晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)及制作方法，包括晶圓、多個(gè)導(dǎo)電柱體和介質(zhì)層，導(dǎo)電柱體包括聚合物核心、電鍍種子層和金屬銅層，導(dǎo)電柱體上表面露出介質(zhì)層上表面、并設(shè)置凸點(diǎn)，導(dǎo)電柱體下表面與晶圓上的焊盤連接。所述晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟：（1）在晶圓上表面涂覆聚合物層，刻蝕得到聚合物核心；（2）在晶圓上表面制作電鍍種子層；在電鍍種子層上表面制作金屬銅層；（3）刻蝕掉不需要的電鍍種子層和金屬銅層；（4）導(dǎo)電柱體間填充介質(zhì)；（5）在步驟（4）結(jié)構(gòu)上表面涂覆光刻膠，露出金屬銅層上表面、并電鍍釬料后回流焊形成凸點(diǎn)；去除光刻膠。本發(fā)明可以防止凸點(diǎn)開裂現(xiàn)象的發(fā)生，提高銅柱凸點(diǎn)的可靠性。
【專利說(shuō)明】晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)及制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)及制作方法，屬于高密度電子封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著CMOS工藝的不斷推進(jìn)和發(fā)展，晶體管數(shù)量越來(lái)越多，導(dǎo)致互連尺寸越來(lái)越小，信號(hào)延遲問(wèn)題日趨嚴(yán)重，成為影響系統(tǒng)速度提高的關(guān)鍵因素。采用3D集成的芯片堆疊技術(shù)，將有助于大大減小布線長(zhǎng)度、縮短信號(hào)延遲，降低功耗，同時(shí)又可以縮小芯片尺寸，從而提高器件的系統(tǒng)性能。目前國(guó)際主流高端集成電路圓片直徑達(dá)到12英寸。新型器件結(jié)構(gòu)的產(chǎn)生將帶動(dòng)新型封裝工藝的開發(fā)，因此，很多現(xiàn)有的封裝方式將被新型圓片級(jí)、高密度Cupillar (銅柱微凸點(diǎn))結(jié)構(gòu)封裝所取代，更先進(jìn)的圓片級(jí)系統(tǒng)封裝方式將進(jìn)入實(shí)用化。銅柱微凸點(diǎn)可提供高導(dǎo)線連接密度、改善電性與熱傳導(dǎo)性能、抗電遷移性質(zhì)。然而該技術(shù)仍然面臨著諸多的技術(shù)挑戰(zhàn)，比如現(xiàn)有的銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)由于設(shè)置了鈍化層，工藝制程非常復(fù)雜，而且生產(chǎn)成本高；而且在熱循環(huán)過(guò)程中容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，在微凸點(diǎn)和銅柱的界面發(fā)生開裂等問(wèn)題。
[0003]目前，銅柱微凸點(diǎn)基本都是利用電鍍機(jī)設(shè)備進(jìn)行電鍍成型。首先進(jìn)行銅的電鍍，然后再電鍍凸點(diǎn)部分，完成整個(gè)銅柱微凸點(diǎn)的制備方法。工藝過(guò)程中需要兩次電鍍工藝，大大提高了制造成本。而且，由于銅柱凸點(diǎn)在熱循環(huán)過(guò)程中容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，造成微凸點(diǎn)的開裂，降低可靠性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可以有效地緩解銅柱凸點(diǎn)在服役過(guò)程中的應(yīng)力集中，起到應(yīng)力緩沖的作用，防止凸點(diǎn)開裂現(xiàn)象的發(fā)生，提高銅柱凸點(diǎn)的可靠性。
[0005]本發(fā)明的另一目的是，提供一種晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制作方法，制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術(shù)方案，所述晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其特征是:包括晶圓和設(shè)置于晶圓正面的垂直互連結(jié)構(gòu)，晶圓的正面具有多個(gè)焊盤；所述垂直互連結(jié)構(gòu)包括多個(gè)導(dǎo)電柱體和填充于該多個(gè)導(dǎo)電柱體之間的介質(zhì)層，導(dǎo)電柱體包括聚合物核心、位于該聚合物核心表面的電鍍種子層和位于該電鍍種子層表面的金屬銅層，導(dǎo)電柱體的上表面露出介質(zhì)層的上表面，導(dǎo)電柱體的下表面分別與晶圓上的焊盤連接，在導(dǎo)電柱體的上表面分別設(shè)置凸點(diǎn)。
[0007]所述聚合物核心的下端面與焊盤連接。
[0008]所述金屬銅層的上表面與介質(zhì)層的上表面平齊。
[0009]所述晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是，包括以下步驟:
(I)在晶圓上表面涂覆聚合物層，在聚合物層上通過(guò)刻蝕工藝得到多個(gè)聚合物核心，聚合物核心位于焊盤的正上方；
(2)在步驟(I)得到的結(jié)構(gòu)上表面電鍍銅，從而在聚合物核心和晶圓暴露的上表面上形成電鍍種子層；
(3)在電鍍種子層上表面電鍍銅材料，得到金屬銅層；
(4)刻蝕掉晶圓上表面的電鍍種子層和金屬銅層；
(5)對(duì)上述多個(gè)導(dǎo)電柱體間進(jìn)行介質(zhì)填充，在導(dǎo)電柱體之間形成介質(zhì)層，并露出金屬銅層的上表面；
(6)在步驟(5)得到的結(jié)構(gòu)的上表面涂覆光刻膠，得到光刻膠層；在光刻膠層上制作多個(gè)圖形開口，露出聚合物核心上方金屬銅層的上表面；
(7)在上述光刻膠層的圖形開口中電鍍釬料材料；對(duì)釬料材料進(jìn)行回流焊工藝，形成凸
占.(8)去除光刻膠，得到所述的晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
[0010]本發(fā)明晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，由于是銅包覆聚合物材料結(jié)構(gòu)，有效地緩解了銅柱凸點(diǎn)在服役過(guò)程中的應(yīng)力集中，起到應(yīng)力緩沖的作用，防止凸點(diǎn)開裂現(xiàn)象的發(fā)生，提高銅柱凸點(diǎn)的可靠性；所述的晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制作方法，制備方法簡(jiǎn)單、成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1?圖11為本發(fā)明所述晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)制造過(guò)程的示意圖。
[0012]圖1為在晶圓上表面得到聚合物層的示意圖。
[0013]圖2為聚合物層刻蝕得到聚合物核心的示意圖。
[0014]圖3為得到電鍍種子層的示意圖。
[0015]圖4為得到金屬銅層的示意圖。
[0016]圖5為對(duì)電鍍種子層和金屬銅層刻蝕后的不意圖。
[0017]圖6為在導(dǎo)電柱體之間填充介質(zhì)層的示意圖。
[0018]圖7為得到光刻膠層的示意圖。
[0019]圖8為在光刻膠層上制作圖形開口的示意圖。
[0020]圖9為在光刻膠層的圖形開口中電鍍釬料材料的示意圖。
[0021]圖10為對(duì)釬料材料進(jìn)行回流焊工藝形成凸點(diǎn)的示意圖。
[0022]圖11為所述銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0023]圖中序號(hào)為:晶圓1、焊盤2、垂直互連結(jié)構(gòu)3、導(dǎo)電柱體30、聚合物核心31、電鍍種子層32、金屬銅層33、介質(zhì)層4、凸點(diǎn)5。
【具體實(shí)施方式】
[0024]下面結(jié)合具體附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0025]如圖11所示:所述晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)包括晶圓I和設(shè)置于晶圓I正面的垂直互連結(jié)構(gòu)3，晶圓I的正面具有多個(gè)焊盤2 ;所述垂直互連結(jié)構(gòu)3包括多個(gè)導(dǎo)電柱體30和填充于該多個(gè)導(dǎo)電柱體30之間的介質(zhì)層4,導(dǎo)電柱體30包括聚合物核心31、位于該聚合物核心31表面的電鍍種子層32和位于該電鍍種子層32表面的金屬銅層33,導(dǎo)電柱體30的上表面露出介質(zhì)層4的上表面、與介質(zhì)層4的上表面平齊,導(dǎo)電柱體30的下表面分別與晶圓I上的焊盤2連接，在導(dǎo)電柱體30的上表面分別設(shè)置凸點(diǎn)5 ;所述聚合物核心31的作用是使得導(dǎo)電柱體30具有貫通介質(zhì)層4的形狀和長(zhǎng)期，同時(shí)能夠提供外圍的電鍍種子層32和金屬銅層33 —個(gè)覆著的依托；在本發(fā)明中，采用金屬銅層33包覆在聚合物核心31上的結(jié)構(gòu)，可以有效地緩解銅柱凸點(diǎn)在服役過(guò)程中的應(yīng)力集中，起到應(yīng)力緩沖的作用，防止凸點(diǎn)開裂現(xiàn)象的發(fā)生，提高銅柱凸點(diǎn)的可靠性。
[0026]所述晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制作方法，包括以下步驟:
(1)如圖1所示，在晶圓I上表面進(jìn)行聚合物材料的涂覆，得到聚合物層310，聚合物材料可以采用光刻膠材料、樹脂、有機(jī)玻璃、聚氟乙烯等；
(2)如圖2所示，在聚合物層310上進(jìn)行圖形化，刻蝕出所需圖案，得到多個(gè)聚合物核心31，聚合物核心31的一端面分別與晶圓I上的焊盤2連接；
(3)如圖3所示，在步驟(2)得到的結(jié)構(gòu)的上表面電鍍銅，從而在聚合物核心31和晶圓I暴露的上表面上形成電鍍種子層；
(4)如圖4所示，在步驟(3)得到的結(jié)構(gòu)的上表面電鍍銅材料，從而在電鍍種子層的上表面形成金屬銅層；
(5)如圖5所示，刻蝕掉晶圓I上表面的電鍍種子層和金屬銅層；
(6)如圖6所示，對(duì)上述多個(gè)導(dǎo)電柱體30間進(jìn)行介質(zhì)填充，在導(dǎo)電柱體30之間形成介質(zhì)層4，填充完畢后，進(jìn)行機(jī)械研磨，將金屬銅層33上表面的塑封材料去除，露出金屬銅層33的上表面；所述介質(zhì)填充可以采用塑封工藝，介質(zhì)層4的材質(zhì)可以選擇環(huán)氧樹脂等；
(7)如圖7所示，在步驟(6)得到的結(jié)構(gòu)的上表面涂覆光刻膠，得到光刻膠層6；
(8)如圖8所示，在光刻膠層6上制作多個(gè)圖形開口，露出聚合物核心上方金屬銅層的上表面；
(9)如圖9所示，在上述光刻膠層6的圖形開口中電鍍釬料材料，如Sn，SnAgCu,SnAg材料等；
(10)如圖10所示，對(duì)上述的釬料材料進(jìn)行回流焊工藝，形成凸點(diǎn)5；
(11)如圖11所示，去除光刻膠，得到所述的晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
【權(quán)利要求】
1.一種晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其特征是:包括晶圓(I)和設(shè)置于晶圓(I)正面的垂直互連結(jié)構(gòu)(3)，晶圓(I)的正面具有多個(gè)焊盤(2);所述垂直互連結(jié)構(gòu)(3)包括多個(gè)導(dǎo)電柱體(30)和填充于該多個(gè)導(dǎo)電柱體(30)之間的介質(zhì)層(4)，導(dǎo)電柱體(30)包括聚合物核心(31)、位于該聚合物核心(31)表面的電鍍種子層(32)和位于該電鍍種子層(32)表面的金屬銅層(33),導(dǎo)電柱體(30)的上表面露出介質(zhì)層(4)的上表面,導(dǎo)電柱體(30)的下表面分別與晶圓(I)上的焊盤(2)連接，在導(dǎo)電柱體(30)的上表面分別設(shè)置凸點(diǎn)(5)。
2.如權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其特征是:所述聚合物核心(31)的下端面與焊盤(2)連接。
3.如權(quán)利要求1所述的晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)，其特征是:所述金屬銅層(33)的上表面與介質(zhì)層(4)的上表面平齊。
4.一種晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)的制作方法，其特征是，包括以下步驟: (1)在晶圓(I)上表面涂覆聚合物層，在聚合物層上通過(guò)刻蝕工藝得到多個(gè)聚合物核心(31)，聚合物核心(31)位于焊盤(2)的正上方； (2)在步驟(I)得到的結(jié)構(gòu)上表面電鍍銅，從而在聚合物核心(31)和晶圓(I)暴露的上表面上形成電鍍種子層； (3)在電鍍種子層上表面電鍍銅材料，得到金屬銅層； (4)刻蝕掉晶圓(I)上表面的電鍍種子層和金屬銅層； (5)對(duì)上述多個(gè)導(dǎo)電柱體(30)間進(jìn)行介質(zhì)填充，在導(dǎo)電柱體(30)之間形成介質(zhì)層(4)，并露出金屬銅層(33)的上表面； (6)在步驟(5)得到的結(jié)構(gòu)的上表面涂覆光刻膠，得到光刻膠層；在光刻膠層上制作多個(gè)圖形開口，露出聚合物核心(31)上方金屬銅層(33)的上表面； (7)在上述光刻膠層的圖形開口中電鍍釬料材料；對(duì)釬料材料進(jìn)行回流焊工藝，形成凸點(diǎn)(5)； (8)去除光刻膠，得到所述的晶圓級(jí)銅柱微凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】H01L21/60GK103943579SQ201410166240
【公開日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年4月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月23日
【發(fā)明者】何洪文, 孫鵬 申請(qǐng)人:華進(jìn)半導(dǎo)體封裝先導(dǎo)技術(shù)研發(fā)中心有限公司