实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺及其应用，其包括以下步骤：S1、在晶圆上溅射种子层；S2、制作牺牲层；S3、制作掩膜层并光刻、显影得到软掩膜图形；所述软掩膜图形的线条之间形成有若干槽孔，所述槽孔向下延伸至牺牲层的下表面；S4、在所述槽孔中制备得到铜柱，所述铜柱的顶部突出所述掩膜层的上表面形成键合部；S5、对所述铜柱表面进行抛光至设定高度；S6、剥离所述牺牲层与所述掩膜层；S7、对所述种子层进行刻蚀，在每一个所述铜柱的底部形成一个焊盘，完成高密度铜柱微凸点的制备。本发明专利技术大大降低了铜柱表面粗糙度，为实现低温低压凸点键合互连工艺奠定了条件基础，实现了超窄节距的高密度互联。实现了超窄节距的高密度互联。实现了超窄节距的高密度互联。

【技术实现步骤摘要】
实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺及其应用


[0001]本专利技术属于芯片封装
，特别是涉及一种实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺及其应用。

技术介绍

[0002]随着集成电路芯片制造技术节点的发展，遵循摩尔定律的芯片制造技术渐渐接近物理极限，相应地，芯片性价比也越来越差，另一方面，物联网、大数据、云计算等要求电子封装件集成度越来越高，芯片与芯片之间的电连接越来越短，芯片不断朝着高密度、轻薄化的方向发展。
[0003]随着IC芯片带宽的不断增加，需要引出越来越多的I/O端口。传统的微凸点技术和打线技术已难以满足高带宽IC芯片的需求。因此，细节距、高密度的微凸点技术开始被广泛应用。随着微凸点和微组装技术的发展，为提高2.5D/3D堆叠封装的集成度，微凸点尺寸和节距需要不断缩小。
[0004]现阶段，小尺寸细节距的芯片间微凸点互连技术主要采用铜柱加锡帽实现键合互连，其工艺步骤主要涉及铜柱制备、钎料沉积以及热压回流等，这些工艺相互独立且非常繁琐，无法一体化快速完成；而且所述键合互连过程中涉及的高温高压环境会使得器件产生热应力，影响器件的可靠性。尤其是对于大深宽比的铜柱凸点，难以满足低温金属键合工艺的需求。如现有技术中专利公开号为CN105023854A公开了一种细节距铜柱微凸点制备工艺，其包括：1)在晶圆表面电镀种子层；2)沉积铜层；3)制备钎料层；4)涂覆掩膜层；5)在光刻层上制作开口；6)在开口处将钎料层、铜层以及种子层刻蚀掉；7)剥离残留的掩膜层；8)最后进行回流工艺在铜层上形成铜柱微凸点。该微凸点制作工艺在种子层制作后因电镀工艺生产的铜柱表面粗糙度较大，无法满足铜与铜键合工艺，因键合表面平整度要求非常苛刻且电镀工艺制作的微凸点平整度较差，当铜柱深宽比较大时，纯金属铜柱的平整性及强度无法满足12寸晶圆键合，从而会影响整体键合质量。
[0005]因此，有必要提供一种新的实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺及其应用来解决上述问题。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺，大大降低了铜柱表面粗糙度，为实现低温低压凸点键合互连工艺奠定了条件基础，实现了超窄节距的高密度互联。
[0007]本专利技术通过如下技术方案实现上述目的：一种实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺，其包括以下步骤：
[0008]S1、在晶圆的上表面溅射种子层；
[0009]S2、制作牺牲层，所述牺牲层覆盖在所述种子层上；
[0010]S3、在所述牺牲层上表面制作掩膜层，并进行光刻、显影得到需要的软掩膜图形；
所述软掩膜图形的线条之间形成有若干槽孔，所述槽孔自所述掩膜层的上表面向下延伸至所述牺牲层的下表面；所述槽孔的数量分布与所需制备的铜柱数分布一致；
[0011]S4、在所述槽孔中制备得到铜柱，所述铜柱的顶部突出所述掩膜层的上表面形成键合部；
[0012]S5、对所述铜柱上表面进行抛光至设定高度；
[0013]S6、剥离所述牺牲层与所述掩膜层；
[0014]S7、对所述种子层进行刻蚀，在每一个所述铜柱的底部形成一个焊盘，完成高密度铜柱微凸点的制备。
[0015]进一步的，所述种子层为Ti/Cu种子层。
[0016]进一步的，所述牺牲层为光刻胶，采用涂胶的方式涂覆在所述种子层上。
[0017]进一步的，所述槽孔的直径为10～20μm，深度为100～150μm。
[0018]进一步的，所述铜柱包括位于所述槽孔内的柱体部以及突出所述槽孔的所述键合部。
[0019]进一步的，所述键合部的直径大于所述柱体部的直径。
[0020]进一步的，所述步骤S4中的铜柱采用电镀工艺制备得到，其中电镀工艺中的电镀液包括基础液与添加剂，所述基础液为亚甲基蓝，所述添加剂包括加速剂、抑制剂、整平剂以及健那绿B。
[0021]本专利技术的另一目的在于提供一种基于上述高密度铜柱微凸点的应用，其包括将两个带有所述高密度铜柱微凸点的晶圆采用低温低压金属键合工艺互连在一起。
[0022]进一步的，所述低温低压金属键合工艺中的键合温度为250～400℃；保压时间30～45min，保压压力为30～45mPa。
[0023]与现有技术相比，本专利技术一种实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺及其应用的有益效果在于：先在掩膜层上形成与铜柱一一对应的槽孔，然后通过电镀的方式在槽孔中形成铜柱，铜柱的根部延伸至种子层，与种子层形成强有力的连接，保障了铜柱的位置稳定性与黏附牢固度；铜柱的顶部突出掩膜层，形成键合部，然后对键合部表面进行抛光，提高表面平整度且保障所有铜柱表面的高度一致；再将掩膜层与牺牲层剥离掉，最后再进行刻蚀在铜柱的底部形成金属焊盘；该制程工艺能够实现铜柱最小直径10μm、最小节距20μm的高密度互连，实现了超窄节距的高密度互连技术；通过在晶圆上形成点阵式排列的铜柱微凸点，即可实现微凸点阵列式排布晶圆与晶圆的互连键合，在不增加整体封装厚度的同时，可将单颗芯片嵌入硅基体中进行塑封，解决了封装厚度较高；晶圆微凸点铜与铜低温键合，可以降低圆片之间应力问题，提高晶圆整体的均匀性及封装良率；单颗芯片尺寸较大，线间距较大集成度不高问题，从而降低了封装的厚度，缩小芯片尺寸、提高了封装器件整体电性能，充分发挥晶圆级堆叠和TSV技术短互连的优势。
【附图说明】
[0024]图1为本专利技术实施例的工艺流程图；
[0025]图2
‑
图7为本专利技术实施例中晶圆在制作过程中的结构变化示意图；
[0026]图中数字表示：
[0027]1‑
晶圆；2
‑
种子层，21
‑
焊盘；3
‑
牺牲层；4
‑
掩膜层，41
‑
槽孔；5
‑
铜柱，51
‑
键合部。
【具体实施方式】
[0028]以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
[0029]以下结合具体的实施例对本申请提供的技术方案进行详细的解释说明。
[0030]请参照图1
‑
图7，本实施例为一种实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺，其包括以下步骤：
[0031]S1、在晶圆1的上表面溅射种子层2，种子层2为Ti/Cu种子层；
[0032]S2、在种子层2的上表面制作牺牲层3，牺牲层3为光刻胶，采用涂胶的方式涂覆在种子层2上；
[0033]S3、在牺牲层3上制作掩膜层4，并进行光刻、显影得到需要的软掩膜图形；所述软掩膜图形的线条之间形成有若干本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺，其特征在于：其包括以下步骤：S1、在晶圆的上表面溅射种子层；S2、制作牺牲层，所述牺牲层覆盖在所述种子层上；S3、在所述牺牲层上表面制作掩膜层，并进行光刻、显影得到需要的软掩膜图形；所述软掩膜图形的线条之间形成有若干槽孔，所述槽孔自所述掩膜层的上表面向下延伸至所述牺牲层的下表面；所述槽孔的数量分布与所需制备的铜柱数分布一致；S4、在所述槽孔中制备得到铜柱，所述铜柱的顶部突出所述掩膜层的上表面形成键合部；S5、对所述铜柱上表面进行抛光至设定高度；S6、剥离所述牺牲层与所述掩膜层；S7、对所述种子层进行刻蚀，在每一个所述铜柱的底部形成一个焊盘，完成高密度铜柱微凸点的制备。2.如权利要求1所述的实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺，其特征在于：所述种子层为Ti/Cu种子层。3.如权利要求1所述的实现超窄节距互连的高密度铜柱微凸点制备工艺，其特征在于：所述牺牲层为光刻胶，采用涂胶的方式涂覆在所述种子层的上表面。4.如权利要求1所述的实现超窄节距互连的...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶义军，俞国庆，郝杰，
申请(专利权)人：立芯精密智造昆山有限公司，
类型：发明
国别省市：