一种晶圆级铜柱凸块结构的金属帽的形成方法技术

本发明专利技术公开了一种晶圆级铜柱凸块结构的金属帽的形成方法，属于半导体封装技术领域。其形成方法如下：提供一晶圆级的芯片基体；在芯片基体的上表面沉积一介电层，并在芯片电极的正上方开设介电层开口，并在介电层开口的正上方通过光刻工艺开设光刻胶开口；通过电镀工艺在介电层开口和光刻胶开口内电镀铜柱凸块；在上述铜柱凸块的顶部通过电镀或浸金工艺形成多层结构复合金属层，所述多层结构复合金属层包括若干个锡柱凸块和若干个金属层，所述金属层沉积于相邻锡柱凸块之间；多层结构复合金属层通过回流工艺形成锡基金属合金的金属帽。本发明专利技术提供了一种合金焊料的组份比例稳定的金属帽的形成方法。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了，属于半导体封装
。其形成方法如下：提供一晶圆级的芯片基体；在芯片基体的上表面沉积一介电层，并在芯片电极的正上方开设介电层开口，并在介电层开口的正上方通过光刻工艺开设光刻胶开口；通过电镀工艺在介电层开口和光刻胶开口内电镀铜柱凸块；在上述铜柱凸块的顶部通过电镀或浸金工艺形成多层结构复合金属层，所述多层结构复合金属层包括若干个锡柱凸块和若干个金属层，所述金属层沉积于相邻锡柱凸块之间；多层结构复合金属层通过回流工艺形成锡基金属合金的金属帽。本专利技术提供了一种合金焊料的组份比例稳定的金属帽的形成方法。【专利说明】
本专利技术涉及，属于半导体封装
。
技术介绍
众所周知，随着芯片制程发展超出摩尔定律，芯片密度越来越高，芯片之间的间距不断减少，得益于铜材料优越的导电性能、导热性能和可靠性，带有锡金属帽的铜柱凸块(Cu pillar)技术逐渐取代锡铅凸块(solder bump),成为覆晶主流技术。但由于锡结构疏松，强度较差，由纯锡制成的锡金属帽易产生金属晶须，其润湿性也会随时间的推移发生劣化，使电子产品存在失效隐患，因此行业内通常采用合金焊料来制做焊料，常用的方法是选择一定配比的锡基合金焊料电解液通过电镀的方法在铜柱的顶端共沉积形成锡基金属合金的金属帽，然而该锡基合金焊料电解液成分配比复杂，在形成锡基金属合金的金属帽的过程中合金焊料的组份比例也往往存在一定的偏差，尤其在除锡之外的两种或两种以上合金焊料时，很难获得稳定配比。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有铜柱凸块的锡基金属合金的金属帽的不足，提供一种合金焊料的组份比例稳定的晶圆级铜柱凸块结构的金属帽的形成方法。本专利技术的目的是这样实现的: 本专利技术，其采用晶圆级封装技术制作铜柱凸块结构，其为晶圆级的半导体器件提供封装，以提高电气性质、增加密度、降低器件尺寸、降低成本，以及晶圆级的附加测试，其形成方法如下: 提供一晶圆级的带有若干个芯片电极的芯片基体，所述芯片电极的表面露出芯片基体的上表面； 在所述芯片基体的上表面沉积一介电层，所述介电层在芯片电极的正上方开设介电层开口，所述介电层开口露出芯片电极的一表面； 在上述设有介电层开口的介电层的表面涂覆厚光刻胶，并在介电层开口的正上方通过光刻工艺开设光刻胶开口，形成具有光刻胶开口图案的光刻胶层； 通过电镀工艺在介电层开口和光刻胶开口内电镀铜柱凸块，所述铜柱凸块的上端面不高于光刻胶层的上表面； 在上述铜柱凸块的顶部通过电镀或浸金工艺形成多层结构复合金属层，所述多层结构复合金属层包括若干个锡柱凸块和若干个金属层，所述金属层沉积于相邻锡柱凸块之间；采用去胶工艺去除剩余的光刻胶； 所述多层结构复合金属层通过回流工艺形成锡基金属合金的金属帽。可选地,所述金属层的厚度范围为0.01?0.5 μ m。所述金属层为单层结构,其材质为Ag、Cu、Zn、Bi或In ;所述金属层为多层结构，通过重复电镀或浸金工艺分层实现，每一层的材质为Ag、Cu、Zn、Bi或In。进一步地，所述多层结构复合金属层的上表面不超过光刻胶层的上表面。进一步地，所述铜柱凸块的高度不小于介电层的厚度。进一步地，所述光刻胶开口的开口边界大于介电层开口的开口边界。进一步地，所述介电层开口的横截面呈圆形或多边形。 进一步地，所述光刻胶开口的横截面呈圆形或多边形。本专利技术的多层结构复合金属层通过金属合金化形成，金属合金化是通过加入某种或某些元素，使金属成为(在一定的工艺条件下，如高温、真空等)具有预期性能的合金，以改善原有性能，如强度、可靠性等。本专利技术的有益效果是: 本专利技术通过电镀或浸金工艺在若干层金属锡(即锡柱凸块)之间分次沉积薄层(厚度为微米级或纳米级)的Ag、Cu、Zn、Bi和/或In金属，形成锡与另外一种或两种或两种以上金属构成的多层结构复合金属层，再通过回流的方式将铜柱凸块的顶端的多层结构复合金属层金属合金化形成锡基金属合金的金属帽，与传统的电镀合金焊料相比，该方法形成的锡基金属合金的金属帽的成分可以更多元化，方法更简单；同时，通过控制各金属层的沉积厚度实现成分的配比控制，工艺操作更容易；各金属薄层嵌在若干层金属锡之间回流形成锡基金属合金的金属帽，可以使金属扩散地更均匀。【专利附图】【附图说明】图1为本专利技术形成的铜柱凸块封装结构的实施例的示意图； 图2至图9为本专利技术的工艺流程示意图； 图中: 芯片基体I 芯片电极11 介电层2 介电层开口 21 光刻胶层3 光刻胶开口 31 铜柱凸块4 金属帽5 锡柱凸块I 511 锡柱凸块II 512 锡柱凸块III 513 金属层I 521 金属层II 522。【具体实施方式】现在将在下文中参照附图更加充分地描述本专利技术，在附图中示出了本专利技术的示例性实施例，从而本公开将本专利技术的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本专利技术可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。本专利技术形成的铜柱凸块封装结构的实施例，如图1所示。表面预先处理有钝化层(图中未示出)的晶圆级的芯片基体I的上表面带有若干个芯片电极11，芯片电极11按阵列或工艺需要排列，芯片电极11的表面露出芯片基体I的上表面。在芯片基体I的上表面设置带有介电层开口 21的介电层2，介电层开口 21位于芯片电极11的正上方。介电层开口 21的横截面形状可以为圆形，也可以为矩形、六边形等多边形，通常，介电层开口 21的横截面形状与芯片电极11的横截面形状一致，且介电层开口 21的横截面边界不超出芯片电极11的横截面边界。在介电层开口 21内设置高度高于介电层2的铜柱凸块4。铜柱凸块4的下端，即在介电层开口 21内的部分，受介电层开口 21的形状限制，形成与介电层开口 21的横截面形状相同的横截面形状；铜柱凸块4的上端，即在介电层开口 21外的部分，其横截面形状可以与铜柱凸块4的下端的横截面形状相同，也可以根据实际需要制作，如铜柱凸块4的下端的横截面呈方形，其上端的横截面可以呈方形也可以呈圆形。在铜柱凸块4的顶端设置锡基金属合金的金属帽5，其材质主要为Sn,掺杂Ag、Cu、Zn、B1、In等中的一种或其中任意几种的组合,如Sn_Ag、Sn-Cu> Sn-Zn>Sn-B1、Sn-1n、Sn-Ag-Cu,以克服纯锡金属帽的强度较差、易产生金属晶须等现有缺陷，有助于铜柱凸块封装结构与基板连接。上述实施例的晶圆级铜柱凸块结构的金属帽的形成方法如下: 如图2所示，提供一晶圆级的带有若干个芯片电极11的芯片基体1，芯片基体I的表面预先处理有钝化层(图中未示出)，芯片电极11的表面露出芯片基体I的上表面。如图3所示，在上述芯片基体I的上表面沉积一介电层2，所述介电层2在芯片电极11的正上方开设介电层开口 21,露出芯片电极11的表面。如图4所示，在上述设有介电层开口的介电层2的表面涂覆厚光刻胶，厚光刻胶层通过光刻工艺于介电层开口 21的正上方开设光刻胶开口 31，形成具有光刻胶开口图案的光刻胶层3 ； 光刻胶开口 31的开口边界大于介电层开口 21的开口边界，光刻胶开口 31和介电层开口 21的横截面形状可以相同，也可以不同。如图5所示，通过电镀工艺在介电层开口本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种晶圆级铜柱凸块结构的金属帽的形成方法，其形成方法如下：提供一晶圆级的带有若干个芯片电极的芯片基体，所述芯片电极的表面露出芯片基体的上表面；在所述芯片基体的上表面沉积一介电层，所述介电层在芯片电极的正上方开设介电层开口，所述介电层开口露出芯片电极的一表面；在上述设有介电层开口的介电层的表面涂覆厚光刻胶，并在介电层开口的正上方通过光刻工艺开设光刻胶开口，形成具有光刻胶开口图案的光刻胶层；通过电镀工艺在介电层开口和光刻胶开口内电镀铜柱凸块，所述铜柱凸块的上端面不高于光刻胶层的上表面；在上述铜柱凸块的顶部通过电镀或浸金工艺形成多层结构复合金属层，所述多层结构复合金属层包括若干个锡柱凸块和若干个金属层，所述金属层沉积于相邻锡柱凸块之间；采用去胶工艺去除剩余的光刻胶； 所述多层结构复合金属层通过回流工艺形成锡基金属合金的金属帽。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐虹，张黎，陈栋，陈锦辉，赖志明，
申请(专利权)人：江阴长电先进封装有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32