专利名称：半导体芯片电接点用金属凸块的圆角补偿方法
技术领域：
本发明涉及半导体集成电路封装技术领域，特别涉及半导体芯片在铝垫(Al pad)上制作电接点用金属凸块(bump)的圆角补偿方法。该方法可以改善金属凸块角部形状，避免出现圆角，从而优化凸块，提高产品的性能及合格率。
背景技术：
在半导体产业中，芯片的生产主要分为电路的制作和芯片的封装测试这两个阶段。在封装测试作业中，其关键步骤之一就是金属凸块制作(bumpingprocess)。典型的金属凸块制作工艺包括以下基本步骤溅镀→上光阻→曝光→显影→电镀→去光阻→蚀刻→韧化。其中，上光阻、曝光、显影为光刻过程。下面以制作金凸块(Gold bump)为例说明其基本流程1、溅镀如图1A所示，晶片(wafer)上每颗芯片(IC)电接点处，中央有一铝垫1(Al pad)，四周为钝化区2(Passivation)。在晶片(wafer)有源表面上真空溅镀两层凸块底缓冲金属层(Under Bump Metallurgy，UBM)，其中，下层为阻障层兼粘着层，由钛/钨层3(Ti/W)构成，其作用一是提供铝垫与凸块间良好的附着力和低接触电阻特性；二是阻止晶片上的铝垫与凸块材料间的扩散反应。上层为电镀金用的种子层，由金层4(Au)构成，其作用主要是提供一个电镀金凸块的基础。凸块底缓冲金属层在电镀金凸块时也作为导电层。
2、上光阻(涂光刻胶)如图1B所示，在溅镀过钛/钨层3(Ti/W)和金层4的晶片(wafer)表面涂布一层光阻5(即光刻胶)，为接下来进行光刻作准备。
3、曝光如图1C所示，以覆有凸块(bump)设计图案的光罩6(Mask)为模板，通过紫外光7照射，在光阻5层上定义出凸块(bump)的窗格(pattern)，即一个个对应于铝垫1的凸块位置、形状及大小。以负光阻为例，紫外光照射到的地方光阻内部的链结会被加强(这部分光刻胶在紫外光作用下发生交联等化学反应)，而被光罩挡住的部分保持光阻的原有结构(这部分光刻胶没有受到紫外光照射，因此没有发生化学反应)。
4、显影如图1D所示，显影液将未曝光部分的光阻溶解，而不溶解曝光部分的光阻。从而留下了一个个窗格28(pattern)，为后续电镀生长金凸块(Au bump)做好准备。
5、电镀如图1E所示，通过电镀方法在光刻所形成的窗格28中生长金凸块8(Aubump)。金凸块8生长在铝垫1位置上，并通过钛/钨层3(Ti/W)和金层4与铝垫1形成电性连接。
6、去光阻(去除光刻胶)如图1F所示，金凸块8(Au bump)生长完毕后，用化学药剂去除窗格28外围留下的光阻(因为这部分光阻在显影过程中被保留)。
7、蚀刻如图1G所示，在去除光阻后，用蚀刻方法去除裸露在金凸块8外围的缓冲金属层(UBM)，即钛/钨层3(Ti/W)和金层4，切断金凸块8(Au bump)间的连接。
8、韧化经过以上流程后，最后通过高温处理改变金凸块(Au bump)金相结构，使凸块(bump)得到韧化，以达到所需硬度。至此，金凸块的全部制作过程(gold bumping process)结束。
目前，在金凸块制作过程(gold bumping process)中，传统光罩(Mask)上的凸块图案设计遵循以下原则第一，凸块形状与铝垫形状相同，比如，铝垫为长方形，那么凸块也为长方形；第二，凸块大小覆盖铝垫大小，即理论上要求凸块将铝垫盖住，见图2所示的长方形凸块图案设计理论模型。然而实际运用中，这种方式在光刻的显影过程中，由于拐角处空间小，显影液补充不及时，致使角落处的光阻未被有效去除，从而使显影后留下的光阻窗格(pattern)拐角变形成圆角，最终导致后续电镀生长的凸块(bump)也为圆角，见图3所示的实际模型，铝垫1拐角为直角，而凸块8的拐角为圆角9(非直角)。凸块(Bump)圆角9的存在不仅影响产品的外观，更重要的是圆角过大会导致产品线路层的铝垫1(Al pad)角部露出，一旦遇到腐蚀性化学药剂就存在损毁铝垫的风险，轻者降低了产品可靠性，严重时会导致产品报废。
发明内容
本发明提供一种半导体芯片电接点用金属凸块的圆角补偿方法，其目的是要解决金属凸块制作过程中拐角变形成圆角的问题，从而使凸块(bump)拐角保持完整规则的角部形状，以克服出现圆角的不足。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种半导体芯片电接点用金属凸块的圆角补偿方法，其内容为在采用光刻与电镀方法相结合的金属凸块制作过程中，将光罩上凸块图形中理论设计的各拐角向外侧延伸，增加开窗尺寸，弥补凸块图形拐角在显影过程中向内的收缩变形，从而保证实际制作的金属凸块拐角与理论设计的几何形状一致。
上述技术方案中的有关内容解释如下1、上述方案中，所述金属凸块包括金、银、钛、钨、铝、铜以及它们的合金等导电材料，也包括可以本发明制作的导电胶等非金属材料。
2、本发明仅适合对带拐角的凸块进行补偿，上述方案中所述拐角可以是直角、锐角或钝角。如在一个矩形窗格中有四个直角；在一个直角三角形窗格中有一个直角和两个锐角；在一个等边三角形窗格中有三个锐角；在一个棱形窗格中有两个锐角和两个钝角等等。
3、上述方案中，所述拐角向外侧延伸，增加开窗尺寸，具体包括以下实施方案(1)、拐角采用局部按比例放大的方法来实现，其中，光罩上凸块图形的拐角角度与理论设计角度相等。
(2)、拐角采用局部向外侧扩展的方法来实现，其中，光罩上凸块图形的拐角角度大于理论设计角度。
(3)、拐角采用局部向外侧扩展的方法来实现，其中，光罩上凸块图形的拐角角度小于理论设计角度。
(4)、拐角采用局部向外侧扩大成圆角的方法来实现。
总之，本发明原理是在光罩设计中，将凸块(bump)图形的理论设计拐角向外侧延伸，增加开窗尺寸，在光刻的显影过程中弥补了显影液补充不足的缺陷，使光阻窗格的实际拐角与理论设计拐角保持一致，以达到保持凸块(bump)形状规则的目的。
由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有以下优点和效果1、本发明由于通过光罩的凸块拐角设计来弥补显影带来的变形(变形成圆角)，可以保证凸块(bump)的形状规则，避免产品因线路层铝垫(Al pad)露出而导致产品品质降低，甚至损毁铝垫(Al pad)的风险。
2、本发明实施简便，而且不会增加成本。
3、本发明凸块(Bump)的光罩补偿不仅对凸块(bump)的正面外观有改善的作用，而且对凸块(bump)的侧面以及底部UBM层也有补偿作用，有利于凸块(bump)品质的提高。
附图1A为金凸块制作流程中的溅镀示意图；附图1B为金凸块制作流程中的上光阻示意图；附图1C为金凸块制作流程中的曝光示意图；附图1D为金凸块制作流程中的显影示意图；附图1E为金凸块制作流程中的电镀示意图；附图1F为金凸块制作流程中的去光阻示意图；附图1G为金凸块制作流程中的蚀刻示意图；附图2为长方形凸块图案设计理论模型示意图；附图3为长方形凸块实际模型示意图；附图4A为长方形凸块第一种光罩补偿设计图；附图4B为长方形凸块第一种光罩补偿设计图的变形图；附图5为长方形凸块第二种光罩补偿设计图；附图6为长方形凸块第三种光罩补偿设计图；附图7为长方形凸块第四种光罩补偿设计图；附图8为棱形凸块第一种光罩补偿设计图；附图9为棱形凸块第二种光罩补偿设计图；附图10为棱形凸块第三种光罩补偿设计图；附图11为棱形凸块第四种光罩补偿设计图；附图12为直角三角形凸块第一种光罩补偿设计图。
以上附图中，1、铝垫(Al pad)；2、钝化区(Passivation)；3、钛/钨层(Ti/W)；4、金层(Au)；5、光阻(Photo-resist)；6、光罩(Mask)；7、紫外线(Ultraviolet)；8、金凸块(Au bump)；9、圆角；10、长方形金凸块窗格；11、补偿角；12、补偿角；13、补偿圆角；14、补偿角；15、补偿角；16、棱形金凸块窗格；17、补偿角；18、补偿角；19、补偿角；20、补偿角；21、补偿圆角；22、补偿圆角；23、补偿角；24、补偿角；25、直角三角形窗格；26、补偿角；27、补偿角；28、窗格(pattern)。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
实施例一一种长方形金凸块的圆角补偿方法，在采用光刻与电镀方法相结合的长方形金凸块制作过程中，将光罩上凸块图形中理论设计的四个拐角向外侧延伸，增加开窗尺寸，从而弥补显影过程中显影液补充不足所带来的缺陷，即向内的收缩变形产生圆角，从而保证实际制作的金凸块拐角为直角。具体实现方法分别有以下四种类型1、如图4A所示，在光罩设计中，将长方形金凸块窗格10的四个直角采用局部按比例放大的方法，向外侧延伸出补偿角11，增加开窗尺寸，其形状见图4A。补偿角11仍为直角。图4B为另一种放大形式，向外侧延伸出补偿角12，增加开窗尺寸，其形状见图4B，补偿角12仍为直角。
采用图4A和图4B所设计的光罩进行试验，结果如下两种图形对凸块(bump)的圆角，均起到了补偿的作用，降低了凸块(bump)底部线路层铝垫(Al pad)露出的风险，但对于长方形凸块(bump)而言，图4A正方形的补偿对直角补偿效果更好，2.4～2.6μm的补偿尺寸较好。
2、如图5所示，在光罩设计中，将长方形金凸块窗格10的四个直角采用局部向外侧扩大成补偿圆角13的方法来实现。
3、如图6所示，在光罩设计中，将长方形金凸块窗格10的四个直角采用局部向外侧扩展补偿角14的方法来实现，其中，补偿角14角度小于理论设计角度。
4、如图7所示，在光罩设计中，将长方形金凸块窗格10的四个直角采用局部向外侧扩展补偿角15的方法来实现，其中，补偿角15角度大于理论设计角度。
实施例二一种棱形金凸块的圆角补偿方法，具体实现方法分别有以下四种类型1、如图8所示，在光罩设计中，将棱形金凸块窗格16的两个锐角采用局部按比例放大的方法，向外侧延伸出补偿角17，增加开窗尺寸。两个钝角采用局部按比例放大的方法，向外侧延伸出补偿角18，增加开窗尺寸。
2、如图9所示，在光罩设计中，将棱形金凸块窗格16的两个锐角采用局部向外侧扩展的方法，向外侧延伸出补偿角19，增加开窗尺寸，补偿角19角度小于理论设计角度。两个钝角采用局部向外侧扩展的方法，向外侧延伸出补偿角20，增加开窗尺寸，补偿角20角度小于理论设计角度。
3、如图10所示，在光罩设计中，将棱形金凸块窗格16的两个锐角采用局部向外侧扩大成补偿圆角21的方法来实现。两个钝角采用局部向外侧扩大成补偿圆角22的方法来实现。
4、如图11所示，在光罩设计中，将棱形金凸块窗格16的两个锐角采用局部向外侧扩展的方法，向外侧延伸出补偿角23，增加开窗尺寸，补偿角23角度大于理论设计角度。两个钝角采用局部向外侧扩展的方法，向外侧延伸出补偿角24，增加开窗尺寸，补偿角24角度大于理论设计角度。
实施例三如图12所示，一种直角三角形金凸块的圆角补偿方法，在光罩设计中，将直角三角形窗格25的一个直角采用局部按比例放大的方法，向外侧延伸出补偿角26，增加开窗尺寸，补偿角26仍为直角。两个锐角采用局部按比例放大的方法，向外侧延伸出补偿角27，增加开窗尺寸，补偿角27角度与理论设计角度相等。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。例如bump的角的数量为5、6等，补偿角的形状为图例以外的形状时，均在此专利保护范围内。
权利要求
1.一种半导体芯片电接点用金属凸块的圆角补偿方法，其特征在于在采用光刻与电镀方法相结合的金属凸块制作过程中，将光罩上凸块图形中理论设计的各拐角向外侧延伸，增加开窗尺寸，弥补凸块图形拐角在显影过程中向内的收缩变形，从而保证实际制作的金属凸块拐角与理论设计的几何形状一致。
2.根据权利要求1所述的圆角补偿方法，其特征在于所述拐角为直角、锐角或钝角。
3.根据权利要求1所述的圆角补偿方法，其特征在于所述拐角向外侧延伸，增加开窗尺寸，采用局部按比例放大的方法来实现，其中，光罩上凸块图形的拐角角度与理论设计角度相等。
4.根据权利要求1所述的圆角补偿方法，其特征在于所述拐角向外侧延伸，增加开窗尺寸，采用局部向外侧扩展的方法来实现，其中，光罩上凸块图形的拐角角度大于或小于理论设计角度。
5.根据权利要求1所述的圆角补偿方法，其特征在于所述拐角向外侧延伸，增加开窗尺寸，采用局部向外侧扩大成圆角的方法来实现。
全文摘要
一种半导体芯片电接点用金属凸块(bump)的圆角补偿方法，其特征在于在采用光刻与电镀方法相结合的金属凸块制作过程中，将光罩上凸块图形中理论设计的各拐角向外侧延伸，增加开窗尺寸，弥补凸块图形拐角在显影中向内的收缩变形，从而保证实际制作的金属凸块拐角与理论设计的几何形状一致。本发明涉及半导体集成电路封装技术领域，解决了金属凸块(bump)制作过程中拐角变形成圆角的问题，优化了凸块的角部形状，提高产品的性能及合格率。
文档编号H01L21/02GK101071782SQ20071002257
公开日2007年11月14日 申请日期2007年5月15日 优先权日2007年5月15日
发明者陈文勇, 许红飞 申请人:颀中科技(苏州)有限公司