本发明专利技术涉及一种在回焊前清洗焊料凸块的方法，大体有关于用以形成现代精密半导体装置的方法，且更特别的是，可在半导体芯片的接触层上方形成实质无铅焊料凸块的方法。揭示于本发明专利技术的一示范方法包括下列步骤：形成焊料凸块于半导体装置的金属化层上方，移除在该焊料凸块的表面上的氧化物膜，以及在移除该氧化物膜后，在还原性气氛中进行焊料凸块回焊工艺以回焊该焊料凸块。
【技术实现步骤摘要】
本揭示内容大体有关于精密积体电路，且更特别的是，有关于形成无铅焊料凸块于半导体芯片的接触层上的方法。
技术介绍
在制造现代积体电路时，通常需要在构成微型电子装置的各种半导体芯片之间加上电气连接。取决于芯片的类型与整体的装置设计要求，可用各种方法实现这些电气连接，例如，打线接合法、卷带式自动接合法(TAB)，覆晶接合法及其类似者。近年来，利用覆晶技术，其中半导体芯片用由所谓焊料凸块形成的焊球来附着至基板、载体或其它芯片，已变成半导体加工工业的重要方面。在覆晶技术中，焊球形成于待连接芯片中的至少一的接触层 上，例如，在形成于包含多个积体电路的半导体芯片的最后金属化层上方的电介质钝化层上。同样，有适当大小及定位的接合垫形成于另一芯片上，例如，承载封装件，各个接合垫对应至形成于半导体芯片上的焊球。然后，这两种单元(亦即，半导体芯片与承载封装件)的电气连接通过“翻转”半导体芯片以及使焊球与接合垫物理接触，以及进行“回焊”工艺使得每个焊球粘着至对应接合垫。通常有数百甚至数千个焊料凸块可分布于整个芯片区域，由此提供，例如，现代半导体芯片所要求的输入及输出性能，而现代半导体芯片经常包括复杂的电路，例如微处理器、储存电路、三维(3D)芯片及其类似者，及/或形成完整复杂电路系统的多个积体电路。过去，用来形成使用于覆晶技术的焊球的材料包括各种所谓锡/铅(Sn/Pb)焊料中的任一。在最常见的商用Sn/Pb焊料合金中，锡(Sn)的数量可在约5原子重量百分比至约70原子重量百分比之间改变，以及焊料合金的平衡物(balance)为铅(Pb)。此外，Sn/Pb焊料合金的熔化温度会随着确切的合金构造而改变，此因素对整体加工参数有点影响。在半导体加工工业中，最常用的Sn/Pb焊料为5/95焊料(亦即，5%锡与95%铅)，60/40焊料(亦即，60%锡与40%铅)，以及63/37焊料(亦即，63%锡与37%铅，或所谓的“共晶”混合物)。共晶Sn/Pb焊料的优点是Sn/Pb焊料(183° C)的最低熔化温度为真正的一点，而其它非共晶Sn/Pb合金所展现的是一范围。不过，近年来，制造工业大体已放弃使用Sn/Pb焊料于大部份的商业应用，包括半导体加工。因此，已开发出无铅焊接材料，例如Sn/Ag(锡-银)、Sn/Cu(锡-铜)、Sn/Ag/Cu(锡-银-铜，或SAC)焊料及其类似者，作为用于形成焊料凸块的替代合金。不过，这些替代焊接材料通常有比大部份常用Sn/Pb焊料高一点的熔化温度。此外，这些无铅焊接材料中至少有一些显出与工艺有关的其它难题而在半导体装置制造期间必须予以处理，这在下文有更详细的讨论。图I的加工流程图根据一
技术介绍
焊料凸块工艺图示包含形成无铅焊料凸块步骤的不同步骤顺序。一般而言，图示于图I的示范
技术介绍
工艺顺序包括形成凸块下金属化(UBM)层的第一工艺步骤110，之后，在步骤130的焊料电镀工艺之前，进行形成光阻掩膜的工艺步骤120。之后，在工艺步骤140剥除光阻掩膜，在工艺步骤150蚀刻UBM层，以及最后，在工艺步骤160进行焊料凸块回焊工艺。标示于图I以及上文以大体方式描述的每个工艺步骤分别图示于图IA至图1F，这在下文会加以详述。图Ia示意图示图I的工艺步骤110，其中形成凸块下金属化(UBM)层104。凸块下金属化层104可形成于带图案钝化层103上，而带图案钝化层103可形成于半导体装置100的最后金属化层101上方。取决于整体装置架构要求，半导体装置100可包含多个积体电路组件，例如晶体管、电容器、电阻器、导线、接触组件及其类似者。另外，带图案钝化层103可包含开口 103a，其经定位成可暴露形成于最后金属化层101的上半部的导电接触垫102，它可提供至半导体装置100的多个积体电路组件中之一或更多的电气接点。如图IA所示，UBM层104可以实质共形的方式形成于带图案钝化层103上方以便覆盖导电接触垫102的暴露上表面，开口 103a的侧壁表面，以及钝化层103的上表面。取决于整体加工流程及装置要求，UBM层104可包含多个个别层，其中各层可经个别设计成可提供整体UBM层104的必要黏性、阻障、保护及导电特性。例如，UBM层104可包含但不必 受限于钛-钨/铬-铜/铜(TiW/CrCu/Cu)迭层、铬/铬-铜/铜(Cr/CrCu/Cu)迭层、钛-钨/铜(Tiff/Cu)迭层、钛/铜/镍(Ti/Cu/Ni)迭层、钛-钨/镍-钒/铜(Tiff/NiV/Cu)迭层及其类似者，其中最终铜层在随后进行的电镀工艺(参考工艺步骤130与图1C)中可用作电流分布层(current distribution layer)。可用经适当设计的沉积顺序111来形成UBM层104，取决于材料种类与所使用的层数，可包含溅镀沉积工艺、化学气相沉积(CVD)工艺及其类似者，或该等工艺的组合。图IB示意图示在后续制造步骤期间的图IA的半导体装置100。更特别的是，图IB图示图I的工艺步骤120，其中形成带图案光阻掩膜105于UBM层104上方。取决于想要的整合方案，带图案光阻掩膜105可用工艺顺序121形成，包括基于本领域技术人员所熟知的传统微影技术的多个步骤。如图IB所示，带图案光阻掩膜105可包含形成于带图案钝化层103的开口 103a上方的开口 105a，由此定义焊料凸块106在刚镀成状态(as-platedcondition)下的位置及初始形状，这在下文有更完整的描述。如图IC所示，在工艺步骤130期间继续进一步加工图IB的半导体装置100，其中各自形成无铅焊料凸块106于带图案钝化层103与光阻掩膜105的开口 103a、105a中。如前述，凸块下金属化层104在电化学沉积工艺131 (例如，电镀工艺)期间可用作电流分布层，由此协助用来形成焊料凸块106的焊接材料的电化学沉积。该焊料凸块材料可为本技术所熟知的数种无铅焊接材料中的任一，例如Sn/Ag、Sn/Cu、Sn/Ag/Cu(SAC)及其类似者。此外，取决于装置要求及/或想要的加工方案，焊料凸块106可形成于包含经电化学沉积的铜(Cu)或镍(Ni)的底下柱体及其类似者上。例如，在至少一具体实施例中，焊料凸块106可形成于镍柱体上，以及可由银含量约在I. 8至3. O重量百分比的范围内的锡/银(Sn/Ag)合金焊接材料构成，而该焊料合金的平衡物可为实质锡。取决于不同的加工考量，例如回焊温度及其类似者，也可使用有其它重量百分比的银及/或铜来与锡结合。图ID示意图示在图I的工艺步骤140期间的图IC的半导体装置100，其中移除在UBM层104上方的带图案光阻掩膜105。如图ID所示，可进行光阻剥除工艺141以便对于凸块下金属化层104及刚镀成焊料凸块106的材料有选择性地移除带图案光阻掩膜105。取决于所欲加工策略，光阻剥除工艺141，例如，可为湿式化学去除工艺或干蚀刻工艺，其处方为本技艺所熟知。在工艺步骤150期间，可图案化UBM层104以便使焊料凸块106与可能在用工艺步骤Iio至140描述的工艺顺序期间同时形成的其它毗邻焊料凸块电气隔离。如图IE所示，取决于构成UBM层104的任何子层的数目与材料多样性，UBM层104的图案化可通过进行蚀刻顺序151，它可包含多个湿及/本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种方法，包含下列步骤：形成焊料凸块于半导体装置的金属化层上方；移除在该焊料凸块的表面上的氧化物膜；以及在移除该氧化物膜后，在还原性气氛中进行焊料凸块回焊工艺以回焊该焊料凸块。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：R·维勒克，S·泽纳尔，
申请(专利权)人：格罗方德半导体公司，
类型：发明
国别省市：
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