一种晶圆凸块形成方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，具体而言涉及一种晶圆凸块形成方法。

背景技术：

随着便携式及高性能微电子产品向短、小、轻、薄化方向发展，传统打线方式(Wire Bonding)作为晶片与各式基材结合的封装技术已不能满足现在消费电子产品的需求，取而代之的凸块封装成为晶圆级封装的关键技术。在凸块封装工艺中，多用电镀的方法进行形成凸块，较为传统的流程如图1所示，首先进行步骤S101，利用物理气相沉积法(PVD)在晶圆表面形成铜种子层，然后进行步骤S102，在铜种子层上涂布光刻胶，通过光刻工艺将凸块形成区域显影出来。接着，执行步骤S103，通过电镀工艺形成金属凸块和锡银球焊料。接着，执行步骤S104，执行高温回流，以使凸块合金成型稳定。此外，在无助焊剂(Flux)的回流过程中，通常使用甲酸(Formic Acid)进行锡银球表面处理，确保凸块回流完全。但是在高温下甲酸和锡银氧化物容易产生颗粒缺陷，这种缺陷在产品完成后的检验(OQC)中很容易发现，如图2所示，其为凸块存在颗粒缺陷的产品检验图，图中中间环形部分表示颗粒缺陷，经过缺陷检测可观测到该颗粒缺陷，如图3所示。参见图4，通过对颗粒缺陷的元素分析可知，颗粒缺陷的主要元素成分为Sn、O和C，这也印证了颗粒缺陷是回流时甲酸和锡银氧化物产生的。

因此，如何降低回流颗粒缺陷是凸块生产中比较重要的步骤。目前通过增加回流设备维护程序和次数来降低回流颗粒缺陷，但是这会降低产品生产周期，对生产效率有很大影响。

因此，有必要提出一种新的制作方法，以解决上述存在的问题。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

为了克服目前存在的问题，本发明提供一种晶圆凸块形成方法，其包括下述步骤：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成凸块；在所述凸块上形成焊料球；对所述半导体衬底进行清洗，以去除所述焊料表面的氧化物；执行高温回流，以使所述凸块形成稳定的合金。

优选地，在所述半导体衬底上形成凸块具体包括下述步骤：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成铜种子层；在所述铜种子层上涂覆光刻胶，并进行曝光和显影，以定义用于形成凸块的区域；在所述用于形成凸块的区域内形成凸块。

优选地，通过使用甲基磺酸和磷酸的复合溶液浸泡所述半导体衬底来实现对所述半导体衬底进行清洗。

优选地，所述甲基磺酸的浓度为3％～12％。

优选地，所述磷酸的浓度为0.5％～2％。

优选地，使用甲基磺酸和磷酸的复合溶液浸泡所述半导体衬底60～200秒。

优选地，在形成所述凸块后还包括下述步骤：去除所述光刻胶。

优选地，在形成所述凸块后还包括下述步骤：去除所述凸块两侧的铜种子层。

本发明提出的晶圆凸块形成方法，在形成凸块之后，在对所述凸块进行高温回流之前，对所述凸块进行清洗，以去除锡银焊料球表面的氧化物，这样后续在进行高温回流时由于焊料球表面的氧化物已经去除，因而减少了甲酸与氧化物反应产生的颗粒缺陷，提高了产品良率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的原理。

附图中：

图1示出了现有技术中晶圆凸块形成方法的步骤流程图；

图2示出了存在颗粒缺陷的凸块的产品检验图；

图3示出了凸块上的颗粒缺陷；

图4示出了凸块颗粒缺陷的元素分析图；

图5示出了根据本发明一实施方式的晶圆凸块形成方法的步骤流程图；

图6A～图6G示出了根据本发明一实施方式的晶圆凸块形成方法依次实施各步骤所获得器件的剖面示意图；

图7示出了根据本发明一实施方式的晶圆凸块形成方法形成的晶圆凸块的产品检验图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在…上”、“与…相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在…上”、“与…直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些 术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在…下”、“在…下面”、“下面的”、“在…之下”、“在…之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在…下面”和“在…下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构及步骤，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

下面结合图5以及图6A～图6G对本发明的凸块封装方法做详细描述。

如图5所示，首先，执行步骤S501，提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成铜种子层。

如图6A所示，提供半导体衬底600，在半导体衬底600上形成铜种子层601。半导体衬底600可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、锗、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体 上锗(GeOI)。外，半导体衬底上可以形成有其它器件，例如PMOS和NMOS晶体管。在半导体衬底中可以形成有隔离结构，所述隔离结构为浅沟槽隔离(STI)结构或者局部氧化硅(LOCOS)隔离结构。半导体衬底中还可以形成有CMOS器件，CMOS器件例如是晶体管(例如，NMOS和/或PMOS)等。同样，半导体衬底中还可以形成有导电构件，导电构件可以是晶体管的栅极、源极或漏极，也可以是与晶体管电连接的金属互连结构，等等。作为示例，在本实施例中，半导体衬底为晶硅。

铜种子层601可通过本领域常用方法形成，比如物理气相沉积(PVD)、电镀等方法。作为示例，在本实施例中，铜种子层通过PVD形成，其厚度为

接着，执行步骤S502，在所述铜种子层上涂覆光刻胶，并进行曝光和显影，以定义用于形成凸块的区域

如图6B所示，在铜种子层601上形成光刻胶层602，并进行曝光和显影，以定义用于形成凸块的区域603。该步骤通过本领域常用的光刻步骤进行，比如涂覆光刻胶，通过对应的掩膜板进行曝光以定义用于形成凸块的区域603，并用对应的显影液进行显影以去除用于形成凸块的区域603内的光刻胶，露出该区域。以上为简单描述，本领域技术人员根据需要可采取合适的材料和工艺来完成该步骤，在此不再赘述。

接着，执行步骤S503，在所述用于形成凸块的区域内形成凸块。

如图6C所示，在用于形成凸块的区域603内形成凸块604。在本实施例中，凸块604为铜，其可通过电镀工艺形成，其为本领域常用方法，在此不再赘述。

接着，执行步骤S504，在所述凸块上形成焊料球

如图6D所示，在凸块604上形成焊料球605。在本实施例中，焊料球605为锡银焊料球，其可通过电镀工艺形成，其为本领域常用方法，在此不再赘述。

接着，执行步骤S505，去除所述光刻胶层。

如图6E所示，去除所述光刻胶层602。光刻胶层602可通过干法或湿法去除，比如通过氧等离子体灰化去除，或者通过合适的溶胶 或剥离液湿法去除，此不再赘述。

接着，执行步骤S506，去除所述凸块两侧的铜种子层。

如图6F所示，去除凸块604两侧的铜种子层。

接着，执行步骤S507，对所述半导体衬底进行清洗，以去除所述焊料表面的氧化物。

在本实施例中，通过使用甲基磺酸和磷酸的复合溶液浸泡所述半导体衬底来实现对所述半导体衬底进行清洗。其中，所述甲基磺酸的浓度为3％～12％，所述磷酸的浓度为0.5％～2％，所述浸泡时间为60～200秒。

接着，执行步骤S508，执行高温回流，以使凸块形成稳定合金。

如图6G所示，执行高温回流，使凸块604和焊料球605形成稳定合金。具体地，比如在240℃左右温度下处理所述半导体衬底600，使凸块604和焊料球605回流，以形成稳定合金，在回流时过程中可使用甲酸对锡银焊料球表面进行处理，以确保凸块回流完全。

至此完成了本实施例晶圆凸块形成方法的全部步骤，可以理解的是，在整个封装工艺中还可包括其他需要的步骤，或者本实施例上述步骤的顺序可根据需要进行调整，比如对半导体衬底的清洗可在去除光刻胶层之前进行，或者在去除光刻胶层之后去除凸块两侧铜种子层之前进行。

本实施例提出的晶圆凸块形成方法，在形成凸块之后，在对所述凸块进行高温回流之前，对所述凸块进行清洗，以去除锡银焊料球表面的氧化物，这样后续在进行高温回流时由于焊料球表面的氧化物已经去除，因而减少了甲酸与氧化物反应产生的颗粒缺陷，提高了产品良率。如图7所示，其为采用本实施例的晶圆凸块形成方法形成的凸块的产品检验图，与图2对比可知，采用本实施例的晶圆凸块形成方法，凸块的颗粒缺陷大大减少，产品良率大大提高。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的 保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。