在半導體器件上形成凸塊的方法
2023-05-18 03:07:41
專利名稱：在半導體器件上形成凸塊的方法
技術領域：
本發明總體上涉及一種在半導體器件上形成凸塊(bump)的方法，更具體地涉及這樣一種凸塊形成方法，該方法使用流體在半導體器件上形成凸塊，由此使得凸塊的誤差率最小，從而減小投資成本，並允許凸塊容易地形成在少量半導體器件以及大量半導體器件上。
背景技術：
通常，半導體器件具有幾十個半導體晶片。每個半導體晶片都設有凸塊底金屬層(under ball metallurgy)，在該凸塊底金屬層上形成凸塊，以確保在半導體晶片連接到基板時具有良好的電連接。
為了在凸塊底金屬層上形成凸塊，已經提出了絲網印刷方法、電鍍方法和沉積方法等。
根據絲網印刷方法，鈍化膜形成在晶片的上表面上而不是凸塊底金屬層上，以保護形成在晶片上的圖案。接著，通過金屬沉積處理在凸塊底金屬層和鈍化膜上沉積包括鈦(Ti)、鎢(W)和金(Au)的三層金屬膜，也就是沉積上阻擋金屬。然後，向上阻擋金屬施加光致抗蝕劑，使得凸塊底金屬層不彼此電連接。之後，通過光刻處理除去上阻擋金屬的一部分，光刻處理包括曝光步驟、顯影步驟、上阻擋金屬蝕刻步驟和去除步驟。因此，上阻擋金屬僅保留在凸塊底金屬層上。在這樣的情況下，由於上阻擋金屬為三層金屬膜，因此上阻擋金屬蝕刻步驟被依次進行三次。
在僅在凸塊底金屬層上形成上阻擋金屬之後，將絲網掩模(screenmask)層壓在半導體器件上，並且使用擠壓機將焊膏施加在凸塊底金屬層上。在這樣的情況下，上阻擋金屬作為加強凸塊底金屬層和焊膏之間的結合力的介質。
在向凸塊底金屬層施加焊膏之後，將焊劑(flux)施加到焊膏上。在使用包含焊劑的焊膏的情況下，不需要額外的焊劑施加處理。焊劑為一種溶劑，該溶劑用於在將凸塊底金屬層連接到焊膏時，整潔地連接凸塊底金屬層和焊膏，並且防止形成氧化物，由此確保可靠的連接。
隨後，進行回流焊處理(reflow process)。當焊膏在回流焊處理中被加熱到預定溫度時，焊膏由於焊劑而形成為球體。由此，在凸塊底金屬層上形成凸塊。接著，進行焊劑清除處理以從晶片中除去焊劑殘留物和雜質。因此，得到在預定位置具有凸塊的晶片。
同時，以如下方式進行傳統電鍍方法。首先，製備具有凸塊底金屬層的晶片。在晶片的上表面上而不是凸塊底金屬層上形成鈍化層。接著，通過金屬沉積處理在凸塊底金屬層和鈍化層上沉積上阻擋金屬。然後，向上阻擋金屬的上表面上施加光致抗蝕劑，通過曝光操作和顯影操作除去沉積在凸塊底金屬層上的光致抗蝕劑的一部分，從而使布置在凸塊底金屬層上的上阻擋金屬的一部分暴露在外部。這時，通過蝕刻操作除去留在上阻擋金屬上的光致抗蝕劑殘留物。此後，通過電解電鍍操作在凸塊底金屬層上方的空間中形成電鍍部分。使用焊料、金、鎳和其它材料作為電鍍部分的材料。在電鍍部分被如此形成之後，剝離並除去多餘的光致抗蝕劑。然後，蝕刻上阻擋金屬，從而除去上阻擋金屬除了設置在電鍍部分下方的部分的部分。在這樣的情況下，由於上阻擋金屬為三層金屬膜，因此蝕刻處理依次進行三次。
然後，進行浸漬操作。也就是說，將具有電鍍部分的半導體器件浸入焊劑槽中，從而將焊劑施加到電鍍部分上。接著，通過回流焊處理在電鍍部分上進行預定加熱，從而使每個電鍍部分由於焊劑而形成為球體。因此，在凸塊底金屬層上形成凸塊，然後，進行焊劑清除處理。也就是說，向半導體器件供應清除流體，以從半導體器件中除去焊劑殘留物和雜質。由此，得到了在預定位置處具有多個凸塊的半導體器件。
然而，傳統凸塊形成方法具有以下問題。即，絲網印刷方法的問題在於，當利用絲網掩模施加焊膏時，由於擠壓機的操作不均勻性和印刷狀態，焊膏可能會不均勻地施加，從而可能在相鄰的端子之間出現焊料橋接或高度差，或者可能施加不足的焊料，由此形成有缺陷的凸塊，因此極大地降低了生產率。電鍍方法的問題在於，需要多個處理來形成凸塊，從而通常花費30～40分鐘形成凸塊，由此增加了凸塊製造時間。電鍍方法的另一個問題在於需要昂貴的電鍍設備，使得凸塊製造成本增加。電鍍方法還具有的問題在於電鍍時間、施加電流和電壓等根據半導體器件的位置而發生變化，從而使電鍍量發生變化。由此，在晶片的邊緣上形成的凸塊變得很小。這樣，凸塊的形狀變得不規則。另外，如果電鍍量上的差異很大，則當半導體器件被連接到基板上時，會出現開口缺陷。
發明內容
因此，針對現有技術中出現的上述問題而作出本發明，並且本發明的一個目的在於提供一種方法，該方法使用流體在半導體器件上形成多個凸塊，由此使凸塊的誤差率最小，從而減小了投資成本，並且允許凸塊容易地形成在少量半導體器件以及大量半導體器件上。
為了實現上述目的，本發明提供了一種方法，該方法用於在設置於半導體器件上的凸塊底金屬層上形成凸塊以加強電連接，並包括凸塊形成步驟，用來通過將熔融金屬化合物(compound)以預定速度噴射到半導體器件上而形成具有預定直徑的凸塊；回流焊(reflow)步驟，用來通過加熱在凸塊形成步驟中形成的凸塊而使其形成為球體。
結合附圖，從下面的詳細說明中將更加清楚地了解本發明的上述和其它目的、特徵和其它優點，其中圖1為說明根據本發明在半導體器件上形成凸塊的方法的框圖；圖2為說明根據本發明在凸塊形成方法中進行晶片定位操作的視圖；圖3為說明根據本發明通過噴射熔融金屬化合物來形成凸塊的操作的視圖；以及圖4為說明根據本發明通過凸塊形成方法的回流焊處理將凸塊形成為球體的狀態的視圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖對本發明的優選實施例進行說明。
圖1為說明根據本發明在半導體器件上形成凸塊的方法的框圖，圖2為說明根據本發明在凸塊形成方法中進行晶片定位操作的視圖，圖3為說明根據本發明通過噴射熔融金屬化合物來形成凸塊的操作的視圖，圖4為說明根據本發明通過凸塊形成方法的回流焊處理使凸塊形成球體的狀態的視圖。
參照圖1至圖4，根據本發明的凸塊形成方法包括凸塊形成步驟100和回流焊步驟200。
在凸塊形成步驟100中，以預定速度向半導體器件10供給熔融金屬化合物，由此形成具有預定直徑的凸塊50。
在詳細說明中，流體供給單元30以預定速度將預定量的具有預定尺寸的熔融金屬化合物40噴射到半導體器件10的預定位置上，從而在凸塊底金屬層20上形成凸塊50。熔融金屬化合物40從包括由錫和鉛組成的混合物、由錫、銀和銅組成的混合物和由錫和銅組成的混合物的組中選出。包含在每個混合物中的成分被熔化並以預定比例彼此混合。半導體器件10被移動，使得半導體器件10的預設位置坐標被依次且精確地定位在流體供應單元30下方。因此，從流體供應單元30供應來的熔融金屬化合物40精確地落到凸塊底金屬層20上。
另外，凸塊形成步驟100包括凸塊定位步驟110和晶片定位步驟120，這些步驟都是預備步驟並且在將熔融金屬化合物40供給到半導體器件10之前進行，從而熔融金屬化合物40被準確地供應到半導體器件10上的預定位置處以形成凸塊50。
在凸塊定位步驟110中，形成將要形成在半導體器件10上的凸塊50的列和行。也就是說，為了在精確位置處形成凸塊50，設定設置在半導體器件10上的凸塊底金屬層20的精確位置坐標並對其編程。
執行晶片定位步驟120，以便在預設位置坐標處精確地形成凸塊50。在晶片定位步驟120中，檢測在其上形成多個凸塊50的目標(即半導體器件10)的初始位置A。調整半導體器件10的位置，使得初始位置A精確地定位在預定位置。
當凸塊形成步驟100完成時，執行回流焊步驟200。在回流焊步驟200中，將設置在凸塊底金屬層20上的凸塊50加熱到預定溫度。被加熱的凸塊50由於表面張力而形成為球體，從而得到所需的凸塊50。
根據本發明，按如下步驟形成半導體晶片的凸塊。即，流體供應單元30將熔融金屬化合物40以具有預定直徑的球體的形式供給到晶片10的凸塊底金屬層20，由此形成凸塊50。因此，顯著地減少了誤差率和設備成本，並且極大地增加了生產率。另外，即使生產少量半導體器件10時，利潤也高。可以根據將要形成的凸塊的直徑而用另一個噴嘴代替流體供應單元30的噴嘴來形成不同尺寸的凸塊50，從而可加工性和生產性是優良的，並且顯著地減小了製造成本。
工業實用性如上所述，本發明提供了一種形成凸塊的方法，該方法使用流體在半導體器件上形成凸塊，由此使得凸塊的誤差率最小，減小了投資成本，並且允許凸塊容易地形成在少量半導體器件和大量半導體器件上。
權利要求
1.一種方法，該方法用來在設置於半導體器件上的凸塊底金屬層上形成凸塊以加強電連接，並包括凸塊形成步驟，用來通過將熔融金屬化合物以預定速度噴射到所述半導體器件上而形成具有預定直徑的所述凸塊；以及回流焊步驟，用來通過加熱在所述凸塊形成步驟中形成的所述凸塊而使所述凸塊形成為球體。
2.根據權利要求1所述的方法，其中，所述熔融金屬化合物包括由錫和鉛組成的混合物，這些錫和鉛被熔化並且以預定比例相互混合。
3.根據權利要求1所述的方法，其中，所述熔融金屬化合物包括由錫、銀和銅組成的混合物，這些錫、銀和銅被熔化並且以預定比例相互混合。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述熔融金屬化合物包括由錫和銅組成的混合物，這些錫和銅被熔化並且以預定比例彼此混合。
全文摘要
本發明提供了一種在半導體器件上形成凸塊的方法，該方法使用熔融金屬化合物在半導體器件上形成凸塊，由此使凸塊的誤差率最小化，從而減小了投資成本，並且允許凸塊容易地形成在少量半導體器件和大量半導體器件上。凸塊形成方法包括凸塊形成步驟(100)和回流焊步驟(200)，凸塊形成步驟(100)用來將熔融金屬化合物(40)以預定速度噴射在半導體器件(10)上以形成具有預定直徑的凸塊(50)，回流焊步驟(200)用來通過加熱在凸塊形成步驟中形成的凸塊來使該凸塊形成為球體。
文檔編號H01L21/68GK101019222SQ200580030019
公開日2007年8月15日 申請日期2005年9月5日 優先權日2004年9月7日
發明者樸明淳 申請人:高麗半導體系統株式會社