一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)。該封裝結(jié)構(gòu)包括芯片和載體，該芯片包括芯片主體、設(shè)置在芯片主體上的電極以及固定在電極上的金屬凸塊。該載體包括介電層、形成于介電層上的再布線層以及形成于再布線層上的第一端子，其中第一端子包括焊料。金屬凸塊由焊料固定于再布線層上。在本發(fā)明中，利用金屬凸塊取代現(xiàn)有技術(shù)中的形成于電極上的球狀焊料，并利用形成于再布線層上的第一端子中的焊料將金屬凸塊固定于再布線層上，可有效避免電極間的橋接以及焊料中的α射線對芯片性能的影響。進一步，所形成的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)中端子的節(jié)距減小，使在小尺寸芯片上實現(xiàn)多端子成為可能。
【專利說明】
一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，半導(dǎo)體器件在成本降低和前道晶圓制造工藝的提升的共同促進下，實現(xiàn)了同樣功能的半導(dǎo)體器件的單體芯片尺寸越來越小的目標，這樣會導(dǎo)致半導(dǎo)體器件上用于外接的電極之間的節(jié)距越來越小，原來的用于倒裝焊的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)容易引起電極之間的橋接從而導(dǎo)致半導(dǎo)體器件失效。
[0003]目前，用于倒裝焊的半導(dǎo)體器件結(jié)構(gòu)中，半導(dǎo)體芯片與再布線基板間的連接一般是通過在電極上進行金屬焊料回流后形成球狀凸點，然后倒裝在再布線基板而形成。如圖1所示，是現(xiàn)有技術(shù)提供的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。半導(dǎo)體芯片101上設(shè)置有電極102，在半導(dǎo)體芯片101和電極102上可選擇性地覆蓋有氧化硅或氮化硅等材料形成的鈍化層103，在鈍化層103上再可選擇性地形成一層由聚酰亞胺ΡΙ、ΡΒ0等形成的保護層104。然后，通過濺射加電鍍的工藝在電極102表面形成UBM金屬層105和電鍍金屬焊料106，典型的UBM金屬層105由濺射的鈦層和銅層組成的金屬層107以及電鍍鎳層108組成。金屬焊料106回流后形成球狀凸點(如圖1所示)，最后倒裝在再布線層200上，形成圖1所示的現(xiàn)有倒裝芯片封裝結(jié)構(gòu)。
[0004]在這種倒裝芯片封裝結(jié)構(gòu)中，雖然在結(jié)構(gòu)上滿足了倒裝芯片封裝結(jié)構(gòu)的要求，但是由于金屬焊料106直接形成于電極上，容易引起電極之間的橋接。此外，金屬焊料106靠近半導(dǎo)體芯片設(shè)置，導(dǎo)致金屬焊料106中的α射線對芯片性能造成影響。另一方面，現(xiàn)有技術(shù)再布線層200采用復(fù)雜的刻蝕工藝形成，生產(chǎn)成本高且層厚難以隨半導(dǎo)體器件對電流大小的設(shè)計需求進行調(diào)整。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明主要解決的技術(shù)問題是提供一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，用以有效避免電極間的橋接以及金屬焊料中的α射線對芯片性能造成的影響。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的一個技術(shù)方案是提供一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，所述封裝結(jié)構(gòu)包括:芯片，包括芯片主體、設(shè)置在所述芯片主體上的電極以及固定在所述電極上的金屬凸塊；
[0007]載體，包括介電層、形成于所述介電層上的再布線層以及形成于所述再布線層上的第一端子，其中所述第一端子包括焊料，所述金屬凸塊由所述焊料固定于所述再布線層上。
[0008]其中，所述金屬凸塊由所述焊料以回流焊方式固定于所述再布線層上。
[0009]其中，所述金屬凸塊以超聲波焊接方式固定于所述電極上。
[0010]其中，所述金屬凸塊的橫向尺寸小于所述電極的橫向尺寸。
[0011]其中，所述焊料的橫向尺寸大于所述金屬凸塊的橫向尺寸，以使得所述金屬凸塊插置于所述焊料中。
[0012]其中，所述金屬凸塊插置于所述焊料中的端部呈尖端狀設(shè)置。
[0013]其中，所述第一端子進一步包括金屬柱，所述金屬柱形成于所述再布線層上，所述焊料形成于所述金屬柱的朝向所述芯片主體的端部上。
[0014]其中，所述芯片進一步包括覆蓋于所述芯片主體和所述電極上的鈍化層，所述鈍化層上設(shè)置有開口，所述電極經(jīng)所述開口至少部分外露，所述金屬凸塊固定于所述電極的外露部分上且突出于所述鈍化層。
[0015]其中，所述介電層上設(shè)置有開口，所述載體進一步包括形成于所述開口內(nèi)且與所述再布線層電性接觸的第二端子。
[0016]其中，所述第二端子和所述再布線層由電鍍工藝一體成型。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明利用金屬凸塊取代現(xiàn)有技術(shù)中的形成于電極上的球狀焊料，并利用形成于再布線層上的第一端子中的焊料將金屬凸塊固定于再布線層上，可有效避免電極間的橋接以及焊料中的α射線對芯片性能的影響。進一步，所形成的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)中端子的節(jié)距減小，使在小尺寸芯片上實現(xiàn)多端子成為可能。
【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有技術(shù)提供的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本發(fā)明提供的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)實施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本發(fā)明提供的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)實施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是圖2所示的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的制造方法的流程示意圖；
[0022]圖5a_圖5j為圖4所示的制造方法中各步驟中半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的斷面圖；
[0023]圖6是圖4所示的制造方法的步驟S4的備選實施方式的斷面圖。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖和實施方式對本發(fā)明進行詳細說明，附圖中各部分的尺寸僅為示意，并不代表實際器件的尺寸。
[0025]請參閱圖2，圖2是本發(fā)明提供的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)實施方式一的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖2所示，該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)包括芯片300和載體400。進一步，芯片300包括芯片主體301、設(shè)置在芯片主體301上的電極302以及固定在電極302上的金屬凸塊303。在優(yōu)選實施例中，金屬凸塊303以超聲波焊接方式(例如，熱壓超聲波焊接)固定于電極302上，且金屬凸塊303的橫向尺寸DI小于電極32的橫向尺寸D2。
[0026]在本實施例中，芯片300進一步包括覆蓋于芯片主體301和電極302上的鈍化層304，鈍化層304上設(shè)置有開口 304a，電極302經(jīng)開口 304a至少部分外露，金屬凸塊303固定于電極302的外露部分上且突出于鈍化層304。鈍化層304可以包括氮化硅、氧化硅、其它絕緣體或者他們的組合或多層結(jié)構(gòu)。
[0027]載體400包括介電層401、形成于介電層401上的再布線層402以及形成于再布線層402上的第一端子403。介電層401的材料可以為聚酰亞胺、PBO等。在本實施例中，第一端子403包括焊料404和金屬柱405。其中，金屬柱405形成于再布線層402上，焊料404形成于金屬柱405的朝向芯片主體301的端部上。金屬凸塊303由焊料404固定于再布線層402上。在優(yōu)選實施例中，金屬凸塊303由焊料404以回流焊方式固定于再布線層402上。具體來說，將金屬凸塊303倒扣在焊料404上，焊料404回流使金屬凸塊303置于焊料404中并固定。金屬凸塊303的形狀不限，材料可以包括銅、金、錫中的至少一種，優(yōu)選的，金屬凸塊303的材料進一步包括鈦。金屬凸塊的形狀優(yōu)選為柱狀。金屬柱405的材料優(yōu)選為銅。
[0028]在優(yōu)選實施例中，焊料404的橫向尺寸D3大于金屬凸塊303的橫向尺寸Dl，以使得金屬凸塊303插置于焊料404中。進一步優(yōu)選的，金屬凸塊303插置于焊料404中的端部呈尖端狀設(shè)置。
[0029]在本實施例中，介電層401上設(shè)置有開口 401a，載體400進一步包括形成于開口401a內(nèi)且與再布線層402電性接觸的第二端子406。本實施例中載體400只包括一層再布線層402和第二端子406，在其他實施例中也可以包括至少兩層再布線層和/或第二端子。在優(yōu)選實施例中，第二端子406和再布線層402的材料相同，例如銅，且由電鍍工藝一體成型。當然，第二端子406和再布線層402的材料可以不同，也可以通過不同的工藝形成，例如先采用電鍍工藝形成材料為銅的再布線層402，然后采用網(wǎng)版印刷形成材料為錫的第二端子406。
[0030]可以根據(jù)半導(dǎo)體器件對電流大小的設(shè)計需求調(diào)控第二端子406和再布線層402的厚度，通過簡單的工藝操作，使其應(yīng)用于不同規(guī)格的半導(dǎo)體器件。
[0031]進一步，芯片300和載體400之間的間隙由填充材料500進行填充且在第二端子406的端部可通過微腐蝕及植球回流焊接形成球狀焊料塊406a。
[0032]通過上述方式，利用金屬凸塊取代現(xiàn)有技術(shù)中的形成于電極上的球狀焊料，并利用形成于再布線層上的第一端子中的焊料將金屬凸塊固定于再布線層上，可有效避免電極間的橋接。同時，由于焊料相較于現(xiàn)有技術(shù)遠離芯片主體，進而避免焊料中的α射線對芯片性能的影響。進一步，上述半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)中端子的節(jié)距減小，使在小尺寸芯片上實現(xiàn)多端子成為可能。此外，使用再布線層取代傳統(tǒng)基板，沒有傳統(tǒng)基板上的保護層，降低寄生電阻。金屬柱的存在可以增加芯片與再布線層之間的間距，進行填充時有利于填充材料的擴散。
[0033]請參閱圖3，其中圖3是本發(fā)明提供的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)實施方式二的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0034]如圖3所示，該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)包括芯片600和載體700。圖3所示的實施例與圖2所示的實施例的區(qū)別之處在于，芯片600上的金屬凸塊603由直接形成于再布線層702上的焊料704進行固定。
[0035]請參閱圖4以及圖5a_圖5j，圖4是圖2所示的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的制造方法的的流程示意圖；圖5a_圖5j為本發(fā)明各步驟中半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的斷面圖。如圖4所示，該半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)的制造方法具體包括如下步驟:
[0036]S1:提供一基材S。
[0037]在本步驟中，基材S可以是硅材、不銹鋼、銅板、雜質(zhì)鐵等，優(yōu)選為雜質(zhì)鐵，成本低且后道工藝中易去除。
[0038]S2:在基材S上形成介電層401。
[0039]在本步驟中，優(yōu)選在介電層401形成多個開口401a，如圖5a所示。介電層401的材料可以為聚酰亞胺、PBO等。
[0040]S3:在介電層401上形成再布線層402。
[0041 ]在本步驟中，首先在介電層401上形成第一掩膜層407，并對第一掩膜層407進行曝光及顯影處理，以在第一掩膜層407上形成至少暴露第一開口 401a的第二開口 407a，如圖5b所示。
[0042]進一步，以第一掩膜層407為掩膜在第一開口401a內(nèi)形成第二端子406且在第二開口 407a內(nèi)形成再布線層402，并剝離第一掩膜層407，如圖5c所示。在優(yōu)選實施例中，第二端子406和再布線層402的材料相同，例如銅，且通過電鍍工藝一體形成。當然，第二端子406和再布線層402的材料可以不同，也可以通過不同的工藝形成，例如先采用電鍍工藝形成材料為銅的再布線層402，然后采用網(wǎng)版印刷形成材料為錫的第二端子406。
[0043]可根據(jù)電流大小的設(shè)計需求調(diào)控第二端子406和再布線層402的厚度，通過簡單的工藝操作，使其應(yīng)用于不同規(guī)格的半導(dǎo)體器件。進一步的，可以重復(fù)執(zhí)行本步驟以根據(jù)需要形成至少兩層再布線層和/或第二端子。
[0044]S4:在再布線層402上形成第一端子403。
[0045]在本步驟中，在再布線層402上形成第二掩膜層408，并對第二掩膜層408進行曝光及顯影處理，以在第二掩膜層408上形成部分暴露再布線層402的第三開口 408a，如圖5d所不O
[0046]進一步，在第三開口 408a內(nèi)形成金屬柱405，并在金屬柱405的遠離再布線層402的端部上形成焊料404，如圖5e所示。剝離第二掩膜層408，露出金屬柱405和焊料404，如圖5f所示。金屬柱405的材料優(yōu)選為銅。在優(yōu)選實施例中，通過電鍍或其他適當工藝在第三開口408a內(nèi)依次形成金屬柱405和焊料404，此時焊料404為厚度一致的層狀結(jié)構(gòu)。在備選實施方式中，可僅在第三開口 408a內(nèi)形成金屬柱405，并對金屬柱405的端部進行微腐蝕并通過植球回流焊工藝在金屬柱405端部上形成焊料404。此外，還可以通過印刷工藝形成焊料404，此時焊料404的厚度不一定一致。
[0047]S5:提供一芯片300，包括芯片主體301、設(shè)置在芯片主體301上的電極302以及固定在電極302上的金屬凸塊303，如圖5g所示。
[0048]金屬凸塊303的形狀不限，材料可以包括銅、金、錫中的至少一種，優(yōu)選的，金屬凸塊303的材料進一步包括鈦。金屬凸塊的形狀優(yōu)選為柱狀。在本步驟中，優(yōu)選通過超聲波焊接工藝(例如，熱壓超聲波焊接)將金屬凸塊303固定于電極302上。
[0049]S6:利用焊料404將金屬凸塊303固定于再布線層402上。
[0050]在本步驟中，優(yōu)選通過回流焊工藝將金屬凸塊303固定于再布線層402上。此時，焊料404回流后部分隆起，進而將金屬凸塊303的端部包裹，如圖5h所示。
[0051 ] S7:利用填充材料500對芯片300、再布線層402和第一端子403進行填充，如圖5i所示；
[0052 ] S8:從介電層401去除基材S，如圖5 j所示。
[0053]可以通過撕除、研磨、腐蝕等方式去除基材S。
[0054]進一步，還可以在在第二端子406的端部可通過微腐蝕及植球回流焊接形成球狀焊料406a。
[0055]參照圖6，圖6為圖4所示的步驟S4的備選實施方式的截面示意圖。
[0056]在本實施例中，介電層801、再布線層802以及第二端子801以與圖4相同的方式形成于基材S上，其與圖4所示的實施例的不同之處在于，在再布線層802上以電鍍或印刷方式直接形成焊料804。例如，在對再布線層802上的第二掩膜層進行曝光及顯影處理，進而形成第三開口(與圖4所示實施例相同)，通過電鍍或印刷工藝在第三開口內(nèi)形成焊料804，以使得焊料804直接接觸再布線層802。焊料804優(yōu)選為厚度一致的層狀結(jié)構(gòu)，并在回流過程中部分隆起。
[0057]以上僅為本發(fā)明的實施方式，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明專利保護范圍內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述封裝結(jié)構(gòu)包括: 芯片，包括芯片主體、設(shè)置在所述芯片主體上的電極以及固定在所述電極上的金屬凸塊； 載體，包括介電層、形成于所述介電層上的再布線層以及形成于所述再布線層上的第一端子，其中所述第一端子包括焊料，所述金屬凸塊由所述焊料固定于所述再布線層上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬凸塊由所述焊料以回流焊方式固定于所述再布線層上。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬凸塊以超聲波焊接方式固定于所述電極上。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬凸塊的橫向尺寸小于所述電極的橫向尺寸。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述焊料的橫向尺寸大于所述金屬凸塊的橫向尺寸，以使得所述金屬凸塊插置于所述焊料中。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬凸塊插置于所述焊料中的端部呈尖端狀設(shè)置。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第一端子進一步包括金屬柱，所述金屬柱形成于所述再布線層上，所述焊料形成于所述金屬柱的朝向所述芯片主體的端部上。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述芯片進一步包括覆蓋于所述芯片主體和所述電極上的鈍化層，所述鈍化層上設(shè)置有開口，所述電極經(jīng)所述開口至少部分外露，所述金屬凸塊固定于所述電極的外露部分上且突出于所述鈍化層。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述介電層上設(shè)置有開口，所述載體進一步包括形成于所述開口內(nèi)且與所述再布線層電性接觸的第二端子。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二端子和所述再布線層由電鍍工藝一體成型。
【文檔編號】H01L23/488GK105826289SQ201610301968
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年5月9日
【發(fā)明人】施建根
【申請人】南通富士通微電子股份有限公司