铜柱凸点结构及其制造方法技术

本发明专利技术提出一种铜柱凸点结构及其制造方法，涉及半导体生产技术领域，结构包括：具有金属焊盘的半导体器件；设置于金属焊盘上的铜柱；具有U形截面的金属阻挡层，位于铜柱上金属阻挡层的中间部覆盖铜柱的顶面，U形截面的开口朝向远离铜柱的方向，其中金属阻挡层位于U形截面的侧边的周边部包括由金属阻挡层的中间部一体延伸并往远离铜柱的方向曲折形成进而突出于顶面的挡墙；位于铜柱上并填充于U形截面内的焊料层。本发明专利技术提供的技术方案通过设置具有U形截面的金属阻挡层，并在U形截面内填充焊料层，这样，金属阻挡层将焊料层的侧边包裹住，可以改善爬锡时造成锡量不足导致的非润湿的问题或者焊锡量太多导致的焊锡桥接问题。

The structure and manufacturing method of copper pillar bump

【技术实现步骤摘要】
铜柱凸点结构及其制造方法
本专利技术涉及半导体生产
，尤其涉及一种铜柱凸点结构及其制造方法。
技术介绍
随着集成电路的功能越来越强、性能和集成度越来越高，以及新型的集成电路出现，封装技术在集成电路产品中扮演着越来越重要的角色，在整个电子系统的价值中所占的比例越来越大。同时，随着集成电路特征尺寸达到纳米级，晶体管向更高密度、更高的时钟频率发展，封装也向更高密度的方向发展。随着封装密度不断提高，芯片与芯片或者芯片与封装基板的窄节距电学互连及其可靠性已成为挑战。传统的无铅焊料凸点技术已难以满足窄间距互连的进一步发展需求。铜柱凸点互连技术，以其良好的电学性能、抗电迁移能力，正成为下一代芯片窄间距互连的关键技术。微电子封装为半导体芯片提供了连接至电路基板的电气连接，同时对脆弱敏感的芯片加以保护，便于测试、返修、标准化输入，输出端口，以及改善半导体芯片与电路基板的热失配。为了顺应硅基半导体芯片技术的不断发展和环境保护法令对微电子封装的需求，微电子封装互连技术(结构和材料)也在不断演变：从引线键合到倒装芯片互连、从锡铅/高铅焊料凸点互连到无铅焊料凸点互连、从焊料凸点互连到铜柱凸点互连。作为下一代芯片封装互连技术，铜柱凸点互连正逐渐被越来越多的芯片封装设计所采用。一种已知现有技术中，倒装芯片焊接过程中，爬锡造成锡量或焊料量不足会导致非润湿的问题，焊锡量或焊料量太多会导致凸块间焊料桥接问题。鉴于以上所述，如何避免出现倒装芯片焊接时因为过多或过少焊锡锡量或焊料量都会造成凸块接合的质量异常是当前需要解决的问题。需要说明的是，在上述
技术介绍
部分专利技术的信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种铜柱凸点结构及其制造方法，至少在一定程度上克服倒装芯片焊接时出现的因过多或过少焊锡量都会造成凸块接合的质量异常的问题。本专利技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本专利技术的实践而习得。根据本专利技术实施例的第一方面，提供一种铜柱凸点结构，包括：具有金属焊盘的半导体器件；铜柱，设置于所述金属焊盘上，所述铜柱具有顶面及侧面；金属阻挡层，位于所述铜柱上，所述金属阻挡层具有U形截面，所述金属阻挡层的中间部覆盖所述铜柱的所述顶面，所述U形截面的开口朝向远离所述铜柱的方向；焊料层，位于所述铜柱上并填充于所述U形截面内，并于所述金属阻挡层表面形成焊料凸点，其中所述金属阻挡层位于所述U形截面的侧边的周边部包括由所述金属阻挡层的中间部一体延伸并往远离所述铜柱的方向曲折形成进而突出于所述顶面的挡墙，用于限制所述焊料层以防止扩散到所述铜柱的所述侧面。在一个实施例中，还包括凸块下金属层，所述凸块下金属层位于所述铜柱与所述金属焊盘之间。在一个实施例中，还包括钝化层，形成于所述半导体器件上，且所述钝化层具有位置对准且尺寸小于所述金属焊盘的第一开孔，以覆盖所述金属焊盘的外围边缘。在一个实施例中，所述铜柱具有T形截面，所述铜柱凸点结构还包括表面保护层，所述表面保护层形成于所述钝化层上并局部覆盖所述金属焊盘的上表面，所述具有位置对准且尺寸小于所述第一开孔的第二开孔，且所述铜柱的T形根部填充于所述第二开孔。在一个实施例中，所述凸块下金属层的一部分位于所述铜柱与所述表面保护层之间。在一个实施例中，所述挡墙为环形，所述挡墙沿着所述铜柱的所述顶面的周边且不超过所述铜柱的所述侧面的围绕区域。根据本专利技术实施例的第二方面，提供一种铜柱凸点结构的制造方法，包括：提供具有金属焊盘的半导体器件；在所述金属焊盘上形成铜柱，所述铜柱具有顶面及侧面；在所述铜柱上形成金属阻挡层，所述金属阻挡层具有U形截面，所述金属阻挡层的中间部覆盖所述铜柱的所述顶面，所述U形截面的开口朝向远离所述铜柱的方向，并且所述金属阻挡层位于所述U形截面的侧边的周边部包括由所述金属阻挡层的中间部一体延伸并往远离所述铜柱的方向曲折形成进而突出于所述顶面的挡墙；在所述U形截面内填充焊料形成焊料层，并采用高温回流工艺于所述金属阻挡层表面形成焊料凸点，其中所述金属阻挡层位于所述U形截面的侧边的周边部曲折形成为挡墙，用于限制所述焊料层以防止扩散到所述铜柱的所述侧面。在一个实施例中，在所述金属焊盘上形成铜柱之前，所述制造方法还包括：在所述半导体器件上形成钝化层，所述钝化层具有位置对准且尺寸小于所述金属焊盘的第一开孔，以覆盖所述金属焊盘的外围边缘。在一个实施例中，在所述半导体器件上形成钝化层之后，所述制造方法还包括：在所述钝化层和所述焊盘的上表面形成表面保护层；采用光刻工艺在所述表面保护层上预制备铜柱的位置形成尺寸小于所述第一开孔的第二开孔。在一个实施例中，所述制造方法还包括：在形成所述铜柱之前，在所述半导体器件上沉积金属材料形成凸块下金属层。在一个实施例中，所述制造方法还包括：在形成所述铜柱之前，在所述半导体器件上与所述铜柱对应的位置之外的部分处形成第一光阻层；在形成所述铜柱之后，去除所述第一光阻层。在一个实施例中，在所述铜柱上形成金属阻挡层之前，所述制造方法包括：在形成有所述铜柱的半导体器件上形成掩模层；采用光刻工艺在所述掩模层上预制备铜柱的位置形成第三开孔。在一个实施例中，在所述金属焊盘上形成铜柱之后，所述制造方法还包括：在具有掩模层的半导体器件上电镀金属材料形成金属阻挡层；在所述金属阻挡层金属材料上与所述铜柱对应的位置处形成第二光阻层；蚀刻未被第二光阻层覆盖位置处的金属阻挡层金属材料；去除所述第二光阻层；在所述U形截面内填充焊料形成焊料层；去除所述掩模层。在一个实施例中，在所述金属焊盘上形成铜柱之后，所述制造方法还包括：在所述具有掩模层的半导体器件上电镀金属材料形成金属阻挡层；在所述金属阻挡层金属材料上与所述铜柱对应的位置处之外的部分形成第三光阻层；在所述U形截面内填充焊料形成焊料层；去除所述第三光阻层；蚀刻未被焊料覆盖位置处的金属阻挡层金属材料；去除所述掩模层。本专利技术实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：本专利技术一种示例性实施例所提供的技术方案中通过设置具有U形截面的金属阻挡层，并在U形截面内填充焊料层，使得金属阻挡层将焊料层包裹住，可以改善倒装芯片焊接过程中，爬锡时造成锡量不足导致的非润湿的问题，或者焊锡量太多导致的焊锡桥接问题。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1示意性示出了本专利技术一个实施例中的一种铜柱凸点结构的结构图；图2示意性示出了本专利技术一个实施例的铜柱凸点结构的结构图；图3示意性示出了本专利技术另一个实施例的铜柱凸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜柱凸点结构，其特征在于，包括：/n具有金属焊盘的半导体器件；/n铜柱，设置于所述金属焊盘上，所述铜柱具有顶面及侧面；/n金属阻挡层，位于所述铜柱上，所述金属阻挡层具有U形截面，所述金属阻挡层的中间部覆盖所述铜柱的所述顶面，所述U形截面的开口朝向远离所述铜柱的方向；/n焊料层，位于所述铜柱上并填充于所述U形截面内，并于所述金属阻挡层表面形成焊料凸点，其中所述金属阻挡层位于所述U形截面的侧边的周边部包括由所述金属阻挡层的中间部一体延伸并往远离所述铜柱的方向曲折形成进而突出于所述顶面的挡墙，用于限制所述焊料层以防止扩散到所述铜柱的所述侧面。/n

【技术特征摘要】
1.一种铜柱凸点结构，其特征在于，包括：
具有金属焊盘的半导体器件；
铜柱，设置于所述金属焊盘上，所述铜柱具有顶面及侧面；
金属阻挡层，位于所述铜柱上，所述金属阻挡层具有U形截面，所述金属阻挡层的中间部覆盖所述铜柱的所述顶面，所述U形截面的开口朝向远离所述铜柱的方向；
焊料层，位于所述铜柱上并填充于所述U形截面内，并于所述金属阻挡层表面形成焊料凸点，其中所述金属阻挡层位于所述U形截面的侧边的周边部包括由所述金属阻挡层的中间部一体延伸并往远离所述铜柱的方向曲折形成进而突出于所述顶面的挡墙，用于限制所述焊料层以防止扩散到所述铜柱的所述侧面。


2.根据权利要求1所述的铜柱凸点结构，其特征在于，还包括凸块下金属层，所述凸块下金属层位于所述铜柱与所述金属焊盘之间。


3.根据权利要求2所述的铜柱凸点结构，其特征在于，还包括钝化层，形成于所述半导体器件上，且所述钝化层具有位置对准且尺寸小于所述金属焊盘的第一开孔，以覆盖所述金属焊盘的外围边缘。


4.根据权利要求3所述的铜柱凸点结构，其特征在于，所述铜柱具有T形截面，所述铜柱凸点结构还包括表面保护层，所述表面保护层形成于所述钝化层上并局部覆盖所述金属焊盘的上表面，所述表面保护层具有位置对准且尺寸小于所述第一开孔的第二开孔，且所述铜柱的T形根部填充于所述第二开孔。


5.根据权利要求4所述的铜柱凸点结构，其特征在于，所述凸块下金属层的一部分位于所述铜柱与所述表面保护层之间。


6.根据权利要求1至5任一项所述的铜柱凸点结构，其特征在于，所述挡墙为环形，所述挡墙沿着所述铜柱的所述顶面的周边且不超过所述铜柱的所述侧面的围绕区域。


7.一种铜柱凸点结构的制造方法，其特征在于，包括：
提供具有金属焊盘的半导体器件；
在所述金属焊盘上形成铜柱，所述铜柱具有顶面及侧面；
在所述铜柱上形成金属阻挡层，所述金属阻挡层具有U形截面，所述金属阻挡层的中间部覆盖所述铜柱的所述顶面，所述U形截面的开口朝向远离所述铜柱的方向，并且所述金属阻挡层位于所述U形截面的侧边的周边部包括由所述金属阻挡层的中间部一体延伸并往远离所述铜柱的方向曲折形成进而突出于所述顶面的挡墙；
在所述U形截面内填充焊料形成焊料层，并采用高温回流工艺于所述金属阻挡层表面形成焊料凸...

【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：长鑫存储技术有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34