[发明专利]微铜柱的制造方法

说明书

本发明公开了一种微铜柱的制造方法，包括：步骤一、在绝缘衬底上完成多层RDL金属互连结构，在最后一层金属互连结构外对应导电通道位置处设置焊盘；步骤二、制作微阳极，微阳极的直径与微铜柱的直径相匹配；步骤三、制作微阳极夹具盘，将制作好的微阳极安装于微阳极夹具盘上对应焊盘的区域，并将各微阳极连通；步骤四、将装有微阳极的微阳极夹具盘放置在芯片上方，使微阳极与焊盘一一对应，将微阳极夹具盘连接至电镀电源的正极，芯片连接至电镀电源的负极；步骤五、采用局部电化学沉积方法，在焊盘上电镀沉积出需要的微铜柱。对设备的要求较低，制备过程简单，降低了制作成本；并且可通过多焊盘和多微阳极同时制备多个微铜柱，生产效率较高。

技术领域

本发明属于微电子三维集成互连领域，具体涉及一种微铜柱的制造方法。

背景技术

集成电路(IC)制造是高新技术核心的产业之一。为应对尺寸更小、功能更强的需求挑战，IC的集成度增加、特征线宽降低到32nm以下，逐渐接近物理极限。业界认为更有效的解决方法之一是系统级封装(System in Package，SiP)技术。即将多个不同功能的有源/无源/MEMS/生物芯片等器件，在三维高度方向上互连，组装成多功能的单个标准封装子系统的先进封装技术。

微铜柱是实现不同芯片层之间电学互连的必要结构之一，一般是在布线层上的焊盘中，制造微铜柱(copper pillar)，通过微铜柱与临近层的微铜柱的键合，实现不同芯片层之间电学互连。

目前工业上制造微铜柱的方法主要是图形化电镀工艺，其主要步骤为：1)通过PVD工艺淀积金属粘附层/扩散阻挡层/铜种子层；2)通过旋转涂敷光刻胶或干膜工艺涂布光刻胶薄膜；3)通过曝光/显影等工艺对光刻胶进行图形化处理，在光刻胶被显影和去除的区域进行铜电镀；4)在通过化学溶液去除光刻胶，最后利用化学试剂刻蚀种子层/阻挡层/金属粘附层。这样的制造方法存在以下问题：1)制造步骤复杂，需要动则上千万的昂贵光刻和电镀设备，制造成本高；2)微铜柱的电镀速度慢，制造效率低，高度为40um的微铜柱凸点电镀时间约为2小时；3)无法可控的制造非圆柱形的微铜柱，比如锥形凸点。有研究表明，锥形微铜柱可以避免凸点之间因高度差异导致键合失效的现象，还可以由于机械嵌入作用，提高互连点之间的连接强度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过程简单、效率高、成本低的微铜柱的制造方法。

本发明提供了一种微铜柱的制造方法，它包括以下步骤：

步骤一、在绝缘衬底上完成多层RDL金属互连结构，在最后一层金属互连结构外对应导电通道位置处设置焊盘；

步骤二、制作微阳极，微阳极的直径与微铜柱的直径相匹配；

步骤三、制作微阳极夹具盘，将制作好的微阳极安装于微阳极夹具盘上对应焊盘的区域，并将各微阳极连通；

步骤四、将装有微阳极的微阳极夹具盘放置在芯片上方，使微阳极与焊盘一一对应，将微阳极夹具盘连接至电镀电源的正极，芯片连接至电镀电源的负极；

步骤五、采用局部电化学沉积方法，在焊盘上电镀沉积出需要的微铜柱。

在上述步骤五中局部电化学沉积方法的具体步骤为：

(1)将带有焊盘的芯片和装有微阳极的微阳极夹具置于电解液中，焊盘接阴极，微阳极接阳极，施加测试电势，微阳极下行；

(2)微阳极下行至与焊盘接触后关闭电源，控制微阳极上行至与焊盘之间距离为设定间距后施加电镀电势，微阳极与焊盘之间的局部空间内形成局部电场，在局部电场作用下微铜柱开始沉积生长；

(3)当微铜柱持续生长至碰触到微阳极底面时，电流突然增大，切断电流，控制微阳极再次上升一个设定间距的行程；

(4)循环重复(3)，直至微铜柱的高度达到制造要求。