带不同直径凸点的晶圆制备方法与流程

本发明涉及带不同直径凸点的晶圆制备方法，属于半导体封装技术领域。

背景技术：

随着器件性能的不断提升，对封装技术提出了高密度、小型化、高可靠的要求。为了提升集成度，减小芯片尺寸，倒装焊封装所采用的凸点尺寸越来越小，但小尺寸凸点会产生可靠性问题，一方面当电流密度较大时，凸点直径过小，凸点内部金属间化合物会在电迁移(em)作用下在阳极附近堆积，在阴极附近产生空洞，从而造成早期互连失效；另一方面，对于高功耗器件，凸点直径缩小减少了可供热量传递的通路，降低了器件的散热性能。

此外，凸点直径还会影响倒装焊封装结构的热疲劳可靠性，由于芯片、凸点及基板的热膨胀系数(cte)差别较大，芯片边角处的凸点在热疲劳应力作用下会由于cte失配而最先出现失效，凸点直径越小，越有利于缓解整个结构的热疲劳失配。

因此，为了提升器件的集成度及可靠性，应根据电流密度、功耗密度、凸点位置等因素在同一芯片表面制备不同直径及成分的凸点，如在电流密度较大的位置制备大尺寸凸点以减轻电迁移作用造成的影响，在功耗密度较大的位置制备大尺寸凸点以提升散热性能，在芯片外围边角处制备直径较小的凸点以缓解互连结构的热疲劳失配。

目前，带不同直径凸点的晶圆只能采用电镀法制备，但电镀法无法在同一晶圆表面实现不同成分凸点的制备，且制备工艺难度大，成本高。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提出成品率及可靠性高的带不同直径凸点的晶圆制备方法。

本发明的技术解决方案是：带不同直径凸点的晶圆制备方法，所述凸点成分相同，该方法包括如下步骤：

(1)、在晶圆表面绝缘层上凸点对应的位置制备凸点下金属化层；

(2)、在带有金属化层的晶圆表面印刷助焊剂；

(3)、按照凸点直径从小到大的顺序，依次在印刷助焊剂的晶圆表面凸点位置漏置相应直径的焊球，每次漏置同一直径的焊球；

(4)、将带有不同直径焊球的晶圆进行一次回流，形成带不同直径凸点的晶圆；

(5)、将步骤(4)制备的晶圆清洗，去除残余助焊剂。

本发明的另一个技术解决方案是另一种带不同直径凸点的晶圆制备方法，所述不同直径的凸点成分不同，该方法包括如下步骤：

(1)、在晶圆表面绝缘层上凸点对应的位置制备凸点下金属化层；

(2)、按照凸点直径从小到大的顺序，循环按照步骤(2.1)～步骤(2.)，在印刷助焊剂的晶圆表面制备每种直径的凸点：

(2.1)、在晶圆表面印刷助焊剂；

(2.2)、在晶圆表面同一直径凸点对应的位置，漏置相应直径的焊球；

(2.3)、根据焊球不同成分，将带有该直径焊球的晶圆按照相应的回流曲线进行回流；

(2.4)、将步骤(2.3)制备的晶圆清洗，去除残余助焊剂。

所述凸点下金属化层为沉积在晶圆表面的多层金属结构，其形状为圆形凹槽，其开口直径与凸点的直径相匹配，使得制备后不同直径的凸点的共面性指标小于预设门限。

所述预设门限为最大凸点直径的30％。

当凸点成份为snag化合物、snagcu化合物或者snagbi化合物时，凸点下金属化层从下至上依次为ti、cu、cu；

当凸点成份为snpb化合物或者cu核球时，凸点下金属化层从下至上依次为ti、cu、ni或者ti、cu、ni、au。

所述步骤(3)采用置球网板漏置焊球，所述漏置网板设有与焊球直径相匹配的通孔，便于焊球经过通孔漏置在对应的凸点下金属化层上，通孔的位置与晶圆表面上凸点位置一一对应。

所述置球网板采用金属材料制成。

所述步骤(2.2)采用置球网板漏置焊球，所述漏置网板设有与焊球直径相匹配的通孔，便于焊球经过通孔漏置在对应的凸点下金属化层上，通孔的位置与晶圆表面上凸点位置一一对应。

所述任意两个凸点直径之间的差异大于较大凸点直径的10％。

在不同置球网板切换过程中，控制置球网板与晶圆表面距离，避免置球网板碰到已漏置至晶圆表面的焊球。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明按照凸点直径从小到大的顺序，对相同成分凸点采用“落-落-回”的工艺流程漏置焊球，每次漏置同一直径的焊球，实现方法简单，工作效率、成品率和可靠性高；

(2)、本发明按照凸点直径从小到大的顺序，采用“落-回-落-回”的工艺流程漏置焊球，实现了同一晶圆表面不同成分凸点的制备，同时由于前一次回流已经将焊球固化，有效避免了后一次置球时造成已放置焊球错位。

(3)、本发明不同凸点选用不同的下金属化层开口直径，保证不同直径凸点在同一晶圆表面的共面性满足预设要求。

(4)、本发明针对不同的凸点成分选用不同凸点下金属化层结构，两者之间的互连可靠性高。

(5)、本发明从小到大的顺序切换，防止置球过程中，焊球距离凸点下金属化层过高，不能准确漏置在相应位置，提高落球准确率；

(6)、本发明在不同置球网板切换过程中，保持一定的间隔，防止置球网板碰到已放置焊球，避免造成焊球错位。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方案一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供不同直径凸点的示意图；

图2(a)为本发明实施例较小尺寸焊球漏置示意图；

图2(b)为本发明实施例较大尺寸焊球漏置示意图；

图2(c)为本发明实施例带不同直径凸点的晶圆回流后示意图；

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

如图1所示为本发明实施例带不同直径凸点的晶圆结构的示意图。该晶圆包括两种尺寸的凸点。图中，1为小尺寸焊球置球网板，2为小尺寸焊球；3为大尺寸焊球置球网板，4为大尺寸焊球，5为凸点下金属化层(ubm)，6为绝缘层，7为晶圆。下面针对凸点成分相同和不同给出本发明的两个实施例。

一般而言，任意两个凸点直径之间的差异应大于较大凸点直径的10％，如大尺寸凸点的直径为100um，小尺寸凸点的直径应小于90um；大尺寸凸点采用开口尺寸较大的凸点下金属化层，小尺寸凸点采用开口较小的凸点下金属化层。

实施例1

如图2(a)～图2(c)所示，对于凸点成分相同的情况，本实施例先根据不同直径凸点尺寸差异进行凸点下金属化层制备，随后采用开口较小的置球网板在所需位置漏置小尺寸焊球，再采用开口较大的置球网板在所需位置漏置大尺寸焊球，将带有不同直径焊球的晶圆进行回流，完成凸点制备，最后对晶圆表面凸点进行共面性检测。这种“落-落-回”的工艺流程实现方法简单，工作效率、成品率和可靠性高。该方法具体包括如下步骤：

(1)、在晶圆7表面绝缘层6上对应的位置制备凸点下金属化层5；

所述凸点下金属化层为嵌入在晶圆表面的圆形凹槽，一般采用金属沉积的工艺方法制备，由于同一晶圆的凸点下金属化层的开口深度一致，因此对于不同直径的凸点，凸点下金属化层的开口直径应与凸点的直径相匹配，使得制备后不同直径凸点的共面性指标小于预设门限。所述预设门限为最大凸点直径的30％。

凸点下金属化层的材料和沉积顺序与凸点成分密切相关。

为了提高凸点和凸点下金属化层之间的互连可靠性，当凸点成份为snag化合物、snagcu化合物或者snagbi化合物时，凸点下金属化层从下至上依次选取ti、cu、cu，所述凸点下金属化层的厚度分别为ti层0.2～0.3um，中间cu层0.4～0.5um，上层cu层3um；当凸点成份为snpb化合物或者cu核球时，凸点下金属化层从下至上依次选取ti、cu、ni或者ti、cu、ni、au，所述凸点下金属化层的厚度分别为ti层0.2～0.3um，cu层3um，ni层5um，au层1um；

(2)、在带有金属化层的晶圆表面印刷助焊剂，一般采用喷印的工艺印刷助焊剂；

(3)、按照凸点直径从小到大的顺序，依次在印刷助焊剂的晶圆表面凸点位置漏置相应直径的焊球，每次漏置同一直径的焊球；

如图2(a)所示，先采用小尺寸焊球置球网板1进行漏球，在印刷助焊剂的晶圆特定位置漏置小尺寸焊球2。所述漏置网板通常采用ni合金复合材料，厚度为100μm，网板设有与焊球直径相匹配的通孔，所述通孔直径为焊球直径的105％，以便于焊球经过通孔漏置在对应的凸点下金属化层上，通孔的位置与晶圆表面上凸点位置一一对应。

如图2(b)所示，采用大尺寸焊球置球网板3进行漏球，在印刷助焊剂的晶圆特定位置漏置大尺寸焊球4，网板下表面与小尺寸焊球顶端保持一定距离。

一般而言，在不同置球网板切换过程中，控制置球网板与晶圆表面距离，不应低于焊球直径的90％，否则有可能碰到已漏置晶圆表面的焊球。

(4)、将带有不同直径焊球的晶圆进行一次回流，形成带不同直径凸点的晶圆；

如图2(c)所示，将带有不同直径焊球的晶圆进行回流，完成凸点制备，回流后对晶圆进行共面性检测，共面性差异小于所置最大凸点直径尺寸的30％。

(5)、将步骤(4)制备的晶圆清洗，去除残余助焊剂。

实施例2

对于凸点成分不相同的情况，本实施例先在制备有凸点下金属化层晶圆表面印刷助焊剂，采用开口较小的置球网板在所需位置漏置小尺寸焊球后，先进行晶圆回流完成小尺寸凸点制备，随后在大尺寸凸点位置进行助焊剂喷印，再采用开口较大的置球网板漏置大尺寸焊球，最后进行晶圆回流完成大尺寸凸点制备，这种“落-回-落-回”的工艺流程能够有效避免第二次置球时对第一次放置焊球的影响，同时能够实现不同成分凸点的制备，可以制备熔点较高的小尺寸凸点，随后制备熔点较低的大尺寸凸点。具体包括如下步骤：

(1)、在晶圆表面绝缘层上凸点对应的位置制备凸点下金属化层；

(2)、按照凸点直径从小到大的顺序，循环按照步骤(2.1)～步骤(2.)，在印刷助焊剂的晶圆表面制备每种直径的凸点：

(2.1)、在晶圆表面印刷助焊剂；

(2.2)、在晶圆表面同一直径凸点对应的位置，漏置相应直径的焊球；

(2.3)、根据焊球不同成分，将带有该直径焊球的晶圆按照相应的回流曲线进行回流；

(2.4)、将步骤(2.3)制备的晶圆清洗，去除残余助焊剂。

回流后凸点的高度应基本一致，要求晶圆共面性差异小于所置最大凸点直径尺寸的30％。

本发明提供的带不同直径凸点的晶圆制备方法，能够根据电流密度、功耗密度、凸点位置等因素在同一晶圆表面制备不同直径及成分的凸点，如在电流密度较大的位置制备大尺寸凸点以减轻电迁移作用造成的影响，在功耗密度较大的位置制备大尺寸凸点以提升散热性能，在芯片外围边角处制备直径较小的凸点以缓解互连结构的热疲劳失配。

以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。