[发明专利]细节距铜柱微凸点制备工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种细节距铜柱微凸点制备工艺，属于高密度电子封装技术领域。

背景技术

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。在微凸点结构中，铜柱凸点技术应用最为广泛。自从英特尔在2006年开始在处理器中第一次使用后，铜柱凸点在Flip-chip（倒装芯片）技术的晶圆级凸点制造和微组装工艺中逐渐被广泛应用。铜柱凸点是由铜柱和顶部焊料帽构成，具有可大于1：1的高度直径比，而焊料帽所占比例较少，所造成的坍塌影响小，所以它能在保证凸点高度的同时还可以减小节距，从而可以增加凸点密度以提高I/O互连密度。

相比于焊料凸点，铜柱凸点的主要优势在于：（1）焊料凸点由于其形状为球形且需要保持一定高度以便于底填充，因此节距较大，一般最小为150微米，而铜柱凸点节距可降至20微米以下；（2）焊料凸点可能在回流过程中发生桥接而造成短路，而铜柱凸点极大减小了短路的可能。铜柱凸点比焊料凸点的电阻低25%，可提供良好的电学性能；此外，铜柱凸点可承受更高的电流密度，抗电迁移失效的性能更优；（3）铜柱凸点的结构设计可降低基板的层数，从而降低成本；（4）可在先进的low-K器件上应用。

传统铜柱凸点的工艺是在光刻胶开口内进行Cu电镀工艺和钎料电镀工艺，然后将光刻胶剥离，回流形成铜柱凸点。该工艺存在如下弊端：首先，该工艺需要两次电镀工艺，分别是电镀Cu和电镀钎料；其次，该电镀工艺只能完成Sn或二元合金钎料的电镀，无法制备三元或多元成分的钎料电镀；最后，该电镀工艺只能单片进行，降低产量。

针对该工艺只能完成电镀Sn或二元合金钎料，IBM自主设计了一套IMS体系，根据丝网印刷的原理，完成多元合金钎料的凸点制备。该工艺最大的优势是成本非常低，然而该工艺尚未成熟，而且也是单片进行，效率较低。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种细节距铜柱微凸点制备工艺，可批量完成铜柱凸点的制备，极大的提高了生产效率；而且，该工艺可实现三元或多元合金钎料的凸点制备，满足不同产品的应用。

按照本发明提供的技术方案，所述细节距铜柱微凸点制备工艺，其特征是，包括以下步骤：

（1）在晶圆表面电镀Ti/Cu种子层；

（2）在Ti/Cu种子层表面沉积设定厚度的铜层；

（3）在铜层表面制备钎料层；

（4）在钎料层表面涂覆光刻胶层；

（5）在光刻胶层上进行开口工艺，形成开口，开口由光刻胶层的上表面延伸至光刻胶层的下表面；制作开口后所保留的光刻胶层的大小、数量、分布与所需制备的铜柱的大小、数量、分布相一致；

（6）在开口处进行刻蚀，将开口下方的钎料层、铜层和Ti/Cu种子层刻蚀掉，露出晶圆的上表面；

（7）剥离残留的光刻胶层；

（8）进行回流工艺，在铜层上形成铜柱微凸点。

进一步的，所述Ti/Cu种子层的厚度为100～300nm。

进一步的，所述钎料层的厚度为10～100μm。

进一步的，所述钎料层的材料为SnPb、SnAg、SnAgCu、SnBi或者添加合金元素的三元或多元钎料。

进一步的，所述细节距铜柱微凸点的节距为20～100μm。

本发明所述细节距铜柱微凸点制备工艺，可批量完成铜柱凸点的制备，极大的提高了生产效率；而且，该工艺可实现三元或多元合金钎料的凸点制备，满足不同产品的应用。

附图说明

图1为在晶圆表面制备Ti/Cu种子层的示意图。

图2为在Ti/Cu种子层表面制备铜层的示意图。

图3为在铜层表面制备钎料喜忧参半的示意图。

图4为在钎料层表面涂覆光刻胶层的示意图。

图5为在光刻胶层上制作开口的示意图。

图6为在开口处刻蚀钎料层、铜层和Ti/Cu种子层的示意图。

图7为剥留光刻胶层的示意图。

图8为回流形成铜柱微凸点的示意图。

图中序号：晶圆1、Ti/Cu种子层2、铜层3、钎料层4、光刻胶层5、开口6、铜柱微凸点7。

具体实施方式

下面结合具体附图对本发明作进一步说明。

所述细节距铜柱微凸点制备工艺，包括以下步骤：

（1）如图1所示，在晶圆1表面电镀Ti/Cu种子层2，Ti/Cu种子层2的厚度为100～300nm；