一种50μm铜柱的封装方法与流程

本发明属于晶圆级芯片封装领域，特别涉及一种50μm铜柱的封装方法。

背景技术：

半导体芯片特征尺寸随着摩尔定律逐步缩小，伴随着电子系统高性能、多功能、小型化及低成本的要求，集成电路封装需要更多的输入/输出端口数，更高的电性能和热管理性能。因此，传统封装难以满足微间距高密度芯片封装的需求，铜柱凸块技术因其优异的互连能力为上述应用提供先进的封装解决方案，成为芯片封装的主流技术。铜柱凸块主要由铜柱和锡帽构成，铜柱部分具有延展能力，但不具备焊接性能，用以支撑凸块整体结构。

但是由于工艺原因，目前常规的铜柱尺寸为80-100μm，限制了芯片尺寸的进一步缩小。因此，急需寻求一种新的封装方法进一步减小铜柱尺寸。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种50μm铜柱的封装方法，该方法优化了工艺流程，降低了封装成本，减小了芯片尺寸，顺应了市场对微电子产品日益轻、薄、短、小和低价化要求；同时进一步缩小了引脚间距，增加了单颗芯片上的引脚数目即i/o数量，满足了电子产品的高度精微化，具有良好的应用前景。

本发明提供了一种50μm铜柱的封装方法，包括：

(1)清洗晶圆去除表面的异物和脏污；

(2)在晶圆表面涂覆再钝化层作为缓冲层；

(3)在再钝化层表面溅射铜、钛种子层；

(4)在铜、钛种子层表面涂覆光刻胶作为光阻层；其中涂覆光刻胶包括匀胶、甩胶及甩边；

(5)通过ecd电镀铜柱和锡帽；其中，电镀铜柱采用的是sc28铜电镀液；

(6)最后将电镀的锡回流成球形即可。

所述步骤(4)中的涂覆光刻胶的量为5-10ml。

所述步骤(4)中的匀胶速率为750-800rpm，匀胶时间为10-15s；甩胶速率为350-400rpm，甩胶时间为20-25s；甩边速率为500-600rpm，甩边时间为2-4s。

所述步骤(5)中的sc28铜电镀液的组成为：铜26-30g/l，硫酸150-250g/l，氯离子30-50mg/l，光亮剂md2-8ml/l(确信乐思化学贸易(上海)有限公司)，平整剂lo1-4ml/l(确信乐思化学贸易(上海)有限公司)。

所述步骤(5)中的电镀使用的电流密度为4asd。

所述步骤(5)中电镀铜柱前预浸十三次。

有益效果

本发明优化了工艺流程，降低了封装成本，减小了芯片尺寸，顺应了市场对微电子产品日益轻、薄、短、小和低价化要求；同时进一步缩小了引脚间距，增加了单颗芯片上的引脚数目即i/o数量，满足了电子产品的高度精微化，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明的涂胶示意图；

图2为本发明的产品图。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于

本技术：
所附权利要求书所限定的范围。

实施例1

1、清洗

清洗的作用是去除晶圆表面的异物和脏污，主要包括如下工序：ipa清洗→qdr水洗→srd甩干→烘箱烘烤。清洗时所有工序50um铜柱工艺与80-100um铜柱工艺基本相同。

2、rpv再钝化层

rpv作为缓冲层，可以起到绝缘、抗蚀、缓冲应力及平坦化的作用，最终将留在晶圆表面，主要包括如下工序：等离子体刻蚀→涂胶→曝光→显影→固化→等离子体刻蚀。rpv时所有工序50um铜柱工艺与80-100um铜柱工艺基本相同。

3、spt溅射

spt的作用是溅射ti阻挡层和cu种子层，电镀时起到导电的作用，主要包括如下工序：预清洗→烘烤→溅射。spt时所有工序50um铜柱工艺与80-100um铜柱工艺基本相同。

4、pr光阻层

pr作为光阻层，就是将掩膜版上的图像转移到硅圆片上，决定rdl及铜柱的开口和形貌，电镀后将被去掉，主要包括如下工序：涂胶→去边→曝光→显影，如图1所示。

与80-100um铜柱工艺相比，50um铜柱工艺铜柱高度更低，铜柱尺寸更小，因此光刻胶的厚度相对较薄，否则容易出现显影不洁导致的残胶异常。涂胶主要包括如下三个工步：匀胶、甩胶及甩边。80-100um铜柱工艺由于需要的光刻胶厚度过厚，需要进行两次涂胶，第一次涂胶的胶量为5ml，匀胶速率为1800rpm、时间为1s，甩胶的速率为450rpm、时间为25s。第二次涂胶的胶量为4ml，匀胶速率为1500rpm、时间为1s，甩胶的速率为800rpm、时间为10s，甩边速率为1500rpm，时间为1s。50um铜柱工艺胶厚胶薄，因此只需进行一次涂胶，涂胶的胶量为9ml，匀胶速率为750rpm、时间为10s，甩胶速率为350rpm、时间为20s，甩边速率为500rpm、时间为2s。可见50um铜柱工艺的涂胶程序更为简单和高效。

5、ecd电镀

ecd是利用电解池的原理，在芯片的金属开口上长铜柱以通过贴装连通芯片内部功能与外部器件，主要包括如下工序：等离子体刻蚀→ecd电镀→去胶→cu铜腐蚀→ti钛腐蚀→等离子体刻蚀→漏电流测试。

与80-100um铜柱工艺相比，50um铜柱工艺的prcd更小，因此电镀时电镀液更难进入prcd，容易出现高低铜柱，因此需将电镀前的预浸次数由八次增加到十三次。同时由于铜柱高度更低，因此对铜柱高度的均匀性要求更好，故使用sc28铜电镀液代替sc40铜电镀液，通过降低电镀速率有效地提升了铜柱均匀性。

sc40铜电镀液的成分及含量如下：铜40g/l，硫酸140g/l，氯离子50mg/l，光亮剂r120ml/l，平整剂r2-a6ml/l，平整剂r2-b6ml/l，电镀时使用的电流密度为8asd。

sc28铜电镀液的成分及含量如下：铜28g/l，硫酸200g/l，氯离子40mg/l，光亮剂md5ml/l，平整剂lo3ml/l，电镀时使用的电流密度为4asd。

6、rf回流

rf是将电镀的锡回流成球形，便于后道与基板进行焊接，主要包括如下工序：涂覆→rf回流→去助焊剂→剪切力测试。rf时所有工序50um铜柱工艺与80-100um铜柱工艺基本相同。

7、aoi外观检

aoi是检验芯片的外观及铜柱尺寸和铜柱高度，将不良芯片在mapping上进行ng，主要包括如下工序：2d扫描-3d扫描-异常芯片判定-aoimapping生成。aoi时所有工序50um铜柱工艺与80-100um铜柱工艺基本相同。

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种50μm铜柱的封装方法，包括：清洗、钝化、溅射、涂覆光阻层、电镀和回流。本发明优化了工艺流程，降低了封装成本，减小了芯片尺寸，顺应了市场对微电子产品日益轻、薄、短、小和低价化要求；同时进一步缩小了引脚间距，增加了单颗芯片上的引脚数目即I/O数量，满足了电子产品的高度精微化，具有良好的应用前景。

技术研发人员：于政;方梁洪;罗立辉;李春阳
受保护的技术使用者：宁波芯健半导体有限公司
技术研发日：2017.09.26
技术公布日：2018.04.03