一种铜柱凸块封装结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种铜柱凸块封装结构及其制作方法，包括：首先，提供具有金属焊盘的半导体衬底，所述半导体衬底表面覆盖有绝缘层，刻蚀所述绝缘层层暴露出所述金属焊盘；然后，在所述金属焊盘上自下而上依次形成金属化层、铜柱、石墨烯层以及焊料帽层。本发明专利技术通过制作石墨烯层作为铜柱的保护层，取代现有技术中Ni保护层，降低电镀工艺带来的污染物排放，保护环境。另外，石墨烯具有优异的电导性能，保护铜柱的同时可以更好的与外界相连，形成性能优秀的封装结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体封装
，特别是涉及。
技术介绍
电子产品的可移动性、轻巧和薄型化对性能、功能、尺寸和成本的要求越来越高，为达到这些要求，除了设计与制造技术，1C封装厂商也在不断开发更新更先进的封装技术使集成更容易实现。众所周知，随着芯片制程发展超出摩尔定律，芯片密度越来越高，芯片之间的间距不断减少，得益于铜材料优越的导电性能、导热性能和可靠性，带有铜柱凸块(CopperPillar Bump)技术逐渐取代锡铅凸块(solder bump)，成为1C封装主流技术。未来这种先进封装技术将朝着进一步减小间距、增加密度方向发展，适用于28/20nm以下制程，并延伸到所有的倒装芯片产品上，用于晶圆封装上连接芯片和基板。在现有的封装技术中，在铜柱表面形成有Ni层，主要作为铜柱的保护层。但是，电镀工艺制备Ni层产生的废料对环境有极大的危害，处理废弃的电镀液又增加了产品的投资成本。因此，寻找一种新的用于替代Ni层的材料来作为铜柱的保护层是本领域技术人员需要解决的课题。
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，用于减少现有技术中用到的电镀工艺，减少由于电镀而产生化学废液对环境的污染。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种铜柱凸块封装结构的制作方法，所述制作方法至少包括:提供具有金属焊盘的半导体衬底，所述半导体衬底表面覆盖有绝缘层，刻蚀所述绝缘层暴露出所述金属焊盘；在所述金属焊盘上自下而上依次形成金属化层、铜柱、石墨烯层以及焊料帽层。优选地，在所述金属焊盘上自下而上依次形成金属化层、铜柱、石墨烯层以及焊料帽层的具体步骤包括: 1)在所述绝缘层和金属焊盘表面溅射金属化层；2)在所述金属化层表面旋涂光刻胶层，图形化光刻胶层，在所述金属焊盘之上形成暴露所述金属化层的开口 ；3)在所述开口中电镀Cu金属，形成铜柱，再在所述铜柱表面依次形成石墨烯层和焊料帽层；4)去除剩余光刻胶层及所述光刻胶层下的金属化层，之后进行热回流工艺。优选地，在所述绝缘层表面还包括形成聚亚酰胺层的步骤。优选地，所述金属化层包括粘附层和溅射在所述粘附层表面的Cu种子层。优选地，在所述铜柱上表面形成石墨烯层的工艺包括提供氧化石墨烯粉末、转移所述氧化石墨烯粉末至所述铜柱上表面形成氧化石墨烯层以及还原过程。优选地，所述氧化石墨烯粉末为商业购买或者由以下方法制备获得:1、将天然石墨粉、强酸溶剂混合置于冰水浴中，并搅拌；I1、加入强氧化剂颗粒，继续搅拌2?5小时后，加入水继续搅拌2?20小时；II1、加入双氧水去除未溶解的强氧化剂颗粒，将获得的产品过滤，再依次用稀盐酸和水清洗；IV、超声1?10小时，再用真空冷冻干燥法干燥获得氧化石墨烯粉末。优选地，所述步骤I中，所述强酸溶剂为浓H2S0jP Η3Ρ04，所述强酸溶剂为浓H2S04和H3P04，浓H2S0# Η 3Ρ04的体积比为(5?15): (1?10);所述强氧化剂为NaNO 3和KMnO 4颗粒，所述强氧化剂颗粒和天然石墨粉的质量百分比为(10?40):(1?10)。。优选地，转移所述氧化石墨粉末至所述铜柱上表面形成氧化石墨烯层的过程为:A、在异丙醇中加入所述氧化石墨烯粉末，再加入Mg (Ν03)2.6H20形成稳定的氧化石墨烯胶体作为电解液；B、将带有所述铜柱的半导体衬底置于所述电解液中作为工作电极，Pt箔作为对电极，两个电极之间距离保持0.5?10cm，施加电压一段时间，则在所述铜柱表面形成氧化石墨烯层。优选地，所述还原过程为:将带有所述氧化石墨烯的半导体衬底置于包含有水合肼的密闭容器中，在50?150°C下反应数小时，所述氧化石墨烯层还原成石墨烯层。本专利技术还提供一种由上述所述制作方法制作获得的铜柱凸块封装结构，所所述铜柱凸块封装结构至少包括:具有金属焊盘的半导体衬底；绝缘层，覆盖在所述半导体衬底表面，露出所述金属焊盘；金属化层、铜柱、石墨烯层以及焊料帽层，自下而上依次形成在所述金属焊盘上。本专利技术再提供一种石墨烯层在所述铜柱凸块封装结构中的应用，所述石墨烯层形成于所述铜柱的表面，作为所述铜柱的保护层，所述石墨烯层的厚度范围为1?10 μ m。如上所述，本专利技术的铜柱凸块封装结构及其制作方法，包括:首先，提供具有金属焊盘的半导体衬底，所述半导体衬底表面覆盖有绝缘层，刻蚀所述绝缘层层暴露出所述金属焊盘；然后，在所述金属焊盘上自下而上依次形成金属化层、铜柱、石墨烯层以及焊料帽层。本专利技术通过制作石墨烯层作为铜柱的保护层，取代现有技术中Ni保护层，降低电镀工艺带来的污染物排放，保护环境，同时也可以避免金属之间的互相扩散。另外，石墨烯具有优异的电导性能，保护铜柱的同时可以更好的与外界相连，形成性能优秀的封装结构。【附图说明】图1?图7为本专利技术铜柱凸块封装结构的制作方法结构流程示意图。元件标号说明1半导体衬底2金属焊盘3绝缘层4金属化层41粘附层 42Cu 种子层5铜柱6石墨稀层7焊料帽层8光刻胶层9开口【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。请参阅附图。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。本专利技术提供一种铜柱凸块封装结构的制作方法，所述方法至少包括以下步骤:步骤一、如图1所示，提供具有金属焊盘2的半导体衬底1，所述半导体衬底1表面覆盖有绝缘层3，刻蚀所述绝缘层3暴露出所述金属焊盘2 ; 步骤二、如图2?图7所示，在所述金属焊盘2上自下而上依次形成金属化层4、铜柱5、石墨烯层6以及焊料帽层7。所述步骤一中，所述半导体衬底1可以是硅衬底，比如，单晶硅、多晶硅或非晶硅中的一种，也可以是绝缘体上硅(Silicon On Insulator，SOI)，还可以是硅锗化合物。本实施例中，所述半导体衬底1为硅衬底。需要说明的是，提供的半导体衬底1中已经形成有栅极、源极和漏极等半导体结构，该些半导体结构通过金属互连结构及焊垫可以与外界电连，从而实现器件的各种功能。所述半导体衬底1中可进一步含有多个绝缘结构，比如浅沟槽隔离结构(STI)或局部氧化硅(L0C0S)等。所述金属焊盘2的材料可包含但不限定于铜、铝、铝铜、铜合金、或其他现有导电材料。，可用于连接不同芯片中的集成电路至外部结构。如图1所示，所述半导体衬底1表面覆盖有绝缘层3，刻蚀所述绝缘层3暴露出所述金属焊盘2。所述绝缘层3可以是氮化硅、氮氧化硅、氧化硅、或上述的组合、或其他常用的绝缘材料，在此不限。将步骤一中的结构进行预清洗。在进行所述步骤二前，可以在所述绝缘层表面形成聚亚酰胺层(未予以图示)，用来保护所述绝缘层3。之后进行步骤二，所述步骤二中，在所述金属焊盘2上自下而上依次形成金属化层4、铜柱5、石墨烯层6以及焊料帽层7的具体步骤包括如下:首先，如图2所示，在所述绝缘层3和金属焊盘2表面溅本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铜柱凸块封装结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括：提供具有金属焊盘的半导体衬底，所述半导体衬底表面覆盖有绝缘层，刻蚀所述绝缘层暴露出所述金属焊盘；在所述金属焊盘上自下而上依次形成金属化层、铜柱、石墨烯层以及焊料帽层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：汤红，林正忠，
申请(专利权)人：中芯长电半导体江阴有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32