專利名稱：一種柱狀凸點封裝結構的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體器件封裝領域，尤其涉及倒裝焊、焊料凸點、晶圓級芯片尺寸封裝(Wafer Level chip Scale Package, WLCSP)的封裝結構。
背景技術：
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(Power Distribution)、信號傳送(Signal Distribution)、熱的散失(Heat Dissipation)與保護支持(Protection and Support)。由于現今電子產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，造成芯片內包含的邏輯線路增加，而進一步使得芯片l/0(input/output)腳數增加，·而為配合這些需求，產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，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有形成圓片級芯片尺寸封裝的工藝如圖I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，通過現有光刻技術定義出金屬墊層104形狀，然后進行曝光、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構成凸點下金屬層108a ;用鋼網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上放置預制好的焊料球，然后在回流爐內保溫回流，形成凸點110。[0010]最后進行單體化切割步驟，以將圓片10上的各個芯片100單體化。在申請?zhí)枮?00510015208. I的中國專利申請中還公布了更多相關信息?，F有技術形成圓片級芯片尺寸封裝過程中，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品的可靠性，尤其對于金屬墊密集的產品，更容易出現焊料凸點間短路的問題。

實用新型內容本實用新型解決的問題是提供一種柱狀凸點封裝結構，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柱狀凸點封裝結構，包括芯片、凸點下金屬層、銅柱、氧化層和焊料凸點；所述芯片的上表面設有焊盤和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤開口以外的上表面，所述焊盤上設有凸點下金屬層，所述凸點下金屬層上設有銅柱，所述銅柱的側面裹有氧化層，所述銅柱的上方設有焊料凸點?？蛇x地，所述凸點下金屬層由底部往上依次包括耐熱金屬層和金屬浸潤層。可選地，所述耐熱金屬層的材料是鈦、鉻、鉭或它們的組合?？蛇x地，所述凸點下金屬層的材料是銅、鋁、鎳或它們的組合。可選地,所述銅柱的厚度是5 60 μ m?？蛇x地，在所述銅柱和焊料凸點間還嵌有阻擋層?？蛇x地，所述阻擋層為鎳層?？蛇x地,所述鎳層的厚度是I. 5 3 μ m?？蛇x地，所述焊料凸點的材料是純錫或錫合金。可選地，所述焊料凸點的厚度是5 70 μ m。與現有技術相比，本實用新型形成的柱狀凸點結構中銅柱將芯片的功能端子引入一個足夠的高度空間，在同樣滿足產品最終焊接可靠性的前提下，可以使用較小尺寸的焊料凸點，既節(jié)約了材料成本，又能滿足焊盤密間距或相同空間內更多功能輸出點的應用需求。利用氧化層的非導電特性使銅柱的裸露表面有絕緣層的保護，防止因焊料凸點回流過程中材料滴落而造成芯片上各銅柱間的短路，提高了產品的可靠性。厚度適宜的鎳阻擋層一方面能夠避免自身因擴散效應而消失，進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生的孔隙；同時又不至于因鎳層過厚而導致電阻率上升而影響產品的電熱性能。

圖IA至圖IE是現有焊料凸點形成過程示意圖；圖2是本實用新型一種柱狀凸點封裝結構的結構示意圖；圖3是本實用新型一種柱狀凸點封裝結構的具體實施方式
流程圖；圖4A至圖4H是本實用新型一種柱狀凸點封裝結構的實施例的工藝示意圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。圖2是本實用新型一種柱狀凸點封裝結構的示意圖，所述封裝結構包括芯片300、凸點下金屬層303、銅柱305、氧化層307和焊料凸點306。所述芯片300的上表面設有焊盤301和鈍化層302，所述鈍化層302覆于芯片300焊盤301開口以外的上表面。所述焊盤301上設有凸點下金屬層303，所述凸點下金屬層303由底部往上依次包括耐熱金屬層和金屬浸潤層。具體的，所述耐熱金屬層的材料是鈦、鉻、鉭或它們的組合；所述金屬浸潤層的材料是銅、鋁、鎳或它們的組合。所述凸點下金屬層303上設有銅柱305，銅柱305的厚度是5 60 μ m。銅柱305為芯片300的功能端子引入一個足夠的高度空間，在同樣滿足產品最終焊接可靠性的前提 下，可以使用較小尺寸的焊料凸點306，既節(jié)約了材料成本，又能滿足焊盤301密間距或相同空間內更多功能輸出點的應用需求。在所述銅柱305和焊料凸點306間還嵌有阻擋層，所述阻擋層為鎳層，鎳層的厚度為I. 5 μ m 3 μ m。厚度適宜的鎳阻擋層一方面能夠避免自身因擴散效應而消失，進而有效地阻止焊料凸點306和凸點下金屬層305之間因金屬間化合物的形成而產生的孔隙；同時又不至于因鎳層過厚而導致電阻率上升而影響產品的電熱性能。所述銅柱305的側面裹有氧化層307。利用氧化層307的非導電特性使銅柱305的裸露表面有絕緣層的保護，防止因焊料凸點306回流過程中材料滴落而造成芯片300上各銅柱305間的短路，提聞了廣品的可罪性。所述銅柱305上或鎳阻擋層上設有焊料凸點306。所述焊料凸點306的厚度為10 70 μ m，對應的材質為純錫或錫合金，如錫銀合金、錫銅合金、錫銀銅合金等。為進一步說明本實用新型封裝結構之優(yōu)點，以下結合一個具體的封裝方法實施例對本實用新型封裝結構作進一步介紹。圖3是本實用新型形成焊料凸點的具體實施方式
流程圖，包括步驟S101，在芯片的焊盤和鈍化層上形成凸點下金屬層；S102，在凸點下金屬層上形成光刻膠，所述光刻膠設有開口曝露出芯片焊盤上方的凸點下金屬層；S103，在上述開口中的凸點下金屬層上形成銅柱；S104，在銅柱上形成焊料凸點；S105，去除光刻膠；S106，蝕刻鈍化層上的凸點下金屬層至鈍化層裸露；S107,在裸露的銅柱表面形成氧化層；S108，去除焊料凸點表面的氧化物，并回流焊料凸點。首先執(zhí)行步驟S101，在芯片的焊盤和鈍化層上形成凸點下金屬層，形成如圖4A所示的結構。在這一步驟中，芯片300上設有焊盤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電性功能的傳導過渡；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，也可以是根據線路布圖設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，通過一層或多層再布線將初始焊盤、鈍化層轉載到過渡焊盤、鈍化層上。所述再布線工藝技術為現有成熟工藝，已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。在本實施例中，所述凸點下金屬層303由耐熱金屬層和金屬浸潤層構成,所述金屬浸潤層堆疊于所述耐熱金屬層上。形成耐熱金屬層的材料可以是鈦Ti、鉻Cr、鉭Ta或它們的組合構成，本實用新型優(yōu)選為Ti。所述金屬浸潤層的材料可以是銅Cu、鋁Al、鎳Ni中的一種或它們的組合構成，其中較優(yōu)的金屬浸潤層為Cu。所述凸點下金屬層303可以采用現有的蒸發(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。當然，根據本領域技術 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用于本實用新型。然后實施步驟S102，在凸點下金屬層上形成光刻膠，所述光刻膠設有開口曝露出芯片焊盤上方的凸點下金屬層，形成如圖4B所示的結構。在本實施例中，形成光刻膠304的方法可以是旋轉涂布，這些方法的具體步驟已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。形成光刻膠304后，具體可通過現有光刻顯影技術定義出焊盤301的形狀，使光刻膠304中形成開口以曝露出焊盤301上的凸點下金屬層303。然后實施步驟S103，在上述開口中的凸點下金屬層上形成銅柱，形成如圖4C所示的結構。在這一步驟中，以芯片300上剩余的光刻膠304為掩膜，在上步中形成的光刻膠304的開口內、凸點下金屬層303的上方，形成銅柱305，具體工藝可以通過用電鍍的方式。當然，根據本領域技術人員的公知常識，形成的方法不僅限于電鍍，其他適用的方法均可應用于本實用新型。本實施例中，銅柱305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 60 μ m在另一實施例中(未圖示)，銅柱305的上方疊有阻擋層，所述阻擋層的材料為鎳Ni,Ni層的厚度為1·5μηι 3μηι,具體厚度為I. 5 μ m>2 μ m>2. 5μηι或3μηι等。阻擋層Ni層的形成方法與銅柱305的形成方法一致，可以為電鍍等方式。Ni層的作用為防止后續(xù)形成焊料凸點306的材料擴散至銅柱305中，當Ni層厚度小于I. 5 μ m時，Ni最終會因相鄰金屬間的擴散效應而消失，進而無法有效地阻擋后續(xù)焊料凸點306的擴散；當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致電阻率上升，進而影響最終產品的電熱性能。然后實施步驟S104，在銅柱上形成焊料凸點，形成如圖4D所示的結構。在這一步驟中，仍以光刻膠304為掩膜，在上一步驟中最終形成的金屬層上形成焊料凸點306，形成所述焊料凸點306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。形成焊料凸點306的方法可以是電解電鍍、濺射、網版印刷或直接植入預制好的焊料球等方式，這些方法的具體步驟已為本領域技術人員所熟知，在此不再贅述。[0062]本實施例中，焊料凸點306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
相較于現有技術中直接在凸點下金屬層303上形成焊料凸點306，銅柱305將芯片300的功能端子引入一個足夠的高度空間，在同樣滿足產品最終焊接可靠性的前提下，可以使用較小尺寸的焊料凸點306，既節(jié)約了材料成本，又能滿足焊盤301密間距或相同空間內更多功能輸出點的應用需求。接著實施步驟S105，去除光刻膠，形成如圖4Ε所示的結構。在完成上述工序后，光刻膠304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域技術人員所熟知，在此不再贅述。然后實施步驟S106，蝕刻鈍化層上的凸點下金屬層至鈍化層裸露，形成如圖4F所 示的結構。在本實施例中，具體可通過噴灑酸液或將晶片浸泡于酸液中的方法來去除焊料凸點306以外的芯片300表面的凸點下金屬層303，從而曝露出鈍化層302。然后實施步驟S107，在裸露的銅柱表面形成氧化層，形成如圖4G所示的結構。在本實施例中，利用銅在空氣中易氧化的特性，可以通過有氧烘烤的方式使裸露的銅柱305表面即銅柱305的柱體周圍形成氧化層307，利用氧化層307的非導電特性使銅柱305的裸露表面有絕緣層的保護，以防止因后續(xù)焊料凸點306回流過程中材料滴落而造成芯片300上各銅柱305間的短路。最后，實施步驟S108，去除焊料凸點表面的氧化物，并回流焊料凸點，形成如圖4Η所示的結構。在上一步驟中，焊料凸點306的表面也會因烘烤而產生氧化物308，為了不影響最終產品的易焊性，需將焊料凸點306表面的氧化物308去除。在本實施例中，為了去除氧化物308而保留氧化層307，可以針對性地將焊料凸點306蘸取酸液來去除焊料凸點306表面的氧化物308。氧化物308被去除后，通過回流加熱熔化焊料凸點306，最終實現了將芯片300的功能焊盤301引出到焊料凸點306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。任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本實用新型的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
權利要求1.一種柱狀凸點封裝結構，其特征在于包括芯片、凸點下金屬層、銅柱、氧化層和焊料凸點；所述芯片的上表面設有焊盤和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤開口以外的上表面，所述焊盤上設有凸點下金屬層，所述凸點下金屬層上設有銅柱，所述銅柱的側面裹有氧化層，所述銅柱的上方設有焊料凸點。
2.根據權利要求I所述的一種柱狀凸點封裝結構，其特征在于，所述凸點下金屬層由底部往上依次包括耐熱金屬層和金屬浸潤層。
3.根據權利要求2所述的一種柱狀凸點封裝結構，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。
4.根據權利要求2所述的一種柱狀凸點封裝結構，其特征在于，所述金屬浸潤層的材料是銅、招、鎳或它們的組合。
5.根據權利要求I所述的一種柱狀凸點封裝結構，其特征在于，所述銅柱的厚度是5 60 u m0
6.根據權利要求I或5所述的一種柱狀凸點封裝結構，其特征在于，在所述銅柱和焊料凸點間還嵌有阻擋層。
7.根據權利要求6所述的一種柱狀凸點封裝結構，其特征在于，所述阻擋層為鎳層。
8.根據權利要求7所述的一種柱狀凸點封裝結構，其特征在于，所述鎳層的厚度是L 5 3 u m0
9.根據權利要求I所述的一種柱狀凸點封裝結構，其特征在于，所述焊料凸點的材質是純錫或錫合金。
10.根據權利要求9所述的一種柱狀凸點封裝結構，其特征在于，所述焊料凸點的厚度是5 70 u m0
專利摘要一種柱狀凸點封裝結構，包括包括芯片、凸點下金屬層、銅柱、氧化層和焊料凸點；所述芯片的上表面設有焊盤和鈍化層，所述鈍化層覆于芯片焊盤開口以外的上表面，所述焊盤上設有凸點下金屬層，所述凸點下金屬層上設有銅柱，所述銅柱的側面裹有氧化層，所述銅柱的上方設有焊料凸點。本實用新型提高了焊料凸點的電性能和可靠性，適用于焊盤密間距、輸出功能多的芯片級封裝。
文檔編號H01L21/60GK202473869SQ20122002094
公開日2012年10月3日 申請日期2012年1月17日 優(yōu)先權日2012年1月17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