專利名稱：帶有加強筋環(huán)的焊料凸點的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，具體屬于芯片的電氣和機械連接的封裝技術(shù)，
尤其涉及一種帶有加強筋環(huán)的焊料凸點的制造方法。
背景技術(shù)：
高性能的芯片在后道工序的鈍化層形成、接觸焊盤(Pad)打開以后，通常使用焊 料凸點(Solder Bump)與電路板、或下一級封裝襯底實現(xiàn)電氣和機械連接，這種封裝技術(shù)通 常稱為"倒裝芯片"技術(shù)。 現(xiàn)有技術(shù)制造焊料凸點的方法中，首先出現(xiàn)的是在接觸焊盤位置焊膏印刷 (Solder Paste Printing)和植焊球的方法，這種技術(shù)只適用于焊盤間距尺寸比較大情況 下應(yīng)用。為適應(yīng)芯片特征尺寸的不斷縮小，單個芯片上的1/0數(shù)越來越多，1/0間距越來越 小的要求，后來提出了電鍍技術(shù)形成焊料凸點的方法，通過光刻膠定義焊料凸點的大小，然 后在光刻膠孔內(nèi)電鍍焊料，去除光刻膠后對焊料回流形成焊料凸點。這些方法形成的焊料 凸點都存在一個問題在芯片的封裝過程和長期使用過程中焊料凸點和接觸焊盤之間位置 的容易出現(xiàn)裂縫影響可靠性。 為了提高封裝的可靠性，一些公司提出了在焊料凸點根基部形成領(lǐng)形聚合物環(huán)的 結(jié)構(gòu)及其制造方法。美國專利US 7129111提出了一種在焊料凸點根基部帶領(lǐng)形聚合物環(huán) 結(jié)構(gòu)的焊料凸點的方法，與美國專利US6578755相比，其主要步驟是先在接觸焊盤上形成 焊料凸點后；進一步涂覆液態(tài)光敏材料；進一部通過以焊料凸點為掩膜曝光，使焊料凸點 與芯片之間的光敏材料存留，形成領(lǐng)形聚合物環(huán)。這種方法先形成焊料凸點、再以焊料凸點 作掩膜形成領(lǐng)形聚合物環(huán)，形成的焊料凸點的結(jié)構(gòu)如圖11所示，球形的焊料凸點62直接 形成于接觸焊盤50之上，領(lǐng)形聚合物環(huán)81形成于焊料凸點62的下半球之下。這種方法形 成的圖ll所示結(jié)構(gòu)的焊料凸點，在下一級封裝(表面貼裝)過程中，由于領(lǐng)形聚合物環(huán)81 限制焊料凸點62變形，在表面貼裝后焊料凸塊難以在芯片和基板(印刷線路板)間變成完 美的鼓形焊點，從而不能較好地實現(xiàn)芯片和基板(印刷線路板)間的連接。同時，這種方法 中，作掩膜的焊料凸點的尺寸難于控制(由于回流過程中形成的球形凸點尺寸的隨機性較 大)，從而領(lǐng)形聚合物環(huán)的尺寸控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種在焊料凸點根基部帶有加強筋環(huán)的焊料凸
點的制造方法，其加強筋環(huán)大小能控制并且加強筋環(huán)不包圍焊料凸點的球形部分。 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供的帶有加強筋環(huán)的焊料凸點的制造方法，所述
方法包括以下步驟 (1)提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有相互獨立的一個以上的接觸焊盤， 以及覆蓋半導(dǎo)體襯底并暴露出所述接觸焊盤的鈍化層，在接觸焊盤和鈍化層上形成連續(xù)的 凸點下金屬種子層；
(2)在所述凸點下金屬種子層上形成掩膜圖形，所述圖形開口對準(zhǔn)所述接觸焊 (3)在所述圖形開口內(nèi)電鍍形成根基焊料部分，在根基焊料部分上電鍍形成截面
積大于所述根基焊料部分的蘑菇頭焊料部分； (4)去除根基焊料部分覆蓋之外的凸點下金屬種子層。 (5)去除掩膜圖形以及未被根基焊料覆蓋的凸點下金屬種子層，在所述鈍化層上涂覆厚度小于根基焊料高度的光敏性材料； (6)以蘑菇頭焊料部分作為掩膜，對所述光敏性材料曝光，并去除已經(jīng)曝光部分，所述光敏材料的未曝光部分保留形成加強筋環(huán)； (7)回流根基焊料部分和蘑菇頭焊料部分形成帶有所述加強筋環(huán)的焊料凸點。
根據(jù)本發(fā)明所提供的一種焊料凸點的制造方法，其中，所述接觸焊盤為鋁、銅或者以上提到的金屬的合金材料之一；所述凸點下金屬種子層為鋁、鈦、鉻、銅、鎳、鋁合金、鈦合金、鉻合金、銅合金、鎳合金中的任意一種或者幾種組成的復(fù)合層(如Cr/Cu， Al/NiV/Cu， Ti/Cu等)；所述凸點下金屬種子層其厚度在100納米 1微米范圍。所述蘑菇都焊料部分的直徑是根基焊料部分的直徑的1. 1 2. 0倍。所述光敏性材料的厚度小于所述根基焊料部分的高度；所述光敏性材料為光敏性聚合物材料，包括但不限于聚酰亞胺(PI :polyimide)，苯并環(huán)丁烯(BCB :bis-BenzoCycloButene)，聚對亞苯基苯并雙噁唑(PB0 :P_phenylene_2， 6-Benzobis0xazole)。 本發(fā)明的技術(shù)效果是本發(fā)明通過先形成加強筋后形成焊料凸點的辦法，步驟(6)后形成的的焊料凸點包括加強筋環(huán)所包圍的根基部分、加強筋環(huán)與加強筋環(huán)所包圍的根基部分以上的球形部分，焊料凸點的球形部分形成于加強筋之上，同時不被加強筋所包圍，從而在下一步倒封裝過程中焊料凸點與封裝襯底之間的能形成完美的鼓形焊點；同時，加強筋環(huán)及其加強筋環(huán)包圍其根基部分使焊料凸點與接觸焊盤之間有良好的機械性能；加強筋環(huán)的尺寸可以通過蘑菇頭焊料部分的形狀尺寸控制。因此，使用本發(fā)明方法所形成的焊料凸點具有機械特性好、與封裝襯底接觸特性好等特點，并且其加強筋環(huán)的尺寸可控，適用于高密度、小間距1/0尺寸的芯片的封裝。


圖1至圖10是本實施例的帶有加強筋環(huán)的焊料凸點的制造方法流程示意圖。
圖11是現(xiàn)有技術(shù)中帶領(lǐng)形聚合物環(huán)的焊料凸點的結(jié)構(gòu)示意圖。
符號說明40半導(dǎo)體襯底 41硅襯底中的微電子器件 45鈍化層50接觸焊盤 46凸點下金屬種子層 90光刻膠 90'顯影后光刻膠91光刻膠開口 46'凸點下金屬種子層 70光敏性聚合物材料80加強筋環(huán) 60a根基焊料部分 60b蘑菇頭焊料部分60c加強筋環(huán)所包圍的根基部分 60d球形部分 60焊料凸點
具體實施例方式
為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述。 圖1所示為焊料凸點制造方法的起始步驟示意圖，提供芯片的半導(dǎo)體襯底40，所述半導(dǎo)體襯底內(nèi)形成有至少一個有源器件，在半導(dǎo)體襯底40上形成有接觸焊盤50以及覆蓋于襯底上的鈍化層45。其中鈍化層45在接觸焊盤50上開口使接觸焊盤50暴露，接觸焊盤50暴露區(qū)域用于形成焊料凸點。鈍化層45可以為聚酰亞胺、氧化硅或者氮化硅材料，接觸焊盤50為導(dǎo)電金屬材料，可以為Al、Cu、或者前述金屬的合金材料之一。其中41為半導(dǎo)體襯底40中的有源器件。 圖2至圖10為本實施例的帶有加強筋環(huán)的焊料凸點的制造方法流程示意圖。結(jié)合圖2至圖IO所示，對實施例作詳細描述。 步驟l，如圖2所示，在圖1所示芯片的鈍化層和暴露部分接觸焊盤上PVD形成凸點下金屬種子層(Under Bump Metallization)46，凸點下金屬種子層46膜層連續(xù)，其作用在于能夠使焊料凸點與接觸焊盤充分粘接，凸點下金屬種子層46通常為鋁、鈦、鉻、銅、鎳等金屬材料組成的合金復(fù)合層(如Cr/Cu， Al/NiV/Cu， Ti/Cu等)。凸點下金屬種子層46的厚度在100納米 1微米范圍。 步驟2，如圖3所示，在凸點下金屬種子層46上涂覆光刻膠90。 步驟3，如圖4所示，使用光刻技術(shù)，通過掩膜版對準(zhǔn)接觸焊盤50區(qū)域曝光，光刻
膠90變成90'，在接觸焊盤50上形成光刻膠開口 91，光刻膠開口 91的圖形即電鍍焊料的圖形。 步驟4，如圖5所示，通過將圖4所示芯片置于含有鉛和錫的鍍液中，電鍍形成錫鉛合金焊料60，焊料首先會在暴露的下凸點金屬層46上生長，逐漸填充光刻膠開口 91，根基焊料部分60a形成；根據(jù)電鍍的特性， 一般會在填充光刻膠開口 91后，焊料繼續(xù)堆積并且同時向光刻膠90'上表面的四周擴散堆積，從而光刻膠開口 91之上的焊料的面積大于光刻膠開口 91的面積，在光刻膠開口之上形成蘑菇頭形狀的焊料，蘑菇頭焊料部分60b形成。根基焊料部分60a在光刻膠開口 91中，蘑菇頭焊料部分60b形成在光刻膠開口 91之上。蘑菇頭焊料部分從上往下看一般呈圓形狀，蘑菇頭焊料部分60b的直徑為根基焊料部分60a的直徑的1. 1 2倍，其大于根基焊料部分60a的直徑部分的焊料覆蓋于光刻膠90'之上。蘑菇頭焊料部分的直徑根據(jù)接觸焊盤之間的間距、焊料凸點要求大小等因素選擇，并可以通過電鍍時間等參數(shù)來控制。由于所有焊料60同時電鍍形成，電鍍的時間等工藝參數(shù)相同，因此，蘑菇頭的大小及直徑均勻性能得到保證。
步驟5，如圖6所示，去除光刻膠90'。 步驟6，如圖7所示，通過濕法刻蝕凸點下金屬種子層，根基焊料部分60a覆蓋之外的下凸點金屬層被刻蝕去除，剩余下凸點金屬層46'。 步驟7，如圖8所示，在鈍化層45上均勻涂覆光敏性聚合物材料70，其厚度低于根基焊料部分60a的高度，也即低于光刻膠90的厚度。光敏性聚合物材料70的厚度范圍通常為3微米 30微米。光敏性聚合物材料70可以為酰亞胺(Polyimide)，苯并環(huán)丁烯(BCB， bis-BenzoCycloButene)聚對亞苯基苯并雙噁唑(PBO， P-phenylene-2，6-BenzobisOxazole)等材茅斗。 步驟8，如圖9所示，以所述蘑菇頭焊料部分作為掩膜，通過曝光、顯影的等步驟后，蘑菇頭焊料部分正下方的光敏性聚合物材料等到保留，根基焊料部分60a的底部被聚合物材料的加強筋環(huán)80包圍，同時可以看出加強筋環(huán)80和蘑菇頭焊料部分之間存在一定間隙。
步驟9，如圖IO所示，把芯片加熱到焊料熔點之上，使焊料液化，由于表面張力的 作用下，使回流的焊料形成大體上球形，焊料凸點60形成，焊料凸點60包括加強筋環(huán)所包 圍的根基部分60c以及球形60d ;球形部分60d與加強筋環(huán)所包圍的根基部分60c直接連 接，形成于加強筋環(huán)80與加強筋環(huán)所包圍的根基部分60c之上，球形部分60d的焊料的體 積約等于蘑菇頭焊料60b和部分根基焊料部分60a的體積之和。在此過程中聚合物加強筋 環(huán)在高溫作用下得到進一步固化，從而增強了焊點根部的強度。 至此帶有加強筋環(huán)80的焊料凸點的制造方法結(jié)束。焊料凸點60由加強筋環(huán)所包 圍的根基部分60c和球形部分60d組成，加強筋環(huán)所包圍的根基部分60c以及加強筋環(huán)80 使焊料凸點具有良好的機械性能，球形部分60d用于下一步倒封裝過程中焊料凸點與封裝 襯底之間的變形接觸部分。 在不偏離本發(fā)明的精神和范圍的情況下還可以構(gòu)成許多有很大差別的實施例。應(yīng) 當(dāng)理解，除了如所附的權(quán)利要求所限定的，本發(fā)明不限于在說明書中所述的具體實施例。
權(quán)利要求
一種帶有加強筋環(huán)的焊料凸點的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1)提供半導(dǎo)體襯底，所述半導(dǎo)體襯底上形成有相互獨立的一個以上的接觸焊盤，以及覆蓋半導(dǎo)體襯底并暴露出所述接觸焊盤的鈍化層，在接觸焊盤和鈍化層上形成連續(xù)的凸點下金屬種子層；(2)在所述凸點下金屬種子層上形成掩膜圖形，所述圖形開口對準(zhǔn)所述接觸焊盤；(3)在所述圖形開口內(nèi)電鍍形成根基焊料部分，在根基焊料部分上電鍍形成截面積大于所述根基焊料部分的蘑菇頭焊料部分；(4)去除根基焊料部分覆蓋之外的凸點下金屬種子層。(5)去除掩膜圖形以及未被根基焊料覆蓋的凸點下金屬種子層，在所述鈍化層上涂覆厚度小于根基焊料高度的光敏性材料；(6)以蘑菇頭焊料部分作為掩膜，對所述光敏性材料曝光，并去除已經(jīng)曝光部分，所述光敏材料的未曝光部分保留形成加強筋環(huán)；(7)回流根基焊料部分和蘑菇頭焊料部分形成帶有所述加強筋環(huán)的焊料凸點。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述接觸焊盤為鋁、銅、或者前述金 屬的合金材料之一。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述凸點下金屬種子層為鋁、鈦、鉻、 銅、鎳、鋁合金、鈦合金、鉻合金、銅合金、鎳合金中的任意一種或者幾種組成的復(fù)合層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述凸點下金屬種子層厚度在100納 米 l微米范圍。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述蘑菇都焊料部分的直徑是根基 焊料部分的直徑的l. 1 2.0倍。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述光敏性材料的厚度小于所述根 基焊料部分的高度。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述光敏性材料為光敏性聚合物材料。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述光敏性聚合物材料為聚酰亞胺、 苯并環(huán)丁烯、聚對亞苯基苯并雙噁唑之一。
全文摘要
帶有加強筋環(huán)的焊料凸點的制造方法，屬于半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，其焊料凸點制造方法采用先形成加強筋環(huán)后回流形成焊料凸點的方法，并且以電鍍焊料形成的蘑菇頭作為形成加強筋環(huán)的掩膜。因此，使用本發(fā)明方法所形成的焊料凸點具有機械特性好、與封裝襯底接觸特性好等特點，并且其加強筋環(huán)的尺寸可控，適用于高密度、小I/O間距的芯片的封裝。
文檔編號H01L21/60GK101728284SQ20081020156
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月22日
發(fā)明者朱奇農(nóng) 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司