【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体封装，具体涉及一种芯片铜柱的电镀方法及铜柱凸块的制作方法。
技术介绍
1、随着半导体封装技术的发展，铜柱凸块被广泛运用于多种类型的倒装芯片互连，既能提供众多设计优势，又满足了当前和未来的rohs（电气、电子设备中限制使用某些有害物质指令）要求。它能够完美适用于各种需要小间距、rohs/绿色合规、低成本和电迁移性能组合的应用中。
2、铜柱凸块主要由铜柱和焊帽构成，铜柱部分具有延展能力，但不具备焊接性能，焊帽位于铜柱的上方且具有可焊接性能，焊帽可用于结合铜柱和基板。随着芯片体积缩小和互联凸块的密度增加，铜柱凸块的间距也在不断缩小。为了防止相邻的铜柱凸块连通而导致短路，细高型铜柱凸块应运而生。细高型铜柱凸块通过增加高度并减少底面积，提高了相邻铜柱凸块之间的距离，从而减少了连通的可能性。在生产过程中，经常通过降低电流密度牺牲电镀效率来获得更好性能的平整状顶部的铜柱凸块。但是随着铜柱凸块高度的不断增加，低电镀速度已经成为制约凸块生产产能的关键步骤。而提高电镀速度，会导致有机添加剂的还原产物不能及时脱附而被夹杂在镀层中，镀层脆性加大，且电镀速率越快，有机还原产物积累越多，镀层的脆性越大；同时镀液中杂质金属离子的还原共沉积的副反应也会随电镀增快而加剧。不同电镀速度下生成的镀层结晶度及孔隙度均有差异。当电镀速度发生突变时，生产出的镀层的各项指标也会随之发生突变，此时的突变界面将会因此成为应力应变最易集中的危险区域，影响封装可靠性，阶梯变速电镀也因此不宜设置过多的阶段数量及过高的突变幅度，进而导致电流密度上限值也不
3、另外，电镀速率对铜柱凸块中铜柱的顶部形貌影响较大。一般来说，电流密度越大，铜柱凸块的电镀速度越快，生产效率越高，但随着电流密度的增大，铜柱凸块的tir值（平整度的参考值，tir值趋于0，平整度越高）增大，铜柱凸块的顶部形貌由凹顶转变到凸顶。而铜柱凸块中铜柱的顶部形貌直接关系到后端封装的可靠性。由于锡在铜柱表面具有很好的润湿性，在倒装回流焊时，锡基金属合金帽的锡会沿着铜柱顶部的侧壁攀附，形成蘑菇状的焊锡团。当铜柱的顶部形貌越趋于平整，铜柱凸块的顶部与晶圆芯片焊盘形状吻合程度越高，越有利于焊锡料的连接，也更有利于cu-cu热压键合；当铜柱的顶部形貌越趋于拱形，越不利于焊锡料的连接，并且在倒装回流焊后由于锡沿铜柱侧壁的攀附，导致铜柱与基板之间没有足够的焊锡量与引脚形成回路，从而出现虚焊现象，芯片容易短路，而且对于复杂的芯片结构，由于铜柱凸块数量较多，出现虚焊的可能性就更高，产品的可靠性将急剧降低。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种芯片铜柱的电镀方法及铜柱凸块的制作方法，能够提高铜柱凸块的生产效率，同时避免产生应力集中或者变形，改善铜柱的顶部形貌。
2、为实现上述目的，本专利技术的技术方案为一种芯片铜柱的电镀方法，包括如下步骤：
3、a、在电流密度j0为1~3a/dm2的条件下，形成第一高度的铜柱，所述第一高度为1~5μm；
4、b、以设定的加速度a1将电流密度j0提高至预设的电流密度j1，j1为12~18a/dm2，在第一高度的铜柱顶部形成第二高度的铜柱，所述第二高度为50~53μm；
5、c、保持电流密度j1不变，在第二高度的铜柱顶部形成第三高度的铜柱，所述第三高度为14~17μm。
6、作为实施方式之一，在电镀过程中，通过调节搅拌装置的移动速度来调节电镀液的对流速度。
7、作为实施方式之一，步骤a中，将搅拌装置的移动速度设定为30~40 cm/s。
8、作为实施方式之一，步骤b中，将搅拌装置的移动速度设定为与预设的电流密度j1相匹配的第一移动速度v1。
9、作为实施方式之一，所述第一移动速度v1为8~10cm/s。
10、作为实施方式之一，步骤b中，所述加速度a1为1.8~7.5e4dm2/s。
11、作为实施方式之一，步骤c中，将搅拌装置的移动速度提高至第二移动速度v2。
12、作为实施方式之一，步骤c中，将搅拌装置的移动速度以设定的加速度a2提高至第二移动速度v2。
13、作为实施方式之一，所述第二移动速度v2为25~35cm/s，所述加速度a2为1~1.5e5cm2/s。
14、本专利技术还提供一种铜柱凸块的制作方法，包括如下步骤：
15、s1、提供一晶圆级芯片基底，在所述芯片基底的表面形成凸块下金属层；
16、s2、在所述凸块下金属层的表面形成一光阻层，并形成若干光阻层开口；所述光阻层开口暴露出所述凸块下金属层的部分表面；
17、s3、采用以上所述的电镀方法在各所述光阻层开口内形成铜柱；
18、s4、在各所述铜柱的顶端形成锡基金属合金柱；
19、s5、去除所述光阻层及所述铜柱周围多余的所述凸块下金属层，并进行回流工艺使所述锡基金属合金柱形成锡基金属合金帽，得到铜柱凸块。
20、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
21、（1）本专利技术在电镀初期，采用较低电流密度，保证铜柱在初期平稳地形成；在电镀中期，采用连续型增大的电流密度，提高中期生产效率，同时降低突变界面处的应力集中，提高封装可靠性；在电镀后期，电镀电流密度较高且保持不变，确保铜柱的完整性和致密性；通过采用这种分阶段的电镀策略，提高整体的生产效果和产品质量；
22、（2）本专利技术提高控制电镀的电流密度和搅拌装置的移动速度，生产出的细高型铜柱顶部形貌趋于平整，有助于减少锡熔融时的下流现象，提高了锡基金属合金柱回流焊接过程成品率，而且极大地提高了生产效率，有效地控制了能耗，同时能够进一步提高互联凸块的密度，缩小芯片体积；
23、（3）本专利技术通过提升搅拌装置的移动速度，增大电流密度的最大值，使得电流密度的稳步连续调速易于控制，可以更快、更好地电镀出细高型铜柱。
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1.一种芯片铜柱的电镀方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的电镀方法，其特征在于：在电镀过程中，通过调节搅拌装置的移动速度来调节电镀液的对流速度。
3. 如权利要求2所述的电镀方法，其特征在于：步骤a中，将搅拌装置的移动速度设定为30~40 cm/s。
4.如权利要求2所述的电镀方法，其特征在于：步骤b中，将搅拌装置的移动速度设定为与预设的电流密度J1相匹配的第一移动速度v1。
5.如权利要求4所述的电镀方法，其特征在于：所述第一移动速度v1为8~10cm/s。
6.如权利要求1所述的电镀方法，其特征在于：步骤b中，所述加速度a1为1.8~7.5e4dm2/s。
7.如权利要求2所述的电镀方法，其特征在于：步骤c中，将搅拌装置的移动速度提高至第二移动速度v2。
8.如权利要求7所述的电镀方法，其特征在于：步骤c中，将搅拌装置的移动速度以设定的加速度a2提高至第二移动速度v2。
9.如权利要求8所述的电镀方法，其特征在于：所述第二移动速度v2为25~35cm/s，所述加
10.一种铜柱凸块的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种芯片铜柱的电镀方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.如权利要求1所述的电镀方法，其特征在于：在电镀过程中，通过调节搅拌装置的移动速度来调节电镀液的对流速度。
3. 如权利要求2所述的电镀方法，其特征在于：步骤a中，将搅拌装置的移动速度设定为30~40 cm/s。
4.如权利要求2所述的电镀方法，其特征在于：步骤b中，将搅拌装置的移动速度设定为与预设的电流密度j1相匹配的第一移动速度v1。
5.如权利要求4所述的电镀方法，其特征在于：所述第一移动速度v1为8~10cm/s。
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈冉，李丽丹，余可，王诗兆，张适，
申请(专利权)人：武创芯研科技武汉有限公司，
类型：发明
国别省市：
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