專(zhuān)利名稱(chēng)：一種適用于晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶圓級(jí)芯片封裝技術(shù)，尤其涉及一種適用于晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法。
背景技術(shù)：
電子封裝的發(fā)展趨勢(shì)是體積更小、重量更輕，倒裝芯片技術(shù)正是為了順應(yīng)這一發(fā)展趨勢(shì)而產(chǎn)生的。與傳統(tǒng)的引線連接和載帶連接相比，倒裝芯片技術(shù)具有封裝密度高，電和熱性能優(yōu)良，可靠性好，成本低等優(yōu)勢(shì)。倒裝芯片技術(shù)是將芯片直接倒扣在基板上，基板和芯片的焊盤(pán)成鏡像對(duì)稱(chēng)，中間通過(guò)焊點(diǎn)相連，實(shí)現(xiàn)電氣和機(jī)械連接，有時(shí)還包括熱連接等。 因此凸點(diǎn)制成是一個(gè)關(guān)鍵工序。常見(jiàn)倒裝芯片的凸點(diǎn)制作技術(shù)有引線鍵合法、電鍍法、模板印刷法、蒸發(fā)法、 Tachy-dots粘點(diǎn)轉(zhuǎn)移法和SB2_Jet等方法。其中引線鍵合法使用標(biāo)準(zhǔn)線連接形成凸點(diǎn)，釬料絲的選擇要求與UBM要匹配；電鍍法可以實(shí)現(xiàn)較小的凸點(diǎn)間距，缺點(diǎn)是比較費(fèi)時(shí)，而且對(duì)焊料有選擇；模板印刷法通過(guò)涂刷器和模板將釬料涂刷在焊盤(pán)上，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)印刷數(shù)以千記的凸點(diǎn)，工藝簡(jiǎn)單，操作方便適用于各種焊料，但是在小間距凸點(diǎn)制作中受到限制；蒸發(fā)法采用金屬掩?；蚬饪棠z來(lái)形成凸點(diǎn)，凸點(diǎn)的高度取決于蒸發(fā)釬料量、掩模高度及其開(kāi)口尺寸；Tachy-dots粘點(diǎn)轉(zhuǎn)移法是有TI和DuPont聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)專(zhuān)利技術(shù)，利用紫外線曝光光敏粘性薄膜使其失去粘性，而在特定位置被遮擋保持了粘性，用它粘上釬料球，然后與芯片上的焊墊對(duì)齊通過(guò)再回流實(shí)現(xiàn)釬料球轉(zhuǎn)移。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種適用于晶圓級(jí)倒轉(zhuǎn)芯片的金凸點(diǎn)的制備方法，具有工藝簡(jiǎn)單、可大批量生產(chǎn)和靈活可靠的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的一種適用于晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法，其特征在于，包括以下步驟A、在經(jīng)過(guò)初步加工的晶圓片上制備黏附層、擴(kuò)散阻擋層和潤(rùn)濕層；B、按要求制備壓印模具；C、在晶圓片上涂覆金納米顆粒有機(jī)溶液；D、把模具與晶圓片精確對(duì)齊，擠壓溶液使其填滿(mǎn)模具空腔；E、蒸發(fā)溶液，然后冷卻脫模；F、加熱分散的金納米顆粒，使顆粒熔化形成固態(tài)連續(xù)的金凸點(diǎn)；G、除去凸點(diǎn)外的下金屬層，保證凸點(diǎn)之間的電氣絕緣。其中，步驟A所述制備黏附層、擴(kuò)散阻擋層和潤(rùn)濕層的方法為真空濺射沉積、電鍍中的一種。其中，步驟B所述的按要求壓制模具為，所制模具空腔應(yīng)與晶圓片上待制凸點(diǎn)的形狀及分布一致。
其中，步驟D所述擠壓溶液使其填滿(mǎn)模具空腔能在低溫、低壓下進(jìn)行，具體為低溫 80°C，低壓 < 40Kpa。其中，步驟F所述加熱分散的金納米顆粒，其溫度根據(jù)金納米顆粒的尺寸決定，選定的金納米顆粒尺寸在2nm IOnm之間，則相應(yīng)需要加熱的溫度將是130°C 940°C之間。其中，步驟G所述除去凸點(diǎn)外的下金屬層，為化學(xué)腐蝕法逐層去除、光刻刻蝕中的一種。本發(fā)明的有益效果為本發(fā)明的方法具有可批量生產(chǎn)，無(wú)高溫過(guò)程的優(yōu)點(diǎn)，由于使用的原料是金納米顆粒，所以凸點(diǎn)的參數(shù)可以自由設(shè)定，甚至在同一晶圓上制備不同形狀和大小的凸點(diǎn)，而且金納米顆粒的熔點(diǎn)與體金的熔點(diǎn)完全不同，所以可以在低溫下制成金凸點(diǎn)，適合于某些特殊器件的封裝。同時(shí)制成的模具可以清洗后重復(fù)使用，降低成本。


下面根據(jù)附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1是經(jīng)過(guò)初步加工過(guò)的晶圓級(jí)芯片的局部側(cè)視圖。圖2是淀積下金屬層后的芯片側(cè)視圖。圖3是涂覆一定量的金納米顆粒有機(jī)溶液之后的芯片側(cè)視圖。圖4是模具與芯片精確對(duì)齊的示意圖。圖5是對(duì)齊后擠壓溶液而使其填滿(mǎn)模腔的示意圖。圖6是金納米顆粒熔化后形成連續(xù)塊金的示意圖。圖7是凸點(diǎn)以外下金屬層除去后的芯片側(cè)視圖。圖中10、晶圓片；11、硅襯底；12、電極片；13、鈍化層；20、黏附層；21、擴(kuò)散阻擋層；22、潤(rùn)濕層；23、金納米顆粒有機(jī)溶液；24、金納米顆粒；30、模具；30、金凸點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式如圖1 7所示，本發(fā)明所述的一種適用于晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法為 經(jīng)過(guò)初步加工的晶圓片10，包括硅襯底11、電極片12和鈍化層13。電極片12上要制作相應(yīng)的金凸點(diǎn)31實(shí)現(xiàn)芯片與外界的電氣、機(jī)械甚至是熱互連。金凸點(diǎn)31與電極片12之間設(shè)有黏附層20和擴(kuò)散阻擋層21。在制作之前首先清洗晶圓片10，保證裸露的金屬電極片12 表面潔凈，不會(huì)有氧化物出現(xiàn)。利用真空濺射、淀積或電鍍的方法分別制作黏附層20、擴(kuò)散阻擋層21和潤(rùn)濕層22，黏附層20要求具有足夠的黏附強(qiáng)度，低機(jī)械應(yīng)力和低接觸電阻等性能，膨脹系數(shù)也要求接近，使用的材料為Cr、Ti、TiW或Al中的一種，厚度約為IOOnm ；擴(kuò)散阻擋層21使用的材料為T(mén)i、Ni或TiW中的一種，厚度約為lOOnm。接下來(lái)制作金凸點(diǎn)31，使用金納米顆粒有機(jī)溶液23作為凸點(diǎn)原料，將金納米有機(jī)溶液23涂覆在晶圓片10上，將按照要求制備完成的模具30與晶圓片10上的焊點(diǎn)精確對(duì)齊，然后擠壓金納米顆粒有機(jī)溶液23。在這種溶液里金納米顆粒M懸浮在其中，由于溶液的粘性系數(shù)較低，最終會(huì)被擠壓進(jìn)入模具30的空腔里實(shí)現(xiàn)完全填充，因此可以實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量無(wú)殘留的壓印成型，并且壓印成型過(guò)程能夠在低壓(< 40kPa)、低溫(80°C )下完成。當(dāng)溶劑蒸發(fā)以后，進(jìn)行冷卻脫模，脫模后將結(jié)構(gòu)加溫至140°C，并保持十分鐘，使分散、孤立的金納米顆粒M熔化形成連續(xù)的金導(dǎo)體，這種金導(dǎo)體就是所要制作的金凸點(diǎn)31。
4最后利用化學(xué)腐蝕法逐層去除凸點(diǎn)以外的下金屬層，保證金凸點(diǎn)31之間電絕緣。
本發(fā)明在晶圓上實(shí)現(xiàn)金凸點(diǎn)31的制作，模具30可以重復(fù)使用降低成本，產(chǎn)量高， 無(wú)高溫過(guò)程，應(yīng)力小，可靠性高，金凸點(diǎn)31形狀靈活可控。另外通過(guò)壓印的方式制作金凸點(diǎn) 31可以實(shí)現(xiàn)納米尺度的金凸點(diǎn)節(jié)距。
權(quán)利要求
1.一種適用于晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法，其特征在于，包括以下步驟A、在經(jīng)過(guò)初步加工的晶圓片上制備黏附層、擴(kuò)散阻擋層和潤(rùn)濕層；B、按要求制備壓印模具；C、在晶圓片上涂覆金納米顆粒有機(jī)溶液；D、把模具與晶圓片精確對(duì)齊，擠壓溶液使其填滿(mǎn)模具空腔；E、蒸發(fā)溶液，然后冷卻脫模；F、加熱分散的金納米顆粒，使顆粒熔化形成固態(tài)連續(xù)的金凸點(diǎn)；G、除去凸點(diǎn)外的下金屬層，保證凸點(diǎn)之間的電氣絕緣。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法，其特征在于步驟A所述制備黏附層、擴(kuò)散阻擋層和潤(rùn)濕層的方法為真空濺射沉積、電鍍中的一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法，其特征在于步驟B所述的按要求壓制模具為，所制模具空腔應(yīng)與晶圓片上待制凸點(diǎn)的形狀及分布一致。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法，其特征在于步驟D所述擠壓溶液使其填滿(mǎn)模具空腔能在低溫、低壓下進(jìn)行，具體為低溫80°C、低壓 < 40Kpa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法，其特征在于步驟F所述加熱分散的金納米顆粒，其溫度根據(jù)金納米顆粒的尺寸決定，選定的金納米顆粒尺寸在2nm IOnm之間，則相應(yīng)需要加熱的溫度將是130°C 940°C之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種適用于晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法，其特征在于步驟G所述除去凸點(diǎn)外的下金屬層，為化學(xué)腐蝕法逐層去除、光刻刻蝕中的一種。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種晶圓級(jí)倒裝芯片的金凸點(diǎn)制作方法，直接利用金納米顆粒溶液通過(guò)模具壓印的方法制備倒裝芯片的金凸點(diǎn)，將金納米顆粒有機(jī)溶液涂覆在晶圓片上，然后利用制備好的模具與晶圓片精確對(duì)齊，在一定的條件下，給模具以壓力使得溶膠在模具空腔內(nèi)完全填充，蒸發(fā)溶液再冷卻脫模，加溫使分散的金納米顆粒熔融固化成連續(xù)金凸點(diǎn)。模具的圖形部分由空腔和突出部分組成，空腔形狀即為凸點(diǎn)形狀，且與晶圓片上凸點(diǎn)分布一致，本方法利用金納米顆粒溶液的粘度小，通過(guò)模具壓印實(shí)現(xiàn)其流動(dòng)，并且在低溫低壓下就可以熔化凝結(jié)成連續(xù)的塊金。通過(guò)機(jī)械的方式在晶圓上實(shí)現(xiàn)凸點(diǎn)的生成，工藝簡(jiǎn)單，無(wú)高溫過(guò)程，應(yīng)力小，可靠性高，凸點(diǎn)形狀可靈活控制。
文檔編號(hào)H01L21/60GK102361013SQ201110350588
公開(kāi)日2012年2月22日 申請(qǐng)日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者盧基存, 李磊, 金鵬 申請(qǐng)人:無(wú)錫瑞威光電科技有限公司