[发明专利]金属柱凸块结构及其形成方法

说明书

技术领域

本发明涉及倒装芯片(flip chip)与晶片层级(wafer-level)封装，尤其涉及一种具有侧壁保护物的金属柱凸块结构(metal pillar bump structure)及其形成方法。

背景技术

铜柱凸块(copper pillar bump)已为英特尔(intel)于2006年导入于其65纳米“Yonah”微处理器中。随着接脚数量(pin counts)与内连物密度(interconnectdensities)的增加，对于采用铜柱凸块以替代用于倒装芯片与晶片层级封装的公知焊锡凸块以外的兴趣逐渐成长。

铜柱(copper pillar)提供了优于焊锡凸块(solder bump)的数个优点，例如较高的内连物密度、较高的可靠度、较佳的电性与热表现与铅使用量的降低或消除。于焊锡回焊时，焊锡凸块会倒塌，而铜柱则维持了其于x、y、z等方向上的形状。如此使得用于更高内连物密度的更精密的凸块间距、较小的保护层开口与精细的重分布导线等制作成为可能。

然而，于制作过程中，铜柱的侧壁可能于一蚀刻过程中产生化学劣化情形，以及于后续组装接合工艺中可能于铜柱侧壁上产生氧化情形，因而造成了不良的铜可靠度以及于铜与一底胶(underfill)材料间的不良附着情形。

基于上述因素以及于后续内容中描述的其他因素，便需要用于倒装芯片与晶片层级封装的较佳铜柱凸块，以避免公知铜柱凸块所遭遇的可靠度问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了金属柱凸块结构及其形成方法，以解决上述的公知问题。

依据一实施例，本发明提供了一种金属柱凸块结构，包括：

一保护层，形成于一半导体基板之上；一导电层，形成于该保护层之上；一金属层，形成于该导电层之上；以及一焊锡材料层，包覆该金属层。

依据另一实施例，本发明提供了一种金属柱凸块结构的形成方法，包括：

形成一保护层于一半导体基板之上；形成一导电层于该保护层之上；提供经图案化与经过蚀刻的一阻剂层于该导电层之上，该阻剂层中定义有至少一开口；沉积一金属层于该至少一开口内；沿着介于该阻剂层与该金属层间的一或多个界面蚀刻部分的该阻剂层，以形成多个凹穴；沉积一焊锡材料于该至少一开口内，该焊锡材料填入所述多个凹穴内以及高于该金属层的该开口的一部内；移除剩余的该阻剂层与未形成于该金属层之下的该导电层；以及回焊该焊锡材料以包覆该金属层。

本发明可于制造过程中保护金属柱凸块的侧壁，由于柱状物的侧壁于一蚀刻工艺中并不遭遇化学品的劣化情形或遭遇于形成柱状凸块的侧壁上氧化情形所导致的不良装置表现情形。

为让本发明的上述目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举一优选实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下：

附图说明

图1-图4为一系列剖面图，显示了依据本发明的一实施例的于形成一铜柱凸块结构的不同阶段时，其内的一半导体装置。

其中，附图标记说明如下：

20～半导体基板；

30～保护层；

40～晶种层；

50～阻剂层；

55～开口；

60～金属层/铜层；

70～金属阻障层/镍层；

80～凹穴；

90～焊锡材料；

100～保护层。

具体实施方式

图1-图4为一系列剖面图，显示了依据本发明的一实施例的于形成一铜柱凸块结构的不同阶段时，其内的一半导体装置。这些附图仅作为解说之用而非用以限制本发明。本领域普通技术人员可以理解的是这些实施情形也可具有其他变化、修改与选择情形。

图1显示了依据本发明的一实施例的一半导体基板20。半导体基板20可为一半导体工艺晶片(例如为200厘米、300厘米、400厘米等的硅晶片)且可包括借由先前工艺所形成的金属层、绝缘层、装置构件等构件。半导体基板20可为单晶或多晶硅的基板。可以理解的是，半导体基板20可包括外延硅层、绝缘层上覆硅、硅锗或砷化镓等实施情形。