具有图案化表面结构的微电子装置制造方法及图纸

本申请涉及具有图案化表面结构的微电子装置。本发明专利技术公开了一种连接结构及其制造方法。该连接结构包含半导体基板、金属层、钝化层以及导电结构。金属层位于半导体基板的上方。钝化层位于金属层的上方，且包含一个开口。导电结构具有图案化表面结构，图案化表面结构通过钝化层的开口与金属层接触。借此，本发明专利技术的连接结构及其制造方法，其中连接结构的图案化表面结构，可改善在回焊期间的晶片翘曲，以避免晶片破裂并增加可靠性，还降低整体的翘曲级。

【技术实现步骤摘要】
具有图案化表面结构的微电子装置分案申请的相关信息本案是分案申请。该分案的母案是申请日为2015年09月22日、申请号为201510607154.1、专利技术名称为“连接结构及其制造方法”的专利技术专利申请案。
本专利技术涉及一种半导体结构及其制造方法，特别是涉及一种具有图案化表面结构的微电子装置及其制造方法。
技术介绍
凸块(Bump)为覆晶封装(FlipChipPackage)结构中用于连接基板与晶片的重要元件。覆晶封装结构通常使用凸块作为媒介，以机械性或导电性的连接基板与晶片。由于凸块是基板与晶片之间连接的关键，因此凸块的可靠性会影响整体覆晶封装结构的操作。封装的目的是为了保护经过多道工艺的晶片，并使封装晶片附着至印刷电路板上。无论如何决不允许封装工艺对晶片所产生的任何损坏。回焊(Reflow)工艺为连接表面安装元件至电路板及/或金属衬垫的最常规方法。为了较好的可靠性及连接至金属衬垫，可借由回焊工艺来处理凸块。在回焊工艺中，电路板与凸块全部的组装(assembly)在热处理下进行，例如借由退火(annealing)。热处理可借由将所述组装通过回焊炉(Reflowoven)或在红外线灯泡下以完成。据此，改善凸块在封装工艺中的可靠度是必要的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种连接结构及其制造方法，其具有图案化表面结构，可改善在回焊期间的晶片翘曲，以避免晶片破裂并增加可靠性，还降低整体的翘曲级。本专利技术提供一种连接结构。该连接结构包含半导体基板、金属层、钝化层以及导电结构。金属层位于半导体基板的上方。钝化层位于金属层的上方，且包含一个开口。导电结构具有图案化表面结构，图案化表面结构通过钝化层的开口与金属层接触。在本专利技术各种实施方式中，导电结构包含凸块(bump)或焊球(solderingball)。在本专利技术各种实施方式中，导电结构的图案化表面结构包含金属部分及支撑部分。在本专利技术各种实施方式中，连接结构还包含凸块下方金属(under-bumpmetallurgy，UBM)层，其设置于金属层及导电结构之间。在本专利技术各种实施方式中，图案化表面结构的支撑部分为网状结构、多个规则排列柱子或同心圆柱。在本专利技术各种实施方式中，所述柱子具有一个剖面包含多边形、圆形或椭圆形。在本专利技术各种实施方式中，图案化表面结构的支撑部分的材料包含至少一种无机材料、至少一种有机材料或其组合；而无机材料为二氧化硅(silicondioxide)、氮化硅(siliconnitride)、二氧化钛(titaniumdioxide)或氧化铝(aluminumoxide)，有机材料为聚亚酰胺(polyimide)或聚苯恶唑(polybenzoxazole，PBO)。在本专利技术各种实施方式中，图案化表面结构的金属部分的材料包含锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、合金或其组合。在本专利技术各种实施方式中，凸块下方金属层的材料包含氮化钛(TiN)、钛(Ti)、氮化钨(WN)、锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)、合金或其组合。在本专利技术各种实施方式中，钝化层的开口具有一种形状，该形状包含多边形、圆形或椭圆形。本专利技术提供一种制造连接结构的方法，且其方法包含下列步骤。在半导体基板的上方形成金属层。在金属层的上方形成钝化层。凹槽化钝化层以形成开口。形成导电结构，且其具有图案化表面结构，而图案化表面结构通过钝化层的开口与金属层接触。在本专利技术各种实施方式中，凹槽化钝化层以形成开口的工艺包含下列步骤。使用光阻至钝化层上。在钝化层进行微影(lithography)及蚀刻(etching)以形成开口，且开口中具有钝化层的剩余部分以作为开口中的支撑部分。在本专利技术各种实施方式中，形成导电结构的工艺包含下列步骤。将金属填入开口。所述金属进行回焊(reflow)以形成导电结构。在本专利技术各种实施方式中，在凹槽化钝化层之后，以及形成导电结构之前，所述方法还包含形成支撑部分于开口中。在本专利技术各种实施方式中，形成导电结构的工艺包含下列步骤。将金属填入开口。所述金属进行回焊以形成导电结构。在本专利技术各种实施方式中，形成导电结构的工艺包含下列步骤。形成导电结构，且其具有图案化表面结构，而图案化表面结构具有金属部分及支撑部分。借由钝化层的开口，以连接导电结构的图案化表面结构与金属层。在本专利技术各种实施方式中，在凹槽化该钝化层之后，以及形成该导电结构之前，所述方法还包含在金属层与导电结构之间形成凸块下方金属层。在本专利技术各种实施方式中，支撑部分的材料包含至少一种无机材料、至少一种有机材料或其组合；而无机材料为二氧化硅(silicondioxide)、氮化硅(siliconnitride)、二氧化钛(titaniumdioxide)或氧化铝(aluminumoxide)，有机材料为聚亚酰胺(polyimide)或聚苯恶唑(polybenzoxazole，PBO)。在本专利技术各种实施方式中，图案化表面结构的金属部分的材料包含锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、合金或其组合。在本专利技术各种实施方式中，凸块下方金属层的材料包含氮化钛(TiN)、钛(Ti)、氮化钨(WN)、锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、镍(Ni)、合金或其组合。与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：本专利技术的连接结构及其制造方法，其具有图案化表面结构，可改善在回焊期间的晶片翘曲，以避免晶片破裂并增加可靠性，还降低整体的翘曲级。参照以下的说明以及权利要求，可更加理解本专利技术的特征、实施例以及优点。应当理解的是，以上的一般叙述以及以下的详细叙述是实例，并旨在对所要求保护专利技术提供进一步的解释。附图说明本
技术实现思路
的实施方式可从下面的详细描述并结合参阅附图得到最佳的理解。要强调的是，按照在业界的标准实务做法，各种特征不一定是按比例绘制。事实上，为了清楚的讨论各种特征的尺寸可任意放大或缩小。图1是绘示依据本专利技术多个实施方式的一种连接结构的剖面图；图2A至图2C是绘示依据本专利技术多个实施方式的沿着图1中的A至A’线的仰视图；图3是绘示依据本专利技术多个实施方式的一种连接结构的剖面图；图4A至图4C是绘示依据本专利技术多个实施方式的一种连接结构制造过程中的中间阶段剖面图；图5A至图5D是绘示依据本专利技术多个实施方式的一种连接结构制造过程中的中间阶段剖面图；图6A至图6D是绘示依据本专利技术多个实施方式的一种连接结构制造过程中的中间阶段剖面图；以及图7A至图7D是绘示依据本专利技术多个实施方式的一种连接结构制造过程中的中间阶段剖面图。具体实施方式之后将以示例图式以详细描述本专利技术的各种实施方式，且在图式和说明书中使用相同的元件符号以指代相同或相似的部分。以下将以图式公开本专利技术的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种微电子装置，其包含：/n基板；/n金属材料，其在所述基板的上方；/n单一钝化材料，其直接位于所述金属材料的上方，其中所述单一钝化材料包含以所述单一钝化材料的垂直侧壁为边界的至少一个开口；/n图案化表面结构，其包含直接位于所述单一钝化材料的所述至少一个开口内的所述金属材料上的所述单一钝化材料的多个横向间隔的部分，其中所述图案化表面结构从所述金属材料突出、并且与所述垂直侧壁横向地间隔，并且其中所述图案化表面结构经配置为网状结构、规则间隔的柱子或同心圆柱；以及/n导电结构，其包含单一导电回焊金属材料，其中所述单一导电回焊金属材料位于所述单一钝化材料中的所述至少一个开口内的所述图案化表面结构的上方、并且与所述金属材料直接接触，其中所述至少一个开口内的所述导电结构的部分与所述图案化表面结构的上表面和侧壁相接触，并且其中在所述单一钝化材料的上方延伸的所述导电结构的一部分展示与所述单一钝化材料的所述垂直侧壁基本一致的横向边界。/n

【技术特征摘要】
20150605 US 14/731,4261.一种微电子装置，其包含：
基板；
金属材料，其在所述基板的上方；
单一钝化材料，其直接位于所述金属材料的上方，其中所述单一钝化材料包含以所述单一钝化材料的垂直侧壁为边界的至少一个开口；
图案化表面结构，其包含直接位于所述单一钝化材料的所述至少一个开口内的所述金属材料上的所述单一钝化材料的多个横向间隔的部分，其中所述图案化表面结构从所述金属材料突出、并且与所述垂直侧壁横向地间隔，并且其中所述图案化表面结构经配置为网状结构、规则间隔的柱子或同心圆柱；以及
导电结构，其包含单一导电回焊金属材料，其中所述单一导电回焊金属材料位于所述单一钝化材料中的所述至少一个开口内的所述图案化表面结构的上方、并且与所述金属材料直接接触，其中所述至少一个开口内的所述导电结构的部分与所述图案化表面结构的上表面和侧壁相接触，并且其中在所述单一钝化材料的上方延伸的所述导电结构的一部分展示与所述单一钝化材料的所述垂直侧壁基本一致的横向边界。


2.如权利要求1所述的微电子装置，其中所述单一钝化材料延着所述金属材料的整体直接位于所述金属材料的上方。


3.如权利要求1所述的微电子装置，其中所述金属材料位于所述基板和所述单一钝化材料中的每一者之间、并且与所述基板和所述单一钝化材料中的每一者直接接触。


4.如权利要求1所述的微电子装置，其中所述导电结构与所述图案化表面结构的整个上表面和侧壁基本直接物理接触，所述导电结构基本完全填充所述单一钝化材料中的所述至少一个开口。


5.如权利要求1所述的微电子结构，其中所述单一钝化材料的所述至少一个开口具有包含多边形、圆形或椭圆形中的至少一者的形状。


6.如权利要求1所述的微电子装置，其中所述图案化表面结构包含垂直侧壁。


7.如权利要求1所述的微电子装置，其中所述图案化表面结构包含具有剖面的所述规则间隔的柱子，所述剖面包含多边形、圆形或椭圆形。


8.如权利要求1所述的微电子装置，其中所述单一钝化材料包含无机材料或者有机材料，并且所述无机材料为二氧化硅、氮化硅、二氧化钛或氧化铝，所述有机材料为聚亚酰胺或聚苯恶唑。


9.如权利要求1所述的微电子装置，其中所述导电结构包含锡(Sn)、银(Ag)、铜(Cu)、金(Au)、其合金或其组合。


10.如权利要求1所述的微电子装置，其中所述导电结构包含焊接材料。


11.如权利要求1所述的微电子装置，其中所述图案化表面结构经配置以在回焊工艺期间减少应力以改善晶片翘曲。


12.一种微电子装置，其包含：
基板；
金属材料，其在所述基板的上方；
单一钝化材料，其直接位于所述金属材料的上方，其中所述单一钝化材料包含以所述单一钝化材料的垂直侧壁为边界的至少一个...

【专利技术属性】
技术研发人员：施信益，吴铁将，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US