專利名稱：形成焊接凸塊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種用于實(shí)現(xiàn)晶圓級芯片封裝 (WLCSP, Wafer Level Chip Scale Packing)的焊接凸塊的形成方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與革新，電子產(chǎn)品邁向輕薄短小設(shè)計(jì)的潮流，半導(dǎo)體封裝 領(lǐng)域也對應(yīng)的開發(fā)出許多高密度的封裝形式。目前，晶圓在完成前段制程之后，為了滿足不 同的應(yīng)用需求，一般會對應(yīng)需求做重布線焊墊(RDL pad)，然后再在重布線焊墊上形成凸塊 下金屬層(UBM，Under Bump Metallurgy)，再于凸塊下金屬層上形成焊接凸塊，并以回焊方 式借助焊接凸塊連接至基板上。上述即為傳統(tǒng)的覆晶封裝(Flip chip in Package)制成。發(fā)展到目前的半導(dǎo)體封裝形式，可以做到直接將錫材質(zhì)焊接凸塊放置在銅材質(zhì)的 重布線焊墊上，而不再需要其它的諸如鎳、金等凸塊下金屬層(UBM)，使得芯片封裝工藝得 到簡化、芯片制造成本降低。詳細(xì)來說，上述形成焊接凸塊的方法是參見圖1，SlO 1，提供半導(dǎo)體基底，其可為晶圓，并且為已完成內(nèi)部組件及線路設(shè)置 的晶圓。S102，在上述半導(dǎo)體基底上形成銅材質(zhì)的重布線焊墊。S103，在基底和重布線焊墊上形成再鈍化層，在需要形成焊接凸塊的位置作開口， 露出重布線焊墊。再鈍化層的主要作用是作為緩沖層，以緩解后續(xù)填充焊料時的沖擊應(yīng)力。S104，用助焊劑清洗出露的重布線焊墊，去除重布線焊墊表層的銅氧化物(Cux0， 可能是CuO或Cu2O或二者的混合物)薄層，以使得焊料與重布線焊墊更好地結(jié)合。S105，將焊料填充至開口內(nèi)(例如植球工藝)，形成焊接凸塊。后續(xù)還可以通過剝除再鈍化層、進(jìn)行回焊和去助焊劑，借助焊接凸塊將晶圓連接 至基板上。采用上述工藝，當(dāng)用助焊劑清洗出露的重布線焊墊時，實(shí)際上，助焊劑不僅刻蝕了 出露的重布線焊墊表層，而且還會順著銅氧化物(CuxO)薄層的實(shí)際分布情況對與再鈍化層 結(jié)合的重布線焊墊表層也產(chǎn)生刻蝕，這樣在重布線焊墊與再鈍化層之間就形成縫隙，隨后 的植球工藝中，焊料會延伸至縫隙中，形成滲鍍現(xiàn)象，參見圖2中的箭頭位置。滲鍍現(xiàn)象造 成芯片上的線條不整齊，線間距減小。當(dāng)滲鍍現(xiàn)象較輕時，會在凸塊周圍一圈形成多余的焊 料，這樣在后續(xù)封裝時對底部填充劑的兼容性不好，甚至壓根貼不上去，而造成空洞。焊料 在反復(fù)的回流過程中也可能通過縫隙橋接在一起而短路。當(dāng)滲鍍現(xiàn)象嚴(yán)重時，也會由于焊 料和焊料之間出現(xiàn)橋接而造成芯片短路現(xiàn)象，嚴(yán)重影響芯片的性能和質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種改良的焊接凸塊的形成方法，從而克服現(xiàn) 有技術(shù)中出現(xiàn)的滲鍍現(xiàn)象。為實(shí)現(xiàn)上述目 ，本發(fā)明采用一種形成焊接凸塊的方法，包括下列步驟
提供半導(dǎo)體基底；在基底上形成銅材質(zhì)的重布線焊墊；對重布線焊墊進(jìn)行表面處理，去除其表面的銅氧化物；在基底和重布線焊墊上形成再鈍化層，在需要形成焊接凸塊的位置作開口，露出 重布線焊墊；用助焊劑清洗出露的重布線焊墊；在開口內(nèi)的重布線焊墊上形成焊接凸塊。優(yōu)選的，所述對重布線焊墊進(jìn)行表面處理，為用氬氣對重布線焊墊進(jìn)行表面刻蝕。優(yōu)選的，所述對重布線焊墊進(jìn)行表面處理，去除重布線焊墊表層至少50埃的厚度。優(yōu)選的，所述對重布線焊墊進(jìn)行表面處理，在等離子刻蝕設(shè)備中進(jìn)行，刻蝕設(shè)備頂 部射頻功率為100瓦 1000瓦，底部射頻功率為100 1000瓦，氬氣流量為每分鐘1標(biāo)準(zhǔn) 立方厘米 20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。優(yōu)選的，所述再鈍化層需要在對重布線焊墊進(jìn)行表面處理之后的兩小時內(nèi)涂布。本發(fā)明通過首先對重布線焊墊進(jìn)行表面處理，去除其表面的銅氧化物，然后再形 成再鈍化層，此時再鈍化層就與銅單質(zhì)表面貼合，二者之間有很好的連接力，后續(xù)的用助焊 劑清洗出露的重布線焊墊時，助焊劑只會刻蝕銅氧化物，而對銅單質(zhì)沒有影響，所以再鈍化 層與重布線焊墊之間不會產(chǎn)生縫隙，也就不會產(chǎn)生后續(xù)的滲鍍現(xiàn)象，因而提高了芯片的性 能和質(zhì)量。


圖1為現(xiàn)有一種形成焊接凸塊的方法的流程圖；圖2顯示了按照圖1所示方法形成的焊接凸塊具有滲鍍現(xiàn)象的不足；圖3為本發(fā)明的形成焊接凸塊的方法的流程圖；圖4a至圖4g為根據(jù)圖3的流程形成焊接凸塊的過程示意圖。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。當(dāng)然本發(fā)明并不局限于該具體實(shí)施例，本領(lǐng)域內(nèi)的普通技 術(shù)人員所熟知的一般的替換無疑地涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明利用示意圖進(jìn)行了詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實(shí)施例時，為了便于說明，表示 結(jié)構(gòu)的示意圖會不依一般比例作局部放大，不應(yīng)以此作為對本發(fā)明的限定，此外，在實(shí)際的 制作中，應(yīng)包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。參見圖1，現(xiàn)有的形成焊接凸塊的方法為S101，提供半導(dǎo)體基底。S102，在上述半導(dǎo)體基底上形成銅材質(zhì)的重布線焊墊。S103，在基底和重布線焊墊上形成再鈍化層，在需要形成焊接凸塊的位置作開口， 露出重布線焊墊。S104，用助焊劑清洗出露的重布線焊墊。
S105，在開口內(nèi)的重布線焊墊上形成焊接凸塊。上述方法會導(dǎo)致再鈍化層與重布線焊墊之間產(chǎn)生縫隙，隨后的植球工藝中，焊料 會延伸至縫隙中，形成滲鍍現(xiàn)象。發(fā)明人通過創(chuàng)造性的勞動發(fā)現(xiàn)，不論采用何種工藝，重布線焊墊形成之后，銅材料 表面不可避免的會產(chǎn)生銅氧化物(CuxO)薄層，此時在重布線焊墊上形成再鈍化層，則再鈍 化層不是與銅單質(zhì)貼合，而是與銅氧化物薄層貼合，那么后續(xù)用助焊劑清洗出露的重布線 焊墊時，助焊劑會順著銅氧化物的分布而刻蝕，導(dǎo)致再鈍化層與重布線焊墊之間產(chǎn)生縫隙?；谏鲜鲅芯浚l(fā)明人提出一種改良的形成焊接凸塊的方法，參見圖3 S201，提供半導(dǎo)體基底。S202，在上述半導(dǎo)體基底上形成銅材質(zhì)的重布線焊墊。S203，對重布線焊墊進(jìn)行表面處理，去除其表面的銅氧化物。S204,在基底和重布線焊墊上形成再鈍化層，在需要形成焊接凸塊的位置作開口， 露出重布線焊墊。S205，用助焊劑清洗出露的重布線焊墊。S206，在開口內(nèi)的重布線焊墊上形成焊接凸塊。上述方法，在形成再鈍化層之前，首先去除重布線焊墊表面的銅氧化物，則使得再 鈍化層能夠與銅單質(zhì)之間形成良好的連接，并且助焊劑是只對銅氧化物進(jìn)行蝕除而不會與 銅單質(zhì)反應(yīng)的，所以能夠確保再鈍化層與重布線焊墊之間不會產(chǎn)生縫隙，后續(xù)也不會產(chǎn)生 滲鍍現(xiàn)象。下面結(jié)合示意圖對該方法進(jìn)行詳細(xì)說明。S201，提供半導(dǎo)體基底。參見圖4a，該半導(dǎo)體基底10可以是經(jīng)過半導(dǎo)體前道工藝處理，形成有MOS管或存 儲器等各種半導(dǎo)體器件的晶圓。所述的基底10上具有互連層11，所述的互連層11上具有 鈍化層(passivation) 12，如氮化硅層、氮氧化硅層和氧化硅層等，質(zhì)地較為堅(jiān)硬。S202，在上述半導(dǎo)體基底上形成銅材質(zhì)的重布線焊墊。該步驟可以采用如下工藝參見圖4b，在鈍化層12上旋涂光刻膠層13，通過曝光、 顯影在光刻膠層13上需要做重布線焊墊的位置做第一開口 13a，形成圖案化的光刻膠層 13b，露出光刻膠層下面的鈍化層12。參見圖4c，在上述圖案化的光刻膠層13b的第一開口 13a內(nèi)，即出露的鈍化層12a 上電鍍銅材質(zhì)的重布線焊墊14。接著可以采用濕法選擇性蝕刻去除光刻膠層13。該步驟還可以采用如下工藝(未用圖表示)在鈍化層12上濺射銅材質(zhì)的重布線 焊墊層，在重布線焊墊層上形成光刻膠層，圖案化光刻膠層，以圖案化的光刻膠層為掩膜刻 蝕重布線焊墊層，除去光刻膠層，得到重布線焊墊。以上形成重布線焊墊的工藝是本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的工藝，因此不展開贅述。S203，對重布線焊墊進(jìn)行表面處理，去除其表面的銅氧化物，參見圖4d。不論是采用電鍍工藝還是濺射工藝都是在高溫下進(jìn)行的，重布線焊墊14表層容 易形成銅氧化物薄層。為了除去銅氧化物薄層，需要所述對重布線焊墊14進(jìn)行表面處理， 在等離子刻蝕設(shè)備中進(jìn)行，真空環(huán)境，刻蝕設(shè)備頂部射頻功率為100瓦 1000瓦，底部射頻 功率為100 1000瓦，氬氣流量為每分鐘1標(biāo)準(zhǔn)立方厘米 20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。上述刻蝕工藝的參數(shù)設(shè)置旨為將銅氧化物薄層清除徹底，因此對刻蝕設(shè)備的工藝參數(shù)不過分限制， 可以參考常規(guī)的氬氣刻蝕工藝。一般來說，蝕除量需要在50埃以上才能滿足要求。對于上述實(shí)施例來說，除了使用氬氣進(jìn)行蝕刻之外還可以選用其它惰性氣體，一 般機(jī)臺會采用相對比較通用的氬氣。對于蝕除量的選擇來說，較大的蝕除量能夠獲得較好 的處理效果，在工藝條件允許的前提下可根據(jù)實(shí)際需求制訂。采用氬氣蝕刻還能獲得粗糙的重布線焊墊表面，使得后續(xù)的再鈍化層能夠貼合得 更加緊密。S204,在基底和重布線焊墊上形成再鈍化層，在需要形成焊接凸塊的位置作開口， 露出重布線焊墊。參見圖4e，在鈍化層12和重布線焊墊14上旋涂再鈍化層(re-passivation) 15， 該再鈍化層15的材料可以為光敏苯并環(huán)丁烯(BCB)或者聚酰亞胺(PI)或者聚苯并唑 (PBO, PolyBenzobisOxazole)，材質(zhì)較軟，能夠?qū)罄m(xù)的植球起到緩沖作用。旋涂再鈍化層15優(yōu)選在重布線焊墊表面處理之后2小時內(nèi)進(jìn)行，避免重布線焊墊 14表面又被氧化，這樣再鈍化層15能夠與重布線焊墊14表面貼合緊密，具有良好的連接 力。通過加熱、紫外輻射硬化、曝光、顯影在再鈍化層15上需要形成焊接凸塊的位置 作第二開口 15a，形成圖案化的再鈍化層15b，露出再鈍化層下面的重布線焊墊14。S205，用助焊劑清洗出露的重布線焊墊。參見圖4f，助焊劑能夠清除重布線焊墊上后引入的銅氧化物，能夠增加焊接凸塊 與重布線焊墊的粘合能力。助焊劑可以為三聚1，2_丙二醇或者N，N，N' ,N'-四(2-羥 基丙基)乙二胺或者N-牛油烷基三亞甲基二胺乙氧基化物中的一種，它并不會與銅單質(zhì)反 應(yīng)，因此可以確保重布線焊墊與再鈍化層15之間沒有縫隙。S206，在開口內(nèi)的重布線焊墊上形成焊接凸塊。參見圖4f，然后利用植球的方式將焊料填布于第二開口 15a中，其中焊料可為錫 銀合金或錫銅合金等材料，形成焊接凸塊16。此處的植球工藝還可以用印刷工藝替代，本發(fā)明對于此處焊料填布于第二開口的 工藝沒有限制，但是一般來說，植球、印刷比較容易出現(xiàn)圖2所示的滲鍍現(xiàn)象，電鍍不易出 現(xiàn)滲鍍，因此電鍍工藝中本發(fā)明在應(yīng)用不多。后續(xù)還可以通過剝除再鈍化層、進(jìn)行回焊和去助焊劑，借助焊接凸塊連接至基板 上。按照本發(fā)明提出的方法形成的焊接凸塊，能夠消除圖2中箭頭所示的滲鍍現(xiàn)象。本發(fā)明雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來限定權(quán)利要求，任何本領(lǐng)域 技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本發(fā)明的 保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以本發(fā)明權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
一種形成焊接凸塊的方法，包括下列步驟提供半導(dǎo)體基底；在基底上形成銅材質(zhì)的重布線焊墊；對重布線焊墊進(jìn)行表面處理，去除其表面的銅氧化物；在基底和重布線焊墊上形成再鈍化層，在需要形成焊接凸塊的位置作開口，露出重布線焊墊；用助焊劑清洗出露的重布線焊墊；在開口內(nèi)的重布線焊墊上形成焊接凸塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述對重布線焊墊進(jìn)行 表面處理，為用惰性氣體對重布線焊墊進(jìn)行表面刻蝕。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述對重布線焊墊進(jìn)行 表面處理，為用氬氣對重布線焊墊進(jìn)行表面刻蝕。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述對重布線焊墊進(jìn)行 表面處理，去除重布線焊墊表層至少50埃的厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述對重布線焊墊進(jìn)行 表面處理，在等離子刻蝕設(shè)備中進(jìn)行，刻蝕設(shè)備頂部射頻功率為100瓦 1000瓦，底部射頻 功率為100 1000瓦，氬氣流量為每分鐘1標(biāo)準(zhǔn)立方厘米 20標(biāo)準(zhǔn)立方厘米。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述再鈍化層在對重布 線焊墊進(jìn)行表面處理之后的兩小時內(nèi)涂布。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述的基底上具有互連 層，所述的互連層上具有鈍化層，所述的重布線焊墊形成在鈍化層上。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述在鈍化層上形成重 布線焊墊的工藝是，在鈍化層上形成光刻膠層，通過曝光顯影在光刻膠層上需要做重布線 焊墊的位置做第一開口，形成圖案化的光刻膠層，露出光刻膠層下面的鈍化層，在圖案化的 光刻膠層的第一開口內(nèi)，即出露的鈍化層上電鍍銅材質(zhì)的重布線焊墊。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述在鈍化層上形成重 布線焊墊的工藝是，在鈍化層上濺射銅材質(zhì)的重布線焊墊層，在重布線焊墊層上形成光刻 膠層，圖案化光刻膠層，以圖案化的光刻膠層為掩膜刻蝕重布線焊墊層，除去光刻膠層，得 到重布線焊墊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述在助焊劑上形成焊 接凸塊的工藝為，用植球的方法將焊料填充至開口內(nèi)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述再鈍化層的材料為 光敏苯并環(huán)丁烯或者聚酰亞胺或者聚苯并唑。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的形成焊接凸塊的方法，其特征在于，所述焊料為錫銀合金或 錫銅合金。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種形成焊接凸塊的方法，用于實(shí)現(xiàn)晶圓級芯片封裝，包括下列步驟提供半導(dǎo)體基底；在基底上形成銅材質(zhì)的重布線焊墊；對重布線焊墊進(jìn)行表面處理，去除其表面的銅氧化物；在基底和重布線焊墊上形成再鈍化層，在需要形成焊接凸塊的位置作開口，露出重布線焊墊；用助焊劑清洗出露的重布線焊墊；在開口內(nèi)的重布線焊墊上形成焊接凸塊。通過對重布線焊墊進(jìn)行表面處理，去除其表面的銅氧化物，然后再形成再鈍化層，再鈍化層就與銅單質(zhì)表面貼合，后續(xù)的用助焊劑清洗出露的重布線焊墊時，再鈍化層與重布線焊墊之間不會產(chǎn)生縫隙，也就不會產(chǎn)生滲鍍現(xiàn)象，因而提高了芯片的性能和質(zhì)量。
文檔編號H01L21/60GK101964315SQ20091005536
公開日2011年2月2日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月24日
發(fā)明者佟大明, 梅娜 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司