一种提高产品可靠性的铜柱凸块结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种提高产品可靠性的铜柱凸块结构，属于半导体封装技术领域。其包括表面设置有芯片电极（110）的硅基体（101），硅基体（101）的上表面附着有芯片表面钝化层（120）并形成芯片表面钝化层开口（121），芯片表面钝化层开口（121）的内壁以及裸露的芯片电极（110）的表面设置金属溅射层（211），所述金属溅射层（211）的表面固定连接金属凸块（300），金属凸块（300）包括金属铜柱（220）、金属锡帽（230）、金属层（240）和惰性金属层（301），惰性金属层（301）设置于金属铜柱（220）的外侧壁，所述金属层（240）设置于金属铜柱（220）的顶端表面，所述金属层（240）的表面设置金属锡帽（230）。本实用新型专利技术有效地提升了产品的可靠性和成形效率。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本技术公开了一种提高产品可靠性的铜柱凸块结构，属于半导体封装
。其包括表面设置有芯片电极（110）的硅基体（101），硅基体（101）的上表面附着有芯片表面钝化层（120）并形成芯片表面钝化层开口（121），芯片表面钝化层开口（121）的内壁以及裸露的芯片电极（110）的表面设置金属溅射层（211），所述金属溅射层（211）的表面固定连接金属凸块（300），金属凸块（300）包括金属铜柱（220）、金属锡帽（230）、金属层（240）和惰性金属层（301），惰性金属层（301）设置于金属铜柱（220）的外侧壁，所述金属层（240）设置于金属铜柱（220）的顶端表面，所述金属层（240）的表面设置金属锡帽（230）。本技术有效地提升了产品的可靠性和成形效率。【专利说明】一种提高产品可靠性的铜柱凸块结构
本技术涉及一种提高产品可靠性的铜柱凸块结构，属于半导体封装
。
技术介绍
随着电子技术的发展，电子产品的系统功能愈加复杂，而对于内部芯片而言，具有更好的可靠性与更短的信号延时成为一个必然的发展趋势。与此同时，由于迎合了这一发展趋势，半导体封装行业凸块技术得以迅速的发展，随着前端半导体集成度的不断提高，凸块结构也由传统的焊锡凸块发展成为更小节距的铜柱凸块。铜柱凸块包括了用以维持倒装后站立高度的铜柱和进行焊接互联的焊锡帽，其通常是通过电镀的方式来制备。但是，这种铜柱凸块结构在制备和使用中还存在如下的一些问题:1、铜柱表面由于与空气接触后较容易被空气氧化生成金属氧化物，这种疏松的氧化物会导致铜柱与底填材料或塑封料分层，从而降低产品的可靠性；2、焊锡在铜表面具有很好的润湿性，当芯片表面形成的凸块结构在倒装回流焊的时候，由于铜柱较好的润湿性，锡帽部分的锡会沿着铜块侧壁向上攀附，形成蘑菇状的焊锡团，由于焊锡往上攀附，导致下方锡帽的高度降低，当倒装在基板上时，锡帽因没有足够的焊锡量与基板上的引脚形成回路，从而出现虚焊现象。对于复杂的芯片结构，由于凸块结构数较多，出现虚焊的可能性就更高，产品的可靠性将急剧降低；3、铜柱与焊锡帽的连接界面通常会生成一铜锡化合物层，该化合物层质地较脆。在器件服役过程中受到冲击时，易使该化合物层断裂，而导致产品失效，影响产品的可靠性。
技术实现思路
本技术的目的在于克服上述不足，提供一种带有惰性金属层和多层金属焊锡帽、防止焊锡往上攀附、也防止锡帽掉落的铜柱凸块结构。本技术是这样实现的:本技术一种提高产品可靠性的铜柱凸块结构，其包括表面设置有芯片电极110的硅基体101，所述硅基体101的上表面附着有芯片表面钝化层120，并在芯片电极110的上方设置有芯片表面钝化层开口 121，所述芯片表面钝化层开口 121露出芯片电极110的表面，所述芯片表面钝化层开口 121的内壁以及裸露的芯片电极110的表面设置金属溅射层 211。本技术所述金属溅射层211的表面固定连接金属凸块300，所述金属凸块300包括金属铜柱220、金属锡帽230、金属层240和惰性金属层301，所述金属铜柱220与金属溅射层211的表面固连，所述惰性金属层301设置于金属铜柱220的外侧壁，所述金属层240设置于金属铜柱220的顶端表面，所述金属层240的表面设置金属锡帽230。进一步地，所述惰性金属层301的厚度为2μπι±0.Ιμπι。进一步地，所述金属层240与惰性金属层301的材质相同。进一步地，所述金属层240与惰性金属层301的材质为N1、Ni/Au或Ni/Pd/Au。进一步地，所述金属层240的厚度为2 μ m± 0.Ιμπι。本技术所述金属层240与惰性金属层301的材质不相同。进一步地，所述金属层240的材质为Sn/N1、Sn/Ni/Au合金或Sn/Ni/Pd/Au。进一步地，所述金属层240的厚度为2 μ m?3 μ m。本技术的有益效果是:1、在金属铜柱的外表面增加惰性金属材质的惰性金属层，避免了裸露在空气的金属铜柱被空气氧化，提高了产品的可靠性；2、惰性金属层的材质为N1、Ni/Au或Ni/Pd/Au，其不具有润湿性，避免了在后续应用过程中的爬锡问题，提高了产品的可靠性；3、在金属铜柱与金属锡帽之间设置惰性金属材质的金属层，有效地克服了铜锡化合物层的生成，提高了产品的可靠性。而通过电镀工艺结合回流工艺实现的多元锡基合金的金属层，其力学性能更好，能有效地降低金属锡帽掉落问题，且工艺简单。【专利附图】【附图说明】图1为本技术一种提高产品可靠性的铜柱凸块结构的示意图。图2至图9为图1实施例的制备方法的工艺过程示意图。其中:硅基体101芯片电极110芯片表面钝化层120芯片表面钝化层开口 121金属溅射层211、212金属铜柱220金属锡帽230金属锡柱231金属层240金属凸块300惰性金属层301、302光刻胶I图形开口 410光刻胶II图形开口 420。【具体实施方式】现在将在下文中参照附图更加充分地描述本技术，在附图中示出了本技术的示例性实施例，从而本公开将本技术的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本技术可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。参见图1，本技术一种提高产品可靠性的铜柱凸块结构，其包括表面设置有芯片电极110的硅基体101，硅基体101的上表面附着有芯片表面钝化层120，并在芯片电极110的上方设置有芯片表面钝化层开口 121，芯片表面钝化层开口 121露出芯片电极110的表面。芯片表面钝化层开口 121的内壁以及裸露的芯片电极110的表面设置金属溅射层211,金属派射层211的表面固定连接金属凸块300。金属凸块300包括金属铜柱220、金属锡帽230、金属层240和惰性金属层301，其中金属铜柱220与金属溅射层211的表面固连，厚度为2 μπι±0.1ym的惰性金属层301设置于金属铜柱220的外侧壁，其材质为N1、Ni/Au或Ni/Pd/Au，可以防止金属铜柱220被氧化，起到保护金属铜柱220的作用。金属层240设置于金属铜柱220的顶端。金属层240的材质可以与惰性金属层301相同，为N1、Ni/Au或Ni/Pd/Au，厚度为2 μ m±0.1 μ m,以阻止金属铜柱220与金属锡帽230的连接界面处生成铜锡化合物层，提高产品的可靠性；金属层240的材质也可以与惰性金属层301不相同，其材质为Sn/N1、Sn/Ni/Au合金或Sn/Ni/Pd/Au，并且其厚度为2 μ m?3 μ m。金属层240的表面设置金属锡帽230。本技术一种提高产品可靠性的铜柱凸块结构的实现过程如下:如图2所不，提供表面设直有芯片电极110的娃基体101,娃基体101的上表面附着有芯片表面钝化层120，芯片电极110的上方设置的芯片表面钝化层开口 121露出芯片电极110的表面。如图3所示，在芯片表面钝化层120的上表面和芯片表面钝化层开口 121的内壁、以及裸露的芯片电极110的表面通过溅射工艺覆盖金属溅射层211、212，金属溅射层211位于芯片电极110的正上方且不超出芯片电极110的垂直范围，金属溅射层212为金属溅射层211的水平延展部分。如图4所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高产品可靠性的铜柱凸块结构，其包括表面设置有芯片电极（110）的硅基体（101），所述硅基体（101）的上表面附着有芯片表面钝化层（120），并在芯片电极（110）的上方设置有芯片表面钝化层开口（121），所述芯片表面钝化层开口（121）露出芯片电极（110）的表面，所述芯片表面钝化层开口（121）的内壁以及裸露的芯片电极（110）的表面设置金属溅射层（211），其特征在于：所述金属溅射层（211）的表面固定连接金属凸块（300），所述金属凸块（300）包括金属铜柱（220）、金属锡帽（230）、金属层（240）和惰性金属层（301），所述金属铜柱（220）与金属溅射层（211）的表面固连，所述惰性金属层（301）设置于金属铜柱（220）的外侧壁，所述金属层（240）设置于金属铜柱（220）的顶端表面，所述金属层（240）的表面设置金属锡帽（230）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭洪岩，张爱兵，张黎，赖志明，陈锦辉，
申请(专利权)人：江阴长电先进封装有限公司，
类型：新型
国别省市：江苏;32