一种铜柱凸块结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于芯片封装领域，涉及一种铜柱凸块结构的制作方法。
【背景技术】
[0002]封装最重要的目的是实现芯片焊区铜封装外壳的I/O端或者封装基板金属布线区的有效电路连接，其本质是电气互连。在芯片小型化和高效率的需求驱动下，先进封装的发展方向是“以点代替线的连接”，完成“点的连接”的核心工艺是TSV(硅通孔)和Bumping(凸块制作)。其中，Bumping技术通过在芯片表面制作金属凸点，提供芯片电气互连的“点”接口，反映了先进制程以“点代替线”的发展趋势，广泛应用于FC、WLP、CSP,3D等先进封装。Bumping技术提供了芯片之间、芯片和基板之间的“点连接”，由于避免了传统Wire Bonding向四周福射的金属“线连接”，减小了芯片面积(封装效率100% )，此外凸块阵列在芯片表面，引脚密度可以做得很高，便于满足芯片性能提升的需求。
[0003]Copper Pillar bump (铜柱凸块)是Bumping互连技术中最先进的一种，用铜柱替换金属球作为芯片表面电气接口，由于相邻铜柱轴间距很小，因而I/O引脚密度可以做得更高，芯片尺寸可进一步缩小。由于铜柱凸块提供了一种高密度互连，并在更小的互连尺寸下拥有更好的电导性和热导性，逐渐在半导体工业中成为最流行的趋势。
[0004]在凸块制作过程中，由于光衍射，特征尺寸(⑶)偏移成为一个不可避免的问题。曝光能量越大，特征尺寸偏移越多。特别是在铜柱凸块的厚光阻层制程中，由于所需曝光能量更高，这种现象更为明显。为了得到精确地刻线设计，需要通过多次试验来确定特征尺寸偏差，导致工艺过程更为复杂。并且，铜柱凸块所需的厚光阻层通常成本很高。同时，光阻的厚度由于其自身特性存在局限性，当所需光阻厚度很厚时，需要通过多次涂布才能实现。这将导致不同光阻层之间邻近界面处存在不均匀的台阶形貌。
[0005]因此，如何提供一种铜柱凸块结构的制作方法，以减少特征尺寸偏移，并节约生产成本，成为本领域技术人员亟待解决的一个重要技术问题。
【发明内容】
[0006]鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种铜柱凸块结构的制作方法，用于解决现有技术中在制作铜柱凸块结构时存在较大的特征尺寸偏移、工艺复杂、成本较高的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种铜柱凸块结构的制作方法，包括以下步骤:
[0008]S1:提供一晶圆级芯片基体，在所述芯片基体表面形成凸块下金属层；
[0009]S2:在所述凸块下金属层表面形成一光阻层，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；
[0010]S3:在所述光阻层表面及暴露出的所述凸块下金属层表面形成塑封层；
[0011]S4:采用微压印方法在所述塑封层中形成若干塑封层开口 ；所述塑封层开口与所述光阻层开口相对应，并暴露出所述凸块下金属层的部分表面；
[0012]S5:在所述塑封层开口内自下而上依次形成铜柱及锡基金属合金柱；所述铜柱与所述凸块下金属层连接；
[0013]S6:去除所述光阻层及所述塑封层；
[0014]S7:去除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，得到由所述铜柱及所述锡基金属合金帽构成的铜柱凸块结构。
[0015]可选地，所述芯片基体表面具有一介质层，所述介质层中形成有若干暴露出所述芯片基体上芯片电极的介质层开口 ；所述光阻层开口与所述介质层开口相对应。
[0016]可选地，所述凸块下金属层包括Ti/Cu复合层。
[0017]可选地，所述光阻层的厚度范围是15?30 μπι。
[0018]可选地，所述塑封层上表面高于所述锡基金属合金柱上表面。
[0019]可选地，所述塑封层采用热固材料材料。
[0020]可选地，于所述步骤S4中，还包括去除所述塑封层开口底部多余的塑封材料的步骤。
[0021]可选地，采用灰化法或刻蚀去除所述多余的塑封材料。
[0022]可选地，于所述步骤S4中，所述微压印方法采用的模板为刚性模板。
[0023]可选地，于所述步骤S4中，所述微压印方法采用的模板表面具有一抗粘附层，所述抗粘附层的材料包括金属或含氟聚合物。
[0024]可选地，于所述步骤S5中，所述铜柱与所述锡基金属合金柱之间还形成有Ni层。
[0025]可选地，于所述步骤S5中，采用电镀或化学镀形成所述铜柱或所述锡基金属合金柱。
[0026]如上所述，本发明的铜柱凸块结构的制作方法，具有以下有益效果:本发明的铜柱凸块结构的制作方法中，采用塑封层材料代替了厚光阻层，并采用微压印方法在所述塑封层中形成铜柱凸块图形，其中，微压印方法形成图形与光学问题无关，从而可以显著减小特征尺寸偏移，使得特征尺寸更加精确，并降低了工艺复杂性。并且由于未采用厚光阻层，可以进一步降低生产成本。
【附图说明】
[0027]图1显示为本发明的铜柱凸块结构的制作方法的工艺流程图。
[0028]图2显示为本发明的铜柱凸块结构的制作方法中芯片基体的结构示意图。
[0029]图3显示为本发明的铜柱凸块结构的制作方法中在所述芯片基体表面形成凸块下金属层的示意图。
[0030]图4显示为本发明的铜柱凸块结构的制作方法中在所述凸块下金属层表面形成一光阻层的示意图。
[0031]图5显示为本发明的铜柱凸块结构的制作方法中形成若干光阻层开口的示意图。
[0032]图6显示为本发明的铜柱凸块结构的制作方法中在所述光阻层表面及暴露出的所述凸块下金属层表面形成塑封层的示意图。
[0033]图7显示为本发明的铜柱凸块结构的制作方法中采用微压印方法在所述塑封层中形成若干塑封层开口的示意图。
[0034]图8显示为本发明的铜柱凸块结构的制作方法中在所述塑封层开口内自下而上依次形成铜柱及锡基金属合金柱的示意图。
[0035]图9显示为本发明的铜柱凸块结构的制作方法中去除所述光阻层及所述塑封层的示意图。
[0036]图10显示为本发明的铜柱凸块结构的制作方法中去除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的示意图。
[0037]元件标号说明
[0038]SI ?S7 步骤
[0039]ISi 片
[0040]2芯片电极
[0041]3介质层
[0042]4介质层开口
[0043]5Ti 层
[0044]6Cu 层
[0045]7光阻层
[0046]8光阻层开口
[0047]9塑封层
[0048]10塑封层开口
[0049]11铜柱
[0050]12锡基金属合金柱
[0051]13Ni 层
[0052]14 锡基金属合金帽
【具体实施方式】
[0053]以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，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发明的其他优点与功效。本发明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，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
[0054]请参阅图1至图10。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发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明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。
[0055]本发明提供一种铜柱凸块结构的制作方法，请参阅图1，显示为该方法的工艺流程图，包括以下步骤:
[0056]S1:提供一晶圆级芯片基体，在所述芯片基体表面形成凸块下金属层；
[0057]S2:在所述凸块下金属层表面形成一光阻层，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；
[0058]S3:在所述光阻层表面及暴露出的所述凸块下金属层表面形成塑封层；
[0059]S4:采用微压印方法在所述塑封层中形成若干塑封层开口 ；所述塑封层开口与所述光阻层开口相对应，并暴露出所述凸块下金属层的部分表面；
[0060]S5:在所述塑封层开口内自下而上依次形成铜柱及锡基金属合金柱；所述铜柱与所述凸块下金属层连接；
[0061]S6:去除所述光阻层及所述塑封层；
[0062]S7:去除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，得到由所述铜柱及所述锡基金属合金帽构成的铜柱凸块结构。
[0063]首先请参阅图2及图3，执行步骤S1:提供一晶圆级芯片基体，在所述芯片基体表面形成凸块下金属层。
[0064]如图2所不，显不为所述晶圆级芯片基体的结构不意图。作为不例，所述晶圆级芯片基体的主体为Si片I。所述芯片基体表面具有一介质层3，所述介质层3中形成有若干暴露出所述芯片基体上芯片电极2的介质层开口 4。
[0065]作为示例，所述介质层3的材料包括但不限于SiN，所述芯片电极2的材料包括但不限于Al等导电金属。在其它实施例中，所述晶圆级芯片的主体还可以为其