專(zhuān)利名稱(chēng)：圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件封裝領(lǐng)域,尤其涉及圓片級(jí)尺寸封裝(Wafer Level chipScale Package, WLCSP)的封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由于芯片的微電路制作朝向高集成度發(fā)展，因此，其芯片封裝也需向高功率、高密度、輕薄與微小化的方向發(fā)展。芯片封裝就是芯片制造完成后，以塑膠或陶磁等材料，將芯片包在其中，以達(dá)保護(hù)芯片，使芯片不受外界水汽及機(jī)械性損害。芯片封裝主要的功能分別有電能傳送(Power Distribution)、信號(hào)傳送(Signal Distribution)、熱的散失(Heat Dissipation)與保護(hù)支持(Protection and Support)。 由于現(xiàn)今電子產(chǎn)品的要求是輕薄短小及高集成度，因此會(huì)使得集成電路制作微細(xì)化，造成芯片內(nèi)包含的邏輯線路增加，而進(jìn)一步使得芯片l/0(input/output)腳數(shù)增加，而為配合這些需求，產(chǎn)生了許多不同的封裝方式，例如，球柵陣列封裝(Ball grid array,BGA)、芯片尺寸封裝(Chip Scale Package, CSP)、多芯片模塊封裝(Multi Chip Modulepackage, MCM package)、倒裝式封裝(Flip Chip Package)、卷帶式封裝(Tape CarrierPackage, TCP)及圓片級(jí)封裝(Wafer Level Package, WLP)等。不論以何種形式的封裝方法，大部分的封裝方法都是將圓片分離成獨(dú)立的芯片后再完成封裝的程序。而圓片級(jí)封裝是半導(dǎo)體封裝方法中的一個(gè)趨勢(shì)，圓片級(jí)封裝以整片圓片為封裝對(duì)象，因而封裝與測(cè)試均需在尚未切割圓片的前完成，是一種高度整合的封裝技術(shù)，如此可省下填膠、組裝、黏晶與打線等制作，因此可以大量降低人工成本和縮短制造時(shí)間。申請(qǐng)?zhí)枮?00410049093. 3的中國(guó)專(zhuān)利介紹了一種焊料凸點(diǎn)的形成方法。圖IA-圖IF為現(xiàn)有焊料凸點(diǎn)形成過(guò)程示意圖。如圖IA所示，焊盤(pán)104的襯底102上形成一層鈍化層106。然后，在焊盤(pán)104的鈍化層106表面相繼淀積一層耐熱金屬層108 (通常為鉻Cr或鈦Ti)和金屬侵潤(rùn)層110 (通常為銅Cu)，如圖IB所示。然后涂布光刻膠112并圖案化光刻膠在焊盤(pán)相應(yīng)位置形成開(kāi)口 114，如圖IC所示。接著，如圖ID所示，在開(kāi)口 114中填充材料為錫(Sn)或錫銀(SnAg)的焊料，去除光刻膠112后便形成了如圖IE所示的蘑菇型焊料凸點(diǎn)120。之后蝕刻耐熱金屬層108和金屬侵潤(rùn)層110，最后通過(guò)端電極回流工藝將焊料凸點(diǎn)熔成如圖IF所示的球型焊料凸點(diǎn)120。現(xiàn)有技術(shù)形成的圓片級(jí)封裝過(guò)程中，由于焊料凸點(diǎn)材料直接與金屬侵潤(rùn)層接觸，金屬侵潤(rùn)層的銅極易擴(kuò)散到焊料凸點(diǎn)的錫中形成銅錫合金，影響焊接質(zhì)量。同時(shí)，在金屬侵潤(rùn)層上形成焊料之前，裸露的侵潤(rùn)層容易氧化而使后續(xù)的形成的焊料凸點(diǎn)性能及可靠性降低。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型解決的問(wèn)題是提供一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，防止芯片電性能及可靠性降低。為解決上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片、連接層和焊料凸點(diǎn)；所述芯片的上表面設(shè)有焊盤(pán)和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤(pán)以外的上表面；所述連接層的底部置于芯片的焊盤(pán)上，連接層的頂部設(shè)有焊料凸點(diǎn)；所述連接層自底部往上依次包括耐熱金屬層 、金屬侵潤(rùn)層、附著層和阻擋層；所述附著層的材料為銅，所述阻擋層的材料為鎳?？蛇x地，所述耐熱金屬層的材料是鈦、鉻或鉭?？蛇x地，所述金屬侵潤(rùn)層的材料是銅、鋁或鎳。可選地，所述附著層的材料是銅?？蛇x地，所述銅附著層的厚度是5-60 ii m?？蛇x地，所述阻擋層的材料是鎳?？蛇x地，所述鎳阻擋層的厚度是I. 5-3 U m。可選地，所述阻擋層上形成有焊料膏，所述焊料膏的材質(zhì)是純錫或錫合金?？蛇x地，所述焊料膏的厚度是5-70 iim。附著層(Cu)在空間上提供一個(gè)足夠的物質(zhì)空間，使焊料凸點(diǎn)能夠牢固地置于附著層上而不會(huì)偏離；也正因?yàn)楦街鴮拥闹鶢罱Y(jié)構(gòu)使得焊料凸點(diǎn)的尺寸得以縮小，在保證最終產(chǎn)品焊接過(guò)程中物理連接可靠度的前提下，提升了單位空間內(nèi)的功能輸出端口數(shù)，更能滿足芯片焊盤(pán)密間距、功能輸出多的封裝需求。厚度適宜的阻擋層(Ni) —方面能夠避免自身因擴(kuò)散效應(yīng)和消失，進(jìn)而有效地阻止焊料和金屬侵潤(rùn)層之間因金屬間化合物的形成而產(chǎn)生的孔隙；同時(shí)又不至于因鎳阻擋層過(guò)厚而導(dǎo)致電阻率上升而影響產(chǎn)品的電熱性能。

圖IA至圖IF是現(xiàn)有焊料凸點(diǎn)形成過(guò)程示意圖；圖2是本實(shí)用新型圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本實(shí)用新型形成圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的具體實(shí)施方式
流程圖；圖4A至圖4G是本實(shí)用新型形成圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的工藝示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說(shuō)明。圖2是本發(fā)明圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)的示意圖，所述封裝結(jié)構(gòu)包括芯片300、連接層和焊料凸點(diǎn)308b ;所述芯片300的上表面設(shè)有焊盤(pán)301和鈍化層302，所述鈍化層302覆于芯片300焊盤(pán)301以外的上表面；所述連接層的底部置于芯片300的焊盤(pán)301上，連接層的頂部設(shè)有焊料凸點(diǎn)308b ;所述連接層自底部往上依次包括耐熱金屬層303、金屬浸潤(rùn)層304、附著層306和阻擋層307 ;所述耐熱金屬層303的材料是鈦、鉻、鉭或它們的組合；所述金屬浸潤(rùn)層304的材料是銅、鋁、鎳或它們的組合；所述附著層306為厚度是5 60um的銅層；所述阻擋層307為厚度是I. 5 3 y m的鎳層；所述焊料凸點(diǎn)308b的厚度為5 70 y m，焊料凸點(diǎn)308b的材質(zhì)為純錫或錫合金，如錫銀合金、錫銅合金、錫銀銅合金等。[0025]上述封裝結(jié)構(gòu)中，連接層在空間上提供了一個(gè)足夠的物質(zhì)空間，使焊料凸點(diǎn)能夠牢固地置于連接層上而不會(huì)偏離；也正因?yàn)檫B接層的柱狀結(jié)構(gòu)使得焊料凸點(diǎn)的尺寸得以縮小，在保證最終產(chǎn)品焊接過(guò)程中物理連接可靠度的前提下，提升了單位空間內(nèi)的功能輸出端口數(shù)，更能滿足芯片焊盤(pán)密間距、功能輸出多的封裝需求。連接層中厚度適宜的鎳阻擋層則能夠避免自身因擴(kuò)散效應(yīng)而消失，進(jìn)而有效地阻止焊料和金屬浸潤(rùn)層之間因金屬間化合物的形成而產(chǎn)生的孔隙；同時(shí)又不至于因鎳阻擋層過(guò)厚而導(dǎo)致電阻率上升而影響產(chǎn)品的電熱性能。為進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)之優(yōu)點(diǎn)，以下結(jié)合一個(gè)具體的封裝方法實(shí)施例對(duì)本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步介紹。如圖3所示，在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，提供一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝方法，包括步驟S101，在芯片的焊盤(pán)和鈍化層上依次形成耐熱金屬層和金屬浸潤(rùn)層；S102，在金屬浸潤(rùn)層上形成光刻膠，所述光刻膠設(shè)有開(kāi)口曝露出芯片焊盤(pán)上方的金屬浸潤(rùn)層；S103，在上述開(kāi)口中的金屬浸潤(rùn)層上形成附著層和阻擋層；S104,在阻擋層上形成焊料膏；S105，去除光刻膠；S106，蝕刻鈍化層上的耐熱金屬層和金屬浸潤(rùn)層至鈍化層裸露；S107，回流焊料膏，形成焊料凸點(diǎn)。首先執(zhí)行步驟S101，在芯片的焊盤(pán)和鈍化層上依次形成耐熱金屬層和金屬浸潤(rùn)層，形成如圖4A所示的結(jié)構(gòu)。在這一步驟中，芯片300上設(shè)有焊盤(pán)301和鈍化層302，焊盤(pán)301是芯片300的功能輸出端子，并最終通過(guò)后續(xù)形成的柱狀凸點(diǎn)實(shí)現(xiàn)電性功能的傳導(dǎo)過(guò)渡；鈍化層302的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、聚酰亞胺、苯三聚丁烯等介電材料或它們的混合物，用于保護(hù)芯片300中的線路。需要說(shuō)明的是，所述芯片的焊盤(pán)和鈍化層可以是芯片的初始焊盤(pán)和初始鈍化層，也可以是根據(jù)線路布圖設(shè)計(jì)需要而形成的過(guò)渡焊盤(pán)、鈍化層；形成過(guò)渡焊盤(pán)、鈍化層的方式主要是采用再布線工藝技術(shù)，通過(guò)一層或多層再布線將初始焊盤(pán)、鈍化層轉(zhuǎn)載到過(guò)渡焊盤(pán)、鈍化層上。所述再布線工藝技術(shù)為現(xiàn)有成熟工藝，已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。在本實(shí)施例中，所述耐熱金屬層303的材料可以是鈦Ti、鉻Cr、鉭Ta或它們的組合構(gòu)成，本發(fā)明優(yōu)選為T(mén)i。所述金屬浸潤(rùn)層304的材料可以是銅Cu、鋁Al、鎳Ni中的一種或它們的組合構(gòu)成，其中較優(yōu)的金屬浸潤(rùn)層304為Cu。耐熱金屬層303與金屬浸潤(rùn)層304一起構(gòu)成最終結(jié)構(gòu)的種子層。所述耐熱金屬層303和金屬浸潤(rùn)層304的方法同樣可以采用現(xiàn)有的蒸發(fā)或?yàn)R射或物理氣相沉積的方法，其中較優(yōu)的方法為濺射。當(dāng)然，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)，形成的方法不僅限于濺射方法，其他適用的方法均可應(yīng)用于本發(fā)明，并且形成的耐熱金屬層303和金屬浸潤(rùn)層304的厚度也是根據(jù)實(shí)際的工藝需求而定。然后實(shí)施步驟S102，在金屬浸潤(rùn)層上形成光刻膠，所述光刻膠設(shè)有開(kāi)口曝露出芯片焊盤(pán)上方的金屬浸潤(rùn)層，形成如圖4B所示的結(jié)構(gòu)。[0041]在本實(shí)施例中，形成光刻膠305的方法可以是旋轉(zhuǎn)涂布，這些方法的具體步驟已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。形成光刻膠305后，具體可通過(guò)現(xiàn)有光刻顯影技術(shù)定義出焊盤(pán)301的形狀，使光刻膠305中形成開(kāi)口以曝露出焊盤(pán)301上的金屬浸潤(rùn)層
304。然后實(shí)施步驟S103，在上述開(kāi)口中的金屬浸潤(rùn)層上依次形成附著層和阻擋層，形成如圖4C所示的結(jié)構(gòu)。在這一步驟中，以芯片300上剩余的光刻膠305為掩膜，在上步中形成的光刻膠305的開(kāi)口內(nèi)、金屬浸潤(rùn)層304的上方，依次形成附著層306和阻擋層307，具體工藝可以通過(guò)用電鍍的方式。當(dāng)然，根據(jù)本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知常識(shí)，形成的方法不僅限于電鍍，其他適用的方法均可應(yīng)用于本發(fā)明。所述附著層306的材料為銅Cu，阻擋層307的材料為鎳 Ni。本實(shí)施例中，附著層306銅的厚度為5 60 ii m,具體厚度為5 ii m、10 ii m、15 ii m、20 u m>25 u m、30 u m>35 u m、40 u m、45 u m、50 u m、55 u m、或 60 u m 等。附著層 306 為最終電
性輸出端子即柱狀凸點(diǎn)的柱狀結(jié)構(gòu)主體。附著層306在空間上提供了一個(gè)足夠的物質(zhì)空間，保證了后續(xù)由焊料膏308a回流而成的焊料凸點(diǎn)308b能夠牢固地置于附著層306上而不會(huì)偏離，同時(shí)也提高了與焊料凸點(diǎn)308b間的結(jié)合力。本實(shí)施例中，阻擋層307鎳的厚度為I. 5 ii m 3 ii m,具體厚度為I. 5 ii m、2 ii m、
2.5 y m或3 y m等。阻擋層307的作用為防止后續(xù)形成焊料凸點(diǎn)的材料擴(kuò)散至金屬浸潤(rùn)層304中，當(dāng)Ni層厚度小于I. 5iim時(shí)，Ni最終會(huì)因相鄰金屬間的擴(kuò)散效應(yīng)而消失，進(jìn)而無(wú)法有效地阻擋后續(xù)焊料凸點(diǎn)擴(kuò)散到金屬浸潤(rùn)層304中；當(dāng)Ni層厚度大于3 y m時(shí)，會(huì)因Ni金屬本身的電熱性能較差而導(dǎo)致電阻率上升，進(jìn)而影響最終產(chǎn)品的電熱性能。至此，即形成了由耐熱金屬層303、金屬浸潤(rùn)層304、附著層306和阻擋層307構(gòu)成的連接層，連接層即為最終柱狀凸點(diǎn)結(jié)構(gòu)中的柱體部分，電性連接焊盤(pán)301與焊料凸點(diǎn)308b。然后實(shí)施步驟S104，在阻擋層上形成焊料膏，形成如圖4D所示的結(jié)構(gòu)。在這一步驟中，仍以光刻膠305為掩膜，在阻擋層307上形成焊料膏308a，形成所述焊料膏308a的材料為純錫或錫合金，如錫銀合金、錫銅合金、錫銀銅合金等。形成焊料膏308a的方法可以是電解電鍍、濺射、網(wǎng)版印刷或直接植入預(yù)制好的焊料凸點(diǎn)等方式，這些方法的具體步驟已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。由于上述步驟形成的柱狀結(jié)構(gòu)，可以大大減少焊料膏308a的使用量，一方面節(jié)約了材料成本，更重要的是少量焊料膏308a回流成的焊料凸點(diǎn)308b尺寸較小，能滿足焊盤(pán)301密間距或相同空間內(nèi)更多功能輸出點(diǎn)的應(yīng)用需求。接著實(shí)施步驟S105，去除光刻膠，形成如圖4E所示的結(jié)構(gòu)。在完成上述工序后，光刻膠305可以去除了，可以使用濕法或剝離的方式去除，這些方法的具體步驟已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。然后實(shí)施步驟S106，蝕刻鈍化層上的耐熱金屬層和金屬浸潤(rùn)層至鈍化層裸露，形成如圖4F所示的結(jié)構(gòu)。在本實(shí)施例中，具體可通過(guò)噴灑酸液或?qū)⒕萦谒嵋褐械姆椒▉?lái)去除焊料膏308a以外的芯片300表面的金屬浸潤(rùn)層304和耐熱金屬層303，從而曝露出鈍化層302。[0053]最后，實(shí)施步驟S107，回流焊料膏，形成焊料凸點(diǎn)，形成如圖4G所示的圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，焊料凸點(diǎn)308b的厚度為5 μ m 70 μ m,具體厚度例如5 μ m、10 μ m、15 μ m、20 μ m>25 μ m、30 μ m>35 μ m、40 μ m>45 μ m>50 μ m>55 μ m、60 μ m>65 μ m 5 70 μ m 等。通過(guò)回流加熱熔化焊料膏308a形成焊料凸點(diǎn)308b，最終實(shí)現(xiàn)了將芯片300的功能焊盤(pán)301引出到焊料凸點(diǎn)308b上的封裝過(guò)渡。雖然本發(fā)明以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng) 以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求1.一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括芯片、連接層和焊料凸點(diǎn)；所述芯片的上表面設(shè)有焊盤(pán)和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤(pán)以外的上表面；所述連接層的底部置于芯片的焊盤(pán)上，連接層的頂部設(shè)有焊料凸點(diǎn)；所述連接層自底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬侵潤(rùn)層、附著層和阻擋層；所述附著層的材料為銅，所述阻擋層的材料為鎳。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述耐熱金屬層的材料是鈦、鉻或鉭。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬侵潤(rùn)層的材料是銅、招或鎳。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述附著層的材料是銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述銅附著層的厚度是5-60 u m。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻擋層的材料是鎳。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鎳阻擋層的厚度是1.5-3 iim。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻擋層上形成有焊料膏，所述焊料膏的材質(zhì)是純錫或錫合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述焊料膏的厚度是5-70 iim。
專(zhuān)利摘要一種圓片級(jí)柱狀凸點(diǎn)封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片、連接層和焊料凸點(diǎn)；所述芯片的上表面設(shè)有焊盤(pán)和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤(pán)以外的上表面；所述連接層的底部置于芯片的焊盤(pán)上，連接層的頂部設(shè)有焊料凸點(diǎn)；所述連接層自底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬浸潤(rùn)層、附著層和阻擋層；所述附著層的材料為銅，所述阻擋層的材料為鎳。本實(shí)用新型提高了產(chǎn)品的電性能和可靠性，適用于焊盤(pán)密間距、輸出功能多的芯片級(jí)封裝。
文檔編號(hào)H01L23/498GK202473905SQ20112053513
公開(kāi)日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者丁萬(wàn)春 申請(qǐng)人:南通富士通微電子股份有限公司