本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片及其制備方法。

背景技術(shù)：

倒裝芯片(Flip Chip)封裝技術(shù)是當今半導(dǎo)體封裝技術(shù)的發(fā)展方向。在MPU、FPGA、應(yīng)用處理器、高速內(nèi)存和無線設(shè)備等先進半導(dǎo)體中，倒裝芯片是應(yīng)用最廣泛的封裝技術(shù)。由于其具有性能優(yōu)越、形狀因子小和成本合理等特點，自2000年初以來，倒裝芯片封裝技術(shù)便開始迅猛發(fā)展，而且未來還將應(yīng)用于更多的設(shè)備之中。以往的一級封裝技術(shù)都是將芯片的有源區(qū)面朝上，背對基板粘貼后鍵合(引線鍵合和載帶自動鍵合TAB)，而倒裝芯片封裝技術(shù)則是將芯片有源區(qū)面對基板進行鍵合。倒裝芯片封裝技術(shù)的特點是在芯片和基板上分別制備焊盤，然后面對面鍵合。倒裝芯片封裝技術(shù)可以利用芯片上所有面積來獲得I/O端，晶圓片利用效率得到極大提高，它能提供最高的封裝密度、最高的I/O數(shù)和最小的封裝外形。利用倒裝芯片封裝技術(shù)，引線可以做到最短，電抗最小，可以獲得最高的工作頻率和最小的噪聲。

實現(xiàn)倒裝芯片封裝技術(shù)，凸塊的形成是其工藝過程的關(guān)鍵。凸塊的作用是充當芯片與基板之間的機械互連和電互連，有時還起到熱互連的作用。凸塊制作技術(shù)的種類很多，如蒸發(fā)沉積法、印刷法、釘頭凸塊法、釬料傳送法、電鍍法等。電鍍法由于成本較低目前已是凸塊制作的常用工藝。對現(xiàn)有技術(shù)電鍍凸塊工藝而言，金屬種子層材料要濺射在整個晶圓片的表面上，然后淀積光刻膠，并用光刻的方法在芯片鍵合點上形成開口。然后將凸塊材料電鍍到晶圓片上并包含在光刻膠的開口中，再使其回流。其后將光刻膠剝離，并對曝光的金屬種子層材料進行刻蝕，得到最終的凸塊。不難發(fā)現(xiàn)，由于凸塊具有優(yōu)良的電性能和熱特性、較低的電阻和電容率、較低的熱阻以及良好的抗電遷移性，并且不受焊盤尺寸的限制，適于批量生產(chǎn)，并可大大減小封裝尺寸和重量，因此凸塊常應(yīng)用于細間距的連接。然而，在實現(xiàn)倒裝芯片封裝技術(shù)時，由于材料具有熱脹冷縮特性，在溫度作用下會發(fā)生體積變化，產(chǎn)生應(yīng)變，當封裝結(jié)構(gòu)的應(yīng)變受到各組成部分之間熱膨脹系數(shù)差異的影響不能自由發(fā)展時，就會產(chǎn)生應(yīng)力，若凸塊的強度不足，應(yīng)力較大時往往會造成凸塊裂縫等問題而引起凸塊失效。

此外，在制備倒裝芯片的后段制程中，對于形成凸塊后的晶圓片，需要先在晶圓片的正面(即有源區(qū)面)粘貼保護膜，然后根據(jù)實際需要的芯片厚度對晶圓片的背面進行研磨和激光打標。隨后去除保護膜，對晶圓片進行切割分片，形成若干個具有凸塊的芯片，用于倒裝芯片封裝。不難發(fā)現(xiàn)，該段制程的工藝較復(fù)雜，并且成本較高。

因此，如何提供更強的凸塊強度，以避免應(yīng)力較大時造成凸塊失效，同時簡化制備倒裝芯片的后段制程，是亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，本發(fā)明的目的在于提供一種具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于凸塊的強度不足，應(yīng)力較大時易造成凸塊失效的問題，以及制備導(dǎo)致芯片的后段制程工藝較復(fù)雜，成本較高的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片，其中，所述具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片至少包括：

芯片；

形成于所述芯片上表面的連接層；

形成于所述連接層上的凸塊，且所述凸塊通過所述連接層實現(xiàn)與所述芯片的電性連接；以及

形成于所述連接層上表面且包圍部分凸塊的鈍化層，從而形成凸塊保護結(jié)構(gòu)。

優(yōu)選地，所述連接層至少包括：

形成于所述芯片上表面的多個焊盤；

覆蓋于所述芯片上表面以及每個焊盤兩端的介質(zhì)層；以及

形成于所述介質(zhì)層上表面的絕緣層。

優(yōu)選地，所述凸塊形成于每個焊盤的上表面并覆蓋部分絕緣層，且所述凸塊通過所述焊盤實現(xiàn)與所述芯片的電性連接。

優(yōu)選地，所述凸塊至少包括：

形成于每個焊盤上表面且覆蓋部分絕緣層的金屬柱；以及

形成于所述金屬柱上表面的金屬帽。

優(yōu)選地，所述鈍化層包圍所述金屬柱。

優(yōu)選地，所述金屬柱采用Cu或Ni金屬材料。

優(yōu)選地，所述金屬帽采用錫、銅、鎳、銀錫銅合金或者錫基合金中的一種材料。

優(yōu)選地，所述介質(zhì)層采用低k介電材料。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法，其中，所述具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法至少包括如下步驟：

提供一晶圓片，所述晶圓片至少包括若干個芯片；

于所述晶圓片的上表面形成覆蓋所有芯片上表面的連接層；

于所述連接層上形成凸塊，且所述凸塊通過所述連接層實現(xiàn)與所述芯片的電性連接；

于所述連接層的上表面形成包圍部分凸塊的鈍化層；

對形成所述鈍化層后的晶圓片進行切割分片，以形成若干個具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片。

優(yōu)選地，于所述晶圓片的上表面形成覆蓋所有芯片上表面的連接層，具體方法為：

于所述晶圓片的上表面形成多個焊盤；

于所述晶圓片的上表面形成覆蓋所有芯片上表面以及每個焊盤兩端的介質(zhì)層；

于所述介質(zhì)層的上表面形成絕緣層。

優(yōu)選地，所述凸塊形成于每個焊盤的上表面并覆蓋部分絕緣層，且所述凸塊通過所述焊盤實現(xiàn)與所述芯片的電性連接，其中，所述凸塊的具體形成方法為：

于所述絕緣層和所述焊盤的上表面形成金屬種子層；

于所述金屬種子層上形成具有開口的光刻掩膜層，所述開口暴露所述焊盤及部分絕緣層上方的金屬種子層；

于所述開口內(nèi)的金屬種子層上形成金屬柱；

于所述金屬柱的上表面形成金屬帽；

去除所述光刻掩膜層及其下方的金屬種子層，以形成由所述金屬柱和所述金屬帽組成的凸塊。

優(yōu)選地，于所述連接層的上表面形成包圍部分凸塊的鈍化層，具體方法為：

于所述連接層的上表面形成包裹所述凸塊的鈍化層材料；

根據(jù)實際需要的芯片厚度對所述晶圓片的下表面進行研磨；

對所述鈍化層材料的上表面進行研磨，直至暴露部分凸塊，從而形成包圍部分凸塊的鈍化層。

如上所述，本發(fā)明的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片及其制備方法，具有以下有益效果：本發(fā)明通過在芯片表面增設(shè)圍住凸塊的鈍化層，從而形成凸塊保護結(jié)構(gòu)，能夠有效保護和固定凸塊，增強凸塊的強度，防止應(yīng)力較大時造成凸塊裂縫等問題而引起凸塊失效。同時，本發(fā)明由于采用鈍化層保護凸塊，在制備倒裝芯片的后段制程中，省略了粘貼和去除保護膜等步驟，工藝更簡單，并進一步節(jié)約了成本。

附圖說明

圖1顯示為本發(fā)明第一實施方式的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片示意圖。

圖2顯示為本發(fā)明第二實施方式的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法的流程示意圖。

圖3-圖13顯示為本發(fā)明第二實施方式的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法中各步驟所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。

元件標號說明

10 晶圓片

100 芯片

200 連接層

201 焊盤

202 介質(zhì)層

203 絕緣層

300 金屬種子層

400 光刻掩膜層

500 凸塊

501 金屬柱

502 金屬帽

600 鈍化層材料

601 鈍化層

S1～S7 步驟

具體實施方式

以下通過特定的具體實例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點與功效。本發(fā)明還可以通過另外不同的具體實施方式加以實施或應(yīng)用，本說明書中的各項細節(jié)也可以基于不同觀點與應(yīng)用，在沒有背離本發(fā)明的精神下進行各種修飾或改變。

請參閱圖1，本發(fā)明第一實施方式涉及一種具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實際實施時的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。

如圖1所示，本實施方式的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片至少包括：

芯片100；

形成于芯片100上表面的連接層200；

形成于連接層200上的凸塊500，且凸塊500通過連接層200實現(xiàn)與芯片100的電性連接；以及

形成于連接層200上表面且包圍部分凸塊500的鈍化層601，從而形成凸塊保護結(jié)構(gòu)。

在本實施方式中，連接層200至少包括：

形成于芯片100上表面的多個焊盤201；

覆蓋于芯片100上表面以及每個焊盤201兩端的介質(zhì)層202；以及

形成于介質(zhì)層202上表面的絕緣層203。

在本實施方式中，凸塊500形成于每個焊盤201的上表面并覆蓋部分絕緣層203，且凸塊500通過焊盤201實現(xiàn)與芯片100的電性連接。

在本實施方式中，凸塊500至少包括：

形成于每個焊盤201上表面且覆蓋部分絕緣層203的金屬柱501；以及

形成于金屬柱501上表面的金屬帽502。

在本實施方式中，鈍化層601適于通過包圍部分凸塊500形成相應(yīng)的開孔，凸塊500的一部分暴露在開孔外，另一部分位于開孔內(nèi)，且位于開孔周圍的部分鈍化層601與凸塊500緊密貼合，形成如圖1所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。由于與凸塊500貼合處的部分鈍化層601緊密包圍凸塊500，因此鈍化層601能夠有效保護和固定凸塊500，增強凸塊500的強度，防止應(yīng)力較大時造成凸塊500裂縫等問題而引起凸塊失效。作為一個優(yōu)選的方案，鈍化層601包圍金屬柱501，即：位于開孔周圍的部分鈍化層601包圍凸塊500所包含的金屬柱501，并緊密貼合在金屬柱501的外壁上，這樣一來，一方面完全暴露金屬帽502，不會影響金屬帽502與外部基板鍵合，另一方面鈍化層601全面包圍金屬柱601，能夠為凸塊500提供更好的支撐力，從而提高凸塊500的強度，使凸塊500更穩(wěn)固，防失效效果也更好。當然，在其他的實施方式中，鈍化層601也可以僅包圍部分金屬柱501。

作為示例，金屬柱501可以采用Cu或Ni金屬材料。其中，金屬柱501優(yōu)選采用Cu柱。

作為示例，金屬帽502可以采用錫、銅、鎳、銀錫銅合金或者錫基合金中的一種材料，包括但不限于此。

在本實施方式中，介質(zhì)層202采用低k介電材料。作為示例，介質(zhì)層202可以采用環(huán)氧樹脂、硅膠、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃中的一種材料。

作為示例，絕緣層203可以采用二氧化硅或者PET等材料。

另外，需要解釋的是，雖然圖1所示的結(jié)構(gòu)示意圖中僅包括兩個焊盤201、兩個凸塊500，但圖1僅為為了具體解釋凸塊保護結(jié)構(gòu)所繪制的簡易示意圖，實際上，本實施方式的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片可以包含多個焊盤201、多個凸塊500，并不以圖1所示的結(jié)構(gòu)示意圖為限制。

本實施方式的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片，通過在芯片100表面增設(shè)圍住凸塊500的鈍化層601，從而形成凸塊保護結(jié)構(gòu)，能夠有效保護和固定凸塊500，增強凸塊500的強度，防止應(yīng)力較大時造成凸塊500裂縫等問題而引起凸塊500失效。

請參閱圖2-圖13，本發(fā)明的第二實施方式涉及一種具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法，用于制備本發(fā)明第一實施方式所涉及的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片。

如圖2所示，本實施方式的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法至少包括如下步驟：

步驟S1，提供一晶圓片10，晶圓片10至少包括若干個芯片100。

步驟S2，于晶圓片10的上表面形成覆蓋所有芯片100上表面的連接層200，如圖3所示。

在本實施方式中，步驟S2的具體方法為：

步驟S201，于晶圓片10的上表面形成多個焊盤201，如圖3所示。

步驟S202，于晶圓片10的上表面形成覆蓋所有芯片100上表面以及每個焊盤201兩端的介質(zhì)層202，如圖3所示。

步驟S203，于介質(zhì)層202的上表面形成絕緣層203，從而得到連接層200，如圖3所示。

在本實施方式中，介質(zhì)層202采用低k介電材料。作為示例，介質(zhì)層202可以采用環(huán)氧樹脂、硅膠、PI、PBO、BCB、氧化硅、磷硅玻璃及含氟玻璃中的一種材料。

作為示例，絕緣層203可以采用二氧化硅或者PET等材料。

步驟S3，于連接層200上形成凸塊500，且凸塊500通過連接層200實現(xiàn)與芯片100的電性連接，如圖4-圖9所示。

在步驟S3中，凸塊500形成于每個焊盤201的上表面并覆蓋部分絕緣層203，且凸塊500通過焊盤201實現(xiàn)與芯片100的電性連接。其中，步驟S3的具體方法為：

步驟S301，于絕緣層203和焊盤201的上表面形成金屬種子層300，如圖4所示。

步驟S302，于金屬種子層300上形成具有開口的光刻掩膜層400，開口暴露焊盤201及部分絕緣層203上方的金屬種子層300，如圖5所示。

步驟S303，于開口內(nèi)的金屬種子層300上形成金屬柱501，如圖6所示。

步驟S304，于金屬柱501的上表面形成金屬帽502，如圖7和圖8所示，首先在金屬柱501的上表面形成金屬帽材料，使其回流后形成金屬帽502。

步驟S305，去除光刻掩膜層400及其下方的金屬種子層300，以形成由金屬柱501和金屬帽502組成的凸塊，如圖9所示。

作為示例，在形成金屬柱501時，可以采用電鍍的方法在開口內(nèi)的金屬種子層300上形成金屬柱501。

作為示例，金屬柱501可以采用Cu或Ni金屬材料。其中，金屬柱501優(yōu)選采用Cu柱。

作為示例，金屬帽502可以采用錫、銅、鎳、銀錫銅合金或者錫基合金中的一種材料，包括但不限于此。

步驟S4，于連接層200的上表面形成包圍部分凸塊500的鈍化層601，如圖10-圖12所示。

在本實施方式中，步驟S4的具體方法為：

步驟S401，于連接層200的上表面形成包裹凸塊500的鈍化層材料600，如圖10所示。

步驟S402，根據(jù)實際需要的芯片100厚度對晶圓片10的下表面進行研磨，如圖11所示。

步驟S403，對鈍化層材料600的上表面進行研磨，直至暴露部分凸塊500，從而形成包圍部分凸塊500的鈍化層601，如圖12所示。

步驟S5，對形成鈍化層601后的晶圓片10進行切割分片，以形成若干個具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片，如圖13所示。在本實施方式中，切割采用激光切割工藝，火焰切割工藝或者等離子切割工藝，優(yōu)選切割采用激光切割工藝。

由上可見，本實施方式的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法通過上述步驟S1～步驟S5實現(xiàn)了對具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備。其中，鈍化層601在包圍部分凸塊500時形成相應(yīng)的開孔，凸塊500的一部分暴露在開孔外，另一部分位于開孔內(nèi)，且位于開孔周圍的部分鈍化層601與凸塊500緊密貼合，形成如圖1所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。由于與凸塊500貼合處的部分鈍化層601緊密包圍凸塊500，因此鈍化層601能夠有效保護和固定凸塊500，增強凸塊500的強度，防止應(yīng)力較大時造成凸塊500裂縫等問題而引起凸塊失效。作為一個優(yōu)選的方案，所述鈍化層601包圍所述金屬柱501，即：位于開孔周圍的部分鈍化層601包圍凸塊500所包含的金屬柱501，并緊密貼合在金屬柱501的外壁上，這樣一來，一方面完全暴露金屬帽502，不會影響金屬帽502與外部基板鍵合，另一方面鈍化層601全面包圍金屬柱601，能夠為凸塊500提供更好的支撐力，從而提高凸塊500的強度，使凸塊500更穩(wěn)固，防失效效果也更好。當然，在其他的實施方式中，所述鈍化層601也可以僅包圍部分金屬柱501。

本實施方式的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法，能夠同時制備若干個本發(fā)明第一實施方式所涉及的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片，工藝簡單，成本低；同時，由于采用鈍化層601保護凸塊，在制備倒裝芯片的后段制程中，省略了粘貼和去除保護膜等步驟，工藝更簡單，并進一步節(jié)約了成本。

上面各種方法的步驟劃分，只是為了描述清楚，實現(xiàn)時可以合并為一個步驟或者對某些步驟進行拆分，分解為多個步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護范圍內(nèi)；對算法中或者流程中添加無關(guān)緊要的修改或者引入無關(guān)緊要的設(shè)計，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計都在該專利的保護范圍內(nèi)。

綜上所述，本發(fā)明的具有凸塊保護結(jié)構(gòu)的倒裝芯片及其制備方法，具有以下有益效果：本發(fā)明通過在芯片表面增設(shè)圍住凸塊的鈍化層，從而形成凸塊保護結(jié)構(gòu)，能夠有效保護和固定凸塊，增強凸塊的強度，防止應(yīng)力較大時造成凸塊裂縫等問題而引起凸塊失效。同時，本發(fā)明由于采用鈍化層保護凸塊，在制備倒裝芯片的后段制程中，省略了粘貼和去除保護膜等步驟，工藝更簡單，并進一步節(jié)約了成本。所以，本發(fā)明有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點而具高度產(chǎn)業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者在未脫離本發(fā)明所揭示的精神與技術(shù)思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應(yīng)由本發(fā)明的權(quán)利要求所涵蓋。