專利名稱：在回焊前清洗焊料凸塊的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本揭示內(nèi)容大體有關(guān)于精密積體電路，且更特別的是，有關(guān)于形成無鉛焊料凸塊于半導(dǎo)體芯片的接觸層上的方法。
背景技術(shù)：
在制造現(xiàn)代積體電路時，通常需要在構(gòu)成微型電子裝置的各種半導(dǎo)體芯片之間加上電氣連接。取決于芯片的類型與整體的裝置設(shè)計(jì)要求，可用各種方法實(shí)現(xiàn)這些電氣連接，例如，打線接合法、卷帶式自動接合法(TAB)，覆晶接合法及其類似者。近年來，利用覆晶技術(shù)，其中半導(dǎo)體芯片用由所謂焊料凸塊形成的焊球來附著至基板、載體或其它芯片，已變成半導(dǎo)體加工工業(yè)的重要方面。在覆晶技術(shù)中，焊球形成于待連接芯片中的至少一的接觸層 上，例如，在形成于包含多個積體電路的半導(dǎo)體芯片的最后金屬化層上方的電介質(zhì)鈍化層上。同樣，有適當(dāng)大小及定位的接合墊形成于另一芯片上，例如，承載封裝件，各個接合墊對應(yīng)至形成于半導(dǎo)體芯片上的焊球。然后，這兩種單元(亦即，半導(dǎo)體芯片與承載封裝件)的電氣連接通過“翻轉(zhuǎn)”半導(dǎo)體芯片以及使焊球與接合墊物理接觸，以及進(jìn)行“回焊”工藝使得每個焊球粘著至對應(yīng)接合墊。通常有數(shù)百甚至數(shù)千個焊料凸塊可分布于整個芯片區(qū)域，由此提供，例如，現(xiàn)代半導(dǎo)體芯片所要求的輸入及輸出性能，而現(xiàn)代半導(dǎo)體芯片經(jīng)常包括復(fù)雜的電路，例如微處理器、儲存電路、三維(3D)芯片及其類似者，及/或形成完整復(fù)雜電路系統(tǒng)的多個積體電路。過去，用來形成使用于覆晶技術(shù)的焊球的材料包括各種所謂錫/鉛(Sn/Pb)焊料中的任一。在最常見的商用Sn/Pb焊料合金中，錫(Sn)的數(shù)量可在約5原子重量百分比至約70原子重量百分比之間改變，以及焊料合金的平衡物(balance)為鉛(Pb)。此外，Sn/Pb焊料合金的熔化溫度會隨著確切的合金構(gòu)造而改變，此因素對整體加工參數(shù)有點(diǎn)影響。在半導(dǎo)體加工工業(yè)中，最常用的Sn/Pb焊料為5/95焊料(亦即，5%錫與95%鉛)，60/40焊料(亦即，60%錫與40%鉛)，以及63/37焊料(亦即，63%錫與37%鉛，或所謂的“共晶”混合物)。共晶Sn/Pb焊料的優(yōu)點(diǎn)是Sn/Pb焊料(183° C)的最低熔化溫度為真正的一點(diǎn)，而其它非共晶Sn/Pb合金所展現(xiàn)的是一范圍。不過，近年來，制造工業(yè)大體已放棄使用Sn/Pb焊料于大部份的商業(yè)應(yīng)用，包括半導(dǎo)體加工。因此，已開發(fā)出無鉛焊接材料，例如Sn/Ag(錫-銀)、Sn/Cu(錫-銅)、Sn/Ag/Cu(錫-銀-銅，或SAC)焊料及其類似者，作為用于形成焊料凸塊的替代合金。不過，這些替代焊接材料通常有比大部份常用Sn/Pb焊料高一點(diǎn)的熔化溫度。此外，這些無鉛焊接材料中至少有一些顯出與工藝有關(guān)的其它難題而在半導(dǎo)體裝置制造期間必須予以處理，這在下文有更詳細(xì)的討論。圖I的加工流程圖根據(jù)一背景技術(shù)焊料凸塊工藝圖示包含形成無鉛焊料凸塊步驟的不同步驟順序。一般而言，圖示于圖I的示范背景技術(shù)工藝順序包括形成凸塊下金屬化(UBM)層的第一工藝步驟110，之后，在步驟130的焊料電鍍工藝之前，進(jìn)行形成光阻掩膜的工藝步驟120。之后，在工藝步驟140剝除光阻掩膜，在工藝步驟150蝕刻UBM層，以及最后，在工藝步驟160進(jìn)行焊料凸塊回焊工藝。標(biāo)示于圖I以及上文以大體方式描述的每個工藝步驟分別圖示于圖IA至圖1F，這在下文會加以詳述。圖Ia示意圖示圖I的工藝步驟110，其中形成凸塊下金屬化(UBM)層104。凸塊下金屬化層104可形成于帶圖案鈍化層103上，而帶圖案鈍化層103可形成于半導(dǎo)體裝置100的最后金屬化層101上方。取決于整體裝置架構(gòu)要求，半導(dǎo)體裝置100可包含多個積體電路組件，例如晶體管、電容器、電阻器、導(dǎo)線、接觸組件及其類似者。另外，帶圖案鈍化層103可包含開口 103a，其經(jīng)定位成可暴露形成于最后金屬化層101的上半部的導(dǎo)電接觸墊102，它可提供至半導(dǎo)體裝置100的多個積體電路組件中之一或更多的電氣接點(diǎn)。如圖IA所示，UBM層104可以實(shí)質(zhì)共形的方式形成于帶圖案鈍化層103上方以便覆蓋導(dǎo)電接觸墊102的暴露上表面，開口 103a的側(cè)壁表面，以及鈍化層103的上表面。取決于整體加工流程及裝置要求，UBM層104可包含多個個別層，其中各層可經(jīng)個別設(shè)計(jì)成可提供整體UBM層104的必要黏性、阻障、保護(hù)及導(dǎo)電特性。例如，UBM層104可包含但不必 受限于鈦-鎢/鉻-銅/銅(TiW/CrCu/Cu)迭層、鉻/鉻-銅/銅(Cr/CrCu/Cu)迭層、鈦-鎢/銅(Tiff/Cu)迭層、鈦/銅/鎳(Ti/Cu/Ni)迭層、鈦-鎢/鎳-釩/銅(Tiff/NiV/Cu)迭層及其類似者，其中最終銅層在隨后進(jìn)行的電鍍工藝(參考工藝步驟130與圖1C)中可用作電流分布層(current distribution layer)?？捎媒?jīng)適當(dāng)設(shè)計(jì)的沉積順序111來形成UBM層104，取決于材料種類與所使用的層數(shù)，可包含濺鍍沉積工藝、化學(xué)氣相沉積(CVD)工藝及其類似者，或該等工藝的組合。圖IB示意圖示在后續(xù)制造步驟期間的圖IA的半導(dǎo)體裝置100。更特別的是，圖IB圖示圖I的工藝步驟120，其中形成帶圖案光阻掩膜105于UBM層104上方。取決于想要的整合方案，帶圖案光阻掩膜105可用工藝順序121形成，包括基于本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的傳統(tǒng)微影技術(shù)的多個步驟。如圖IB所示，帶圖案光阻掩膜105可包含形成于帶圖案鈍化層103的開口 103a上方的開口 105a，由此定義焊料凸塊106在剛鍍成狀態(tài)(as-platedcondition)下的位置及初始形狀，這在下文有更完整的描述。如圖IC所示，在工藝步驟130期間繼續(xù)進(jìn)一步加工圖IB的半導(dǎo)體裝置100，其中各自形成無鉛焊料凸塊106于帶圖案鈍化層103與光阻掩膜105的開口 103a、105a中。如前述，凸塊下金屬化層104在電化學(xué)沉積工藝131 (例如，電鍍工藝)期間可用作電流分布層，由此協(xié)助用來形成焊料凸塊106的焊接材料的電化學(xué)沉積。該焊料凸塊材料可為本技術(shù)所熟知的數(shù)種無鉛焊接材料中的任一，例如Sn/Ag、Sn/Cu、Sn/Ag/Cu(SAC)及其類似者。此外，取決于裝置要求及/或想要的加工方案，焊料凸塊106可形成于包含經(jīng)電化學(xué)沉積的銅(Cu)或鎳(Ni)的底下柱體及其類似者上。例如，在至少一具體實(shí)施例中，焊料凸塊106可形成于鎳柱體上，以及可由銀含量約在I. 8至3. O重量百分比的范圍內(nèi)的錫/銀(Sn/Ag)合金焊接材料構(gòu)成，而該焊料合金的平衡物可為實(shí)質(zhì)錫。取決于不同的加工考量，例如回焊溫度及其類似者，也可使用有其它重量百分比的銀及/或銅來與錫結(jié)合。圖ID示意圖示在圖I的工藝步驟140期間的圖IC的半導(dǎo)體裝置100，其中移除在UBM層104上方的帶圖案光阻掩膜105。如圖ID所示，可進(jìn)行光阻剝除工藝141以便對于凸塊下金屬化層104及剛鍍成焊料凸塊106的材料有選擇性地移除帶圖案光阻掩膜105。取決于所欲加工策略，光阻剝除工藝141，例如，可為濕式化學(xué)去除工藝或干蝕刻工藝，其處方為本技藝所熟知。在工藝步驟150期間，可圖案化UBM層104以便使焊料凸塊106與可能在用工藝步驟Iio至140描述的工藝順序期間同時形成的其它毗鄰焊料凸塊電氣隔離。如圖IE所示，取決于構(gòu)成UBM層104的任何子層的數(shù)目與材料多樣性，UBM層104的圖案化可通過進(jìn)行蝕刻順序151，它可包含多個濕及/或干式蝕刻技術(shù)。之后，包含半導(dǎo)體裝置100的基板可輸送至爐具(未圖示)，在此隨后會進(jìn)行凸塊回焊工藝步驟160。不過，在裝載包含半導(dǎo)體裝置100的基板于爐具(未圖示)內(nèi)之前，裝置100可暴露于周遭大氣狀態(tài)，在此期間，原生氧化錫層107可能形成于新成形焊料凸塊106的暴露表面上，如圖IE所示。在凸塊回焊工藝步驟160期間，圖IE的半 導(dǎo)體裝置100可暴露于回焊工藝161，如圖IF所示，其使圖IE的焊料凸塊106變形成為實(shí)質(zhì)圓形焊球108?；睾腹に?61可在例如有電阻加熱器或紅外線(IR)燈的可編程烤箱或爐子中進(jìn)行，而且取決于包含焊料凸塊106的焊接材料的組合物，可以約在200至300° C范圍內(nèi)的回焊溫度完成。例如，對于銀含量在I.8至3.0重量百分比范圍內(nèi)的Sn/Ag焊料凸塊，回焊工藝161可在約225° C至250° C之間完成。另外，可用適于特定焊接材料組合物的持續(xù)時間來完成回焊工藝161以便改善焊料合金材料的整體均勻度，此外，可使焊料凸塊材料擴(kuò)散至UBM層104內(nèi)，由此形成讓圓形焊球108有高機(jī)械韌性(mechanical toughness)的介金屬化合物(intermetalliccompound)。如上述，原生氧化錫層107可能在工藝步驟150與160之間形成于焊料凸塊106的暴露表面上。通常在回焊工藝161期間移除此原生氧化錫層107使得在經(jīng)回焊的焊球108的表面上不會有氧化物層。因此，可在經(jīng)設(shè)計(jì)成可移除可能存在于焊料凸塊106的暴露表面上的任何原生氧化錫層107的實(shí)質(zhì)還原性氣氛中進(jìn)行回焊工藝161。在某些具體實(shí)施例中，該還原性氣氛可包含氣態(tài)蟻酸(CH2O2)，其在回焊工藝161期間通過與焊料凸塊106表面上的氧化錫(SnO)化學(xué)反應(yīng)以形成錫副產(chǎn)品,例如Sn(CH02)2(甲酸亞錫，tin II formate)及其類似者，來移除原生氧化錫層107。不過，也應(yīng)注意，在正?；寮庸て陂g，在工藝步驟150 (UBM蝕刻)與工藝步驟160(凸塊回焊)之間可能出現(xiàn)顯著的等待時間，有時這約有數(shù)小時，甚至一天或更多。盡管有如此長的等待時間，以及焊料凸塊對應(yīng)漫長地暴露于周遭狀態(tài)，通常不會損害錫-鉛(Sn/Pb)焊料凸塊，有極高重量百分比錫濃度的焊料合金(例如，Sn/Ag焊料)可能明顯高于典型Sn/Pb焊料的表面氧化率。因此，必須從由Sn/Ag合金焊料制成的焊料凸塊106表面移除的氧化錫數(shù)量會成比例地更大。此外，在回焊工藝161期間形成的任何錫副產(chǎn)品傾向優(yōu)先沉積于爐具及排氣管的內(nèi)表面上，而且隨著時間推移，可能由表面剝落而再沉積于裝置100的暴露表面(包括經(jīng)回焊的焊球108)上成為粒子缺陷109，如圖IF所示。粒子缺陷109也可能干擾在半導(dǎo)體芯片上的焊球108與封裝件載體上的接合墊間得到的的電氣連接，從而可能減少裝置可靠性。為了避免出現(xiàn)此類粒子缺陷109，必須周期性地定期清洗回焊工藝161在其中進(jìn)行的爐具。在一方面，通過增加工具清洗頻率可提高裝置可靠性，亦即，縮短工具清洗周期，不過，代價是工具停機(jī)時間以及整體生產(chǎn)率對應(yīng)地減少。另一方面，通過減少工具清洗頻率可提供生產(chǎn)率，亦即，加長工具清洗周期，不過，代價是粒子缺陷增加以及整體裝置可靠性對應(yīng)地減少。因此，及鑒于上述，有必要實(shí)現(xiàn)新的設(shè)計(jì)策略以應(yīng)付與形成無鉛焊料凸塊于半導(dǎo)體芯片上有關(guān)的制造問題。本揭示內(nèi)容是有關(guān)于加工方案用以避免或至少減少上述問題中的一或更多的影響。

發(fā)明內(nèi)容
下文為本揭示內(nèi)容的簡化摘要供基本了解揭示于本文的一些方面。此摘要并非本揭示內(nèi)容的詳盡概述，也不是要用來區(qū)別本發(fā)明專利標(biāo)的的關(guān)鍵或重要組件，也不是描述本發(fā)明揭示標(biāo)的的范疇。反之，唯一的目的是要以簡化的形式提出一些概念作為以下詳細(xì)說明內(nèi)容的前言。本發(fā)明大體有關(guān)于用以形成現(xiàn)代精密半導(dǎo)體裝置的方法，且更特別的是，可在半導(dǎo)體芯片的接觸層上方形成實(shí)質(zhì)無鉛焊料凸塊的方法。揭示于本文的一示范方法包括下列步驟形成焊料凸塊于半導(dǎo)體裝置的金屬化層上方，移除在該焊料凸塊的表面上的氧化物膜，以及在移除該氧化物膜后，在還原性氣氛中進(jìn)行焊料凸塊回焊工藝以回焊該焊料凸塊。本揭示內(nèi)容的另一示范具體實(shí)施例為包括下列步驟的方法在形成于半導(dǎo)體裝置 上方的最后金屬化層上方形成焊料凸塊，以及暴露該焊料凸塊于含氧環(huán)境。除了別的以外，本方法更包括暴露該焊料凸塊于濕式化學(xué)清洗工藝以實(shí)質(zhì)移除在該焊料凸塊的表面上的原生氧化物膜，以及在暴露該焊料凸塊于該濕式化學(xué)清洗工藝后，在包含蟻酸的回焊氣氛中回焊該焊料凸塊。本文也揭示一種方法，除了別的以外，包括下列步驟在半導(dǎo)體裝置的凸塊下金屬化層上方形成實(shí)質(zhì)無鉛焊料凸塊，進(jìn)行濕式化學(xué)清洗工藝以通過暴露該焊料凸塊于包含蟻酸及鹽酸中的一者的酸性溶液來移除在該焊料凸塊的表面上的氧化物膜，以及進(jìn)行回焊工藝以在包含蟻酸的氣氛中回焊該焊料凸塊。


參考以下結(jié)合附圖的說明可明白本揭示內(nèi)容，其中類似的組件是以相同的組件符號表不。圖I的加工流程圖根據(jù)背景技術(shù)焊料凸塊工藝圖示包含形成無鉛焊料凸塊步驟的步驟順序；圖IA至第圖IF示意圖示概要列于圖I的工藝步驟；圖2的加工流程圖根據(jù)本發(fā)明的一示范具體實(shí)施例圖示包含形成無鉛焊料凸塊步驟的步驟順序；以及圖2A圖至圖2C示意圖示概要列于圖2的一些工藝步驟。盡管本發(fā)明容易做成各種修改及替代形式，本文仍以附圖為例圖示幾個本發(fā)明的特定具體實(shí)施方式
且詳述其中的細(xì)節(jié)。不過，應(yīng)了解本文所描述的特定具體實(shí)施方式
不是想要把本發(fā)明限定成本文所揭示的特定形式，反而是，本發(fā)明是要涵蓋落在如隨附權(quán)利要求所界定的本發(fā)明精神及范疇內(nèi)的所有修改、等價及替代性陳述。
具體實(shí)施例方式以下描述本發(fā)明的各種示范具體實(shí)施方式
。為了清楚說明，本專利說明書沒有描述實(shí)際具體實(shí)作的所有特征。當(dāng)然，應(yīng)了解，在開發(fā)任一此類的實(shí)際具體實(shí)施方式
時，必需做許多與具體實(shí)作有關(guān)的決策以達(dá)成開發(fā)人員的特定目標(biāo)，例如遵循與系統(tǒng)相關(guān)及商務(wù)有關(guān)的限制，這些都會隨著每一個具體實(shí)作而有所不同。此外，應(yīng)了解，此類開發(fā)即復(fù)雜又花時間，決不是本技藝一般技術(shù)人員在閱讀本揭示內(nèi)容后即可實(shí)作的例行工作。此時以參照附圖來描述本發(fā)明。示意圖示于附圖的各種結(jié)構(gòu)及裝置是僅供解釋以及避免本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的細(xì)節(jié)混淆本揭示內(nèi)容。盡管如此，仍納入附圖用來描述及解釋本揭示內(nèi)容的示范實(shí)施例。應(yīng)使用與相關(guān)技藝技術(shù)人員所熟悉的意思一致的方式理解及解釋用于本文的字匯及片語。本文沒有特別定義的用語或片語(亦即，與本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的普通慣用意思不同的定義)是想要用用語或片語的一致用法來暗示。在這個意義上，希望用語或片語具有特定的意思時(亦即，不同于本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的意思)，則會在本專利說明書中以直接明白地提供特定定義的方式清楚地陳述用于該用語或片語的特定定義。一般而言，本發(fā)明提供用以形成無鉛焊料凸塊(例如，Sn/Ag焊料凸塊及其類似者)的制造技術(shù)而可減少包含在已進(jìn)行焊料凸塊回焊工藝后由錫副產(chǎn)品引起的粒子缺陷 的可能性。例如，在進(jìn)行焊料凸塊回焊工藝之前可進(jìn)行中間清洗步驟以便實(shí)質(zhì)移除在暴露焊料凸塊于周遭大氣狀態(tài)期間可能形成于新成形焊料凸塊的表面上的任何原生氧化物。在一些具體實(shí)施例中，該中間清洗步驟，例如，可為濕式清洗工藝，其經(jīng)設(shè)計(jì)成可移除實(shí)質(zhì)所有原生氧化物，以及可立即在進(jìn)行回焊工藝之前執(zhí)行。該中間清洗工藝減少與以下事項(xiàng)有關(guān)的整體加工問題在凸塊下金屬化層蝕刻及圖案化之后與在進(jìn)行焊料凸塊回焊工藝之前可能發(fā)生長時間的等待時間。此外，在回焊工藝期間存在于焊料凸塊表面上的原生氧化物層減少有助于對以下情形有較高耐受性在進(jìn)行回焊工藝時，還原性氣氛可能無意中存在自由氧。此外，由于在任何給定回焊工藝循環(huán)期間需要由焊料凸塊移除較少的原生氧化物，因此回焊工藝爐具也可實(shí)現(xiàn)較長的清洗周期，因?yàn)橛休^少數(shù)量的反應(yīng)材料(形式為錫副產(chǎn)品及其類似者)在給定回焊循環(huán)期間可能沉積于爐具的內(nèi)表面上。應(yīng)注意，在適當(dāng)?shù)那闆r下，用于描述圖2及圖2A至圖2C示范具體實(shí)施例中的各種組件的組件符號在適當(dāng)?shù)那闆r下實(shí)質(zhì)對應(yīng)至用于以上描述圖I及圖IA至圖IF中的相關(guān)組件的組件符號，除了圖中組件符號的前頭數(shù)目字由“I”換成“2”以外。例如，工藝步驟“130”對應(yīng)至工藝步驟“230”，半導(dǎo)體裝置“100”對應(yīng)至半導(dǎo)體裝置“200”，最后金屬化層“101”對應(yīng)至最后金屬化層“201”，焊料凸塊“106”對應(yīng)至焊料凸塊“206”，等等。因此，用于識別本揭示內(nèi)容中的一些組件的組件符號可能圖示于圖2及圖2A至圖2C，但是不一定具體描述于以下說明。在此情況下，應(yīng)了解，以下未詳述而圖示于圖2A至圖2C的帶符號組件是與圖示于圖I有類似組件符號以及描述于以上所提出的相關(guān)揭示內(nèi)容的對應(yīng)物實(shí)質(zhì)對應(yīng)。此外，也應(yīng)了解，除非另有特定說明，可用于以下說明的任何相對位置或方向用語，例如“上”、“下”、“上面”、“鄰近”、“上方”、“下方”、“之上”、“之下”、“頂面”、“底面”、“垂直”、“水平”及其類似者，應(yīng)被視為是按照該用語的正常及日常意思來描述附圖的組件或組件。例如，請參考圖IC的半導(dǎo)體裝置100的示意橫截面，應(yīng)了解，帶圖案鈍化層103形成于最后金屬化層101 “上方”，以及導(dǎo)電接觸墊102位于凸塊下金屬化(UBM)層104 “下方”或“之下”。同樣，也應(yīng)注意，在該等具體實(shí)施例中，焊料凸塊106可位在UBM層104“上面”，其中沒有其它層或結(jié)構(gòu)介于其間。圖2的加工流程圖根據(jù)本發(fā)明的一示范具體實(shí)施例圖示包含形成無鉛焊料凸塊步驟的一步驟順序。一般而言，圖示于圖2的示范工藝順序包括形成凸塊下金屬化(UBM)層的第一工藝步驟210，之后，在工藝步驟220形成光阻掩膜，接著是步驟230的焊料電鍍工藝。之后，在工藝步驟240剝除光阻掩膜，以及在工藝步驟250蝕刻UBM層。不過，在比較圖2的工藝順序與圖I的背景技術(shù)加工流程順序時，可注意到，圖2的順序包括附加凸塊清洗工藝步驟255，用來移除在UBM蝕刻工藝步驟250、凸塊回焊工藝步驟260之間可能形成于焊料凸塊上的原生氧化物。在凸塊清洗工藝步驟255后，在工藝步驟260回焊焊料凸塊。圖2中的工藝步驟250、255及260分別圖示于圖2A至圖2C，以下會加以詳述。如圖2A所示的工藝步驟250實(shí)質(zhì)對應(yīng)至圖示于圖IE的上述工藝步驟150。更特別的是，在工藝步驟250期間，可圖案化UBM層204以便使焊料凸塊206與可能已在工藝步驟210至240的工藝順序期間同時形成的其它毗鄰焊料凸塊電氣隔離。如圖2A所示，UBM層204的圖案化可通過進(jìn)行本技藝一般技術(shù)人員所熟知的蝕刻順序251。之后，包含半導(dǎo)體裝置200的基板可輸送至爐具(未圖示)，在此是隨后會進(jìn)行凸塊回焊工藝步驟260。在一些示范具體實(shí)施例中，在蝕刻UBM層204的工藝步驟250與凸塊回焊工藝步驟260之間的時間可能出現(xiàn)顯著的等待時間，在此期間，焊料凸塊206可能暴露于周遭大氣狀態(tài)，以及原 生氧化錫層207可能形成于新成形焊料凸塊206的暴露表面上，如圖2A所示。如圖2B所示，在有些示范具體實(shí)施例中，在進(jìn)行凸塊回焊工藝步驟260之前，可進(jìn)行凸塊清洗工藝步驟255。例如，焊料凸塊206可暴露于濕式清洗工藝256，其設(shè)計(jì)成可用莫耳濃度約在O. 05M至4. OM的范圍內(nèi)的適當(dāng)酸性溶液以在15至330秒范圍內(nèi)的時間來移除原生氧化錫層207。在一些具體實(shí)施例中，用于濕式清洗工藝256的酸性物質(zhì)可包含，例如，甲基磺酸(或甲磺酸；CH3S03H)、蟻酸(CH2O2)、硝酸(HNO3)、或鹽酸(HCl)。在至少一些示范具體實(shí)施例中，可用莫耳濃度在O. 3M至O. 5M之間的蟻酸或鹽酸以約20至120秒的持續(xù)時間來完成濕式清洗工藝256。在本揭示內(nèi)容的一些具體實(shí)施例中，隨后可進(jìn)行凸塊回焊工藝步驟260，其中圖2B的半導(dǎo)體裝置200的洗凈焊料凸塊206可暴露于回焊工藝261。如圖2C所示，回焊工藝261使圖2B的焊料凸塊206變形成為實(shí)質(zhì)圓形焊球208，以及可實(shí)質(zhì)完成，如以上在說明工藝步驟160及圖IF時所述。如前述，包含相對高重量百分比的錫的無鉛焊接合金材料(例如，Sn/Ag焊料合金及其類似者)對于氧有較高的親和力，因此有相對高的表面氧化率。因此，在有些示范具體實(shí)施例中，在凸塊清洗工藝步驟250完成后約12小時內(nèi)，洗凈焊料凸塊206可經(jīng)受焊料凸塊回焊工藝步驟260以便限制可能形成于洗凈焊料凸塊206表面上的原生氧化錫數(shù)量。接著，這可減少粒子缺陷(例如，圖示于圖IF的粒子缺陷109)再沉積于經(jīng)回焊的焊球208的表面上的可能性，以及爐具(回焊工藝261在其中進(jìn)行)可增加在清洗周期之間的時間。結(jié)果，本發(fā)明可提供用以形成無鉛焊料凸塊于半導(dǎo)體芯片的接觸層上而可減少粒子缺陷的可能性的制造技術(shù)。另外，本發(fā)明方法使得工具在清洗周期之間有較長的運(yùn)行時間，從而提高整體裝置的生產(chǎn)率。以上所揭示的特定具體實(shí)施方式
均僅供圖解說明，因?yàn)楸绢I(lǐng)域技術(shù)人員在受益于本文的教導(dǎo)后顯然可以不同但等價的方式來修改及實(shí)施本發(fā)明。例如，可用不同的順序完成以上所提出的工藝步驟。此外，除非在以下權(quán)利要求有提及，不希望本發(fā)明受限于本文所示的構(gòu)造或設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)。因此，顯然可改變或修改以上所揭示的特定具體實(shí)施方式
而所有此類變體都被認(rèn)為仍然是在本發(fā)明的范疇與精神內(nèi)。因此，本文提出以下的權(quán)利要求尋求保 護(hù)。
權(quán)利要求
1.一種方法，包含下列步驟 形成焊料凸塊于半導(dǎo)體裝置的金屬化層上方； 移除在該焊料凸塊的表面上的氧化物膜；以及 在移除該氧化物膜后，在還原性氣氛中進(jìn)行焊料凸塊回焊工藝以回焊該焊料凸塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，在該還原性氣氛中進(jìn)行該焊料凸塊回焊工藝的步驟包括在包含蟻酸的氣氛中進(jìn)行該焊料凸塊回焊工藝。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，更包括在移除該氧化物膜之前，暴露該焊料凸塊的該表面于氧化性氣氛。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其中，移除該氧化物膜的步驟包括進(jìn)行濕式化學(xué)清洗工藝。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，進(jìn)行該濕式化學(xué)清洗工藝的步驟包括暴露該焊料凸塊的該表面于包含甲基磺酸、蟻酸、硝酸及鹽酸中的一者的酸性溶液。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，進(jìn)行該濕式化學(xué)清洗工藝的步驟包括使用莫耳濃度約在O. 05M至4. OM的范圍內(nèi)的酸性溶液。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，進(jìn)行該濕式化學(xué)清洗工藝的步驟包括暴露該焊料凸塊的該表面于該酸性溶液持續(xù)一段約15秒至約330秒的范圍內(nèi)的時間。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，進(jìn)行該濕式化學(xué)清洗工藝的步驟包括暴露該焊料凸塊的該表面于包含蟻酸及鹽酸中的一者的酸性溶液，該酸性溶液的莫耳濃度約在O. 3M至O. 5M的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，進(jìn)行該濕式化學(xué)清洗工藝的步驟包括暴露該焊料凸塊的該表面于該酸性溶液持續(xù)一段約20秒至約120秒的范圍內(nèi)的時間。
10.一種方法，包含下列步驟 在形成于半導(dǎo)體裝置上方的最后金屬化層上方形成焊料凸塊； 暴露該焊料凸塊于含氧環(huán)境； 暴露該焊料凸塊于濕式化學(xué)清洗工藝以實(shí)質(zhì)移除在該焊料凸塊的該表面上的原生氧化物膜；以及 在暴露該焊料凸塊于該濕式化學(xué)清洗工藝后，在包含蟻酸的回焊氣氛中回焊該焊料凸塊。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，在暴露于該含氧環(huán)境期間，該原生氧化物膜形成于該焊料凸塊的該表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，暴露該焊料凸塊于濕式化學(xué)清洗工藝的步驟包括暴露該焊料凸塊于包含蟻酸及鹽酸中的一者的酸性溶液，該酸性溶液的莫耳濃度約在O. 3M至O. 5M的范圍內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中，暴露該焊料凸塊于該濕式化學(xué)清洗工藝的步驟包括暴露該焊料凸塊的該表面于該酸性溶液持續(xù)一段約20秒至約120秒的范圍內(nèi)的時間。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，更包括形成附加原生氧化物膜，該附加原生氧化物膜是于暴露該焊料凸塊于該濕式化學(xué)清洗工藝后形成于該焊料凸塊的該表面上，以及在回焊該焊料凸塊時移除該附加原生氧化物膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，形成該焊料凸塊的步驟包括由包含錫、銀及銅中的至少一者的實(shí)質(zhì)無鉛材料形成該焊料凸塊。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中，由實(shí)質(zhì)無鉛材料形成該焊料凸塊的步驟包括由包含錫及約I. 8至3. O重量百分比的銀的合金形成該焊料凸塊。
17.一種方法，包含下列步驟 在半導(dǎo)體裝置的凸塊下金屬化層上方形成實(shí)質(zhì)無鉛焊料凸塊； 進(jìn)行濕式化學(xué)清洗工藝以通過暴露該焊料凸塊于包含蟻酸及鹽酸中的一者的酸性溶液來移除在該焊料凸塊的表面上的氧化物膜；以及 進(jìn)行回焊工藝以回焊該焊料凸塊在包含蟻酸的氣氛中。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，在該焊料凸塊暴露于含氧氣氛中時，該氧化物膜形成于該焊料凸塊的該表面上。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中，在進(jìn)行該濕式化學(xué)清洗工藝之后約12小時內(nèi)，進(jìn)行該回焊工藝。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在回焊前清洗焊料凸塊的方法，大體有關(guān)于用以形成現(xiàn)代精密半導(dǎo)體裝置的方法，且更特別的是，可在半導(dǎo)體芯片的接觸層上方形成實(shí)質(zhì)無鉛焊料凸塊的方法。揭示于本發(fā)明的一示范方法包括下列步驟形成焊料凸塊于半導(dǎo)體裝置的金屬化層上方，移除在該焊料凸塊的表面上的氧化物膜，以及在移除該氧化物膜后，在還原性氣氛中進(jìn)行焊料凸塊回焊工藝以回焊該焊料凸塊。
文檔編號B23K1/20GK102881604SQ20121024165
公開日2013年1月16日 申請日期2012年7月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月12日
發(fā)明者R·維勒克, S·澤納爾 申請人:格羅方德半導(dǎo)體公司