铅锡合金凸点制作方法技术

本发明专利技术提供了一种铅锡合金凸点制作方法，包括下列步骤：在晶片上沉积凸点下金属层；在凸点下金属层上形成光刻胶层、并通过曝光和显影形成光刻胶开口；在光刻胶开口位置的凸点下金属层上形成过渡铅锡合金层；在过渡铅锡合金层上电镀铅锡合金焊料；去除光刻胶和凸点下金属层；回流铅锡合金焊料形成铅锡合金凸点。所述形成过渡铅锡合金层的工艺为电镀工艺，电流密度为０．１Ａ／ｄｍ↑［２］至１Ａ／ｄｍ↑［２］，时间为１分钟至５分钟。形成的过渡铅锡合金层厚度为０．２ｕｍ至４ｕｍ。本发明专利技术提供的方法避免了电镀过程中铅锡合金凸点焊料中生成气泡。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体制程中的凸点制作方法，更具体的说，涉及一种铅锡 合金凸点制作方法，避免电镀凸点焊料的过程中在焊料中产生气泡。
技术介绍
随着集成电路技术的不断发展，电子产品越来越向小型化、智能化、高 性能以及高可靠性方向发展。而集成电路封装不仅直接影响着集成电路、电 子模块乃至整机的性能，而且还制约着整个电子系统的小型化、低成本和可 靠性。在集成电路晶片尺寸逐步缩小，集成度不断提高的情况下，电子工业 对集成电路封装技术的提出了越来越高的要求。倒装晶片(flip chip)技术是通过在晶片表面形成的焊球，使晶片翻转与 底板形成连接，从而减小封装尺寸，满足电子产品的高性能(如高速、高频、 更小的引脚)、小外形的要求，使产品具有4艮好的电学性能和传热性能。凸点制作技术(bump)是倒装晶片中的一个关键技术。凸点是焊料通过 一定工艺沉积在晶片互连金属层上，经过一定温度回流形成的金属焊球。在 凸点制作之前，如图1所示，晶片1已经完成钝化层2和互连金属层3工艺，进 入凸点制作之后，需要在晶片表面形成一凸点下金属层6 (Under-Bump Metallurgy; UBM)，然后在凸点下金属层6上形成一光刻胶层，并曝光、显 影以形成所需的凸点图案；然后形成凸点焊料，形成凸点焊料的技术包括金 属掩膜蒸发、电镀凸点技术、激光植球技术、模板印刷技术等；最后，去除 光刻胶层和凸点下金属层6,在一定温度下焊料回流形成焊球4。铅锡合金是现在用于倒装焊接法最普通的凸点材料。铅锡合金凸点主要 用于板上倒装或封装中倒装方面，由于具有便宜、自平整和自调整的电流特 性，提供了更可制造而且更坚固的倒装焊接工艺，因此成为最常用的焊料凸点。目前用作凸点焊料的铅锡合金主要包含95wt。/。Pb、 5wt。/。Sn以及97wt。/。Pb、 3wt。/。Sn和共熔37wt。/。Pb、 63wt。/。Sn合金。由于电镀技术具有易于加工、成本 低、可大规模生产等优点，铅锡合金凸点一般采用电镀工艺沉积。但是由于凸点下金属层的析氢电位和凸点焊料层金属的沉积电位之间存 在差别，在电镀凸点焊料的过程中会生成大量的气泡，有部分未逸出的气泡 就吸附在凸点焊料中，在随后的回流制程中，随着温度的增加凸点焊料中的 气泡增大，从而导致凸点变大或者在凸点中形成孔洞，使凸点的焊接性能变差。为了避免焊接凸点内形成较大的气泡，申请号为03159833的中国专利申 请文件提供了 一种凸点的形成方法，尝试通过模板印刷技术形成焊接凸点， 具体工艺步骤为l )在焊盘上通过印刷形成厚度较薄的第一焊料层；2)通过 回流焊接装置熔化厚度较薄的第一焊料层，在焊盘上形成较薄的焊锡层(底 焊锡层)。这时，铜箔的焊盘的表面氧化成为氧化铜，第一焊料层熔化时， 焊剂与氧化铜反应，生成气体和水，但是，因为成为较薄的焊锡层，气体逸 出，成为在焊锡层中不存在较大的气泡的状态；3)焊锡层上通过印刷形成比 第一焊料层厚的第二焊料层；4)厚度较厚的第二焊料层及焊锡层通过回流焊 接装置而熔化，在焊盘上形成焊接凸点。这时，存在很多焊剂的第二焊料层 因为底焊锡层的存在，不会与焊盘反应，因此，即使第二焊料层熔化，也不 会产生气体和水，因而，可以使焊接凸点内没有较大气泡。但是，上述方法 只能消除比较大的气泡，而且经过两次印刷，两次回流，工艺比较复杂。现有技术中也尝试使用0.5至lA/dr^的电流密度电镀铅锡合金焊料的方法 来消除铅锡合金凸点中的气泡，但是电流过低，电镀速率变慢，生产周期变长，产出率变低，劳动成本加大；如果提高电镀的电流密度，又无法避免在 焊料凸点中形成气泡。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是现有技术在利用电镀法沉积铅锡合金凸点的过 程中会在铅锡合金焊料中产生气泡，从而导致在回流制程之后形成的铅锡合 金凸点的直径大于设定的直径，并且在铅锡合金凸点内产生孔洞。为解决上述问题，本专利技术提供了一种，包括下列步骤在晶片上沉积凸点下金属层；在凸点下金属层上形成光刻胶层、并通过曝光和显影形成光刻胶开口；在光刻胶开口位置的凸点下金属层上形成过渡铅锡合金层；在过渡铅锡合金层上电镀铅锡合金焊料；去除光刻胶和凸点下金属层；回流铅锡合金焊料形成铅锡合金凸点。所述在光刻胶开口位置的凸点下金属层上形成过渡铅锡合金层的工艺为 电镀工艺。所述在光刻胶开口位置的凸点下金属层上电镀铅锡合金层的电流密度为 0.1A/dn^至1A/dm2。更进一步，电镀过渡铅锡合金层的电流密度为0.5A/dm2 至1A/dm2。所述在光刻胶开口位置的凸点下金属层上电镀形成过渡铅锡合金层的时 间为1分钟至5分钟。更进一步，电镀过渡铅锡合金层的时间为1分钟至2分钟。所述沉积铅锡合金焊料采用的电镀溶液与电镀形成过渡铅锡合金层的电 镀溶液相同。所述的过渡铅锡合金层厚度为0.2um至4um。更进一步，所述的过渡铅 锡合金层厚度为0.5um至2um。所述的过渡铅锡合金层为95wt%Pb、 5wt%Sn或者97wt%Pb、 3wt%Sn或 者共熔37wt%Pb、 63wt%Sn合金。所述在过渡铅锡合金层上电镀铅锡合金焊料的电流密度为3A/dm2至 1 OA/dm2 。所述铅锡合金焊料为95wt%Pb、 5wt。/。Sn或者97wt%Pb、 3wt。/。Sn或者共 熔37wt%Pb、 63wt%Sn合金。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点1、 本专利技术所述的，在光刻胶开口位置的凸点下金 属层上形成过渡铅锡合金层，随后再电镀沉积铅锡合金焊料，避免了现有技 术直接在光刻胶开口处的凸点下金属层上电镀铅锡合金过程中产生气泡的现 象，从而避免在回流铅锡合金焊料的制程中形成较大的铅锡合金凸点或者在 铅锡合金凸点中形成孔洞，提高了铅锡合金凸点的焊接性能。2、 本专利技术形成过渡铅锡合金层的工艺为电镀工艺，电流密度在0.1至 lA/dr^之间，并不会在电镀过程中产生气泡；随后在3至10A/dn^的电流密 度下沉积铅锡合金焊料，采用的电镀溶液与电镀形成过渡铅锡合金层的镀液 相同，整个电镀制程中只需要改变电镀的电流密度，并不增加工序，无需更 换设备和镀液，节约了成本。3、 虽然电镀过渡铅锡合金层的电流密度0.1 lA/dn^之间，但本专利技术过渡 铅锡合金层的厚度在0.2 ~ 4um之间，电镀时间在1至5分钟即可满足要求， 因此，并不降低产率。所以本专利技术在不降低产率的情况下避免了铅锡合金凸点焊料中形成气泡。4、在凸点回流制程中，铅锡合金过渡铅锡合金层与铅锡合金凸点焊料一起回流成为焊球，避免了在焊球中引入其它的金属材料。附图说明图1是现有技术的凸点形成方法；图2是现有技术形成的较大铅锡合金凸点；图3是现有技术形成的较大铅锡合金凸点的SEM图；图4是正常铅锡合金凸点的扫描电子显微镜图；图5是现有技术中形成的产生孔洞的铅锡合金凸 点的扫描电子显微镜图；图6本专利技术凸点制作方法表面中已经形成钝化层和互连金属层晶片的剖 面结构示意图；图7本专利技术中表面形成凸点下金属层晶片的剖面 结构示意图；图8本专利技术中表面喷涂光刻胶并曝光显影形成光 刻胶图案后晶片的剖面结构示意图；图9本专利技术中光刻胶开口处形成过渡铅锡合金层 之后晶片的剖面结构示意图；图10本专利技术中光刻胶开口处沉积铅锡合金焊料之 后晶片的剖面结构示意图；图11本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铅锡合金凸点制作方法，包括下列步骤：在晶片上沉积凸点下金属层；在凸点下金属层上形成光刻胶层、并通过曝光和显影形成光刻胶开口；在光刻胶开口位置的凸点下金属层上形成过渡铅锡合金层；在过渡铅锡合金层上电镀铅锡合 金焊料；去除光刻胶和凸点下金属层；回流铅锡合金焊料形成铅锡合金凸点。

【技术特征摘要】
1、 一种铅锡合金凸点制作方法，包括下列步骤 在晶片上沉积凸点下金属层；在凸点下金属层上形成光刻胶层、并通过曝光和显影形成光刻胶开口 ；在光刻胶开口位置的凸点下金属层上形成过渡铅锡合金层；在过渡铅锡合金层上电镀铅锡合金焊料；去除光刻胶和凸点下金属层；回流铅锡合金焊料形成铅锡合金凸点。2、 根据权利要求1所述的铅锡合金凸点制作方法，其特征在于，所述 形成过渡铅锡合金层的工艺为电镀工艺。3、 根据权利要求2所述的铅锡合金凸点制作方法，其特征在于，所述 电镀形成过渡铅锡合金层的电流密度为0.1A/dm2至1A/dm2。4、 根据权利要求3所述的铅锡合金凸点制作方法，其特征在于，所述 电镀形成过渡铅锡合金层的电流密度为0.5A/dn^至1A/dm2。5、 根据权利要求2所述的铅锡合金凸点制作方法，其特征在于，在凸 点下金属层上电镀形成过渡铅锡合金层的时间为1分钟至5分钟。6、 根据权利要求5所述的铅锡合金凸点制作方法，其特征在于，在凸 点下金属层上电镀形成过渡铅锡合金层的时间为1分钟至2分钟。7、 根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁万春，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]