[发明专利]一种铜柱凸点互连结构及其制备方法

权利要求书

1.一种铜柱凸点互连结构，其特征在于：该铜柱凸点互连结构包括由直流电沉积工艺制备于基底上的铜柱，所述铜柱为柱状晶结构，柱状晶结构的上部为含有高密度孪晶片层的纳米孪晶组织，下部则无纳米孪晶组织，柱状晶的生长方向与基底平面垂直。

2.根据权利要求1所述的铜柱凸点互连结构，其特征在于：所述孪晶片层平行于基底平面，孪晶片层厚度为15～100nm。

3.根据权利要求1所述的铜柱凸点互连结构，其特征在于：所述纳米孪晶组织区域的高度占铜柱总高度的20～80％。

4.根据权利要求1所述的铜柱凸点互连结构，其特征在于：视基底材料与铜柱状晶组织的晶体结构和取向的差异，所述铜柱与基底材料之间存在一层细晶过渡层。

5.根据权利要求1-4任一所述的铜柱凸点互连结构，其特征在于：所述铜柱凸点互连结构还包括绝缘层、金属焊盘、介电层、种子层、焊料凸点和晶圆基底；其中：所述晶圆基底的表面制备有绝缘层，所述金属焊盘设置在晶圆基底表面的绝缘层上，所述介电层覆盖在绝缘层上以及金属焊盘的外边缘上，所述种子层溅射在金属焊盘上，种子层上电沉积铜柱，所述铜柱表面进行电解抛光后，在其上方设置焊料凸点。

6.根据权利要求5所述的铜柱凸点互连结构的制备方法，其特征在于：该方法首先准备带有种子层的晶圆或芯片作为基底，然后采用直流电沉积工艺在种子层上制备铜柱，最后在所制备的铜柱表面制备焊料凸点，获得所述铜柱凸点互连结构；其中：直流电沉积工艺中所用电镀液的组成如下：

7.根据权利要求6所述的铜柱凸点互连结构的制备方法，其特征在于：所述直流电沉积工艺中，电镀阳极板采用磷铜板，磷铜板中P元素含量为0.03-0.1wt.％，电流密度为1～10A/dm²，搅拌速度为100～1000rpm。

8.根据权利要求6所述的铜柱凸点互连结构的制备方法，其特征在于：所述电镀液中的润湿剂为聚乙二醇或聚乙烯亚胺，采用聚乙二醇时，其在电镀液中浓度为10～200ppm，采用聚乙烯亚胺时，其在电镀液中浓度为＞0～200ppm；所述表面活性剂为明胶，其在电镀液中浓度为10～60ppm。

9.根据权利要求6所述的铜柱凸点互连结构的制备方法，其特征在于：该方法具体包括如下步骤：

(1)准备有绝缘层的晶圆基底，在绝缘层上涂覆介电层，选择性刻蚀介电层并设置金属焊盘，继续涂覆介电层，并使金属焊盘表面暴露在介电层窗口中；或者，直接使用已经设置好金属焊盘及互连线的芯片作为基底；

(2)在金属焊盘暴露窗口位置及介电层上制备种子层；

(3)涂覆光刻胶，对所述光刻胶图形化，以暴露出需要沉积铜柱的区域；

(4)以种子层为阴极，直流电镀铜柱，铜柱通过种子层与底部金属焊盘相连，铜柱侧壁与光刻胶直接接触；

(5)对所得铜柱进行电解抛光，并在其顶端电镀焊料；

(6)去除光刻胶和介电层上多余的种子层；

(7)对铜柱顶端的焊料进行回流形成焊料凸点。

10.根据权利要求6所述的铜柱凸点互连结构的制备方法，其特征在于：该方法应用于使用填铜工艺的铜柱凸点技术或其他与铜柱凸点互连结构相似的先进封装技术。