻胶厚度达到后续工艺中电镀金属支柱时所需要的厚度。本实施例中，所述第一光刻胶层201的厚度范围在30微米至200微米之间。

如图13所示，对第一光刻胶层201进行第一次曝光。其中所使用的掩膜301应当对准晶片100上定义形成凸点的区域，即对准互连金属层102，使得该定义区域表面的第一光刻胶层201部分不被曝光。图示中，以不同的填充图形表征第一光刻胶层201上的曝光与未曝光部分。

如图14所示，在第一光刻胶层201的表面喷涂第二光刻胶层202，其中第二光刻胶层202也为负胶。可选的，本实施例中为了简化工艺步骤，所述第二光刻胶层202与第一光刻胶层201采用同种材质。所述第二光刻胶层202的厚度范围在15微米至100微米之间。

如图15所示，对第二光刻胶层202进行第二次曝光。由于实际曝光过程中，光线可能穿透第二光刻胶层202而达到第一光刻胶层201上，因此所使用的掩膜302的面积大于第一曝光时掩膜301的面积，且应当对准并覆盖第一次曝光时第一光刻胶层201上未曝光的区域，使得该区域依然不受第二次曝光的影响。同样图示中，采用类似的填充图形表征第二光刻胶层202上的曝光与未曝光部分。

如图16所示，对第一光刻胶层201以及第二光刻胶层202进行显影。由于本实施例中，第一光刻胶层201以及第二光刻胶层202为同种材质，且均为负胶，因此仅需要一次显影。在显影溶液清洗光刻胶时，图15中所示的未被曝光的区域将被洗去。由于第二次曝光时掩膜大于且覆盖第一次曝光，因此将在第二光刻胶层202上形成较大开口，而在第一光刻胶层201上形成较小开口，整体呈上大下小的图钉型开口。

如图17所示，在图16所示形成的开口中填充金属铜或者铝等，形成金属支柱。本实施例中，采用电镀工艺，在开口中电镀铜形成铜支柱104，所述铜支柱104两端的横截面积各异，也呈上大下小的图钉型。电镀形成铜支柱104的工艺为本领域技术人员熟知的现有技术，不做具体描述。可选的，在电镀铜时无需填满开口，使得铜支柱104的顶部稍低于第二光刻胶层202的表面，以便于后续工艺沉积焊料。

如图18所示，在铜支柱104的顶部沉积焊料105，所述焊料105的材质可以是锌、铅锡合金等。本实施例中，焊料105选用铅锡合金，沉积工艺较优选的仍然选用电镀工艺，由于前述步骤中铜支柱104并未填满开口，因此仅需在开口内的铜支柱104的顶部电镀焊料105，并且溢出部分即可。

如图19所示，去除第二光刻胶层202、第一光刻胶层201以及第一光刻胶层201底部的凸点下金属层103。本实施例中，先用溶液清洗并灰化去除所述第二光刻胶层202以及第一光刻胶层201，再刻蚀去除底部的凸点下金属层103。

如图20所示，高温回流铜支柱104顶部的焊料105，使得焊料105熔化后又冷却形成球状的球状凸点焊料106。该步工艺为本领域技术人员熟知的现有技术，不做具体描述。

依据上述实施例所述的凸点制作方法，本发明所提供的一种凸点结构位于晶片上，包括金属支柱104以及金属支柱104顶部的球状凸点焊料106，其特征在于，所述金属支柱104的两端横截面积不同，横截面积较大的一端与球状凸点焊料106连接，另一端通过凸点下金属层103与晶片100电连接。

本发明所述的凸点结构相比现有技术，金属支柱104与球状凸点焊料106之间具有较大的接触面积，因而提高凸点的导电能力。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，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。

Claims (10)

1.一种凸点制作方法，其特征在于，包括：

在晶片上沉积凸点下金属层；

在凸点下金属层上形成光刻胶层，并曝光、显影形成开口，所述开口中顶部横截面大于底部横截面，且底部露出凸点下金属层；

在开口内填充金属，形成金属支柱；

在金属支柱顶部沉积焊料，去除所述光刻胶层及其底部的凸点下金属层；

高温回流金属支柱顶部的焊料，形成球状凸点焊料。

2.如权利要求1所述的凸点制作方法，其特征在于，所述在光刻胶层上形成开口的方法，其步骤包括：

在凸点下金属层上形成第一光刻胶层，所述第一光刻胶层为负胶；

对第一光刻胶层进行第一次曝光；

在第一光刻胶层的表面形成第二光刻胶层，所述第二光刻胶为负胶；

对第二光刻胶层进行第二次曝光，且第二次曝光的掩膜面积大于并覆盖第一次曝光时未曝光区域；

对第一光刻胶层以及第二光刻胶层显影，形成开口。

3.如权利要求2所述的凸点制作方法，其特征在于，所述晶片上定义有形成凸点的区域，第一次曝光时掩膜对准该定义区域。

4.如权利要求1所述的凸点制作方法，其特征在于，所述凸点下金属层的材质为钛、钛-钨合金、铜、镍中的一种或其组合，通过溅射或者蒸发工艺形成。

5.如权利要求1所述的凸点制作方法，其特征在于，所述金属支柱的材质为铜或者铝，通过电镀形成。

6.如权利要求1所述的凸点制作方法，其特征在于，所述焊料的材质为锌、铅锡合金中的一种或其组合。

7.一种凸点结构，位于晶片上，包括金属支柱以及金属支柱顶部的球状凸点焊料，其特征在于，所述金属支柱两端的横截面积不同，截面积较大的一端与球状凸点焊料连接，另一端通过凸点下金属层与晶片电连接。

8.如权利要求7所述的凸点结构，其特征在于，所述金属支柱的材质为铜或者铝。

9.如权利要求7所述的凸点结构，其特征在于，所述球状凸点焊料的材质为锌、铅锡合金中的一种或其组合。

10.如权利要求7所述的凸点结构，其特征在于，所述凸点下金属层的材质钛、钛-钨合金、铜、镍中的一种或其组合。

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