一種金屬凸點製作方法

2023-11-30 14:52:51

一種金屬凸點製作方法
【專利摘要】本發明公開了一種金屬凸點的製作方法，包括以下步驟：晶圓正面鋁墊壓區絲焊形成金屬球；所述金屬球頂部的線削去形成金屬凸點；對所述金屬凸點表面進行機械粗磨磨平；對所述金屬凸點表面進行化學機械精磨磨平；在所述金屬凸點表面形成內凹陷圖形；將所述金屬凸點與異方性導電膠膜熱壓焊。非限制性地，所述金屬為金。本發明能帶來以下有益效果：在各金凸點的高度差可以忽略的情況下，避免了金凸點由於高度過低或未能與異方性導電膠膜緊密結合導致的開路，以及金凸點高度過高，形變過大導致的短路問題。在簡化生產工藝，降低成本的同時達到了電鍍金凸點的工藝效果，金凸點高度均勻性高，提高了產品的良率，縮短了產品製作周期，降低了生產成本。
【專利說明】一種金屬凸點製作方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種金屬凸點製作方法，特別地，涉及一種晶片金凸點的植球工藝及製作方法，屬於集成電路封裝【技術領域】。

【背景技術】
[0002]晶圓級封裝(WLP)技術正在流行，這主要是它可將封裝尺寸減小至IC晶片大小，以及它可以圓片形式成批加工製作，使封裝降低成本。WLP封裝成本還會隨晶片尺寸減小相應下降。此外，由於對電路封裝、測試、分離和發運已知好電路可進行流水線作業和管理，從而進一步降低了封裝總成本和縮短了周期時間。如果在設計半導體器件時就考慮到封裝要求，這無疑會有益於器件布局設計，並可改善元件性能。倒裝(Flip-Chip)是在鋁墊(壓區)上製作凸點，然後將晶片翻轉加熱利用凸點與基板相結合的技術替換常規打線鍵合。
[0003]為了降低成本，提高速度，提高產品可靠性，倒裝封裝技術中使用晶片與基板焊接封裝，封裝方式為晶片正面朝下向基板，無需引線鍵合，形成最短電路；採用凸點倒裝，縮小了產品的封裝尺寸，提高產品的電性能。倒裝封裝技術的熱學性能明顯優越於常規使用的引線鍵合工藝，與傳統速度較慢的引線鍵合技術相比，倒裝更適合應用在高腳數、小型化、多功能、高速度趨勢IC的產品中。為順應集成電路產品愈加密集化、小型化的發展趨勢，集成電路封裝現使用凸點(bump)取代常規引線鍵合(wire bonding)形成電路連接。
[0004]傳統的金凸點的製作方法為電鍍法和光刻法相結合的工藝。首先進行濺射UBM(凸點下金屬)，UBM通常由粘附層、阻擋層和浸潤層三層金屬組成，是電鍍的種子層。要求它同下面的鋁壓焊電極有很好的粘附性，能有效阻止金凸點與其他金屬元素之間的相互擴散，避免產生不利的金屬間化合物，更不能讓金進入晶圓內。然後進行厚膠光刻，光刻是工藝中的常規工序，但金凸點的高度是17um左右，光刻膠的厚度應該在25um左右，因此它需要採用粘稠度大的光刻膠、特殊的勻膠機和曝光機。而且電鍍法製造金凸點時，要求光刻後電鍍孔的側壁陡直，側壁角要> 85°，因為金凸點的形狀基本上由光刻後電鍍孔的形狀所決定。然後進行電鍍，電鍍分為掛鍍或垂直噴鍍，掛鍍即陽極和作為陰極的被鍍件分別浸入電鍍液內，位置相對而放，電鍍時通常晃動被鍍件，以便讓新鮮的電鍍液及時補充到被鍍件的表面。電鍍金凸點可採用垂直噴鍍法，把被鍍的晶圓正面朝下，電鍍液從下面垂直向上噴到晶圓的中央，然後向晶圓四周流出。隨後去除光刻膠，形成金凸點。該傳統工序工藝複雜』生產周期較長,成本較高。
[0005]由於金凸點製作工藝複雜，在晶圓上製作凸點的過程中會形成高度差異，部分高度較低的凸點在倒裝工序中不能和基板上焊料正常接觸，導致產品在回流焊後焊接不良；而高度過高的產品在倒裝工序中過度接觸，在回流焊後造成短路，這些情況均會直接損壞產品，降低產品的封裝良率。
[0006]隨著半導體技術的進一步發展，以及高頻、低功耗和小形尺寸產品的應用需求的驅動，現有的工藝弊端已日漸突出，迫切需要一種簡化現有工藝、縮短生產周期、降低成本及提高良率的金凸點製作工藝。


【發明內容】

[0007]為了解決上述問題，本發明提供了一種金屬凸點的製作方法，包括以下步驟:晶圓正面鋁墊壓區絲焊形成金屬球；所述金屬球頂部的線削去形成金屬凸點；對所述金屬凸點表面進行機械粗磨磨平；對所述金屬凸點表面進行化學機械精磨磨平；在所述金屬凸點表面形成內凹陷圖形；將所述金屬凸點與異方性導電膠膜熱壓焊。
[0008]非限制性地，所述金屬為金。
[0009]優選地，在所述步驟晶圓正面鋁墊壓區絲焊形成金屬球之前還包括以下步驟:在整片晶圓正面貼覆減薄膠膜；對晶圓進行減薄；除去晶圓正面膠膜。所述步驟在整片晶圓正面貼覆減薄膠膜中，將整片晶圓置於貼膜設備中，在晶圓1的正面，即晶片的功能區貼覆一層減薄膠膜。在所述步驟對晶圓進行減薄中，通過減薄設備，根據不同晶圓及不同產品尺寸對晶圓1進行減薄。
[0010]進一步，在所述步驟晶圓正面鋁墊壓區絲焊形成金屬球中，運用絲焊技術，預先設置完成絲焊機的絲焊溫度及金球高度，與晶圓1各晶片的壓區2 —一對應，在壓區2表面上絲焊熔融形成金球。
[0011]更進一步，在所述步驟將所述金屬球頂部的線削去形成金屬凸點中，使用晶圓級打線設備削去絲焊熔融金球頂部的絲線，即形成金屬凸點3。
[0012]此外，在所述步驟對所述金屬凸點表面進行機械粗磨磨平中，使用機械粗磨設備按照最低高度設置機械粗磨的基準線對金屬凸點3進行拋光，使金屬凸點3表面初平。在所述步驟對所述金屬凸點表面進行化學機械精磨磨平中，使用化學機械精磨拋光，在軟化金屬凸點3表面的同時使金屬凸點3表面更加平整，不同高度的金屬凸點3在機械粗磨和化學機械精磨後高度基本持平。
[0013]更為優選地，在所述步驟在所述金屬凸點表面形成內凹陷圖形中，製作一面有花紋另一面平整的板狀模具4，模具4有花紋的一面凹凸不平；將晶圓1平置，保持模具4與晶圓1水平，將模具4有花紋的一面對應金屬凸點3，施加3^?別的壓力與晶圓1壓合，壓合後金屬凸點3表面形成向內凹陷的花紋，表面凹凸。
[0014]所述金屬凸點與異方性導電膠膜熱壓焊中，通過熱壓焊的工藝將金屬凸點3與異方性導電膠膜5熱壓，異方性導電膠膜5與晶圓1及金屬凸點3形成倒裝結構。
[0015]更為優選地，在所述金屬凸點表面形成內凹陷圖形的步驟中，進一步包括以下步驟:製作有圖形的蝕刻模具；使用蝕刻的方式在金屬凸點頂部形成內凹陷圖案；蝕刻後的金屬凸點與異方性導電膠膜熱壓焊。在製作有圖形的蝕刻模具的步驟中，製作一種有圖案的蝕刻模具6，蝕刻模具6刻有圖形。在使用蝕刻的方式在金屬凸點頂部形成內凹陷圖案的步驟中，將晶圓1平置，保持蝕刻模具6與晶圓1水平，將蝕刻模具6對應晶圓1上的金屬凸點3，並將蝕刻模具6覆蓋於晶圓1上，蝕刻模具6刻有圖形的部分裸露在外；在蝕刻模具6上刷光刻膠7，蝕刻模具6的圖形部分即填充光刻膠7，進行蝕刻。在蝕刻後的金屬凸點與異方性導電膠膜熱壓焊的步驟中，蝕刻後表面形成內凹陷圖案的金屬凸點3，通過熱壓焊的工藝，與異方性導電膠膜5熱壓，異方性導電膠膜5與晶圓1及金屬凸點3形成倒裝結構。
[0016]本發明能帶來以下有益效果:在各金凸點的高度差可以忽略的情況下，避免了金凸點由於高度過低或未能與異方性導電膠膜緊密結合導致的開路，以及金凸點高度過高，形變過大導致的短路問題。在簡化生產工藝，降低成本的同時達到了電鍍金凸點的工藝效果，金凸點高度均勻性高，提高了產品的良率，縮短了產品製作周期，降低了生產成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為金凸點形成後廣品首I』面圖
[0018]圖2為金凸點機械粗磨及化學機械精磨後產品剖面圖
[0019]圖3為一種刻有特殊花紋的模具
[0020]圖4為花紋模具水平向晶圓上金凸點施力的過程放大圖
[0021]圖5為花紋模具水平向晶圓上金凸點施力後金凸點俯視放大圖
[0022]圖6為花紋模具水平向晶圓上金凸點施力的過程剖面放大圖
[0023]圖7為花紋模具水平向晶圓上金凸點施力後金凸點剖面放大圖
[0024]圖8為花紋模具水平向晶圓上金凸點施力後剖面圖
[0025]圖9為金凸點形變後，晶圓與異方性導電膠膜熱壓焊後剖面圖
[0026]圖10為一種刻有特殊花紋的蝕刻模具
[0027]圖11為使用蝕刻模具在金凸點上塗光刻膠後俯視放大圖
[0028]圖12為金凸點蝕刻後俯視放大圖
[0029]圖13為蝕刻模具水平放置於晶圓上後金凸點剖面放大圖
[0030]圖14為在晶圓上塗光刻膠後金凸點剖面放大圖
[0031]圖15為金凸點蝕刻後剖面放大圖
[0032]圖16為晶圓上金凸點蝕刻後剖面圖
[0033]圖17為金凸點蝕刻後，晶圓與異方性導電膠膜熱壓焊後剖面圖具體
[0034]實施方式
[0035]下面將結合本發明中的附圖，對本發明中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0036]在本發明的第一實施方式中，提供了一種金凸點的製作方法。該方法包括以下步驟:
[0037]步驟1:整片晶圓正面(即功能區)貼覆減薄膠膜。
[0038]步驟2:晶圓減薄。
[0039]步驟3:除去晶圓正面月父膜。
[0040]步驟4:晶圓正面鋁墊(壓區)絲焊形成金球。
[0041]步驟5:將燒結的金球頂部的線削去，形成金凸點。
[0042]步驟6:機械粗磨磨平凸點表面。
[0043]步驟7:化學機械精磨平凸點表面。
[0044]步驟8:金凸點表面形成內凹陷圖形。
[0045]步驟9:金凸點與異方性導電膠膜熱壓焊。
[0046]在上述步驟1中，在晶圓1的正面(即功能區)貼覆減薄膠膜。將整片晶圓置於貼膜設備中，在晶圓1的正面，即晶片的功能區貼覆一層減薄膠膜，保護晶圓的正面的以下的工序中不受外力損壞。
[0047]在上述步驟2中，通過減薄設備，根據不同晶圓及不同產品尺寸對晶圓1進行減薄，達到所需厚度。
[0048]在上述步驟3中，除去晶圓1正面貼覆的減薄膠膜。
[0049]在上述步驟4中，運用絲焊技術，預先設置完成絲焊機的絲焊溫度及金球高度，與晶圓1各晶片的壓區(鋁墊)2—一對應，在壓區2表面上絲焊熔融形成金球。省去了繁瑣的濺射服1、厚膠光刻、電鍍、去膠等工序。不同於傳統的金凸點製作工作，絲焊熔融形成金球的方法工藝簡便，生產周期短。
[0050]在上述步驟5中，使用晶圓級打線0^11*6 13011(11118)設備削去絲焊熔融金球頂部的絲線，即形成金凸點3。
[0051]在上述步驟6中，由於金凸點3的製作工程中有一定的高度差異，所以需要使用機械粗磨設備對金凸點3進行拋光，使金凸點3表面初平。如圖1所示，根據所有金凸點3的最低高度設置機械粗磨的基準線，即圖中虛線。機械粗磨設備根據金凸點3最低的高度為標準高度，通過機械粗磨設備的磨輪，對其他金凸點3進行拋光。
[0052]在上述步驟7中，為了進一步縮小各金凸點的高度差，需要使用化學機械精磨拋光，在軟化金凸點3表面的同時使金凸點3表面更加平整，進一步提高晶圓1上金凸點3的共面性。如圖2所示，不同高度的金凸點3在機械粗磨和化學機械精磨後高度基本持平。
[0053]在上述步驟8中，製作一面有花紋另一面平整的板狀模具4，如圖3所示，模具4有花紋的一面凹凸不平。然後將晶圓1平置，保持模具4與晶圓1水平，將模具4有花紋的一面對應金凸點3，施加％?別的壓力與晶圓1壓合。如圖4所示，模板4完全覆蓋晶圓1，在向下施力的作用下模板4有圖形的一面與金凸點3接觸，模板4的圖形嵌入金凸點3。如圖3所示模具4有特殊花紋的一面接觸金凸點3的頂面，並嵌入金凸點3內部。如圖6所示，模具4與晶圓1在水平面上，模具4對應晶圓1上金凸點3的頂部。如圖5所示，壓合後金凸點3表面形成向內凹陷的花紋，表面凹凸。同時在施力的作用下金凸點3發生形變，頂面變大，至此各金凸點3的高度差可以忽略。如圖7所示，壓合後撤掉模具4，金凸點3的頂面已經形成有特殊花紋的凹凸圖案。如圖8所示，晶圓1上所有的金凸點3的頂面都已形成有特殊花紋的凹凸圖案，且高度一致。
[0054]在上述步驟9中，通過熱壓焊的工藝將金凸點3與異方性導電膠膜(八⑶膜)5熱壓，異方性導電膠膜5與晶圓1及金凸點3形成倒裝結構。如圖9所示，金凸點3嵌入一部分異方性導電膠膜5，異方性導電膠膜5與金凸點3特別是內凹陷花紋處緊密結合，晶圓1的壓區2上的金凸點3與異方性導電膠膜5擠壓後導通點性能，與異方性導電膠膜5中的導電粒子共同構成電路的連通。
[0055]在本發明的第二是實施例中，對第一實施例進行了改進。具體地，在該實施例中，對第一實施例中內凹陷圖形的製作方式進行了改進，在該實施方式中，包括以下步驟:
[0056]步驟8-1:製作有圖形的蝕刻模具。
[0057]步驟8-2:使用蝕刻的方式在金凸點頂部形成內凹陷圖案。
[0058]步驟9-1:蝕刻後的金凸點與異方性導電膠膜熱壓焊。
[0059]在上述步驟8-1中，製作一種有圖案的蝕刻模具6，如圖10所示，蝕刻模具6刻有特殊圖形，但本發明提供的方法並不限於本實施例中的圖形。
[0060]在上述步驟8-2中，將晶圓1平置，保持蝕刻模具6與晶圓1水平，將蝕刻模具6對應晶圓1上的金凸點3，並將蝕刻模具6覆蓋於晶圓1上，如圖13所示，蝕刻模具6刻有圖形的部分裸露在外。在蝕刻模具6上刷光刻膠7，蝕刻模具6的圖形部分即填充光刻膠7，如圖11所示，在金凸點3的頂部，蝕刻模具6的圖形部分都已填充光刻膠7。如圖14所示，從剖面更清晰地顯示蝕刻模具6的圖形部分都已填充光刻膠。再移開蝕刻模具6，金凸點3表面即形成塗著光刻膠7的特殊圖形。再使用化學蝕刻的方法對晶圓1上的金凸點3進行蝕刻，蝕刻後晶圓1上的金凸點3即形成內凹陷的特殊圖案。如圖12所示，蝕刻後金凸點3頂部未覆蓋光刻膠7的部位出現內凹陷圖形。如圖15所示，從剖面更清晰地顯示蝕刻後金凸點3頂部未覆蓋光刻膠7的部位出現內凹陷圖形。如圖16所示，蝕刻後晶圓1上所有金凸點3的頂部均布特殊圖形。
[0061]在上述步驟9-1中，蝕刻後表面形成內凹陷圖案的金凸點3，通過熱壓焊的工藝，與異方性導電膠膜(八⑶膜)5熱壓，異方性導電膠膜5與晶圓1及金凸點3形成倒裝結構。如圖17所示，金凸點3嵌入一部分異方性導電膠膜5，異方性導電膠膜5與金凸點3特別是內凹陷花紋處緊密結合，晶圓1的壓區2上的金凸點3與異方性導電膠膜5擠壓後導通點性能，與異方性導電膠膜5中的導電粒子共同構成電路的連通。
[0062]本發明能帶來以下有益效果:在各金凸點的高度差可以忽略的情況下，避免了金凸點由於高度過低或未能與異方性導電膠膜緊密結合導致的開路，以及金凸點高度過高，形變過大導致的短路問題。在簡化生產工藝，降低成本的同時達到了電鍍金凸點的工藝效果，金凸點高度均勻性高，提高了產品的良率，縮短了產品製作周期，降低了生產成本。
[0063]以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍。因此，本發明專利的保護範圍應以所附權利要求為準。
【權利要求】
1.一種金屬凸點的製作方法，包括以下步驟: 晶圓正面鋁墊壓區絲焊形成金屬球； 將所述金屬球頂部的線削去形成金屬凸點； 對所述金屬凸點表面進行機械粗磨磨平； 對所述金屬凸點表面進行化學機械精磨磨平； 在所述金屬凸點表面形成內凹陷圖形； 將所述金屬凸點與異方性導電膠膜熱壓焊。
2.如權利要求1所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，所述金屬為金。
3.如權利要求2所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在晶圓正面鋁墊壓區絲焊形成金屬球的步驟之前還包括以下步驟:在整片晶圓正面貼覆減薄膠膜；對晶圓進行減薄；除去晶圓正面膠膜。
4.如權利要求3所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在整片晶圓正面貼覆減薄膠膜的步驟中，將整片晶圓置於貼膜設備中，在晶圓(I)的正面，即晶片的功能區貼覆一層減薄膠膜。
5.如權利要求4所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在對晶圓進行減薄的步驟中，通過減薄設備，根據不同晶圓及不同產品尺寸對晶圓(I)進行減薄。
6.如權利要求1或2所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在晶圓正面鋁墊壓區絲焊形成金屬球的步驟中，運用絲焊技術，預先設置完成絲焊機的絲焊溫度及金球高度，與晶圓(I)各晶片的壓區(2) —一對應，在壓區(2)表面上絲焊熔融形成金球。
7.如權利要求1或2所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在將所述金屬球頂部的線削去形成金屬凸點的步驟中，使用晶圓級打線設備削去絲焊熔融金球頂部的絲線，即形成金屬凸點⑶。
8.如權利要求1或2所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在對所述金屬凸點表面進行機械粗磨磨平的步驟中，使用機械粗磨設備按照最低高度設置機械粗磨的基準線對金屬凸點(3)進行拋光，使金屬凸點(3)表面初平。
9.如權利要求1或2所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在對所述金屬凸點表面進行化學機械精磨磨平的步驟中，使用化學機械精磨拋光，在軟化金屬凸點(3)表面的同時使金屬凸點(3)表面更加平整，不同高度的金屬凸點(3)在機械粗磨和化學機械精磨後高度基本持平。
10.如權利要求1或2所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在所述金屬凸點表面形成內凹陷圖形的步驟中，製作一面有花紋另一面平整的板狀模具(4)，模具(4)有花紋的一面凹凸不平；將晶圓(I)平置，保持模具(4)與晶圓(I)水平，將模具(4)有花紋的一面對應金屬凸點(3),施加3N?5N的壓力與晶圓(I)壓合,壓合後金屬凸點(3)表面形成向內凹陷的花紋，表面凹凸。
11.如權利要求1或2所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在將所述金屬凸點與異方性導電膠膜熱壓焊的步驟中，通過熱壓焊的工藝將金屬凸點(3)與異方性導電膠膜(5)熱壓，異方性導電膠膜(5)與晶圓⑴及金屬凸點(3)形成倒裝結構。
12.如權利要求1或2所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在所述金屬凸點表面形成內凹陷圖形的步驟中，進一步包括以下步驟:製作有圖形的蝕刻模具；使用蝕刻的方式在金屬凸點頂部形成內凹陷圖案；蝕刻後的金屬凸點與異方性導電膠膜熱壓焊。
13.如權利要求12所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在製作有圖形的蝕刻模具的步驟中，製作一種有圖案的蝕刻模具￠)，蝕刻模具6刻有圖形。
14.如權利要求13所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在使用蝕刻的方式在金屬凸點頂部形成內凹陷圖案的步驟中，將晶圓(I)平置，保持蝕刻模具(6)與晶圓(I)水平，將蝕刻模具(6)對應晶圓(I)上的金屬凸點(3)，並將蝕刻模具(6)覆蓋於晶圓(I)上，蝕亥IJ模具(6)刻有圖形的部分裸露在外；在蝕刻模具(6)上刷光刻膠(7)，蝕刻模具(6)的圖形部分即填充光刻膠(7)，進行蝕刻。
15.如權利要求14所述的金屬凸點製作方法，其特徵在於，在蝕刻後的金屬凸點與異方性導電膠膜熱壓焊的步驟中，蝕刻後表面形成內凹陷圖案的金屬凸點(3)，通過熱壓焊的工藝，與異方性導電膠膜(5)熱壓，異方性導電膠膜(5)與晶圓(I)及金屬凸點(3)形成倒裝結構。
【文檔編號】H01L21/60GK104465424SQ201410763509
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月12日 優先權日:2014年12月12日
【發明者】丁萬春 申請人:南通富士通微電子股份有限公司