专利名称：凸点下金属膜及其形成方法、及声表面波器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用蒸镀剥离技术而制成的具有良好的粘附性以及可 靠性的凸点下金属膜(以下称为金属膜)及其形成方法、以及声表面 波器件。
背景技术：
近年来，半导体器件及声表面波器件广泛用于各种移动通信终端 设备等的电子设备中，随着设备的小型化，强烈要求进一步的小型化、 低高度。因此，为了减小安装面积及高度，多使用倒装芯片安装方式，所 述方式将元件以面朝下的方式连接于形成有焊料等凸点的安装衬底或 者封装件上。半导体器件及声表面波器件的电极配线多由铝或铝合金制成。但 是，铝或铝合金与焊料之间的浸润性不佳，而且无法牢固地粘附焊料 焊锡，因此，为了与焊料凸点连接，有必要形成金属膜。近年来，以环境问题作为背景，越来越多使用由无铅焊料制成的 凸点。当使用SnAgCu系的无铅焊料时，与现有的PbSn (铅锡)共晶 焊料相比，其回流时的温度变高，而且，易于扩散的Sn的含量较高， 因此，必须解决金属膜与Sn大面积扩散的问题。作为一般的金属膜的形成方法，众所周知有镀敷法、蒸镀剥离法 等。就镀敷法而言，因要求用作掩模的抗蚀剂具有较高的耐化学药品 性，因此，在镀敷后不剥离而使其留在衬底上也无大碍的情况下多用
镀敷法。但是，尤其对声表面波器件而言，用于阻碍梳状电极的振动 的抗蚀剂不可以留在衬底上，因此不适合使用镀敷法。而且，使用镀 敷法的情况下，存在图案的精细化的对应方法和废液等的问题。因此，就声表面波器件而言，适合利用蒸镀剥离法形成金属膜。如上所述，为了使用SnAgCu系焊料，要求金属膜具有更高的耐扩散性， 所以，需要形成较厚的用于防止Sn扩散的阻挡层。众所周知，作为防 止Sn扩散的功能较强的金属材料有镍。但是，当要形成较厚的拉伸应力较大的镍时，在蒸镀金属膜时抗 蚀剂容易产生裂化或剥落。而且，有如下课题由于通常应力集中在 金属膜的粘附层界面上，因此由外部施加的少许负荷，导致金属膜容 易剥落。对此，还提出了以下方案通过使用耐应力性较高的特殊抗蚀剂 材料，且利用能够抵抗镍的应力的抗蚀剂图案，以形成厚度为500 5000nm的镍而作为耐扩散阻挡层。对于抗蚀剂而言，认为通过提高抗 蚀剂的耐应力性，可抑制其破坏，并能对应较厚的镍膜。但是有如下 课题由于形成于衬底上的金属膜具有内在的临时应力、以及残余应 力，由此引起的外部施加的负荷导致金属膜容易剥落。另外，作为本专利申请案的相关现有技术文献信息，例如公开有 日本专利特开2003 — 318212号公报。发明内容本发明是一种形成在衬底上的凸点下金属膜，其中，金属膜的结 构至少由耐扩散阻挡层、以及应力缓冲层这两层制成。耐扩散阻挡层 是由铂族金属膜制成。应力缓冲层位于耐扩散阻挡层的下层，且以铝 为主成分。 根据本发明，可以耐无铅焊，且可以经由蒸镀剥离法形成残余应 力较小且较厚的耐扩散阻挡层。而且，可精细化金属膜，且可以简化工序。
图1是本发明的实施方式的声表面波器件的剖面图。 图2A是表示该实施方式的凸点下金属膜的形成方法的剖面图。 图2B是表示该实施方式的凸点下金属膜的形成方法的剖面图。 图2C是表示该实施方式的凸点下金属膜的形成方法的剖面图。 图2D是表示该实施方式的凸点下金属膜的形成方法的剖面图。 图2E是表示该实施方式的凸点下金属膜的形成方法的剖面图。附图标记的说明11，21压电衬底12梳状电极13，23焊盘电极14，24粘附层15，25应力缓冲层16，26耐扩散阻挡层17，27焊料浸润层19，29凸点下金属膜具体实施方式
图1是本发明的实施方式的声表面波器件的剖面图。作为衬底， 使用由钽酸锂制成的压电衬底ll，在其上面设置有由掺杂了约1%铜的铝制成，且其厚度约为200nm的梳状电极12与焊盘电极(pad electrodes)13。在焊盘电极13上设置有由钛制成且厚度约为100nm的 粘附层14。在粘附层14上设置有由铝制成且厚度约为1000nm的应力 缓冲层15。在应力缓冲层15上设置有由镍制成且厚度约为1000nm的 耐扩散阻挡层16。在耐扩散阻挡层16上设置有由金制成且厚度约为 100nm的焊料浸润层17。如上所述，在本实施方式中，凸点下金属膜 19是由粘附层14、应力缓冲层15、耐扩散阻挡层16、以及焊料浸润 层17这四层制成。在拉伸应力较大的耐扩散阻挡层16镍膜的下层，形成有具有压縮 应力的应力缓冲层15的铝膜，因此，镍膜的拉伸应力经由铝膜的压縮 应力相抵消。另外，当应力缓冲层15为可塑性较小的金属层的情况下，应力较 集于粘附界面上，从而容易从界面剥落。但是，当应力缓冲层15为可 塑性较大的铝膜的情况下，对粘附界面的应力集中降低。由此，通过 金属膜19中具有铝膜，可以防止形成于抗蚀剂上的金属膜19的应力 在、其与抗蚀剂的界面上集中。进一步，在形成在压电衬底11上的金属膜19上，金属膜19的应 力集中在凸点焊盘电极与金属膜19的界面上，但金属膜19中具有铝 膜而作为应力缓冲层15，因此，可以降低对于界面的应力集中程度， 从而可以防止因金属膜19的内部应力而导致其剥落。根据本发明，即使是由SnAgCu制成的无铅焊料，也可以得到具 有防扩散效果的金属膜19。作为耐扩散阻挡层16的材质，除了镍之外， 还有铂、钯等铂族金属，可以由铂、钯来代替镍。通过实验可确定，为了起到无铅焊料的耐扩散阻挡层16的功能而 使用镍的情况下，需要最低800nm的厚度。当薄于该厚度的情况下， 无铅焊料与镍会扩散，焊料凸点的粘附強度会降低。另一方面，就耐 扩散阻挡层16而言，镍膜越厚越好，但形成拉伸应力较大且较厚的镍 膜的情况下，由于其内部的应力，使得应力集中于抗蚀剂及凸点焊盘 电极界面上。其结果是，在工序中抗蚀剂剥落和声表面波器件产品的 金属膜19剥落的危险性变高，从而优选的是，耐扩散阻挡层16的厚
度为800nm 2000nm。为了使得与拉伸应力较大的镍膜对应的应力缓冲层15而发挥作 用，优选的是，铝膜的厚度为镍膜厚度的一半以上且1.5倍以下。当厚 度薄于该厚度的情况下，铝膜通过蒸镀而形成时，由于较小粒径的铝固有的可塑性，其作为薄膜的特殊功能显著，并且铝膜变硬后易于应 力集中于界面上。就应力缓冲层15而言，铝膜越厚越好。但是，使铝 膜的厚度加大时铝粒子的生长会显著，形成铝的表面的表面粗糙度变 大，对形成于其上的镍膜的表面粗糙度也变大，锡的扩散防止效果降 低。由此，优选的是，应力缓冲层15的厚度为耐扩散阻挡层16厚度 的一半以上且1.5倍以下。另外，就应力缓冲层15而言，优选地使用由100%铝制成的层， 但是根据工序，也可以掺杂少量其他的金属。而且，本实施方式中，列举了金属膜19的结构为由粘附层14、 应力缓冲层15、耐扩散阻挡层16、以及焊料浸润层17这四层构成的 示例，然而，本发明的主要构成部分是，在耐扩散阻挡层16的下层上 直接形成应力缓冲层15，根据需要可省略粘附层14、焊料浸润层17。 而且，耐扩散阻挡层16也可以由多个层形成。如上所述，在设置于压电衬底11上的焊盘电极13上，设置有凸 点下金属膜19，经由该金属膜19，经由焊料凸点，获得对安装衬底能 进行倒装芯片安装的声表面波器件。图2A至图2E是表示本发明的实施方式的凸点下金属膜的形成方 法的剖面图。首先，在图2A中，压电衬底21例如由水晶、LiTa03、 LiNb03、 1^28407等构成。 接着，为了在压电衬底21上形成梳状电极(未图示)以及焊盘电极23，虽然图中未示，进行如下的工序。即，在预先清洗的压电衬底 21上的一面，利用溅镀法形成厚度约为200nm、且由铝铜合金形成的 电极膜。然后，在电极膜上涂覆光致抗蚀剂膜，且使用光刻技术将梳 状电极以及焊盘电极的图案转印到抗蚀剂上，从而形成抗蚀剂图案。 对多余的铝铜电极膜，使用以氯气为主成分的蚀刻气体进行蚀刻去除， 而对多余的光致抗蚀剂，使用氧等离子体进行灰化去除，由此，在压 电衬底上形成由铝铜电极膜制成且为期望的梳状电极和焊盘电极的图 案。另外，为了形成这些梳状电极以及焊盘电极23，可以使用具备有 抗蚀剂图案化、成膜(蒸镀或溅镀)、剥离等各步骤的蒸镀剥离工艺。接下来，如图2B所示，在压电衬底21上形成有剥离用抗蚀剂28 (以下称为抗蚀剂28)。作为抗蚀剂28，使用图像反转型的正抗蚀剂 (以下称为正抗蚀剂)。当使用此正抗蚀剂时，开口部的抗蚀剂剖面 形状成为适合于剥离的倒锥形。使用正抗蚀剂的情况下，利用旋转涂布机涂布膜厚度约为5pm的 抗蚀剂，接着，在加热至105'C的加热板上进行60秒钟的烘烤处理。然后，将光掩模放置于涂布有抗蚀剂28的压电衬底21上，且经 由光掩模，经由照射紫外线(高压水银灯的i射线)，使抗蚀剂28感 光。使用正抗蚀剂的情况下，使用具有负图案的光掩模。被感光的正抗蚀剂中生成酸。曝光之后，在加热至115'C的加热板 上进行60秒钟的烘烤处理(反转烘烤)。这种情况下，在抗蚀剂中生 成酸的部分，经由酸进行分解和交联反应，从而溶解于显影液的速度 大幅降低。
之后，在经反转烘烤的压电衬底21的整个表面上照射紫外线(高压水银灯的i射线)。此时，未进行交联反应的部分的抗蚀剂28与通常的正抗蚀剂同样经受感光，溶解于显影液的速度变快。接着，经由TMAH (Tetra-Methyl-Ammonium-Hydrooxide，四甲基氢氧化铵)为主成分的显影液，浸渍(搅拌(puddle)显影)约120 秒钟，由此形成剥离用抗蚀剂图案28a(以下称为图案28a)。图案28a， 具有多个开口部，所述开口部露出需要形成一定金属膜的部分。当使 用正抗蚀剂时，在最初进行反转烘烤前进行图案曝光时，抗蚀剂28表 面更强程度地被感光，在紫外线难以到达的抗蚀剂28的下侧，也就是 压电衬底21的界面侧，感光的程度变小。由此，当进行反转烘烤时， 由于抗蚀剂28表面更强程度地被感光，因此所生成的酸的浓度高。而 且，交联反应进一步进行，显影速度降低的区域变大。另一方面，在 压电衬底21的界面侧进行反转烘烤时，由于感光程度较小，因此所生 成的酸的浓度低，且交联反应变弱，显影时显影速度相对较快。如上所述，使用正抗蚀剂的情况下，如图2C所示，容易获得具有 适合剥离的倒锥形的抗蚀剂图案28a。接着，对使用所述图案28a而形成的凸点下金属膜进行说明。首先，形成有图案28a的压电衬底21被置入于真空蒸镀装置内， 开始抽成真空。另外，这种情况下，不对衬底进行加热或最多将其加 热至8(TC，以防止用于剥离的抗蚀剂因热量而发生变形。接着，例如，达到5xlO—4Pa的真空时，这次导入以氮气为主成分 的气体，并调整至约1Pa的真空度，向真空蒸镀装置与压电衬底之间 施加高电压，并进行约5分钟的放电。通过所谓的离子轰击法而生成 的等离子体或离子，由此而清洗蒸镀面，从而可以提高蒸镀膜的粘附 強度。接着，排出所导入的以氮气为主成分的气体，当达到5x10-4Pa的 真空度时，则使用EB枪开始进行蒸镀。首先，作为粘附层24形成厚度约为100nm的钛膜，所述钛膜是 与压电衬底21上的焊盘电极23的粘附性较佳的材料。接着，在相同 的真空中维持真空状态的情况下，作为应力缓冲层25而形成厚度约为 1000nm的铝膜。接着，在相同的真空中维持真空状态的情况下，作为 耐扩散阻挡层26而形成厚度约为1000nm的镍膜。接着，在相同的真 空中维持真空状态的情况下，作为焊料浸润层27而形成厚度约为 100nm的金膜。通常情况下，将铝蒸镀膜暴露于空气中时，其表面形成氧化膜， 与镍等金属膜的粘附性变差。本实施方式中，由于对铝膜进行蒸镀之 后，在相同的真空中进行镍膜的蒸镀，因此无须在其间设置粘附层， 就可以直接在铝膜上形成镍膜，由此可以缓和镍膜的应力。对金膜进行蒸镀后，进行约10分钟的EB枪的冷却，并开放大气， 从真空装置内取出如图2D所示的在整个面上形成有金属膜的压电衬 底21。进一步，将所述整个面上形成有金属膜的压电衬底21，浸渍于加 热到约60度且NMP (N-Methyl-Pyrrolidone， N-甲基吡咯垸酮)为主 成分的有机溶剂中，从而使图案28a膨胀，并从压电衬底21上剥离图 案28a。由此，可以去除形成在图案28a上的多余的金属膜。接着，对 剥离了图案28a的压电衬底21进行水洗，并经由冲洗干燥机去除水分， 从而干燥压电衬底21。通过以上方法，如图2E所示，可以获得在焊盘电极23上形成有
一定的凸点下金属膜29的压电衬底21。根据本实施方式，可以一次形成多个在压电衬底上具有金属膜的 声表面波器件，从而可以提高生产率，并且可以对降低电子零件的成本做贡献。而且，在压电衬底上切取经切割而成为小片的声表面波器件，在 预先形成有无铅焊料凸点的安装衬底上，进行倒装芯片安装。并且， 经由树脂等材料进行封装，使得声表面波器件上不会附着灰尘等，从 而可以获得使用声表面波器件而构成的产品。工业利用可能性如上所述，本发明经由蒸镀剥离法可以形成适用于无铅焊料、残 余应力较小、且较厚的耐扩散阻挡层，也能适于凸点下金属层的精细 化。而且，由于可以简化工序，从而有用于工业。
权利要求
1. 一种凸点下金属膜，形成于衬底上，其中， 所述凸点下金属膜的结构至少由以下两个层构成 由铂族金属膜制成的耐扩散阻挡层；以及设置于所述耐扩散阻挡层的下层，且以铝为主成分的应力缓冲层。
2. 根据权利要求l所述的凸点下金属膜，其中，在所述耐扩散阻 挡层中使用镍，并且所述耐扩散阻挡层的厚度在800nm以上且2000nm 以下。
3. 根据权利要求2所述的凸点下金属膜，其中，所述应力缓冲层 的厚度是所述耐扩散阻挡层的厚度的一半以上且1.5倍以下。
4. 一种凸点下金属膜的形成方法，所述形成方法经由蒸镀剥离技 术在衬底的焊盘电极上形成凸点下金属膜，其中，包括以下步骤将设置有开口部的抗蚀剂图案形成于所述衬底上，所述开口部用 于露出需要形成所述凸点下金属膜的部分；将形成有所述抗蚀剂图案的所述衬底导入至真空蒸镀装置内，并 抽成真空；将以氮气为主成分的气体导入到所述真空蒸镀装置内，以调整真 空度，且在所述真空蒸镀装置与所述衬底之间施加高电压，在规定时 间内进行放电；以及在维持真空的状态下，在所述抗蚀剂图案上以及所述焊盘电极上 形成以铝为主成分的应力缓冲层的步骤，及在所述应力缓冲层之上形 成由铂族金属膜形成的耐扩散阻挡层的步骤的至少两个步骤，而且将所述衬底浸渍在有机溶剂中而剥离所述抗蚀剂图案，由此，在 所述衬底的所述焊盘电极上形成凸点下金属膜。
5. —种声表面波器件，其中，具有压电衬底、及形成于所述压电衬底上的梳状电极及焊盘电极；并且具有凸点下金属膜，所述凸点下金属膜至少由形成于所述焊盘电 极上的应力缓冲层、以及形成于所述应力缓冲层之上的耐扩散阻挡层 两层构成。
全文摘要
本发明是形成于衬底上的凸点下金属膜，该凸点下金属膜的结构，至少具备由铂族金属膜制成的耐扩散阻挡层、以及位于所述耐扩散阻挡层下层的以铝为主成分的应力缓冲层。
文档编号H01L21/60GK101147250SQ20068000963
公开日2008年3月19日 申请日期2006年3月7日 优先权日2005年3月22日
发明者古川光弘, 鹰野敦 申请人:松下电器产业株式会社