一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，有效降低了铜柱表面粗糙度，提高了微凸点的表面平整度，保证了晶圆不同区域的微凸点高度的一致，满足铜铜键合工艺对表面平整度的要求，在后续的微组装工艺中不用做底填工艺，在降低工艺复杂度的同时，提高键合结构的可靠性，其特征在于：（1）在晶圆表面制作粘附层和种子层；（2）在晶圆表面淀积铜层；（3）对铜层进行图形化；（4）去除微凸点位置以外的铜形成微凸点结构；（5）去除微凸点区域以外的粘附层形成电隔离的微凸点结构；（6）去除光刻胶得到微凸点结构；（7）在微凸点结构间填充涂覆介质层；（8）对晶圆表面进行处理得到高度均匀，表面平坦光滑的介质层和外露的微凸点结构。
【专利说明】—种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及微电子封装【技术领域】，具体涉及一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法。
【背景技术】
[0002]目前微凸点制作工艺在种子层制作后，利用光刻胶定义电镀区域。受微凸点高度限制，光刻胶厚度较大，从而导致传统的微凸点制作工艺在小尺寸微凸点制作上能力不足。此外，铜铜键合工艺对键合界面的平整度要求近乎苛刻，电镀工艺无法满足其要求。首先，电镀工艺生产的铜柱表面粗糙度较大，无法满足铜铜键合对表面平整度的要求；其次，电镀工艺制作的微凸点平整度较差，尤其是在下层有台阶的情况下，很难保证微凸点表面平整度；第三，采用传统工艺的微凸点技术，晶圆不同区域的微凸点高度会有较大差异，影响键合质量；第四，传统工艺的底填技术已经很难满足细节距、大面积的芯片微组装工艺，现有的细节距、大面积的芯片微组装工艺复杂，其工艺可靠性低。
【发明内容】
[0003]针对上述问题，本发明提供了一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，有效降低了铜柱表面粗糙度，提高了微凸点的表面平整度，同时保证了晶圆不同区域的微凸点高度的一致，而且在后续的微组装工艺中不用做底填工艺，可以在降低工艺难度的同时，提高键合结构的可靠性。
[0004]其技术方案如下:
一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，其包括以下步骤:
(1)、在晶圆表面制作粘附层和种子层；
(2)、在晶圆表面淀积铜层；
(3)、利用光刻工艺对铜层进行图形化；
(4)、去除微凸点位置以外的铜，在晶圆上形成微凸点结构；
(5)、去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料，形成电隔离的微凸点结构；
(6)、去除晶圆表面的光刻胶，得到去胶后的微凸点结构；
(7)、在晶圆表面微凸点结构之间填充、涂覆介质层；
(8)、对晶圆表面进行处理，去除多余的介质层材料，对晶圆表面的介质层和铜柱进行抛光加工，得到高度均匀，表面平坦光滑的介质层和外露的微凸点结构；
其更进一步地还包括以下步骤:
(9)、利用铜铜键合工艺将两个芯片键合在一起，利用铜柱间已经填充介质形成支撑； 其更进一步在于:步骤(2)中，利用电镀工艺在晶圆表面淀积铜层；
步骤(4)中，利用电解工艺去除微凸点位置以外的铜，在晶圆上形成微凸点结构；
步骤(5)中，利用湿法刻蚀工艺去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料，形成电隔离的微凸点结构； 步骤(8)中，利用化学机械抛光工艺对晶圆表面进行处理，去除多余的介质层材料，并对晶圆表面进行平坦化处理，露出微凸点。
[0005]采用本发明的上述方法中，先淀积铜层，然后利用光刻和电化学抛光工艺去除多余部分的铜金属层，成型微凸点，并借助于化学机械抛光工艺，有效降低了铜柱表面粗糙度，提高了微凸点的表面平整度，保证了晶圆不同区域的微凸点高度一致并且表面光滑。
[0006]随着微组装结构尺寸的不断减小，芯片尺寸的进一步增大，底填工艺的难度越来越大，本专利提出的工艺方案在后续的微组装工艺中不用做底填工艺，可以在降低工艺复杂度的同时，提高键合结构的可靠性。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1为晶圆表面制作粘附层和种子层不意图；
图2为晶圆表面淀积铜层意图；
图3为对微凸点进行定义示意图；
图4为晶圆上形成微凸点示意图；
图5为去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料示意图；
图6为去除晶圆表面的光刻胶成型光滑的微凸点示意图；
图7为晶圆表面涂覆介质层不意图；
图8为去除介质层露出微凸点示意图；
图9铜铜键合后效果图。
【具体实施方式】
[0008]一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，其特征在于:其包括以下步骤:
见图1，(I)在晶圆I表面制作粘附层2和种子层3-1，粘附层材料可以是钛、氮化钛、
钽、氮化钽等材料的一种或多种材料，种子层材料为铜。(晶圆上已经制作完成器件和互联结构制作)；
见图2，(2)利用电镀工艺在晶圆表面淀积铜层3-2，铜层厚度为1-15μπι;
见图3，(3)利用光刻工艺对铜层表面进行图形化；
见图4，(4)利用电解工艺去除微凸点位置以外的铜，在晶圆上形成微凸点结构5，该工艺将晶圆上的铜与电源的阳极相连，一般采用酸性电解液，并在电解液中通电，使晶圆表面裸露的铜电解；
见图5，(5)利用湿法刻蚀工艺去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层2，形成电隔离的微凸点结构5 ；
见图6，(6)去除晶圆表面的光刻胶4，得到微凸点结构5 ；
见图7，(7)晶圆表面微凸点结构之间填充、涂覆介质层6 ;介质层的材料可以是二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺、聚对苯撑苯并双口恶唑纤维材料等材料；
见图8，(8)利用化学机械抛光工艺对晶圆表面进行处理，去除多余的介质层6，对晶圆表面的介质层和铜柱进行抛光加工，得到高度均匀，表面平坦光滑的介质层和外露的微凸点结构5 ；
见图9，(9)借助于步骤(8)形成的平坦均匀的铜柱结构，第一晶圆7-1和第二晶圆7-2片完成铜铜键合，所以无需底填工艺，工艺难度低，可靠性好。
[0009]本专利的上述方法中，采用单次CMP工艺完成大马士革工艺，工艺成难度低，处理后的大马士革结构表面平整光滑，可满足铜铜键合工艺要求。
[0010]随着微组装结构尺寸的不断减小，芯片尺寸的进一步增大，底填工艺的难度越来越大，步骤(7)、步骤(8)和步骤(9)中，成型微凸点结构5外侧的介质绝缘材料，露出微凸点的待连接部位，借助于步骤(8)形成的平坦均匀的铜柱结构，步骤(9)中第一晶圆7-1和第二晶圆7-2完成铜铜键合，由于铜柱间已经填充介质，使其可以实现超细节距的铜铜键合，使得微凸点可以直接进行连接，所提出的工艺方案在后续的微组装工艺中不用做底填工艺，可以在降低工艺难度的同时，提高键合结构的可靠性。
【权利要求】
1.一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，其特征在于，其包括以下步骤: (1)、在晶圆表面制作粘附层和种子层； (2)、在晶圆表面淀积铜层； (3)、利用光刻工艺对铜层进行图形化； (4)、去除微凸点位置以外的铜，在晶圆上形成微凸点结构； (5)、去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料，形成电隔离的微凸点结构； (6)、去除晶圆表面的光刻胶，得到去胶后的微凸点结构； (7)、在晶圆表面微凸点结构之间填充、涂覆介质层； (8)、对晶圆表面进行处理，去除多余的介质层材料，对晶圆表面的介质层和铜柱进行抛光加工，得到高度均匀，表面平坦光滑的介质层和外露的微凸点结构。
2.根据权利要求1所述的一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，其特征在于，还包括以下步骤: (9)、利用铜铜键合工艺将两个芯片键合在一起，利用铜柱间已经填充介质形成支撑。
3.根据权利要求1或者2所述的一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，其特征在于:步骤(2)中，利用电镀工艺在晶圆表面淀积铜层。
4.根据权利要求1或者2任何所述的一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，其特征在于:步骤(4)中，利用电解工艺去除微凸点位置以外的铜，在晶圆上形成微凸点结构。
5.根据权利要求1或者2任何所述的一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，其特征在于:步骤(5)中，利用湿法刻蚀工艺去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料，形成电隔离的微凸点结构。
6.根据权利要求1或者2所述的一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，其特征在于:步骤(8)中，利用化学机械抛光工艺对晶圆表面进行处理，去除多余的介质层材料，并对晶圆表面进行平坦化处理，露出微凸点并对其进行平坦化处理。
7.根据权利要求1或者2任何所述的一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，其特征在于:铜层厚度为1-15 μ m。
8.根据权利要求1或者2任何所述的一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法，其特征在于:粘附层材料为钛、氮化钛、钽、氮化钽的一种或多种材料，种子层材料为铜。
9.根据权利要求1或者2所述的一种新型大马士革铜铜键合结构的制作方法法，其特征在于:介质层的材料为二氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺或聚对苯撑苯并双口恶唑纤维材料。
【文档编号】H01L21/768GK103762197SQ201310721130
【公开日】2014年4月30日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】薛恺, 于大全 申请人:华进半导体封装先导技术研发中心有限公司