專利名稱：一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及半導(dǎo)體器件封裝領(lǐng)域，尤其涉及凸點下金屬層、芯片級尺寸封裝(Wafer Level chip 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(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(Power Distribution)、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l/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 Modulepackage, MCM package)、倒裝式封裝(Flip Chip Package)、卷帶式封裝(Tape CarrierPackage, TCP)及晶圓級封裝(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晶圓分離成獨立的芯片后再完成封裝的程序。而晶圓級封裝是半導(dǎo)體封裝方法中的一個趨勢，晶圓級封裝以整片晶圓為封裝對象，因而封裝與測試均需在尚未切割晶圓的前完成，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芯片級封裝結(jié)構(gòu)。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)位置形成溝槽114，如圖IC所示。接著，如圖ID所示，在溝槽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?，F(xiàn)有技術(shù)形成芯片級封裝過程中，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(kuò)散到焊料凸點的錫中形成銅錫合金，影響焊接質(zhì)量。此外，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。

實用新型內(nèi)容本實用新型解決的問題是提供一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，防止芯片電性能及可靠性降低。為解決上述問題，本實用新型提供一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片、凸點下金屬層和焊料凸點，所述芯片上設(shè)有焊盤和鈍化層，所述鈍化層圍繞在所述焊盤的周圍，所述凸點下金屬層位于所述焊盤上，所述焊料凸點位于所述凸點下金屬層上；所述凸點下金屬層包括由下而上依次位于芯片焊盤上方的耐熱金屬層、金屬浸潤層、阻擋層和焊料保護(hù)層?？蛇x地，所述耐熱金屬層的材料是鈦?？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?？蛇x地，所述金屬浸潤層的材料是銅、鋁、鎳或它們的組合。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I. 5 3 m。可選地，所述焊料保護(hù)層是純錫或錫合金?？蛇x地，所述焊料保護(hù)層的厚度是I 2 ii m。可選地，所述焊料膏的材質(zhì)與焊料保護(hù)層的材質(zhì)一致。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型形成的凸點下金屬層中，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。另外，凸點下金屬層中的焊料保護(hù)層，不但可以保護(hù)阻擋層不被氧化，還提高了阻擋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IF是現(xiàn)有焊料凸點形成過程示意圖；圖2是本實用新型芯片級封裝結(jié)構(gòu)的示意圖；圖3是本實用新型形成芯片級封裝結(jié)構(gòu)的具體實施方式
流程圖圖4A至圖4G是本實用新型形成芯片級封裝結(jié)構(gòu)的實施例的工藝示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。圖2是本實用新型芯片級封裝結(jié)構(gòu)的示意圖，所述封裝結(jié)構(gòu)包括芯片300、凸點下金屬層和焊料凸點309，所述芯片300上設(shè)有焊盤301和鈍化層302，所述鈍化層302圍繞在所述焊盤301的周圍，所述凸點下金屬層位于所述焊盤301上，所述焊料凸點309位于所述凸點下金屬層上，其特征在于所述凸點下金屬層包括由下而上依次位于芯片300焊盤301上方的耐熱金屬層303、金屬浸潤層304、阻擋層306和焊料保護(hù)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，所述阻擋層306的材質(zhì)為厚度I. 5 y m 3 y m的鎳金屬，所述焊料保護(hù)層307的材質(zhì)為厚度I U m 2 y m的純錫或錫合金，如錫銀合金、錫銅合金或錫銀銅合金等。上述封裝結(jié)構(gòu)中，厚度適宜的阻擋層(Ni)能夠能避免自身因擴(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。而位于阻擋層上方的焊料保護(hù)層則不但可以保護(hù)阻擋層不被氧化，還提高了阻擋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。為進(jìn)一步說明本實用新型封裝結(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實用新型封裝結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步介紹。如圖3所示，在本實用新型的一個實施例中，提供一種芯片級封裝方法，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依次形成阻擋層和焊料保護(hù)層； S104，在焊料保護(hù)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。在本實施例中，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)形成的焊料凸點309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。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，本實用新型優(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。形成所述耐熱金屬層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)用于本實用新型，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阻擋層和焊料保護(hù)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，依次形成阻擋層306、焊料保護(hù)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)用于本實用新型。所述阻擋層306的材料為鎳Ni，所述焊料保護(hù)層307的材料與后續(xù)形成焊料凸點309的一致，為純錫或錫合金，如錫銀合金、錫銅合金、錫銀
銅合金等。本實施例中，阻擋層306鎳的厚度為I. 5 ii m 3 ii m,具體厚度為I. 5 ii m、2 ii m、
2.5 y m或3 y m等。阻擋層306的作用為防止后續(xù)形成凸點的材料擴(kuò)散至金屬浸潤層304中，當(dāng)Ni層厚度小于I. 5iim時，Ni最終會因相鄰金屬間的擴(kuò)散效應(yīng)而消失，進(jìn)而無法有效地阻擋后續(xù)凸點擴(kuò)散到金屬浸潤層304中；當(dāng)Ni層厚度大于3 y 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。本實施例中，焊料保護(hù)層307的厚度為Ium 2iim，具體厚度例如
或2 y m等。焊料保護(hù)層307的作用是使其下方的阻擋層306不被氧化，提高了阻擋層306的電性能和可靠性，同時，焊料保護(hù)層307還具有很好的濕化作用，能夠有效提高焊料凸點309的形成質(zhì)量。至此，也就是說，在焊盤301上形成多層金屬層，從底部往上依次包括耐熱金屬層
303、金屬浸潤層304、阻擋層306、焊料保護(hù)層307，這些多層金屬層即構(gòu)成了本技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)慣稱的凸點下金屬層UBM(Under Bump Metallurgy)層。然后實施步驟S104，在焊料保護(hù)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，在焊料保護(hù)層307上形成焊料膏308，形成所述焊料膏308與形成焊料保護(hù)層307的材料一致，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308的方法可以是電解電鍍、網(wǎng)版印刷或直接植入預(yù)制好的焊料球等方式，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。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?08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，形成凸點，即形成如圖4G所示的芯片級封裝結(jié)構(gòu)。在本實施例中，通過回流加熱熔化焊料膏308形成焊料凸點309，所述焊料膏308與焊料凸點309為同種材質(zhì)的不同形態(tài)，最終實現(xiàn)了將芯片300的功能焊盤301引出到焊料凸點309上的封裝過渡。雖然本實用新型以較佳實施例披露如上，但本實用新型并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護(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1.一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片、凸點下金屬層和焊料凸點，所述芯片上設(shè)有焊盤和鈍化層，所述鈍化層圍繞在所述焊盤的周圍，所述凸點下金屬層位于所述焊盤上，所述焊料凸點位于所述凸點下金屬層上，其特征在于所述凸點下金屬層包括由下而上依次位于芯片焊盤上方的耐熱金屬層、金屬侵潤層、阻擋層和焊料保護(hù)層。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述耐熱金屬層的材料是欽。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述耐熱金屬層的材料是鈦、鉻或鉭。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬侵潤層的材料是銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬侵潤層的材料是銅、招或鎳。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種芯片級封裝結(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所述的一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述阻擋層的厚度是I.5-3um。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述焊料保護(hù)層是純錫或錫合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述焊料保護(hù)層的厚度是 l_2um0
10.根據(jù)權(quán)利要求I或8所述的一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述焊料膏的材質(zhì)與焊料保護(hù)層的材質(zhì)一致。
專利摘要一種芯片級封裝結(jié)構(gòu)，包括芯片、凸點下金屬層和焊料凸點，所述芯片上設(shè)有焊盤和鈍化層，所述鈍化層圍繞在所述焊盤的周圍，所述凸點下金屬層位于所述焊盤上，所述焊料凸點位于所述凸點下金屬層上，所述凸點下金屬層包括由下而上依次位于芯片焊盤上方的耐熱金屬層、金屬浸潤層、阻擋層和焊料保護(hù)層。本實用新型提高了產(chǎn)品的電性能和可靠性。
文檔編號H01L23/00GK202473889SQ201120535089
公開日2012年10月3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