專利名稱：凸點(diǎn)下金屬膜及其形成方法、及聲表面波器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及利用蒸鍍剝離技術(shù)而制成的具有良好的粘附性以及可 靠性的凸點(diǎn)下金屬膜(以下稱為金屬膜)及其形成方法、以及聲表面 波器件。
背景技術(shù)：
近年來，半導(dǎo)體器件及聲表面波器件廣泛用于各種移動(dòng)通信終端 設(shè)備等的電子設(shè)備中，隨著設(shè)備的小型化，強(qiáng)烈要求進(jìn)一步的小型化、 低高度。因此，為了減小安裝面積及高度，多使用倒裝芯片安裝方式，所 述方式將元件以面朝下的方式連接于形成有焊料等凸點(diǎn)的安裝襯底或 者封裝件上。半導(dǎo)體器件及聲表面波器件的電極配線多由鋁或鋁合金制成。但 是，鋁或鋁合金與焊料之間的浸潤性不佳，而且無法牢固地粘附焊料 焊錫，因此，為了與焊料凸點(diǎn)連接，有必要形成金屬膜。近年來，以環(huán)境問題作為背景，越來越多使用由無鉛焊料制成的 凸點(diǎn)。當(dāng)使用SnAgCu系的無鉛焊料時(shí)，與現(xiàn)有的PbSn (鉛錫)共晶 焊料相比，其回流時(shí)的溫度變高，而且，易于擴(kuò)散的Sn的含量較高， 因此，必須解決金屬膜與Sn大面積擴(kuò)散的問題。作為一般的金屬膜的形成方法，眾所周知有鍍敷法、蒸鍍剝離法 等。就鍍敷法而言，因要求用作掩模的抗蝕劑具有較高的耐化學(xué)藥品 性，因此，在鍍敷后不剝離而使其留在襯底上也無大礙的情況下多用
鍍敷法。但是，尤其對聲表面波器件而言，用于阻礙梳狀電極的振動(dòng) 的抗蝕劑不可以留在襯底上，因此不適合使用鍍敷法。而且，使用鍍 敷法的情況下，存在圖案的精細(xì)化的對應(yīng)方法和廢液等的問題。因此，就聲表面波器件而言，適合利用蒸鍍剝離法形成金屬膜。如上所述，為了使用SnAgCu系焊料，要求金屬膜具有更高的耐擴(kuò)散性， 所以，需要形成較厚的用于防止Sn擴(kuò)散的阻擋層。眾所周知，作為防 止Sn擴(kuò)散的功能較強(qiáng)的金屬材料有鎳。但是，當(dāng)要形成較厚的拉伸應(yīng)力較大的鎳時(shí)，在蒸鍍金屬膜時(shí)抗 蝕劑容易產(chǎn)生裂化或剝落。而且，有如下課題由于通常應(yīng)力集中在 金屬膜的粘附層界面上，因此由外部施加的少許負(fù)荷，導(dǎo)致金屬膜容 易剝落。對此，還提出了以下方案通過使用耐應(yīng)力性較高的特殊抗蝕劑 材料，且利用能夠抵抗鎳的應(yīng)力的抗蝕劑圖案，以形成厚度為500 5000nm的鎳而作為耐擴(kuò)散阻擋層。對于抗蝕劑而言，認(rèn)為通過提高抗 蝕劑的耐應(yīng)力性，可抑制其破壞，并能對應(yīng)較厚的鎳膜。但是有如下 課題由于形成于襯底上的金屬膜具有內(nèi)在的臨時(shí)應(yīng)力、以及殘余應(yīng) 力，由此引起的外部施加的負(fù)荷導(dǎo)致金屬膜容易剝落。另外，作為本專利申請案的相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)信息，例如公開有 日本專利特開2003 — 318212號(hào)公報(bào)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是一種形成在襯底上的凸點(diǎn)下金屬膜，其中，金屬膜的結(jié) 構(gòu)至少由耐擴(kuò)散阻擋層、以及應(yīng)力緩沖層這兩層制成。耐擴(kuò)散阻擋層 是由鉑族金屬膜制成。應(yīng)力緩沖層位于耐擴(kuò)散阻擋層的下層，且以鋁 為主成分。 根據(jù)本發(fā)明，可以耐無鉛焊，且可以經(jīng)由蒸鍍剝離法形成殘余應(yīng) 力較小且較厚的耐擴(kuò)散阻擋層。而且，可精細(xì)化金屬膜，且可以簡化工序。


圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的聲表面波器件的剖面圖。 圖2A是表示該實(shí)施方式的凸點(diǎn)下金屬膜的形成方法的剖面圖。 圖2B是表示該實(shí)施方式的凸點(diǎn)下金屬膜的形成方法的剖面圖。 圖2C是表示該實(shí)施方式的凸點(diǎn)下金屬膜的形成方法的剖面圖。 圖2D是表示該實(shí)施方式的凸點(diǎn)下金屬膜的形成方法的剖面圖。 圖2E是表示該實(shí)施方式的凸點(diǎn)下金屬膜的形成方法的剖面圖。附圖標(biāo)記的說明11，21壓電襯底12梳狀電極13，23焊盤電極14，24粘附層15，25應(yīng)力緩沖層16，26耐擴(kuò)散阻擋層17，27焊料浸潤層19，29凸點(diǎn)下金屬膜具體實(shí)施方式
圖1是本發(fā)明的實(shí)施方式的聲表面波器件的剖面圖。作為襯底， 使用由鉭酸鋰制成的壓電襯底ll，在其上面設(shè)置有由摻雜了約1%銅的鋁制成，且其厚度約為200nm的梳狀電極12與焊盤電極(pad electrodes)13。在焊盤電極13上設(shè)置有由鈦制成且厚度約為100nm的 粘附層14。在粘附層14上設(shè)置有由鋁制成且厚度約為1000nm的應(yīng)力 緩沖層15。在應(yīng)力緩沖層15上設(shè)置有由鎳制成且厚度約為1000nm的 耐擴(kuò)散阻擋層16。在耐擴(kuò)散阻擋層16上設(shè)置有由金制成且厚度約為 100nm的焊料浸潤層17。如上所述，在本實(shí)施方式中，凸點(diǎn)下金屬膜 19是由粘附層14、應(yīng)力緩沖層15、耐擴(kuò)散阻擋層16、以及焊料浸潤 層17這四層制成。在拉伸應(yīng)力較大的耐擴(kuò)散阻擋層16鎳膜的下層，形成有具有壓縮 應(yīng)力的應(yīng)力緩沖層15的鋁膜，因此，鎳膜的拉伸應(yīng)力經(jīng)由鋁膜的壓縮 應(yīng)力相抵消。另外，當(dāng)應(yīng)力緩沖層15為可塑性較小的金屬層的情況下，應(yīng)力較 集于粘附界面上，從而容易從界面剝落。但是，當(dāng)應(yīng)力緩沖層15為可 塑性較大的鋁膜的情況下，對粘附界面的應(yīng)力集中降低。由此，通過 金屬膜19中具有鋁膜，可以防止形成于抗蝕劑上的金屬膜19的應(yīng)力 在、其與抗蝕劑的界面上集中。進(jìn)一步，在形成在壓電襯底11上的金屬膜19上，金屬膜19的應(yīng) 力集中在凸點(diǎn)焊盤電極與金屬膜19的界面上，但金屬膜19中具有鋁 膜而作為應(yīng)力緩沖層15，因此，可以降低對于界面的應(yīng)力集中程度， 從而可以防止因金屬膜19的內(nèi)部應(yīng)力而導(dǎo)致其剝落。根據(jù)本發(fā)明，即使是由SnAgCu制成的無鉛焊料，也可以得到具 有防擴(kuò)散效果的金屬膜19。作為耐擴(kuò)散阻擋層16的材質(zhì)，除了鎳之外， 還有鉑、鈀等鉑族金屬，可以由鉑、鈀來代替鎳。通過實(shí)驗(yàn)可確定，為了起到無鉛焊料的耐擴(kuò)散阻擋層16的功能而 使用鎳的情況下，需要最低800nm的厚度。當(dāng)薄于該厚度的情況下， 無鉛焊料與鎳會(huì)擴(kuò)散，焊料凸點(diǎn)的粘附強(qiáng)度會(huì)降低。另一方面，就耐 擴(kuò)散阻擋層16而言，鎳膜越厚越好，但形成拉伸應(yīng)力較大且較厚的鎳 膜的情況下，由于其內(nèi)部的應(yīng)力，使得應(yīng)力集中于抗蝕劑及凸點(diǎn)焊盤 電極界面上。其結(jié)果是，在工序中抗蝕劑剝落和聲表面波器件產(chǎn)品的 金屬膜19剝落的危險(xiǎn)性變高，從而優(yōu)選的是，耐擴(kuò)散阻擋層16的厚
度為800nm 2000nm。為了使得與拉伸應(yīng)力較大的鎳膜對應(yīng)的應(yīng)力緩沖層15而發(fā)揮作 用，優(yōu)選的是，鋁膜的厚度為鎳膜厚度的一半以上且1.5倍以下。當(dāng)厚 度薄于該厚度的情況下，鋁膜通過蒸鍍而形成時(shí)，由于較小粒徑的鋁固有的可塑性，其作為薄膜的特殊功能顯著，并且鋁膜變硬后易于應(yīng) 力集中于界面上。就應(yīng)力緩沖層15而言，鋁膜越厚越好。但是，使鋁 膜的厚度加大時(shí)鋁粒子的生長會(huì)顯著，形成鋁的表面的表面粗糙度變 大，對形成于其上的鎳膜的表面粗糙度也變大，錫的擴(kuò)散防止效果降 低。由此，優(yōu)選的是，應(yīng)力緩沖層15的厚度為耐擴(kuò)散阻擋層16厚度 的一半以上且1.5倍以下。另外，就應(yīng)力緩沖層15而言，優(yōu)選地使用由100%鋁制成的層， 但是根據(jù)工序，也可以摻雜少量其他的金屬。而且，本實(shí)施方式中，列舉了金屬膜19的結(jié)構(gòu)為由粘附層14、 應(yīng)力緩沖層15、耐擴(kuò)散阻擋層16、以及焊料浸潤層17這四層構(gòu)成的 示例，然而，本發(fā)明的主要構(gòu)成部分是，在耐擴(kuò)散阻擋層16的下層上 直接形成應(yīng)力緩沖層15，根據(jù)需要可省略粘附層14、焊料浸潤層17。 而且，耐擴(kuò)散阻擋層16也可以由多個(gè)層形成。如上所述，在設(shè)置于壓電襯底11上的焊盤電極13上，設(shè)置有凸 點(diǎn)下金屬膜19，經(jīng)由該金屬膜19，經(jīng)由焊料凸點(diǎn)，獲得對安裝襯底能 進(jìn)行倒裝芯片安裝的聲表面波器件。圖2A至圖2E是表示本發(fā)明的實(shí)施方式的凸點(diǎn)下金屬膜的形成方 法的剖面圖。首先，在圖2A中，壓電襯底21例如由水晶、LiTa03、 LiNb03、 1^28407等構(gòu)成。 接著，為了在壓電襯底21上形成梳狀電極(未圖示)以及焊盤電極23，雖然圖中未示，進(jìn)行如下的工序。即，在預(yù)先清洗的壓電襯底 21上的一面，利用濺鍍法形成厚度約為200nm、且由鋁銅合金形成的 電極膜。然后，在電極膜上涂覆光致抗蝕劑膜，且使用光刻技術(shù)將梳 狀電極以及焊盤電極的圖案轉(zhuǎn)印到抗蝕劑上，從而形成抗蝕劑圖案。 對多余的鋁銅電極膜，使用以氯氣為主成分的蝕刻氣體進(jìn)行蝕刻去除， 而對多余的光致抗蝕劑，使用氧等離子體進(jìn)行灰化去除，由此，在壓 電襯底上形成由鋁銅電極膜制成且為期望的梳狀電極和焊盤電極的圖 案。另外，為了形成這些梳狀電極以及焊盤電極23，可以使用具備有 抗蝕劑圖案化、成膜(蒸鍍或?yàn)R鍍)、剝離等各步驟的蒸鍍剝離工藝。接下來，如圖2B所示，在壓電襯底21上形成有剝離用抗蝕劑28 (以下稱為抗蝕劑28)。作為抗蝕劑28，使用圖像反轉(zhuǎn)型的正抗蝕劑 (以下稱為正抗蝕劑)。當(dāng)使用此正抗蝕劑時(shí)，開口部的抗蝕劑剖面 形狀成為適合于剝離的倒錐形。使用正抗蝕劑的情況下，利用旋轉(zhuǎn)涂布機(jī)涂布膜厚度約為5pm的 抗蝕劑，接著，在加熱至105'C的加熱板上進(jìn)行60秒鐘的烘烤處理。然后，將光掩模放置于涂布有抗蝕劑28的壓電襯底21上，且經(jīng) 由光掩模，經(jīng)由照射紫外線(高壓水銀燈的i射線)，使抗蝕劑28感 光。使用正抗蝕劑的情況下，使用具有負(fù)圖案的光掩模。被感光的正抗蝕劑中生成酸。曝光之后，在加熱至115'C的加熱板 上進(jìn)行60秒鐘的烘烤處理(反轉(zhuǎn)烘烤)。這種情況下，在抗蝕劑中生 成酸的部分，經(jīng)由酸進(jìn)行分解和交聯(lián)反應(yīng)，從而溶解于顯影液的速度 大幅降低。
之后，在經(jīng)反轉(zhuǎn)烘烤的壓電襯底21的整個(gè)表面上照射紫外線(高壓水銀燈的i射線)。此時(shí)，未進(jìn)行交聯(lián)反應(yīng)的部分的抗蝕劑28與通常的正抗蝕劑同樣經(jīng)受感光，溶解于顯影液的速度變快。接著，經(jīng)由TMAH (Tetra-Methyl-Ammonium-Hydrooxide，四甲基氫氧化銨)為主成分的顯影液，浸漬(攪拌(puddle)顯影)約120 秒鐘，由此形成剝離用抗蝕劑圖案28a(以下稱為圖案28a)。圖案28a， 具有多個(gè)開口部，所述開口部露出需要形成一定金屬膜的部分。當(dāng)使 用正抗蝕劑時(shí)，在最初進(jìn)行反轉(zhuǎn)烘烤前進(jìn)行圖案曝光時(shí)，抗蝕劑28表 面更強(qiáng)程度地被感光，在紫外線難以到達(dá)的抗蝕劑28的下側(cè)，也就是 壓電襯底21的界面?zhèn)龋泄獾某潭茸冃?。由此，?dāng)進(jìn)行反轉(zhuǎn)烘烤時(shí)， 由于抗蝕劑28表面更強(qiáng)程度地被感光，因此所生成的酸的濃度高。而 且，交聯(lián)反應(yīng)進(jìn)一步進(jìn)行，顯影速度降低的區(qū)域變大。另一方面，在 壓電襯底21的界面?zhèn)冗M(jìn)行反轉(zhuǎn)烘烤時(shí)，由于感光程度較小，因此所生 成的酸的濃度低，且交聯(lián)反應(yīng)變?nèi)?，顯影時(shí)顯影速度相對較快。如上所述，使用正抗蝕劑的情況下，如圖2C所示，容易獲得具有 適合剝離的倒錐形的抗蝕劑圖案28a。接著，對使用所述圖案28a而形成的凸點(diǎn)下金屬膜進(jìn)行說明。首先，形成有圖案28a的壓電襯底21被置入于真空蒸鍍裝置內(nèi)， 開始抽成真空。另外，這種情況下，不對襯底進(jìn)行加熱或最多將其加 熱至8(TC，以防止用于剝離的抗蝕劑因熱量而發(fā)生變形。接著，例如，達(dá)到5xlO—4Pa的真空時(shí)，這次導(dǎo)入以氮?dú)鉃橹鞒煞?的氣體，并調(diào)整至約1Pa的真空度，向真空蒸鍍裝置與壓電襯底之間 施加高電壓，并進(jìn)行約5分鐘的放電。通過所謂的離子轟擊法而生成 的等離子體或離子，由此而清洗蒸鍍面，從而可以提高蒸鍍膜的粘附 強(qiáng)度。接著，排出所導(dǎo)入的以氮?dú)鉃橹鞒煞值臍怏w，當(dāng)達(dá)到5x10-4Pa的 真空度時(shí)，則使用EB槍開始進(jìn)行蒸鍍。首先，作為粘附層24形成厚度約為100nm的鈦膜，所述鈦膜是 與壓電襯底21上的焊盤電極23的粘附性較佳的材料。接著，在相同 的真空中維持真空狀態(tài)的情況下，作為應(yīng)力緩沖層25而形成厚度約為 1000nm的鋁膜。接著，在相同的真空中維持真空狀態(tài)的情況下，作為 耐擴(kuò)散阻擋層26而形成厚度約為1000nm的鎳膜。接著，在相同的真 空中維持真空狀態(tài)的情況下，作為焊料浸潤層27而形成厚度約為 100nm的金膜。通常情況下，將鋁蒸鍍膜暴露于空氣中時(shí)，其表面形成氧化膜， 與鎳等金屬膜的粘附性變差。本實(shí)施方式中，由于對鋁膜進(jìn)行蒸鍍之 后，在相同的真空中進(jìn)行鎳膜的蒸鍍，因此無須在其間設(shè)置粘附層， 就可以直接在鋁膜上形成鎳膜，由此可以緩和鎳膜的應(yīng)力。對金膜進(jìn)行蒸鍍后，進(jìn)行約10分鐘的EB槍的冷卻，并開放大氣， 從真空裝置內(nèi)取出如圖2D所示的在整個(gè)面上形成有金屬膜的壓電襯 底21。進(jìn)一步，將所述整個(gè)面上形成有金屬膜的壓電襯底21，浸漬于加 熱到約60度且NMP (N-Methyl-Pyrrolidone， N-甲基吡咯垸酮)為主 成分的有機(jī)溶劑中，從而使圖案28a膨脹，并從壓電襯底21上剝離圖 案28a。由此，可以去除形成在圖案28a上的多余的金屬膜。接著，對 剝離了圖案28a的壓電襯底21進(jìn)行水洗，并經(jīng)由沖洗干燥機(jī)去除水分， 從而干燥壓電襯底21。通過以上方法，如圖2E所示，可以獲得在焊盤電極23上形成有
一定的凸點(diǎn)下金屬膜29的壓電襯底21。根據(jù)本實(shí)施方式，可以一次形成多個(gè)在壓電襯底上具有金屬膜的 聲表面波器件，從而可以提高生產(chǎn)率，并且可以對降低電子零件的成本做貢獻(xiàn)。而且，在壓電襯底上切取經(jīng)切割而成為小片的聲表面波器件，在 預(yù)先形成有無鉛焊料凸點(diǎn)的安裝襯底上，進(jìn)行倒裝芯片安裝。并且， 經(jīng)由樹脂等材料進(jìn)行封裝，使得聲表面波器件上不會(huì)附著灰塵等，從 而可以獲得使用聲表面波器件而構(gòu)成的產(chǎn)品。工業(yè)利用可能性如上所述，本發(fā)明經(jīng)由蒸鍍剝離法可以形成適用于無鉛焊料、殘 余應(yīng)力較小、且較厚的耐擴(kuò)散阻擋層，也能適于凸點(diǎn)下金屬層的精細(xì) 化。而且，由于可以簡化工序，從而有用于工業(yè)。
權(quán)利要求
1. 一種凸點(diǎn)下金屬膜，形成于襯底上，其中， 所述凸點(diǎn)下金屬膜的結(jié)構(gòu)至少由以下兩個(gè)層構(gòu)成 由鉑族金屬膜制成的耐擴(kuò)散阻擋層；以及設(shè)置于所述耐擴(kuò)散阻擋層的下層，且以鋁為主成分的應(yīng)力緩沖層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的凸點(diǎn)下金屬膜，其中，在所述耐擴(kuò)散阻 擋層中使用鎳，并且所述耐擴(kuò)散阻擋層的厚度在800nm以上且2000nm 以下。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的凸點(diǎn)下金屬膜，其中，所述應(yīng)力緩沖層 的厚度是所述耐擴(kuò)散阻擋層的厚度的一半以上且1.5倍以下。
4. 一種凸點(diǎn)下金屬膜的形成方法，所述形成方法經(jīng)由蒸鍍剝離技 術(shù)在襯底的焊盤電極上形成凸點(diǎn)下金屬膜，其中，包括以下步驟將設(shè)置有開口部的抗蝕劑圖案形成于所述襯底上，所述開口部用 于露出需要形成所述凸點(diǎn)下金屬膜的部分；將形成有所述抗蝕劑圖案的所述襯底導(dǎo)入至真空蒸鍍裝置內(nèi)，并 抽成真空；將以氮?dú)鉃橹鞒煞值臍怏w導(dǎo)入到所述真空蒸鍍裝置內(nèi)，以調(diào)整真 空度，且在所述真空蒸鍍裝置與所述襯底之間施加高電壓，在規(guī)定時(shí) 間內(nèi)進(jìn)行放電；以及在維持真空的狀態(tài)下，在所述抗蝕劑圖案上以及所述焊盤電極上 形成以鋁為主成分的應(yīng)力緩沖層的步驟，及在所述應(yīng)力緩沖層之上形 成由鉑族金屬膜形成的耐擴(kuò)散阻擋層的步驟的至少兩個(gè)步驟，而且將所述襯底浸漬在有機(jī)溶劑中而剝離所述抗蝕劑圖案，由此，在 所述襯底的所述焊盤電極上形成凸點(diǎn)下金屬膜。
5. —種聲表面波器件，其中，具有壓電襯底、及形成于所述壓電襯底上的梳狀電極及焊盤電極；并且具有凸點(diǎn)下金屬膜，所述凸點(diǎn)下金屬膜至少由形成于所述焊盤電 極上的應(yīng)力緩沖層、以及形成于所述應(yīng)力緩沖層之上的耐擴(kuò)散阻擋層 兩層構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明是形成于襯底上的凸點(diǎn)下金屬膜，該凸點(diǎn)下金屬膜的結(jié)構(gòu)，至少具備由鉑族金屬膜制成的耐擴(kuò)散阻擋層、以及位于所述耐擴(kuò)散阻擋層下層的以鋁為主成分的應(yīng)力緩沖層。
文檔編號(hào)H01L21/60GK101147250SQ20068000963
公開日2008年3月19日 申請日期2006年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月22日
發(fā)明者古川光弘, 鷹野敦 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社