一種銅柱凸點的封裝結構的制作方法
【專利摘要】本實用新型提供一種銅柱凸點的封裝方法及封裝結構，所述封裝結構包括：金屬焊料盤，制作于器件上；絕緣層，其于欲制備銅柱凸點的位置具有通孔；氧化還原石墨烯層，形成于所述金屬布線層表面；銅柱，形成于所述氧化還原石墨烯層表面；金屬阻擋層，形成于所述銅柱表面；焊料凸點，形成于所述金屬阻擋層表面。本實用新型通過采用電鍍工藝于金屬焊料盤表面制作石墨烯層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的球下金屬層，然后采用電鍍制作銅柱及焊料金屬，節(jié)省了傳統(tǒng)采用濺射工藝及光刻?刻蝕工藝制作銅柱的步驟，大大節(jié)約了工藝成本。本實用新型可以在氧化還原石墨烯上電鍍出高質量的銅柱。可見，本實用新型能提高器件的性能，在半導體制造領域具有廣泛的應用前景。
【專利說明】
一種銅柱凸點的封裝結構
技術領域
[0001]本實用新型屬于半導體制造領域，特別是涉及一種銅柱凸點的封裝方法及封裝結構。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路的功能越來越強、性能和集成度越來越高，以及新型的集成電路出現(xiàn)，封裝技術在集成電路產品中扮演著越來越重要的角色，在整個電子系統(tǒng)的價值中所占的比例越來越大。同時，隨著集成電路特征尺寸達到納米級，晶體管向更高密度、更高的時鐘頻率發(fā)展，封裝也向更高密度的方向發(fā)展。隨著封裝密度不斷提高，芯片與芯片或者芯片與封裝基板的窄節(jié)距電學互連及其可靠性已成為挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的無鉛焊料凸點技術已難以滿足窄間距互連的進一步發(fā)展需求。銅柱凸點互連技術，以其良好的電學性能、抗電迀移能力，正成為下一代芯片窄節(jié)距互連的關鍵技術。
[0003]微電子封裝為半導體芯片提供了連接至電路基板的電氣連接，同時對脆弱敏感的芯片加以保護，便于測試、返修、標準化輸入，輸出端口，以及改善半導體芯片與電路基板的熱失配。為了順應硅基半導體芯片技術的不斷發(fā)展和環(huán)境保護法令對微電子封裝的需求，微電子封裝互連技術(結構和材料)也在不斷演變:從引線鍵合到倒裝芯片互連、從錫鉛/高鉛焊料凸點互連到無鉛焊料凸點互連、從焊料凸點互連到銅柱凸點互連。作為下一代芯片封裝互連技術，銅柱凸點互連正逐漸被越來越多的芯片封裝設計所采用。
[0004]現(xiàn)有的銅柱凸點制作工藝中，一般是通過濺射的方法制備銅柱及焊料金屬，然而，在濺射工藝后，需要將多余的銅和焊料金屬去除，通常地，會采用價格昂貴的光刻工藝及刻蝕工藝去除多余的銅和焊料金屬，大大地增加了工藝復雜程度以及工藝成本，并不利于成本的降低以及生產效率的提高。
[0005]鑒于以上所述，提供一種工藝簡單、成本較低的銅柱凸點的封裝方法及封裝結構實屬必要。
【實用新型內容】
[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種銅柱凸點的封裝方法及封裝結構，用于解決現(xiàn)有技術中銅柱凸點制作工藝復雜、成本較高的問題。
[0007]為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種銅柱凸點的封裝方法，所述封裝方法包括:I)提供一具有金屬焊盤的半導體襯底，所述半導體襯底表面覆蓋有絕緣層，刻蝕所述絕緣層暴露出所述金屬焊盤;2)采用電鍍法于所述金屬焊盤表面形成氧化石墨烯層并在水合肼蒸汽下還原成還原氧化石墨烯層;3)采用電鍍法于所述還原氧化石墨烯層表面形成銅柱；
[0008]4)采用電鍍法于所述銅柱表面形成金屬阻擋層;5)采用電鍍法于所述金屬阻擋層表面形成焊料金屬，并采用高溫回流工藝于所述金屬阻擋層表面形成焊料凸點。
[0009]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝方法的一種優(yōu)選方案，所述絕緣層表面還形成有聚酰亞胺層。
[0010]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝方法的一種優(yōu)選方案，所述金屬焊盤的材料包括Al及銅。
[0011]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝方法的一種優(yōu)選方案，所述金屬阻擋層的材料包括鎳。
[0012]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝方法的一種優(yōu)選方案，所述還原氧化石墨烯層的上表面不超過所述絕緣層的上表面。
[0013]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)中，包括步驟:2_
1)采用旋涂工藝于所述待封裝結構表面旋涂光刻膠;2-2)采用光刻工藝于欲制備銅柱凸點的位置打開窗口；2-3)基于所述窗口，采用電鍍法于金屬焊盤表面形成氧化石墨烯層并在水合肼蒸汽下還原成還原氧化石墨烯層。
[0014]優(yōu)選地，步驟3)中，基于所述光刻膠的窗口，采用電鍍法于所述還原氧化石墨烯層表面依次形成銅柱、金屬阻擋層以及焊料金屬。
[0015]進一步地，步驟4)中，所述焊料金屬電鍍完成后，還包括將所述光刻膠去除的步驟。
[0016]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝方法的一種優(yōu)選方案，所述焊料金屬包括鉛、錫及銀中的一種或包含上述任意一種焊料金屬的合金。
[0017]本實用新型還提供一種銅柱凸點的封裝結構，包括:具有金屬焊盤的半導體襯底；絕緣層，覆蓋在所述半導體襯底表面，并露出所述金屬焊盤;還原氧化石墨烯層，形成于金屬焊盤表面;銅柱，形成于所述還原氧化石墨烯層表面;金屬阻擋層，形成于所述銅柱表面；以及焊料凸點，形成于所述金屬阻擋層表面。
[0018]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝結構的一種優(yōu)選方案，還包括聚酰亞胺層，形成于所述絕緣層表面。
[0019]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝結構的一種優(yōu)選方案，所述金屬焊盤的材料包括Al及銅。
[0020]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝結構的一種優(yōu)選方案，所述金屬阻擋層的材料包括鎳。
[0021]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝結構的一種優(yōu)選方案，所述還原氧化石墨烯層的上表面不超過所述絕緣層的上表面。
[0022]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝結構的一種優(yōu)選方案，所述焊料凸點的材料包括鉛、錫及銀中的一種或包含上述任意一種焊料金屬的合金。
[0023]作為本實用新型的銅柱凸點的封裝結構的一種優(yōu)選方案，所述絕緣層包括二氧化硅層及氮化硅層中的一種或其組合。
[0024]如上所述，本實用新型的銅柱凸點的封裝方法及封裝結構，具有以下有益效果:本實用新型通過采用電鍍工藝于金屬焊盤表面制作石墨烯層，代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的球下金屬層(UBM)，然后采用采用電鍍制作銅柱及焊料金屬，節(jié)省了傳統(tǒng)采用濺射工藝及光刻-刻蝕工藝制作銅柱的步驟，大大節(jié)約了工藝成本。另外，石墨烯具有非常良好的導電性能，并且，可以石墨烯上電鍍出高質量的銅柱?？梢姡緦嵱眯滦凸に嚥襟E簡單，有利于節(jié)約成本，且能提高器件的性能，在半導體制造領域具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0025]圖1?圖9顯示為本實用新型實施例1中的銅柱凸點的封裝方法各步驟所呈現(xiàn)的結構示意圖，其中，圖9顯示為本實用新型的銅柱凸點的封裝結構的結構示意圖。
[0026]圖10顯示為本實用新型實施例2中的銅柱凸點的封裝結構的結構示意圖。
[0027]元件標號說明
[0028]101硅襯底
[0029]102金屬焊盤
[0030]103絕緣層
[0031]104光刻膠
[0032]105石墨烯層
[0033]106銅柱
[0034]107金屬阻擋層
[0035]108焊料金屬
[0036]109焊料凸點
[0037]HO聚酰亞胺層
【具體實施方式】
[0038]以下通過特定的具體實例說明本實用新型的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點與功效。本實用新型還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本實用新型的精神下進行各種修飾或改變。
[0039]請參閱圖1?圖10。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實用新型的基本構想，遂圖示中僅顯示與本實用新型中有關的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復雜。
[0040]實施例1
[0041 ]如圖1?圖9所示，本實施例提供一種銅柱凸點的封裝方法，所述封裝方法包括:
[0042]如圖1所示，首先進行步驟I)，提供具有金屬焊盤102的半導體襯底101，所述半導體襯底101表面覆蓋有絕緣層103，刻蝕所述絕緣層103暴露出所述金屬焊盤102[0043 ]具體地，所述半導體襯底1I可以是硅襯底，比如，單晶硅、多晶硅或非晶硅中的一種，也可以是絕緣體上娃(Silicon On Insulator，S0I)，還可以是娃鍺化合物。本實施例中，所述半導體襯底101為硅襯底。需要說明的是，提供的半導體襯底101中已經形成有柵極、源極和漏極等半導體結構，該些半導體結構通過金屬互連結構及焊墊可以與外界電連，從而實現(xiàn)器件的各種功能。所述半導體襯底101中可進一步含有多個絕緣結構，比如淺溝槽隔離結構(STI)或局部氧化硅(LOCOS)等。
[0044]作為示例，所述金屬焊盤102的材料可包含但不限定于銅、鋁、鋁銅、銅合金、或其他現(xiàn)有導電材料，可用于連接不同芯片中的集成電路至外部結構。所述半導體襯底101表面覆蓋有絕緣層103，刻蝕所述絕緣層103暴露出所述金屬焊盤102。所述絕緣層103可以是氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、或上述的組合、或其他常用的絕緣材料，在此不限。
[0045]如圖2?圖4所示，然后進行步驟2)，采用電鍍法于所述金屬焊盤102表面形成氧化石墨烯層并在水合肼蒸汽下還原成還原氧化石墨烯層105。
[0046]具體地，步驟2)中，包括步驟:
[0047]如圖2所示，首先進行步驟2-1)，采用旋涂工藝于所述待封裝結構表面旋涂光刻膠104；
[0048]如圖3所示，然后進行步驟2-2)，采用光刻工藝于欲制備銅柱凸點的位置打開窗P;
[0049]如圖4所示，接著進行步驟2-3)，基于所述窗口，采用電鍍法于所述金屬焊料盤102表面形成氧化石墨烯層并在水合肼蒸汽的條件下進行還原形成還原氧化石墨烯層105。
[0050]作為示例，所述還原氧化石墨烯層105的厚度選擇為:還原氧化石墨烯層105的上表面不超過所述絕緣層103的上表面。如圖5所示，接著進行步驟3)，采用電鍍法于所述還原氧化石墨稀層105表面形成銅柱106。
[0051]作為示例，基于所述光刻膠104的窗口，采用電鍍法于所述還原氧化石墨烯層105表面形成銅柱106。
[0052]如圖6所示，接著進行步驟4)，采用電鍍法于所述銅柱106表面形成金屬阻擋層107。
[0053]作為示例，所述金屬阻擋層的材料包括鎳。
[0054]如圖7?圖9所示，最后進行步驟4)，采用電鍍法于所述金屬阻擋層107表面形成焊料金屬108，并采用高溫回流工藝于所述金屬阻擋層107表面形成焊料凸點109。
[0055]作為示例，步驟4)中，所述焊料金屬108電鍍完成后，還包括將所述光刻膠104去除的步驟。
[0056]作為示例，所述焊料金屬108包括鉛、錫及銀中的一種或包含上述任意一種焊料金屬108的合金。在本實施例中，所述焊料金屬108為錫。
[0057]如圖9所示，本實施例還提供一種銅柱凸點的封裝結構，包括:具有金屬焊盤102的半導體襯底101，所述金屬焊盤制作于半導體器件上實半導體現(xiàn)器件的電性引出；絕緣層103，覆蓋于所述金屬焊料盤102表面，所述絕緣層103于欲制備銅柱凸點的位置具有通孔，以露出所述金屬焊盤102;還原氧化石墨烯層105，形成于所述金屬焊料盤102表面；銅柱106，形成于所述還原氧化石墨烯層105表面;金屬阻擋層107，形成于所述銅柱106表面；以及焊料凸點109，形成于所述金屬阻擋層107表面。
[0058]作為示例，所述金屬焊料盤102的材料包括Al及銅。
[0059]作為示例，所述金屬阻擋層107包括鎳。
[0060]作為示例，所述還原氧化石墨烯層105的上表面不超過所述絕緣層103的上表面。
[0061]作為示例，所述焊料凸點109的材料包括鉛、錫及銀中的一種或包含上述任意一種焊料金屬的合金。在本實施例中，所述焊料凸點109的材料為錫。
[0062]實施例2
[0063]如圖10所示，本實施例提供一種銅柱凸點的封裝方法，其基本步驟如實施例1，與實施例1的區(qū)別之處在于:所述半導體襯底101表面的絕緣層103表面還形成有聚酰亞胺(PI)層110。
[0064]如圖10所示，本實施例還提供一種銅柱凸點的封裝結構，其基本結構如實施例1，與實施例1的區(qū)別之處在于:所述銅柱凸點的封裝結構還包括聚酰亞胺(PI)層110，形成于所述絕緣層103表面。
[0065]如上所述，本實用新型提供一種銅柱凸點的封裝方法及封裝結構，所述封裝結構包括:金屬焊料盤102，制作于器件上實現(xiàn)器件的電性引出；絕緣層103，覆蓋于所述金屬焊料盤102表面，所述絕緣層103于欲制備銅柱凸點的位置具有通孔;還原氧化石墨烯層105，形成于所述金屬焊料盤102表面;銅柱106，形成于所述還原氧化石墨烯層105表面;金屬阻擋層107，形成于所述銅柱106表面；以及焊料凸點109，形成于所述金屬阻擋層107表面。本實用新型通過采用電鍍工藝于金屬焊料盤表面制作還原氧化石墨烯層105，代替?zhèn)鹘y(tǒng)工藝中的球下金屬層(UBM)，然后采用電鍍制作銅柱106及焊料金屬108，節(jié)省了傳統(tǒng)采用濺射工藝及光刻-刻蝕工藝制作銅柱的步驟，大大節(jié)約了工藝成本。另外，可以在還原氧化石墨烯上電鍍出高質量的銅柱?？梢?，本實用新型工藝步驟簡單，有利于節(jié)約成本，且能提高器件的性能，在半導體制造領域具有廣泛的應用前景。所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產業(yè)利用價值。
[0066]上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。
【主權項】
1.一種銅柱凸點的封裝結構，其特征在于，包括: 具有金屬焊盤的半導體襯底； 絕緣層，覆蓋在所述半導體襯底表面，并露出所述金屬焊盤； 還原氧化石墨烯層，形成于金屬焊盤表面； 銅柱，形成于所述還原氧化石墨烯層表面； 金屬阻擋層，形成于所述銅柱表面； 焊料凸點，形成于所述金屬阻擋層表面。2.根據(jù)權利要求1所述的銅柱凸點的封裝結構，其特征在于:還包括聚酰亞胺層，形成于所述絕緣層表面。3.根據(jù)權利要求1所述的銅柱凸點的封裝結構，其特征在于:所述金屬焊盤為Al焊盤或銅焊盤。4.根據(jù)權利要求1所述的銅柱凸點的封裝結構，其特征在于:所述金屬阻擋層包括鎳阻擋層。5.根據(jù)權利要求1所述的銅柱凸點的封裝結構，其特征在于:所述還原氧化石墨烯層的上表面不超過所述絕緣層的上表面。6.根據(jù)權利要求1所述的銅柱凸點的封裝結構，其特征在于:所述焊料凸點包括鉛焊料凸點、錫焊料凸點及銀焊料凸點中的一種或包含上述任意一種焊料金屬合金焊料凸點。7.根據(jù)權利要求1所述的銅柱凸點的封裝結構，其特征在于:所述絕緣層包括二氧化硅層及氮化硅層中的一種或其組合。
【文檔編號】C25D9/04GK205488041SQ201620042419
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年1月15日
【發(fā)明人】湯紅, 林正忠
【申請人】中芯長電半導體（江陰）有限公司