[發(fā)明專利]微銅柱的制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710735809.2
• 申請(qǐng)日: 2017-08-24
• 公開（公告）號(hào): CN107546139B
• 公開（公告）日: 2019-11-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王福亮;王峰;趙志鵬;聶南天;任鑫宇;曾鵬;朱文輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L21/60
• 分類號(hào): H01L21/60;H01L23/485
• 代理公司: 長(zhǎng)沙永星專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 43001
• 代理人: 鄧淑紅

本發(fā)明公開了一種微銅柱的制造方法，包括：步驟一、在絕緣襯底上完成多層RDL金屬互連結(jié)構(gòu)，在最后一層金屬互連結(jié)構(gòu)外對(duì)應(yīng)導(dǎo)電通道位置處設(shè)置焊盤；步驟二、制作微陽(yáng)極，微陽(yáng)極的直徑與微銅柱的直徑相匹配；步驟三、制作微陽(yáng)極夾具盤，將制作好的微陽(yáng)極安裝于微陽(yáng)極夾具盤上對(duì)應(yīng)焊盤的區(qū)域，并將各微陽(yáng)極連通；步驟四、將裝有微陽(yáng)極的微陽(yáng)極夾具盤放置在芯片上方，使微陽(yáng)極與焊盤一一對(duì)應(yīng)，將微陽(yáng)極夾具盤連接至電鍍電源的正極，芯片連接至電鍍電源的負(fù)極；步驟五、采用局部電化學(xué)沉積方法，在焊盤上電鍍沉積出需要的微銅柱。對(duì)設(shè)備的要求較低，制備過程簡(jiǎn)單，降低了制作成本；并且可通過多焊盤和多微陽(yáng)極同時(shí)制備多個(gè)微銅柱，生產(chǎn)效率較高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微電子三維集成互連領(lǐng)域，具體涉及一種微銅柱的制造方法。

背景技術(shù)

集成電路(IC)制造是高新技術(shù)核心的產(chǎn)業(yè)之一。為應(yīng)對(duì)尺寸更小、功能更強(qiáng)的需求挑戰(zhàn)，IC的集成度增加、特征線寬降低到32nm以下，逐漸接近物理極限。業(yè)界認(rèn)為更有效的解決方法之一是系統(tǒng)級(jí)封裝(System in Package，SiP)技術(shù)。即將多個(gè)不同功能的有源/無源/MEMS/生物芯片等器件，在三維高度方向上互連，組裝成多功能的單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)封裝子系統(tǒng)的先進(jìn)封裝技術(shù)。

微銅柱是實(shí)現(xiàn)不同芯片層之間電學(xué)互連的必要結(jié)構(gòu)之一，一般是在布線層上的焊盤中，制造微銅柱(copper pillar)，通過微銅柱與臨近層的微銅柱的鍵合，實(shí)現(xiàn)不同芯片層之間電學(xué)互連。

目前工業(yè)上制造微銅柱的方法主要是圖形化電鍍工藝，其主要步驟為：1)通過PVD工藝淀積金屬粘附層/擴(kuò)散阻擋層/銅種子層；2)通過旋轉(zhuǎn)涂敷光刻膠或干膜工藝涂布光刻膠薄膜；3)通過曝光/顯影等工藝對(duì)光刻膠進(jìn)行圖形化處理，在光刻膠被顯影和去除的區(qū)域進(jìn)行銅電鍍；4)在通過化學(xué)溶液去除光刻膠，最后利用化學(xué)試劑刻蝕種子層/阻擋層/金屬粘附層。這樣的制造方法存在以下問題：1)制造步驟復(fù)雜，需要?jiǎng)觿t上千萬的昂貴光刻和電鍍?cè)O(shè)備，制造成本高；2)微銅柱的電鍍速度慢，制造效率低，高度為40um的微銅柱凸點(diǎn)電鍍時(shí)間約為2小時(shí)；3)無法可控的制造非圓柱形的微銅柱，比如錐形凸點(diǎn)。有研究表明，錐形微銅柱可以避免凸點(diǎn)之間因高度差異導(dǎo)致鍵合失效的現(xiàn)象，還可以由于機(jī)械嵌入作用，提高互連點(diǎn)之間的連接強(qiáng)度。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種過程簡(jiǎn)單、效率高、成本低的微銅柱的制造方法。

本發(fā)明提供了一種微銅柱的制造方法，它包括以下步驟：

步驟一、在絕緣襯底上完成多層RDL金屬互連結(jié)構(gòu)，在最后一層金屬互連結(jié)構(gòu)外對(duì)應(yīng)導(dǎo)電通道位置處設(shè)置焊盤；

步驟二、制作微陽(yáng)極，微陽(yáng)極的直徑與微銅柱的直徑相匹配；

步驟三、制作微陽(yáng)極夾具盤，將制作好的微陽(yáng)極安裝于微陽(yáng)極夾具盤上對(duì)應(yīng)焊盤的區(qū)域，并將各微陽(yáng)極連通；

步驟四、將裝有微陽(yáng)極的微陽(yáng)極夾具盤放置在芯片上方，使微陽(yáng)極與焊盤一一對(duì)應(yīng)，將微陽(yáng)極夾具盤連接至電鍍電源的正極，芯片連接至電鍍電源的負(fù)極；

步驟五、采用局部電化學(xué)沉積方法，在焊盤上電鍍沉積出需要的微銅柱。

在上述步驟五中局部電化學(xué)沉積方法的具體步驟為：

(1)將帶有焊盤的芯片和裝有微陽(yáng)極的微陽(yáng)極夾具置于電解液中，焊盤接陰極，微陽(yáng)極接陽(yáng)極，施加測(cè)試電勢(shì)，微陽(yáng)極下行；

(2)微陽(yáng)極下行至與焊盤接觸后關(guān)閉電源，控制微陽(yáng)極上行至與焊盤之間距離為設(shè)定間距后施加電鍍電勢(shì)，微陽(yáng)極與焊盤之間的局部空間內(nèi)形成局部電場(chǎng)，在局部電場(chǎng)作用下微銅柱開始沉積生長(zhǎng)；

(3)當(dāng)微銅柱持續(xù)生長(zhǎng)至碰觸到微陽(yáng)極底面時(shí)，電流突然增大，切斷電流，控制微陽(yáng)極再次上升一個(gè)設(shè)定間距的行程；

(4)循環(huán)重復(fù)(3)，直至微銅柱的高度達(dá)到制造要求。