形成包含保护层的凸块结构的方法技术

本发明专利技术涉及一种形成包含保护层的凸块结构的方法，揭示于本文的一个示范方法包括下列步骤：在一层绝缘材料中形成导电垫，形成钝化层于该导电垫上方，对该钝化层执行至少一个蚀刻工艺以在该钝化层中定义暴露该导电垫的至少一部分的开口，在该钝化层上、在该开口中、以及在该导电垫的该暴露部分上形成保护层，形成热固化材料层于该保护层上方，执行蚀刻工艺以定义有暴露该保护层的一部分的开口的图案化热固化材料层，对该保护层执行蚀刻工艺以借此暴露该导电垫的至少一部分，以及形成导电耦合至该导电垫的导电凸块。

【技术实现步骤摘要】

本揭示内容大体有关于精密半导体装置的制造，且更特别的是，形成导电凸块结构于集成电路装置上的各种方法以及包含该等结构的装置。
技术介绍
在制造现代集成电路时，通常需要在构成微型电子装置的各种半导体芯片之间提供电气连接。取决于芯片的类型与整体的装置设计要求，可用各种方法实现这些电气连接，例如，打线接合法、卷带式自动接合法(TAB)，覆晶接合法及其类似者。近年来，利用覆晶技术，其中半导体芯片用由所谓焊料凸块形成的焊球来附着至基板、载体或其它芯片，已变成半导体加工工业的重要方面。在覆晶技术中，焊球是形成于待连接芯片中的至少一个芯片的接触层上，例如，在形成于包含多个集成电路的半导体芯片的最后金属化层上方的电介质钝化层上。同样，有适当大小及定位的接合垫形成于另一芯片上，例如，承载封装件，各个接合垫对应至形成于半导体芯片上的焊球。然后，这两种单元(亦即，半导体芯片与承载封装件)的电气连接是通过“翻转”半导体芯片以及使焊球与接合垫物理接触，以及进行“回焊”工艺使得每个焊球粘着至对应接合垫。通常有数百甚至数千个焊料凸块可分布于整个芯片区域，借此提供，例如，现代半导体芯片所要求的输入及输出性能，而现代半导体芯片经常包括复杂的电路，例如微处理器、储存电路、三维(3D)芯片及其类似者，及/或形成完整复杂电路系统的多个集成电路。图1A至图1F图标用于形成半导体装置的导电凸块的一个示范现有技术加工流程。图1A图标在早期制造阶段的示范现有技术装置100。如图标，在一层绝缘材料10中形成多个导电垫12。在该层绝缘材料上方形成示范钝化层14。在一个示范实施例中,钝化层14可由多层材料构成。更具体而言，在图标实施例中，钝化层14可由示范厚度约100纳米的氮化硅碳(BLOK) 14A层，示范厚度约450纳米的二氧化硅14B层以及示范厚度约400纳米的氮化硅层构成。可用传统沉积工艺来形成层14A、14B及14C，例如化学气相沉积(CVD)工艺。接下来，如图1B所示，在钝化层14中形成数个开口 16以借此部分暴露导电垫12。开口 16可用传统微影技术及蚀刻工艺形成。更具体而言，通过图案化光阻屏蔽(未图标)完成一个或多个蚀刻工艺以形成该等开口 16。开口的尺寸可随着特定应用而有所不同。接下来，如图1C所示，形成聚酰亚胺层18。聚酰亚胺层18的形成通常通过用旋涂技术初始沉积聚酰亚胺材料，之后，以例如约360°C的温度执行加热工艺，以固化聚酰亚胺层18。在有些情形下，聚酰亚胺层18可具有约2至10微米的厚度。可惜，在形成聚酰亚胺层18的加工期间，在聚酰亚胺层18与导电垫12的接口处形成氧化物材料19，例如，氧化铜。应注意，尽管氧化物材料19被图标成为均匀层，然而实际上氧化可能并非如此均匀地分布于导电垫12上。氧化物材料19的存在可能倾向局部增加导电垫12与将形成于导电垫12上方的导电凸块之间的电阻。电阻增加可能降低所得半导体装置的绩效性能。图1D图标在已执行数个工艺操作之后的装置100。首先，已用现有微影技术及蚀刻技术图案化聚酰亚胺层18。更具体而言，通过形成于聚酰亚胺层18上方的图案化光阻屏蔽(未图标)执行一个或多个蚀刻工艺以形成图1D的图案化聚酰亚胺层18。然后，凸块下金属化(UBM)层20是以毯覆方式沉积(blanket-d印osited)在整个装置100上。UBM层20可由多层材料构成以及可用一个或多个沉积工艺形成。在一个实施例中，UBM层20可由由钛构成的初始层与由铜构成的第二层构成。然后，如图1E所示，在装置100上方形成图案化屏蔽层22，例如，光阻屏蔽，以及在装置100上形成用于导电凸块的导电材料24。在一个示范实施例中，执行镀覆工艺以形成一层镍(未图标)于装置的暴露部分上，接着用另一镀覆工艺形成导电材料24的块材(bulk)。在一个示范实施例中，导电材料24由锡-银构成，但是也可使用其它材料。图1F图标在已执行其它工艺操作之后的装置100。起先，移除图案化屏蔽层22(参考图1E)。之后，执行加热或回焊工艺导致形成图1F的示范导电凸块24B。本揭示内容针对形成导电凸块于半导体装置上的各种方法用以避免或至少减少上述问题中的一个或多个的影响。
技术实现思路
为供基本理解本专利技术的一些态样，提出以下简化的总结。此总结并非本专利技术的详尽总览。它不是想要识别本专利技术的关键或重要组件或者是描绘本专利技术的范畴。唯一的目的是要以简要的形式提出一些概念作为以下更详细的说明的前言。一般而言，本揭示内容针对形成导电凸块结构于集成电路装置上的各种方法，其中，在一些具体实施例中，使用保护层，以及包含此类结构的装置。在一实施例中，该方法包括:在一层绝缘材料中形成导电垫，形成钝化层于该导电垫及该层绝缘材料上方，对该钝化层执行至少一个蚀刻工艺以在该钝化层中定义暴露该导电垫的至少一部分的开口以及在该钝化层上、在该开口中以及在该导电垫的该暴露部分上形成保护层。在此实施例中，该方法更包括下列步骤:形成热固化材料层(例如，聚酰亚胺层或PBO层)于该保护层上方，对热固化材料层执行蚀刻工艺以定义有暴露该保护层的一部分的开口的图案化热固化材料层，执行蚀刻工艺以移除该保护层的该暴露部分以借此暴露该导电垫的至少一部分，以及在移除该保护层的该暴露部分后，形成导电耦合至该导电垫的导电凸块。在一个示范具体实施例中，揭示于本文的装置包含:位于绝缘材料层中的第一及第二隔开导电垫，各自导电耦合至该第一及该第二导电垫的第一及第二凸块下金属化层，以及各自导电耦合至该第一及该第二凸块下金属化层的第一及第二隔开导电凸块。在此实施例中，该装置更包含在该第一及该第二隔开导电凸块之间位于该层绝缘材料上方的钝化层，以及位在该层绝缘材料上的保护层，其中该保护层在该第一及该第二凸块下金属化层之间延伸以及与彼等接触。揭示于本文的另一示范方法包括:在一层绝缘材料中形成导电垫，形成积层钝化层(mult1-layer passivation layer)于该导电垫上方以及于该层绝缘材料上方,其中该积层钝化层的第一层与该导电垫及该层绝缘材料接触，对该积层钝化层执行至少一个蚀刻工艺以移除该积层钝化层的至少一层，以借此定义有凹处的蚀刻后钝化层，该凹处暴露该第一层的至少一部分以及形成热固化材料层于该蚀刻后钝化层及该第一层的该暴露部分上方。在此实施例中，该方法更包括:对该热固化材料层执行蚀刻工艺以定义有开口的图案化热固化材料层，该开口是暴露该蚀刻后钝化层的一部分以及该第一层的该暴露部分，执行蚀刻工艺以移除该第一层的该暴露部分以借此暴露该导电垫的至少一部分，以及在移除该第一层的该暴露部分后，形成导电耦合至该导电垫的一导电凸块。附图说明参考以下结合附图的说明可明白本揭示内容，其中类似的组件是以相同的组件符号表不。图1A至图1F图标用来形成凸块结构于集成电路装置上的示范现有技术的技术；图2A至图2G图标揭示于本文用以形成导电凸块结构于集成电路装置上的示范加工流程，其中凸块结构是包含保护层；以及图3A至图3G图标揭示于本文用以形成导电凸块结构于集成电路装置上的另一示范加工流程。尽管本专利技术容易做成各种修改及替代形式，本文仍以附图为例图标几个本专利技术的特定具体实施例且详述其中的细节。不过，应了解本文所描述的特定具体实施例不是想要把本专利技术限定成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，其包含：在一层绝缘材料中形成导电垫；形成钝化层于该导电垫及该层绝缘材料上方；对该钝化层执行至少一个蚀刻工艺，以在该钝化层中定义暴露该导电垫的至少一部分的开口；在该钝化层上、在该开口中以及该导电垫的该暴露部分上形成保护层；在该保护层上方形成热固化材料层；对该热固化材料层执行蚀刻工艺，以定义具有暴露该保护层的一部分的开口的图案化热固化材料层；执行蚀刻工艺，以移除该保护层的该暴露部分，借此暴露该导电垫的至少一部分；以及在移除该保护层的该暴露部分后，形成导电耦合至该导电垫的导电凸块。

【技术特征摘要】
2011.10.25 US 13/280,8811.一种方法，其包含: 在一层绝缘材料中形成导电垫； 形成钝化层于该导电垫及该层绝缘材料上方； 对该钝化层执行至少一个蚀刻工艺，以在该钝化层中定义暴露该导电垫的至少一部分的开口 ； 在该钝化层上、在该开口中以及该导电垫的该暴露部分上形成保护层； 在该保护层上方形成热固化材料层； 对该热固化材料层执行蚀刻工艺，以定义具有暴露该保护层的一部分的开口的图案化热固化材料层； 执行蚀刻工艺，以移除该保护层的该暴露部分，借此暴露该导电垫的至少一部分；以及 在移除该保护层的该暴露部分后，形成导电耦合至该导电垫的导电凸块。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成该热固化材料层于该保护层上方包括:沉积用于该热固化材料层的热固化材料以及执行加热工艺以固化用于该热固化材料层的该热固化材料，同时该保护层位在该导电垫的该暴露部分上。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成该钝化层于该导电垫及该层绝缘材料上方包括:形成积层钝化层于该导电垫及该层绝缘材料上方。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，该积层钝化层由以下三层所构成:由形成于该层绝缘材料上的娃、 碳及氮构成的第一层，由形成于该第一层上的二氧化娃构成的第二层，以及由形成于该第二层上的氮化硅构成的第三层。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在该层绝缘材料中形成该导电垫包括:在该层绝缘材料中形成由铜构成的导电垫。6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成该导电凸块包括:形成由锡及银、SnAg、或SnAgCu构成的导电凸块。7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成该导电凸块之前，形成与该导电垫、该保护层及该图案化热固化材料层接触的凸块下金属化层。8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在该钝化层上形成该保护层包括:在该钝化层上沉积由二氧化硅或含氟硅玻璃、氮化硅或氮化硅碳中的一个构成的保护层。9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，该保护层具有20至300纳米的厚度。10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该热固化材料层是由聚酰亚胺与聚苯恶唑中的一个构成。11.一种装置，其包含: 位于一层绝缘材料中的第一及第二隔开导电垫； 各自导电耦合至该第一及该第二导电垫的第一及第二凸块下金属化层； 各自导电耦合至该第一及该第二凸块下金属化层的第一及第二隔开导电凸块； 在该层绝缘材料上方位于该第一及该第二隔开导电凸块之间的钝化层；以及位在该层绝缘材料上的保护层，该保护层在该第一及该第二凸块下金属化层之间延伸并与该第一及该第二凸块下金属化层接触。12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，该保护层是由二...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·屈兴迈斯特，L·莱曼，A·普拉茨克，G·容尼克尔，S·考斯盖维斯，
申请(专利权)人：格罗方德半导体公司，
类型：发明
国别省市：