本實(shí)用新型涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片。

背景技術(shù)：

倒裝芯片(Flip Chip)封裝技術(shù)是當(dāng)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(jìn)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(diǎn)，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(jí)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(dòng)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(jìn)行鍵合。倒裝芯片封裝技術(shù)的特點(diǎn)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(shí)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(dāng)芯片與基板之間的機(jī)械互連和電互連，有時(shí)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(gè)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(diǎn)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(jìn)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(xì)間距的連接。然而，在實(shí)現(xiàn)倒裝芯片封裝技術(shù)時(shí)，由于材料具有熱脹冷縮特性，在溫度作用下會(huì)發(fā)生體積變化，產(chǎn)生應(yīng)變，當(dāng)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(shí)，就會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，若凸塊的強(qiáng)度不足，應(yīng)力較大時(shí)往往會(huì)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(hù)膜，然后根據(jù)實(shí)際需要的芯片厚度對晶圓片的背面進(jìn)行研磨和激光打標(biāo)。隨后去除保護(hù)膜，對晶圓片進(jìn)行切割分片，形成若干個(gè)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(qiáng)的凸塊強(qiáng)度，以避免應(yīng)力較大時(shí)造成凸塊失效，同時(shí)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(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中由于凸塊的強(qiáng)度不足，應(yīng)力較大時(shí)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(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本實(shí)用新型提供一種具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片，其中，所述具有凸塊保護(hù)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(shí)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(hù)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(gè)焊盤；

覆蓋于所述芯片上表面以及每個(gè)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(gè)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(shí)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(gè)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。

如上所述，本實(shí)用新型的具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片，具有以下有益效果：本實(shí)用新型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(hù)結(jié)構(gòu)，能夠有效保護(hù)和固定凸塊，增強(qiáng)凸塊的強(qiáng)度，防止應(yīng)力較大時(shí)造成凸塊裂縫等問題而引起凸塊失效。同時(shí)，本實(shí)用新型由于采用鈍化層保護(hù)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(hù)膜等步驟，工藝更簡單，并進(jìn)一步節(jié)約了成本。

附圖說明

圖1顯示為本實(shí)用新型第一實(shí)施方式的具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片示意圖。

圖2顯示為本實(shí)用新型第二實(shí)施方式的具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法的流程示意圖。

圖3-圖13顯示為本實(shí)用新型第二實(shí)施方式的具有凸塊保護(hù)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(biāo)號(hào)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(shí)施方式

以下通過特定的具體實(shí)例說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭露的內(nèi)容輕易地了解本實(shí)用新型的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本實(shí)用新型還可以通過另外不同的具體實(shí)施方式加以實(shí)施或應(yīng)用，本說明書中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒有背離本實(shí)用新型的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。

請參閱圖1，本實(shí)用新型第一實(shí)施方式涉及一種具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片。需要說明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本實(shí)用新型的基本構(gòu)想，遂圖式中僅顯示與本實(shí)用新型中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)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(shí)施方式的具有凸塊保護(hù)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(shí)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(hù)結(jié)構(gòu)。

在本實(shí)施方式中，連接層200至少包括：

形成于芯片100上表面的多個(gè)焊盤201；

覆蓋于芯片100上表面以及每個(gè)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(shí)施方式中，凸塊500形成于每個(gè)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(shí)現(xiàn)與芯片100的電性連接。

在本實(shí)施方式中，凸塊500至少包括：

形成于每個(gè)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(shí)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(hù)和固定凸塊500，增強(qiáng)凸塊500的強(qiáng)度，防止應(yīng)力較大時(shí)造成凸塊500裂縫等問題而引起凸塊失效。作為一個(gè)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(huì)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?yàn)橥箟K500提供更好的支撐力，從而提高凸塊500的強(qiáng)度，使凸塊500更穩(wěn)固，防失效效果也更好。當(dāng)然，在其他的實(shí)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(shí)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(gè)焊盤201、兩個(gè)凸塊500，但圖1僅為為了具體解釋凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)所繪制的簡易示意圖，實(shí)際上，本實(shí)施方式的具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片可以包含多個(gè)焊盤201、多個(gè)凸塊500，并不以圖1所示的結(jié)構(gòu)示意圖為限制。

本實(shí)施方式的具有凸塊保護(hù)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(hù)結(jié)構(gòu)，能夠有效保護(hù)和固定凸塊500，增強(qiáng)凸塊500的強(qiáng)度，防止應(yīng)力較大時(shí)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，本實(shí)用新型的第二實(shí)施方式涉及一種具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法，用于制備本實(shí)用新型第一實(shí)施方式所涉及的具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片。

如圖2所示，本實(shí)施方式的具有凸塊保護(hù)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(gè)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(shí)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(gè)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(gè)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(shí)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(shí)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(gè)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(shí)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(shí)，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(shí)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(shí)際需要的芯片100厚度對晶圓片10的下表面進(jìn)行研磨，如圖11所示。

步驟S403，對鈍化層材料600的上表面進(jìn)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(jìn)行切割分片，以形成若干個(gè)具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片，如圖13所示。在本實(shí)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(shí)施方式的具有凸塊保護(hù)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(shí)現(xiàn)了對具有凸塊保護(hù)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(shí)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(hù)和固定凸塊500，增強(qiáng)凸塊500的強(qiáng)度，防止應(yīng)力較大時(shí)造成凸塊500裂縫等問題而引起凸塊失效。作為一個(gè)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(huì)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?yàn)橥箟K500提供更好的支撐力，從而提高凸塊500的強(qiáng)度，使凸塊500更穩(wěn)固，防失效效果也更好。當(dāng)然，在其他的實(shí)施方式中，所述鈍化層601也可以僅包圍部分金屬柱501。

本實(shí)施方式的具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片的制備方法，能夠同時(shí)制備若干個(gè)本實(shí)用新型第一實(shí)施方式所涉及的具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片，工藝簡單，成本低；同時(shí)，由于采用鈍化層601保護(hù)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(hù)膜等步驟，工藝更簡單，并進(jìn)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(shí)現(xiàn)時(shí)可以合并為一個(gè)步驟或者對某些步驟進(jìn)行拆分，分解為多個(gè)步驟，只要包含相同的邏輯關(guān)系，都在本專利的保護(hù)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(jì)，但不改變其算法和流程的核心設(shè)計(jì)都在該專利的保護(hù)范圍內(nèi)。

綜上所述，本實(shí)用新型的具有凸塊保護(hù)結(jié)構(gòu)的倒裝芯片，具有以下有益效果：本實(shí)用新型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(hù)結(jié)構(gòu)，能夠有效保護(hù)和固定凸塊，增強(qiáng)凸塊的強(qiáng)度，防止應(yīng)力較大時(shí)造成凸塊裂縫等問題而引起凸塊失效。同時(shí)，本實(shí)用新型由于采用鈍化層保護(hù)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(hù)膜等步驟，工藝更簡單，并進(jìn)一步節(jié)約了成本。所以，本實(shí)用新型有效克服了現(xiàn)有技術(shù)中的種種缺點(diǎn)而具高度產(chǎn)業(yè)利用價(jià)值。

上述實(shí)施例僅例示性說明本實(shí)用新型的原理及其功效，而非用于限制本實(shí)用新型。任何熟悉此技術(shù)的人士皆可在不違背本實(shí)用新型的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)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(shí)者在未脫離本實(shí)用新型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)由本實(shí)用新型的權(quán)利要求所涵蓋。