晶圆凸块的制备方法与流程

本发明涉及半导体器件制造技术领域，尤其涉及一种晶圆凸块的制备方法。

背景技术：

随着集成电路技术的不断发展，电子产品越来越向小型化、智能化以及高可靠性方向发展。而集成电路的封装不仅直接影响着集成电路、电子模块乃至整机的性能，而且还制约着整个电子系统的小型化、低成本和可靠性。在集成电路的芯片(chip)尺寸逐渐缩小、集成度不断提高的情况下，电子工业对芯片的封装技术提出了越来越高的要求。

现有技术中，为了进行芯片的封装，晶圆(wafer)上必须具有凸块(bump)以便与封装的基板连接。每个晶圆可以被裁切成整个晶粒(die)，依据晶粒的数目，在晶圆上形成多个金属接触垫，金属接触垫之间以钝化层分隔，制作凸块时，先在金属接触垫之上形成一凸块下金属层(ubm)结构，接着在凸块下金属层上形成一锡银金属层，锡银金属层经过回流后固化形成凸块。并且，在形成锡银金属层时，先在凸块下金属层上涂覆助焊剂，使锡银金属层更好的焊接在凸块下金属层上。然而，晶圆上形成的凸块会存在错位、缺失或两个凸块连接在一起的情形，从而影响芯片的封装。

技术实现要素：

本发明的目的在于，提供一种晶圆凸块的制备方法，解决现有技术中凸块错位、缺失或连接在一起的问题，提高封装芯片的良率。

为解决上述技术问题，本发明提供一种晶圆凸块的制备方法，包括：

提供半导体衬底，所述半导体衬底表面包括具有多个开口的层间介质层，所述开口中具有底层金属层；

在所述开口中涂覆助焊剂，所述助焊剂中具有颜色与所述底层金属层的颜 色不同的颜料；

对所述多个开口中的所述助焊剂的涂覆情况进行检测；

在所述开口中形成锡球，对所述锡球进行一热处理过程，所述锡球形成球冠状的凸

可选的，所述颜料为不与所述助焊剂发生化学反应的颜料。

可选的，所述助焊剂还包括醇类有机物和醛类有机物，所述助焊剂呈弱酸性。

可选的，所述颜料为醇类有机物或醚类有机物。

可选的，所述颜料呈弱酸性。

可选的，所述颜料为呈蓝紫色的石蕊。

可选的，所述颜料占所述助焊剂的质量分数的万分之一以下。

可选的，采用光学模组对所述助焊剂的涂覆情况进行检测。

可选的，若所述开口呈所述颜料的颜色，则所述开口中的所述助焊剂涂覆完好。

可选的，所述底层金属层为铜金属层，所述底层金属层的厚度为5μm～40μm。

可选的，所述锡球的材料为锡银合金、锡银铜合金或者锡银铋合金。

可选的，所述锡球的直径为50μm～500μm。

可选的，热处理过程中的温度为200℃-300℃。

可选的，相邻的所述开口之间的距离为50μm～500μm。

可选的，所述开口中具有位于所述半导体衬底与所述底层金属层之间的金属接触垫。

本发明的晶圆凸块的制备方法中，在开口中的底层金属层上涂覆用于锡球回流的助焊剂，助焊剂中具有颜料，并且，颜料的颜色与底层金属层的颜色不同，利用颜料与底层金属层之间的颜色差异检测助焊剂是否涂覆完好，在对助焊剂进行监测时，若助焊剂的涂覆位置准确，则开口中呈现颜料的颜色，则可以判断底层金属层上的助焊剂涂覆完好。本发明中，可以在助焊剂涂覆之后，对助焊剂的涂覆情况进行检测，并及时对助焊剂的涂覆工艺进行调整，从而防止由于涂覆的偏差导致锡球在底层金属层上的错位、缺失或相连等问题，提高晶圆凸块的良率。

附图说明

图1为本发明一实施例中晶圆凸块的制备方法的流程图；

图2为本发明一实施例中半导体衬底的剖面结构示意图；

图3为本发明一实施例中涂覆助焊剂的剖面结构示意图；

图4为本发明一实施例中形成锡球的剖面结构示意图；

图5为本发明一实施例中回流形成凸块的剖面结构示意图。

具体实施方式

背景技术中已经提及，晶圆上形成的凸块存在错位、缺失或连接一起等问题，对此发明人经过研究发现，由于助焊剂的涂覆出现偏差的问题导致晶圆上形成凸块回流过程中出现错位、缺失或相邻的凸块连接在一起，从而影响晶圆的封装。并且，现有技术中，助焊剂涂覆完成之后，难以对助焊剂的涂覆情况及时的进行检测。

为了解决上述技术问题，发明人经过研究，提出了一种晶圆凸块的制备的制备方法，本发明提供的晶圆凸块的制备方法中，在开口中的底层金属层上涂覆助焊剂，助焊剂中具有颜料，且颜料的颜色与底层金属层的颜色不同，利用颜料与底层金属层之间的颜色差异检测助焊剂是否涂覆完好，在对助焊剂进行监测时，若助焊剂的涂覆位置准确，则开口中呈现颜料的颜色，可以判断底层金属层上的助焊剂涂覆完好。本发明中，可以在助焊剂涂覆之后，对助焊剂的涂覆情况进行检测，并及时对助焊剂的涂覆工艺进行调整，从而防止由于涂覆的偏差导致锡球在底层金属层上的错位、缺失或相连等问题，提高晶圆凸块的良率。

下文结合附图对本发明的晶圆凸块的制备方法进行具体描述，本发明的晶圆凸块的制备方法的流程图参考图1所示，图2～5是晶圆凸块的制备方法各步骤形成的结构的剖面示意图。

首先，执行步骤s1，参考图2所示，提供半导体衬底10，所述半导体衬底10为硅衬底、锗衬底、锗硅衬底或soi衬底等本领域技术人员公知的衬底材料，其中，所述半导体衬底10中具有如cmos电路、放大器、数/模转换器、模拟 处理电路和/或数字处理电路、接口电路等器件结构。所述半导体衬底10表面具有层间介质层11，所述层间介质层11为氧化硅、氮化硅等本领域公知的介质层材料，所述层间介质层11用于保护半导体衬底10中的器件结构。所述层间介质层11中具有多个开口12。

在本实施例中，采用化学气相沉积工艺在所述半导体衬底10上沉积层间介质层11，并在层间介质层11上形成图案化的光阻，以图案化的光阻为掩膜刻蚀层间介质层11形成开口12。所述开口12设置为所述半导体衬底10中需要引出的器件结构的上方的位置，并且，本实施例中，所述开口12为圆形，当然所述开口12并不限于为圆形，还可以为正方形、长方形等形状，对发明对此不予限制。此外，相邻的所述开口12之间的距离为50μm～500μm，例如200μm、300μm、400μm等，此为根据实际器件结构的需要设置，本发明对此不予限制。

继续参考图2所示，本实施例中，所述开口12中具有底层金属层30，所述半导体衬底10与所述底层金属层30之间具有金属接触垫20，所述金属接触垫20为铝金属层。所述底层金属层30为铜金属层，所述金属接触垫20用于将半导体衬底中的器件结构引出，可以采用电镀工艺在金属接触垫20上形成铜金属层30，并且所述底层金属层30的厚度为5μm～40μm，例如，20μm、35μm，底层金属层30用于后续实现金属接触垫20与锡球之间的连接。

执行步骤s2，参考图3所示，在所述开口12中涂覆助焊剂40，所述助焊剂40中包括醇类有机物和醛类有机物，且所述助焊剂呈弱酸性。在本实施例中，可以采用具有开孔的掩模板，将助焊剂涂覆在开口12中。例如，通过在金属的掩膜版上形成规则的开孔，开孔的排列规则可以与开口12的相同，将金属的掩膜版贴附在半导体衬底上，且开孔与开口12对应，再在开孔中涂覆助焊剂，从而在开口12中涂覆助焊剂。本领域技术人员可以理解的是，所述助焊剂40用于在锡球回流过程中，将底层金属层30或锡球表面的氧化层去除，从而更好的实现锡球与底层金属层30之间的电性连接。

本发明中，所述助焊剂40中还具有颜料，并且，颜料的颜色与所述底层金属层30的颜色不同，且所述颜料为不与所述助焊剂40发生化学反应，例如，所述颜料可以为不与助焊剂中的醇类有机物和醛类有机物发生化学反应的醇类有机物，当然，本领域技术人员可以理解的是，本发明中的颜料并不限于为醇 类有机物，还可以为醚类有机物等其他物质，只要颜料不与助焊剂反应，对此不发明不予限制。此外，所述助焊剂中的醇类有机物和醛类有机物呈现酸性，也就是说所述颜料同样呈弱酸性，从而颜料不与所述助焊剂40中的弱酸性的醇类有机物和醛类有机物反应，不影响助焊剂40的特性，保证助焊剂40能够去除底层金属层30或锡球表面的氧化物。

在本实施例中，底层金属层30呈金属铜的淡黄色，而所述颜料例如可以为呈蓝紫色的石蕊(litmus)，石蕊的性状为蓝紫色粉末，是从地衣植物中提取得到的蓝色色素，能部分地溶于水而显紫色，是一种弱的有机酸，石蕊不与助焊剂中的其他物质反应，涂覆在底层金属层上时可以区别出来。本发明中，在将助焊剂和颜料进行混合时，取一定质量的助焊剂和颜料，将两者混合，并将两者搅拌均匀，而且，混合后的助焊剂的呈现出颜料的颜色。可以理解的是，颜料的颜色与底层金属层30的颜色不同时，可以利用颜料与底层金属层30之间的颜色差异检测助焊剂是否涂覆完好，可以确定底层金属层上是否涂覆有助焊剂，助焊剂的涂覆情况是怎样。

需要说明的是，所述颜料占所述助焊剂40的质量分数的万分之一以下，也就是说，颜料在所述助焊剂40中的比例非常小，从而能够将颜料对于助焊剂40的可能产生的影响降到最小，并还需要保证能够在后续的检测过程中，用于检测开口12中助焊剂40是否涂覆完好。

接着，执行步骤s3，对所述多个开口12中的所述助焊剂40的涂覆情况进行检测。本实施例中，采用光学模组对所述助焊剂40的涂覆情况进行检测。在对助焊剂40进行监测时，若助焊剂40的涂覆位置准确，则开口12中呈现颜料的颜色，例如，本实施例的开口12中呈现出石蕊的淡紫色，从而可以判断底层金属层30上的助焊剂40涂覆完好。并且，可以采用该方法将各个开口12中的助焊剂40的涂覆情况进行一一检测，确定涂覆的助焊剂40存在问题的开口12，并对存在问题的开口12中的助焊剂40进行调整，从而本发明能够实现对助焊剂40的涂覆情况及时的进行检测，及时发现问题并对工艺进行调整，本发明对助焊剂的检测方法简单，并不对现有的工艺流程造成影响。

执行步骤s4，参考图4所示，在所述开口12中形成锡球50，本实施例中，可以采用具有开孔的掩模板，将锡球50植入到开口12中，例如，通过在金属 掩膜版上形成规则的开孔，将金属的掩膜版贴附在半导体衬底上，且开孔与开口12对应，再将锡球植入在开孔中，从而在开口12中形成锡球50。当然，本发明中并不限于采用植入的方式形成锡球，还可以采用点焊的方法在开口12中形成锡球50，对此本发明不予限制。所述锡球50的材料为锡银合金、锡银铜合金或者锡银铋合金，所述锡球50的直径为50μm～500μm，例如，150μm、300μm、400μm、450μm等，经过步骤s3后，开口12中的助焊剂基本能满足要求，因而锡球50也不易出现错位等问题，锡球50用于形成晶圆的凸块结构，实现芯片的封装。

之后，参考图5所示，对所述锡球50进行一热处理过程，所述锡球50形成球冠状，从而形成晶圆凸块51，凸块51用于芯片与封装基板之间的连接。本实施例中，热处理过程中的温度为200℃-300℃，例如，250℃，在热处理过程中，助焊剂40将底层金属层30与锡球50表面的氧化物去除，经过热处理后，锡球50与底层金属层30之间更好的电性连接。并且，在后续工艺中，还将未反应的剩余的助焊剂40去除，例如，可以采用常用的有机溶剂(如丙醇等)将助焊剂40去除，并对半导体衬底进行清洗。相对于现有技术，通过本发明的晶圆凸块的制备方法，晶圆凸块的良率提高到99％，从而大大的提高了芯片封装的良率。

综上所述，本发明的晶圆凸块的制备方法中，在开口中的底层金属层上涂覆用于锡球回流的助焊剂，助焊剂中具有颜料，并且，颜料的颜色与底层金属层的颜色不同，利用颜料与底层金属层之间的颜色差异检测助焊剂是否涂覆完好，在对助焊剂进行监测时，若助焊剂的涂覆位置准确，则开口中呈现颜料的颜色，则可以判断底层金属层上的助焊剂涂覆完好。本发明中，可以在助焊剂涂覆之后，对助焊剂的涂覆情况进行检测，并及时对助焊剂的涂覆工艺进行调整，从而防止由于涂覆的偏差导致锡球在底层金属层上的错位、缺失或相连等问题，提高晶圆凸块的良率。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。