[发明专利]一种超细节距半导体互连结构及其成型方法

说明书

本发明涉及半导体生产制造领域，特别是一种超细节距半导体互连结构及其成型方法。所述成型方法通过气相沉积法制备出纳米铜颗粒，调节气相沉积装置中的耦合参数控制生成纳米铜颗粒的大小，将制备的纳米铜颗粒沉积在基板上，并把带有I/O输出端口的芯片倒装在基板上，通过热压烧结实现芯片与基板的键合。所述成型方法中通过气相沉积装置制备出的纳米铜颗粒具有粒径可控，纯度高等特点，避免了化学法制备所带来的多种问题；所述成型方法可应用于包括半导体在内任何导电材料，灵活多高，可避免纳米铜颗粒存贮氧化等问题；能有效解决超细节距芯片与基板焊盘间定位差等问题，可满足高密度封装互连的需要。

技术领域

本发明涉及半导体生产制造领域，特别是一种超细节距半导体互连结构及其成型方法。

背景技术

随着电子产品向微型化和智能化方向发展，集成电路的制造工艺特征尺寸进入到20/14nm技术节点，与之匹配倒装互连凸点将由40-50μm缩小到5μm。传统的无铅焊料凸点技术为了实现与线路板上的焊盘精确对准，一般焊球与焊球间距较大，从而限制了电子器件I/O的总数量，这严重限制了高密度封装互连的发展需求。以铜柱代替无铅焊料凸点可以避免由于回流焊中造成的焊球桥连等问题，同时提高芯片与基板间的互连强度。新一代铜柱凸点互连技术由于具有良好的导电、导热、抗电迁移能力、更高的可靠性等优点，目前正成为下一代芯片超细节距互连的关键技术，满足高密度三维封装的要求。

铜柱凸点技术在实现超细节距的封装互连中具有独特的优势，但使用铜柱会导致互连温度很高，超细节距半导体与线路板焊盘定位差等问题。

发明内容

针对上述缺陷，本发明的目的在于提出一种超细节距半导体互连结构及其成型方法，将超细节距微米铜柱倒装在通过气相沉积法制备的纳米铜层上，实现低温低压瞬态互连，解决了芯片与基板间定位精度差的问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种超细节距半导体互连结构的成型方法，其包括如下步骤：

气相沉积装置使用气相沉积法制备纳米铜颗粒；

调节气相沉积装置的耦合参数，控制生产纳米铜颗粒的初始粒径；

将纳米铜颗粒从气相沉积装置带入收集装置中，并沉积在收集装置沉积区域的基板上；

将带有铜柱I/O输出端口的芯片倒立放置在基板上的沉积区域，对铜柱进行热压烧结，使芯片与基板键合，得到半成品半导体互连结构；

将半成品半导体互连结构中残余区域的纳米铜颗粒进行氧化处理；

对氧化处理后的半成品半导体互连结构进行清洗，除去残余的氧化铜颗粒，得到超细节距半导体互连结构。

更优的，所述将纳米铜颗粒从气相沉积装置带入收集装置中的步骤还包括如下内容：通入保护气体和外加电场的环境下，将纳米铜颗粒从沉积装置带入收集装置中。该工艺步骤中用到的保护气体是起到保护作用，可以起到防止纳米铜颗粒在转移至收集装置的过程中被氧化，同时在气相沉积装置中如果没有保护气体通入，气相沉积装置的气体氛围对产生的纳米铜颗粒粒径、形状样貌都会有很大的影响，使得气相沉积装置中的转移出来的纳米铜颗粒质量难以得到精准控制，后续也难以得到超细节距半导体互连结构。

更优的，所述保护气体为氮气、氩气或氦气，且保护气体中掺杂有含量不超过5％的还原性气体，所述还原性气体为氢气、甲醛或一氧化碳；掺杂还原性气体的目的是还原产生的氧化铜颗粒，同时避免高温条件下纳米铜发生氧化。