CN103762197B - 一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法,有效降低了铜柱表面粗糙度,提高了微凸点的表面平整度,保证了晶圆不同区域的微凸点高度的一致,满足铜铜键合工艺对表面平整度的要求,在后续的微组装工艺中不用做底填工艺,在降低工艺复杂度的同时,提高键合结构的可靠性,其特征在于:(1)在晶圆表面制作粘附层和种子层;(2)在晶圆表面淀积铜层;(3)对铜层进行图形化;(4)去除微凸点位置以外的铜形成微凸点结构;(5)去除微凸点区域以外的粘附层形成电隔离的微凸点结构;(6)去除光刻胶得到微凸点结构;(7)在微凸点结构间填充涂覆介质层;(8)对晶圆表面进行处理得到高度均匀,表面平坦光滑的介质层和外露的微凸点结构。
Description
技术领域
本发明涉及微电子封装技术领域,具体涉及一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法。
背景技术
目前微凸点制作工艺在种子层制作后,利用光刻胶定义电镀区域。受微凸点高度限制,光刻胶厚度较大,从而导致传统的微凸点制作工艺在小尺寸微凸点制作上能力不足。此外,铜铜键合工艺对键合界面的平整度要求近乎苛刻,电镀工艺无法满足其要求。首先,电镀工艺生产的铜柱表面粗糙度较大,无法满足铜铜键合对表面平整度的要求;其次,电镀工艺制作的微凸点平整度较差,尤其是在下层有台阶的情况下,很难保证微凸点表面平整度;第三,采用传统工艺的微凸点技术,晶圆不同区域的微凸点高度会有较大差异,影响键合质量;第四,传统工艺的底填技术已经很难满足细节距、大面积的芯片微组装工艺,现有的细节距、大面积的芯片微组装工艺复杂,其工艺可靠性低。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法,有效降低了铜柱表面粗糙度,提高了微凸点的表面平整度,同时保证了晶圆不同区域的微凸点高度的一致,而且在后续的微组装工艺中不用做底填工艺,可以在降低工艺难度的同时,提高键合结构的可靠性。
其技术方案如下:
一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法,其包括以下步骤:
(1)、在晶圆表面制作粘附层和种子层;
(2)、在晶圆表面淀积铜层;
(3)、利用光刻工艺对铜层进行图形化;
(4)、去除微凸点位置以外的铜,在晶圆上形成微凸点结构;
(5)、去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料,形成电隔离的微凸点结构;
(6)、去除晶圆表面的光刻胶,得到去胶后的微凸点结构;
(7)、在晶圆表面微凸点结构之间填充、涂覆介质层;
(8)、对晶圆表面进行处理,去除多余的介质层材料,对晶圆表面的介质层和铜柱进行抛光加工,得到高度均匀,表面平坦光滑的介质层和外露的微凸点结构;
其更进一步地还包括以下步骤:
(9)、利用铜铜键合工艺将两个芯片键合在一起,利用铜柱间已经填充介质形成支撑;
其更进一步在于:步骤(2)中,利用电镀工艺在晶圆表面淀积铜层;
步骤(4)中,利用电解工艺去除微凸点位置以外的铜,在晶圆上形成微凸点结构;
步骤(5)中,利用湿法刻蚀工艺去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料,形成电隔离的微凸点结构;
步骤(8)中,利用化学机械抛光工艺对晶圆表面进行处理,去除多余的介质层材料,并对晶圆表面进行平坦化处理,露出微凸点。
采用本发明的上述方法中,先淀积铜层,然后利用光刻和电化学抛光工艺去除多余部分的铜金属层,成型微凸点,并借助于化学机械抛光工艺,有效降低了铜柱表面粗糙度,提高了微凸点的表面平整度,保证了晶圆不同区域的微凸点高度一致并且表面光滑。
随着微组装结构尺寸的不断减小,芯片尺寸的进一步增大,底填工艺的难度越来越大,本专利提出的工艺方案在后续的微组装工艺中不用做底填工艺,可以在降低工艺复杂度的同时,提高键合结构的可靠性。
附图说明
图1为晶圆表面制作粘附层和种子层示意图;
图2为晶圆表面淀积铜层示意图;
图3为对微凸点进行定义示意图;
图4为晶圆上形成微凸点示意图;
图5为去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料示意图;
图6为去除晶圆表面的光刻胶成型光滑的微凸点示意图;
图7为晶圆表面涂覆介质层示意图;
图8为去除介质层露出微凸点示意图;
图9铜铜键合后效果图。
具体实施方式
一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法,其特征在于:其包括以下步骤:
见图1,(1)在晶圆1表面制作粘附层2和种子层3-1,粘附层材料可以是钛、氮化钛、钽、氮化钽等材料的一种或多种材料,种子层材料为铜。(晶圆上已经制作完成器件和互联结构制作);
见图2,(2)利用电镀工艺在晶圆表面淀积铜层3-2,铜层厚度为1-15μm;
见图3,(3)利用光刻工艺对铜层表面进行图形化;
见图4,(4)利用电解工艺去除微凸点位置以外的铜,在晶圆上形成微凸点结构5,该工艺将晶圆上的铜与电源的阳极相连,一般采用酸性电解液,并在电解液中通电,使晶圆表面裸露的铜电解;
见图5,(5)利用湿法刻蚀工艺去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层2,形成电隔离的微凸点结构5;
见图6,(6)去除晶圆表面的光刻胶4,得到微凸点结构5;
见图7,(7)晶圆表面微凸点结构之间填充、涂覆介质层6;介质层的材料可以是二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、聚对苯撑苯并双口恶唑纤维材料等材料;
见图8,(8)利用化学机械抛光工艺对晶圆表面进行处理,去除多余的介质层6,对晶圆表面的介质层和铜柱进行抛光加工,得到高度均匀,表面平坦光滑的介质层和外露的微凸点结构5;
见图9,(9)借助于步骤(8)形成的平坦均匀的铜柱结构,第一晶圆7-1和第二晶圆7-2片完成铜铜键合,所以无需底填工艺,工艺难度低,可靠性好。
本专利的上述方法中,采用单次CMP工艺完成大马士革工艺,工艺成难度低,处理后的大马士革结构表面平整光滑,可满足铜铜键合工艺要求。
随着微组装结构尺寸的不断减小,芯片尺寸的进一步增大,底填工艺的难度越来越大,步骤(7)、步骤(8)和步骤(9)中,成型微凸点结构5外侧的介质绝缘材料,露出微凸点的待连接部位,借助于步骤(8)形成的平坦均匀的铜柱结构,步骤(9)中第一晶圆7-1和第二晶圆7-2完成铜铜键合,由于铜柱间已经填充介质,使其可以实现超细节距的铜铜键合,使得微凸点可以直接进行连接,所提出的工艺方案在后续的微组装工艺中不用做底填工艺,可以在降低工艺难度的同时,提高键合结构的可靠性。
Claims (9)
1.一种大马士革铜铜键合结构的制作方法,其特征在于,其包括以下步骤:
(1)、在晶圆表面制作粘附层和种子层;
(2)、在晶圆表面淀积铜层;
(3)、利用光刻工艺对铜层进行图形化;
(4)、去除微凸点位置以外的铜,在晶圆上形成微凸点结构;
(5)、去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料,形成电隔离的微凸点结构;
(6)、去除晶圆表面的光刻胶,得到去胶后的微凸点结构;
(7)、在晶圆表面微凸点结构之间填充、涂覆介质层;
(8)、对晶圆表面进行处理,去除多余的介质层材料,对晶圆表面的介质层和铜柱进行抛光加工,得到高度均匀、表面平坦光滑的介质层和外露的微凸点结构。
2.根据权利要求1所述的一种大马士革铜铜键合结构的制作方法,其特征在于,还包括以下步骤:
(9)、利用铜铜键合工艺将两个芯片键合在一起,利用铜柱间已经填充介质形成支撑。
3.根据权利要求1或者2所述的一种大马士革铜铜键合结构的制作方法,其特征在于:步骤(2)中,利用电镀工艺在晶圆表面淀积铜层。
4.根据权利要求1或者2所述的一种大马士革铜铜键合结构的制作方法,其特征在于:步骤(4)中,利用电解工艺去除微凸点位置以外的铜,在晶圆上形成微凸点结构。
5.根据权利要求1或者2所述的一种大马士革铜铜键合结构的制作方法,其特征在于:步骤(5)中,利用湿法刻蚀工艺去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料,形成电隔离的微凸点结构。
6.根据权利要求1或者2所述的一种大马士革铜铜键合结构的制作方法,其特征在于:步骤(8)中,利用化学机械抛光工艺对晶圆表面进行处理,去除多余的介质层材料,并对晶圆表面进行平坦化处理,露出微凸点并对其进行平坦化处理。
7.根据权利要求1或者2所述的一种大马士革铜铜键合结构的制作方法,其特征在于:铜层厚度为1-15μm。
8.根据权利要求1或者2所述的一种大马士革铜铜键合结构的制作方法,其特征在于:粘附层材料为钛、氮化钛、钽、氮化钽的一种或多种材料,种子层材料为铜。
9.根据权利要求1或者2所述的一种大马士革铜铜键合结构的制作方法法,其特征在于:介质层的材料为二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或聚对苯撑苯并双口恶唑纤维材料。
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