一种用于晶圆封装的植柱方法及金属纳米烧结体与流程

1.本发明涉及芯片封装技术领域，尤其是涉及一种用于晶圆封装的植柱方法及金属纳米烧结体。


背景技术：

2.晶圆级封装(wlp)是一种先进的封装技术，它可以直接在晶圆上进行大部分或全部的封装、测试程序，然后再进行安装焊球并切割，产出一颗颗的ic成品单元。晶圆级封装(wlp)具有尺寸小，电性能优良、散热好、成本低等优势，近年来发展迅速。晶圆级封装(wlp)的应用领域包括功率器件中的芯片，这些芯片对散热性能和机械性能以及可靠性能有较高的要求。其中，基于晶圆表面形成高密度的金属柱体是wlp工艺中的一个重要结构，目前，常用的方法主要有基于摩擦焊的铜柱移植，化学气相沉积技术等方法。然而，这些方法形成的金属柱体有可靠性差、成本高，精确度低等缺点。再有，专利cn102157438a公开了一种晶圆级转接板的制备方法，采用电镀方式灌装，获得金属柱阵列。然而采用传统的电镀工艺，工作效率低，易产生空洞，同时对于获得柱子的高度有限，灵活应用性差。
3.因此，针对上述问题本发明急需提供一种用于晶圆封装的植柱方法及金属纳米烧结体。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种用于晶圆封装的植柱方法及金属纳米烧结体，通过用于晶圆封装的植柱方法的提出以解决现有的方法获得金属柱体可靠性差、成本高，精确度低等的技术问题。
5.本发明提供的一种用于晶圆封装的植柱方法，包括如下步骤：
6.在硅板上端面和下端面分别制备第一绝缘层；
7.采用刻蚀工艺，对其中一第一绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层上形成多个间隔布设的刻蚀孔，向刻蚀孔内注入刻蚀液，使硅板上形成刻蚀槽；
8.通过热氧化工艺在刻蚀孔内壁、刻蚀槽底部和侧壁上形成第二绝缘层；
9.在第一绝缘层和第二绝缘层上制备牺牲层；
10.在牺牲层上旋涂纳米金属浆料，并使得纳米金属浆料填充刻蚀槽和刻蚀孔，采用烧结工艺进行烧结，刻蚀槽和刻蚀孔形成金属探柱，牺牲层上形成导电层；
11.清理牺牲层，分离出金属探柱和导电层，获得具有金属探柱的金属纳米烧结体。
12.优选地，牺牲层为易溶于水的聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠或乙基纤维素中的至少一种。
13.优选地，第一绝缘层的厚度为0.3-0.6μm。
14.优选地，第一绝缘层的厚度为0.5μm。
15.优选地，第二绝缘层的厚度为0.3-0.6μm。
16.优选地，第一绝缘层的厚度为0.5μm；
17.优选地，刻蚀槽的深度为0.1-1000μm；
18.优选地，导电层的厚度为0.1-50μm。
19.优选地，刻蚀槽的横向截面为圆形、方形或任一形状中的一种。
20.优选地，烧结工艺为有压烧结或无压烧结。
21.优选地，有压烧结的压力为20-30mpa。
22.优选地，第一绝缘层和第二绝缘层的材质均为二氧化硅。
23.优选地，刻蚀工艺为使用光刻胶作掩膜，在第一绝缘层上形成掩膜层，采用强碱对裸露部分进行刻蚀，使得第一绝缘层上形成刻蚀孔，在各刻蚀孔内注入强碱，对硅板继续进行刻蚀，使得硅板上形成刻蚀槽；清理牺牲层包括在去离子水中浸泡或去离子水中浸泡并超声辅助。
24.优选地，纳米金属浆料为含有金属纳米颗粒的浆料；金属纳米颗粒为铜、金、钯、银、铝、银钯合金、金钯合金、铜银合金、铜铟合金、铜银镍合金、铜银锡合金、铜银钛合金或铜铝合金、银包铜、锡包铜、有机物包覆铜或有机物包覆银颗粒中的至少一种
25.优选地，强碱溶液为naoh或koh，浓度为30-40wt％；刻蚀时间为40-70min；
26.旋涂速度为1000-5000rpm，旋涂时间30-60s；
27.本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的用于晶圆封装的植柱方法获得的具有金属探柱的金属纳米烧结体。
28.本发明提供的一种用于晶圆封装的植柱方法及金属纳米烧结体与现有技术相比具有以下进步：
29.1、本发明提供的用于晶圆封装的植柱方法，采用烧结工艺，可以在晶圆上形成致密状柱结构，从而实现功率器件与芯片连接，获得的金属探柱，无空洞，致密度高，机械强度高，导电性和导热性好。
30.2、本发明提供的用于晶圆封装的植柱方法，牺牲层采用易溶于水的有机物pssna聚苯乙烯磺酸钠，极大地简化了脱模工艺，脱模剂只需要用水，不会产生其它废液，高效，放入水中即可脱模。
31.3、本发明提供的用于晶圆封装的植柱方法，还可以采用有压烧结，压力辅助缩短工艺时间、增加致密度、提升金属柱机械强度、导电性、导热率，同时烧结工艺简单，成本低廉。
附图说明
32.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
33.图1为具体实施方式中步骤s1的结构示意图；
34.图2为具体实施方式中步骤s2的结构示意图；
35.图3为具体实施方式中步骤s3、s4的结构示意图；
36.图4为具体实施方式中步骤s5的结构示意图；
37.图5为具体实施方式中获得的金属纳米烧结体的结构示意图；
38.附图标记说明：
39.1、硅板；2、第一绝缘层；3、刻蚀孔；4、刻蚀槽；5、第二绝缘层；6、牺牲层；7、金属探柱；8、导电层。
具体实施方式
40.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
42.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
43.如图1-5所示，本实施例提供的一种用于晶圆封装的植柱方法，包括如下步骤：
44.s1)在硅板1上端面和下端面分别制备第一绝缘层2；
45.s2)采用刻蚀工艺，对其中一第一绝缘层2进行刻蚀，使得绝缘层2上形成多个间隔布设的刻蚀孔3，向刻蚀孔3内注入刻蚀液，使硅板1上形成刻蚀槽4；
46.s3)通过热氧化工艺在刻蚀孔3内壁、刻蚀槽4底部和侧壁上形成第二绝缘层5；
47.s4)在第一绝缘层2和第二绝缘层5上制备牺牲层6；
48.s5)在牺牲层6上旋涂纳米金属浆料，并使得纳米金属浆料填充刻蚀槽4和刻蚀孔，采用烧结工艺进行烧结，刻蚀槽4和刻蚀孔形成金属探柱7，牺牲层6上形成导电层8；
49.s6)清理牺牲层，分离出金属探柱7和导电层8，获得具有金属探柱的金属纳米烧结体。
50.具体地，牺牲层为易溶于水的聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠或乙基纤维素中的至少一种。
51.具体地，第一绝缘层2的厚度为0.3-0.6μm；优选地，第一绝缘层2的厚度为0.5μm；
52.第二绝缘层5的厚度为0.3-0.6μm；优选地，第一绝缘层2的厚度为0.5μm；
53.刻蚀槽4的深度为0.1-1000μm；
54.导电层8的厚度为0.1-50μm。
55.具体地，刻蚀槽(4)的横向截面为圆形、方形或任一形状中的一种。
56.具体地，烧结工艺为有压烧结或无压烧结。
57.具体地，有压烧结的压力为20-30mpa。
58.具体地，第一绝缘层2和第二绝缘层5的材质均为二氧化硅。
59.具体地，刻蚀工艺为使用光刻胶作掩膜，在第一绝缘层上形成掩膜层，采用强碱对
裸露部分进行刻蚀，使得第一绝缘层上形成刻蚀孔，在各刻蚀孔内注入强碱，对硅板继续进行刻蚀，使得硅板上形成刻蚀槽；清理牺牲层包括在去离子水中浸泡或去离子水中浸泡并超声辅助。
60.具体地，纳米金属浆料为含有金属纳米颗粒的浆料；金属纳米颗粒为铜、金、钯、银、铝、银钯合金、金钯合金、铜银合金、铜铟合金、铜银镍合金、铜银锡合金、铜银钛合金或铜铝合金、银包铜、锡包铜、有机物包覆铜或有机物包覆银颗粒中的至少一种
61.具体地，强碱溶液为naoh或koh，浓度为30-40wt％；刻蚀时间为40-70min；
62.旋涂速度为1000-5000rpm，旋涂时间30-60s；
63.本发明还提供了一种基于如上述中任一项所述的用于晶圆封装的植柱方法获得的具有金属探柱的金属纳米烧结体。
64.本发明提供的用于晶圆封装的植柱方法，采用烧结工艺，可以在晶圆上形成致密状柱结构，从而实现功率器件与芯片连接，获得的金属探柱，无空洞，致密度高，机械强度高，导电性和导热性好。
65.本发明提供的用于晶圆封装的植柱方法，牺牲层采用易溶于水的有机物pssna聚苯乙烯磺酸钠，极大地简化了脱模工艺，脱模剂只需要用水，不会产生其它废液，高效，放入水中即可脱模。
66.本发明提供的用于晶圆封装的植柱方法，还可以采用有压烧结，压力辅助缩短工艺时间、增加致密度、提升金属柱机械强度、导电性、导热率，同时烧结工艺简单，成本低廉。
67.具有金属探柱的金属纳米烧结体制备过程：包括如下步骤：
68.101)在硅板1上端面和下端面分别制备第一绝缘层2，第一绝缘层2材质为二氧化硅；
69.102)使用光刻胶作掩膜，在第一绝缘层2上形成掩膜层，在硅片上层的二氧化硅层通过刻蚀形成开口，开口尺寸取决于植柱需求，采用强碱对裸露部分进行刻蚀，使得第一绝缘层上形成刻蚀孔3，在各刻蚀孔3内注入强碱，对硅板继续进行刻蚀，使得硅板上形成刻蚀槽4；
70.103)通过热氧化工艺在刻蚀孔3内壁、刻蚀槽4底部和侧壁上形成第二绝缘层5；第二绝缘层5的材质为二氧化硅；
71.104)在第一绝缘层2和第二绝缘层5上制备牺牲层6，牺牲层为易溶于水的聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠或乙基纤维素中的至少一种；
72.105)在牺牲层6上旋涂纳米金属浆料，并使得纳米金属浆料填充刻蚀槽4和刻蚀孔，采用烧结工艺进行烧结，刻蚀槽4和刻蚀孔形成金属探柱7，牺牲层6上形成导电层8；
73.106)在去离子水中浸泡，分离出金属探柱7和导电层8，获得具有金属探柱的金属纳米烧结体。
74.本发明的第一绝缘层2的厚度为0.3-0.6μm；第一个绝缘层2的厚度可以根据具体工艺进行调节，最佳优选地第一绝缘层2的厚度为0.5μm；
75.本发明的第二绝缘层5的厚度为0.3-0.6μm；可以根据具体工艺进行调节，最佳优选地第一绝缘层2的厚度为0.5μm；
76.本发明的刻蚀槽4的深度为0.1-1000μm，根据具体的工艺进行选择。
77.本发明的导电层8的厚度为0.1-50μm，根据具体的工艺进行选择。
78.本发明刻蚀槽4的横向截面为圆形、方形或任一形状中的一种，可以选择圆形，方形或则需要的形状，优选的形状为圆形。
79.烧结工艺为无压烧结或有压烧结。
80.选择有压烧结时，有压烧结的压力为20-30mpa，可以缩短工艺时间，增加致密度，提升金属柱机械强度、导电性、导热率。
81.纳米金属浆料为含有金属纳米颗粒的浆料；金属纳米颗粒为铜、金、钯、银、铝、银钯合金、金钯合金、铜银合金、铜铟合金、铜银镍合金、铜银锡合金、铜银钛合金或铜铝合金、银包铜、锡包铜、有机物包覆铜或有机物包覆银颗粒中的至少一种。
82.强碱溶液为naoh或koh，浓度为30-40wt％；刻蚀时间为40-70min；
83.旋涂速度为1000-5000rpm，旋涂时间30-60s；
84.清理牺牲层还可以去离子水中浸泡并超声辅助，提高工作效率。
85.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种用于晶圆封装的植柱方法，其特征在于：包括如下步骤：在硅板(1)上端面和下端面分别制备第一绝缘层(2)；采用刻蚀工艺，对其中一第一绝缘层(2)进行刻蚀，使得绝缘层(2)上形成多个间隔布设的刻蚀孔(3)，向刻蚀孔(3)内注入刻蚀液，使硅板(1)上形成刻蚀槽(4)；通过热氧化工艺在刻蚀孔(3)内壁、刻蚀槽(4)底部和侧壁上形成第二绝缘层(5)；在第一绝缘层(2)和第二绝缘层(5)上制备牺牲层(6)；在牺牲层(6)上旋涂纳米金属浆料，并使得纳米金属浆料填充刻蚀槽(4)和刻蚀孔，采用烧结工艺进行烧结，刻蚀槽(4)和刻蚀孔形成金属探柱(7)，牺牲层(6)上形成导电层(8)；清理牺牲层，分离出金属探柱(7)和导电层(8)，获得具有金属探柱的金属纳米烧结体。2.根据权利要求1所述的用于晶圆封装的植柱方法，其特征在于：牺牲层为易溶于水的聚乙烯吡咯烷酮、聚苯乙烯磺酸钠或乙基纤维素中的至少一种。3.根据权利要求1所述的用于晶圆封装的植柱方法，其特征在于：第一绝缘层(2)的厚度为0.3-0.6μm；第二绝缘层(5)的厚度为0.3-0.6μm；刻蚀槽(4)的深度为0.1-1000μm；导电层(8)的厚度为0.1-50μm。4.根据权利要求1所述的用于晶圆封装的植柱方法，其特征在于：刻蚀槽(4)的横向截面为圆形、方形或任一形状中的一种。5.根据权利要求1所述的用于晶圆封装的植柱方法，其特征在于：烧结工艺为有压烧结或无压烧结。6.根据权利要求1所述的用于晶圆封装的植柱方法，其特征在于：第一绝缘层(2)和第二绝缘层(5)的材质均为二氧化硅。7.根据权利要求1所述的用于晶圆封装的植柱方法，其特征在于：刻蚀工艺为使用光刻胶作掩膜，在第一绝缘层(2)上形成掩膜层，采用强碱对裸露部分进行刻蚀，使得第一绝缘层(2)上形成刻蚀孔(3)，在各刻蚀孔内注入强碱，对硅板(1)继续进行刻蚀，使得硅板(1)上形成刻蚀槽(4)；清理牺牲层包括在去离子水中浸泡或去离子水中浸泡并超声辅助。8.根据权利要求1所述的用于晶圆封装的植柱方法，其特征在于：纳米金属浆料为含有金属纳米颗粒的浆料；金属纳米颗粒为铜、金、钯、银、铝、银钯合金、金钯合金、铜银合金、铜铟合金、铜银镍合金、铜银锡合金、铜银钛合金或铜铝合金、银包铜、锡包铜、有机物包覆铜或有机物包覆银颗粒中的至少一种。9.根据权利要求1所述的用于晶圆封装的植柱方法，其特征在于：强碱溶液为naoh或koh，浓度为30-40wt％；刻蚀时间为40-70min；旋涂速度为1000-5000rpm，旋涂时间30-60s。10.一种基于如权利要求1-9中任一项所述的用于晶圆封装的植柱方法获得的具有金属探柱的金属纳米烧结体。

技术总结
本发明涉及一种用于晶圆封装的植柱方法及金属纳米烧结体；具体为在硅板上端面和下端面分别制备第一绝缘层；采用刻蚀工艺，对第一绝缘层进行刻蚀，使得绝缘层上形成多个间隔布设的刻蚀孔，向刻蚀孔内注入刻蚀液，使硅板上形成刻蚀槽；通过热氧化工艺在刻蚀孔内壁、刻蚀槽底部和侧壁上形成第二绝缘层；在第一绝缘层和第二绝缘层上制备牺牲层；在牺牲层上旋涂纳米金属浆料，并使得纳米金属浆料填充刻蚀槽和刻蚀孔，采用烧结工艺进行烧结，刻蚀槽和刻蚀孔形成金属探柱，牺牲层上形成导电层；清理牺牲层，分离出金属探柱和导电层，获得具有金属探柱的金属纳米烧结体；上述方法可以解决现有的方法获得金属柱体可靠性差、成本高，精确度低等的技术问题。度低等的技术问题。度低等的技术问题。


技术研发人员：刘旭 叶怀宇
受保护的技术使用者：纳宇半导体材料（宁波）有限责任公司
技术研发日：2023.06.28
技术公布日：2023/9/23