[发明专利]铜支柱制作工艺

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体属于芯片的电气和机械连接的封 装技术，尤其涉及一种用于晶圆片的电镀铜支柱制备工艺。

背景技术

高性能的芯片在后道工序的钝化层形成、接触焊盘(Pad)打开以后，通 常使用焊料凸点(Solder Bump)与电路板、或下一级封装衬底实现电气和机 械连接，这种封装技术通常称为“倒装封装”技术。

铜因为具有较低的电阻率，其作为芯片互连材料的选择，在半导体技术 中，大量的用于倒装封装和互连线应用提供一个可软焊的表面，其封装技术中 铜支柱制备工艺(Cu pillar plating process)基本过程：首先在晶圆片表 面均匀的溅射一层金属种子层，如TiCu或者CrCu，然后进行光刻制程在晶圆 片表面的特定位置形成开口，往这些开口内电镀上铜支柱。

现有技术制造铜焊料凸点(Cu pillar single bumping)的方法中，应 用较为广泛的方式是，采用电镀沉积的方式在晶圆片表面形成铜支柱。将晶 圆片放入电镀液中接电作为阴极，晶圆片表面的开口处曝露先期溅射的铜种 子层，和电镀液中的铜离子发生还原反应，沉积单质铜，随时间增长，形成 铜支柱。在这个过程中，为了使电镀液与晶圆片充分均匀的接触，并增大离 子扩散速度，将晶圆片在电镀液中自旋转，目前主流的八寸晶圆片封装技术， 其晶圆的自转速为45rpm～75rpm(rpm为转/分钟)，电镀液采用硫酸铜溶液 Cu₂SO₄·H₂O，浓度为100g/L-140g/L.(g/L为克/升)。

在现有电解铜支柱制备工艺中，由于晶圆片的自旋过程，随着晶圆片上 各点相对于中心的距离变化，其离心力随距离增大而逐渐增大。直接产生的 后果是晶圆上铜支柱的镀层表面形成斜坡状，如图2所示，支柱表面靠近旋 转中心一侧较另一侧更低，其均匀度超过30％。上述均匀度概念为(最高点高 度-最低点高度)/平均高度。均匀度作为铜支柱制备的一个重要性能指标， 将直接影响后期封装焊接的接触性能。比如上层基板焊接铜支柱时，支柱表 面的焊料分布随支柱的表面高度分布不均匀，且接触面变小，其较高一侧总 是比较低一侧的焊料量更薄，且合金化性质更严重，从而导致支柱表面焊接 后焊点电阻率不均，破坏产品的可靠性等后果。因此，改进晶圆片上的电镀 铜支柱制备工艺来满足封装可靠性的需求是非常必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种用于半导体晶圆片的电镀铜支柱 制备工艺，改善铜支柱表面的均匀度性质，提高焊接封装中焊点可靠性。

为解决上述技术问题，本发明提供的电镀铜支柱的制备工艺，用于在晶 圆片上暴露的接触开口上形成铜凸点，所述工艺流程包括以下步骤：

(1)提供表面形成有连续的铜种子层的晶圆；

(2)在晶圆上形成具有若干开口的保护光阻，所述开口暴露出铜种子层；

(3)采用电镀工艺在开口内沉积铜焊料，所述电镀工艺的渡液包含浓度为 180g/L～220g/L的硫酸铜Cu₂SO₄·H₂O溶液，电镀过程中晶圆在镀液中作 自转动，转速为5rpm～15rpm。

(4)去除保护光阻，回流形成铜支柱。

根据本发明所提供的一种电镀铜支柱的制备工艺，其中，所述晶圆片为八 寸或十二寸标准晶圆片，所述第(3)步骤的电镀液使用浓度180g/L～220g/L 的硫酸铜Cu₂SO₄·H₂O溶液，电镀过程中晶圆片在上述电镀液内，作5rpm～ 15rpm的自转运动，电镀铜时间根据制备的铜支柱所需高度及电镀速度决定。

作为优选方案，步骤(3)电镀铜后，还有一步骤电镀锡银焊料，以便基 板焊点连接，并在步骤(4)的加热过程中焊料回流，形成铜支柱。

本发明的技术效果是：本发明通过降低电镀过程中，晶圆片的自转速度， 并增大电镀液的浓度，提高电镀铜支柱顶部的平整性，改善铜支柱的均匀度。 因此，使用本发明方法所形成的铜支柱与封装衬底具有接触特性好，成品度 及可靠性高特点。

附图说明

图1是本发明所述的电镀铜支柱的制作工艺流程图；

图2是当前电镀铜支柱制备形成的铜支柱均匀度示意图；