一种半导体器件及其制备方法、电子装置与流程

本发明涉及半导体领域，具体地，本发明涉及一种半导体器件及其制备方法、电子装置。

背景技术：

在电子消费领域，多功能设备越来越受到消费者的喜爱，相比于功能简单的设备，多功能设备制作过程将更加复杂，比如需要在电路版上集成多个不同功能的芯片，因而出现了3D集成电路(integrated circuit，IC)技术，3D集成电路(integrated circuit，IC)被定义为一种系统级集成结构，将多个芯片在垂直平面方向堆叠，从而节省空间，各个芯片的边缘部分可以根据需要引出多个引脚，根据需要利用这些引脚，将需要互相连接的芯片通过金属线互联，例如通过焊球等。

随着器件尺寸的不断减小，电子产品小巧紧凑、功能齐备的发展趋势，正在促使电子和机械设计人员不断寻求创新技术，以便在更小的空间内实现更多功能。激光直接成型(LDS)技术发展至今大约已经有十年的历史了，但是其过去主要应用在手机天线集成制造领域。直到最近，LDS技术才开始跨出手机天线集成制造、进入到了更加广泛的应用领域。3D printing(LDS)是指在一块未加工的聚合物上将多余的物料去掉(激光)，以塑造出物体的造型。

目前并没有针对焊接凸点(solder bumping)的激光直接成型的方法。

技术实现要素：

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明为了克服目前存在问题，提供了一种半导体器件的制备方法，包 括：

步骤S1：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有弹性体层；

步骤S2：通过3D激光打印在所述弹性体层中形成碗状开口，露出所述半导体衬底；

步骤S3：在所述弹性体层上和所述碗状开口中形成金属层并图案化，以露出所述弹性体层的两端；

步骤S4：在所述金属层上以及露出的所述弹性体层上再次形成所述弹性体层，以完全填充所述碗状开口；

步骤S5：选用3D激光打印所述弹性体层的两端，以去除所述金属层两端上的部分所述弹性体层，以在所述碗状开口上方形成凸起；

步骤S6：沉积绝缘层，以覆盖所述弹性体层；

步骤S7：选用3D激光打印所述绝缘层和所述弹性体层，以形成开口，露出所述金属层的两端。

可选地，所述方法还包括在所述开口中形成焊接锡球的步骤。

可选地，在所述步骤S2中，在所述3D激光打印中，3D激光束从所述碗状开口的底部到顶部的停留时间逐渐变短，以刻蚀形成所述碗状开口的倾斜结构。

可选地，在所述步骤S2中，3D激光束以所述碗状开口的中心轴为坐标进行所述3D激光打印。

可选地，在所述步骤S5和所述步骤S7中，所述3D激光打印得到的均为方形图案，其中3D激光束以所述方形图案的长和宽为坐标进行所述3D激光打印。

可选地，所述3D激光打印的激光束的直径为50～80μm。

可选地，所述3D激光打印的激光束的频率为20～500kHz的脉冲重复频率。

可选地，所述3D激光打印的激光束的功率为25～100w。

可选地，所述3D激光打印的激光束的扫描速度为1um/s～4.0m/s。

可选地，所述3D激光打印的激光束的控制瞬间温度为400～1200℃

可选地，所述3D激光打印的方式为连续激光方式。

本发明还提供了一种如上述方法制备得到的半导体器件。

本发明还提供了一种电子装置，包括上述的半导体器件。

本发明提供了一种半导体器件的制备方法，在所述方法中选用3D激光打印的方法形成焊接凸点的方法，在所述3D激光打印中通过调整激光束停 留时间刻蚀成倾斜结构，并且在打印方形图案时以平面的X-Y坐标移动；在打印圆形图案以极轴(r)为坐标移动，通过连续激光方式对半导体器件进行打印，可以实现精确的控制，并且可以取代现有技术中的各种蚀刻工艺，得到的器件具有良好的性能和良率。

附图说明

本发明的下列附图在此作为本发明的一部分用于理解本发明。附图中示出了本发明的实施例及其描述，用来解释本发明的装置及原理。在附图中，

图1为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备过程示意图；

图2为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备过程示意图；

图3为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备过程示意图；

图4为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备过程示意图；

图5为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备过程示意图；

图6为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备过程示意图；

图7为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备的工艺流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下， 下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的步骤以及详细的结构，以便阐释本发明的技术方案。本发明的较佳实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

实施例一

本发明为了解决现有技术中存在的问题，提供了一种新的半导体器件的制备方法，下面结合附图对本发明所述方法作进一步的说明。

其中，图1-4为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备过程示意图；图5为本发明一具体地实施中所述半导体器件的制备的工艺流程图。

首先，执行步骤101，提供半导体衬底101，在所述半导体衬底上形成有弹性体层102。

具体地，如图1所示，在该步骤中所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。

在该实施例中半导体衬底101选用硅。

其中所述半导体衬底包括逻辑区和有源区，其中所述有源区在后续的步骤中形成CMOS器件。

接着在所述半导体衬底上形成有弹性体层102，其中，弹性体(Elastomer)102泛指在除去外力后能恢复原状的材料，然而具有弹性的材料并不一定是弹性体。弹性体只是在弱应力下形变显著，应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态和尺寸的高分子材料。

在该步骤中所述弹性体可以选用丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶和丁腈橡胶中的一种或多种。

所述弹性体层102的沉积方法可以选用现有技术中常用的沉积方法，例如可以是通过化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的。本发明中优选原子层沉积(ALD)法。

执行步骤102，通过3D激光打印在所述弹性体层102中形成碗状开口，露出所述半导体衬底。

如图1所示，3D激光打印所述弹性体层102，以形成碗状开口，在该步骤中通过调整激光束停留时间刻蚀成所述碗状开口的倾斜结构。

可选地，在所述3D激光打印中，3D激光束的停留时间从所述碗状开口的底部到顶部逐渐变短，以刻蚀形成所述碗状开口的倾斜结构。

进一步，所述碗状开口呈圆体结构，在打印该形状时以极轴(r)为坐标移动。

例如，3D激光束以所述碗状开口的中心轴作为极轴，并以此为坐标进行所述3D激光打印。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的直径为50～80μm，例如可以选用直径为60μm的激光束。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的频率为20～500kHz的脉冲重复频率。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的功率为25～100w。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的扫描速度最小为1um/s，扫描速度最大为4.0m/s。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的控制瞬间温度为400～1200℃

可选地，所述3D激光打印的方式为连续激光方式。

在该步骤中选用脉冲激光方式，产生ms量级的脉冲，占空比为10％。这使得脉冲光具有比连续光高十倍以上的峰值功率，频率调制达500Hz。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的波长为1064nm。

可选地，激光发生器包括CO₂激光器、光纤激光器和He-Ne激光器。

执行步骤103，在所述弹性体层102上和所述碗状开口中形成金属层103并图案化，以露出所述弹性体层102的两端。

具体地，如图2所示，在该步骤中所述金属层103选用铜镀金(gold plated copper)，所述铜镀金的形成方法包括：

步骤1031：对所述弹性体层102进行清洗，以去除残留的微粒和杂质，例如可以选用DHF进行清洗。

步骤1032：然后在所述弹性体层102的表面沉积一层扩散阻挡层，以防止金属的扩散。

步骤1033：在所述扩散阻挡层上沉积金属铜，其中，所述铜的沉积方法可以选用电镀等。

步骤1034：在金属铜的表面溅射金属金，以覆盖所述金属铜，以形成铜镀金的金属层。

步骤1035：蚀刻所述铜镀金的两端，以露出所述弹性体层102的两端，如图2所示。

步骤1034：选用HNO₃和HCl对所述铜镀金进行清洗。

执行步骤104，在所述金属层103上以及露出的所述弹性体层102上再次形成所述弹性体层102，以完全填充所述碗状开口。

具体地，如图3所示，继续沉积所述弹性体层102，以填充所述碗状开口，所述弹性体可以选用丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶和丁腈橡胶中的一种或多种。

可选地，所述弹性体层102和步骤101中的弹性体层102选用相同的材料。

所述弹性体层102的沉积方法可以选用现有技术中常用的沉积方法，例如可以是通过化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的。本发明中优选原子层沉积(ALD)法。

执行步骤105，选用3D激光打印所述弹性体层102的两端，以去除部分所述金属层103两端上的所述弹性体层102，以在所述碗状开口上方形成凸起。

如图4所示，在该步骤中，3D激光打印所述弹性体层102的两端，以减小所述金属层103两端上的所述弹性体层102的厚度，以形成“凸字”形结构。

在该步骤中打印去除的部分以及打印后得到图案均为方形结果，其中3D激光束以所述方形图案的长和宽为坐标进行所述3D激光打印。

可选地，在打印所述方形图案结构时3D激光束以X-Y坐标移动，从而得到所述方形结构。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的直径为50～80μm，例如可以选用直径为60μm的激光束。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的频率为20～500kHz的脉冲重复频率。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的功率为25～100w。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的扫描速度最小为1um/s，扫描速度最大为4.0m/s。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的控制瞬间温度为400～1200℃

可选地，所述3D激光打印的方式为连续激光方式。

在该步骤中选用脉冲激光方式，产生ms量级的脉冲，占空比为10％。这使得脉冲光具有比连续光高十倍以上的峰值功率，频率调制达500Hz。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的波长为1064nm。

可选地，激光发生器包括CO₂激光器、光纤激光器和He-Ne激光器。

执行步骤106，沉积绝缘层104，以覆盖所述弹性体层102。

具体地，如图5所示，在该步骤中，所述绝缘层104可以选用本领常用的材料，例如在该实施例中选用聚酰亚胺(Polymide，PI)其中，聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一，耐高温达400℃以上，长期使用温度范围-200～300℃，高绝缘性能。

执行步骤107，选用3D激光打印所述绝缘层，以形成开口，露出所述金属层103。

具体地，如图6所示，在该步骤中打印去除的部分以及打印后得到开口为方形图案，其中3D激光束以所述方形图案的长和宽为坐标进行所述3D激光打印。

可选地，在打印所述方形图案结构时3D激光束以X-Y坐标移动，从而 得到所述开口。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的直径为50～80μm，例如可以选用直径为60μm的激光束。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的频率为20～500kHz的脉冲重复频率。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的功率为25～100w。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的扫描速度最小为1um/s，扫描速度最大为4.0m/s。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的控制瞬间温度为400～1200℃

可选地，所述3D激光打印的方式为连续激光方式。

在该步骤中选用脉冲激光方式，产生ms量级的脉冲，占空比为10％。这使得脉冲光具有比连续光高十倍以上的峰值功率，频率调制达500Hz。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的波长为1064nm。

可选地，激光发生器包括CO₂激光器、光纤激光器和He-Ne激光器。

执行步骤108，在所述开口中形成焊接锡球的步骤。

形成所述焊接锡球的方法可以选用本领域常用的方法，并不局限于某一种。

至此，完成了本发明实施例的半导体器件制备的相关步骤的介绍。在上述步骤之后，还可以包括其他相关步骤，此处不再赘述。并且，除了上述步骤之外，本实施例的制备方法还可以在上述各个步骤之中或不同的步骤之间包括其他步骤，这些步骤均可以通过现有技术中的各种工艺来实现，此处不再赘述。

本发明提供了一种半导体器件的制备方法，在所述方法中选用3D激光打印的方法形成焊接凸点的方法，在所述3D激光打印中通过调整激光束停留时间刻蚀成倾斜结构，并且在打印方形图案时以平面的X-Y坐标移动；在打印圆形图案以极轴(r)为坐标移动，通过连续激光方式对半导体器件进行打印，可以实现精确的控制，并且可以取代现有技术中的各种蚀刻工艺，得到的器件具有良好的性能和良率。

参照图7，其中示出了本发明制备所述半导体器件的工艺流程图，用于 简要示出整个制造工艺的流程，包括以下步骤：

步骤S1：提供半导体衬底，在所述半导体衬底上形成有弹性体层；

步骤S2：通过3D激光打印在所述弹性体层中形成碗状开口，露出所述半导体衬底；

步骤S3：在所述弹性体层上和所述碗状开口中形成金属层并图案化，以露出所述弹性体层的两端；

步骤S4：在所述金属层上以及露出的所述弹性体层上再次形成所述弹性体层，以完全填充所述碗状开口；

步骤S5：选用3D激光打印所述弹性体层的两端，以去除所述金属层两端上的部分所述弹性体层，以在所述碗状开口上方形成凸起；

步骤S6：沉积绝缘层，以覆盖所述弹性体层；

步骤S7：选用3D激光打印所述绝缘层和所述弹性体层，以形成开口，露出所述金属层的两端。

实施例二

本发明还提供了一种半导体器件，所述半导体器件选用实施例一所述的方法制备。

半导体衬底101；

弹性体，位于所述半导体衬底101上，呈凸字形结构；

金属层103，埋层于所述弹性体中，呈碗状结构；

绝缘层，位于所述弹性体上；

焊接锡球，嵌于所述绝缘层、弹性体中与所述金属层103电连接。

具体地，如图1所示，在该步骤中所述半导体衬底可以是以下所提到的材料中的至少一种：硅、绝缘体上硅(SOI)、绝缘体上层叠硅(SSOI)、绝缘体上层叠锗化硅(S-SiGeOI)、绝缘体上锗化硅(SiGeOI)以及绝缘体上锗(GeOI)等。

在该实施例中半导体衬底101选用硅。

其中所述半导体衬底包括逻辑区和有源区，其中所述有源区在后续的步骤中形成CMOS器件。

其中，弹性体(Elastomer)102泛指在除去外力后能恢复原状的材料，然而具有弹性的材料并不一定是弹性体。弹性体只是在弱应力下形变显著，应力松弛后能迅速恢复到接近原有状态和尺寸的高分子材料。

在该步骤中所述弹性体可以选用丁苯橡胶、顺丁橡胶、异戊橡胶、乙丙 橡胶、丁基橡胶、氯丁橡胶和丁腈橡胶中的一种或多种。

所述弹性体层102的沉积方法可以选用现有技术中常用的沉积方法，例如可以是通过化学气相沉积(CVD)法、物理气相沉积(PVD)法或原子层沉积(ALD)法等形成的。本发明中优选原子层沉积(ALD)法。

在本发明的所述器件结构中，所述碗状开口、方形结构、圆形结构的形成均通过3D激光打印完成。

其中，通过3D激光打印在所述弹性体层102中形成碗状开口，进而在碗状开口中形成所述金属层。在该步骤中通过调整激光束停留时间刻蚀成所述碗状开口的倾斜结构。

可选地，在所述3D激光打印中，3D激光束的停留时间从所述碗状开口的底部到顶部逐渐变短，以刻蚀形成所述碗状开口的倾斜结构。

进一步，所述碗状开口呈圆体结构，在打印该形状时以极轴(r)为坐标移动。例如，3D激光束以所述碗状开口的中心轴作为极轴，并以此为坐标进行所述3D激光打印。

可选地，在打印所述方形图案结构时3D激光束以X-Y坐标移动，从而得到所述方形结构。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的直径为50～80μm，例如可以选用直径为60μm的激光束。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的频率为20～500kHz的脉冲重复频率。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的功率为25～100w。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的扫描速度最小为1um/s，扫描速度最大为4.0m/s。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的控制瞬间温度为400～1200℃

可选地，所述3D激光打印的方式为连续激光方式。

在该步骤中选用脉冲激光方式，产生ms量级的脉冲，占空比为10％。这使得脉冲光具有比连续光高十倍以上的峰值功率，频率调制达500Hz。

可选地，所述3D激光打印的3D激光束的波长为1064nm。

可选地，激光发生器包括CO₂激光器、光纤激光器和He-Ne激光器。

本发明所述器件通过实施例1所述方法制备，在所述方法中选用3D激光打印的方法形成焊接凸点的方法，在所述3D激光打印中通过调整激光束停留时间刻蚀成倾斜结构，并且在打印方形图案时以平面的X-Y坐标移动；在打印圆形图案以极轴(r)为坐标移动，通过连续激光方式对半导体器件进行 打印，可以实现精确的控制，并且可以取代现有技术中的各种蚀刻工艺，得到的器件具有良好的性能和良率。

实施例三

本发明还提供了一种电子装置，包括实施例二所述的半导体器件。其中，半导体器件为实施例二所述的半导体器件，或根据实施例一所述的制备方法得到的半导体器件。

本实施例的电子装置，可以是手机、平板电脑、笔记本电脑、上网本、游戏机、电视机、VCD、DVD、导航仪、照相机、摄像机、录音笔、MP3、MP4、PSP等任何电子产品或设备，也可为任何包括所述半导体器件的中间产品。本发明实施例的电子装置，由于使用了上述的半导体器件，因而具有更好的性能。

本发明已经通过上述实施例进行了说明，但应当理解的是，上述实施例只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施例范围内。此外本领域技术人员可以理解的是，本发明并不局限于上述实施例，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。本发明的保护范围由附属的权利要求书及其等效范围所界定。