蝕刻底層凸塊金屬化層及產生的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本案發明涉及金屬凸塊的制造，特別是相關于減少由蝕刻凸塊下金屬(UBM)層所導致的金屬凸塊的底切。本案發明尤其是可應用到20納米(nm)技術節點以及以外。
【背景技術】
[0002]可用干或濕蝕刻凸塊下金屬層(UBM)層以防止短路。因為不需要額外清理蝕刻殘余物，濕蝕刻可能優于干蝕刻。濕蝕刻的花費也少于干蝕刻。然而，蘑菇狀電鍍金屬凸塊下方的濕蝕刻將引起底切。
[0003]更特定而言，例如在焊錫膏制程的該金屬層由光阻劑所遮罩，或例如在電鍍焊錫制程的由金屬凸塊所遮罩的兩個之一，UBM濕蝕刻移除曝露的金屬層。有兩個問題涉及成功的UBM蝕刻，為從曝露的部分完整移除金屬層，及控制由從該金屬凸塊下方不期望地移除該UBM層所引起的底切。
[0004]現今所使用的濕蝕刻溶液包括硫酸(H2S04)、過氧化氫(H2O2)及水，并接著稀釋的氫氟酸(HF)，以上造成2.5至3微米的該金屬凸塊底切。像這樣大數量的底切減低了該金屬凸塊的穩定性。更進一步而言，該現今的濕蝕刻溶液也攻擊了該金屬凸塊層，像是鎳或是鋁層。
[0005]因此，存在一種對于濕蝕刻UBM層且產生較小金屬凸塊的底切的方法及所導致的裝置的需要。

【發明內容】

[0006]本發明的一種方面(aspect)為濕蝕刻UBM層且產生小于1.5微米的金屬凸塊底切的方法。
[0007]本發明的另一種方面為具有小于1.5微米的金屬凸塊底切的裝置。
[0008]本發明的額外方面及其他特征將在以下描述所揭示，以及于審閱下文后在某種程度上對于具有本領域技術的人士將是顯而易見的，或可從本發明的實行學習。本發明的優點可在所附權利要求書中特別地指出后而了解及獲得。
[0009]根據本發明，有些技術功效可在某種程度上達成，通過一種方法，包括:在具有至少兩金屬層的晶圓上圖案成形金屬凸塊；曝露該晶圓至第一酸溶液，以移除由圖案成形該金屬凸塊所曝露出的該兩金屬層中的一部分第一層；以及曝露該晶圓至第二酸溶液，以移除由圖案成形該金屬凸塊與曝露該晶圓至該第一酸溶液所曝露出的該兩金屬層中的一部分第二層，其中，由移除該部分的該第一金屬層及第二金屬層所形成的在該金屬凸塊下面的底切是少于1.5微米。
[0010]本發明的一種方面包括該第一酸溶液包括磷酸(H3PO4)、過氧化氫(H2O2)及水。另一種方面包括該第一酸溶液包括體積百分比為0.07%至0.36%的H3PO4、體積百分比為0.1%至0.7%的H2O2及剩余體積的水。一種進一步的方面包括在30°C至40°C下曝露該晶圓至該第一酸溶液，并持續30至60秒。一種額外的方面包括該第二酸溶液包括稀釋的氫氟酸(HF)，HF在有機溶液，或是氨、H2O2、氟及水的混合物(APFM)中。還有另一種方面包括該第二酸溶液包括體積百分比為0.1%至0.49%的HF及剩余體積的水。尚有另一種方面包括在20°C至25°C下曝露該晶圓至該第二酸溶液，并持續20至40秒。一種額外方面包括在曝露至該第二酸溶液之后，在20°C至25°C下以去離子水清洗該晶圓，并持續60至120秒。另一種方面包括由移除在該金屬凸塊下方的該部分的金屬層所形成的底切為I微米。進一步的方面包括該第一金屬層及第二金屬層分別包括具有200至400納米(nm)厚度的銅(Cu)層及具有100至200nm厚度的鈦(Ti)層，且在曝露至該第一酸溶液及該第二酸溶液后，該部分的Cu層和Ti層被徹底地移除。尚有另一方面包括該金屬凸塊包括第一 Cu層，且該金屬層包括第二 Cu層，并且該第一酸溶液對該第一銅層上方的該第二銅層為選擇性。進一步的方面包括通過Cu的電化學沉積(ECD)形成該第一 Cu層；以及通過銅的物理氣相沉積(PVD)形成該第二銅層。
[0011]本案發明的另一方面為一種裝置，包括:襯底；金屬座體(seat)層，在該襯底上；以及金屬凸塊，在該金屬座體層上，其中該金屬座體層是由濕蝕刻UBM層所形成，且該金屬凸塊下方的該金屬座體層的底切是小于1.5微米。
[0012]方面包括該金屬座體層包括在Ti層上的Cu層。進一步的方面包括該Cu層具有200到400nm的厚度。另一種方面包括該Ti層具有100到200nm的厚度。進一步的方面包括該金屬凸塊下方的該金屬座體層的底切為I微米。
[0013]本案發明的另一種方面包括一種方法，包括:在晶圓上的凸塊下金屬層上圖案成形金屬凸塊；以一種包括體積百分比為0.07%至0.36%的磷酸(H3P04)、體積百分比為0.1%至0.7%的H202及剩余體積的水的溶液執行在該晶圓上的該凸塊下金屬層的第一濕蝕刻；在20°C至25°C下以去離子水沖洗該晶圓，并持續60至120秒；以一種包括體積百分比為0.1%至0.49%的氫氟酸(HF)及剩余體積的水的溶液執行該UBM層的第二濕蝕刻；以及在20°C至25°C下以去離子水沖洗該晶圓，并持續60至120秒，其中，由移除該金屬凸塊所曝露出的該UBM層所形成的在該金屬凸塊下的該UBM層的底切為I微米。
[0014]進一步的方面包括該UBM層包括具有200至400納米厚度的Cu層以及具有100至200nm厚度的Ti層，且在該第一濕蝕刻及該第二濕蝕刻之后，由該金屬凸塊所曝露處的該銅層與該鈦層是受徹底移除。
[0015]本發明的額外的方面及技術功效將從下文的細節描述而對于本領域的技術人士而言為更容易地變為顯而易知，其中，本發明的實施例將簡單地由所思及的最佳模式的圖示說明的方式來描述，以帶出本發明。將要明白的是，本發明能有其他及不同的實施例，且其數個細節能在各種明顯的方面進行修飾，并皆不悖離本發明。因此，圖式及描述是視作本質說明，且不做為限制。
【附圖說明】
[0016]本發明是由范例的方式說明，且并不用以限制，在所附圖式的圖中及在其中類似的參照數字代表類似的組件，且其中；
[0017]圖1至6示意說明一種用于濕蝕刻UBM層以產生小于1.5微米的底切的方法，其中圖6說明根據一范例實施例的圖5的細節部分。
[0018]符號說明
[0019]101晶圓
[0020]103、105 金屬層
[0021]107底部部分
[0022]109頂部部分
[0023]111金屬凸塊
[0024]201酸溶液
[0025]301蝕刻金屬層
[0026]303去離子水
[0027]401酸溶液
[0028]501蝕刻金屬層
[0029]503去離子水
[0030]505圈出部分
[0031]601底切。
【具體實施方式】
[0032]在以下的描述，為了說明的目的，敘述了數個特定細節以提供對范例實施例的徹底理解。然而，應顯而易見的是，在不具有這些特定細節或是具有同等配置的情況下可以實行那些范例實施例。在其他的例子，為了避免不必要地模糊了范例實施例，廣為人知的結構及裝置是以方塊圖的形式顯示。另外，除非另有指出，所有數字表示的數量、比率和數字化的使用在說明書和權利要求書中成分的性質和反應條件等等是理解成以術語“大約”而在所有例子中用于修飾。
[0033]本案發明處理(addresses)以及解決了伴隨濕蝕刻UBM層而來的金屬凸塊底切的當前問題。根據本發明的實施例，使用了酸溶液以產生小于1.5微米的該金屬凸塊下方底切。
[0034]根據本發明的實施例的方法，包括圖案成形晶圓的金屬凸塊，該晶圓上具有至少兩金屬層，例如UBM層。隨后該晶圓曝露至第一酸溶液以移除由圖案成形該金屬凸塊所曝露出的該兩金屬層中的部分第一層。隨后該晶圓曝露至第二酸溶液，以移除由圖案成形金屬凸塊及曝露該晶圓至該第一酸溶液所曝露出的該兩金屬層中的部分第二層。作為結果，由移除該第一金屬層及第二金屬層的部分所形成的該金屬凸塊下方的底切是小于1.5微米。
[0035]請注意到圖1，根據一范例實施例，一種用于濕蝕刻UBM層的方法是以晶圓101開始。盡管圖示說明為單一層，該晶圓101可包括其他層(為了方便說明而未顯示)，例如聚酰亞胺(polyimide)層。該晶圓101可更包括金屬層103及金屬層105。該金屬層103可由鈦(Ti)所形成，舉例來說，以90至IlOnm的厚度，例如是lOOnm，而該金屬層105可由銅(Cu)所形成，舉例來說，以270至330nm的厚度，例如是300nm。合起來，金屬層103以及金屬層105可構成UBM層。
[0036]在金屬層105上方的是金屬凸塊111。金屬凸塊111可以高度63至77微米形成，例如是70微米，并且以寬度50至70微米形成，例如是60微米。該金屬凸塊111包括底部部分107以及頂部部分109。該底部部分107可由鎳(Ni)以2.7至3.3微米的厚度形成，例如是3微米。該頂部部分109可由錫和銀(SnAg)形成，舉例來說，以98:2的Sn和Ag的比率。可選擇的，金屬凸塊111可由具有在該Cu上方(為了說明方便而不顯示)的薄部分的SnAg的Cu所形成。