銅柱凸點結(jié)構(gòu)及其制造方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提出一種銅柱凸點結(jié)構(gòu)及其制造方法，涉及半導體生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，結(jié)構(gòu)包括：具有金屬焊盤的半導體器件；設(shè)置于金屬焊盤上的銅柱；具有U形截面的金屬阻擋層，位于銅柱上金屬阻擋層的中間部覆蓋銅柱的頂面，U形截面的開口朝向遠離銅柱的方向，其中金屬阻擋層位于U形截面的側(cè)邊的周邊部包括由金屬阻擋層的中間部一體延伸并往遠離銅柱的方向曲折形成進而突出于頂面的擋墻；位于銅柱上并填充于U形截面內(nèi)的焊料層。本發(fā)明專利技術(shù)提供的技術(shù)方案通過設(shè)置具有U形截面的金屬阻擋層，并在U形截面內(nèi)填充焊料層，這樣，金屬阻擋層將焊料層的側(cè)邊包裹住，可以改善爬錫時造成錫量不足導致的非潤濕的問題或者焊錫量太多導致的焊錫橋接問題。

The structure and manufacturing method of copper pillar bump

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
銅柱凸點結(jié)構(gòu)及其制造方法
本專利技術(shù)涉及半導體生產(chǎn)
，尤其涉及一種銅柱凸點結(jié)構(gòu)及其制造方法。
技術(shù)介紹
隨著集成電路的功能越來越強、性能和集成度越來越高，以及新型的集成電路出現(xiàn)，封裝技術(shù)在集成電路產(chǎn)品中扮演著越來越重要的角色，在整個電子系統(tǒng)的價值中所占的比例越來越大。同時，隨著集成電路特征尺寸達到納米級，晶體管向更高密度、更高的時鐘頻率發(fā)展，封裝也向更高密度的方向發(fā)展。隨著封裝密度不斷提高，芯片與芯片或者芯片與封裝基板的窄節(jié)距電學互連及其可靠性已成為挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的無鉛焊料凸點技術(shù)已難以滿足窄間距互連的進一步發(fā)展需求。銅柱凸點互連技術(shù)，以其良好的電學性能、抗電遷移能力，正成為下一代芯片窄間距互連的關(guān)鍵技術(shù)。微電子封裝為半導體芯片提供了連接至電路基板的電氣連接，同時對脆弱敏感的芯片加以保護，便于測試、返修、標準化輸入，輸出端口，以及改善半導體芯片與電路基板的熱失配。為了順應(yīng)硅基半導體芯片技術(shù)的不斷發(fā)展和環(huán)境保護法令對微電子封裝的需求，微電子封裝互連技術(shù)(結(jié)構(gòu)和材料)也在不斷演變：從引線鍵合到倒裝芯片互連、從錫鉛/高鉛焊料凸點互連到無鉛焊料凸點互連、從焊料凸點互連到銅柱凸點互連。作為下一代芯片封裝互連技術(shù)，銅柱凸點互連正逐漸被越來越多的芯片封裝設(shè)計所采用。一種已知現(xiàn)有技術(shù)中，倒裝芯片焊接過程中，爬錫造成錫量或焊料量不足會導致非潤濕的問題，焊錫量或焊料量太多會導致凸塊間焊料橋接問題。鑒于以上所述，如何避免出現(xiàn)倒裝芯片焊接時因為過多或過少焊錫錫量或焊料量都會造成凸塊接合的質(zhì)量異常是當前需要解決的問題。需要說明的是，在上述
技術(shù)介紹
部分專利技術(shù)的信息僅用于加強對本專利技術(shù)的背景的理解，因此可以包括不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種銅柱凸點結(jié)構(gòu)及其制造方法，至少在一定程度上克服倒裝芯片焊接時出現(xiàn)的因過多或過少焊錫量都會造成凸塊接合的質(zhì)量異常的問題。本專利技術(shù)的其他特性和優(yōu)點將通過下面的詳細描述變得顯然，或部分地通過本專利技術(shù)的實踐而習得。根據(jù)本專利技術(shù)實施例的第一方面，提供一種銅柱凸點結(jié)構(gòu)，包括：具有金屬焊盤的半導體器件；銅柱，設(shè)置于所述金屬焊盤上，所述銅柱具有頂面及側(cè)面；金屬阻擋層，位于所述銅柱上，所述金屬阻擋層具有U形截面，所述金屬阻擋層的中間部覆蓋所述銅柱的所述頂面，所述U形截面的開口朝向遠離所述銅柱的方向；焊料層，位于所述銅柱上并填充于所述U形截面內(nèi)，并于所述金屬阻擋層表面形成焊料凸點，其中所述金屬阻擋層位于所述U形截面的側(cè)邊的周邊部包括由所述金屬阻擋層的中間部一體延伸并往遠離所述銅柱的方向曲折形成進而突出于所述頂面的擋墻，用于限制所述焊料層以防止擴散到所述銅柱的所述側(cè)面。在一個實施例中，還包括凸塊下金屬層，所述凸塊下金屬層位于所述銅柱與所述金屬焊盤之間。在一個實施例中，還包括鈍化層，形成于所述半導體器件上，且所述鈍化層具有位置對準且尺寸小于所述金屬焊盤的第一開孔，以覆蓋所述金屬焊盤的外圍邊緣。在一個實施例中，所述銅柱具有T形截面，所述銅柱凸點結(jié)構(gòu)還包括表面保護層，所述表面保護層形成于所述鈍化層上并局部覆蓋所述金屬焊盤的上表面，所述具有位置對準且尺寸小于所述第一開孔的第二開孔，且所述銅柱的T形根部填充于所述第二開孔。在一個實施例中，所述凸塊下金屬層的一部分位于所述銅柱與所述表面保護層之間。在一個實施例中，所述擋墻為環(huán)形，所述擋墻沿著所述銅柱的所述頂面的周邊且不超過所述銅柱的所述側(cè)面的圍繞區(qū)域。根據(jù)本專利技術(shù)實施例的第二方面，提供一種銅柱凸點結(jié)構(gòu)的制造方法，包括：提供具有金屬焊盤的半導體器件；在所述金屬焊盤上形成銅柱，所述銅柱具有頂面及側(cè)面；在所述銅柱上形成金屬阻擋層，所述金屬阻擋層具有U形截面，所述金屬阻擋層的中間部覆蓋所述銅柱的所述頂面，所述U形截面的開口朝向遠離所述銅柱的方向，并且所述金屬阻擋層位于所述U形截面的側(cè)邊的周邊部包括由所述金屬阻擋層的中間部一體延伸并往遠離所述銅柱的方向曲折形成進而突出于所述頂面的擋墻；在所述U形截面內(nèi)填充焊料形成焊料層，并采用高溫回流工藝于所述金屬阻擋層表面形成焊料凸點，其中所述金屬阻擋層位于所述U形截面的側(cè)邊的周邊部曲折形成為擋墻，用于限制所述焊料層以防止擴散到所述銅柱的所述側(cè)面。在一個實施例中，在所述金屬焊盤上形成銅柱之前，所述制造方法還包括：在所述半導體器件上形成鈍化層，所述鈍化層具有位置對準且尺寸小于所述金屬焊盤的第一開孔，以覆蓋所述金屬焊盤的外圍邊緣。在一個實施例中，在所述半導體器件上形成鈍化層之后，所述制造方法還包括：在所述鈍化層和所述焊盤的上表面形成表面保護層；采用光刻工藝在所述表面保護層上預(yù)制備銅柱的位置形成尺寸小于所述第一開孔的第二開孔。在一個實施例中，所述制造方法還包括：在形成所述銅柱之前，在所述半導體器件上沉積金屬材料形成凸塊下金屬層。在一個實施例中，所述制造方法還包括：在形成所述銅柱之前，在所述半導體器件上與所述銅柱對應(yīng)的位置之外的部分處形成第一光阻層；在形成所述銅柱之后，去除所述第一光阻層。在一個實施例中，在所述銅柱上形成金屬阻擋層之前，所述制造方法包括：在形成有所述銅柱的半導體器件上形成掩模層；采用光刻工藝在所述掩模層上預(yù)制備銅柱的位置形成第三開孔。在一個實施例中，在所述金屬焊盤上形成銅柱之后，所述制造方法還包括：在具有掩模層的半導體器件上電鍍金屬材料形成金屬阻擋層；在所述金屬阻擋層金屬材料上與所述銅柱對應(yīng)的位置處形成第二光阻層；蝕刻未被第二光阻層覆蓋位置處的金屬阻擋層金屬材料；去除所述第二光阻層；在所述U形截面內(nèi)填充焊料形成焊料層；去除所述掩模層。在一個實施例中，在所述金屬焊盤上形成銅柱之后，所述制造方法還包括：在所述具有掩模層的半導體器件上電鍍金屬材料形成金屬阻擋層；在所述金屬阻擋層金屬材料上與所述銅柱對應(yīng)的位置處之外的部分形成第三光阻層；在所述U形截面內(nèi)填充焊料形成焊料層；去除所述第三光阻層；蝕刻未被焊料覆蓋位置處的金屬阻擋層金屬材料；去除所述掩模層。本專利技術(shù)實施例提供的技術(shù)方案可以包括以下有益效果：本專利技術(shù)一種示例性實施例所提供的技術(shù)方案中通過設(shè)置具有U形截面的金屬阻擋層，并在U形截面內(nèi)填充焊料層，使得金屬阻擋層將焊料層包裹住，可以改善倒裝芯片焊接過程中，爬錫時造成錫量不足導致的非潤濕的問題，或者焊錫量太多導致的焊錫橋接問題。應(yīng)當理解的是，以上的一般描述和后文的細節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本專利技術(shù)。附圖說明此處的附圖被并入說明書中并構(gòu)成本說明書的一部分，示出了符合本專利技術(shù)的實施例，并與說明書一起用于解釋本專利技術(shù)的原理。顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1示意性示出了本專利技術(shù)一個實施例中的一種銅柱凸點結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖2示意性示出了本專利技術(shù)一個實施例的銅柱凸點結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖；圖3示意性示出了本專利技術(shù)另一個實施例的銅柱凸本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
1.一種銅柱凸點結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：/n具有金屬焊盤的半導體器件；/n銅柱，設(shè)置于所述金屬焊盤上，所述銅柱具有頂面及側(cè)面；/n金屬阻擋層，位于所述銅柱上，所述金屬阻擋層具有U形截面，所述金屬阻擋層的中間部覆蓋所述銅柱的所述頂面，所述U形截面的開口朝向遠離所述銅柱的方向；/n焊料層，位于所述銅柱上并填充于所述U形截面內(nèi)，并于所述金屬阻擋層表面形成焊料凸點，其中所述金屬阻擋層位于所述U形截面的側(cè)邊的周邊部包括由所述金屬阻擋層的中間部一體延伸并往遠離所述銅柱的方向曲折形成進而突出于所述頂面的擋墻，用于限制所述焊料層以防止擴散到所述銅柱的所述側(cè)面。/n

【技術(shù)特征摘要】
1.一種銅柱凸點結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：
具有金屬焊盤的半導體器件；
銅柱，設(shè)置于所述金屬焊盤上，所述銅柱具有頂面及側(cè)面；
金屬阻擋層，位于所述銅柱上，所述金屬阻擋層具有U形截面，所述金屬阻擋層的中間部覆蓋所述銅柱的所述頂面，所述U形截面的開口朝向遠離所述銅柱的方向；
焊料層，位于所述銅柱上并填充于所述U形截面內(nèi)，并于所述金屬阻擋層表面形成焊料凸點，其中所述金屬阻擋層位于所述U形截面的側(cè)邊的周邊部包括由所述金屬阻擋層的中間部一體延伸并往遠離所述銅柱的方向曲折形成進而突出于所述頂面的擋墻，用于限制所述焊料層以防止擴散到所述銅柱的所述側(cè)面。


2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的銅柱凸點結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括凸塊下金屬層，所述凸塊下金屬層位于所述銅柱與所述金屬焊盤之間。


3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的銅柱凸點結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包括鈍化層，形成于所述半導體器件上，且所述鈍化層具有位置對準且尺寸小于所述金屬焊盤的第一開孔，以覆蓋所述金屬焊盤的外圍邊緣。


4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的銅柱凸點結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述銅柱具有T形截面，所述銅柱凸點結(jié)構(gòu)還包括表面保護層，所述表面保護層形成于所述鈍化層上并局部覆蓋所述金屬焊盤的上表面，所述表面保護層具有位置對準且尺寸小于所述第一開孔的第二開孔，且所述銅柱的T形根部填充于所述第二開孔。


5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的銅柱凸點結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述凸塊下金屬層的一部分位于所述銅柱與所述表面保護層之間。


6.根據(jù)權(quán)利要求1至5任一項所述的銅柱凸點結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述擋墻為環(huán)形，所述擋墻沿著所述銅柱的所述頂面的周邊且不超過所述銅柱的所述側(cè)面的圍繞區(qū)域。


7.一種銅柱凸點結(jié)構(gòu)的制造方法，其特征在于，包括：
提供具有金屬焊盤的半導體器件；
在所述金屬焊盤上形成銅柱，所述銅柱具有頂面及側(cè)面；
在所述銅柱上形成金屬阻擋層，所述金屬阻擋層具有U形截面，所述金屬阻擋層的中間部覆蓋所述銅柱的所述頂面，所述U形截面的開口朝向遠離所述銅柱的方向，并且所述金屬阻擋層位于所述U形截面的側(cè)邊的周邊部包括由所述金屬阻擋層的中間部一體延伸并往遠離所述銅柱的方向曲折形成進而突出于所述頂面的擋墻；
在所述U形截面內(nèi)填充焊料形成焊料層，并采用高溫回流工藝于所述金屬阻擋層表面形成焊料凸...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：不公告發(fā)明人，
申請(專利權(quán))人：長鑫存儲技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：安徽;34