專利名稱:一種集成電路芯片重新布線的壓印方法
技術領域:
本發(fā)明涉及集成電路封裝領域,具體地涉及一種倒裝芯片重新布線的方法。
背景技術:
電子封裝技術在電子工業(yè)中起著重要的作用,隨著電路和系統(tǒng)復雜性的迅速提高,對電子封裝的要求也越來越高,這是因為電子封裝直接影響著器件和集成電路的電、 熱、光和機械性能,決定著電子產(chǎn)品的大小、重量、應用方便性、壽命、可靠性、性能和成本。 因此,器件和集成電路要求封裝具有優(yōu)良的電性能、熱性能、機械性能和光學性能,同時必須具有高的可靠性和低的成本,這就對電子封裝提出了更加嚴格的要求。隨著集成電路密度的增大,電路的數(shù)目增加。雖然增加的電路數(shù)量引起增加的用于將集成電路連接到下一封裝層級的接觸焊盤數(shù),但增大的電路密度導致較小的芯片。因此,現(xiàn)在存在對更大的布線密度和增加用于從集成電路芯片到下一封裝層級的連接的接觸焊盤數(shù)的需要。集成電路特征尺寸不斷表小,當最小特征尺寸和線間距小于光刻所用光源的波長時,光的衍射和光刻膠顯影、刻蝕特性等因素將引起掩模圖形和硅片表面實際印刷圖形之間的不一致,IC版形轉移失真顯著加大,光刻工藝中采用過短的波長,費用高且不穩(wěn)定,所以現(xiàn)在90nm工藝,采用的還是193nm波長的光學系統(tǒng),因而集成電路的生產(chǎn)成品率必然會降低,工業(yè)界需要新的金屬細布線的方法。。
發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足,提供一種適用于晶圓級芯片的布線方法,具有線寬度、線間距精確控制,原材料利用率高,成品率高和可靠性好等優(yōu)點。為實現(xiàn)這樣的目的,本發(fā)明利用直接壓印的方法在硅片上制備互連線,將金屬納米顆粒有機溶液涂覆在晶圓片上,然后利用制備好的模具與晶圓片精確對齊,在一定的條件下,給模具以壓力使得溶液在模具空腔內完全填充,模具空腔的排布就是互連線在片上分布的鏡像,蒸發(fā)溶液再冷卻脫模,然后加溫使分散的金屬納米顆粒熔融固化成連續(xù)金屬布線。本發(fā)明的方法具體包括如下步驟步驟一選定需要制作互連線的硅圓片,淀積一層介質材料增加芯片的鈍化性能。步驟二 按照要求制備壓印模具,模具的材料可以是硅或石英等常見的硬模材料, 也可以是PDMS等有機材料。模具的空腔結構和排布直接決定壓印后互連線的線寬和線間距等參數(shù),為了脫模的方便可以將模具的腔體截面設計成倒梯形,其深度就是制成后互連線的高度,并且這種模具可以重復使用,降低成本。步驟一和步驟二是分開獨立進行的,二者之間可以并列進行。步驟三在硅圓片上涂覆一定的金屬納米顆粒有機溶液,把模具與硅圓片精確對齊擠壓溶液而使之填滿模具空腔。步驟四蒸發(fā)溶液,然后冷卻并脫模。
步驟五加熱分散的金屬納米顆粒至一定溫度,使顆粒熔化形成固態(tài)連續(xù)的金屬線。通常情況下,需要加熱的溫度視材料而定,如2納米直徑的納米金顆粒一般在130°C左右熔化,而塊金的熔點在1063°C,納米銀顆粒在100°C開始熔化,而塊銀的熔點是1000°C。步驟六在完成的金屬布線上淀積介質層,作為圓片表面的鈍化層,進一步增加芯片的鈍化和應力緩沖性能。步驟七光刻掉金屬布線凸點焊盤上的介質層,使焊盤暴露,能與焊點連接。本發(fā)明的方法具有工藝簡單,無高溫過程,線條精確控制,無失真轉移的優(yōu)點,由于使用的原料是金屬納米顆粒溶液,所以互連線的參數(shù)可以自由設定,甚至在同一芯片上制備不同線寬的金屬連線,而且金屬納米顆粒的熔點與塊狀金屬的熔點完全不同,所以可以在低溫下通過壓印制備出來,適合于某些特殊器件,比如超高集成芯片的封裝。同時制成的模具可以清洗后重復使用,降低成本。
圖1經(jīng)過初步處理之后的微電子器件;圖2淀積鈍化層;圖3刻蝕露出I/O電極焊盤;圖4涂覆一層納米金屬顆粒溶液;圖fe模具與器件精確對齊;圖恥一種類型的模具空腔示意圖;圖5c擠壓模具使溶液完全填充空腔;圖6蒸發(fā)溶液,冷卻脫模,加熱使納米顆粒熔融轉化成連續(xù)的塊狀金屬;圖7第二次淀積鈍化層,并刻蝕露出焊盆。
具體實施例方式以下結合相應的附圖對本發(fā)明的技術方案作進一步的說明。圖1所示是經(jīng)過初步加工的微電子器件20,包括硅襯底22、焊盤M和有源電路 26。整體結構是制作在硅圓片上的,硅圓片22上是有很多這種微電子器件的,焊盤M的材料一般是鋁或銅,鎢鈦和其它合金。鈍化層觀是一層有機物,常見的如Dow公司生產(chǎn)的聚合物BCB等。鈍化層覆蓋住整個硅圓片上,增加芯片的鈍化性能,同時起到應力緩沖層的效果,如圖2所示。圖3所示為把覆蓋在I/O金屬盤上的鈍化層刻蝕掉使之裸露,再在該金屬盤上做一個金屬的開孔。圖4所示為在硅圓片20上涂覆一層金屬納米顆粒溶液32,作為互連線的原料,其中金屬可以是金、銀或銅等,在溶液里納米金屬顆粒被有機分子粘附懸浮在其中,由于溶液的粘性系數(shù)較低,因此可以實現(xiàn)高質量無殘留的壓印成型。同時,納米尺度的熱動力學顯示可以在低溫下實現(xiàn)分散的納米顆粒熔融轉化成連續(xù)的塊狀結構,如2-3nm直徑的銀納米顆粒的熔點大約是100°C遠遠小于連續(xù)銀導體的962°C的熔點。圖fe所示為使用按照要求制備完成的模具34擠壓溶液32,這一過程能夠在低壓(< 40kPa)、低溫(80°C )下完成,同時保證模具與晶圓上精確對齊,模具的材料可以是PDMS(聚二甲硅氧烷)、硅或石英等,可以由成熟的電子束光刻或刻蝕工藝制備。由于溶液的低粘性系數(shù),最終會被擠壓進入模具的空腔36里實現(xiàn)完全填充,制成的互連線的形狀將由模具的空腔形狀完全控制,在后續(xù)需要制作凸點的位置,在空腔中預先刻蝕一個焊盤的鏡像如圖恥所示。當溶劑蒸發(fā)以后,進行冷卻脫模,如圖6所示。模具經(jīng)過清洗處理以后可以重復使用。將結構加溫至特定溫度,所述特定溫度由使用的材料決定,并保持一定時間,確使分散的孤立的金屬納米顆粒熔化形成連續(xù)的金屬導體,就是所要制作的金屬互連線38。如圖7所示。圖7所示為淀積一層介質,作為二次鈍化層40,進一步增加芯片的鈍化性能。本發(fā)明在晶圓上實現(xiàn)金屬互連線的制作,高硬度模具可以重復使用降低成本,產(chǎn)
量尚,原料利用率高,可靠性高,互連線的參數(shù)精確可控。另外本發(fā)明通過壓印的方式可以實現(xiàn)納米量級的互連線間距和寬度。以上內容是結合具體的實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明,不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術領域的普通技術人員來說,在不脫離本發(fā)明構思的前提下,還可以做出若干簡單推演或替換,都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種實現(xiàn)晶圓級倒裝芯片重新布線的制作方法,所述方法步驟一制作壓印模具, 模具的圖形部分由空腔和突出部分組成,空腔結構決定互連線寬度和焊盤形狀,突起部分決定互連線線間距。
2.如權利要求1所述,其特征在于所述空腔截面形狀可以根據(jù)需要定制成倒梯形、弧形等,在需要制作焊盤的位置是把空腔處理成焊盤的形狀。
3.如權利要求1所述方法步驟二淀積介質鈍化層。
4.如權利要求1所述方法步驟三光刻,露出晶圓片上的I/O互連焊點。
5.如權利要求1所述方法步驟三在硅圓片上涂覆適量的納米金屬顆粒溶液,然后用模具擠壓溶液,使其完全填充空腔。
6.如權利要求5所述納米金屬顆粒溶液,其材料可以是金、銀、銅等金屬,與有機溶劑混合而成。
7.如權利要求1所述方法步驟四蒸發(fā)溶液,冷卻并脫模,在一定溫度和壓強下加熱納米金屬顆粒使其熔融并凝結成塊狀金屬。
8.如權利要求7所述溫度和壓強由選擇的材料和金屬顆粒的尺寸決定,如金的顆粒大小在2-10納米范圍內,其需要的加熱溫度為130° -940°C,壓強< 40kPa。
9.如權利要求1所述方法步驟五二次淀積介質鈍化層,并刻蝕露出焊盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種晶圓級倒裝芯片重新布線的機械壓印制作方法。利用納米金屬顆粒溶液通過模具壓印的方法進行倒裝芯片的重新布線,將金屬納米顆粒有機溶液涂覆在硅圓片上,然后利用制備好的模具與晶圓片精確對齊,在一定的條件下,給模具以壓力使得溶液在模具空腔內完全填充,蒸發(fā)溶液再冷卻脫模,加溫使分散的金屬納米顆粒熔融固化成連續(xù)的金屬布線。本方法利用納米金屬顆粒溶液的粘度小,通過模具壓印實現(xiàn)其流動,并且在低溫低壓下就可以熔化凝結成連續(xù)的塊金屬線。通過機械的方式在晶圓上實現(xiàn)重新布線,具有工藝簡單,原材料利用率高,可靠性高,線條的寬度和間距可以靈活控制等優(yōu)點。
文檔編號H01L21/768GK102522366SQ20111038199
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月25日 優(yōu)先權日2011年11月25日
發(fā)明者李磊, 金鵬 申請人:北京大學深圳研究生院