專利名稱：圓片級柱狀凸點封裝結(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，尤其涉及圓片級尺寸封裝(Wafer Levelchip Scale Package, WLCSP)的封裝結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
近年來，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，以達保護芯片，使芯片不受外界水汽及機械性損害。芯片封裝主要的功能分別有電能傳送(PowerDistribution)、信號傳送(Signal Distribution)、熱的散失 (Heat Dissipation)與保護支持(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，因此會使得集成電路制作微細化，造成芯片內(nèi)包含的邏輯線路增加，而進一步使得芯片1/0(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 Module package, MCM package) ^1 ^ ' (Flip Chip Package) >5^ ' (Tape Carrier Package, TCP)及圓片級封裝(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立的芯片后再完成封裝的程序。而圓片級封裝是半導(dǎo)體封裝方法中的一個趨勢，圓片級封裝以整片圓片為封裝對象，因而封裝與測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，因此可大量降低人工成本與縮短制造時間。申請?zhí)枮?00410049093. 3的中國專利介紹了一種焊料凸點的形成方法。圖IA至圖IF為現(xiàn)有焊料凸點形成過程示意圖。如圖IA所示，焊盤104的襯底102上形成一層鈍化層106。然后，在焊盤104和鈍化層106表面相繼淀積一層耐熱金屬層108(通常為鉻Cr 或鈦Ti)和金屬浸潤層110(通常為銅Cu)，如圖IB所示。然后涂布光刻膠112并圖案化光刻膠在與焊盤相應(yīng)位置形成開口 114，如圖IC所示。接著，如圖ID所示，在開口 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所示的蘑菇形焊料凸點120。之后蝕刻耐熱金屬層108和金屬浸潤層110，最后通過端電極回流工藝將焊料凸點熔成如圖IF所示的球形焊料凸點120。現(xiàn)有技術(shù)形成的圓片級封裝過程中，由于焊料凸點材料直接與金屬浸潤層接觸， 金屬浸潤層的銅極易擴散到焊料凸點的錫中形成銅錫合金，影響焊接質(zhì)量。同時，在金屬浸潤層上形成焊料之前，裸露的浸潤層容易氧化而使后續(xù)形成的焊料凸點性能及可靠性降低。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)，防止芯片電性能及可靠性降低。
為解決上述問題，本發(fā)明提供一種圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片、連接層和焊料凸點；所述芯片的上表面設(shè)有焊盤和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤以外的上表面；所述連接層的底部置于芯片的焊盤上，連接層的頂部設(shè)有焊料凸點；所述連接層自底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬浸潤層、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、鉭或它們的組合?？蛇x地，所述金屬浸潤層的材料是銅、鋁、鎳或它們的組合?？蛇x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 μ m。可選地，所述阻擋層的材料是鎳?？蛇x地，所述鎳阻擋層的厚度是1. 5 3 μ m。可選地，所述焊料膏的材料是純錫或錫合金?？蛇x地，所述焊料膏的厚度是5 70 μ m。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明形成的圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)中附著層(Cu)在空間上提供了一個足夠的物質(zhì)空間，使焊料凸點能夠牢固地置于附著層上而不會偏離；也正因為附著層的柱狀結(jié)構(gòu)使得焊料凸點的尺寸得以縮小，在保證最終產(chǎn)品焊接過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散效應(yīng)而消失，進而有效地阻止焊料和金屬浸潤層之間因金屬間化合物的形成而產(chǎn)生的孔隙；同時又不至于因鎳阻擋層過厚而導(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)有焊料凸點形成過程示意圖；圖2是本發(fā)明圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本發(fā)明形成圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)的具體實施方式
流程圖；圖4A至圖4G是本發(fā)明形成圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)的實施例的工藝示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細的說明。圖2是本發(fā)明圓片級柱狀凸點封裝結(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308b ；所述芯片300的上表面設(shè)有焊盤301和鈍化層302，所述鈍化層 302覆于芯片300焊盤301以外的上表面；所述連接層的底部置于芯片300的焊盤301上， 連接層的頂部設(shè)有焊料凸點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 60 μ m的銅層；所述阻擋層307為厚度是1. 5 3 μ m的鎳層；所述焊料凸點308b的厚度為 5 70μπι，焊料凸點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。上述封裝結(jié)構(gòu)中，連接層在空間上提供了一個足夠的物質(zhì)空間，使焊料凸點能夠牢固地置于連接層上而不會偏離；也正因為連接層的柱狀結(jié)構(gòu)使得焊料凸點的尺寸得以縮小，在保證最終產(chǎn)品焊接過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散效應(yīng)而消失，進而有效地阻止焊料和金屬浸潤層之間因金屬間化合物的形成而產(chǎn)生的孔隙；同時又不至于因鎳阻擋層過厚而導(dǎo)致電阻率上升而影響產(chǎn)品的電熱性能。為進一步說明本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)之優(yōu)點，以下結(jié)合一個具體的封裝方法實施例對本發(fā)明封裝結(jié)構(gòu)作進一步介紹。如圖3所示，在本發(fā)明的一個實施例中，提供一種圓片級柱狀凸點封裝方法，包括步驟S101，在芯片的焊盤和鈍化層上依次形成耐熱金屬層和金屬浸潤層；S102，在金屬浸潤層上形成光刻膠，所述光刻膠設(shè)有開口曝露出芯片焊盤上方的金屬浸潤層；S103，在上述開口中的金屬浸潤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層至鈍化層裸露；S107，回流焊料膏，形成焊料凸點。首先執(zhí)行步驟S101，在芯片的焊盤和鈍化層上依次形成耐熱金屬層和金屬浸潤層，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301和鈍化層302，焊盤301是芯片300的功能輸出端子，并最終通過后續(xù)形成的柱狀凸點實現(xiàn)電性功能的傳導(dǎo)過渡；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，用于保護芯片300中的線路。需要說明的是，所述芯片的焊盤和鈍化層可以是芯片的初始焊盤和初始鈍化層， 也可以是根據(jù)線路布圖設(shè)計需要而形成的過渡焊盤、鈍化層；形成過渡焊盤、鈍化層的方式主要是采用再布線工藝技術(shù)，通過一層或多層再布線將初始焊盤、鈍化層轉(zhuǎn)載到過渡焊盤、 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Ti。所述金屬浸潤層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)的金屬浸潤層304為Cu。耐熱金屬層303與金屬浸潤層304 一起構(gòu)成最終結(jié)構(gòu)的種子層。所述耐熱金屬層303和金屬浸潤層304的方法同樣可以采用現(xiàn)有的蒸發(fā)或濺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，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和金屬浸潤層304的厚度也是根據(jù)實際的工藝需求而定。 然后實施步驟S102，在金屬浸潤層上形成光刻膠，所述光刻膠設(shè)有開口曝露出芯片焊盤上方的金屬浸潤層，形成如圖4B所示的結(jié)構(gòu)。 在本實施例中，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，具體可通過現(xiàn)有光刻顯影技術(shù)定義出焊盤301的形狀，使光刻膠305中形成開口以曝露出焊盤301上的金屬浸潤層 304。然后實施步驟S103，在上述開口中的金屬浸潤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的開口內(nèi)、金屬浸潤層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，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M。本實施例中，附著層306銅的厚度為5 60 μ m，具體厚度為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、g 60 μ m ·。306 性輸出端子即柱狀凸點的柱狀結(jié)構(gòu)主體。附著層306在空間上提供了一個足夠的物質(zhì)空間，保證了后續(xù)由焊料膏308a回流而成的焊料凸點308b能夠牢固地置于附著層306上而不會偏離，同時也提高了與焊料凸點308b間的結(jié)合力。本實施例中，阻擋層307鎳的厚度為1. 5μπι 3μπι，具體厚度為1.5μπι、2μπι、 2. 5 μ m或3 μ m等。阻擋層307的作用為防止后續(xù)形成焊料凸點的材料擴散至金屬浸潤層 304中，當(dāng)Ni層厚度小于1. 5 μ m時，Ni最終會因相鄰金屬間的擴散效應(yīng)而消失，進而無法有效地阻擋后續(xù)焊料凸點擴散到金屬浸潤層304中；當(dāng)Ni層厚度大于3 μ m時，會因Ni金屬本身的電熱性能較差而導(dǎo)致電阻率上升，進而影響最終產(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結(jié)構(gòu)中的柱體部分，電性連接焊盤301與焊料凸點 308b。然后實施步驟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308b尺寸較小，能滿足焊盤301密間距或相同空間內(nèi)更多功能輸出點的應(yīng)用需求。接著實施步驟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。然后實施步驟S106，蝕刻鈍化層上的耐熱金屬層和金屬浸潤層至鈍化層裸露，形成如圖4F所示的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，具體可通過噴灑酸液或?qū)⒕萦谒嵋褐械姆椒▉砣コ噶细?308a以外的芯片300表面的金屬浸潤層304和耐熱金屬層303，從而曝露出鈍化層302。最后，實施步驟S107，回流焊料膏，形成焊料凸點，形成如圖4G所示的圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)。
本實施例中，焊料凸點308b的厚度為5μπι 70μπι，具體厚度例如5μπι、10μπι、 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 70 μ m 等。
通過回流加熱熔化焊料膏308a形成焊料凸點308b，最終實現(xiàn)了將芯片300的功能焊盤301 引出到焊料凸點308b上的封裝過渡。雖然本發(fā)明以較佳實施例披露如上，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)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于包括芯片、連接層和焊料凸點；所述芯片的上表面設(shè)有焊盤和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤以外的上表面；所述連接層的底部置于芯片的焊盤上，連接層的頂部設(shè)有焊料凸點；所述連接層自底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬浸潤層、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1所述的一種圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述耐熱金屬層的材料是鈦、鉻、鉭或它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬浸潤層的材料是銅、鋁、鎳或它們的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓片級柱狀凸點封裝結(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所述的一種圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述銅附著層的厚度是5 60 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓片級柱狀凸點封裝結(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所述的一種圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述鎳阻擋層的厚度是1. 5 3μπι。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，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所述的一種圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述焊料膏的厚度是5 70 μ m。
全文摘要
一種圓片級柱狀凸點封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片、連接層和焊料凸點；所述芯片的上表面設(shè)有焊盤和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤以外的上表面；所述連接層的底部置于芯片的焊盤上，連接層的頂部設(shè)有焊料凸點；所述連接層自底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬浸潤層、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。本發(fā)明提高了產(chǎn)品的電性能和可靠性，適用于焊盤密間距、輸出功能多的芯片級封裝。
文檔編號H01L23/488GK102437135SQ20111042875
公開日2012年5月2日 申請日期2011年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月19日
發(fā)明者丁萬春 申請人:南通富士通微電子股份有限公司