半导体器件的形成方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种半导体器件的形成方法。

背景技术

随着半导体制造工艺的不断发展，半导体器件的集成度越来越高，半导体器件的特征尺寸也逐渐缩小。然而，一些特殊效应的存在，如电化学电池效应的存在，使制造工艺难度加大，产品良率较低，或器件可靠性不足。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种半导体器件的形成方法，能够消除电化学电池效应的影响，降低制造工艺的难度，提高产品良率和器件的可靠性。

本发明提供了一种半导体器件的形成方法，所述方法包括：提供前端器件层，所述前端器件层上形成有多个金属垫和第一钝化层，所述第一钝化层覆盖所述前端器件层和各所述金属垫的部分区域；在所述第一钝化层上形成重布线图案，所述重布线图案包括相互分离的至少两个不同重布线图案部分；在所述第一钝化层上形成连接图案，所述连接图案连接所述重布线图案中相互分离的至少两个不同重布线图案部；采用光刻工艺形成第二钝化层，所述第二钝化层覆盖所述重布线图案、所述连接图案和所述第一钝化层上，所述第二钝化层具有第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述连接图案的上方，所述第二开口位于所述重布线图案的上方；刻蚀所述第一开口中的所述连接图案，以使所述不同重布线图案部分断开电连接。

可选的，所述采用光刻工艺形成第二钝化层包括：将第二钝化材料层涂布在所述重布线图案、所述连接图案和所述第一钝化层上，所述第二钝化层材料包括感光材料；曝光所述第二钝化材料层的预定区域；用显影液清洗，以形成所述第一开口和所述第二开口。

可选的，所述感光材料为正性感光材料；所述显影液为碱性溶液。

可选的，在所述第一钝化层上形成重布线图案具体为：形成覆盖所述第一钝化层和部分所述金属垫的第一种子层；在所述第一种子层上形成具有重布线图案形状的电镀层，以形成包括电镀层和电镀层下的第一种子层的重布线图案。

可选的，所述在所述第一种子层上形成具有重布线图案形状的电镀层具体为：形成图案化的第一光刻胶层，所述第一光刻胶层未覆盖第一区域的第一种子层，所述第一区域用于限定重布线图案的位置和形状；采用电化学镀工艺在第一区域的第一种子层上形成所述重布线图案；去除第一光刻胶层。

可选的，在所述第一种子层上形成具有重布线图案形状的电镀层后，所述在所述第一钝化层上形成连接图案具体为：图形化所述第一种子层，以形成用于电连接所述不同重布线图案部分的连接图案。

可选的，所述重布线图案包括分立的多个重布线图案部分；所述图形化所述第一种子层具体为：形成覆盖不同重布线图案部分之间的第二光刻胶层，所述第二光刻胶层用于限定所述连接图案的位置；刻蚀未被所述第二光刻胶层和所述电镀层覆盖的第一种子层；去除所述第二光刻胶层。

可选的，所述重布线图案包括分立的多个重布线图案部分，所述各重布线图案部分的第一端位于各所述金属垫的上方，所述连接图案的两端分别电连接到不同重布线图案部分的第二端。

可选的，所述连接图案为沿一个方向延伸的线型结构，所述第一开口露出所述线型结构的一段。

可选的，所述刻蚀所述第一开口中的所述连接图案具体为采用对连接图案的刻蚀速率大于对第二钝化层的刻蚀速率的刻蚀工艺刻蚀所述连接图案。

可选的，在形成第二钝化层后，刻蚀所述第一开口中的所述连接图案前；所述半导体器件的形成方法还包括：在所述第二钝化层的第二开口中形成电连接到所述重布线图案的凸块下金属层。

可选的，在刻蚀所述第一开口中的所述连接图案后，所述半导体器件的形成方法还包括：在所述凸块下金属层上形成凸块。

在本发明技术方案中，通过预先连接重布线图案的不同重布线图案部分，使存在电位差的重布线图案中的各重布线图案部分达到电位的平衡，从而减小电化学电池效应，在形成第二钝化层后，再刻蚀连接图案。从而在不影响半导体器件的正常功能情况下，消除电化学电池效应的影响。能够提高半导体器件的可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1-图4是对比例的半导体器件的形成方法的各步骤形成的结构的截面示意图；

图5是本发明实施例的半导体器件的形成方法的流程图；

图6-图23是本发明实施例的半导体器件的形成方法的各步骤形成的结构的示意图。

具体实施方式

以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。

此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。

除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。在本发明的描述中，除非另有说明，“多层”的含义是两层或两层以上。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。为便于描述这里可以使用诸如“在…之下”、“在...下面”、“下”、“在…之上”、“上”等空间关系术语以描述如附图所示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。应当理解，空间关系术语旨在概括除附图所示取向之外器件在使用或操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转过来，被描述为“在”其他元件或特征“之下”或“下面”的元件将会在其他元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“在...下面”就能够涵盖之上和之下两种取向。器件可以采取其他取向(旋转90度或在其他取向)，这里所用的空间关系描述符被相应地解释。

在芯片的制造流程中，涉及凸块封装(Bumping)工艺，所述凸块封装工艺中涉及到形成I/O端口和重布线层等结构。所述I/O端口用于与外部电路连接。所述重布线层用于电连接到晶圆内部的不同半导体区域，如电连接到栅极或源漏区等。

图1-图4是对比例的半导体器件的形成方法的各步骤形成的结构的截面示意图。

首先，参考图1，在步骤S1中，提供前端器件层1。所述前端器件层1上形成有金属垫2和覆盖前端器件层1和部分金属垫2的第一钝化层3。所述第一钝化层3露出部分金属垫2的上表面。

参考图2，在步骤S2中，在第一钝化层3上形成重布线层4。

参考图3，在步骤S3中，形成覆盖第一钝化层3和部分重布线层4的第二钝化层5。

具体地，形成第二钝化层5的工艺具体为采用旋涂或刮涂工艺在步骤S3形成的结构上形成正性光刻胶层，然后将预定区域曝光，再用碱性显影液清洗所述光刻胶层，以形成第二钝化层5。其中，预定区域在重布线层4的上方，最后形成包括露出多个重布线层的开口的第二钝化层。但在显影的过程中，上述步骤所形成的整个半导体器件都浸没在显影液中，由于每个重布线层连接到不同的材料层，而不同的材料层得失电子的能力不同，相当于在显影液中，在具有不同的得失电子能力的重布线层之间形成了原电池，自发的在不同的重布线层之间发生氧化还原反应。使得有的重布线层中的开口中的电子浓度大，有的重布线层中的开口中的电子浓度小。显影过程的反应原理是经过曝光区域的光刻胶中会形成光酸，碱性的显影液与曝光区域中的光酸反应，使光刻胶溶解在显影液中。而显影液中形成原电池导致不同的开口中电子浓度不一致，由此会使得显影速率不一致，有的重布线层上的开口大于预定的尺寸。

参考图4，形成电连接到重布线层4的凸块下金属层6。

由于在步骤S3中形成的第二钝化层的一些开口大于预定的尺寸，会导致重布线层暴露在空气中，重布线层容易被氧化，降低了半导体器件的可靠性。

有鉴于此，本申请提供一种半导体器件的形成方法，以提高半导体器件的可靠性。

图5是本发明实施例的半导体器件的形成方法的流程图。如图5所示，本发明实施例的半导体器件的形成方法包括如下步骤：

步骤S100、提供前端器件层。所述前端器件层上形成有多个金属垫和第一钝化层，所述第一钝化层覆盖所述前端器件层和各所述金属垫的部分区域。

步骤S200、在所述第一钝化层上形成重布线图案。所述重布线图案包括相互分离的至少两个不同重布线图案部分。

步骤S300、在所述第一钝化层上形成连接图案。所述连接图案连接所述重布线图案中相互分离的至少两个不同重布线图案部分。

步骤S400、采用光刻工艺形成第二钝化层。所述第二钝化层覆盖所述重布线图案、所述连接图案和所述第一钝化层上，所述第二钝化层具有第一开口和第二开口，所述第一开口位于所述连接图案的上方，所述第二开口位于所述重布线图案的上方。

步骤S600、刻蚀所述第一开口中的所述连接图案。以使所述重布线图案的不同重布线图案部分断开电连接。

可选地，在步骤S400后，在步骤S600前，本发明实施例所述方法还包括：

步骤S500、在所述第二钝化层的第二开口中形成电连接到所述重布线图案的凸块下金属层。

可选地，在步骤S600后，本发明实施例所述方法还包括：

步骤S700、在所述凸块下金属层上形成凸块。

图6是前端器件层的立体图。图7是沿图6的XX线的截面图。参考图6和图7，在步骤S100中，提供前端器件层11。所述前端器件层上形成有多个金属垫12和第一钝化层13，所述第一钝化层13覆盖所述前端器件层11和各所述金属垫12的部分区域。

所述前端器件层11中具有源器件和无源器件，进一步地，在所述前端器件层11中可以包括电容、电感、电阻以及各种晶体管等。

金属垫12电连接到所述前端器件层11中的各有源器件和无源器件的不同区域，例如，金属垫12电连接到晶体管的栅极或源漏区等。

所述金属垫12的数量为多个，所述多个金属垫12具有多种不同的排布方式。

在一种情况中，如图6和图7所示，所述金属垫12的数量为4个。进一步地，所述4个金属垫12在前端器件层11上阵列排布。

金属垫12的材料可以是铜(Cu)、铁(Fe)、铝(Al)和钨(W)中的一种或多种。

第一钝化层13用于隔离前端器件层11和后续形成的重布线层(RedistributionLayer，RDL)。

所述第一钝化层13的材料包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、硅酸乙酯(TetraethylOrthosilicate，TEOS)、碳氮化硅(NDC)以及八甲基环四硅氧烷(OctamethylCyclotetrasiloxane，OMCTS)等材料中的一种或多种。

参考图8-图11，在步骤S200中，在所述第一钝化层13上形成重布线图案20。所述重布线图案20包括相互分离的至少两个不同重布线图案部分。

所述重布线图案20包括多个重布线图案部分。所述多个重布线图案部分相互分离，多个重布线图案部分可以有各种形状和布局方式，根据半导体器件的用途有所不同。在本实施例中，以所述多个重布线图案部分基本平行且分立的情况举例说明。

具体地，所述重布线图案20包括分立的基本平行的多个重布线图案部分，各重布线图案部分的第一端位于所述金属垫12的上方。进一步地，所述重布线图案20可以是阵列排布的多个形状相同的重布线图案部分。

具体地，在所述第一钝化层13上形成重布线图案20可以包括如下步骤：

步骤S210，形成覆盖所述第一钝化层13和部分所述金属垫12的第一种子层21。

具体地，参考图8，在第一钝化层12中形成有露出金属垫12的孔，所述第一种子层21覆盖第一钝化层12的表面和露出金属垫12的孔的侧壁。

具体地，所述第一种子层21的材料可以是导电性好的金属、合金或化合物，包括：如铜(Cu)、铁(Fe)、铝(Al)和钨(W)中的一种或多种。所述第一种子层21的厚度为400埃-5000埃(实际工艺中可到5000埃，但还可以根据需要做更厚或更薄)。

可以采用物理气相沉积或化学气相沉积等工艺形成第一种子层21。

在一个可选的实现方式中，采用物理气相沉积工艺沉积材料为铜的第一种子层21。所述第一种子层21的材料为铜。所述第一种子层21的厚度为500埃。

在另一个可选的实现方式中，所述第一种子层可以是包括依次叠置的钛和铜的复合层。

步骤S220，在所述第一种子层21上形成具有重布线图案形状的电镀层22，以形成包括电镀层22和电镀层22下的第一种子层21的重布线图案20。

具体地，所述在所述第一种子层21上形成具有重布线图案20的形状的电镀层22包括如下步骤：

步骤S221，形成图案化的第一光刻胶层23。

具体地，参考图9，所述第一光刻胶层23未覆盖第一区域A的第一种子层21，所述第一区域A用于限定重布线图案20的位置和形状。

步骤S222，采用电化学镀工艺在第一区域A的第一种子层21上形成所述电镀层22。

具体地，参考图10，所述电镀层22的外形与所述第一区域A的外形相同。所述电镀层22的材料为与第一种子层21相同的导电材料。进一步地，所述的电镀层22材料可以是铜、铁、铝和钨中的一种或多种。

在一种情况下，以电镀铜举例，将上述半导体器件的中间结构浸泡在含铜离子的电镀液中，将第一种子层21电连接到阴极，将铜固体材料连接到阳极，然后在阴极和阳极之间通电，通过电场作用使得电镀液中的铜离子沉积到第一种子层21的表面。

步骤S223，去除第一光刻胶层23。

图11是去除第一光刻胶层23后的立体图。图12是图11沿YY线的截面示意图。参考图11和图12，通过湿法剥离(Wet Strip，WS)、灰化法(Ashing)或者等离子体刻蚀的工艺去除所述第一光刻胶层23。

参考图13-图18，在步骤S300中，在所述第一钝化层13上形成连接图案30。所述连接图案30连接重布线图案20的不同重布线图案部分。

所述重布线图案20包括多个重布线图案部分。各重布线图案部分的第一端位于所述金属垫12的上方，所述第一端通过与金属垫12电连接，以与金属垫12下方的半导体结构形成电连接。各重布线图案部分的第二端用于电连接到后续形成的凸块。由此，将半导体器件I/O端口，通过重布线图案20，由金属垫12的位置转移到凸块，实现对半导体器件I/O端口的重新布局，以完成对半导体器件的封装流程。在本步骤中，具体将不同的各重布线图案部分的第二端通过连接图案形成电连接。通过形成电连接，使经过连接图案连接的两个不同部分具有相同的电位。以避免在后续第二钝化层的显影过程中由于不同的重布线图案连接到的材料层的得失电子能力不同而出现电化学效应。进而避免第二钝化层的开口大于预定尺寸。

参考图13和图14，可以根据重布线图案20的第一端电连接到前端器件层11内部的半导体结构的不同，连接不同部分。应理解，在本实施例中，连接图案以连接重布线图案20中相邻的各重布线图案部分的直线为例进行说明，但本申请的方案的连接图案并不限于连接相邻的重布线图案的第二端，也可以是连接不相邻的各重布线图案的任意部分的曲线、折线以及能起到连接作用的各种形状，可以根据半导体器件的功能适应性调整。

所述连接图案可以是铜、铁、铝和钨中的一种或多种。所述连接图案用于电连接电位不同的重布线图案20中的形状，使不同电位的重布线图案20中的各重布线图案部分通过电连接后达到电位平衡。

在一种情况下，可以图形化所述第一种子层21，以形成用于电连接所述重布线图案20不同重布线图案部分的连接图案。图形化所述第一种子层21形成连接图案。使得连接图案的厚度较薄，在后续刻蚀连接图案，使重布线图案断开电连接时，可以提高效率，较快的完成刻蚀。

具体地，图形化所述第一种子层21具体包括如下步骤：

步骤S301，形成覆盖所述不同重布线图案部分之间的第二光刻胶层40。

具体地，参考图15，所述第二光刻胶层40用于限定所述连接图案的位置。

所述第二光刻胶层40覆盖需要保留的第一种子层21的区域，露出需要去除的第一种子层21的区域。

步骤S302，刻蚀未被所述第二光刻胶层40和所述重布线图案20覆盖的第一种子层21。

具体地，参考图16，可以采用湿法刻蚀或干法刻蚀工艺刻蚀所述第一种子层21。

步骤S303，去除所述第二光刻胶层40。

应理解，在本实施例中，连接图案以

图17是去除第二光刻胶层后的结构的截面图。图18是去除第二光刻胶层40后的结构的俯视图。参考图17和图18，采用湿法剥离、等离子体刻蚀或者灰化法去除所述第二光刻胶层40。

在另一种情况下，也可以去除未被电镀层22覆盖的第一种子层21，然后再采用化学气相沉积或物理气相沉积等工艺形成连接重布线图案20不同各重布线图案部分的连接图案30。

图19为形成第二钝化层后的俯视图。图20是图19沿xx线的截面图。参考图19-图20，在步骤S400、采用光刻工艺形成第二钝化层50。所述第二钝化层50覆盖所述重布线图案20、所述连接图案30和所述第一钝化层13。

所述第二钝化层50具有第一开口51和第二开口52。所述第一开口51位于所述连接图案30的上方。所述第一开口露出所述连接图案30。所述第二开口52位于所述重布线图案20的上方。具体地，所述第二开口52位于所述重布线图案20中各各重布线图案部分的第二端。所述第二开口52露出所述重布线图案20。

具体地，所述连接图案为沿一个方向延伸的线型结构，所述第一开口露出所述线型图案的一段。即在图19中所示，第一开口51在垂直于连接图案的方向上，第一开口51的尺寸大于连接图案的尺寸。

所述第二钝化层50用于保护重布线图案20，同时限定后续工艺中形成的凸块下金属层60的位置。

具体地，所述采用光刻工艺形成第二钝化层包括如下步骤：

步骤S410，将第二钝化材料层涂布在所述重布线图案、所述连接图案和所述第一钝化层上。

所述第二钝化材料层包括感光材料。具体地，所述感光材料为正性感光材料。进一步地，所述感光材料可以是重氮萘醌(DNQ)或重氮醌(DQ)中的一种。所述第二钝化材料层还包括多羟基酰胺的聚苯并噁唑(PBO)、酚醛树脂、脲醛树脂、三聚氰胺－甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺(PI)等热固性树脂中的至少一种。

步骤S420，曝光所述第二钝化材料层的预定区域。

步骤S430，用显影液清洗，以形成第一开口和第二开口。

具体地，所述显影液为碱性溶液。进一步地，所述显影液可以是四甲基氢氧化铵(TMAH)水溶液或的四丁基氢氧化铵(TBAH)水溶液。

在一种可选的实现方式中，所述第二钝化材料包括重氮萘醌和多羟基酰胺的聚苯并噁唑。所述显影液为质量分数为2.38％的四丁基氢氧化铵水溶液。

应理解，在本实施例中的钝化层以包括正性感光材料为例进行说明，但实际上，在其他可选的实现方式中，钝化层也可以包括负性感光材料，所述显影液为对应于让负性感光材料显影的显影液。

由于在步骤S300中将不同的重布线图案电连接，使得不同的重布线图案之间达到电位平衡，避免了对比例中出现的电化学效应。因此，在显影过程中，第二开口的尺寸基本相同，且与设计的尺寸基本一致。确保了半导体器件的可靠性。

参考图21，在步骤S500中，在所述第二钝化层50的第二开口中形成电连接到所述重布线图案20的凸块下金属层60。

具体地，所述形成凸块下金属层60包括如下步骤：

步骤S510，在所述第二钝化层50上和第二钝化层50的第二开口50中形成第二种子层。

所述第二种子层的形成方法可以参考第一种子层21的形成方法，在此不再赘述。

步骤S520，在所述第二种子层上形成图案化的第三光刻胶层，所述第三光刻胶层露出所述第二开口上方的第二种子层。

步骤S530，采用电化学镀工艺在所述第二种子层上形成所述凸块下金属层60。

在一种情况下，以电镀铜举例，将上述半导体器件的中间结构浸泡在含铜离子的电镀液中，将第二种子层电连接到阴极，将铜固体材料连接到阳极，然后在阴极和阳极之间通电，通过电场作用使得电镀液中的铜离子沉积到第二种子层的表面。

步骤S540，去除所述第三光刻胶层和所述第三光刻胶层下方的第二种子层。

其中，上述形成方法的各步骤可以参考重布线图案20的形成方法，在此不再一一赘述。

参考图22，在步骤S600中，刻蚀所述第一开口51中的所述连接图案30，以使所述重布线图案20的不同重布线图案部分断开电连接。

具体地，采用对连接图案的刻蚀速率大于对第二钝化层的刻蚀速率的刻蚀工艺刻蚀所述连接图案。

在形成凸块下金属层60后，刻蚀第一开口51中露出的连接图案30，使重布线图案20中的不同的各重布线图案部分断开电连接。进而恢复半导体器件的电路布局，从而不会影响半导体器件的正常功能。

参考图23，在步骤S700中，在所述凸块下金属层60上形成凸块70。

具体地，在所述凸块下金属层60上形成凸块70可以包括如下步骤：

步骤S710，在所述凸块下金属层60上形成助焊剂。

步骤S720，在所述助焊剂上放置焊料球。

步骤S730，回流焊料球，以形成凸块70。

具体地，将经上述步骤形成的半导体器件的中间结构放置在回流炉内，经过保温回流，使得凸块70与凸块下金属层60电连接。

在本发明技术方案中，通过预先连接重布线图案的不同重布线图案部分，使存在电位差的重布线图案中的各重布线图案部分达到电位的平衡，从而减小电化学电池效应，在形成第二钝化层后，再刻蚀连接图案。从而在不影响半导体器件的正常功能情况下，消除电化学电池效应的影响。能够提高半导体器件的可靠性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。