一種銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于芯片封裝領(lǐng)域，涉及一種銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]封裝最重要的目的是實(shí)現(xiàn)芯片焊區(qū)銅封裝外殼的I/O端或者封裝基板金屬布線區(qū)的有效電路連接，其本質(zhì)是電氣互連。在芯片小型化和高效率的需求驅(qū)動(dòng)下，先進(jìn)封裝的發(fā)展方向是“以點(diǎn)代替線的連接”，完成“點(diǎn)的連接”的核心工藝是TSV(硅通孔)和Bumping(凸塊制作)。其中，Bumping技術(shù)通過(guò)在芯片表面制作金屬凸點(diǎn)，提供芯片電氣互連的“點(diǎn)”接口，反映了先進(jìn)制程以“點(diǎn)代替線”的發(fā)展趨勢(shì)，廣泛應(yīng)用于FC、WLP、CSP,3D等先進(jìn)封裝。Bumping技術(shù)提供了芯片之間、芯片和基板之間的“點(diǎn)連接”，由于避免了傳統(tǒng)Wire Bonding向四周福射的金屬“線連接”，減小了芯片面積(封裝效率100% )，此外凸塊陣列在芯片表面，引腳密度可以做得很高，便于滿足芯片性能提升的需求。
[0003]Copper Pillar bump (銅柱凸塊)是Bumping互連技術(shù)中最先進(jìn)的一種，用銅柱替換金屬球作為芯片表面電氣接口，由于相鄰銅柱軸間距很小，因而I/O引腳密度可以做得更高，芯片尺寸可進(jìn)一步縮小。由于銅柱凸塊提供了一種高密度互連，并在更小的互連尺寸下?lián)碛懈玫碾妼?dǎo)性和熱導(dǎo)性，逐漸在半導(dǎo)體工業(yè)中成為最流行的趨勢(shì)。
[0004]在凸塊制作過(guò)程中，由于光衍射，特征尺寸(⑶)偏移成為一個(gè)不可避免的問(wèn)題。曝光能量越大，特征尺寸偏移越多。特別是在銅柱凸塊的厚光阻層制程中，由于所需曝光能量更高，這種現(xiàn)象更為明顯。為了得到精確地刻線設(shè)計(jì)，需要通過(guò)多次試驗(yàn)來(lái)確定特征尺寸偏差，導(dǎo)致工藝過(guò)程更為復(fù)雜。并且，銅柱凸塊所需的厚光阻層通常成本很高。同時(shí)，光阻的厚度由于其自身特性存在局限性，當(dāng)所需光阻厚度很厚時(shí)，需要通過(guò)多次涂布才能實(shí)現(xiàn)。這將導(dǎo)致不同光阻層之間鄰近界面處存在不均勻的臺(tái)階形貌。
[0005]因此，如何提供一種銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法，以減少特征尺寸偏移，并節(jié)約生產(chǎn)成本，成為本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個(gè)重要技術(shù)問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中在制作銅柱凸塊結(jié)構(gòu)時(shí)存在較大的特征尺寸偏移、工藝復(fù)雜、成本較高的問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:
[0008]S1:提供一晶圓級(jí)芯片基體，在所述芯片基體表面形成凸塊下金屬層；
[0009]S2:在所述凸塊下金屬層表面形成一光阻層，并形成若干光阻層開(kāi)口 ；所述光阻層開(kāi)口暴露出所述凸塊下金屬層的部分表面；
[0010]S3:在所述光阻層表面及暴露出的所述凸塊下金屬層表面形成塑封層；
[0011]S4:采用微壓印方法在所述塑封層中形成若干塑封層開(kāi)口 ；所述塑封層開(kāi)口與所述光阻層開(kāi)口相對(duì)應(yīng)，并暴露出所述凸塊下金屬層的部分表面；
[0012]S5:在所述塑封層開(kāi)口內(nèi)自下而上依次形成銅柱及錫基金屬合金柱；所述銅柱與所述凸塊下金屬層連接；
[0013]S6:去除所述光阻層及所述塑封層；
[0014]S7:去除所述銅柱周圍多余的所述凸塊下金屬層，并進(jìn)行回流工藝使所述錫基金屬合金柱形成錫基金屬合金帽，得到由所述銅柱及所述錫基金屬合金帽構(gòu)成的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)。
[0015]可選地，所述芯片基體表面具有一介質(zhì)層，所述介質(zhì)層中形成有若干暴露出所述芯片基體上芯片電極的介質(zhì)層開(kāi)口 ；所述光阻層開(kāi)口與所述介質(zhì)層開(kāi)口相對(duì)應(yīng)。
[0016]可選地，所述凸塊下金屬層包括Ti/Cu復(fù)合層。
[0017]可選地，所述光阻層的厚度范圍是15?30 μπι。
[0018]可選地，所述塑封層上表面高于所述錫基金屬合金柱上表面。
[0019]可選地，所述塑封層采用熱固材料材料。
[0020]可選地，于所述步驟S4中，還包括去除所述塑封層開(kāi)口底部多余的塑封材料的步驟。
[0021]可選地，采用灰化法或刻蝕去除所述多余的塑封材料。
[0022]可選地，于所述步驟S4中，所述微壓印方法采用的模板為剛性模板。
[0023]可選地，于所述步驟S4中，所述微壓印方法采用的模板表面具有一抗粘附層，所述抗粘附層的材料包括金屬或含氟聚合物。
[0024]可選地，于所述步驟S5中，所述銅柱與所述錫基金屬合金柱之間還形成有Ni層。
[0025]可選地，于所述步驟S5中，采用電鍍或化學(xué)鍍形成所述銅柱或所述錫基金屬合金柱。
[0026]如上所述，本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法，具有以下有益效果:本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法中，采用塑封層材料代替了厚光阻層，并采用微壓印方法在所述塑封層中形成銅柱凸塊圖形，其中，微壓印方法形成圖形與光學(xué)問(wèn)題無(wú)關(guān)，從而可以顯著減小特征尺寸偏移，使得特征尺寸更加精確，并降低了工藝復(fù)雜性。并且由于未采用厚光阻層，可以進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本。
【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1顯示為本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法的工藝流程圖。
[0028]圖2顯示為本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法中芯片基體的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖3顯示為本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法中在所述芯片基體表面形成凸塊下金屬層的示意圖。
[0030]圖4顯示為本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法中在所述凸塊下金屬層表面形成一光阻層的示意圖。
[0031]圖5顯示為本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法中形成若干光阻層開(kāi)口的示意圖。
[0032]圖6顯示為本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法中在所述光阻層表面及暴露出的所述凸塊下金屬層表面形成塑封層的示意圖。
[0033]圖7顯示為本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法中采用微壓印方法在所述塑封層中形成若干塑封層開(kāi)口的示意圖。
[0034]圖8顯示為本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法中在所述塑封層開(kāi)口內(nèi)自下而上依次形成銅柱及錫基金屬合金柱的示意圖。
[0035]圖9顯示為本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法中去除所述光阻層及所述塑封層的示意圖。
[0036]圖10顯示為本發(fā)明的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法中去除所述銅柱周圍多余的所述凸塊下金屬層，并進(jìn)行回流工藝使所述錫基金屬合金柱形成錫基金屬合金帽的示意圖。
[0037]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0038]SI ?S7 步驟
[0039]ISi 片
[0040]2芯片電極
[0041]3介質(zhì)層
[0042]4介質(zhì)層開(kāi)口
[0043]5Ti 層
[0044]6Cu 層
[0045]7光阻層
[0046]8光阻層開(kāi)口
[0047]9塑封層
[0048]10塑封層開(kāi)口
[0049]11銅柱
[0050]12錫基金屬合金柱
[0051]13Ni 層
[0052]14 錫基金屬合金帽
【具體實(shí)施方式】
[0053]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0054]請(qǐng)參閱圖1至圖10。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0055]本發(fā)明提供一種銅柱凸塊結(jié)構(gòu)的制作方法，請(qǐng)參閱圖1，顯示為該方法的工藝流程圖，包括以下步驟:
[0056]S1:提供一晶圓級(jí)芯片基體，在所述芯片基體表面形成凸塊下金屬層；
[0057]S2:在所述凸塊下金屬層表面形成一光阻層，并形成若干光阻層開(kāi)口 ；所述光阻層開(kāi)口暴露出所述凸塊下金屬層的部分表面；
[0058]S3:在所述光阻層表面及暴露出的所述凸塊下金屬層表面形成塑封層；
[0059]S4:采用微壓印方法在所述塑封層中形成若干塑封層開(kāi)口 ；所述塑封層開(kāi)口與所述光阻層開(kāi)口相對(duì)應(yīng)，并暴露出所述凸塊下金屬層的部分表面；
[0060]S5:在所述塑封層開(kāi)口內(nèi)自下而上依次形成銅柱及錫基金屬合金柱；所述銅柱與所述凸塊下金屬層連接；
[0061]S6:去除所述光阻層及所述塑封層；
[0062]S7:去除所述銅柱周圍多余的所述凸塊下金屬層，并進(jìn)行回流工藝使所述錫基金屬合金柱形成錫基金屬合金帽，得到由所述銅柱及所述錫基金屬合金帽構(gòu)成的銅柱凸塊結(jié)構(gòu)。
[0063]首先請(qǐng)參閱圖2及圖3，執(zhí)行步驟S1:提供一晶圓級(jí)芯片基體，在所述芯片基體表面形成凸塊下金屬層。
[0064]如圖2所不，顯不為所述晶圓級(jí)芯片基體的結(jié)構(gòu)不意圖。作為不例，所述晶圓級(jí)芯片基體的主體為Si片I。所述芯片基體表面具有一介質(zhì)層3，所述介質(zhì)層3中形成有若干暴露出所述芯片基體上芯片電極2的介質(zhì)層開(kāi)口 4。
[0065]作為示例，所述介質(zhì)層3的材料包括但不限于SiN，所述芯片電極2的材料包括但不限于Al等導(dǎo)電金屬。在其它實(shí)施例中，所述晶圓級(jí)芯片的主體還可以為其