本发明专利技术提供一种纳米孪晶铜再布线的制备方法，包括步骤：1）于基片上制备钝化层，并光刻出用于与芯片极板互联的窗口；2）于钝化层表面及所述互联窗口中形成种子层；3）于种子层表面形成纳米孪晶铜再布线的光刻胶图形，采用脉冲电镀法于裸露的种子层表面制备一层纳米孪晶铜再布线层；4）去除光刻胶图形，并腐蚀掉多余的种子层。本发明专利技术采用脉冲电镀辅以快速退火处理，依靠脉冲电镀形成的大内应力驱使铜再结晶，形成高密度纳米孪晶再布线。本发明专利技术采用的电流密度低，采用当前设备即可，和现有的IC工艺完全兼容，属于圆片级封装工艺，效率高，成本低。制备的纳米孪晶铜综合力学性能优良，可以大幅缩减再布线尺寸到10um左右，且具有较高的热机械可靠性。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体封装领域，特别是涉及一种。
技术介绍
圆片级封装是指芯片和封装在元偏上进行制造和测试，最后划片。圆片级封装第 一步是通过再布线技术，扩大了标准IC焊盘节距，然后进行低成本的植球，使得焊球间距 及尺寸变大，保证了更高的板级可靠性。 再布线技术是圆片级封装的核心工艺，直接决定封装性能的优良。相比芯片尺寸， 再布线往往距离较长，具有较大的寄生效应。再布线在走线方向上常常需要转折，以协调其 它焊点和布线实现高密度封装。再布线需要通过UBM与焊球链接，承受较大的应力。再布 线尺寸随着封装尺寸的减少而迅速缩减，如16nm IC的封装导线尺寸将减至IOum,如果涉 及到多层再布线，情况就更加复杂。对这信号完整性、器件热力学可靠性等提出了挑战。寻 找新材料、新技术以应对再布线的挑战广受业界关注。 纳米孪晶铜，具有跟标准退火铜相当的电导率和延展性，更好的热稳定性，更高 的机械强度，具有抑制柯肯达尔孔洞的特性，非常适合作为再布线材料。纳米孪晶铜晶粒 尺寸为几个微米，内部含有高密度的孪晶一常常是共格孪晶，孪晶片层相互平行，厚度为 IOOnm以内。 经对国内外公开发表的相关文献检索发现，目前制备纳米孪晶铜的主要方式为脉 冲电镀法、磁控溅射法、大塑性变形法等。例如昆明理工大学王军丽等在专利公开文本CN 102925832A，名称为一种制备超细孪晶铜的大塑性变形方法中，通过大塑性变形制备纳 米孪晶铜。又如卢柯等在论文Ultrahigh strength and high electrical conductivity in copper. Science304(5669) :422-426. 中，采用大电流脉冲以铁板/钢板为阴极合 成纳米孪晶铜。复旦大学谢琉等在论文The effect of sputtered W-based carbide diffusion barriers on the thermal stability and void formation in copper thin films. Microelectronic Engineering 87 (12) : 2535-2539. 中，米用減射制备纳米孪晶 铜薄膜。论文 Eliminate Kirkendall voids in solder reactions on nanotwinned copper. 〃Scripta Materialia 68(5) :241-244. 中，采用直流电镀制备纳米孪晶铜薄膜， 但需要特殊的电镀设备。 鉴于以上所述，目前尚未有与圆片级工艺兼容的脉冲电镀纳米孪晶铜再布线的任 何技术公开。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种纳米孪晶铜再布线的 制备方法，以实现一种可以大幅缩减再布线的铜线的尺寸，提高封装器件的热机械与电学 可靠性，并提高封装密度的。 为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种纳米孪晶铜再布线的制备方 法，所述制备方法包括步骤： 1)于基片上制备钝化层，并于所述钝化层中光刻出用于与芯片极板互联的互联窗 Π ； 2)于所述钝化层表面及所述互联窗口中形成种子层； 3)于所述种子层表面形成纳米孪晶铜再布线的光刻胶图形，并以所述光刻胶图形 为掩膜，采用脉冲电镀法于裸露的种子层表面制备一层纳米孪晶铜再布线层； 4)去除所述光刻胶图形，并腐蚀掉多余的种子层。 作为本专利技术的的一种优选方案，步骤1)包括： 1-1)于基片上制备无机钝化层，并于所述无机钝化层中光刻出用于与芯片极板互 联的互联窗口； 1-2)于所述无机钝化层上制备有机钝化层，并于所述有机钝化层中光刻出用于与 芯片极板互联的互联窗口。 进一步地，所述无机钝化层包括氮化硅及氧化硅钝化层的一种或组合，所述有机 钝化层包括苯并环丁烯及聚酰亚胺的一种或组合。 作为本专利技术的的一种优选方案，所述种子层包括 Ti/Cu 及 TiW/Cu 的一种。 作为本专利技术的的一种优选方案，所述基片为晶圆 片。 作为本专利技术的的一种优选方案，步骤3)的脉冲电 镀法采用的电解液为硫酸铜纯溶液、去离子水及硫酸混合液，其PH为0. 5-1. 5,采用的阴极 为形成有种子层的基片，采用的脉冲电流密度为7?70mA/cm2,导通时间为1?10ms，关闭 时间为 90-200ms。。 作为本专利技术的的一种优选方案，所述纳米孪晶铜再 布线层中晶粒尺寸为0. 5?10um，晶粒内部为孪晶片，孪晶片的厚度为3?100nm，并贯穿 整个晶粒。 作为本专利技术的的一种优选方案，还包括步骤：重复 进行步骤1)?4)，形成多层纳米孪晶铜再布线层。 作为本专利技术的的一种优选方案，还包括对纳米孪晶 铜再布线层进行退火的步骤，其中，退火温度为50?350°C，退火时间为10?120s。 作为本专利技术的的一种优选方案，还包括于所述纳米 孪晶铜再布线层表面形成树脂钝化层的步骤。 如上所述，本专利技术提供一种，所述制备方法包括步 骤：1)于基片上制备钝化层，并于所述钝化层中光刻出用于与芯片极板互联的互联窗口； 2)于所述钝化层表面及所述互联窗口中形成种子层；3)于所述种子层表面形成纳米孪晶 铜再布线的光刻胶图形，并以所述光刻胶图形为掩膜，采用脉冲电镀法于裸露的种子层表 面制备一层纳米孪晶铜再布线层；4)去除所述光刻胶图形，并腐蚀掉多余的种子层。本发 明采用脉冲电镀辅以快速退火处理，依靠脉冲电镀形成的大内应力驱使铜再结晶，形成高 密度纳米孪晶再布线。本专利技术采用的电流密度低，采用当前设备即可，和现有的IC工艺完 全兼容，属于圆片级封装工艺，效率高，成本低。由于制备的纳米孪晶铜综合力学性能十分 优良，因此可以大幅缩减再布线尺寸到IOum左右，且具有较高的热机械可靠性。 【附图说明】 图1显示为本专利技术的步骤流程示意图。 图2显示为本专利技术的纳米孪晶铜再布线顶部孪晶SEM图。 图3显示为本专利技术的纳米孪晶铜再布线横截面孪晶FIB图。 图4显示为本专利技术的纳米孪晶铜再布线TEM图。 图5显示为本专利技术的纳米孪晶铜再布线孪晶片层厚度分布图。 元件标号说明 Sll?S14 步骤1)?步骤4) 【具体实施方式】 以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离 本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。 请参阅图1。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的 基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状 及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局 型态也可能更为复杂。 如图1所示，本实施例提供一种，所述制备方法包 括步骤： 如图1所示，首先进行步骤1)S11，于基片上制备钝化层，并于所述钝化层中光刻 出用于与芯片极板互联的互联窗口； 在本实施例中，所述基片为晶圆级的晶圆片，本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种纳米孪晶铜再布线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤：1)于基片上制备钝化层，并于所述钝化层中光刻出用于与芯片极板互联的互联窗口；2)于所述钝化层表面及所述互联窗口中形成种子层；3)于所述种子层表面形成纳米孪晶铜再布线的光刻胶图形，并以所述光刻胶图形为掩膜，采用脉冲电镀法于裸露的种子层表面制备一层纳米孪晶铜再布线层；4)去除所述光刻胶图形，并腐蚀掉多余的种子层。
【技术特征摘要】
1. 一种纳米孪晶铜再布线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括步骤： 1) 于基片上制备钝化层，并于所述钝化层中光刻出用于与芯片极板互联的互联窗口； 2) 于所述钝化层表面及所述互联窗口中形成种子层； 3) 于所述种子层表面形成纳米孪晶铜再布线的光刻胶图形，并以所述光刻胶图形为掩 膜，采用脉冲电镀法于裸露的种子层表面制备一层纳米孪晶铜再布线层； 4) 去除所述光刻胶图形，并腐蚀掉多余的种子层。2. 根据权利要求1所述的纳米孪晶铜再布线的制备方法，其特征在于：步骤1)包括： 1-1)于基片上制备无机钝化层，并于所述无机钝化层中光刻出用于与芯片极板互联的 互联窗口； 1-2)于所述无机钝化层上制备有机钝化层，并于所述有机钝化层中光刻出用于与芯片 极板互联的互联窗口。3. 根据权利要求2所述的纳米孪晶铜再布线的制备方法，其特征在于：所述无机钝化 层包括氮化硅及氧化硅钝化层的一种或组合，所述有机钝化层包括苯并环丁烯及聚酰亚胺 的一种或组合。4. 根据权利要求1所述的纳米孪晶铜再布线的制备方法，其特征在于：所述种子层包 括 Ti/Cu 及 TiW/Cu 的一种。5. 根据权利...
【专利技术属性】
技术研发人员：李珩，罗乐，朱春生，叶交托，徐高卫，
申请(专利权)人：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31
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