[发明专利]适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构及制备方法

权利要求书

1.一种适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构，其特征在于，包括从下至上依次设置的半导体衬底、图形化芯片、UBM金属层、第一金属层、第二金属层、金属凸点；所述半导体衬底、图形化芯片、UBM金属层、第一金属层外侧还设有介质层；所述第二金属层的上表面截面呈倒梯形微结构，设置于所述第一金属层表面；所述金属凸点填充于所述截面呈倒梯形微结构内，并与所述第二金属层形成所述第二合金层。

2.根据权利要求1所述的适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构，其特征在于，所述UBM金属层包括粘附层、阻挡层和浸润层，从下到上依次设置于所述图形化芯片上面，且UBM金属层截面宽度与所述图形化芯片截面宽度相等，用于连接图形化芯片和设置于UBM金属层表面的第一金属层。

3.根据权利要求1所述的适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构，其特征在于，所述图形化芯片、UBM金属层、第一金属层、第二金属层和金属凸点的中心位置一一对齐。

4.根据权利要求1所述的适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构，其特征在于，所述介质层的截面开口宽度w₁为所述UBM金属层截面宽度w的2/3~5/6。

5.根据权利要求2所述的适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构，其特征在于，所述粘附层为金属Ni、Cr、Al、Cu、W或其组合，厚度为50~300nm；所述阻挡层为金属Pd、Pt或其组合，厚度为50~300nm；所述浸润层为金属Au、Ag或其组合，厚度为50~300nm。

6.根据权利要求1所述的适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构，其特征在于，所述第一金属层为金属In、Sn或其组合，厚度为0.5~2μm，第二金属层为金属Au，厚度为0.5~3μm。

7.根据权利要求1所述的适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构，其特征在于，所述第二金属层的上表面倒梯形微结构的高度h₁为第二金属层厚度h的1/6~3/7，底边长d₁为第二金属层截面宽度d的7/10~8/10，顶边开口尺寸d₂为第二金属层截面宽度d的8/10~9/10。

8.根据权利要求1所述的适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构，其特征在于，所述金属凸点为金属In、Sn或其组合，形状为半球形，高度为2~5μm。

9.一种适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤（1）：取一个具有图形化芯片的半导体衬底，在表面设置第一光刻掩膜层，通过光刻工艺将图形化芯片暴露出来；

步骤（2）：通过薄膜沉积工艺，在图形化芯片表面上依次溅射粘附层、阻挡层和浸润层；

步骤（3）：用丙酮溶液剥离第一光刻掩膜层，形成UBM金属层；

步骤（4）：通过LPCVP、PECVD、ALD工艺在表面沉积一层厚度均匀的介质层，然后利用光刻和ICP工艺，在图形化UBM金属层上方刻蚀出一个开口，以暴露出浸润层；

步骤（5）：通过光刻工艺设置第二光刻掩膜层，将开口位置暴露出来，然后通过金属薄膜沉积工艺在浸润层表面依次溅射第一金属层和第二金属层；

步骤（6）：用丙酮溶液剥离第二光刻掩膜层；

步骤（7）：通过光刻工艺在表面设置第三光刻掩膜层，将第二金属层部分暴露出来，然后利用ICP工艺，在第二金属层的上表面刻蚀出截面呈倒梯形微结构；

步骤（8）：通过金属薄膜沉积工艺，在截面呈倒梯形微结构的第二金属层表面沉积一层金属；

步骤（9）：用丙酮溶液剥离第三光刻掩膜层，形成金属凸点；

步骤（10）：利用金属凸点回流工艺，将凸点回流成球形金属凸点，且在回流过程中，所述第一金属层和所述第二金属层之间形成第一合金层，所述第二金属层和所述金属凸点之间形成第二合金层。

10.根据权利要求9所述的一种适用于微米级芯片低温共晶键合的微凸点结构，其特征在于，所述第一合金层质为所述第一金属层和所述第二金属层形成的金属化合物，厚度为200~600nm；所述第二合金层为所述第二金属层和所述金属凸点形成的金属化合物，截面呈倒梯形微结构，厚度为300~800nm。