[發明專利]集成電路元件的形成方法

有效

• 申請號: 201010603970.2
• 申請日: 2010-12-22
• 公開（公告）號: CN102376638A
• 公開（公告）日: 2012-03-14
• 發明（設計）人: 郭正錚;陳承先
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L21/768
• 分類號: H01L21/768;H01L21/60;H01L21/48;G03F1/68;G03F7/20
• 代理公司: 隆天國際知識產權代理有限公司 72003
• 代理人: 張浴月;劉文意

技術領域

本發明涉及一種制造集成電路元件的方法，尤其涉及一種制造半導體集成電路中凸塊結構的方法。

背景技術

現有的集成電路由橫向排列的百萬個有源元件如晶體管及電容所組成。這些元件在初步工藝中彼此絕緣，但在后段工藝中將以內連線連接元件以形成功能電路。一般的內連線結構包含橫向內連線如金屬線路，與垂直內連線如通孔與接點。現有的集成電路其效能與密度的上限取決于內連線。在內連線結構的頂部上方，每一芯片表面上各自有對應的接合墊。經由接合墊，芯片可電性連接至封裝基板或其他裸片。接合墊可應用于打線接合或倒裝芯片接合。在倒裝芯片封裝中，凸塊可在封裝結構的導線架或基板，與芯片的輸出/輸入焊盤之間形成電性接觸。上述凸塊結構除了凸塊本身，還具有凸塊與輸出/輸入焊盤之間的凸塊下冶金層(UBM)。UBM通常含有粘著層、阻擋層、與潤濕層依序形成于輸入/輸出焊盤上。凸塊的分類可依材質分為焊料凸塊、金凸塊、銅柱凸塊、或混合金屬凸塊。近來發展的銅柱凸塊技術中，采用銅柱凸塊而非焊料凸塊將電子構件連接至基板。銅柱凸塊的間距較小，其短路橋接的可能性較低，可降低電路的電容負載并提高電子構件的操作頻率。

在采用銅柱的完全倒裝芯片封裝中，不論是測試或組裝后使用均發現熱應力問題如超低介電常數(ELK)的介電材料的分層，或底填材料、保護層、及預焊材料的碎裂。上述材料分層會碎裂的原因為銅柱周圍的上述材料，在熱循環時會產生實質上的熱應力。當集成電路元件的尺寸持續縮減，終端與銅柱之間的間距亦隨之縮減。如此一來，采用銅柱的相關熱應力問題必然增加。在公知采用銅柱的集成電路倒裝芯片封裝中，先以單一光致抗蝕劑層如干膜或濕膜搭配光刻工藝在UBM層上定義一開口，再以電鍍法沉積銅層以形成具有垂直側壁或傾斜側壁的銅柱。然而，公知方法難以增加銅柱的底部尺寸，且無法將應力分攤至UBM層與保護層之間的界面。綜上所述，目前亟需一種改良的集成電路倒裝芯片連線如銅柱以解決熱應力的問題。

發明內容

為了解決上述問題，本發明一實施例提供一種集成電路元件的形成方法，包括形成凸塊下冶金層于半導體基板上；形成光致抗蝕劑結構于凸塊下冶金層上，其中光致抗蝕劑結構包括第一光致抗蝕劑膜與位于第一光致抗蝕劑膜上的第二光致抗蝕劑膜，且第一光致抗蝕劑膜的光敏性不同于第二光致抗蝕劑膜的光敏性；形成開口于光致抗蝕劑結構中以露出部分的凸塊下冶金層，其中開口包括第一開口位于第一光致抗蝕劑膜中及第二開口位于第二光致抗蝕劑膜中，且第一開口的底部直徑大于第一開口的頂部直徑；形成導電層于光致抗蝕劑結構的開口中，且導電層電性連接至露出的部分凸塊下冶金層；以及移除光致抗蝕劑結構，其中導電層形成導電柱。

本發明又一實施例提供一種集成電路元件的形成方法，包括形成凸塊下冶金層于半導體基板上；形成第一光致抗蝕劑膜于凸塊下冶金層上，第一光致抗蝕劑膜具有第一厚度與第一光敏性；形成第二光致抗蝕劑膜于第一光致抗蝕劑膜上，且第二光致抗蝕劑膜具有第二厚度與第二光敏性；其中第二光敏性大于第一光敏性，且第二厚度大于第一厚度；進行曝光工藝至第二光致抗蝕劑膜與第一光致抗蝕劑膜；移除未曝光的部分第二光致抗蝕劑膜以形成第一開口；移除未曝光的部分第一光致抗蝕劑膜以露出部分凸塊下冶金層，形成第二開口于第一開口下，以及形成第三開口于第二開口下；其中第一光致抗蝕劑膜圍繞第二開口，且第二開口的底部直徑大于第二開口的頂部直徑；形成銅層于第一開口、第二開口、與第三開口中以電性連接至露出的部分凸塊下冶金層；以及移除第二光致抗蝕劑膜與第一光致抗蝕劑膜，其中銅層形成銅柱。

本發明再一實施例提供一種集成電路元件的形成方法，包括形成凸塊下冶金層于半導體基板上；形成第一光致抗蝕劑膜于凸塊下冶金層上，第一光致抗蝕劑膜具有第一厚度與第一光敏性；形成第二光致抗蝕劑膜于第一光致抗蝕劑膜上，且第二光致抗蝕劑膜具有第二厚度與第二光敏性；其中第一光敏性大于第二光敏性，且第二厚度大于第一厚度；進行曝光工藝至第二光致抗蝕劑膜與第一光致抗蝕劑膜；移除曝光的部分第二光致抗蝕劑膜以形成第一開口；移除曝光的部分第一光致抗蝕劑膜以露出部分凸塊下冶金層，形成第二開口于第一開口下，以及形成第三開口于第二開口下；其中第一光致抗蝕劑膜圍繞第二開口，且第二開口的底部直徑大于第二開口的頂部直徑；形成銅層于第一開口、第二開口、與第三開口中以電性連接至露出的部分凸塊下冶金層；以及移除第二光致抗蝕劑膜與第一光致抗蝕劑膜，其中銅層形成銅柱。