專利名稱：半導體封裝結構的形成方法
技術領域：
本發(fā)明涉及半導體技術，特別涉及一種半導體封裝結構的形成方法。
背景技術：
隨著電子產(chǎn)品向小型化方向的發(fā)展，在筆記本電腦、平板電腦、智能手機、數(shù)碼相機等消費電子領域的大規(guī)模集成電路和超大規(guī)模集成電路中，對半導體芯片尺寸的要求越來越高，需要形成的半導體封裝結構要越來越小，越來越薄。請參考圖1，為現(xiàn)有技術的一種半導體封裝結構的結構示意圖，具體包括封裝基板10，位于所述封裝基板10上的芯片20，且所述封裝基板10的第一表面11與所述芯片20的第二表面21相對設置；位于所述芯片20的第二表面21上的焊球22，所述焊球22與芯片20中的電路結構(未圖示)電學連接，所述焊球22與封裝基板10的第一表面11的導電 端子15相連接，使得所述芯片20中的電路通過所述焊球22、導電端子15與外電路相連接；位于所述芯片20和封裝基板10之間的底填料30 ;覆蓋所述芯片20和封裝基板10表面的封裝樹脂材料40。由于所述芯片20和封裝基板10之間的間距很小，所述間距等于焊球22的高度，因此直接在所述芯片20和封裝基板10表面形成封裝樹脂材料40時，所述封裝樹脂材料40不能將芯片20和封裝基板10之間的間隙填滿，會有內(nèi)部空洞，容易造成電荷和水汽積累，使得芯片、封裝基板發(fā)生腐蝕。即使先利用底填料30對所述芯片20和封裝基板10之間的間隙進行填充，再利用封裝樹脂材料40覆蓋在所述芯片20和封裝基板10表面，可由于間隙實在太小，仍可能會在芯片20和封裝基板10之間形成空洞，影響芯片的穩(wěn)定性和可靠性。更多關于所述半導體封裝結構的形成方法請參考美國公開號為US2010/0285637A1的美國專利文獻。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種半導體封裝結構的形成方法，可以避免芯片和封裝基板之間存在空洞，影響芯片的穩(wěn)定性和可靠性。為解決上述問題，本發(fā)明技術方案提供了一種半導體封裝結構的形成方法，包括提供芯片，所述芯片具有第一表面和第二表面，所述芯片的第一表面形成有金屬互連層；在金屬互連層表面形成第一柱狀電極，所述第一柱狀電極底部周圍暴露出部分金屬互連層；在所述第一柱狀電極側壁表面、頂部表面、第一柱狀電極底部周圍暴露出的部分金屬互連層表面形成第一擴散阻擋層，刻蝕所述金屬互連層形成第一底部金屬層，所述第一底部金屬層至少包括位于第一柱狀電極和第一擴散阻擋層下方的金屬互連層；在所述第一擴散阻擋層表面形成第一焊球，所述第一焊球至少包裹在所述第一柱狀電極頂部表面和側壁表面；提供封裝基板，所述封裝基板具有焊接端子，所述焊接端子的位置與第一焊球的位置相對應，將所述芯片倒裝到所述封裝基板上且位于所述芯片上的第一焊球與所述焊接端子互連。
可選的，還包括在所述金屬互連層表面形成第二柱狀電極，所述第二柱狀電極底部周圍暴露出部分金屬互連層；在所述第二柱狀電極側壁表面、頂部表面、第二柱狀電極底部周圍暴露出的金屬互連層表面形成第二擴散阻擋層，刻蝕所述金屬互連層形成第二底部金屬層，所述第二底部金屬層至少包括位于第二柱狀電極和第二擴散阻擋層下方的金屬互連層，所述第二底部金屬層與第一底部金屬層電學隔離；在所述第二擴散阻擋層表面形成第二焊球，所述第二焊球至少包裹在所述第二柱狀電極頂部表面和側壁表面；所述封裝基板還具有第一散熱板，所述第一散熱板的位置與第二焊球的位置相對應，將所述芯片倒裝到所述封裝基板時所述芯片上的第二焊球與所述第二散熱板互連?？蛇x的，所述焊接端子位于封裝基板靠近邊緣的位置，所述第一散熱板位于封裝基板的中間位置，對應的，所述第一焊球位于所述芯片的第一表面靠近邊緣的位置，所述第二焊球位于芯片的第一表面靠近中間的位置?？蛇x的，所述第一散熱板的數(shù)量為一塊或多塊，所述第一散熱板的形狀為規(guī)則圖·形或不規(guī)則圖形?？蛇x的，當所述第一散熱板為多塊時，所述第一散熱板為集中分布或分散分布。
可選的，所述封裝基板為樹脂基板、陶瓷基板、玻璃基板、娃基板、金屬基板、金屬框架和合金框架中的一種?？蛇x的，還包括在所述芯片和封裝基板之間填充滿底填料，在所述芯片表面、封裝基板表面形成封裝樹脂材料?？蛇x的，還包括在所述芯片和封裝基板之間和所述芯片表面、封裝基板表面形成封裝樹脂材料。可選的，所述封裝樹脂材料暴露出所述芯片的第二表面?？蛇x的，還包括在所述芯片第二表面粘貼第二散熱板，并利用所述封裝樹脂材料覆蓋所述封裝基板和芯片表面，且所述封裝樹脂材料暴露出所述第二散熱板表面?？蛇x的，所述第一柱狀電極和第二柱狀電極的高度范圍為4 μ πΓ ΟΟ μ m。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明實施例通過在芯片的第一表面形成第一柱狀電極，在所述第一柱狀電極上形成第一焊球，并將所述芯片和封裝基板互連，由于所述第一焊球形成在所述第一柱狀電極上，使得所述芯片和封裝基板之間的間距變大，有利于后續(xù)形成封裝樹脂材料時能完全填充滿所述芯片和封裝基板之間的間隙，避免芯片和封裝基板之間存在空洞會影響芯片的穩(wěn)定性和可靠性。進一步的，當所述芯片上形成第二柱狀電極和位于所述柱狀電極上的第二焊球，所述第二柱狀電極與第一柱狀電極電學隔離，所述封裝基板具有第一散熱板，將所述芯片倒裝到所述封裝基板上時，所述第二焊球會與第一散熱板互連，利用所述第二柱狀電極和第二焊球可以將所述芯片第一表面產(chǎn)生的熱量直接轉移到第一散熱板進行散熱，能有效提高半導體封裝結構的散熱效率。


圖I是現(xiàn)有技術的半導體封裝結構的結構示意圖；圖疒圖15為本發(fā)明實施例的半導體封裝結構的結構示意圖。
具體實施例方式如背景技術中所示，由于利用現(xiàn)有技術形成的焊球的尺寸較小，使得所述芯片和封裝基板之間的間距過小，后續(xù)形成的封裝樹脂材料不能有效填充所述芯片和封裝基板之間的空隙，所述芯片和封裝基板之間會有內(nèi)部空洞，容易造成電荷和水汽積累，使得芯片、封裝基板發(fā)生腐蝕，影響芯片的穩(wěn)定性和可靠性。而如果通過增加焊球的尺寸來提高所述芯片和封裝基板之間的間距，所述尺寸較大的焊球會占據(jù)較多的芯片面積，降低了芯片中封裝引腳的數(shù)量，不利于形成封裝引腳密度較大的封裝結構。因此，本發(fā)明提出了一種半導體封裝結構的形成方法，所述第一焊球形成在所述第一柱狀電極上，使得所述芯片和封裝基板之間的間距變大，有利于后續(xù)形成封裝材料時能完全填充滿所述芯片和封裝基板之間的間隙，避免芯片和封裝基板之間存在空洞會影響芯片的穩(wěn)定性和可靠性；所述第一焊球與第一柱狀電極表面的第一擴散阻擋層之間存在浸潤吸付作用，使得最終形成第一焊球的尺寸較小；且所述第一擴散阻擋層不僅形成于所述第一柱狀電極側壁表面和頂部表面，還形成于第一柱狀電極周圍暴露出的第一底部金屬層上，所述第一擴散阻擋層能提高第一柱狀電極和第一底部金屬層表面的結合力，使得所述 第一柱狀電極不容易從芯片的第一表面脫離，保證了半導體封裝結構的穩(wěn)定性。為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。本發(fā)明實施例首先提供了一種半導體封裝結構的形成方法，請參考圖2至圖15，為所述半導體封裝結構的形成過程的結構示意圖。具體的，請參考圖2，提供芯片100，所述芯片100具有第一表面105和第二表面106，所述芯片100的第一表面105具有焊盤101，在所述芯片100表面形成暴露出所述焊盤101的絕緣層110。所述芯片100為娃基底、錯基底、絕緣體上娃基底其中的一種，所述芯片100內(nèi)形成有半導體器件(未圖示)和金屬互連結構(未圖示)等，所述半導體器件與所述焊盤可以位于芯片的同一側表面，也可以位于芯片的不同側表面。當所述半導體器件與所述焊盤位于芯片的不同側表面時，利用貫穿所述芯片的硅通孔將焊盤與半導體器件電學連接。在本實施例中，所述半導體器件與焊盤101位于所述芯片的第一表面105，所述半導體器件與焊盤101電學連接，利用所述焊盤101將芯片中的電路結構與外電路電連接。在本實施例中，所述焊盤101和后續(xù)形成的位于焊盤表面的電鍍種子層構成金屬互連層。后續(xù)的第一柱狀電極形成在所述焊盤上。所述焊盤101的材料為鋁、銅、金或銀等，所述芯片內(nèi)的半導體器件利用所述焊盤101和后續(xù)形成的第一柱狀電極、第一焊球等與外電路相連接。形成所述焊盤101后，在所述芯片100和焊盤101表面形成絕緣材料層，并對所述絕緣材料層進行刻蝕，暴露出所述焊盤101，形成絕緣層110。所述絕緣層110為氧化硅層、氮化硅層或聚酰亞胺樹脂層、苯并惡嗪樹脂層其中的一層或多層堆疊結構，以保護芯片。在本實施例中，所述絕緣層110為氧化硅層。在其他實施例中，還可以在所述絕緣層表面形成鈍化層，所述第一鈍化層覆蓋部分焊盤。由于從芯片制造廠所生產(chǎn)的芯片的焊盤往往較大，使得直接在所述焊盤上形成的柱狀電極的尺寸也較大。因此可以在所述絕緣層表面再形成第一鈍化層，所述第一鈍化層覆蓋部分焊盤，使得暴露出的焊盤的面積縮小，使得后續(xù)形成柱狀電極的尺寸縮小，有助于形成密集度高的封裝結構。請參考圖3，在所述焊盤101和絕緣層110表面形成電鍍種子層120，在所述電鍍種子層120表面形成第二掩膜層130，在所述第二掩膜層130內(nèi)形成貫穿所述第二掩膜層的第二開口 135，所述第二開口 135暴露出部分電鍍種子層120。所述電鍍種子層120的材料為鋁、銅、金、銀其中的一種或幾種的混合物，形成所述電鍍種子層120的工藝為濺射工藝或物理氣相沉積工藝。當所述電鍍種子層120的材料為鋁時，形成所述電鍍種子層120的工藝為濺射工藝，當所述電鍍種子層120的材料為銅、金、銀其中的一種，形成所述電鍍種子層120的工藝為物理氣相沉積工藝。在本實施例中，所述電鍍種子層120的材料為銅。在其他實施例中，在所述焊盤和絕緣層表面形成凸塊底部金屬(UBM)層，所述凸塊底部金屬(UBM)層用于作為電鍍種子層。 在本實施例中，所述焊盤101和位于所述焊盤101、絕緣層110表面的電鍍種子層120構成金屬互連層，后續(xù)在所述電鍍種子層上形成第一柱狀電極和第二柱狀電極。在其他實施例中，為了提高封裝質量，最終形成的封裝焊點(即第一焊球)的間距、位置需要合理設置，封裝焊點的位置往往是規(guī)則固定的，例如統(tǒng)一靠近芯片的邊緣，而半導體芯片的焊盤的位置受限于內(nèi)部電路布線，焊盤的位置排布往往與理想的封裝焊點的排布不同，因此需要利用再布線金屬層將所述焊盤與封裝焊點電學連接。形成所述電鍍種子層后，在所述電鍍種子層表面形成再布線金屬層，后續(xù)在所述再布線金屬層表面形成第一柱狀電極和第二柱狀電極。所述焊盤、位于所述焊盤和絕緣層表面的電鍍種子層和位于所述電鍍種子層表面的再布線金屬層構成金屬互連層。所述再布線金屬層可以為單層結構或多層堆疊結構。所述再布線金屬層一端位于所述焊盤上的電鍍種子層表面，另一端位于絕緣層上的電鍍種子層表面，后續(xù)形成的第一柱狀電極、第二柱狀電極形成在所述絕緣層上的再布線金屬層表面。在其他實施例中，后續(xù)形成的第二柱狀電極也可以形成所述電鍍種子層表面。在其中一個實施例中，形成所述再布線金屬層的具體工藝為在所述電鍍種子層表面形成第三掩膜層，在所述第三掩膜層內(nèi)形成貫穿所述第三掩膜層的溝槽，利用電鍍工藝在所述溝槽內(nèi)形成再布線金屬層，所述再布線金屬層一端位于所述焊盤上的電鍍種子層表面，另一端位于絕緣層上的電鍍種子層表面。在其他實施例中，也可以先采用濺射工藝或物理氣相沉積工藝在所述電鍍種子層表面形成鋁金屬層、銅金屬層或鋁銅金屬層等，然后利用干法刻蝕工藝對所述鋁金屬層、銅金屬層或鋁銅金屬層等進行刻蝕，形成再布線金屬層。所述第二掩膜層130的材料為光刻膠、氧化硅、氮化硅、無定形碳其中的一種或幾種，在本實施例中，所述第二掩膜層130的材料為光刻膠。利用光刻工藝在所述第二掩膜層130內(nèi)形成貫穿所述第二掩膜層130的第二開口 135，所述第二開口 135后續(xù)用于形成柱狀電極。在本實施例中，所述第二開口 135的俯視視角的尺寸可以大于所述焊盤101的尺寸，也可以等于或小于所述焊盤101的尺寸。請參考圖4，利用電鍍工藝在所述第二開口 135 (如圖3所示)內(nèi)形成柱狀電極，所述柱狀電極包括第一柱狀電極141和第二柱狀電極142。
所述柱狀電極的材料為銅或其他合適的金屬。將所述電鍍種子層120與電鍍的直流電源的陰極相連接，直流電源的陽極位于硫酸銅的水溶液中，將所述芯片浸泡在硫酸銅溶液中，然后通直流電，在所述第二開口 135暴露出的電鍍種子層120表面形成銅柱，成為柱狀電極。所述柱狀電極的高度可以與第二開口 135的深度相同，也可以低于第二開口 135的深度。在本實施例中，在所述第二開口 135內(nèi)形成柱狀電極分為第一柱狀電極141和第二柱狀電極142。在最終形成的半導體封裝結構中，所述第一柱狀電極與焊盤電學連接，且所述第一柱狀電極與封裝基板中的焊接端子電學連接，使得芯片中的電路通過所述第一柱狀電極、焊接端子與外電路相連接；所述第二柱狀電極與焊盤、第一柱狀電極電學隔離，且所述第二柱狀電極與封裝基板中的第一散熱板相連接，通過所述第二柱狀電極可以將芯片表面產(chǎn)生的熱量傳輸?shù)降谝簧岚暹M行散熱，提高了半導體封裝結構的散熱能力，且不會對芯片的電路結構造成影響。在其他實施例中，在所述第二開口內(nèi)形成柱狀電極也可以只為第一柱狀電極，所 述芯片通過所述第一柱狀電極和后續(xù)形成的第一焊球與封裝基板電連接。在本實施例中，所述第一柱狀電極141位于所述芯片的第一表面105靠近邊緣的位置且位于焊盤101上，所述第二柱狀電極142位于所述芯片的第一表面105靠近中間的位置。在其他實施例中，也可以所述第一柱狀電極位于芯片的第一表面靠近中間的位置，所述第二柱狀電極位于芯片的第一表面靠近邊緣的位置；或者也可以所述第一柱狀電極與第二柱狀電極間隔設置，從而可以更好地進行散熱。由于所述第一柱狀電極用于將芯片和封裝基板電學連接，所述第二柱狀電極用于將芯片表面的熱量傳輸?shù)降谝簧岚暹M行散熱，因此所述第一柱狀電極和第二柱狀電極的位置相互獨立。在本實施例中，所述第一柱狀電極141、第二柱狀電極142的高度范圍為4μπΓ 00μπ 。由于后續(xù)形成的第一焊球和第二焊球形成在所述柱狀電極上，使得所述芯片和封裝基板之間的間距為柱狀電極和焊球的總高度，通過控制所述柱狀電極的高度，可以調(diào)節(jié)芯片和封裝基板之間的間距，既能保證芯片和封裝基板之間的間隙能被封裝樹脂材料填充滿，又能盡可能的降低所述半導體封裝結構的厚度。在本發(fā)明實施例中，由于后續(xù)形成的第一焊球和第二焊球在所述柱狀電極的頂部和側壁表面形成，在回流過程中，熔融狀態(tài)的焊錫與位于柱狀電極表面的擴散阻擋層表面具有張力，使得所述焊錫較均勻地覆蓋在所述擴散阻擋層表面，使得所述柱狀電極上的焊球所占芯片的面積小于現(xiàn)有技術形成的焊球所占芯片的面積，有利于提聞焊點密集度，提高封裝密度。請參考圖5，去除所述第二掩膜層130 (如圖4所示)。去除所述第二掩膜層130的工藝為灰化工藝。去除所述第二掩膜層130后，暴露出所述電鍍種子層120。在本實施例中，由于后續(xù)工藝形成擴散阻擋層和浸潤層的工藝為電鍍工藝，此步驟中保留電鍍種子層120。在其他實施例中，當后續(xù)形成擴散阻擋層和浸潤層的工藝為化學鍍工藝，可以去除部分電鍍種子層。去除所述電鍍種子層的工藝包括在所述電鍍種子層表面形成第四掩膜層(未圖示)，所述第四掩膜層覆蓋所述柱狀電極，以所述第四掩膜層為掩膜，利用濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝去除所述暴露出的電鍍種子層，在所述柱狀電極周圍保留部分電鍍種子層，然后去除所述第四掩膜層。在其他實施例中，去除所述第二掩膜層后，利用干法刻蝕工藝回刻蝕去除未被柱狀電極覆蓋的電鍍種子層。由于電鍍種子層往往很薄，而柱狀電極很厚，通過控制刻蝕時間和刻蝕功率，在除去所述電鍍種子層的同時不會對所述柱狀電極造成較大影響。請參考圖6，在所述電鍍種子層120表面形成第一掩膜層150，所述第一掩膜層150對應于第一柱狀電極141、第二柱狀電極142的位置具有第一開口 155，所述第一開口 155的尺寸大于所述第一柱狀電極141、第二柱狀電極142的尺寸，且所述第一開口 155側壁與第一柱狀電極141、第二柱狀電極142側壁之間具有間隙。所述第一掩膜層150的材料為光刻膠、氧化硅、氮化硅、無定形碳其中的一種或幾種，在本實施例中，所述第一掩膜層150為光刻膠層。利用光刻工藝在所述光刻膠層內(nèi)形成第一開口 155。由于所述第一開口 155的側壁與第一柱狀電極141、第二柱狀電極142側壁 之間具有間隙，使得后續(xù)可以在所述第一柱狀電極的側壁、頂部和第一柱狀電極下方周圍暴露出的電鍍種子層表面形成第一擴散阻擋層，在所述第二柱狀電極的側壁、頂部和第二柱狀電極下方周圍暴露出的電鍍種子層表面形成第二擴散阻擋層，使得形成的第一擴散阻擋層、第二擴散阻擋層的剖面形狀為“幾”字形。在其他實施例中，所述柱狀電極下方未暴露電鍍種子層，所述柱狀電極完全覆蓋在剩余的電鍍種子層表面，使得后續(xù)只能在所述柱狀電極的側壁和頂部形成擴散阻擋層。請參考圖7，在所述第一柱狀電極141、第二柱狀電極142側壁表面、頂部表面、第一開口 155暴露出的電鍍種子層120表面形成擴散阻擋層,其中，所述第一柱狀電極141表面形成第一擴散阻擋層161，所述第二柱狀電極142表面形成第二擴散阻擋層162。由于柱狀電極中的銅與焊球中的錫直接相接觸會發(fā)生反應形成ε-phase的錫銅界面合金化合物，所述錫銅界面合金化合物表面容易發(fā)生縮錫或不沾錫，從而使得整個焊球容易從柱狀電極的頂部表面脫落。因此本發(fā)明實施例在柱狀電極表面形成擴散阻擋層，阻止柱狀電極中的銅與焊球中的錫發(fā)生反應形成ε-phase的錫銅界面合金化合物。在本實施例中，所述第一擴散阻擋層161和第二擴散阻擋層162為鎳層。所述鎳層可以阻止柱狀電極中的銅擴散到焊球中與焊球中的錫發(fā)生反應形成ε -phase的錫銅界面合金化合物，使得所述第一焊球、第二焊球不容易從柱狀電極頂部表面脫落，且所述鎳層可以避免柱狀電極表面發(fā)生氧化，影響導通電阻。在本實施例中，形成所述第一擴散阻擋層161、第二擴散阻擋層162的工藝為化學鍍工藝。在其他實施例中，形成所述擴散阻擋層的工藝也可以為電鍍工藝。由于化學鍍和電鍍是在金屬表面形成鍍層，在本實施例中，所述鎳層在所述第一柱狀電極141、第二柱狀電極142側壁和頂部表面、第一開口 155暴露出的電鍍種子層120表面形成，使得所述第一擴散阻擋層161、第二擴散阻擋層162的剖面形狀為“幾”字形，所述擴散阻擋層的最下端平行于焊盤101表面且與電鍍種子層120相連接，使得后續(xù)形成的浸潤層的剖面形狀也為“幾”字形，使得后續(xù)形成的焊球不僅會位于所述柱狀電極的頂部表面、側壁表面，還會位于所述電鍍種子層120上的擴散阻擋層表面，所述焊球與擴散阻擋層三個表面接觸，提高了焊球與柱狀電極之間的結合力，抑制焊球上下或左右晃動，使得焊球不容易脫落，提高了封裝結構的可靠性。且由于擴散阻擋層的剖面形狀為“幾”字形，所述擴散阻擋層的最下端平行于焊盤101表面且與電鍍種子層120相連接，所述擴散阻擋層的上端覆蓋住所述柱狀電極側壁和頂部表面，利用所述擴散阻擋層可以提高柱狀電極與電鍍種子層120之間的結合力，使得所述柱狀電極不容易從電鍍種子層120表面剝離。請參考圖8，在所述第一擴散阻擋層161、第二擴散阻擋層162表面形成浸潤層，其中，所述第一擴散阻擋層161表面形成第一浸潤層171，所述第二擴散阻擋層162表面形成第二浸潤層172。在本實施例中，所述第一浸潤層171、第二浸潤層172的材料至少包括金元素、銀元素、銦元素或錫元素其中的一種，例如金層、銀層、錫層、錫銀合金層、錫銦合金層等，形成所述第一浸潤層171、第二浸潤 層172的工藝為化學鍍工藝或電鍍工藝。由于鎳也較容易與空氣中的氧發(fā)生反應，而具有金元素、銀元素、銦元素或錫元素的浸潤層較不容易與空氣中的氧發(fā)生反應，在所述鎳層表面形成所述浸潤層，可以避免在鎳層表面形成氧化層，且焊錫在具有金元素、銀元素、銦元素或錫元素的浸潤層表面具有較佳的浸潤性，使得后續(xù)回流后形成的焊球與柱狀電極具有較強的結合力，所述焊球不容易剝落。金、銀、銅具有較低的電阻，所述浸潤層在后續(xù)工藝中會在一定程度與焊球、擴散阻擋層相互擴散，形成合金層，所述含有金、銀、銅的合金層可以有效降低封裝結構的互連電阻。在本實施例中，所述第一浸潤層171、第二浸潤層172為電鍍形成的錫層，電鍍錫層的電鍍液包括錫酸鈉40飛0克每升，氫氧化鈉1(Γ16克每升，醋酸鈉2(Γ30克每升，鍍液溫度為7(Γ85攝氏度。由于焊球中主要成分為錫，焊球與所述錫層的成分大致相同，且焊錫和錫層的熔點后較低，在后續(xù)的回流工藝中，位于柱狀電極上的焊球與所述錫層溶化后會互相擴散，形成一個整體，由于所述錫層的剖面結構為“幾”字形，所述焊球最終的剖面結構形狀也為“幾”字形，所述焊球包裹在所述柱狀電極頂部表面、側壁的表面和所述電鍍種子層上的浸潤層表面，所述焊球不容易搖動，提高了焊球的可靠性。在其他實施例中，也可以不形成所述浸潤層，在所述擴散阻擋層表面形成焊球。請參考圖9，去除所述第一掩膜層150 (請參考圖8)，對所述暴露出的電鍍種子層120 (請參考圖8)進行刻蝕，形成第一底部金屬層121和第二底部金屬層122。在本實施例中，所述金屬互連層包括焊盤101和位于所述焊盤101、絕緣層110表面的電鍍種子層120，對所述電鍍種子層120進行刻蝕后，所述金屬互連層分為第一底部金屬層121和第二底部金屬層122。所述第一底部金屬層121包括焊盤101 (請參考圖8)和與焊盤電學連接的部分電鍍種子層120 (請參考圖8)，且所述第一柱狀電極141位于所述第一底部金屬層121表面。所述第二底部金屬層122包括與焊盤101電學隔離的部分電鍍種子層120，所述第二柱狀電極142位于所述第二底部金屬層122表面。在其他實施例中，當所述金屬互連層包括焊盤、位于所述焊盤和絕緣層表面的電鍍種子層和位于所述電鍍種子層表面的再布線金屬層時，刻蝕去除部分再布線金屬層和部分電鍍種子層，所述金屬互連層分為第一底部金屬層和第二底部金屬層。所述第一底部金屬層包括焊盤、位于焊盤和絕緣層表面的部分電鍍種子層和位于所述部分電鍍種子層表面且與焊盤電學連接的再布線金屬層，且所述第一柱狀電極位于所述第一底部金屬層表面。所述第二底部金屬層包括與焊盤電學隔離的部分電鍍種子層和位于所述部分電鍍種子層表面的再布線金屬層，所述第二柱狀電極位于所述第二底部金屬層表面。
去除所述第一掩膜層150的工藝為灰化工藝。去除所述暴露出的電鍍種子層的、再布線金屬層工藝為在所述電鍍種子層或再布線金屬層表面形成第五掩膜層(未圖示)，所述第五掩膜層覆蓋所述第一柱狀電極和第二柱狀電極，以所述第五掩膜層為掩膜，利用濕法刻蝕工藝或干法刻蝕工藝去除所述暴露出的電鍍種子層、再布線金屬層，然后去除所述第五掩膜層。在其他實施例中，去除所述暴露出的電鍍種子層、再布線金屬層的工藝為去除所述第一掩膜層后，利用干法刻蝕工藝回刻蝕去除未被柱狀電極覆蓋的電鍍種子層。由于電鍍種子層往往很薄，而柱狀電極上的擴散阻擋層或浸潤層較厚，通過控制刻蝕時間和刻蝕功率，在除去所述電鍍種子層的同時不會對所述擴散阻擋層或浸潤層造成較大影響。其他實施例中，在刻蝕去除部分電鍍種子層后，還可以在所述絕緣層和再布線金屬層表面形成鈍化層，所述鈍化層暴露出所述柱狀電極，利用所述鈍化層將所述芯片與外界電絕緣，水汽絕緣。所述鈍化層的材料為氧化硅層、氮化硅、氮氧化硅層、聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、苯并惡嗪樹脂其中的一種或幾種。在其它實施例中，也可以先形成焊球，再形成所述鈍化層。 請參考圖10，在所述柱狀電極上的浸潤層表面形成焊球，其中，在所述第一柱狀電極141上的第一浸潤層171表面形成第一焊球191，在所述第二柱狀電極142上的第二浸潤層172表面形成第二焊球192。形成所述焊球第一焊球191、第二焊球192的工藝包括焊錫膏形成工藝和回流焊工藝兩個步驟，先利用焊錫膏形成工藝將焊錫膏形成于所述第一柱狀電極141、第二柱狀電極142表面，再利用回流工藝將所述焊錫膏進行回流，使得形成的第一焊球191包裹在位于所述第一柱狀電極141頂部、側壁的表面以及電鍍種子層上的第一浸潤層171表面，第二焊球192包裹在位于所述第二柱狀電極142頂部、側壁的表面以及電鍍種子層上的第二浸潤層172表面。其中，所述焊料為錫、錫鉛混合物或其它錫合金等，焊錫膏形成工藝包括網(wǎng)版印刷錫膏、點焊形成錫球、化學鍍形成錫層、電鍍形成錫層等，回流焊工藝包括超聲波回流焊工藝、熱風式回流焊工藝、紅外線回流焊工藝、激光回流焊工藝、氣相回流焊工藝等。所述焊錫膏形成工藝和回流焊工藝兩個步驟為本領域技術人員的公知技術，在此不作贅述。由于所述浸潤層的表面能較大，浸潤性較佳，在回流工藝中，焊錫不僅會位于所述柱狀電極的頂部，還會流到所述柱狀電極的側壁和側壁底部，且通過控制所述焊錫膏的量，還可以使得所述第一焊球191覆蓋在電鍍種子層上的第一浸潤層171表面，所述第二焊球192覆蓋在電鍍種子層上的第二浸潤層172表面。由于本發(fā)明實施例的焊球與柱狀電極的接觸面至少包括頂部平面和側壁弧面，使得外力對所述焊球192進行撥動時，焊球不容易從柱狀電極表面剝離。在其他實施例中，將芯片封裝到封裝基板上之前，還需要所述芯片進行減薄、切割分成獨立的芯片單元等工藝。請參考圖11，提供封裝基板200，所述封裝基板200具有焊接端子210和第一散熱板220，所述焊接端子210的位置與第一焊球191的位置相對應，所述第一散熱板220的位置與所述第二焊球192的位置相對應，將所述芯片100倒裝到所述封裝基板200上，位于所述芯片100上的第一焊球191與所述焊接端子210互連，位于所述芯片100上的第二焊球192與所述第一散熱板220互連。
所述封裝基板200的與芯片100相對應，在本實施例中，由于所述芯片100具有第一柱狀電極141和第二柱狀電極142，所述封裝基板200對應具有焊接端子210和第一散熱板220。所述第一散熱板220的材料為散熱性能良好的金屬材料，例如銅、鋁等。所述第一焊球位于所述芯片的第一表面靠近邊緣的位置，所述第二焊球位于芯片的第一表面靠近中間的位置，對應的，所述焊接端子位于封裝基板靠近邊緣的位置，所述第一散熱板位于封裝基板的中間位置。在其他實施例中，所述焊接端子和第一散熱板的位置也可以對應于芯片的第一焊球和第二焊球進行設置。所述第一散熱板220的數(shù)量為一塊或多塊。在本實施例中，所述第一散熱板220位于所述封裝基板200的中部且若干個第二焊球192都鍵合在同一塊第一散熱板220上，在其他實施例中，也可一個或幾個第二焊球對應于一個第一散熱板，利用所述第一散熱板進行散熱。由于芯片100的發(fā)熱源位于布滿電路結構的第一表面105,而現(xiàn)有技術的芯片被封裝樹脂材料包裹，散熱效果不佳，本發(fā)明實施例利用所述第二柱狀電極142和第二焊球192將所述第一表面105產(chǎn)生的熱量轉移到第一散熱板進行散熱，能有效提高散熱效率。
所述第一散熱板220的形狀為規(guī)則圖形，例如正方形、長方形、三角形等，也可以為不規(guī)則圖形。為了提高散熱能力，第一散熱板220可以在任意未形成有焊接端子210的位置設置，因此，所述第一散熱板220可以是集中分布與封裝基板中間位置或邊緣位置，也可以是分散分布，所述第一散熱板220和焊接端子210間隔設置。在其他實施例中，由于所述柱狀電極的高度較大，若所述第一柱狀電極的數(shù)量較少，抗擠壓能力較低，可能會導致第一柱狀電極發(fā)生彎曲變形。因此通過增加所述柱狀電極的數(shù)量，且部分不需要用于電路連接的柱狀電極作為第二柱狀電極，可以增加芯片封裝和運輸過程中的抗擠壓能力，避免柱狀電極發(fā)生彎曲變形或斷裂。所述封裝基板200為樹脂基板、陶瓷基板、玻璃基板、硅基板、金屬基板、金屬框架和合金框架中的一種。在本實施例中，所述封裝基板200為金屬框架。在本實施例中，所述焊接端子210和第一散熱板220位于所述封裝基板200內(nèi)且貫穿所述封裝基板200，所述位于封裝基板200的第一表面201的焊接端子210表面和第一散熱板220表面分別與第一焊球191和第二焊球192互連，在后續(xù)將所述半導體封裝結構貼裝到PCB板上時，利用位于封裝基板200的第二表面202的焊接端子210表面與PCB板上的焊盤互連。所述半導體封裝結構由于不需要額外形成引腳，貼裝占有PCB板的面積比傳統(tǒng)封裝結構更小，且封裝結構的高度比傳統(tǒng)封裝結構更低，使得最終形成的電子產(chǎn)品可以越來越薄。在其他實施例中，所述封裝基板也可以不具有第一散熱板，對應的，所述芯片不具有第一柱狀電極，利用所述第一柱狀電極和第一焊球將所述芯片與封裝基板的焊接端子相連接。在其他實施例中，所述封裝基板的焊接端子也可以位于所述封裝基板的第一表面，所述封裝基板的第一表面還具有與所述焊接端子電連接的引腳，利用所述引腳將封裝基板與PCB板相連接。請參考圖12，在所述芯片100和封裝基板200之間和所述芯片100表面、封裝基板200表面形成封裝樹脂材料300。在本實施例中，由于所述芯片100和封裝基板200之間的間距較大，可以利用傳統(tǒng)的封裝樹脂材料300直接填充所述芯片100和封裝基板200之間的間隙和覆蓋所述芯片100表面、封裝基板200表面，只需要一步塑封工藝，工藝簡單，成本較低。在本實施例中，所述封裝樹脂材料300材料為環(huán)氧樹脂。在其他實施例中，所述封裝樹脂材料還可以為其他合適的用于半導體封裝的樹脂材料。在其他實施例中，還可以先在所述芯片和封裝基板之間填充滿底填料，再在所述芯片和封裝基板表面形成封裝樹脂材料。所述底填料為液體狀含硅的環(huán)氧樹脂材料，使得所述芯片和封裝基板之間沒有空隙，保證了芯片的可靠性。在其他實施例中，請參考圖13，所述封裝基板200還可以具有開口 205，所述開口205呈倒T狀，靠近封裝基板第一表面201的開口尺寸較小，位于封裝基板第二表面202的開口尺寸較大，且所述開口 205內(nèi)填充滿封裝樹脂材料或底填料，使得所述封裝樹脂材料或底填料不容易從封裝基板200剝離，從而芯片100不容易從封裝基板剝離。在本實施例中，所述封裝樹脂材料300覆蓋所述芯片100的第二表面106。在其他 實施例中，請參考圖14，所述封裝樹脂材料300暴露出所述芯片100的第二表面106，僅覆蓋所述芯片100的側壁表面和封裝基板200表面，利用所述芯片的第二表面進行散熱，有利于提聞散熱效果。在其他實施例中，請參考圖15，還可以利用銀漿或散熱膠在所述芯片100的第二表面106粘貼有第二散熱板400,由于所述第二散熱板400的面積大于所述芯片100的面積，有利于提高半導體結構的散熱能力。所述第二散熱板400的材料為散熱性能良好的金屬材料，例如銅、鋁等。且所述芯片通過所述第二散熱板和封裝樹脂材料與外界絕緣，可以避免外界的電荷、水汽對芯片的電學性能所造成的影響。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術內(nèi)容對本發(fā)明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術方案的保護范圍。
權利要求
1.一種半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，包括 提供芯片，所述芯片具有第一表面和第二表面，所述芯片的第一表面形成有金屬互連層； 在金屬互連層表面形成第一柱狀電極，所述第一柱狀電極底部周圍暴露出部分金屬互連層； 在所述第一柱狀電極側壁表面、頂部表面、第一柱狀電極底部周圍暴露出的部分金屬互連層表面形成第一擴散阻擋層，刻蝕所述金屬互連層形成第一底部金屬結構，所述第一底部金屬層至少包括位于第一柱狀電極和第一擴散阻擋層下方的金屬互連層； 在所述第一擴散阻擋層表面形成第一焊球，所述第一焊球至少包裹在所述第一柱狀電極頂部表面和側壁表面； 提供封裝基板，所述封裝基板具有焊接端子，所述焊接端子的位置與第一焊球的位置相對應，將所述芯片倒裝到所述封裝基板上且位于所述芯片上的第一焊球與所述焊接端子互連。
2.如權利要求I所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，還包括在所述金屬互連層表面形成第二柱狀電極，所述第二柱狀電極底部周圍暴露出部分金屬互連層；在所述第二柱狀電極側壁表面、頂部表面、第二柱狀電極底部周圍暴露出的金屬互連層表面形成第二擴散阻擋層，刻蝕所述金屬互連層形成第二底部金屬層，所述第二底部金屬層至少包括位于第二柱狀電極和第二擴散阻擋層下方的金屬互連層，所述第二底部金屬層與第一底部金屬層電學隔離；在所述第二擴散阻擋層表面形成第二焊球，所述第二焊球至少包裹在所述第二柱狀電極頂部表面和側壁表面；所述封裝基板還具有第一散熱板，所述第一散熱板的位置與第二焊球的位置相對應，將所述芯片倒裝到所述封裝基板時所述芯片上的第二焊球與所述第二散熱板互連。
3.如權利要求2所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述第一底部金屬層和第二底部金屬層形成于同一工藝步驟，所述第一柱狀電極和第二柱狀電極形成于同一工藝步驟，所述第一擴散阻擋層和第二擴散阻擋層形成于同一工藝步驟，所述第一焊球和第二焊球形成于同一工藝步驟。
4.如權利要求2所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述焊接端子位于封裝基板靠近邊緣的位置，所述第一散熱板位于封裝基板的中間位置，對應的，所述第一焊球位于所述芯片的第一表面靠近邊緣的位置，所述第二焊球位于芯片的第一表面靠近中間的位置。
5.如權利要求2所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述第一散熱板的數(shù)量為一塊或多塊，所述第一散熱板的形狀為規(guī)則圖形或不規(guī)則圖形。
6.如權利要求5所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，當所述第一散熱板為多塊時，所述第一散熱板為集中分布或分散分布。
7.如權利要求I所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述封裝基板為樹脂基板、陶瓷基板、玻璃基板、硅基板、金屬基板、金屬框架和合金框架中的一種。
8.如權利要求I或2所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述第一焊球還覆蓋所述第一底部金屬層表面的第一擴散阻擋層，所述第二焊球還覆蓋所述第二底部金屬層表面的第二擴散阻擋層。
9.如權利要求I或2所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述第一擴散阻擋層、第二擴散阻擋層為鎳層。
10.如權利要求I或2所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，形成所述第一擴散阻擋層、第二擴散阻擋層的工藝包括在所述金屬互連層表面形成第一掩膜層，所述第一掩膜層對應于第一柱狀電極、第二柱狀電極的位置具有第一開口，所述第一開口的尺寸大于所述第一柱狀電極、第二柱狀電極的尺寸，且所述第一開口側壁與第一柱狀電極、第二柱狀電極側壁之間具有間隙；在所述第一柱狀電極側壁表面、頂部表面、第一柱狀電極底部周圍暴露出部分金屬互連層表面利用化學鍍工藝或電鍍工藝形成第一擴散阻擋層，在所述第二柱狀電極側壁表面、頂部表面、第二柱狀電極底部周圍暴露出部分金屬互連層表面利用化學鍍工藝或電鍍工藝形成第二擴散阻擋層。
11.如權利要求I或2所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，還包括在所述第一擴散阻擋層表面形成第一浸潤層，在所述第一浸潤層表面形成第一焊球；在所述第二擴散阻擋層表面形成第二浸潤層，在所述第二浸潤層表面形成第二焊球。
12.如權利要求11所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述第一浸潤層、第二浸潤層的材料至少包括金元素、銀元素、銦元素和錫元素中的一種。
13.如權利要求11所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，形成所述第一浸潤層、第二浸潤層的工藝包括在所述第一擴散阻擋層表面利用化學鍍工藝或電鍍工藝形成第一浸潤層，在所述第二擴散阻擋層表面利用化學鍍工藝或電鍍工藝形成第二浸潤層。
14.如權利要求I或2所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述金屬互連層包括焊盤和位于所述焊盤表面的電鍍種子層，在所述電鍍種子層上形成第一柱狀電極和第二柱狀電極。
15.如權利要求14所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，形成所述第一柱狀電極和第二柱狀電極的具體工藝包括在所述芯片和焊盤表面形成電鍍種子層，在所述電鍍種子層表面形成第二掩膜層，在所述第二掩膜層內(nèi)形成貫穿所述第二掩膜層的第二開口，所述第二開口暴露出部分電鍍種子層的表面；在所述第二開口內(nèi)形成柱狀電極，所述柱狀電極包括第一柱狀電極和第二柱狀電極；去除所述第二掩膜層。
16.如權利要求I或2所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述金屬互連層包括焊盤、位于所述焊盤表面的電鍍種子層和位于所述電鍍種子層表面的再布線金屬層，在所述再布線金屬層上形成第一柱狀電極和第二柱狀電極。
17.如權利要求16所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，形成所述第一柱狀電極和第二柱狀電極的具體工藝包括在所述芯片和焊盤表面形成電鍍種子層，在所述電鍍種子層表面形成再布線金屬層；在所述再布線金屬層表面形成第二掩膜層，在所述第二掩膜層內(nèi)形成貫穿所述第二掩膜層的第二開口，所述第二開口暴露出所述部分再布線金屬層；在所述第二開口內(nèi)形成柱狀電極，所述柱狀電極包括第一柱狀電極和第二柱狀電極；去除所述第二掩膜層。
18.如權利要求I所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，還包括在所述芯片和封裝基板之間填充滿底填料，在所述芯片表面、封裝基板表面形成封裝樹脂材料。
19.如權利要求I所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，還包括在所述芯片和封裝基板之間和芯片表面、封裝基板表面形成封裝樹脂材料。
20.如權利要求18或19所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述封裝樹脂材料暴露出所述芯片的第二表面。
21.如權利要求18或19所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，還包括在所述芯片第二表面粘貼第二散熱板，并利用所述封裝樹脂材料覆蓋所述封裝基板和芯片表面，且所述封裝樹脂材料暴露出所述第二散熱板表面。
22.如權利要求I或2所述的半導體封裝結構的形成方法，其特征在于，所述第一柱狀電極和第二柱狀電極的高度范圍為4 μ πΓ ΟΟ μ m。
全文摘要
一種半導體封裝結構的形成方法，包括提供芯片，所述芯片的第一表面形成有金屬互連層；在金屬互連層表面形成第一柱狀電極；在所述第一柱狀電極上形成第一擴散阻擋層，刻蝕所述金屬互連層形成第一底部金屬層；在所述第一擴散阻擋層表面形成第一焊球，所述第一焊球至少包裹在所述第一柱狀電極頂部表面和側壁表面；提供封裝基板，將所述芯片倒裝到所述封裝基板上且位于所述芯片上的第一焊球與所述封裝基板的焊接端子互連。由于所述第一焊球形成在所述第一柱狀電極上，使得所述芯片和封裝基板之間的間距變大，有利于后續(xù)形成封裝材料時能完全填充滿所述芯片和封裝基板之間的間隙，避免影響芯片的穩(wěn)定性和可靠性。
文檔編號H01L23/498GK102931111SQ20121044451
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權日2012年11月8日
發(fā)明者林仲珉, 陶玉娟 申請人:南通富士通微電子股份有限公司