本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體而言涉及一種晶圓凸塊形成方法。

背景技術(shù)：

隨著便攜式及高性能微電子產(chǎn)品向短、小、輕、薄化方向發(fā)展，傳統(tǒng)打線方式(Wire Bonding)作為晶片與各式基材結(jié)合的封裝技術(shù)已不能滿足現(xiàn)在消費(fèi)電子產(chǎn)品的需求，取而代之的凸塊封裝成為晶圓級封裝的關(guān)鍵技術(shù)。在凸塊封裝工藝中，多用電鍍的方法進(jìn)行形成凸塊，較為傳統(tǒng)的流程如圖1所示，首先進(jìn)行步驟S101，利用物理氣相沉積法(PVD)在晶圓表面形成銅種子層，然后進(jìn)行步驟S102，在銅種子層上涂布光刻膠，通過光刻工藝將凸塊形成區(qū)域顯影出來。接著，執(zhí)行步驟S103，通過電鍍工藝形成金屬凸塊和錫銀球焊料。接著，執(zhí)行步驟S104，執(zhí)行高溫回流，以使凸塊合金成型穩(wěn)定。此外，在無助焊劑(Flux)的回流過程中，通常使用甲酸(Formic Acid)進(jìn)行錫銀球表面處理，確保凸塊回流完全。但是在高溫下甲酸和錫銀氧化物容易產(chǎn)生顆粒缺陷，這種缺陷在產(chǎn)品完成后的檢驗(yàn)(OQC)中很容易發(fā)現(xiàn)，如圖2所示，其為凸塊存在顆粒缺陷的產(chǎn)品檢驗(yàn)圖，圖中中間環(huán)形部分表示顆粒缺陷，經(jīng)過缺陷檢測可觀測到該顆粒缺陷，如圖3所示。參見圖4，通過對顆粒缺陷的元素分析可知，顆粒缺陷的主要元素成分為Sn、O和C，這也印證了顆粒缺陷是回流時(shí)甲酸和錫銀氧化物產(chǎn)生的。

因此，如何降低回流顆粒缺陷是凸塊生產(chǎn)中比較重要的步驟。目前通過增加回流設(shè)備維護(hù)程序和次數(shù)來降低回流顆粒缺陷，但是這會降低產(chǎn)品生產(chǎn)周期，對生產(chǎn)效率有很大影響。

因此，有必要提出一種新的制作方法，以解決上述存在的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在發(fā)明內(nèi)容部分中引入了一系列簡化形式的概念，這將在具體實(shí)施方式部分中進(jìn)一步詳細(xì)說明。本發(fā)明的發(fā)明內(nèi)容部分并不意味著要試圖限定出所要求保護(hù)的技術(shù)方案的關(guān)鍵特征和必要技術(shù)特征，更不意味著試圖確定所要求保護(hù)的技術(shù)方案的保護(hù)范圍。

為了克服目前存在的問題，本發(fā)明提供一種晶圓凸塊形成方法，其包括下述步驟：提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成凸塊；在所述凸塊上形成焊料球；對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行清洗，以去除所述焊料表面的氧化物；執(zhí)行高溫回流，以使所述凸塊形成穩(wěn)定的合金。

優(yōu)選地，在所述半導(dǎo)體襯底上形成凸塊具體包括下述步驟：提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成銅種子層；在所述銅種子層上涂覆光刻膠，并進(jìn)行曝光和顯影，以定義用于形成凸塊的區(qū)域；在所述用于形成凸塊的區(qū)域內(nèi)形成凸塊。

優(yōu)選地，通過使用甲基磺酸和磷酸的復(fù)合溶液浸泡所述半導(dǎo)體襯底來實(shí)現(xiàn)對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行清洗。

優(yōu)選地，所述甲基磺酸的濃度為3％～12％。

優(yōu)選地，所述磷酸的濃度為0.5％～2％。

優(yōu)選地，使用甲基磺酸和磷酸的復(fù)合溶液浸泡所述半導(dǎo)體襯底60～200秒。

優(yōu)選地，在形成所述凸塊后還包括下述步驟：去除所述光刻膠。

優(yōu)選地，在形成所述凸塊后還包括下述步驟：去除所述凸塊兩側(cè)的銅種子層。

本發(fā)明提出的晶圓凸塊形成方法，在形成凸塊之后，在對所述凸塊進(jìn)行高溫回流之前，對所述凸塊進(jìn)行清洗，以去除錫銀焊料球表面的氧化物，這樣后續(xù)在進(jìn)行高溫回流時(shí)由于焊料球表面的氧化物已經(jīng)去除，因而減少了甲酸與氧化物反應(yīng)產(chǎn)生的顆粒缺陷，提高了產(chǎn)品良率。

附圖說明

本發(fā)明的下列附圖在此作為本發(fā)明的一部分用于理解本發(fā)明。附圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施例及其描述，用來解釋本發(fā)明的原理。

附圖中：

圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)中晶圓凸塊形成方法的步驟流程圖；

圖2示出了存在顆粒缺陷的凸塊的產(chǎn)品檢驗(yàn)圖；

圖3示出了凸塊上的顆粒缺陷；

圖4示出了凸塊顆粒缺陷的元素分析圖；

圖5示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的晶圓凸塊形成方法的步驟流程圖；

圖6A～圖6G示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的晶圓凸塊形成方法依次實(shí)施各步驟所獲得器件的剖面示意圖；

圖7示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的晶圓凸塊形成方法形成的晶圓凸塊的產(chǎn)品檢驗(yàn)圖。

具體實(shí)施方式

在下文的描述中，給出了大量具體的細(xì)節(jié)以便提供對本發(fā)明更為徹底的理解。然而，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言顯而易見的是，本發(fā)明可以無需一個(gè)或多個(gè)這些細(xì)節(jié)而得以實(shí)施。在其他的例子中，為了避免與本發(fā)明發(fā)生混淆，對于本領(lǐng)域公知的一些技術(shù)特征未進(jìn)行描述。

應(yīng)當(dāng)理解的是，本發(fā)明能夠以不同形式實(shí)施，而不應(yīng)當(dāng)解釋為局限于這里提出的實(shí)施例。相反地，提供這些實(shí)施例將使公開徹底和完全，并且將本發(fā)明的范圍完全地傳遞給本領(lǐng)域技術(shù)人員。在附圖中，為了清楚，層和區(qū)的尺寸以及相對尺寸可能被夸大。自始至終相同附圖標(biāo)記表示相同的元件。

應(yīng)當(dāng)明白，當(dāng)元件或?qū)颖环Q為“在…上”、“與…相鄰”、“連接到”或“耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，其可以直接地在其它元件或?qū)由?、與之相鄰、連接或耦合到其它元件或?qū)?，或者可以存在居間的元件或?qū)印Ｏ喾?，?dāng)元件被稱為“直接在…上”、“與…直接相鄰”、“直接連接到”或“直接耦合到”其它元件或?qū)訒r(shí)，則不存在居間的元件或?qū)?。?yīng)當(dāng)明白，盡管可使用術(shù)語第一、第二、第三等描述各種元件、部件、區(qū)、層和/或部分，這些元件、部件、區(qū)、層和/或部分不應(yīng)當(dāng)被這些 術(shù)語限制。這些術(shù)語僅僅用來區(qū)分一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分與另一個(gè)元件、部件、區(qū)、層或部分。因此，在不脫離本發(fā)明教導(dǎo)之下，下面討論的第一元件、部件、區(qū)、層或部分可表示為第二元件、部件、區(qū)、層或部分。

空間關(guān)系術(shù)語例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在這里可為了方便描述而被使用從而描述圖中所示的一個(gè)元件或特征與其它元件或特征的關(guān)系。應(yīng)當(dāng)明白，除了圖中所示的取向以外，空間關(guān)系術(shù)語意圖還包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，然后，描述為“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征將取向?yàn)樵谄渌蛱卣鳌吧稀?。因此，示例性術(shù)語“在…下面”和“在…下”可包括上和下兩個(gè)取向。器件可以另外地取向(旋轉(zhuǎn)90度或其它取向)并且在此使用的空間描述語相應(yīng)地被解釋。

在此使用的術(shù)語的目的僅在于描述具體實(shí)施例并且不作為本發(fā)明的限制。在此使用時(shí)，單數(shù)形式的“一”、“一個(gè)”和“所述/該”也意圖包括復(fù)數(shù)形式，除非上下文清楚指出另外的方式。還應(yīng)明白術(shù)語“組成”和/或“包括”，當(dāng)在該說明書中使用時(shí)，確定所述特征、整數(shù)、步驟、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一個(gè)或更多其它的特征、整數(shù)、步驟、操作、元件、部件和/或組的存在或添加。在此使用時(shí)，術(shù)語“和/或”包括相關(guān)所列項(xiàng)目的任何及所有組合。

為了徹底理解本發(fā)明，將在下列的描述中提出詳細(xì)的結(jié)構(gòu)及步驟，以便闡釋本發(fā)明提出的技術(shù)方案。本發(fā)明的較佳實(shí)施例詳細(xì)描述如下，然而除了這些詳細(xì)描述外，本發(fā)明還可以具有其他實(shí)施方式。

下面結(jié)合圖5以及圖6A～圖6G對本發(fā)明的凸塊封裝方法做詳細(xì)描述。

如圖5所示，首先，執(zhí)行步驟S501，提供半導(dǎo)體襯底，在所述半導(dǎo)體襯底上形成銅種子層。

如圖6A所示，提供半導(dǎo)體襯底600，在半導(dǎo)體襯底600上形成銅種子層601。半導(dǎo)體襯底600可以是以下所提到的材料中的至少一種：硅、鍺、絕緣體上硅(SOI)、絕緣體上層疊硅(SSOI)、絕緣體上層疊鍺化硅(S-SiGeOI)、絕緣體上鍺化硅(SiGeOI)以及絕緣體 上鍺(GeOI)。外，半導(dǎo)體襯底上可以形成有其它器件，例如PMOS和NMOS晶體管。在半導(dǎo)體襯底中可以形成有隔離結(jié)構(gòu)，所述隔離結(jié)構(gòu)為淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或者局部氧化硅(LOCOS)隔離結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體襯底中還可以形成有CMOS器件，CMOS器件例如是晶體管(例如，NMOS和/或PMOS)等。同樣，半導(dǎo)體襯底中還可以形成有導(dǎo)電構(gòu)件，導(dǎo)電構(gòu)件可以是晶體管的柵極、源極或漏極，也可以是與晶體管電連接的金屬互連結(jié)構(gòu)，等等。作為示例，在本實(shí)施例中，半導(dǎo)體襯底為晶硅。

銅種子層601可通過本領(lǐng)域常用方法形成，比如物理氣相沉積(PVD)、電鍍等方法。作為示例，在本實(shí)施例中，銅種子層通過PVD形成，其厚度為

接著，執(zhí)行步驟S502，在所述銅種子層上涂覆光刻膠，并進(jìn)行曝光和顯影，以定義用于形成凸塊的區(qū)域

如圖6B所示，在銅種子層601上形成光刻膠層602，并進(jìn)行曝光和顯影，以定義用于形成凸塊的區(qū)域603。該步驟通過本領(lǐng)域常用的光刻步驟進(jìn)行，比如涂覆光刻膠，通過對應(yīng)的掩膜板進(jìn)行曝光以定義用于形成凸塊的區(qū)域603，并用對應(yīng)的顯影液進(jìn)行顯影以去除用于形成凸塊的區(qū)域603內(nèi)的光刻膠，露出該區(qū)域。以上為簡單描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)需要可采取合適的材料和工藝來完成該步驟，在此不再贅述。

接著，執(zhí)行步驟S503，在所述用于形成凸塊的區(qū)域內(nèi)形成凸塊。

如圖6C所示，在用于形成凸塊的區(qū)域603內(nèi)形成凸塊604。在本實(shí)施例中，凸塊604為銅，其可通過電鍍工藝形成，其為本領(lǐng)域常用方法，在此不再贅述。

接著，執(zhí)行步驟S504，在所述凸塊上形成焊料球

如圖6D所示，在凸塊604上形成焊料球605。在本實(shí)施例中，焊料球605為錫銀焊料球，其可通過電鍍工藝形成，其為本領(lǐng)域常用方法，在此不再贅述。

接著，執(zhí)行步驟S505，去除所述光刻膠層。

如圖6E所示，去除所述光刻膠層602。光刻膠層602可通過干法或濕法去除，比如通過氧等離子體灰化去除，或者通過合適的溶膠 或剝離液濕法去除，此不再贅述。

接著，執(zhí)行步驟S506，去除所述凸塊兩側(cè)的銅種子層。

如圖6F所示，去除凸塊604兩側(cè)的銅種子層。

接著，執(zhí)行步驟S507，對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行清洗，以去除所述焊料表面的氧化物。

在本實(shí)施例中，通過使用甲基磺酸和磷酸的復(fù)合溶液浸泡所述半導(dǎo)體襯底來實(shí)現(xiàn)對所述半導(dǎo)體襯底進(jìn)行清洗。其中，所述甲基磺酸的濃度為3％～12％，所述磷酸的濃度為0.5％～2％，所述浸泡時(shí)間為60～200秒。

接著，執(zhí)行步驟S508，執(zhí)行高溫回流，以使凸塊形成穩(wěn)定合金。

如圖6G所示，執(zhí)行高溫回流，使凸塊604和焊料球605形成穩(wěn)定合金。具體地，比如在240℃左右溫度下處理所述半導(dǎo)體襯底600，使凸塊604和焊料球605回流，以形成穩(wěn)定合金，在回流時(shí)過程中可使用甲酸對錫銀焊料球表面進(jìn)行處理，以確保凸塊回流完全。

至此完成了本實(shí)施例晶圓凸塊形成方法的全部步驟，可以理解的是，在整個(gè)封裝工藝中還可包括其他需要的步驟，或者本實(shí)施例上述步驟的順序可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，比如對半導(dǎo)體襯底的清洗可在去除光刻膠層之前進(jìn)行，或者在去除光刻膠層之后去除凸塊兩側(cè)銅種子層之前進(jìn)行。

本實(shí)施例提出的晶圓凸塊形成方法，在形成凸塊之后，在對所述凸塊進(jìn)行高溫回流之前，對所述凸塊進(jìn)行清洗，以去除錫銀焊料球表面的氧化物，這樣后續(xù)在進(jìn)行高溫回流時(shí)由于焊料球表面的氧化物已經(jīng)去除，因而減少了甲酸與氧化物反應(yīng)產(chǎn)生的顆粒缺陷，提高了產(chǎn)品良率。如圖7所示，其為采用本實(shí)施例的晶圓凸塊形成方法形成的凸塊的產(chǎn)品檢驗(yàn)圖，與圖2對比可知，采用本實(shí)施例的晶圓凸塊形成方法，凸塊的顆粒缺陷大大減少，產(chǎn)品良率大大提高。

本發(fā)明已經(jīng)通過上述實(shí)施例進(jìn)行了說明，但應(yīng)當(dāng)理解的是，上述實(shí)施例只是用于舉例和說明的目的，而非意在將本發(fā)明限制于所描述的實(shí)施例范圍內(nèi)。此外本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)還可以做出更多種的變型和修改，這些變型和修改均落在本發(fā)明所要求保護(hù)的范圍以內(nèi)。本發(fā)明的 保護(hù)范圍由附屬的權(quán)利要求書及其等效范圍所界定。