專利名稱：一種新型圓片級封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件封裝領(lǐng)域，尤其涉及圓片級芯片尺寸封裝(WaferLevel chip Scale Package, WLCSP)的形成方法。
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(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(PowerDistribution)、信號傳送(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) >^(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?，F(xiàn)有形成圓片級芯片尺寸封裝的工藝如圖1至5所示。首先請參照圖1A，在圓片 10上具有至少一個芯片100。如圖IB所示，在芯片100上配置有金屬墊層104以及用以保護(hù)芯片100表面并將金屬墊層104暴露的鈍化層102 ；在鈍化層102以及金屬墊層104上通過濺射或者蒸鍍工藝形成第一金屬層106，第一金屬層106的作用是在后續(xù)回流工藝中保護(hù)金屬墊層104，第一金屬層106可以是Al、Ni、Cu、Ti、Cr、Au、Pd中的一種或者它們的組合構(gòu)成。接著請參照圖1C，在第一金屬層106上形成光刻膠層107，通過現(xiàn)有光刻技術(shù)定義出金屬墊層104形狀，然后進(jìn)行曝光、顯影工藝，在光刻膠層107中形成開口暴露出下層的金屬墊層104上的第一金屬層106 ；以光刻膠層107為掩模，在開口內(nèi)的第一金屬層106上形第二金屬層108，所述第二金屬層108的材料為Cu、Ni或其組合構(gòu)成，所述形成第二金屬層108的方法為電鍍法。參考圖1D，濕法去除光刻膠層107 ；刻蝕第一金屬層106至曝露出鈍化層102，使刻蝕后的第一金屬層106a與第二金屬層108構(gòu)成凸點下金屬層108a ；用鋼網(wǎng)印刷法在第二金屬層108上形成助焊劑109。如圖IE所示，在助焊劑109上放置預(yù)制好的焊料球，然后在回流爐內(nèi)保溫回流，形成凸點110。
最后進(jìn)行單體化切割步驟，以將圓片10上的各個芯片100單體化。在申請?zhí)枮?00510015208. 1的中國專利申請中還公布了更多相關(guān)信息?，F(xiàn)有技術(shù)形成圓片級芯片尺寸封裝過程中，需要將光刻膠去除后再將多余的電鍍導(dǎo)線蝕刻去除，工藝冗長的同時增加了工藝和材料成本。封裝結(jié)構(gòu)上，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(kuò)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。另一方面，在焊料凸點的形成過程中，焊料間容易滴落而影響產(chǎn)品的可靠性，尤其對于金屬墊密集的產(chǎn)品，更容易出現(xiàn)焊料凸點間短路的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種新型圓片級封裝方法，在簡化工藝流程的同時提高了產(chǎn)品的可靠性。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種新型圓片級封裝方法，包括在芯片焊盤所在的表面涂布保護(hù)膠；將保護(hù)膠形成開口以裸露出未被鈍化層覆蓋的焊盤表面；在上述開口中的裸露焊盤上形成凸點下金屬層；在凸點下金屬層上形成焊料凸點并回流?？蛇x地，所述保護(hù)膠為光敏型環(huán)氧樹脂。可選地，所述凸點下金屬層自底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬浸潤層和阻擋層?？蛇x地，所述凸點下金屬層自底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬浸潤層、阻擋層和焊料保護(hù)層。可選地，所述凸點下金屬層自底部往上依次包括耐熱金屬層和金屬浸潤層?？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，所述金屬浸潤層的材料是銅?？蛇x地，所述阻擋層為厚度是1. 5 3 μ m的鎳層。可選地，所述焊料保護(hù)層為厚度是1 2μπι的純錫層或錫合金層。可選地，所述焊料凸點的材質(zhì)為純錫或錫合金?？蛇x地，所述焊料凸點的材質(zhì)與焊料保護(hù)層的材質(zhì)一致。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明形成的封裝工藝使保護(hù)膠集成了金屬鍍層掩膜和最終產(chǎn)品表面保護(hù)的雙重功能，無需將保護(hù)膠去除、清洗；在定義化的保護(hù)膠開口內(nèi)形成多層金屬鍍層，無需后道再對多余的電鍍導(dǎo)線進(jìn)行蝕刻，大大簡化了工藝流程，減少了制造成本。形成的封裝結(jié)構(gòu)中保護(hù)膠將凸點下金屬層圍筑起來，既保護(hù)了芯片又增強了凸點下金屬層的物理結(jié)構(gòu)，釋放了不同材質(zhì)間的應(yīng)力殘留，還減少了焊料凸點間短路的可能。 厚度適宜的阻擋層(Ni) —方面能夠避免自身因擴(kuò)散效應(yīng)而消失，進(jìn)而有效地阻止焊料和凸點下金屬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。焊料保護(hù)層的使用則不但可以保護(hù)阻擋層不被氧化，還提高了凸點下金屬層和焊料凸點間的附著力，并且在回流過程中，焊料保護(hù)層有很好的濕化作用，提高了焊料凸點的形成質(zhì)量。


圖IA至圖IE是現(xiàn)有圓片級封裝方法的過程示意圖；圖2是本發(fā)明形成的一種新型圓片級封裝方法的具體實施方式
流程圖；圖3A至圖3D是本發(fā)明形成的一種新型圓片級封裝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(xì)的說明。圖2是本發(fā)明形成的一種新型圓片級封裝方法的具體實施方式
流程圖，包括步驟S101，在芯片焊盤所在的表面涂布保護(hù)膠；S102，將保護(hù)膠形成開口以裸露出未被鈍化層覆蓋的焊盤表面；S103，在上述開口中的裸露焊盤上形成凸點下金屬層；S104，在凸點下金屬層上形成焊料凸點并回流。首先執(zhí)行步驟S101，在芯片焊盤所在的表面涂布保護(hù)膠，形成如圖3A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)形成的焊料凸點307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(hù)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，所述保護(hù)膠303為光敏型環(huán)氧樹脂的一種；形成保護(hù)膠303的方法可以是旋轉(zhuǎn)涂布、印刷等方式，本發(fā)明優(yōu)選旋轉(zhuǎn)涂布的方式以達(dá)到更精細(xì)、均勻的目的，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。在本實施例中，保護(hù)膠303集成了金屬鍍層掩膜和最終產(chǎn)品表面保護(hù)的雙重功能，簡化了工藝流程，減少了制造成本。需要說明的是，保護(hù)膠303的基礎(chǔ)厚度將決定金屬鍍層厚度以及最終產(chǎn)品的厚度，可根據(jù)具體的產(chǎn)品需求調(diào)整工藝參數(shù)以確定保護(hù)膠303的形成厚度。然后實施步驟S102，將保護(hù)膠形成開口以裸露出未被鈍化層覆蓋的焊盤表面，形成如圖3B所示的結(jié)構(gòu)。利用保護(hù)膠303的光敏特性，可經(jīng)過曝光/顯影/固化工藝定義出需要的開口圖形，本實施例中即在未被鈍化層302覆蓋的焊盤301上形成保護(hù)膠303的光刻開口，裸露出焊盤301表面。然后實施步驟S103，在上述開口中的裸露焊盤上形成凸點下金屬層，形成如圖3C 所示的結(jié)構(gòu)。
在這一步驟中，以芯片300上剩余的保護(hù)膠303為掩膜，在上步中形成的保護(hù)膠 303的開口內(nèi)、裸露的焊盤301的上方，形成凸點下金屬層(UnderBump Metallization，簡稱UBM)。UBM中多層金屬層的形成方法可以采用現(xiàn)有的化鍍或物理氣相沉積(Wiysical Vapor Deposition，簡稱PVD)的方法，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。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化鍍或PVD，其他適用的方法均可應(yīng)用于本發(fā)明。在本實施例中，UBM由底部往上依次包括耐熱金屬層304、金屬浸潤層305和阻擋層306，即在保護(hù)膠303開口內(nèi)的裸露焊盤301上依次形成耐熱金屬層304、金屬浸潤層305 和阻擋層306。所述耐熱金屬層304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 ；Ti層的厚度可根據(jù)具體的工藝需求而定，優(yōu)選范圍為100 200nm。所述金屬浸潤層305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305為Cu ；銅層的厚度可根據(jù)具體的工藝需求而定，優(yōu)選范圍為200 300nm。 所述阻擋層306的材料為鎳Ni ；Ni層的厚度優(yōu)選為1. 5 μ m 3 μ m，因為當(dāng)Ni層厚度小于 1. 5 μ m時，Ni最終會因相鄰金屬間的擴(kuò)散效應(yīng)而消失，進(jìn)而無法起到阻擋作用，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(jìn)而影響最終產(chǎn)品的電熱性能。在另一實施例中(未圖示)，UBM可以由耐熱金屬層304、金屬浸潤層305、阻擋層 306和焊料保護(hù)層(未圖示)構(gòu)成，即在上述實施例的基礎(chǔ)上再增加一層焊料保護(hù)層(未圖示)，也就是在阻擋層306上再形成焊料保護(hù)層。所述耐熱金屬層304、金屬浸潤層305 和阻擋層306的材質(zhì)及厚度如前所述，在此不再贅述。所述焊料保護(hù)層的材質(zhì)與后續(xù)焊料凸點307的材質(zhì)一致為純錫或錫合金，厚度優(yōu)選為1 2μπι。焊料保護(hù)層可以保護(hù)阻擋層 306不被氧化，提高阻擋層306和焊料凸點307間的附著力，并且在回流過程中，焊料保護(hù)層有很好的濕化作用，提高了焊料凸點307的形成質(zhì)量。在另一實施例中(未圖示)，UBM還可以由耐熱金屬層304和金屬浸潤層305構(gòu)成，金屬浸潤層305位于耐熱金屬層304的上表面。所述耐熱金屬層304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 ；Ti層的厚度可根據(jù)具體的工藝需求而定，優(yōu)選范圍為100 200nm。所述金屬浸潤層305的材料為銅，此實施例更適用于高頻、 高功率的產(chǎn)品，因此可適當(dāng)增加銅層的厚度，優(yōu)選范圍是300 800nm。然后實施步驟S104，在凸點下金屬層上形成焊料凸點并回流，形成如圖3D所示的結(jié)構(gòu)。 在這一步驟中，繼續(xù)以芯片300上余下的帶有開口的保護(hù)膠303為掩膜，在保護(hù)膠 303的開口內(nèi)、UBM的上方，形成焊料凸點307并濕化回流。形成焊料凸點307的具體工藝可以通過印刷焊料膏或是將預(yù)制好的焊料球直接植入等方式，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印刷和植入，其他適用的方法均可應(yīng)用于本發(fā)明。如前所述，形成于保護(hù)膠303開口中的焊料凸點307，其厚度受UBM厚度和開口厚度即保護(hù)膠303厚度的影響，可根據(jù)最終產(chǎn)品對焊料凸點307的規(guī)格要求調(diào)整保護(hù)膠303 的形成時的基礎(chǔ)厚度；焊料凸點307的材質(zhì)為純錫或錫合金。如UBM結(jié)構(gòu)中設(shè)有焊料保護(hù)層，則焊料凸點307與焊料保護(hù)層在材質(zhì)上保持一致。至此，也就是說，芯片300的鈍化層302上覆有保護(hù)膠303，焊盤301上設(shè)有由多層金屬層構(gòu)成的凸點下金屬層UBM，UBM上設(shè)有焊料凸點307，最終實現(xiàn)了由焊盤301到焊料凸點307間電性傳輸?shù)姆庋b過渡。由于UBM嵌于保護(hù)膠303中被保護(hù)膠303圍筑，使保護(hù)膠303既保護(hù)了芯片300又穩(wěn)固了 UBM的物理結(jié)構(gòu)；同時，保護(hù)膠303的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂， 可以釋放芯片300及多層金屬層間因熱膨脹差異而導(dǎo)致的應(yīng)力殘留，提升了整個封裝結(jié)構(gòu)的可靠性；另外，芯片300上各UBM結(jié)構(gòu)間被保護(hù)膠303填充，可以避免在焊料凸點307的形成過程中因焊料的滴落而造成的電性短路。 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(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
1.一種新型圓片級封裝方法，其特征在于，包括步驟在芯片焊盤所在的表面涂布保護(hù)膠；將保護(hù)膠形成開口以裸露出未被鈍化層覆蓋的焊盤表面；在上述開口中的裸露焊盤上形成凸點下金屬層；在凸點下金屬層上形成焊料凸點并回流。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型圓片級封裝方法，其特征在于，所述保護(hù)膠為光敏型環(huán)氧樹脂。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型圓片級封裝方法，其特征在于，所述凸點下金屬層自底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬浸潤層和阻擋層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型圓片級封裝方法，其特征在于，所述凸點下金屬層自底部往上依次包括耐熱金屬層、金屬浸潤層、阻擋層和焊料保護(hù)層。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型圓片級封裝方法，其特征在于，所述凸點下金屬層自底部往上依次包括耐熱金屬層和金屬浸潤層。
6.根據(jù)權(quán)利要求3或4或5所述的一種新型圓片級封裝方法，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。
7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種新型圓片級封裝方法，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。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種新型圓片級封裝方法，其特征在于，所述金屬浸潤層的材料是銅。
9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種新型圓片級封裝方法，其特征在于，所述阻擋層為厚度是1.5 3μπι的鎳層。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種新型圓片級封裝方法，其特征在于，所述焊料保護(hù)層為厚度是1 2 μ m的純錫層或錫合金層。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型圓片級封裝方法，其特征在于，所述焊料凸點的材質(zhì)為純錫或錫合金。
12.根據(jù)權(quán)利要求10和11所述的一種新型圓片級封裝方法，其特征在于，所述焊料凸點的材質(zhì)與焊料保護(hù)層的材質(zhì)一致。
全文摘要
一種新型圓片級封裝方法，包括在芯片焊盤所在的表面涂布保護(hù)膠；將保護(hù)膠形成開口以裸露出未被鈍化層覆蓋的焊盤表面；在上述開口中的裸露焊盤上形成凸點下金屬層；在凸點下金屬層上形成焊料凸點并回流。本發(fā)明簡化了圓片級封裝的工藝流程，提高了產(chǎn)品的可靠性。
文檔編號H01L21/60GK102496585SQ20111042889
公開日2012年6月13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)明者劉培生, 石磊, 陶玉娟 申請人:南通富士通微電子股份有限公司