蚀刻底层凸块金属化层及产生的装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本案发明涉及金属凸块的制造，特别是相关于减少由蚀刻凸块下金属(UBM)层所导致的金属凸块的底切。本案发明尤其是可应用到20纳米(nm)技术节点以及以外。
【背景技术】
[0002]可用干或湿蚀刻凸块下金属层(UBM)层以防止短路。因为不需要额外清理蚀刻残余物，湿蚀刻可能优于干蚀刻。湿蚀刻的花费也少于干蚀刻。然而，蘑菇状电镀金属凸块下方的湿蚀刻将引起底切。
[0003]更特定而言，例如在焊锡膏制程的该金属层由光阻剂所遮罩，或例如在电镀焊锡制程的由金属凸块所遮罩的两个之一，UBM湿蚀刻移除曝露的金属层。有两个问题涉及成功的UBM蚀刻，为从曝露的部分完整移除金属层，及控制由从该金属凸块下方不期望地移除该UBM层所引起的底切。
[0004]现今所使用的湿蚀刻溶液包括硫酸(H2S04)、过氧化氢(H2O2)及水，并接着稀释的氢氟酸(HF)，以上造成2.5至3微米的该金属凸块底切。像这样大数量的底切减低了该金属凸块的稳定性。更进一步而言，该现今的湿蚀刻溶液也攻击了该金属凸块层，像是镍或是铝层。
[0005]因此，存在一种对于湿蚀刻UBM层且产生较小金属凸块的底切的方法及所导致的装置的需要。
【发明内容】
[0006]本发明的一种方面(aspect)为湿蚀刻UBM层且产生小于1.5微米的金属凸块底切的方法。
[0007]本发明的另一种方面为具有小于1.5微米的金属凸块底切的装置。
[0008]本发明的额外方面及其他特征将在以下描述所揭示，以及于审阅下文后在某种程度上对于具有本领域技术的人士将是显而易见的，或可从本发明的实行学习。本发明的优点可在所附权利要求书中特别地指出后而了解及获得。
[0009]根据本发明，有些技术功效可在某种程度上达成，通过一种方法，包括:在具有至少两金属层的晶圆上图案成形金属凸块；曝露该晶圆至第一酸溶液，以移除由图案成形该金属凸块所曝露出的该两金属层中的一部分第一层；以及曝露该晶圆至第二酸溶液，以移除由图案成形该金属凸块与曝露该晶圆至该第一酸溶液所曝露出的该两金属层中的一部分第二层，其中，由移除该部分的该第一金属层及第二金属层所形成的在该金属凸块下面的底切是少于1.5微米。
[0010]本发明的一种方面包括该第一酸溶液包括磷酸(H3PO4)、过氧化氢(H2O2)及水。另一种方面包括该第一酸溶液包括体积百分比为0.07%至0.36%的H3PO4、体积百分比为0.1%至0.7%的H2O2及剩余体积的水。一种进一步的方面包括在30°C至40°C下曝露该晶圆至该第一酸溶液，并持续30至60秒。一种额外的方面包括该第二酸溶液包括稀释的氢氟酸(HF)，HF在有机溶液，或是氨、H2O2、氟及水的混合物(APFM)中。还有另一种方面包括该第二酸溶液包括体积百分比为0.1%至0.49%的HF及剩余体积的水。尚有另一种方面包括在20°C至25°C下曝露该晶圆至该第二酸溶液，并持续20至40秒。一种额外方面包括在曝露至该第二酸溶液之后，在20°C至25°C下以去离子水清洗该晶圆，并持续60至120秒。另一种方面包括由移除在该金属凸块下方的该部分的金属层所形成的底切为I微米。进一步的方面包括该第一金属层及第二金属层分别包括具有200至400纳米(nm)厚度的铜(Cu)层及具有100至200nm厚度的钛(Ti)层，且在曝露至该第一酸溶液及该第二酸溶液后，该部分的Cu层和Ti层被彻底地移除。尚有另一方面包括该金属凸块包括第一 Cu层，且该金属层包括第二 Cu层，并且该第一酸溶液对该第一铜层上方的该第二铜层为选择性。进一步的方面包括通过Cu的电化学沉积(ECD)形成该第一 Cu层；以及通过铜的物理气相沉积(PVD)形成该第二铜层。
[0011]本案发明的另一方面为一种装置，包括:衬底；金属座体(seat)层，在该衬底上；以及金属凸块，在该金属座体层上，其中该金属座体层是由湿蚀刻UBM层所形成，且该金属凸块下方的该金属座体层的底切是小于1.5微米。
[0012]方面包括该金属座体层包括在Ti层上的Cu层。进一步的方面包括该Cu层具有200到400nm的厚度。另一种方面包括该Ti层具有100到200nm的厚度。进一步的方面包括该金属凸块下方的该金属座体层的底切为I微米。
[0013]本案发明的另一种方面包括一种方法，包括:在晶圆上的凸块下金属层上图案成形金属凸块；以一种包括体积百分比为0.07%至0.36%的磷酸(H3P04)、体积百分比为0.1%至0.7%的H202及剩余体积的水的溶液执行在该晶圆上的该凸块下金属层的第一湿蚀刻；在20°C至25°C下以去离子水冲洗该晶圆，并持续60至120秒；以一种包括体积百分比为0.1%至0.49%的氢氟酸(HF)及剩余体积的水的溶液执行该UBM层的第二湿蚀刻；以及在20°C至25°C下以去离子水冲洗该晶圆，并持续60至120秒，其中，由移除该金属凸块所曝露出的该UBM层所形成的在该金属凸块下的该UBM层的底切为I微米。
[0014]进一步的方面包括该UBM层包括具有200至400纳米厚度的Cu层以及具有100至200nm厚度的Ti层，且在该第一湿蚀刻及该第二湿蚀刻之后，由该金属凸块所曝露处的该铜层与该钛层是受彻底移除。
[0015]本发明的额外的方面及技术功效将从下文的细节描述而对于本领域的技术人士而言为更容易地变为显而易知，其中，本发明的实施例将简单地由所思及的最佳模式的图示说明的方式来描述，以带出本发明。将要明白的是，本发明能有其他及不同的实施例，且其数个细节能在各种明显的方面进行修饰，并皆不悖离本发明。因此，图式及描述是视作本质说明，且不做为限制。
【附图说明】
[0016]本发明是由范例的方式说明，且并不用以限制，在所附图式的图中及在其中类似的参照数字代表类似的组件，且其中；
[0017]图1至6示意说明一种用于湿蚀刻UBM层以产生小于1.5微米的底切的方法，其中图6说明根据一范例实施例的图5的细节部分。
[0018]符号说明
[0019]101晶圆
[0020]103、105 金属层
[0021]107底部部分
[0022]109顶部部分
[0023]111金属凸块
[0024]201酸溶液
[0025]301蚀刻金属层
[0026]303去离子水
[0027]401酸溶液
[0028]501蚀刻金属层
[0029]503去离子水
[0030]505圈出部分
[0031]601底切。
【具体实施方式】
[0032]在以下的描述，为了说明的目的，叙述了数个特定细节以提供对范例实施例的彻底理解。然而，应显而易见的是，在不具有这些特定细节或是具有同等配置的情况下可以实行那些范例实施例。在其他的例子，为了避免不必要地模糊了范例实施例，广为人知的结构及装置是以方块图的形式显示。另外，除非另有指出，所有数字表示的数量、比率和数字化的使用在说明书和权利要求书中成分的性质和反应条件等等是理解成以术语“大约”而在所有例子中用于修饰。
[0033]本案发明处理(addresses)以及解决了伴随湿蚀刻UBM层而来的金属凸块底切的当前问题。根据本发明的实施例，使用了酸溶液以产生小于1.5微米的该金属凸块下方底切。
[0034]根据本发明的实施例的方法，包括图案成形晶圆的金属凸块，该晶圆上具有至少两金属层，例如UBM层。随后该晶圆曝露至第一酸溶液以移除由图案成形该金属凸块所曝露出的该两金属层中的部分第一层。随后该晶圆曝露至第二酸溶液，以移除由图案成形金属凸块及曝露该晶圆至该第一酸溶液所曝露出的该两金属层中的部分第二层。作为结果，由移除该第一金属层及第二金属层的部分所形成的该金属凸块下方的底切是小于1.5微米。
[0035]请注意到图1，根据一范例实施例，一种用于湿蚀刻UBM层的方法是以晶圆101开始。尽管图示说明为单一层，该晶圆101可包括其他层(为了方便说明而未显示)，例如聚酰亚胺(polyimide)层。该晶圆101可更包括金属层103及金属层105。该金属层103可由钛(Ti)所形成，举例来说，以90至IlOnm的厚度，例如是lOOnm，而该金属层105可由铜(Cu)所形成，举例来说，以270至330nm的厚度，例如是300nm。合起来，金属层103以及金属层105可构成UBM层。
[0036]在金属层105上方的是金属凸块111。金属凸块111可以高度63至77微米形成，例如是70微米，并且以宽度50至70微米形成，例如是60微米。该金属凸块111包括底部部分107以及顶部部分109。该底部部分107可由镍(Ni)以2.7至3.3微米的厚度形成，例如是3微米。该顶部部分109可由锡和银(SnAg)形成，举例来说，以98:2的Sn和Ag的比率。可选择的，金属凸块111可由具有在该Cu上方(为了说明方便而不显示)的薄部分的SnAg的Cu所形成。