專利名稱：形成焊點的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及半導體集成電路的制造，尤其涉及一種用于集成電路封裝的 形成焊點的方法和裝置。
背景技術：
隨著半導體器件尺寸的持續減小以及器件封裝密度的持續增加，半導體器件 的封裝技術正變得越來越重要，從而包括將半導體器件連接到周圍電路的諸如焊點 的金屬觸點的金屬互連也變得更重要。互連軌跡和網絡的增加導致諸如銅的低阻金屬的應用，這進一步促進了倒裝 晶片封裝的開發。倒裝晶片技術使用形成在半導體器件焊點上的凸點(通常包含鉛 /錫焊料，故又稱為焊點)，并通過該凸點直接與封裝介質(通常為陶瓷或塑料等 有機介質)互連。如圖1所示，圖1示出了通過現有技術的方法所形成焊點的截面圖。在傳統的形成焊點的方法中，半導體表面10具有金屬的觸點12,而半導體表面由鈍化層 14保護。鈍化層14中產生一開口以暴露觸點12的表面。在鈍化層14上沉積焊點 下金屬(UBM)層16。隨后，沉積光阻層(未示出)并對其進行曝光和顯影以對 準觸點12形成開口。在開口中形成粘結層18并在其上電鍍焊料，隨后將光阻層剝 離和蝕刻以形成焊料層(未示出)。在整個焊料層上涂覆助焊劑，并在諸如氮氣環 境中進行回流操作以使焊料層熔化。最后形成球形的焊點20。根據應力模擬，焊點越高，其剪切應變也越高，因此期望使用較高的焊點已 產生更好的應力電阻。但是隨著焊點高度的增加，其尺寸和間距也相應增加。尤其 是對于球形的焊點，其尺寸和間距的增加使得器件封裝密度的增加受到限制。因此， 現有技術中產生了柱形的焊點。如Rinne的美國專利No.6492197以及美國專利申請(公開號US2005/0017376) 都揭示了一種形成焊點的方法，其中使用多種不同熔點的焊料以形成柱形焊點。
如Jin Yonggang靳永剛等人的美國專利No.6940169以及美國專利申請(公開 號US2005/0077624)也都揭示了一種焊點的結構及其形成方法，其中采用了銅柱 結構。然而，在以上所揭示的技術方案中，雖然釆用了柱形的焊點結構，從而增加 了器件封裝密度，但是其中需要增加光阻層厚度，并且整個工藝流程變得復雜。發明內容本發明針對以上現有技術的缺陷，提供了一種簡單的形成焊點的流程，以形 成柱形焊點。根據本發明的一個方面，提供一種形成焊點的方法，包括以下步驟在半導 體表面的觸點上形成焊料層；利用一模板在所述焊料層頂部添加助焊劑，所述模板具有對準所述焊料層而形成的開孔并且僅在開孔范圍進行助焊劑的添加；以及對所 述焊料層表面進行回流以形成所述焊點。較佳地，在上述形成焊點的方法中，所述在半導體表面的觸點上形成焊料層 的步驟包括在所述半導體表面和所述觸點的表面上形成鈍化層；在所述鈍化層上 沉積焊點下金屬層；在所述焊點下金屬層表面沉積光阻層；在對準所述觸點的位置 對所述光阻層進行曝光和顯影以形成一開口；在所述開口內涂覆焊料以形成焊料 層；剝離所述光阻層；以及對所述焊點下金屬層進行蝕刻。較佳地，在上述形成焊點的方法還包括在形成焊料層之前對所述觸點進行清 洗的步驟。較佳地，在上述形成焊點的方法還包括在形成所述焊點后清除助悍劑的步驟。 較佳地，在上述形成焊點的方法中，所述開孔的直徑小于所述焊料層的頂部 的直徑。較佳地，所述模板和所述半導體表面設有多個位置相對應的通孔，通過讀取 對應通孔的對準圖形并比較所述對準圖形和預定圖形來將所述開孔對準所述焊料曰 乂石o較佳地，在上述形成焊點的方法中，所述模板為金屬模板或非金屬模板。 較佳地，在上述形成焊點的方法還包括通過電鍍法形成所述焊點下金屬層和 所述焊料層之間粘結層的步驟。
較佳地，在上述形成焊點的方法還包括在所述光阻層上涂覆所述焊料層的步驟。根據本發明的另一方面，還提供一種形成焊點的設備，包括焊料層形成裝 置，用于在半導體表面的觸點上形成焊料層；助焊劑添加裝置，用于在所述焊料層 頂部添加助焊劑的裝置，包括一模板，其具有對準所述焊料層而形成的開孔并且僅 在開孔范圍進行助焊劑的添加；以及回流裝置，用于對所述焊料層表面進行回流以 形成所述焊點的裝置。采用本發明的技術方案，現有簡單的工藝流程未作大的更改，同時又可形成 了底部柱狀、頂部半球形的焊點，達到提高焊點高度并減小焊點間距，進而增加封 裝密度的效果。
圖1示出了通過現有技術的方法所形成焊點的截面圖。 圖2示出了根據本發明實施例形成焊點的流程圖。 圖3示出了根據本發明實施例進行助焊劑涂覆的示意圖。 圖4示出了通過本發明的方法所形成焊點的截面圖。 圖5示出了根據本發明實施例形成焊點的設備的框圖。
具體實施方式
以下結合附圖詳細說明本發明的實施例，其中附圖中類似的結構采用相同 的標號。形成焊點的方法根據本發明的實施例，結合附圖2-3，描述一種形成焊點的方法。其中圖2 示出了根據本發明實施例形成焊點的流程圖；圖3示出了根據本發明實施例進行助 焊劑涂覆的示意圖。步驟102:在半導體表面IO和及其上觸點12的表面上形成鈍化層14，其中在形成鈍化層之前，可對觸點12的暴露表面進行清洗，如原位濺射法；另外，鈍 化層14可采用現有技術所熟知的各種鈍化層材料，如SIN，SION,聚酰亞胺，聚丙
環丁稀，PBO。步驟104:在鈍化層14上形成開口以暴露觸點12，并沉積焊點下金屬(UBM) 層16，其中UBM層16可通過電鍍方式或物理涂層法進行沉積并可包含鉻或鈦的 阻擋層，并且UBM層16的厚度較佳為4000埃。此外，還可根據實際需要采用其 他的厚度。步驟106:在UBM層16上沉積光阻層(未示出)；其中光阻層可采用正或 負抗蝕劑、液體或干抗蝕劑，其厚度較佳為60微米。此外，還可根據實際需要采 用其他的厚度。步驟108:在對準觸點12的位置對光阻層進行曝光和顯影以圖案化形成一開 口，此開口暴露UBM層16;其中該開口的形狀可根據焊點所需形狀來選定。步驟110:在所暴露的UBM層16上沉積粘結層18，其中如本領域所熟知， 該層又稱為種子層，也可通過電鍍方式沉積；同時，在特定情況下，該層可省略， 或者如替換使用鋁，鎳和銅的復合層或鈦，鎳和銅的復合層等復合層。步驟112:在所述開口內填充焊料以形成焊料層20，同時可將焊料涂覆在光 阻層上；其中焊料可采用本領域所熟知的各種材料，如鉛、錫、各類合金或各種金 屬化合物等。在本發明的實施例中，為了簡化流程，可采用單一材料的焊料。步驟114:在UBM層16上剝離圖案化的光阻層，并對UBM層進行蝕刻。至此，在半導體表面IO的觸點12上形成了焊料層20，如果僅在所述光阻層 的開口內填充焊料，則焊料層20呈柱形；如果還將焊料涂覆在光阻層上，則焊料 層20呈蘑燕形。這里需要說明的是，以上僅示例性描述形成焊料層的流程，還可 以采用本領域熟知的其他形成焊料層的方式，如在其中添加若干附加層或采用其他 本領域熟知的替換材料，這都在本發明的范圍之內。步驟116:利用一模板22在焊料層20頂部添加助焊劑24 (或助焊膠)，該 模板具有對準焊料層20而形成的開孔26并且僅在開孔26的范圍進行助焊劑24 的添加。在一個實施例中，開孔26的直徑小于焊料層20頂部的直徑28。而對于 模板26，可采用金屬或非金屬材料制成。在具體操作中，可將該模板22固定以將 開孔26對準焊料層20，同時將助焊劑置于模板22上而以刮涂方式進行助焊劑的 涂布。固定方式可采用諸如以下手段在模板26上可開有多個通孔，通孔位置和 半導體表面10的多個對準位置相吻合；在助焊劑涂布前，利用計算機讀取模板22
上通孔與半導體表面10的對準圖形。當計算機通過比較判定該對準圖形與計算機
內的預定圖形相吻合，即說明模板22的開孔26與焊料層20的對準完成時，開始 助焊劑的涂布。另外，本發明不限于以h的涂布和固定方式，只要能夠實現開孔 26和焊料層20的對準，可釆取本領域已知的任何方式，這都在本發明的范圍之內。
步驟118:對焊料層20表面進行回流以形成焊點20'。回流操作可采用在氮 氣環境中完成。當然，還可采用本領域所熟知的其他回流方式。
步驟120:清除助焊劑。
至此，形成如附圖4所示出的焊點結構。如本領域所熟知，由于焊料層20表 面存在焊料的氧化物而無法進行回流而需要添加助焊劑幫助回流而形成焊點。在以 上回流過程中，由于僅在焊料層20頂部添加助焊劑24，因此只有部分焊料(即頂 部)實現回流操作，而其他部分則保持原樣，從而形成如圖4所示頂部球形，底部 柱形的焊點20'。
由以上描述可知，與傳統的較為簡便的焊點形成方法相比，僅在添加助焊劑 時利用具有對準焊料層而形成的開孔的模板而進行操作，工藝流程沒有復雜化l同 時又可以形成具有較高高度，較小間距的焊點，達到了所需增加封裝密度的效果。
形成焊點的設備
如圖5所示，圖5示出了根據本發明實施例形成焊點的設備的框圖。 在焊料層形成裝置510中，如以上圖2中步驟102-114的操作，在半導體表面
10的觸點上形成了焊料層20。因此，該焊料層形成裝置510可采用本領域所熟知
的任何形式。
在助焊劑添加裝置520中，包含模板22。助焊劑添加裝置520在焊料層形成 裝置510所形成的焊料層20頂部添加助焊劑24。該模板22具有對準焊料層20而 形成的開孔26并且僅在開孔26的范圍進行助焊劑24的添加。在一個實施例中， 開孔26的直徑小于焊料層20頂部的直徑28。而對于模板22，可采用金屬或非金 屬材料制成。在助焊劑添加裝置520中，可將該模板22固定以將開孔26對準焊料 層20，同時將助焊劑置于模板22上而以刮涂方式進行助焊劑的涂布。固定方式可 采用諸如以下手段在模板26上可開有多個通孔，通孔位置和半導體表面10的多 個對準位置相吻合；在助焊劑涂布前，利用計算機讀取模板22上通孔與半導體表
面IO的對準圖形。當計算機通過比較判定該對準圖形與計算機內的預定圖形相吻
合，即說明模板22的開孔26與焊料層20的對準完成時，開始助焊劑的涂布。另 外，本發明不限于以上的涂布和固定方式，只要能夠實現開孔26和焊料層20的對 準，助焊劑添加裝置520可釆取本領域已知的任何涂布和固定方式，這都在本發明 的范圍之內。
最后，回流裝置530對添加了助焊劑的焊料層表面進行回流。回流裝置530 可采用在氮氣環境。其中，由于僅在焊料層20頂部添加助焊劑24，因此只有部分 焊料(即頂部)實現回流操作，而其他部分則保持原樣，從而形成如圖4所示頂部 球形，底部柱形的焊點20'。
綜上所述，采用本發明的技術方案，現有簡單的工藝流程未作大的更改，同 時又可形成了底部柱狀、頂部半球形的焊點，達到提高焊點高度并減小焊點間距， 進而增加封裝密度的效果。
上述實施例是提供給熟悉本領域內的人員來實現或使用本發明的，熟悉本 領域的人員可在不脫離本發明的發明思想的情況下，對上述實施例做出種種修 改或變化，因而本發明的保護范圍并不被上述實施例所限，而應該是符合權利 要求書提到的創新性特征的最大范圍。
權利要求
1. 一種形成焊點的方法，包括以下步驟在半導體表面的觸點上形成焊料層；利用一模板在所述焊料層頂部添加助焊劑，所述模板具有對準所述焊料層而形成的開孔并且僅在開孔范圍進行助焊劑的添加；以及對所述焊料層表面進行回流以形成所述焊點。
2. 如權利要求l所述的方法，其特征在于，所述在半導體表面的觸點上形成焊料層的步驟包括在所述半導體表面和所述觸點的表面上形成鈍化層；在所述鈍化層上沉積焊點下金屬層； 在所述焊點下金屬層表面沉積光阻層；在對準所述觸點的位置對所述光阻層進行曝光和顯影以形成一開口 ； 在所述開口內涂覆焊料以形成所述焊料層； 剝離所述光阻層；以及 對所述焊點下金屬層進行蝕刻。
3. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括在形成焊料層之前對 所述觸點的表面進行清洗的步驟。
4. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，還包括在形成所述焊點后清 除助焊劑的步驟。
5. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述模板和所述半導體表面 設有多個位置相對應的通孔，通過讀取對應通孔的對準圖形并比較所述對準圖形和 預定圖形來將所述開孔對準所述焊料層。
6. 如權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述開孔的直徑小于所述焊 料層的頂部的直徑。
7. 如權利要求1或2所述的方法，所述模板為金屬模板或非金屬模板。
8. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，還包括通過電鍍法形成所述焊點 下金屬層和所述焊料層之間粘結層的步驟。
9. 如權利要求2所述的方法，其特征在于，還包括在所述光阻層上涂覆所述 焊料層的步驟。
10. —種形成焊點的設備，包括焊料層形成裝置，用于在半導體表面的觸點上形成焊料層； 助焊劑添加裝置，用于在所述焊料層上添加助焊劑，包括一模板，其具有對 準所述焊料層而形成的開孔并且僅在開孔范圍進行助焊劑的添加；以及 回流裝置，用于對所述焊料層表面進行回流以形成所述焊點。
全文摘要
本發明提供一種形成焊點的方法，包括以下步驟在半導體表面的觸點上形成焊料層；利用一模板在所述焊料層頂部添加助焊劑，所述模板具有對準所述焊料層而形成的開孔并且僅在開孔范圍進行助焊劑的添加；以及對所述焊料層表面進行回流以形成所述焊點。本發明還提供一種采用以上方法的設備。采用本發明的技術方案，現有簡單的工藝流程未作大的更改，同時又可形成了底部柱狀、頂部半球形的焊點，達到提高焊點高度并減小焊點間距，進而增加封裝密度的效果。
文檔編號H01L21/02GK101211795SQ20061014794
公開日2008年7月2日 申請日期2006年12月25日 優先權日2006年12月25日
發明者吳明鴻, 李潤領, 王津洲, 靳永剛, 馬振利 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司