[发明专利]一种制备Sn-Ag-In三元无铅倒装凸点的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制备Sn-Ag-In三元无铅倒装凸点的方法，属于高密度微电子封装领域。

背景技术

倒装芯片封装技术具有许多优点，如最高的输入/输出端数能力、针对不同性能要求基板的可适应性、通常提供可能最短的引线、最小的电感、最高的频率、最好的噪声控制、最小的器件外形以及最低的器件安装高度，因而在封装技术向高密度化、小型化、集成化演变过程中扮演着举足轻重的角色。

倒装芯片封装技术中凸点的制备尤为关键。在UBM(Under Bump Metallization)上形成凸点常用的方法有蒸发、印刷和电镀等。蒸发需要将物理模板和芯片上的输入/输出端对准，在沉淀完成后取走。模板必须有一个脱模斜角，以保证通过开口处焊料可从模板上均匀地留下，这对于高输入/输出端数的器件是相当困难的，且成本昂贵。印刷技术运用精密的模板和自动化的模板或丝网印刷机可以完成特别设计的焊膏的刮板印刷。在较窄节距的情况(节距小于250μm)下，这种方法比较困难。电镀法是焊料通过聚合物光刻胶掩模电镀以控制体积和对准定位，由于电镀的焊料是分离相沉积的，这些凸点电镀后需要经过回流焊来达到焊料微观结构的均匀化。电镀法制备凸点具有尺寸均匀、高度一致性好、节距小、可批量生产和成本低等优点，但是目前较成熟的电镀工艺大多仅局限于一元金属如Cu、Ni、Au、In等或二元合金如Sn-Ag等，对于三元合金，由于元素间电极电位各不相同，因此要想研制出性能稳定的三元合金电镀液并实现不同元素的共沉淀非常困难。

另一方面，电子工业的无铅化使得传统SnPb焊料的应用面临极大的挑战。目前的无铅焊料大多基于Sn-Ag二元体系，然而，Sn-Ag焊料的熔点高、润湿性差、焊料中容易生成大块Ag₃Sn等缺陷限制了其在电子行业中的应用。大量研究表明，In的加入可以明显降低Sn-Ag焊料熔点、改善润湿性和抑制大块Ag₃Sn缺陷的生长，遗憾的是，目前对Sn-Ag-In三元焊料的研究大多集中在块体材料中，而在电子封装尤其是高密度凸点阵列中的应用却很少。因此，本发明将针对电子封装高密度、小型化的趋势，避开研制Sn-Ag-In三元合金电镀液所面临的困难，采用分步电镀Sn-Ag和In之后通过热处理促进各元素相互混合均匀的方法来制备Sn-Ag-In三元微小尺寸凸点。从而引导出本发明的构思。

发明内容

本发明提供了一种制备Sn-Ag-In三元无铅倒装凸点的方法，也即本发明提供了一种采用电镀法制备Sn-Ag-In三元无铅凸点的方法。所述的方法分两大步，(1)是采用IC工艺制备基板：

首先将硅片进行热氧化处理形成一层SiO₂，随后正面溅射Al金属导电层，光刻腐蚀形成铝焊盘(Pad)，之后利用PECVD再沉积一层SiO₂钝化层，并光刻、干法腐蚀出钝化层开口，露出铝焊盘(Pad)，之后溅射TiW/Cu分别作为粘附层和电镀种子层；(2)在所述的基板上制作凸点：进行厚胶光刻，并光刻出电镀窗口，然后依次电镀Cu、Sn-Ag和In焊料，电镀完毕后由湿法腐蚀方法去除厚胶和多余的种子层金属，最后回流焊料形成凸点。

本发明的具体工艺步骤如下：

1.采用的硅片为单面抛光N型或P型(100)硅片；

2.热氧化处理工艺为湿法或干法工艺，SiO₂层厚度0.5～1.0微米；

3.正面溅射Al导电层起到与底层二氧化硅的粘附和导电的作用，其厚度为0.5～2.0微米；

4.PECVD沉积SiO₂钝化层，起绝缘和保护Al焊盘的作用，其厚度为0.2～1.0微米；

5.溅射金属粘附层和电镀种子层，以TiW作为金属粘附层，其厚度为0.05～0.1微米，Cu作为电镀种子层，厚度为0.2～0.5微米；

6.涂覆光刻胶并光刻电镀窗口，电镀窗口半径至少大于SiO₂钝化层开口半径10微米，并距离Al焊盘边缘最少6微米，这样设计的目的主要是为了提高凸点的可靠性；

7.电镀3～5微米Cu或Ni作为凸点下金属层，凸点回流过程中起到浸润焊料和扩散阻挡的作用，实际制备中采用Cu作为凸点下金属层，Cu电镀工艺在商用的Cu电镀液中进行，电流密度为20mA/cm²～30mA/cm²，电镀速率约为10μm/h～15μm/h；