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焊墊結構及其制造方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201010610257.0

申請日:

2010.12.23

公開號:

CN102543921B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101322515677IPC(主分類):H01L 23/485專利申請號:2010106102570申請日:20101223|||公開
IPC分類號: H01L23/485; H01L21/60; H01L23/00 主分類號: H01L23/485
申請人: 中芯國際集成電路制造(上海)有限公司; 武漢新芯集成電路制造有限公司
發明人: 李桂花; 劉君芳; 李德勇; 胡強
地址: 201203 上海市張江路18號
優先權:
專利代理機構: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237 代理人: 屈蘅;李時云
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201010610257.0

授權公告號:

102543921B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2012.09.05|||2012.07.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明揭示了一種焊墊結構及其制造方法,形成于芯片的頂層金屬上,包括:第一鈍化層,形成于所述頂層金屬上,且具有一開口,以露出頂層金屬;金屬焊墊層,形成于所述第一鈍化層及其開口所露出的頂層金屬之上,且頂層金屬之上的金屬焊墊層具有柵格結構;第二鈍化層,形成于所述第一鈍化層之上的金屬焊墊層上。可見,其不再利用第一鈍化層的柵格結構來定義金屬焊墊層的柵格結構,而是以后續的第二鈍化層為掩膜,利用刻蝕工藝來形成金屬焊墊層的柵格結構,即實現了植入式焊墊結構,又避免了第二鈍化層刻蝕過程中,由于金屬焊墊層凹凸不平所引起的氧化物殘留等問題的出現,提高了焊墊接線的牢固性。

權利要求書

1: 一種焊墊結構, 形成于芯片的頂層金屬上, 其特征是, 包括 : 第一鈍化層, 形成于所述頂層金屬上, 且具有一開口, 以露出頂層金屬 ; 金屬焊墊層, 形成于所述第一鈍化層及其開口所露出的頂層金屬之上, 且頂層金屬之 上的金屬焊墊層具有柵格結構 ; 第二鈍化層, 形成于所述第一鈍化層之上的金屬焊墊層上。
2: 根據權利要求 1 所述的焊墊結構, 其特征是, 所述金屬焊墊層為鋁墊層。
3: 根據權利要求 1 所述的焊墊結構, 其特征是, 所述金屬焊墊層的厚度為 8000 至 20000 埃。
4: 一種焊墊結構的制造方法, 其特征是, 包括 : 提供芯片, 并在其頂層金屬上形成第一鈍化層 ; 對第一鈍化層進行刻蝕, 以在其上形成暴露出頂層金屬的第一開口 ; 在所述第一鈍化層及其第一開口所露出的頂層金屬之上形成金屬焊墊層 ; 對所述金屬焊墊層進行刻蝕, 以在所述第一開口的上方形成第二開口 ; 在所述金屬焊墊層上形成第二鈍化層 ; 對所述第二開口內的第二鈍化層進行刻蝕, 以在第二鈍化層上形成柵格結構 ; 以所述第二鈍化層為掩模, 刻蝕所述金屬焊墊層, 以在金屬焊墊層上形成柵格結構 ; 去除所述第二開口內的第二鈍化層。
5: 根據權利要求 4 所述的焊墊結構的制造方法, 其特征是, 所述金屬焊墊層為鋁墊層。
6: 根據權利要求 4 所述的焊墊結構的制造方法, 其特征是, 所述金屬焊墊層的厚度為 8000 至 20000 埃。

說明書


焊墊結構及其制造方法

    【技術領域】
     本發明涉及半導體制造技術領域, 特別是涉及一種焊墊結構及其制造方法。背景技術 在半導體制造技術領域, 集成電路 (IC) 封裝是非常重要的一環, 其為芯片和電路 板之間提供了電互聯、 機械支撐、 機械和環境保護及導熱通道。具體而言, IC 封裝就是利用 導線將芯片上的電路管腳引到封裝外殼的引腳上, 這些引腳又通過印刷電路板上的導線與 其他器件相連接, 從而實現內部芯片與外部電路的連接。
     可見, 在 IC 封裝中, 必不可少的一個環節就是打線 (bonding) 過程, 即從芯片上的 焊墊引出焊線的過程, 并利用后續的金球推力 (ball shear) 或金線拉力 (wire pull) 測試 來判斷焊線與焊墊之間的連接狀況。 然而, 目前, 金球推力 (ball shear) 或金線拉力 (wire pull) 測試失敗的情況還是比較常見的, 最主要的原因就是焊墊 (pad) 和焊線 (bonding wire) 之間的粘附力比較差, 這又往往與焊墊本身的結構以及打線過程有關。
     為此, 現有的改進焊墊性能的主要方式有兩種 : 一是優化打線條件, 例如, 打線的 溫度 ( 或金線的溫度 ), 然而由于金屬本身特性的限制, 這種優化是有限的。 另一種是, 改進 焊墊本身的結構, 具體如下 :
     請參考圖 1, 其為一種現有的焊墊結構截面示意圖。如圖所示, 該焊墊結構形成于 芯片的頂層金屬 10 上, 由第一鈍化層 11、 第二鈍化層 12 以及位于它們之間的金屬焊墊層 13 構成, 通常, 該金屬焊墊層 13 為鋁墊層。從圖中可以看出, 焊球 (bonding ball)14 與金 屬焊墊層 13 之間的接觸面為平面, 導致打錢區域受限, 粘附力比較差等問題的出現。為了 改進這一問題, 現有技術給出了一種植入式焊墊結構, 具體請參考圖 2。
     如圖所示, 該焊墊結構形成于芯片的頂層金屬 20 之上, 由第一鈍化層 21、 第二鈍 化層 22 以及位于它們之間的金屬焊墊層 23 構成, 通常, 該金屬焊墊層 23 為鋁墊層。從圖 中可以看出, 第一鈍化層 21 在窗口 25 處為柵格結構, 從而形成于其上的金屬焊墊層 23 也 為柵格結構, 如此, 在打線過程中, 焊球 24 便嵌入到金屬焊墊層 23 中, 增大了焊球 24 與金 屬焊墊層 23 之間的接觸面積, 同時由于這種嵌入式焊接, 焊球 24 與金屬焊墊層 23 之間的 粘附力也大大增加。然而, 這種結構存在著如下缺陷 :
     在金屬焊墊層 23 凹陷的角落處存在著氧化物殘留 26, 這些氧化物殘留 26 會導致 焊墊的接線不夠牢固, 甚至導致焊墊的接線牢固度測試失敗。
     那么這些氧化物殘留是在該焊墊結構制造過程中, 刻蝕第二鈍化層 23 時產生的, 具體請參考圖 3 至圖 6, 其為一種現有的焊墊結構制造的流程示意圖。如圖所示, 包括如下 步驟 :
     首先, 如圖 3 所示, 在芯片的頂層金屬 20 之上沉積第一鈍化層 21, 并進行光刻、 刻 蝕等工藝在第一鈍化層 21 上形成柵格結構。
     而后, 如圖 4 所示, 沉積金屬焊墊層 23( 此處為鋁墊層 ), 由于第一鈍化層 21 具有 柵格結構, 相應的金屬焊墊層 23 也就形成了凹凸不平的結構。
     接著, 如圖 5, 在金屬焊墊層 23 上沉積第二鈍化層 22。
     最后, 如圖 6, 對第二鈍化層 22 及金屬焊墊層 23 進行刻蝕, 形成窗口 25。由于金 屬焊墊層 23 具有凹凸不平的結構, 在刻蝕過程中, 窗口 25 內金屬焊墊層 23 就形成了相應 的凹凸不平的結構, 然而, 同時也在金屬焊墊層 23 凹陷的角落里產生了刻蝕第二鈍化層 22 的氧化物殘留。
     可見, 有必要改進現有的焊墊結構, 以提高其接線的牢固性。 發明內容 本發明的目的在于提供一種焊墊焊墊結構及其制造方法, 以解決現有焊墊結構存 在氧化物殘留, 接線不牢固等技術問題。
     為解決以上技術問題, 本發明提供一種焊墊結構, 形成于芯片的頂層金屬上, 其包 括: 第一鈍化層, 形成于所述頂層金屬上, 且具有一開口, 以露出頂層金屬 ; 金屬焊墊層, 形 成于所述第一鈍化層及其開口所露出的頂層金屬之上, 且頂層金屬之上的金屬焊墊層具有 柵格結構 ; 第二鈍化層, 形成于所述第一鈍化層之上的金屬焊墊層上。
     進一步的, 所述金屬焊墊層為鋁墊層。
     進一步的, 所述金屬焊墊層的厚度為 8000 至 20000 埃。
     本發明還提供一種焊墊結構的制造方法, 其包括 : 提供芯片, 并在其頂層金屬上形 成第一鈍化層 ; 對第一鈍化層進行刻蝕, 以在其上形成暴露出頂層金屬的第一開口 ; 在所 述第一鈍化層及其第一開口所露出的頂層金屬之上形成金屬焊墊層 ; 對所述金屬焊墊層進 行刻蝕, 以在所述第一開口的上方形成第二開口 ; 在所述金屬焊墊層上形成第二鈍化層 ; 對所述第二開口內的第二鈍化層進行刻蝕, 以在第二鈍化層上形成柵格結構 ; 以所述第二 鈍化層為掩模, 刻蝕所述金屬焊墊層, 以在金屬焊墊層上形成柵格結構 ; 去除所述第二開口 內的第二鈍化層。
     進一步的, 所述金屬焊墊層為鋁墊層。
     進一步的, 所述金屬焊墊層的厚度為 8000 至 20000 埃。
     可見, 以上焊墊結構及其制造方法不再利用第一鈍化層的柵格結構來定義金屬焊 墊層的柵格結構, 而是以后續的第二鈍化層為掩膜, 利用刻蝕工藝來形成金屬焊墊層的柵 格結構, 即實現了植入式焊墊結構, 又避免了第二鈍化層刻蝕過程中, 由于金屬焊墊層凹凸 不平所引起的氧化物殘留等問題的出現, 提高了焊墊接線的牢固性。
     附圖說明
     圖 1 為一種現有的焊墊結構截面示意圖 ;
     圖 2 為另一種現有的焊墊結構截面示意圖 ;
     圖 3 至圖 6 為一種現有的焊墊結構制造的流程示意圖 ;
     圖 7 為本發明一實施列所提供的焊墊結構制造方法的流程圖 ;
     圖 8 至圖 16 為本發明一實施列所提供的焊墊結構制造的流程示意圖 ;
     圖 17 為本發明一實施列所提供的焊墊結構打線后的示意圖。 具體實施方式為讓本發明的上述特征和優點能更明顯易懂, 下文特舉示例性實施例, 并配合附 圖, 作詳細說明如下。
     本發明充分考慮到 : 現有焊墊結構在制造過程中由于金屬焊墊層凹凸不平的結 構, 容易導致后續刻蝕第二鈍化層時在金屬焊墊層凹陷的角落里產生氧化物殘留, 使得焊 墊的接線不夠牢固這一問題。改進了焊墊結構的制造過程, 使得在刻蝕第二鈍化層時, 金 屬焊墊層具有平整的表面, 進而減少甚至避免了最終金屬焊墊層凹陷的角落里氧化物的殘 留。具體, 請參考圖 7, 其為本發明一實施列所提供的焊墊結構制造方法的流程圖。如圖所 示, 該方法包括如下步驟 :
     步驟 S71 : 提供芯片, 并在其頂層金屬上形成第一鈍化層 ;
     步驟 S72 : 對第一鈍化層進行刻蝕, 以在其上形成暴露出頂層金屬的第一開口 ;
     步驟 S73 : 在第一鈍化層及其第一開口所露出的頂層金屬之上形成金屬焊墊層 ;
     步驟 S74 : 對金屬焊墊層進行刻蝕, 以在第一開口的上方形成第二開口 ;
     步驟 S75 : 在金屬焊墊層上形成第二鈍化層 ;
     步驟 S76 : 對第二開口內的第二鈍化層進行刻蝕, 以在第二鈍化層上形成柵格結 構;
     步驟 S77 : 以第二鈍化層為掩模, 刻蝕金屬焊墊層, 以在金屬焊墊層上形成柵格結構; 步驟 S78 : 去除第二開口內的第二鈍化層。
     可見, 以上方法不同于現有技術, 在第一鈍化層上不再形成柵格結構, 這樣后續形 成的金屬焊墊層就會有平整的刻蝕表面, 進而減少甚至避免了最終金屬焊墊層凹陷的角落 里氧化物的殘留。
     下面結合圖 8 至圖 16 來詳細描述以上各個步驟, 使其更明顯易懂。然而, 本領域 技術人員當知, 這僅為本發明的優選實施列并非用以限定本發明。
     如圖 8, 首先執行步驟 S71, 提供芯片, 并在其頂層金屬 80 上形成第一鈍化層 81。 該鈍化層 81 可以為氧化硅層、 氮化硅層等單層鈍化層, 也可以為由氧化硅層和氮氧化硅層 構成的疊層鈍化層。其中疊層鈍化層比單層鈍化層具有更好的熱力學和機械性能, 在封裝 過程中, 能夠吸收和抵消作用在焊墊上的機械應力和熱應力, 確保封裝時產生的各種應力 不會對焊墊造成機械損傷。 然而, 本發明在此不以此為限, 本領域技術人員可根據需要選用 鈍化層 81 的材料。另外, 本發明也不限制鈍化層的形成方法, 較佳的, 可以采用現有技術中 常用的化學氣相沉積方法。
     而后, 如圖 9, 執行步驟 S72, 對第一鈍化層 81 進行刻蝕, 以在其上形成暴露出頂層 金屬 80 的第一開口 811。該刻蝕步驟往往包括在第一鈍化層 81 上涂布光刻膠, 利用曝光、 顯影等光刻技術圖案畫該光刻膠, 在其上定義第一開口 811 的圖形, 而后以其為掩膜, 對第 一鈍化層 81 進行刻蝕, 形成第一開口 811, 以暴露出頂層金屬 80。由于此刻蝕技術為本領 域技術人員所熟知, 故在此不再詳述, 且本發明也不限制于此。
     接下來, 如圖 10, 進行步驟 S73 : 在第一鈍化層 81 及其第一開口 811 所露出的頂層 金屬 80 之上形成金屬焊墊層 83。 在本實施列中, 該金屬焊墊層 83 為鋁墊層, 這是因為現有 焊墊往往采用鋁制材料, 然而其并非用以限制本發明。 而后, 如圖 11, 進行步驟 S74 : 對金屬 焊墊層 83 進行刻蝕, 以在第一開口 811 的上方形成第二開口 832。該刻蝕步驟與第一鈍化
     層 81 的刻蝕過程相似, 往往包括在金屬焊墊層 83 上涂覆光刻膠, 利用曝光、 顯影等光刻技 術圖案畫該光刻膠, 在其上定義第二開口 832 的圖形, 而后以其為掩膜, 對金屬焊墊層 83 進 行刻蝕, 形成第二開口 832。該第二開口 832 不與第一開口 811 連通, 需要保留一定厚度的 金屬焊墊層 83, 以便于后續的進一步刻蝕以及打線需求。
     如圖 12, 執行步驟 S75 : 在金屬焊墊層 83 上形成第二鈍化層 82 ; 該鈍化層 82 的構 成可以同第一鈍化層 81, 在此不再詳述。而后, 執行步驟 S76 : 對第二開口 832 內的第二鈍 化層 82 進行刻蝕, 以在第二鈍化層 82 上形成柵格結構 821。下面結合圖 13 至 14, 詳細描 述該刻蝕步驟, 當然刻蝕工藝已為本領域技術人員所熟知, 故本領域技術人員可以在本發 明的思想范圍內做調整該刻蝕過程, 本發明不做任何限制。首先, 在第二鈍化層 82 上利用 掩膜 84( 例如為硬質掩膜 ) 定義柵格結構 821 的圖形, 而后在光阻層 85 及掩膜 84 的保護 下, 對第二開口 832 內的第二鈍化層 82 進行刻蝕, 以在第二鈍化層 82 上形成柵格結構 821。 在此不限制柵格結構中柵格的數量, 圖中示出了 3 個, 但其舉例, 并使得繪圖方便, 其也可 以為兩個, 或者三個以上。而后, 去除光阻層 85 及掩膜 84。當然, 在此處也可以保留掩膜 84, 在后續步驟中, 以掩膜 84 和第二鈍化層 82 共同保護金屬焊墊層, 對其進行刻蝕。
     接下來, 如圖 15, 執行步驟 S77 : 以第二鈍化層 82 為掩模, 刻蝕金屬焊墊層 83, 以 在金屬焊墊層上形成柵格結構 831。 最后, 執行步驟 S78 : 去除第二開口內的第二鈍化層 83, 即可得到如圖 16 所示的焊墊結構。
     該焊墊結構形成于芯片的頂層金屬 80 上, 包括 : 第一鈍化層 81、 金屬焊墊層 83 以 及第二鈍化層 82。其中第一鈍化層 81 形成于頂層金屬 80 上, 且具有一開口 811, 以露出頂 層金屬 80 ; 金屬焊墊層 83 形成于第一鈍化層 81 及其開口 811 所露出的頂層金屬 80 之上, 且頂層金屬 80 之上的金屬焊墊層 83 具有柵格結構 831 ; 第二鈍化層 82 形成于第一鈍化層 81 之上的金屬焊墊層 83 上。 如圖 17 所示, 該焊墊結構的金屬焊墊層 83 具有柵格結構 831, 如此, 在打線過程中, 焊球 86 便嵌入到金屬焊墊層 83 中, 增大了焊球 86 與金屬焊墊層 83 之間的接觸面積, 同時由于這種嵌入式焊接, 焊球 86 與金屬焊墊層 83 之間的粘附力也大大 增加。
     可見, 以上焊墊結構的制造過程不再利用第一鈍化層的柵格結構來定義金屬焊墊 層的柵格結構, 而是以后續的第二鈍化層為掩膜, 利用刻蝕工藝來形成金屬焊墊層的柵格 結構, 即實現了植入式焊墊結構, 又避免了第二鈍化層刻蝕過程中, 由于金屬焊墊層凹凸不 平所引起的氧化物殘留等問題的出現, 提高了焊墊接線的牢固性。
     需要說明的是, 由于以上焊墊的柵格結構是利用后續的刻蝕工藝形成的, 故相對 于現有技術的形成方式, 其對于金屬焊墊層的厚度要求有所增加。 例如, 現有的焊墊結構的 金屬焊墊層為 5800 埃時, 在本實施列中則需要增加至 10000 埃左右。 然而, 不同的芯片對于 焊墊的厚度要求不同, 故本發明不限制金屬焊墊層的厚度, 只需要滿足刻蝕后焊墊的厚度 要求即可, 通常, 厚度增加至現有工藝中金屬焊墊層的兩倍左右即可滿足要求。例如, 現有 金屬焊墊層的厚度在 4000 埃至 10000 埃, 則相應的本實施列中, 金屬焊墊層的厚度在 8000 埃至 20000 埃左右。
     綜上所述, 以上焊墊結構及其制造方法不再利用第一鈍化層的柵格結構來定義金 屬焊墊層的柵格結構, 而是以后續的第二鈍化層為掩膜, 利用刻蝕工藝來形成金屬焊墊層 的柵格結構, 即實現了植入式焊墊結構, 又避免了第二鈍化層刻蝕過程中, 由于金屬焊墊層凹凸不平所引起的氧化物殘留等問題的出現, 提高了焊墊接線的牢固性。
     以上顯示和描述了本發明的基本原理、 主要特征和本發明的優點。本領域的技術 人員應該了解, 本發明不受上述實施例的限制, 上述實施例和說明書中描述的只是本發明 的原理, 在不脫離本發明精神和范圍的前提下本發明還會有各種變化和改進, 這些變化和 改進都落入要求保護的本發明的范圍內。 本發明要求的保護范圍由所附的權利要求書及其 等同物界定。

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結構 及其 制造 方法
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