晶圓級銅柱微凸點結構及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種晶圓級銅柱微凸點結構及制作方法，包括晶圓、多個導電柱體和介質層，導電柱體包括聚合物核心、電鍍種子層和金屬銅層，導電柱體上表面露出介質層上表面、并設置凸點，導電柱體下表面與晶圓上的焊盤連接。所述晶圓級銅柱微凸點結構的制作方法，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）導電柱體間填充介質；（5）在步驟（4）結構上表面涂覆光刻膠，露出金屬銅層上表面、并電鍍釬料后回流焊形成凸點；去除光刻膠。本發(fā)明可以防止凸點開裂現(xiàn)象的發(fā)生，提高銅柱凸點的可靠性。
【專利說明】晶圓級銅柱微凸點結構及制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種晶圓級銅柱微凸點結構及制作方法，屬于高密度電子封裝【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著CMOS工藝的不斷推進和發(fā)展，晶體管數量越來越多，導致互連尺寸越來越小，信號延遲問題日趨嚴重，成為影響系統(tǒng)速度提高的關鍵因素。采用3D集成的芯片堆疊技術，將有助于大大減小布線長度、縮短信號延遲，降低功耗，同時又可以縮小芯片尺寸，從而提高器件的系統(tǒng)性能。目前國際主流高端集成電路圓片直徑達到12英寸。新型器件結構的產生將帶動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、高密度Cupillar (銅柱微凸點)結構封裝所取代，更先進的圓片級系統(tǒng)封裝方式將進入實用化。銅柱微凸點可提供高導線連接密度、改善電性與熱傳導性能、抗電遷移性質。然而該技術仍然面臨著諸多的技術挑戰(zhàn)，比如現(xiàn)有的銅柱微凸點結構由于設置了鈍化層，工藝制程非常復雜，而且生產成本高；而且在熱循環(huán)過程中容易產生應力集中，在微凸點和銅柱的界面發(fā)生開裂等問題。
[0003]目前，銅柱微凸點基本都是利用電鍍機設備進行電鍍成型。首先進行銅的電鍍，然后再電鍍凸點部分，完成整個銅柱微凸點的制備方法。工藝過程中需要兩次電鍍工藝，大大提高了制造成本。而且，由于銅柱凸點在熱循環(huán)過程中容易產生應力集中，造成微凸點的開裂，降低可靠性。

【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術中存在的不足，提供一種晶圓級銅柱微凸點結構，可以有效地緩解銅柱凸點在服役過程中的應力集中，起到應力緩沖的作用，防止凸點開裂現(xiàn)象的發(fā)生，提高銅柱凸點的可靠性。
[0005]本發(fā)明的另一目的是，提供一種晶圓級銅柱微凸點結構的制作方法，制備方法簡單、成本低廉。
[0006]按照本發(fā)明提供的技術方案，所述晶圓級銅柱微凸點結構，其特征是:包括晶圓和設置于晶圓正面的垂直互連結構，晶圓的正面具有多個焊盤；所述垂直互連結構包括多個導電柱體和填充于該多個導電柱體之間的介質層，導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，導電柱體的上表面露出介質層的上表面，導電柱體的下表面分別與晶圓上的焊盤連接，在導電柱體的上表面分別設置凸點。
[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層的上表面平齊。
[0009]所述晶圓級銅柱微凸點結構的制作方法，其特征是，包括以下步驟:
(I)在晶圓上表面涂覆聚合物層，在聚合物層上通過刻蝕工藝得到多個聚合物核心，聚合物核心位于焊盤的正上方；
(2)在步驟(I)得到的結構上表面電鍍銅，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)對上述多個導電柱體間進行介質填充，在導電柱體之間形成介質層，并露出金屬銅層的上表面；
(6)在步驟(5)得到的結構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；對釬料材料進行回流焊工藝，形成凸
占.(8)去除光刻膠，得到所述的晶圓級銅柱微凸點結構。
[0010]本發(fā)明晶圓級銅柱微凸點結構，由于是銅包覆聚合物材料結構，有效地緩解了銅柱凸點在服役過程中的應力集中，起到應力緩沖的作用，防止凸點開裂現(xiàn)象的發(fā)生，提高銅柱凸點的可靠性；所述的晶圓級銅柱微凸點結構的制作方法，制備方法簡單、成本低廉。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1?圖11為本發(fā)明所述晶圓級銅柱微凸點結構制造過程的示意圖。
[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為對電鍍種子層和金屬銅層刻蝕后的不意圖。
[0017]圖6為在導電柱體之間填充介質層的示意圖。
[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為對釬料材料進行回流焊工藝形成凸點的示意圖。
[0022]圖11為所述銅柱微凸點結構的示意圖。
[0023]圖中序號為:晶圓1、焊盤2、垂直互連結構3、導電柱體30、聚合物核心31、電鍍種子層32、金屬銅層33、介質層4、凸點5。
【具體實施方式】
[0024]下面結合具體附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0025]如圖11所示:所述晶圓級銅柱微凸點結構包括晶圓I和設置于晶圓I正面的垂直互連結構3，晶圓I的正面具有多個焊盤2 ;所述垂直互連結構3包括多個導電柱體30和填充于該多個導電柱體30之間的介質層4,導電柱體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,導電柱體30的上表面露出介質層4的上表面、與介質層4的上表面平齊,導電柱體30的下表面分別與晶圓I上的焊盤2連接，在導電柱體30的上表面分別設置凸點5 ;所述聚合物核心31的作用是使得導電柱體30具有貫通介質層4的形狀和長期，同時能夠提供外圍的電鍍種子層32和金屬銅層33 —個覆著的依托；在本發(fā)明中，采用金屬銅層33包覆在聚合物核心31上的結構，可以有效地緩解銅柱凸點在服役過程中的應力集中，起到應力緩沖的作用，防止凸點開裂現(xiàn)象的發(fā)生，提高銅柱凸點的可靠性。
[0026]所述晶圓級銅柱微凸點結構的制作方法，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、有機玻璃、聚氟乙烯等；
(2)如圖2所示，在聚合物層310上進行圖形化，刻蝕出所需圖案，得到多個聚合物核心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)得到的結構的上表面電鍍銅，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)得到的結構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，對上述多個導電柱體30間進行介質填充，在導電柱體30之間形成介質層4，填充完畢后，進行機械研磨，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；所述介質填充可以采用塑封工藝，介質層4的材質可以選擇環(huán)氧樹脂等；
(7)如圖7所示，在步驟(6)得到的結構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，對上述的釬料材料進行回流焊工藝，形成凸點5；
(11)如圖11所示，去除光刻膠，得到所述的晶圓級銅柱微凸點結構。
【權利要求】
1.一種晶圓級銅柱微凸點結構，其特征是:包括晶圓(I)和設置于晶圓(I)正面的垂直互連結構(3)，晶圓(I)的正面具有多個焊盤(2);所述垂直互連結構(3)包括多個導電柱體(30)和填充于該多個導電柱體(30)之間的介質層(4)，導電柱體(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),導電柱體(30)的上表面露出介質層(4)的上表面,導電柱體(30)的下表面分別與晶圓(I)上的焊盤(2)連接，在導電柱體(30)的上表面分別設置凸點(5)。
2.如權利要求1所述的晶圓級銅柱微凸點結構，其特征是:所述聚合物核心(31)的下端面與焊盤(2)連接。
3.如權利要求1所述的晶圓級銅柱微凸點結構，其特征是:所述金屬銅層(33)的上表面與介質層(4)的上表面平齊。
4.一種晶圓級銅柱微凸點結構的制作方法，其特征是，包括以下步驟: (1)在晶圓(I)上表面涂覆聚合物層，在聚合物層上通過刻蝕工藝得到多個聚合物核心(31)，聚合物核心(31)位于焊盤(2)的正上方； (2)在步驟(I)得到的結構上表面電鍍銅，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)對上述多個導電柱體(30)間進行介質填充，在導電柱體(30)之間形成介質層(4)，并露出金屬銅層(33)的上表面； (6)在步驟(5)得到的結構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；對釬料材料進行回流焊工藝，形成凸點(5)； (8)去除光刻膠，得到所述的晶圓級銅柱微凸點結構。
【文檔編號】H01L21/60GK103943579SQ201410166240
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月23日 優(yōu)先權日:2014年4月23日
【發(fā)明者】何洪文, 孫鵬 申請人:華進半導體封裝先導技術研發(fā)中心有限公司