專利名稱：焊料凸點制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總地涉及焊料凸點的制作方法，特別涉及防止焊料凸點下的金屬層被過刻蝕的焊料凸點的制作方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件中需要形成大量的用于連接的焊料凸點。焊料凸點下面必須形成與半導(dǎo)體器件中的各個導(dǎo)電連接線連接的金屬層，通常，焊料凸點下的金屬層包括銅金屬層，焊料凸點是電鍍不含鉛(Pb)的錫-銀(Sn-Ag)金屬構(gòu)成。焊料凸點下面的銅容易擴散到焊料凸點中形成Sn-Ag-Cu共熔體，使焊料凸點的導(dǎo)電率下降。為了防止銅擴散到焊料凸點中去，在銅金屬層上面形成一層鎳(Ni)金屬層作為隔離層。焊料凸點下面的銅金屬層具有雙層結(jié)構(gòu)，該雙層結(jié)構(gòu)包括位于下面的濺射淀積的銅-鉻(Cr-Cu)層，和位于其上的電鍍銅層。電鍍銅(Cu)層上面是電鍍防止焊料擴散的鎳(Ni)層。
在晶片級重新分布封裝(Wafer Level Contribution Package，WLCSP)工藝流程中，電鍍形成焊料凸點以后，進行各向同性刻蝕去除多余的Cu和Cr。在各向同性刻蝕中，底切(undercut)是影響剪切試驗結(jié)果的主要問題。這是由于濺射淀積的銅-鉻(Cr-Cu)層的密度大于電鍍銅層的密度，因此位于雙層結(jié)構(gòu)銅層上面的電鍍銅層容易過度刻蝕，在焊料凸點下面的鎳(Ni)隔離層下形成向內(nèi)凹進的切口。由此對焊料凸點的剪切力測試結(jié)果造成負面影響。使焊料凸點和半導(dǎo)體器件的可靠性下降。
如圖2A、2B所示是現(xiàn)有的工藝流程制造的焊料凸點橫截面的顯微照片，圖中顯示出在焊料凸點7下的鎳隔離層6下有電鍍銅過度刻蝕形成的向內(nèi)凹進的凹坑，即底切10。
圖1A～1G顯示出現(xiàn)有技術(shù)的焊料凸點和其下的金屬層的各個形成工藝步驟中的構(gòu)件剖視圖。
現(xiàn)在參見圖1A～1G說明現(xiàn)有技術(shù)的焊料凸點和其下的金屬層的形成方法。
如圖1A所示，在已經(jīng)形成焊盤和鈍化層的半導(dǎo)體晶片襯底1上要形成焊料凸點的區(qū)域周邊濺射淀積Cr-Cu層2，首先濺射淀積Cr層，Cr層厚度是1000±50；然后濺射淀積Cu層，Cu層厚度是3000±100，濺射淀積的Cr-Cu層總厚度是4000±150；如圖1B所示，涂覆光刻膠(PR)3，光刻膠層厚度為40±1.0μm，進行光刻、顯影，在要形成焊料凸點的區(qū)域形成開口31，開口31中露出部分濺射淀積的Cr-Cu層，其厚度范圍是3850～4150；如圖1C所示，在開口31濺射淀積的Cr-Cu層上電鍍銅(Cu)層4，然后，在電鍍銅層上電鍍鎳(Ni)層6，Cu層厚度是1.3±0.1μm；Ni層厚度3±0.2μm；如圖1D所示，在電鍍的鎳(Ni)層6上電鍍錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點金屬層7，其厚度是120±2μm；如圖1E所示，剝離光刻膠；如圖1F所示，進行各向同性刻蝕，去除多余的濺射淀積Cr-Cu層2，在該步驟中，由于濺射淀積鉻-銅(Cr-Cu)層2的密度大于電鍍銅(Cu)層4的密度，因此，濺射淀積鉻-銅(Cr-Cu)層2的刻蝕速度比電鍍銅(Cu)層的刻蝕速度慢，造成電鍍銅(Cu)層4過度刻蝕，在Ni隔離層6下形成向內(nèi)凹進的切口，形成焊料凸點下的底切10(undercut)，如圖2B；如圖1G，焊料凸點進行高溫回流處理，在表面張力作用下，形成半球形焊料凸點7，由于鎳(Ni)隔離層6下的電鍍銅層4過度刻蝕，在焊料凸點7進行高溫回流處理過程中，焊料會進入焊料凸點下面形成的電鍍銅層4的切口中，造成焊料與其下面的銅層直接接觸，形成不希望出現(xiàn)的錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)共熔體，造成焊料凸點的導(dǎo)電率下降，對焊料凸點的剪切力測試結(jié)果造成負面影響，使焊料凸點和半導(dǎo)體器件的可靠性下降。
在焊料凸點下形成金屬層的現(xiàn)有技術(shù)方法中，電鍍銅層的寬度和其上的鎳(Ni)隔離層寬度相同，在隨后進行的各向同性刻蝕中，鎳層對其下的電鍍銅層邊緣部分起不到保護作用，使電鍍銅層過度刻蝕，因而在焊料凸點下的電鍍銅層中形成底切。對焊料凸點和半導(dǎo)體器件的可靠性造成負面影響。為了克服現(xiàn)有技術(shù)方法中存在的缺點提出了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種焊料凸點的形成方法，防止焊料凸點下的電鍍銅金屬層被過度刻蝕，以防止焊料凸點下的金屬層形成底切。
本發(fā)明的焊料凸點的制作方法，包括以下工藝步驟a)在已經(jīng)形成焊盤和鈍化層的半導(dǎo)體晶片襯底上要形成焊料凸點的區(qū)域周邊濺射淀積鉻-銅(Cr-Cu)層；b)涂覆第一光刻膠(PR)層，在要形成焊料凸點的區(qū)域形成開口，開口中露出部分濺射淀積的鉻-銅(Cr-Cu)層；c)在該露出的濺射淀積的鉻-銅(Cr-Cu)層上電鍍銅(Cu)層；d)剝離第一光刻膠層；e)涂覆第二光刻膠(PR)層，在要形成焊料凸點的區(qū)域形成比所述電鍍銅層范圍大的開口；f)電鍍鎳(Ni)層，電鍍鎳層填滿電鍍層與光刻膠之間的間隔，電鍍鎳層完全覆蓋電鍍銅層；g)電鍍焊料凸點金屬層；h)剝離第二光刻膠層；i)進行各向同性刻蝕，去除多余鉻-銅(Cr-Cu)層；j)高溫回流電鍍形成的錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點金屬層。
根據(jù)本發(fā)明，濺射淀積鉻-銅(Cr-Cu)層時，首先濺射淀積鉻(Cr)層，鉻(Cr)層厚度是1000±50；然后濺射淀積銅(Cu)層，銅(Cu)層厚度是3000±100，鉻-銅(Cr-Cu)層的總厚度是4000±150；根據(jù)本發(fā)明，第一光刻膠層厚度為7±0.5um，開口中露出部分濺射淀積的鉻-銅(Cr-Cu)層的厚度范圍是3850～4150；根據(jù)本發(fā)明，在濺射淀積的鉻-銅(Cr-Cu)層上電鍍的銅(Cu)層厚度是1.3±0.1μm；根據(jù)本發(fā)明，第二光刻膠層厚度40±1.0μm，開口直徑大于電鍍銅層的直徑，開口與電鍍銅層同心，開口的內(nèi)邊緣比電鍍銅的外邊緣大8±0.1μm；根據(jù)本發(fā)明，電鍍的鎳層厚度范圍是2.8～3.2μm；根據(jù)本發(fā)明，電鍍的焊料凸點是錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點，其厚度是120±2μm。
在去除第二光刻膠層后，使焊料凸點的邊緣與位于其下的鎳(Ni)隔離層邊緣一致，鎳(Ni)隔離層下的電鍍銅層不會被刻蝕，電鍍銅層中不會形成向內(nèi)凹的底切，由于濺射淀積銅(Cu)層的密度大，刻蝕速度慢，因此只有濺射淀積銅(Cu)層中有很小的刻蝕切口，而且濺射淀積銅(Cu)層的厚度只有3000±100，所以濺射淀積銅(Cu)層中形成切口后只有少量的刻蝕劑停留在濺射淀積銅(Cu)層，濺射淀積銅(Cu)層不會繼續(xù)被刻蝕。
高溫回流時，在張力作用下錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點金屬層變成半球形焊料凸點。
根據(jù)本發(fā)明的焊料凸點的制作方法，焊料凸點下形成的鎳(Ni)隔離層完全覆蓋其下形成的電鍍銅層，從而防止在隨后進行的去除多余銅層的各向同性刻蝕過程中電鍍銅層被過度刻蝕，防止在焊料凸點下的金屬層形成向內(nèi)凹進的底切。
由于用本發(fā)明方法形成的鎳(Ni)隔離層完全覆蓋焊料凸點下的電鍍銅層，錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點金屬層不接觸其下的電鍍銅層，不會形成錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)共熔體，不會降低濺射銅(Cu)層的界面電阻，不會對錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點和半導(dǎo)體器件的可靠性造成負面影響。克服了現(xiàn)有方法中存在的缺點。達到了本發(fā)明的目的。


下面結(jié)合附圖詳細介紹本發(fā)明。然而需要注意的是，這些附圖只是用來說明本發(fā)明的典型實施例，而不構(gòu)成為對本發(fā)明的任何限制，在不背離本發(fā)明的構(gòu)思的情況下，可以具有其他更多等效實施例。而本發(fā)明的保護范圍由權(quán)利要求書決定。
圖1A～1G是現(xiàn)有技術(shù)的焊料凸點制作工藝流程。
圖2A～2B是采用現(xiàn)有技術(shù)的焊料凸點制作工藝流程得到的焊料凸點橫截面的顯微照片。
圖3A～3J是本發(fā)明的焊料凸點制作工藝流程。
圖4是采用本發(fā)明的焊料凸點制作工藝流程得到的焊料凸點橫截面的顯微照片。
附圖標記說明1已經(jīng)形成焊盤和鈍化層的半導(dǎo)體晶片襯底2濺射鉻-銅(Cr-Cu)層3光刻膠層31開口4電鍍銅(Cu)層6鎳(Ni)隔離層7焊料凸點10底切21已經(jīng)形成焊盤和鈍化層的半導(dǎo)體晶片襯底22濺射鉻-銅(Cr-Cu)層23第一光刻膠層231第一開口24電鍍銅(Cu)層25第二光刻膠層251第二開口26鎳(Ni)隔離層27焊料凸點30底切具體實施方式
下面通過實施例，對本發(fā)明進行較詳細的說明。
在晶片級重新分布封裝(Wafer Level Contribution Package，WLCSP)中，首先在IC晶片上制作焊盤以及焊盤周圍覆蓋鈍化層，總的作為預(yù)制層21，如圖3A所示。然后，在焊盤上要形成焊料凸點的區(qū)域周邊，采用常規(guī)技術(shù)濺射淀積鉻-銅(Cr-Cu)層22。其中，首先濺射淀積鉻(Cr)層，該鉻(Cr)層厚度是1000±50；然后濺射淀積銅(Cu)層，該銅(Cu)層厚度是3000±100，該鉻-銅(Cr-Cu)層22的總厚度是4000±150。
如圖3B所示，在上述鉻-銅(Cr-Cu)層22上涂覆第一光刻膠(PR)層23，該光刻膠層厚度為7±0.5μm，按照常規(guī)技術(shù)進行光刻、顯影，在要形成焊料凸點的區(qū)域形成開口231，該開口231中露出部分的鉻-銅(Cr-Cu)層22的厚度范圍是3850～4150。
如圖3C所示，在上述開口231中濺射淀積的鉻-銅(Cr-Cu)層上，以常規(guī)技術(shù)電鍍銅(Cu)層24，該銅(Cu)層厚度是1.3±0.1μm。
如圖3D所示，剝離第一光刻膠層。
如圖3E所示，涂覆第二光刻膠(PR)層25，光刻膠層厚度40±1.0μm，在要形成焊料凸點的區(qū)域形成開口251，該開口范圍大于形成的電鍍銅層24的范圍，該開口251與電鍍銅層24同心，該開口251的內(nèi)邊緣比電鍍銅24的外邊緣大8±0.1μm。
如圖3F所示，采用常規(guī)技術(shù)電鍍鎳(Ni)隔離層26，該鎳層厚度范圍是2.8～3.2μm，電鍍鎳層填滿電鍍銅層24與光刻膠25之間的間隔，該電鍍鎳層26完全覆蓋上述電鍍銅層24。
如圖3G所示，電鍍錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點金屬層27，其厚度是120±2μm。
如圖3H所示，剝離第二光刻膠層25。
如圖3I所示，進行各向同性刻蝕，去除多余的鉻-銅(Cr-Cu)層，使焊料凸點27的邊緣與位于其下的鎳(Ni)隔離層26邊緣一致，該鎳(Ni)隔離層26下的電鍍銅層24被鎳(Ni)隔離層26保護不會被刻蝕，電鍍銅層24中不會形成向內(nèi)凹的切口。由于濺射淀積銅(Cu)層的密度大，刻蝕速度慢，因此只有濺射淀積銅(Cu)層中有很小的刻蝕切口，而且濺射淀積銅(Cu)層的厚度只有3000±100，所以濺射淀積銅(Cu)層中形成切口后，只有少量的刻蝕劑停留在濺射淀積銅(Cu)層，濺射淀積銅(Cu)層不會繼續(xù)被刻蝕。
如圖3J所示，高溫回流電鍍形成的錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點金屬層27，在張力作用下錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點金屬層變成半球形焊料凸點。
與現(xiàn)有技術(shù)的焊料凸點制作方法比較，本發(fā)明方法的特征是，分兩個電鍍步驟形成電鍍銅層和其上的電鍍鎳層。所形成的鎳(Ni)隔離層完全覆蓋焊料凸點下的電鍍銅層，因此，錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點金屬層不接觸其下的電鍍銅層，不會形成錫-銀-銅(Sn-Ag-Cu)共熔體，不會降低濺射銅(Cu)層的界面電阻，不會對錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點和半導(dǎo)體器件的可靠性造成負面影響。克服了現(xiàn)有技術(shù)方法中存在的缺點。達到了本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的主要特征是，防止位于焊料凸點下面的電鍍銅層在隨后的各向同性刻蝕中過度刻蝕形成向內(nèi)凹的切口，防止在隨后進行的焊料凸點金屬回流中焊料凸點金屬與下面的銅形成共熔體，造成焊料凸點的導(dǎo)電率下降。
盡管上述的本發(fā)明方法中通過實施例說明了分步形成電鍍銅層和位于其上的鎳隔離層，使所形成的鎳隔離層完全覆蓋位于其下的電鍍銅層，防止電鍍銅層在隨后的各向同性刻蝕中被過度刻蝕，防止在電鍍銅層中形成向內(nèi)凹的切口。但是本發(fā)明不限于本文中的實施例，本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)了解，本發(fā)明還能以其他方式實施。因此，根據(jù)本發(fā)明的全部技術(shù)方案，所列舉的實施方式只是用于說明本發(fā)明而不是限制本發(fā)明，并且，本發(fā)明不局限于本文中描述的細節(jié)。本發(fā)明要求保護的范圍由所附的權(quán)利要求書界定。
權(quán)利要求
1.一種焊料凸點的制作方法，包括以下工藝步驟a)在已經(jīng)形成焊盤和鈍化層的半導(dǎo)體晶片襯底上要形成焊料凸點的區(qū)域周邊濺射淀積鉻-銅(Cr-Cu)層；b)涂覆第一光刻膠(PR)，在要形成焊料凸點的區(qū)域形成開口，開口中露出部分濺射淀積的鉻-銅(Cr-Cu)層；c)在該露出的濺射淀積的鉻-銅(Cr-Cu)層上電鍍銅(Cu)層；d)剝離第一光刻膠；e)涂覆第二光刻膠(PR)，在要形成焊料凸點的區(qū)域形成比所述電鍍銅層范圍大的開口；f)電鍍鎳(Ni)層，電鍍鎳層填滿電鍍銅層與光刻膠之間的間隔，電鍍鎳層完全覆蓋電鍍銅層；g)電鍍焊料凸點金屬層；h)剝離第二光刻膠；i)進行各向同性刻蝕，去除多余鉻-銅(Cr-Cu)層；j)高溫回流電鍍形成的錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點金屬層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料凸點的制作方法，其特征在于，所述鉻-銅(Cr-Cu)層是首先濺射淀積鉻(Cr)層，然后濺射淀積銅(Cu)層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料凸點的制作方法，其特征在于，所述鉻-銅(Cr-Cu)層厚度是3850～4150。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料凸點的制作方法，其特征在于，所述鉻(Cr)層厚度是950～1050，所述銅(Cu)層厚度是2900～3100。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料凸點的制作方法，其特征在于，所述第一光刻膠厚度是6.5～7.5μm。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料凸點的制作方法，其特征在于，所述電鍍銅(Cu)層的厚度是1.2～1.4μm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料凸點的制作方法，其特征在于，所述第二光刻膠的厚度是39.9～40.1μm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料凸點的制作方法，其特征在于，所述鎳層的厚度是2.8～3.2μm。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料凸點的制作方法，其特征在于，所述鎳層的范圍比電鍍銅層的范圍大7.9～8.1μm。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的焊料凸點的制作方法，其特征在于，所述錫-銀(Sn-Ag)焊料凸點金屬層的厚度是118～122μm。
全文摘要
本發(fā)明提供一種新的焊料凸點的制作方法。該方法可以防止焊料凸點下金屬層被過度刻蝕。本發(fā)明的特征是，分別形成焊料凸點下的電鍍銅層和位于電鍍銅層上的鎳隔離層，使鎳隔離層完全覆蓋位于其下的電鍍銅層，以防止在隨后進行的各向同性刻蝕中電鍍銅層被刻蝕，并在各電鍍銅層中形成底切現(xiàn)象，即向內(nèi)凹進的切口。由此，可以防止所形成的焊料凸點導(dǎo)電率下降，提高了焊料凸點和半導(dǎo)體器件的可靠性。
文檔編號H01L21/60GK101071778SQ20061002634
公開日2007年11月14日 申請日期2006年5月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月8日
發(fā)明者鐘志明, 李德君 申請人:中芯國際集成電路制造(上海)有限公司