半导体封装结构的形成方法技术

一种半导体封装结构的形成方法，包括：提供半导体基底，所述半导体基底上形成有焊垫层；形成覆盖所述半导体基底和部分焊垫层表面的钝化层，所述钝化层中具有暴露部分焊垫层表面的第一开口；在第一开口的侧壁和底部以及钝化层上形成凸下金属层；形成覆盖所述凸下金属层的第一掩膜层，所述第一掩膜层具有暴露第一开口上的部分凸下金属层的第二开口；在第二开口中形成金属柱；去除所述第一掩膜层；在金属柱的底部侧壁和部分凸下金属层表面上形成底层金属层；去除所述第二掩膜层；以金属柱和底层金属层为掩膜，刻蚀去除金属柱两侧的凸下金属层。本发明专利技术的方法防止金属柱下的凸下金属层产生底切缺陷。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】一种，包括：提供半导体基底，所述半导体基底上形成有焊垫层；形成覆盖所述半导体基底和部分焊垫层表面的钝化层，所述钝化层中具有暴露部分焊垫层表面的第一开口；在第一开口的侧壁和底部以及钝化层上形成凸下金属层；形成覆盖所述凸下金属层的第一掩膜层，所述第一掩膜层具有暴露第一开口上的部分凸下金属层的第二开口；在第二开口中形成金属柱；去除所述第一掩膜层；在金属柱的底部侧壁和部分凸下金属层表面上形成底层金属层；去除所述第二掩膜层；以金属柱和底层金属层为掩膜，刻蚀去除金属柱两侧的凸下金属层。本专利技术的方法防止金属柱下的凸下金属层产生底切缺陷。【专利说明】
本专利技术涉及半导体封装领域，特别涉及一种。
技术介绍
半导体封装是指将晶圆按照产品型号及功能需求加工得到独立芯片的过程。现有半导体封装包括引线键合封装和倒装芯片封装等方式。与引线键合封装方式相比，倒装芯片封装方式具有封装密度高，散热性能优良，输入/输出(I/o)端口密度高和可靠性高等优点。较早的倒装芯片封装方式在芯片上设置焊垫，并利用设置在焊垫(包括输入/输出焊垫)上的凸点与封装基板进行焊接，实现芯片封装。随着半导体行业向微型化方向发展，形成于晶圆上芯片的密度越来越大，相应的，晶圆上焊垫和凸点的密度越来越大，凸点之间的距离越来越小，仅利用较大体积的凸点直接与封装基板进行焊接易出现凸点桥接的问题，即相邻的凸点发生短路连接。为解决凸点桥接问题，业界提出内连线铜柱技术(copper interconnect posttechnology)。内连线铜柱技术中，芯片通过铜柱和位于铜柱上的凸点连接到封装基板上。由于铜柱的引入，凸点的厚度可以大幅减小，凸点之间可具有较小的间距，因此凸点桥接问题被减弱，同时铜柱的引入还降低了封装电路的电容承载(capacitance load)。现有技术公开了一种采用倒装芯片封装方式的芯片封装方法，包括:参考图1，提供半导体基底100，所述半导体基底100上形成有焊垫层101 ;形成覆盖所述半导体基底100和部分焊垫层101表面的钝化层102，所述钝化层102具有暴露焊垫层101部分表面的开口 104 ;在钝化层102上形成聚合物层103。参考图2，形成覆盖所述聚合物层103和部分焊垫层101表面的凸下金属层(UnderBump Metal,简称为UBM)105,所述凸下金属层105作为后续电镀形成金属柱时的导电层和种子层；在所述凸下金属层105上形成掩膜层106，所述掩膜层106中具有暴露焊垫层101上部分凸下金属层105的开口 107。参考图3，采用电镀工艺在开口 107 (参考图2)中填充满金属，形成金属柱108 ;在金属柱108表面形成焊料层109。参考图4，去除所述掩膜层106 (参考图3);去除金属柱108两侧的聚合物层103表面的凸下金属层105，无掩膜湿法刻蚀去除凸下金属层105可以减小等离子刻蚀对金属柱108的损伤，并且能减少凸下金属层材料在聚合物层103表面的残留；对焊料层进行回流工艺，形成凸点110。但是，现有形成的封装结构的可靠性较差，容易发生失效。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是怎样提高封装工艺中器件的可靠性和稳定性。为解决上述问题，本专利技术提供一种，包括:提供半导体基底，所述半导体基底上形成有焊垫层；形成覆盖所述半导体基底和部分焊垫层表面的钝化层，所述钝化层中具有暴露部分焊垫层表面的第一开口 ；在第一开口的侧壁和底部以及钝化层上形成凸下金属层；形成覆盖所述凸下金属层的第一掩膜层，所述第一掩膜层具有暴露第一开口上的部分凸下金属层的第二开口 ；在第二开口中形成金属柱；去除所述第一掩膜层；在金属柱的底部侧壁和部分凸下金属层上形成底层金属层；以金属柱和底层金属层为掩膜，刻蚀去除金属柱两侧的凸下金属层。可选的，所述底层金属层的形成过程为:在所述金属柱的底部侧壁和部分凸下金属层的表面上形成牺牲层；形成覆盖所述金属柱、凸下金属层、和牺牲层的第二掩膜层，所述第二掩膜层中具有暴露牺牲层远离金属柱一端表面的第三开口 ；沿第三开口去除所述牺牲层，形成空腔，所述空腔与第三开口连通，并暴露出金属柱的底部侧壁和凸下金属层的表面；在暴露的金属柱的底部侧壁和部分凸下金属层表面上形成底层金属层。可选的，形成所述底层金属层的工艺为电镀或选择性化学镀。可选的，形成底层金属层后，去除所述第二掩膜层。可选的,所述牺牲层的材料与凸下金属层材料、金属柱材料、第二掩膜层材料均不相同，所述牺牲层的材料为Si02、SiN、SiON、多晶硅或无定形碳。可选的，所述底层金属层的材料与凸下金属层的材料不相同。可选的，形成所述底层金属层的工艺为电镀或选择性化学镀。可选的，所述底层金属层可以为单层或多层堆叠结构。可选的，所述底层金属层为双层堆叠结构，所述双层堆叠结构包括浸润金属层、位于浸润金属层上的填充金属层。可选的，所述浸润金属层为镍、钛、钽中的一种或几种，所述填充金属层为铝、钨、铜、银、锡、钼、金中的一种或几种。与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有以下优点:在形成凸下金属层和金属柱后，在金属柱的底部侧壁和部分凸下金属层上形成底层金属层，当以金属柱和底层金属层为掩膜刻蚀去除金属柱两侧的凸下金属层时，防止金属柱底部剩余的凸下金属层产生底切缺陷，提高了半导体封装结构的稳定性和可靠性。另夕卜，所述底层金属层的材料为金属，底层金属层与金属柱的底部侧壁和部分凸下金属层的表面接触，增大了金属柱与凸下金属层之间的粘附性，底层金属层能更好的固定金属柱，当金属柱在受到外部的压力或内部的应力时，使得金属柱不容易从凸下金属层上脱落或者金属柱与凸下金属层的接触面不易产生间隙。进一步，通过形成牺牲层，牺牲层的存在，使得形成第二掩膜层后，可以通过第二掩膜层中第三开口，去除牺牲层，进行形成暴露金属柱底部侧壁和部分凸下金属层的空腔，由于金属柱顶部表面和空腔上的金属柱侧壁、以及空腔外的凸下金属层均是被第二掩膜层覆盖，因而通过第三开口和空腔构成的通道可以选择性的在空腔暴露的金属柱的底部侧壁上形成底层金属层，提高了底层金属层形成的精度。【专利附图】【附图说明】图1?图4为现有技术封装结构形成过程的剖面结构示意图；图5?图14为本专利技术实施例半导体封装结构的形成过程的剖面结构示意图。【具体实施方式】经研究发现，现有采用无掩膜湿法刻蚀去除未被金属柱覆盖的凸下金属层是，容易产生底切缺陷，具体请参考图3和图4，当以金属柱108为掩膜，湿法刻蚀去除金属柱108两侧的聚合物层103上的凸下金属层105时，由于湿法刻时各向同性的特性，在去除凸下金属层105时,容易对金属柱108底下的部分凸下金属层105产生过刻蚀,使得金属柱108底下剩余的凸下金属层105向内凹陷，形成底切缺陷112。底切缺陷112的存在会使得金属柱108的底部部分悬空,使得金属柱108与凸下金属层105的接触面积减小,金属柱108与凸下金属层105和焊垫层之间的粘附性变差，并且使得金属柱108和焊垫层之间的导通电阻增大，金属柱108受到外部的压力或内部的应力时，容易脱落或者在与凸下金属层的接触面产生间隙，影响了封装结构的稳定性和可靠性。本专利技术提供了一种半导体封装结构及其形成方法，在形成凸下金属层和金属柱后，在金属柱的底部侧壁和部分凸下金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体封装结构的形成方法，其特征在于，包括：提供半导体基底，所述半导体基底上形成有焊垫层；形成覆盖所述半导体基底和部分焊垫层表面的钝化层，所述钝化层中具有暴露部分焊垫层表面的第一开口；在第一开口的侧壁和底部以及钝化层上形成凸下金属层；形成覆盖所述凸下金属层的第一掩膜层，所述第一掩膜层具有暴露第一开口上的部分凸下金属层的第二开口；在第二开口中形成金属柱；去除所述第一掩膜层；在金属柱的底部侧壁和部分凸下金属层表面上形成底层金属层；去除所述第二掩膜层；以金属柱和底层金属层为掩膜，刻蚀去除金属柱两侧的凸下金属层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：石磊，陶玉娟，
申请(专利权)人：南通富士通微电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：