倒裝技術(shù)技術(shù)細(xì)節(jié)

在半導(dǎo)體芯片倒裝連接的過程中，有許多前后處理的工序，以下詳細(xì)介紹倒裝工藝的相關(guān)細(xì)節(jié)：

步：凸點(diǎn)下金屬化（UBM，under bump metallization）

倒裝連接步需在芯片表面制作凸點(diǎn)技術(shù)，倒裝連接的本質(zhì)是芯片上的凸點(diǎn)與基板上的凸點(diǎn)(凹槽)連接，半導(dǎo)體表面的金屬化有以下幾種方式：

(a)濺射:用濺射的方法一層一層地在硅片上沉積薄膜，然后通過照相平版技術(shù)形成UBM圖樣，然后刻蝕掉不是圖樣的部分。

(b)蒸鍍:利用掩模，通過蒸鍍的方法在硅片上一層一層地沉積。這種選擇性的沉積用的掩?？捎糜趯?duì)應(yīng)的凸點(diǎn)的形成之中。

(c)化學(xué)鍍:采用化學(xué)鍍的方法在Al焊盤上選擇性地鍍Ni。常常用鋅酸鹽工藝對(duì)Al表面進(jìn)行處理。無需真空及圖樣刻蝕設(shè)備，低成本。下圖是半導(dǎo)體芯片進(jìn)行凸點(diǎn)金屬化(UBM)的流程：

由于鋁焊盤表面有一層氧化物，鍍層金屬無法粘附在氧化的表面上，因此要對(duì)鋁表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚硪郧宄趸飳印?/span>

一般的方法是在鋁焊盤上采用鋅酸鹽處理(zincation)，該技術(shù)是在鋁的表面沉積一層鋅，防止鋁發(fā)生氧化，鍍鋅工藝的一個(gè)缺點(diǎn)是鋁也會(huì)被鍍液腐蝕掉，因此需要采用二次鍍鋅工藝，在進(jìn)行鍍鋅工藝中，有0.3-0.4mm厚的鋁將被腐蝕掉。在鍍鋅過程中，鋅沉積在鋁表面，而同時(shí)鋁及氧化鋁層則被腐蝕掉。鋅保護(hù)鋁不再發(fā)生氧化，鋅層的厚度很薄。

在進(jìn)行鍍鋅工藝后，進(jìn)一步采用化學(xué)鍍鎳用作UBM的沉積，金屬鎳起到連接/擴(kuò)散阻擋的作用。鎳的擴(kuò)散率非常小，與焊料也幾乎不發(fā)生反應(yīng)，它僅與錫有緩慢的反應(yīng)，因此非常適合作為共晶焊料的UBM金屬?；瘜W(xué)鍍鎳既可以用于UBM金屬的沉積，也可以用來形成凸點(diǎn)。在部分倒裝凸點(diǎn)的表面會(huì)進(jìn)一步鍍金，由于金導(dǎo)電性能好，且不易氧化，可增加倒裝連接的可靠性。

第二步: 回流形成凸點(diǎn)

焊料凸點(diǎn)方法有蒸鍍焊料凸點(diǎn)、電鍍焊料凸點(diǎn)、印刷焊料凸點(diǎn)、釘頭焊料凸點(diǎn)、放球凸點(diǎn)、焊料轉(zhuǎn)移凸點(diǎn)等不同工藝，其中電鍍焊料及印刷焊料工藝使用較廣泛。

在半導(dǎo)體表面凸點(diǎn)金屬化后，通過回流爐將金屬化部分形成倒裝球。

回流形成凸點(diǎn)的大致過程如下圖所示：

其中電鍍焊料凸點(diǎn)的具體形成過程如下圖：

凸點(diǎn)常用的材料是Pb/Sn合金，因?yàn)槠浠亓骱柑匦院?，適合工業(yè)化生產(chǎn)。

除了常見的Pb/Sn合金，凸點(diǎn)也有Au/Ni合金等凸點(diǎn)材料，為了保證可靠的互連，UBM必須與用于凸點(diǎn)的焊料合金相容。適合高鉛的UBM不一定適合高錫焊料。例如Cu潤(rùn)濕層合適于含錫3-5%的高鉛焊料，但是不適合于高錫焊料，因?yàn)镃u與Sn反應(yīng)迅速而生成Sn-Cu金屬間化合物。如果Cu被消耗完畢，焊料將與焊區(qū)不潤(rùn)濕。

下圖是不同的凸點(diǎn)材質(zhì)件的倒裝連接：

芯片表面形成的凸點(diǎn)在掃描電鏡下觀察到的外觀如下圖所示：

下圖中的左圖是回流（高溫）前的凸點(diǎn)狀態(tài)，右圖是經(jīng)高溫后的凸點(diǎn)狀態(tài)，經(jīng)高溫后凸點(diǎn)融化成球形。

化學(xué)鍍UBM和絲網(wǎng)印刷工藝(Electroless UBM and Stencil Printing)是工業(yè)應(yīng)用中低成本倒裝焊凸點(diǎn)制備方法。

以下是絲網(wǎng)印刷凸點(diǎn)制作流程（Stencil Printing Process Flow）及完成后的凸點(diǎn)形貌：