CN103730382A - 一种铜铜键合凸点的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种铜铜键合凸点的制作方法，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，满足铜铜键合工艺对表面平整度的要求；其特征在于：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）对晶圆表面的铜层进行处理，改善铜表面粗糙度和平整度；（4）利用光刻工艺对铜层进行图形化；（5）去除微凸点位置以外的铜，在晶圆上形成微凸点结构；（6）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；（7）去除晶圆表面的光刻胶，得到高度均匀，表面平坦光滑的微凸点结构。

Description

一种铜铜键合凸点的制作方法
技术领域
本发明涉及微电子封装技术领域，具体涉及一种铜铜键合凸点的制作方法。
背景技术
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，还难保证微凸点表表面平整度；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。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种铜铜键合凸点的制作方法，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。
其技术方案如下： 
一种铜铜键合凸点的制作方法，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）、对晶圆表面的铜层进行处理，改善铜表面粗糙度和平整度；
（4）、利用光刻工艺对铜层进行图形化；
（5）、去除微凸点位置以外的铜，在晶圆上形成微凸点结构；
（6）、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；
（7）、去除晶圆表面的光刻胶，得到高度均匀，表面平坦光滑的微凸点结构；
其进一步地还包括以下步骤：
（8）利用铜铜键合工艺将两片晶圆键合在一起；
（9）利用底填工艺实现晶圆间间隙填充；
其更进一步地在步骤（2）中，利用电镀工艺在晶圆表面淀积铜层；
步骤（3）中，利用化学机械抛光技术对晶圆表面的铜层进行处理，改善铜表面粗糙度和平整度，使其适用于铜铜键合工艺；
步骤（5）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（6）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（7）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。
采用本发明是的上述方法中，由于先淀积铜层后，在铜层上去除部分铜层，成型微凸点，同时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的一致。
附图说明
图1为晶圆表面制作粘附层和种子层示意图；
图2为晶圆表面淀积铜层示意图；
图3为对晶圆表面的铜层进行平整度处理示意图；
       图4为对微凸点进行定义示意图；
图5为晶圆上形成微凸点示意图；
图6为去除晶圆表面微凸点区域以外的粘附层材料示意图；
图7为去除晶圆表面的光刻胶成型光滑的微凸点示意图；
图8为完成铜铜键合后的结构示意图；
图9为键合晶圆底填后的结构示意图。
具体实施方式
一种铜铜键合凸点的制作方法，其包括以下步骤：
见图1，（1）在晶圆1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；
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1-15μm。受电镀工艺自身能力的限制，电镀后的铜层表面的粗糙度和平整度交较差；
见图3，（3）利用化学机械抛光技术对晶圆表面的铜层3-2进行处理，改善铜表面粗糙度和平整度，使其适用于铜铜键合工艺；
见图4，（4）利用光刻工艺对铜层进行图形化；
见图5，（5）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在电场集中效应下溶解；
见图6，（6）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7，（7）去除晶圆表面的光刻胶4，得到微凸点结构5。
本发明的上述技术方案中，采用化学机械抛光对电镀后的铜层进行平坦化处理，可以得到粗糙度极低，平坦度极高的微凸点结构，这种结构更适合铜铜键合工艺。此外，该工艺采用电解技术对光刻图像化的铜层进行处理，可以实现小尺寸凸点的制作工艺。
见图8，（8）利用铜铜键合工艺将两片晶圆7-1、7-2键合在一起；
见图9，（9）利用底填工艺实现晶圆间间隙填充，在晶圆间间隙填充介质层6。
通过步骤（8）、（9），实现两片晶圆的铜铜键合。

Claims (7)

1.一种铜铜键合凸点的制作方法，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）对晶圆表面的铜层进行处理，改善铜表面粗糙度和平整度；
（4）利用光刻工艺对铜层进行图形化；
（5）去除微凸点位置以外的铜，在晶圆上形成微凸点结构；
（6）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；
（7）去除晶圆表面的光刻胶，得到高度均匀，表面平坦光滑的微凸点结构。
2.根据权利要求1所述的一种铜铜键合凸点的制作方法，其特征在于，其还包括以下步骤：
（8）利用铜铜键合工艺将两片晶圆键合在一起；
（9）利用底填工艺实现晶圆间间隙填充。
3.根据权利要求1所述的一种铜铜键合凸点的制作方法，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所述的一种铜铜键合凸点的制作方法，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所述的一种铜铜键合凸点的制作方法，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所述的一种铜铜键合凸点的制作方法，其特征在于：铜层厚度为1-15μm。
7.根据权利要求1-6任何所述的一种铜铜键合凸点的制作方法，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。
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