[发明专利]铅锡合金凸点制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制程中的凸点制作方法，更具体的说，涉及一种铅锡合金凸点制作方法，避免电镀凸点焊料的过程中在焊料中产生气泡。

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、高性能以及高可靠性方向发展。而集成电路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。在集成电路晶片尺寸逐步缩小，集成度不断提高的情况下，电子工业对集成电路封装技术的提出了越来越高的要求。

倒装晶片(flip chip)技术是通过在晶片表面形成的焊球，使晶片翻转与底板形成连接，从而减小封装尺寸，满足电子产品的高性能(如高速、高频、更小的引脚)、小外形的要求，使产品具有很好的电学性能和传热性能。

凸点制作技术(bump)是倒装晶片中的一个关键技术。凸点是焊料通过一定工艺沉积在晶片互连金属层上，经过一定温度回流形成的金属焊球。在凸点制作之前，如图1所示，晶片1已经完成钝化层2和互连金属层3工艺，进入凸点制作之后，需要在晶片表面形成一凸点下金属层6(Under-BumpMetallurgy；UBM)，然后在凸点下金属层6上形成一光刻胶层，并曝光、显影以形成所需的凸点图案；然后形成凸点焊料，形成凸点焊料的技术包括金属掩膜蒸发、电镀凸点技术、激光植球技术、模板印刷技术等；最后，去除光刻胶层和凸点下金属层6，在一定温度下焊料回流形成焊球4。

铅锡合金是现在用于倒装焊接法最普通的凸点材料。铅锡合金凸点王要用于板上倒装或封装中倒装方面，由于具有便宜、自平整和自调整的电流特性，提供了更可制造而且更坚固的倒装焊接工艺，因此成为最常用的焊料凸点。目前用作凸点焊料的铅锡合金主要包含95wt％Pb、5wt％Sn以及97wt％Pb、3wt％Sn和共熔37wt％Pb、63wt％Sn合金。由于电镀技术具有易于加工、成本低、可大规模生产等优点，铅锡合金凸点一般采用电镀工艺沉积。

但是由于凸点下金属层的析氢电位和凸点焊料层金属的沉积电位之间存在差别，在电镀凸点焊料的过程中会生成大量的气泡，有部分未选出的气泡就吸附在凸点焊料中，在随后的回流制程中，随着温度的增加凸点焊料中的气泡增大，从而导致凸点变大或者在凸点中形成孔洞，使凸点的焊接性能变差。

为了避免焊接凸点内形成较大的气泡，申请号为03159833的中国专利申请文件提供了一种凸点的形成方法，尝试通过模板印刷技术形成焊接凸点，具体工艺步骤为1)在焊盘上通过印刷形成厚度较薄的第一焊料层；2)通过回流焊接装置熔化厚度较薄的第一焊料层，在焊盘上形成较薄的焊锡层(底焊锡层)。这时，铜箔的焊盘的表面氧化成为氧化铜，第一焊料层熔化时，焊剂与氧化铜反应，生成气体和水，但是，因为成为较薄的焊锡层，气体选出，成为在焊锡层中不存在较大的气泡的状态；3)焊锡层上通过印刷形成比第一焊料层厚的第二焊料层；4)厚度较厚的第二焊料层及焊锡层通过回流焊接装置而熔化，在焊盘上形成焊接凸点。这时，存在很多焊剂的第二焊料层因为底焊锡层的存在，不会与焊盘反应，因此，即使第二焊料层熔化，也不会产生气体和水，因而，可以使焊接凸点内没有较大气泡。但是，上述方法只能消除比较大的气泡，而且经过两次印刷，两次回流，工艺比较复杂。

现有技术中也尝试使用0.5至1A/dm²的电流密度电镀铅锡合金焊料的方法来消除铅锡合金凸点中的气泡，但是电流过低，电镀速率变慢，生产周期变长，产出率变低，劳动成本加大；如果提高电镀的电流密度，又无法避免在焊料凸点中形成气泡。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有技术在利用电镀法沉积铅锡合金凸点的过程中会在铅锡合金焊料中产生气泡，从而导致在回流制程之后形成的铅锡合金凸点的直径大于设定的直径，并且在铅锡合金凸点内产生孔洞。

为解决上述问题，本发明提供了一种铅锡合金凸点制作方法，包括下列步骤：

在晶片上沉积凸点下金属层；

在凸点下金属层上形成光刻胶层、并通过曝光和显影形成光刻胶开口；

在光刻胶开口位置的凸点下金属层上形成过渡铅锡合金层；

在过渡铅锡合金层上电镀铅锡合金焊料；

去除光刻胶和凸点下金属层；

回流铅锡合金焊料形成铅锡合金凸点。

所述在光刻胶开口位置的凸点下金属层上形成过渡铅锡合金层的工艺为电镀工艺。