一种铜柱凸点封装结构的成型方法技术

本发明专利技术所述铜柱凸点封装结构包括：半导体衬底和位于所述衬底上的金属焊盘；所述金属焊盘的四周设有钝化层，所述钝化层覆盖于衬底上；凸点下金属化层位于金属焊盘及金属焊盘四周边缘部分的钝化层上，所述凸点下金属化层包括位于金属焊盘上的粘附层，位于粘附层上的阻挡层，位于阻挡层上的抗氧化层；铜柱位于凸点下金属化层的正上方，所述铜柱的顶端设有焊料凸点，所述焊料凸点的底部通过界面阻挡层与铜柱接触。本发明专利技术采用添加纳米颗粒的复合焊料凸点和凸点与铜柱之间增加阻挡层的方法，弱化铜柱和凸点之间的界面反应，避免因金属间化合物的形成而导致结构失效，从而提高了铜柱凸点封装结构的可靠性和耐用性。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术所述铜柱凸点封装结构包括：半导体衬底和位于所述衬底上的金属焊盘；所述金属焊盘的四周设有钝化层，所述钝化层覆盖于衬底上；凸点下金属化层位于金属焊盘及金属焊盘四周边缘部分的钝化层上，所述凸点下金属化层包括位于金属焊盘上的粘附层，位于粘附层上的阻挡层，位于阻挡层上的抗氧化层；铜柱位于凸点下金属化层的正上方，所述铜柱的顶端设有焊料凸点，所述焊料凸点的底部通过界面阻挡层与铜柱接触。本专利技术采用添加纳米颗粒的复合焊料凸点和凸点与铜柱之间增加阻挡层的方法，弱化铜柱和凸点之间的界面反应，避免因金属间化合物的形成而导致结构失效，从而提高了铜柱凸点封装结构的可靠性和耐用性。【专利说明】
本专利技术涉及，属于半导体封装
。
技术介绍
20世纪80年代至90年代，随着IC的特征尺寸不断减小以及集成度不断提高，芯片尺寸也不断增大，传统的 QuadFlatPackage(QFP)和 PlasticLeadedChipCarrier(PLCC)封装形式已不能满足当时高密度集成的芯片封装。于是，电子封装引脚由周边型发展成面阵型，并于90年代初研制开发出BGA封装，其实现了较高的封装密度和较好的封装性能。 随着电子产品向便携化、小型化、高性能方向发展，集成电路的集成度不断提高，I/o数量不断增加，体积不断缩小，BGA球型互联凸点的直径缩小到ΙΟΟμπι，球型凸点间距减小到ΙΟΟμπι,从而使得芯片上互联凸点的密度达到2500bump/cm2。这就给运用传统球型焊点的BGA封装技术带来了新的挑战。当间距太小的时候，球型焊点会把两个相邻的I/O连通而导致短路，这就是凸点桥联问题。 为了解决凸点桥联问题，可以通过使用铜柱结构的凸点来改善现有的BGA封装结构。 现有技术公开了一种铜柱凸点的结构，参考图1，包括:半导体衬底101和位于所述衬底101上的金属焊盘102 ;所述金属焊盘102的四周设有钝化层103，所述钝化层103覆盖于衬底101上；凸点下金属化层104位于金属焊盘102及金属焊盘102四周边缘部分的钝化层103上，所述凸点下金属化层104包括位于金属焊盘102上的粘附层104a，位于粘附层104a上的阻挡层104b，位于阻挡层104b上的抗氧化层104c ;铜柱105位于凸点下金属化层104的正上方，所述铜柱105的顶端设有焊料凸点106。 然而，在对上述工艺所形成铜柱凸点封装结构进行测试时发现，铜柱和锡帽之间的界面处极易发生反应，从而形成金属间化合物，继而使得铜柱凸点封装结构的可靠性差，易发生结构失效。 因此，鉴于以上问题，有必要提出一种防止界面反应发生的方法，以提高铜柱凸点封装结构的可靠性。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术中存在的不足，提供，其焊料采用添加纳米颗粒的复合焊料，同时焊料凸点与铜柱之间增加界面阻挡层，以弱化铜柱和焊料凸点之间的界面反应，避免因金属间化合物的形成而导致结构失效，从而提高了铜柱凸点封装结构的可靠性和耐用性。 ，其过程包括如下步骤: a.提供带有金属焊盘及钝化层的半导体衬底，所述钝化层覆盖于衬底上，并有选择性地刻蚀所述钝化层，使其形成窗口以露出金属焊盘； b.利用磁控溅射在上述半导体衬底上沉积凸点下金属化层，所述凸点下金属化层覆盖于钝化层及金属焊盘上； c.利用匀胶机在上述凸点下金属化层的表面涂布初级光刻胶层，并利用光刻工艺使初级光刻胶层图形化，以形成铜柱窗口图形； d.利用电镀工艺在上述窗口图形内沉积铜柱，并在所述铜柱的顶端溅射一层界面阻挡层； e.利用匀胶机在上述界面阻挡层和初级光刻胶层的表面涂布次级光刻胶层，形成焊料窗口后填充添加纳米颗粒的复合焊料； f.利用去胶工艺去除光刻胶层，以露出凸点下金属化层的表面； g.利用刻蚀工艺去除铜柱四周多余的凸点下金属化层； h.对添加纳米颗粒的复合焊料进行回流。 所述铜柱凸点封装结构，包括半导体衬底和位于所述衬底上的金属焊盘；所述金属焊盘的四周设有钝化层，所述钝化层覆盖于衬底上；凸点下金属化层位于金属焊盘及金属焊盘四周边缘部分的钝化层上，所述凸点下金属化层包括位于金属焊盘上的粘附层，位于粘附层上的阻挡层，位于阻挡层上的抗氧化层；铜柱位于凸点下金属化层的正上方，所述铜柱的顶端设有焊料凸点，所述焊料凸点的底部通过界面阻挡层与铜柱接触。 进一步的，所述初级光刻胶层的高度等于铜柱和界面阻挡层的高度之和。 进一步的,所述铜柱的闻度闻于焊料凸点的闻度。 进一步的，所述铜柱和焊料凸点之间的界面阻挡层为Ni。 进一步的，所述焊料凸点添加的纳米颗粒为Fe304。 与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有的优点:采用添加纳米颗粒的复合焊料凸点和凸点与铜柱之间增加界面阻挡层的方法，弱化铜柱和凸点之间的界面反应，避免因金属间化合物的形成而导致结构失效，从而提高了铜柱凸点封装结构的可靠性和耐用性。 【专利附图】【附图说明】 图1为现有技术中凸点结构的示意图。 图2?图11为本专利技术的示意图。 其中，图2为本专利技术在半导体衬底上设置金属焊盘和钝化层后的剖视图。 图3为本专利技术沉积凸点下金属化层的剖视图。 图4为本专利技术涂布初级光刻胶并图形化后的剖视图。 图5为本专利技术电镀沉积铜柱后的剖视图。 图6为本专利技术在铜柱上溅射界面阻挡层后的剖视图。 图7为本专利技术涂布次级光刻胶并图形化后的剖视图。 图8为本专利技术在界面阻挡层上填充复合焊料后的剖视图。 图9为本专利技术去除光刻胶层(后的剖视图。 图10为本专利技术去除多余凸点下金属化层后的剖视图。 图11为回流后得到的铜柱凸点封装结构的剖视图。 附图标记:3半导体衬底一100、金属焊盘一110、纯化层一200、纯化层窗口一210、凸点下金属化层一 300、粘附层一 310、阻挡层一 320、抗氧化层一 330、铜柱凸点封装结构一400、铜柱一 410、界面阻挡层一 420、焊料凸点一 430、光刻胶层一 500、初级光刻胶层一 510、 铜柱窗口图形一 511、次级光刻胶层一 520、焊料窗口图形一 521。 【具体实施方式】 经研究发现，现有技术中铜柱凸点封装结构可靠性差、易发生失效的主要原因如下: 现有铜柱凸点封装结构中，焊料凸点和铜柱之间的界面极易发生铜锡反应而产生金属间化合物。初期产生的金属间化合物是Cu6Sn5,但随着时间的延长,金属间化合物逐渐演变为Cu3Sn,体积减小，从而产生孔洞，严重影响了铜柱凸点封装结构的可靠性和耐用性。 经过进一步研究发现，可采用添加纳米颗粒的复合焊料，同时在焊料凸点与铜柱之间增加阻挡层的方法，以弱化铜柱和凸点之间的界面反应，避免因金属间化合物的形成而导致结构失效。 下面结合具体附图和实施例对本专利技术作进一步说明。 参见图11，本专利技术一种铜柱凸点封装结构(400)的成型方法，其实施例的结构如下: 所述铜柱凸点封装结构(400)，包括半导体衬底(100)和位于所述衬底(100)上的金属焊盘(110);所述金属焊盘(110)的四周设有钝化层(200)，所述钝化层(200)覆盖于衬底(1000上；凸点下金属化层(300)位于金属焊盘(110)及金属焊盘(110)四周边缘部分的钝化层(20本文档来自技高网...

【技术保护点】
所述铜柱凸点封装结构(400)，包括半导体衬底(100)和位于所述衬底(100)上的金属焊盘(110)；所述金属焊盘(110)的四周设有钝化层(200)，所述钝化层(200)覆盖于衬底(1000上；凸点下金属化层(300)位于金属焊盘(110)及金属焊盘(110)四周边缘部分的钝化层(200)上，所述凸点下金属化层(300)包括位于金属焊盘(110)上的粘附层(310)，位于粘附层(310)上的阻挡层(320)，位于阻挡层(320)上的抗氧化层(330)；铜柱(410)位于凸点下金属化层(300)的正上方，所述铜柱(410)的顶端设有焊料凸点(430)，所述焊料凸点(430)的底部通过界面阻挡层(420)与铜柱(410)接触。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈萍，赵修臣，刘颖，李红，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11