凸块和具有凸块的半导体器件制造技术

本发明专利技术涉及凸块和具有凸块的半导体器件。该凸块包括形成在结构体之上的金属柱以及形成为覆盖金属柱的侧表面的至少一部分的扩散阻挡构件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术总体上涉及半导体封装件，特别是，涉及凸块(bump)和具有凸块的半导体器件。
技术介绍
倒装芯片封装件采用能够实现高密度封装的连接エ艺。在倒装芯片封装件中，用作导电配线的诸如焊料凸块的凸起物形成在半导体芯片的输入/输出焊垫上，以将半导体芯片和基板电连接。倒装芯片封装件提供可増加半导体器件运行速度的优点。再者，在倒装芯片封装件中，因为在半导体芯片上输入/输出焊垫的位置可能随着情况的需求而变化，所以可简化电路设计，并且因为电路配线的电阻降低，所以倒装芯片封装件可減少功率消耗，并且因此实现优良的电特性。此外，因为半导体芯片的后侧暴露到 外面，所以可改善热特性，并且可实现小尺寸的封装，且由于焊料的自对准而可易于进行连接。然而，因为在进行连接焊料凸块的回流エ艺时焊料凸块由于表面张カ变形成圆形形状，所以难于实现100 μ m或更大的焊料凸块。而且，如果焊料凸块以微小的节距施加，则因为焊料凸块变形成圆形形状，并且相邻的焊料凸块可能彼此粘合，所以不能实现等于或小于200 μ m的微小节距。在此情形下，现有技术中已经提出了采用金属柱代替焊料凸块的技木。然而，在采用金属柱的情况下，由于金属柱的金属成分的向外扩散，相邻的金属柱可能短路或半导体芯片的熔丝可能受到负面影响，并且这些可能导致熔丝失效。
技术实现思路
本专利技术的实施例针对适合于防止金属柱的金属成分扩散的凸块以及具有该凸块的半导体器件。在本专利技术的一个实施例中，凸块包括金属柱，形成在结构体之上；以及扩散阻挡构件，形成为覆盖金属柱的侧表面。金属柱可包括铜、镍、金和铝中的至少任何ー种，并且扩散阻挡构件可包括Ti、TiN, Ta、TaN, TiSiN和WN中的至少任何ー种。凸块还可包括附加扩散阻挡构件，其形成在结构体和金属柱之间，或者还可包括金属柱上形成的连接金属层。在本专利技术的另ー个实施例中，半导体器件包括第一结构体，具有第一表面和背向第一表面的第二表面，并且在第一表面上形成有第一电极焊垫；凸块，形成在第一电极焊垫之上，该凸块包括第一电极焊垫之上形成的金属柱；以及扩散阻挡构件，形成为覆盖金属柱的侧表面。金属柱可包括铜、镍、金和铝中的至少任何ー种，并且扩散阻挡构件可包括Ti、TiN, Ta、TaN, TiSiN和WN中的至少任何ー种。凸块还可包括金属柱上形成的连接金属层。半导体器件还可包括第一结构体和凸块之间形成的凸块下金属，并且凸块还可包括第一结构体和金属柱之间形成的附加扩散阻挡构件。第一结构体可包括半导体器件和印刷电路板中的任何ー种。这里，半导体器件可包括选自图像传感器、半导体存储器、半导体系统、无源器件、有源器件和半导体传感器中的任何ー种，并且印刷电路板可包括选自模块基板、封装体基板、柔性基板和主板中的任何ー种。 第一结构体可包括第一表面上的熔丝。半导体器件还可包括第二结构体，其具有面对第一结构体的第一表面的第三表面和背向第三表面的第四表面，并且在第三表面上形成有与凸块电连接的第二电极焊垫。第ニ结构体可包括半导体器件和印刷电路板中的任何ー种。这里，半导体器件可包括选自图像传感器、半导体存储器、半导体系统、无源器件、有源器件和半导体传感器中的任何ー种，并且印刷电路板可包括选自模块基板、封装体基板、柔性基板和主板中的任何ー种。附图说明图I是示出根据本专利技术实施例的凸块的截面图。图2是示出根据本专利技术实施例的凸块的截面图。图3是示出根据本专利技术实施例的半导体器件的截面图。图4是示出根据本专利技术实施例的半导体器件的截面图。图5是示出根据本专利技术实施例的半导体器件的截面图。具体实施例方式在下文，将參考附图详细描述本专利技术的具体实施例。这里应当理解的是，附图不必按比例绘制，而是在某些情况下可放大比例以清楚体现本专利技术的特定特征。图I是示出根据本专利技术实施例的凸块的截面图。图I所示的凸块20可用作结构体10的电连接部，例如，结构体10为半导体芯片和印刷电路板。參见图1，结构体10可包括一个或更多个半导体器件，例如，图像传感器、半导体存储器、半导体系统、无源器件、有源器件和半导体传感器。作为选择，结构体10可包括印刷电路板，例如，模块基板、封装体基板、柔性基板和主板。凸块20形成在结构体10上，并且包括金属柱21和扩散阻挡构件22。此外，凸块20还包括连接金属层23。金属柱21形成在结构体10上。金属柱21例如具有圆柱形状或诸如三棱柱的棱柱形状。金属柱21具有面对结构体10的一端21A、背向该一端21A的另一端21B以及将一端21A和另一端21B彼此连接的侧表面21C。金属柱21包括铜、镍、金和铝中的一种或更多种。扩散阻挡构件22形成为覆盖金属柱21的侧表面21C。扩散阻挡构件22用于防止金属柱21的金属成分扩散到外面，并且包括Ti、TiN、Ta、TaN、TiSiN和WN中的一种或更多种。连接金属层23形成在金属柱21的另一端21B上，并且包括金(Au)、锡(Sn)和焊料(solder)中的一种或更多种。在本实施例中，扩散阻挡构件22不仅形成在金属柱21的侧表面21C上，而且也形成在连接金属层23的侧表面上。图2是示出根据本专利技术实施例的凸块的截面图。除了附加扩散阻挡构件24外，根据本专利技术实施例的凸块与根据上面參考图I描述的实施例的凸块具有相同的构造。因此，这里省略相同部件部分的重复描述，并且相同的术语和相同的附图标记用于指代相同的部件部分。參见图2，凸块20包括金属柱21、扩散阻挡构件22和附加扩散阻挡构件24。此夕卜，凸块20还包括连接金属层23。附加扩散阻挡构件24形成在结构体10和金属柱21之间。附加扩散阻挡构件24 与扩散阻挡构件22整体形成，并且包括Ti、TiN、Ta、TaN, TiSiN和WN中的一种或更多种。图3是示出根据本专利技术实施例的半导体器件的截面图。參见图3，根据本专利技术实施例的半导体器件I包括第一结构体100和凸块200。此夕卜，半导体器件I还可包括凸块下金属(UBM) 300。第一结构体100可包括半导体器件，例如，图像传感器、半导体存储器、半导体系统、无源器件、有源器件和半导体传感器。作为选择，第一结构体100可包括印刷电路板，例如，模块基板、封装体基板、柔性基板和主板。第一结构体100具有第一表面100A和背向第一表面100A的第二表面100B。第一结构体100包括第一电极焊垫110。此外，第一结构体100还包括熔丝120和第一介电层图案 130。第一电极焊垫110形成在第一结构体100的第一表面100A上。熔丝120形成在第一结构体100的第一表面100A上，且与第一电极焊垫110分开。第一介电层图案130形成在第一结构体100的第一表面100A上，并且露出第一电极焊垫110和熔丝120。凸块200形成在第一电极焊垫110之上和第一介电层图案130的相邻部分之上。在本实施例中，凸块200可与根据上面參考图I描述的实施例的凸块具有实质上相同的构造。具体而言，凸块200包括金属柱210和扩散阻挡构件220。此外，凸块200还包括连接金属层230。金属柱210形成在第一电极焊垫110和第一介电层图案130之上。金属柱210例如具有圆柱形状或诸如三棱柱的棱柱形状。金属柱210具有面对第一结构体100的一端210A、背向一端210A的另一端210B以及将一端210A和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
2011.02.15 KR 10-2011-00132411.一种凸块,包括 金属柱，形成在结构体之上；以及 扩散阻挡构件，形成为覆盖该金属柱的侧表面的至少一部分。2.根据权利要求I所述的凸块，其中该金属柱包括铜、镍、金和铝中的一种或更多种。3.根据权利要求I所述的凸块，其中该扩散阻挡构件包括Ti、TiN,Ta、TaN, TiSiN和WN中的一种或更多种。4.根据权利要求I所述的凸块，还包括 附加扩散阻挡构件，形成在该结构体和该金属柱之间。5.根据权利要求I所述的凸块，还包括 连接金属层，形成在该金属柱上。6.—种半导体器件,包括 第一结构体，具有第一表面和背向该第一表面的第二表面，并且形成有在该第一表面上的第一电极焊垫；以及 凸块，形成在该第一电极焊垫之上， 该凸块包括 金属柱，形成在该第一电极焊垫之上；以及 扩散阻挡构件，形成为覆盖该金属柱的侧表面的至少一部分。7.根据权利要求6所述的半导体器件，其中该金属柱包括铜、镍、金和铝中的一种或更多种。8.根据权利要求6所述的半导体器件，其中该扩散阻挡构件包括Ti、TiN,Ta、TaN,TiSiN和WN中的一种或更多种。9.根据权利要求6所述的半导体器件，其中该凸块还包括 连接金属层，形成在该金属柱上。10.根据权利要求6所...

【专利技术属性】
技术研发人员：裵振浩，朴明根，
申请(专利权)人：海力士半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：