一种半隐埋微凸点结构及其制备方法与流程

本发明涉及半导体封装领域，具体涉及一种半隐埋微凸点结构及其制备方法。

背景技术：

随着微系统向多功能、小型化、低功耗等方向发展，采用凸点(bump)代替传统键合引线实现各个功能单元芯片间输入/输出的连接是微系统的重要发展趋势。在传统的微系统封装领域，一般通过把芯片背面烧结在基板上，并通过键合丝实现各个功能单元芯片间的互连，各个功能单元芯片只能沿平面进行布局，封装腔体的面积大于各个功能单元芯片的面积之和。随着封装技术的发展，晶圆级封装(wlp)随着晶圆键合、凸点、减薄等技术的成熟而得到了大规模的应用，采用凸点、晶圆键合等技术实现了各个功能单元芯片的纵向堆叠，使得封装腔体的面积仅需要大于最大芯片的面积，微系统中各个功能单元由二维布局向三维堆叠演变，键合引线连接向凸点连接转变。目前，凸点的尺寸已经由最初的数百微米量级发展到微米量级，凸点的机械可靠性问题愈发显现。

传统的凸点结构如图10所示，其中，一般在金属焊点之上溅射ubm金属，通过厚胶在ubm之上形成凸点电镀窗口，并在窗口中电镀铜(cu)、锡银(agsn)或锡(sn)。此结构的凸点，由于ubm、cu、agsn等金属直接制作在焊点之上，在ubm与焊盘金属之间形成的异种金属界面容易产生空洞，使得凸点易于脱落，出现机械可靠性问题。

由此可见，背景技术在凸点尺寸进入微米量级时，存在微凸点机械可靠性低的技术问题上述问题是本领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够显著增加微凸点结构机械性能的一种半隐埋微凸点结构。

为了解决上述技术问题，本发明提供的方案是：一种半隐埋微凸点结构，包括衬底；

绝缘层，其远离所述衬底的一面上设置有嵌入槽；

ubm层，其设置于所述嵌入槽表面；

凸点金属，其部分嵌设于所述嵌入槽内并设置于所述ubm层表面，

导电层，其设置于所述绝缘层中，所述导电层相对的两端分别连接所述ubm层和所述衬底。

进一步的是：所述绝缘层包括逐渐远离所述衬底并依次设置的第一绝缘层、第二绝缘层和第三绝缘层，所述嵌入槽设置于所述第三绝缘层内，所述嵌入槽开口朝向远离所述衬底的一侧。

进一步的是：所述第一绝缘层、所述第二绝缘层以及所述第三绝缘层为二氧化硅和/或氮化硅。

进一步的是：所述导电层包括第一导电层和第二导电层，所述第一导电层设置于所述第一绝缘层中，所述第二导电层设置于所述第二绝缘层中，所述第一导电层与所述第二导电层相互接触。

进一步的是：所述凸点金属包括第一凸点金属和第二凸点金属，所述第一凸点金属设置于所述ubm远离所述绝缘层的一面并嵌设于所述嵌入槽内，所述第一凸点金属高度大于所述嵌入槽的深度，所述第二凸点金属设置于所述第一凸点金属上。其中，所述第一凸点金属可以为但不限于cu或au，所述第二凸点金属可以为但不限于agsn或sn，所述ubm层为tin。

本申请进一步的提供了一种半隐埋微凸点结构的制备方法，包括以下步骤：

s1：在衬底表面设置下层缘层，在所述下层绝缘层中设置导电层，所述导电层一端与所述下层绝缘层持平，另一端与所述衬底接触；

s2：在所述下层绝缘层和所述导电层远离所述衬底的一侧设置第三绝缘层；

s3:所述第三绝缘层与所述导电层对应的位置设置贯通所述第三绝缘层的嵌入槽，在所述嵌入槽内表面附着ubm层，然后在所述嵌入槽内设置凸点金属。

进一步的是：所述下层绝缘层包括第一绝缘层和第二绝缘层，所述导电层包括第一导电层和第二导电层，所述步骤s1包括步骤：

s101：在衬底表面沉积第一绝缘层，在所述第一绝缘层上刻蚀贯通所述第一绝缘层的第一窗口，在所述第一窗口内设置第一导电层，并对所述第一导电层进行平坦化处理；

s102：在所述第一绝缘层和所述第一导电层远离所述衬底表面的一侧沉积第二绝缘层，在所述第二绝缘层与所述第一导电层对应的位置刻蚀贯通所述第二绝缘层的第二窗口，在所述第二窗口内设置第二导电层，并对所述第二导电层进行平坦化处理。

进一步的是：所述第一绝缘层通过lpcvd或pecvd工艺沉积，所述第二绝缘层和所述第三绝缘层通过pecvd工艺沉积。

进一步的是：所述步骤s3包括步骤：

s301：在所述第三绝缘层表面设置光刻胶，并在与所述导电层对应位置进行曝光、显影后刻蚀形成第三窗口，

s302：在所述第三窗口内溅射ubm金属，形成ubm层，而后依次电镀第一凸点金属和第二凸点金属；

s303：去除剩余所述光刻胶得到所述半隐埋微凸点结构。

本发明的有益效果：本申请把微凸点中的ubm层和凸点金属镶嵌入绝缘层中，增强了微凸点的稳固性，可有效提高微凸点的机械可靠性。

另外，本发明中的绝缘层、嵌入槽、凸点金属均可以通过现有的先进封装工艺中的常规工艺方法制备，与先进封装工艺具有良好的工艺兼容性。

附图说明

图1为本发明所述半隐埋微凸点结构实施例的层状结构示意图；

图2-图9为本发明所述制备方法实施例中步骤s2和s3的工艺流程示意图；

图10为现有技术的层状结构示意图

附图标记如下：衬底101、第一绝缘层102、第一导电层103、第二绝缘层104、第二导电层105、第三绝缘层106、四次光刻光刻胶107、嵌入槽108、ubm层109、光刻胶110、第三窗口111、第一凸点金属112、第二凸点金属113。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施。

下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或实施例。为简化公开内容，下面描述了各特征存在的一个或多个排列的具体实施例，但所举实施例不作为对本发明的限定,在说明书中随后记载的第一特征与第二特征连接，即可以包括直接联系的实施方式，也可以包括形成附加特征的实施方式，进一步的，也包括采用一个或多个其他介入特征使第一特征和第二特征彼此间接连接或结合，从而第一特征和第二特征可以不直接联系。

为了便于理解，对本申请中出现的的名词缩写进行解释说明：

ubm层：凸点下金属化层；

lpcvd：低压力化学气相沉积法；

pecvd：等离子体增强化学的气相沉积法；

cmp：化学机械平坦化；

所应理解的是，本申请中所出现的上述缩写均为本领域的专业名词，本领域技术人员可以毫无疑义的确认上述名词的含义。

如图1所示，一种半隐埋微凸点结构的实施例，其包括按层状结构依次设置的衬底101、绝缘层、umb层和凸点金属，其中，绝缘层远离衬底101的一面上设置有嵌入槽108，ubm层109设置于该嵌入槽108的内侧表面，凸点金属的高度大于嵌入槽108的深度，从而使其靠近绝缘层的部分嵌设于嵌入槽108内。

具体的，上述衬底101可以是但不限于单晶硅衬底101，ubm层109可以是但不限于tin，绝缘层可以是二氧化硅、氮化硅或是由二氧化硅和氮化硅组成的复合介质。

此外，还包括导电层，导电层嵌设于绝缘层中，该导电层的两端分别连接umb层和衬底101。

在一些实施例中，凸点金属包括第一凸点金属112和第二凸点金属113，第一凸点金属112高度大于嵌入槽108的深度，第一凸点金属112的一端固定于ubm层109上并嵌设于嵌入槽108内，第二凸点金属113设置于第一凸点金属112上。

其中，绝缘层包括逐渐远离衬底101并依次设置的第一绝缘层102、第二绝缘层104和第三绝缘层106，嵌入槽108设置于第三绝缘层106上。导电层包括第一导电层103和第二导电层105，第一导电层103嵌设于第一绝缘层102中，第二导电层105嵌设于第二绝缘层104中，第一导电层103与第二导电层105相互接触。

上述第一凸点金属112可以是但不限于cu或au，第二凸点金属113可以是但不限于agsn或sn。

本申请与常规微凸点结构相比，通过把微凸点中的ubm层109和凸点金属镶嵌入作为介质的绝缘层中，能增强小尺寸下微凸点的稳固性。从而可达到显著提升微凸点机械可靠性的作用。

为了便于对本申请进行理解，本申请进一步的提供了上述半隐埋微凸点结构的制备方法的实施例，如图2至图9所示，包括以下步骤：

s101：在衬底101表面沉积第一绝缘层102，在第一绝缘层102上刻蚀贯通第一绝缘层102的第一窗口，在第一窗口内设置第一导电层103，并对第一导电层103进行平坦化处理。

具体的，准备8英寸、<100>晶向、厚度725±25μm的硅单晶抛光片，清洗烘干后作为衬底101，而后通过lpcvd工艺于720℃条件下在衬底101的一侧表面沉积第一绝缘层102，得到厚度为1μm±0.1μm的第一绝缘层102。

第一绝缘层102表面设置光刻胶110，而后选取要设置第一导电层103的位置进行曝光、显影后进行刻蚀，得到第一窗口，在第一窗口内溅射导电金属得到第一导电层103，而后对第一导电层103采用cmp平坦化处理，使其与第一绝缘层102持平，量测剩余第一绝缘层102厚度，剩余第一绝缘层102厚度小于2nm，去除光刻胶110。

s102：在第一绝缘层102和第一导电层103远离衬底101表面的一侧沉积第二绝缘层104，在第二绝缘层104与第一导电层103对应的位置刻蚀贯通第二绝缘层104的第二窗口，在第二窗口内设置第二导电层105，并对第二导电层105进行平坦化处理：

采用pecvd工艺在第一绝缘层102和第一导电层103远离衬底101的一面淀积第二绝缘层104，其中，淀积温度为280℃，沉积厚度为1μm±0.1μm，而后通过两次光刻法在第二绝缘层104上与第一导电层103对应的位置形成阶梯形的第二窗口，其中第二窗口靠近第一绝缘层102的一侧直径较小，在第二窗口内小直径部先溅射ti/tin金属，再于第二窗口内大直径处溅射种子层cu、电镀cu，从而得到第二导电层105，如图2所示。

上述第一绝缘层102和第二绝缘层104共同组成下绝缘层。

s2：如图3所示，在第二绝缘层104和第二导电层105远离第一绝缘层102的一侧沉积第三绝缘层106：采用pecvd工艺沉积第三绝缘层106，其中淀积温度为280℃。

s3:第三绝缘层106与第二导电层105对应的位置刻蚀贯通第三绝缘层106的嵌入槽108，在嵌入槽108内表面设置ubm层109，即，在第二导电层105中限定为嵌入槽108底面的部分，以及第三绝缘层106上限定为嵌入槽108侧壁的部分均溅射有ubm层109，然后在嵌入槽108内依次设置第一凸点金属112和第二凸点金属113：

该步骤具体的包括以下两步:

s301、如图4所示，在第三绝缘层106表面设置光刻胶110，在与第二导电层105对应的位置进行曝光、显影后，刻蚀形成与第二导电层105连通的第三窗口111，如图5所示。

s302：首先，如图6所示，在第三窗口111内溅射ubm金属，形成ubm层，而后,如图7和图8所示，依次在第三窗口111内电镀第一凸点金属112和第二凸点金属113，具体的，电镀第二凸点金属113可以采用回流电镀法。

s303：去除剩余光刻胶110后，得到如图9所示的结构，经过回流后则得到如图1所示的第二凸点金属113包裹第一凸点金属112的微凸点结构。

本申请所采用的制备方法，由于把微凸点中的ubm层109和第一凸点金属112镶嵌入第三绝缘层106中，增强了微凸点的稳固性，可有效提高微凸点的机械可靠性。

另外，本发明中的第三绝缘层106、嵌入槽108、第一凸点金属112均可以通过现有的先进封装工艺中的常规工艺方法制备，与先进封装工艺具有良好的工艺兼容性。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。