CN105006436A - 提高微凸点制备良率的装置及微凸点的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高微凸点制备良率的装置及微凸点的制备工艺，其特征是：包括工作箱体，工作箱体一侧设置上盖，在上盖的内侧设有多个红外加热灯管；在所述工作箱体内设置多个用于放置晶圆的柔性托架，在晶圆的一侧安装钎料填充头，钎料填充头上设有喷嘴。所述制备工艺，包括以下步骤：在晶圆上电镀Ti/Cu种子层，在Ti/Cu种子层上涂光刻胶，在光刻胶表面制备阻焊层，在光刻胶上制作开口；在开口中电镀铜；钎料合金由喷嘴向开口处进行填充；采用氮气将晶圆表面多余的钎料合金喷除；将光刻胶剥离，暴露光刻胶下方的Ti/Cu种子层；回流形成凸点；刻蚀掉暴露于表面的Ti/Cu种子层。本发明能够保持焊料融化状况，精确控制焊料注入；并有效防止晶圆碎片，提高良率。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高微凸点制备良率的装置及微凸点的制备工艺，属于半导体技术领域。
背景技术
Flip-chip（倒装芯片）技术具有很多优势，主要包括以下几点：具有优良的电性能和热性能；能够克服打线焊盘节距的限制；具有比打线更短的互连长度，可以减小延时，提供更好的电学特能；为高速或高频设计提供更优的信号完整性；适用于批量生产。随着Flip-chip技术的发展和倒装芯片I/O数目的急剧增加，对高密度微凸点技术的要求也越来越高。
IBM近年来一直在关注和研发应用印刷填充焊料成型的方法制备微凸点，被称为IMS（Injection Molded Solder）方法。该技术主要是利用钎料填充头将钎料填充到晶圆表面涂覆的光刻胶中，然后冷却成型，在剥离光刻胶回流后形成微凸点。
该方法与业界主流的电镀微凸点制备方法相比最大的优势是成本低，避开电镀钎料的工艺；同时，该工艺可完成不同钎料成分的凸点制备，适合不同的产品应用，而电镀技术仅仅适用于纯Sn或二元合金的微凸点制备。该工艺尚处于研发阶段，并未形成量产或有相关的设备问世。
该工艺和方法存在的问题如下：首先，IBM在钎料填充头的设计上存在弊端，对钎料采取气体加热和冷却的方式，以此控制工艺开始和停止的时间。但是气体加热和冷却焊料需要的时间较长，无法精确的控制焊料注入和停止的时间，极大的降低了产量，不利于产业化应用；其次，IBM在填充钎料工艺后设计了一个刮刀进行多余钎料的去除，该方法并不能有效的去除表面多余的钎料，影响微凸点质量；最后，该填充过程中易造成晶圆碎片的可能。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种提高微凸点制备良率的装置，提供快速的加热方法，保持焊料融化状况，精确控制焊料注入；并且可有效防止晶圆碎片的危险，提高良率。
本发明还提供一种微凸点的制备工艺，提高制备良率，提升产量，有利于产业化应用。
按照本发明提供的技术方案，所述提高微凸点制备良率的装置，其特征是：包括工作箱体，工作箱体内部为微凸点制备腔体，工作箱体一侧设置可闭合的上盖，在上盖的内侧设有多个红外加热灯管，上盖闭合后将微凸点制备腔体形成封闭空间；在所述工作箱体内设置多个用于放置晶圆的柔性托架，在晶圆的一侧安装钎料填充头，钎料填充头上设有喷嘴，钎料填充头与工作箱体外侧的进料嘴连接。
进一步的，所述柔性托架包括安装在工作箱体底部安装孔中的支撑杆，支撑杆的上部设置托架，托架与工作箱体之间设置弹簧，托架的上表面为晶圆的支撑面。
进一步的，在所述工作箱体底部安装孔的边缘设置凸起的围挡部，在托架的边缘朝下方设置限位围边，限位围边围绕在围挡部的外圈。
所述微凸点的制备工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）在晶圆上表面电镀Ti/Cu种子层；
（2）在Ti/Cu种子层上涂覆光刻胶；
（3）在光刻胶表面制备阻焊层；
（4）在光刻胶上制作开口，开口由阻焊层延伸至Ti/Cu种子层的上表面；
（5）在光刻胶的开口中电镀铜，得到铜柱，铜柱的高度小于开口的深度；
（6）在铜柱的上方填充钎料合金得到钎料合金层，钎料合金层的上表面与阻焊层平齐；填充钎料合金时，将加热后融化状况的钎料合金由填充头的进料口进入，再通过填充头的喷嘴向开口处进行填充；同时用红外灯对晶圆进行加热，保持钎料合金处于融化状态；
（7）填充钎料合金后，采用氮气将晶圆表面多余的钎料合金喷除；
（8）将步骤（7）处理后的晶圆上表面的光刻胶剥离，使光刻胶下方的Ti/Cu种子层暴露于表面；
（9）回流操作使钎料合金形成凸点；
（10）刻蚀掉步骤（8）处理后暴露于表面的Ti/Cu种子层。
所述Ti/Cu种子层的厚度为100～300nm。
所述阻焊层的厚度为5～20μm。
本发明具有以下优点：（1）本发明应用红外加热灯对晶圆进行加热，提供快速的加热方法，保持焊料融化状态；（2）本发明通过控制喷嘴狭缝宽度、焊料黏度及压力差可以精确控制焊料注入的速度，可以精确控制焊料注入；（3）在光刻胶或干膜工艺结束后，在其表面制备一层阻焊层，然后填充钎料后应用气体将晶圆表面多余的钎料驱散，可实现多余钎料的彻底清除，提高微凸点质量；（4）本发明在晶圆的支撑台上制备柔性托架，有效的防止晶圆碎片的危险，提高了良率。
附图说明
图1为在晶圆上电镀Ti/Cu种子层的示意图。
图2为在Ti/Cu种子层上涂覆光刻胶的示意图。
图3为在光刻胶上制备阻焊层的示意图。
图4为在光刻胶上制作开口的示意图。
图5为在开口中电镀铜柱的示意图。
图6为在铜柱上方填充钎料合金层的示意图。
图7为剥离光刻胶的示意图。
图8为回流形成凸点的示意图。
图9为刻蚀多余Ti/Cu种子层的示意图。
图10为本发明所述提高微凸点制备良率的装置示意图。
图11为所述柔性托架的结构示意图。
图中序号：晶圆1、Ti/Cu种子层2、光刻胶3、阻焊层4、开口5、铜柱6、钎料合金层7、凸点8、工作箱体100、上盖102、柔性托架103、钎料填充头105、进料嘴106、红外加热灯管107、安装孔108、支撑杆109、托架110、弹簧111、围挡部112、限位围边113。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图10所示，本发明所述提高微凸点制备良率的装置，包括工作箱体100，工作箱体100内部为微凸点制备腔体，工作箱体100一侧设置可闭合的上盖102，上盖102闭合后可将微凸点制备腔体形成封闭空间；在所述工作箱体100内设置多个用于放置晶圆1的柔性托架103，在晶圆1的一侧安装钎料填充头105，钎料填充头105上设有喷嘴，钎料填充头105与工作箱体100外侧的进料嘴106连接，进料嘴106用于向钎料填充头105输送加热后呈融化状况的钎料合金；在所述上盖102的内侧设有多个红外加热灯管107，红外加热灯管107可以提供快速的加热方法，保持钎料合金处于融化状况。
如图11所示，所述柔性托架103包括安装在工作箱体100底部安装孔108中的支撑杆109，支撑杆109的上部设置托架110，托架110与工作箱体100之间设置弹簧111，托架110的上表面用于支撑晶圆1，通过弹簧111的弹性支撑，可以有效的防止晶圆碎片的危险，提高了良率。另外，在所述工作箱体100底部安装孔108的边缘设置凸起的围挡部112，在托架110的边缘朝下方设置限位围边113，限位围边113围绕在围挡部112的外圈，可以起到一定的限位作用。
实施例：一种微凸点的制备工艺，包括以下工艺步骤：
（1）如图1所示，在晶圆1上表面电镀Ti/Cu种子层2，Ti/Cu种子层2的厚度为100～300nm；
（2）如图2所示，在Ti/Cu种子层2上涂覆光刻胶3；所述光刻胶3的厚度依据所制备的铜柱凸点的高度而定，一般为30～100μm；
（3）如图3所示，在光刻胶3表面制备阻焊层4，阻焊层4可采用丝网印刷、喷涂或涂覆等方式制备，阻焊层4的厚度为5～20μm；
（4）如图4所示，在光刻胶3上制作开口5，开口5由阻焊层4延伸至Ti/Cu种子层2的上表面；
（5）如图5所示，在光刻胶3的开口5中电镀铜，得到铜柱6；铜柱6的高度根据需要设定，一般为10～80μm；
（6）如图6所示，在铜柱6的上方填充钎料合金得到钎料合金层7，钎料合金层7的上表面与阻焊层4平齐；填充钎料合金时，采用如图10所示提高微凸点制备良率的装置进行操作，加热后融化状况的钎料合金由填充头的进料口进入，再通过填充头的喷嘴向开口5处进行填充，通过控制喷嘴宽度、融化状况钎料合金黏度及压力差精确控制钎料合金注入的速度；同时用红外灯对晶圆进行加热，保持钎料合金处于融化状态；
（7）填充钎料合金后，采用氮气将晶圆表面多余的钎料合金喷除；
（8）如图7所示，将步骤（7）处理后的晶圆上表面的光刻胶3剥离，使光刻胶3下方的Ti/Cu种子层2暴露于表面；
（9）如图8所示，回流操作使钎料合金形成凸点8；
（10）如图9所示，采用化学刻蚀法刻蚀掉步骤（8）处理后暴露于表面的Ti/Cu种子层2。
本发明针对IBM气体加热的方法，应用红外加热灯对晶圆进行加热，提供快速的加热方法，保持焊料融化状态。控制焊料喷嘴和腔体之间的压力差来控制焊料注入；同时，通过控制喷嘴狭缝宽度、焊料黏度及压力差可以精确控制焊料注入的速度。在光刻胶或干膜工艺结束后，在其表面制备一层阻焊层，然后填充钎料后应用气体将晶圆表面多余的钎料驱散。本发明可实现多余钎料的彻底清除，提高微凸点质量；另外，在晶圆的支撑台上制备柔性托架，有效的防止晶圆碎片的危险，提高了良率。
Claims (6)
1.一种提高微凸点制备良率的装置，其特征是：包括工作箱体（100），工作箱体（100）内部为微凸点制备腔体，工作箱体（100）一侧设置可闭合的上盖（102），在上盖（102）的内侧设有多个红外加热灯管（107），上盖（102）闭合后将微凸点制备腔体形成封闭空间；在所述工作箱体（100）内设置多个用于放置晶圆（1）的柔性托架（103），在晶圆（1）的一侧安装钎料填充头（105），钎料填充头（105）上设有喷嘴，钎料填充头（105）与工作箱体（100）外侧的进料嘴（106）连接。
2.如权利要求1所述的提高微凸点制备良率的装置，其特征是：所述柔性托架（103）包括安装在工作箱体（100）底部安装孔（108）中的支撑杆（109），支撑杆（109）的上部设置托架（110），托架（110）与工作箱体（100）之间设置弹簧（111），托架（110）的上表面为晶圆（1）的支撑面。
3.如权利要求2所述的提高微凸点制备良率的装置，其特征是：在所述工作箱体（100）底部安装孔（108）的边缘设置凸起的围挡部（112），在托架（110）的边缘朝下方设置限位围边（113），限位围边（113）围绕在围挡部（112）的外圈。
4.一种微凸点的制备工艺，其特征是，包括以下工艺步骤：
（1）在晶圆（1）上表面电镀Ti/Cu种子层（2）；
（2）在Ti/Cu种子层（2）上涂覆光刻胶（3）；
（3）在光刻胶（3）表面制备阻焊层（4）；
（4）在光刻胶（3）上制作开口（5），开口（5）由阻焊层（4）延伸至Ti/Cu种子层（2）的上表面；
（5）在光刻胶（3）的开口（5）中电镀铜，得到铜柱（6），铜柱（6）的高度小于开口（5）的深度；
（6）在铜柱（6）的上方填充钎料合金得到钎料合金层（7），钎料合金层（7）的上表面与阻焊层（4）平齐；填充钎料合金时，将加热后融化状况的钎料合金由填充头的进料口进入，再通过填充头的喷嘴向开口（5）处进行填充；同时用红外灯对晶圆进行加热，保持钎料合金处于融化状态；
（7）填充钎料合金后，采用氮气将晶圆表面多余的钎料合金喷除；
（8）将步骤（7）处理后的晶圆上表面的光刻胶（3）剥离，使光刻胶（3）下方的Ti/Cu种子层（2）暴露于表面；
（9）回流操作使钎料合金形成凸点（8）；
（10）刻蚀掉步骤（8）处理后暴露于表面的Ti/Cu种子层（2）。
5.如权利要求4所述的微凸点的制备工艺，其特征是：所述Ti/Cu种子层（2）的厚度为100～300nm。
6.如权利要求4所述的微凸点的制备工艺，其特征是：所述阻焊层（4）的厚度为5～20μm。
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