具有凸块保护结构的倒装芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种具有凸块保护结构的倒装芯片及其制备方法，其中，所述具有凸块保护结构的倒装芯片至少包括：芯片；形成于所述芯片上表面的连接层；形成于所述连接层上的凸块，且所述凸块通过所述连接层实现与所述芯片的电性连接；以及形成于所述连接层上表面且包围部分凸块的钝化层，从而形成凸块保护结构。本发明专利技术通过在芯片表面增设围住凸块的钝化层，从而形成凸块保护结构，能够有效保护和固定凸块，增强凸块的强度，防止应力较大时造成凸块裂缝等问题而引起凸块失效。同时，本发明专利技术由于采用钝化层保护凸块，在制备倒装芯片的后段制程中，省略了粘贴和去除保护膜等步骤，工艺更简单，并进一步节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
具有凸块保护结构的倒装芯片及其制备方法
本专利技术涉及半导体封装
，特别是涉及一种具有凸块保护结构的倒装芯片及其制备方法。
技术介绍
倒装芯片(FlipChip)封装技术是当今半导体封装技术的发展方向。在MPU、FPGA、应用处理器、高速内存和无线设备等先进半导体中，倒装芯片是应用最广泛的封装技术。由于其具有性能优越、形状因子小和成本合理等特点，自2000年初以来，倒装芯片封装技术便开始迅猛发展，而且未来还将应用于更多的设备之中。以往的一级封装技术都是将芯片的有源区面朝上，背对基板粘贴后键合(引线键合和载带自动键合TAB)，而倒装芯片封装技术则是将芯片有源区面对基板进行键合。倒装芯片封装技术的特点是在芯片和基板上分别制备焊盘，然后面对面键合。倒装芯片封装技术可以利用芯片上所有面积来获得I/O端，晶圆片利用效率得到极大提高，它能提供最高的封装密度、最高的I/O数和最小的封装外形。利用倒装芯片封装技术，引线可以做到最短，电抗最小，可以获得最高的工作频率和最小的噪声。实现倒装芯片封装技术，凸块的形成是其工艺过程的关键。凸块的作用是充当芯片与基板之间的机械互连和电互连，有时还起到热互连的作用。凸块制作技术的种类很多，如蒸发沉积法、印刷法、钉头凸块法、钎料传送法、电镀法等。电镀法由于成本较低目前已是凸块制作的常用工艺。对现有技术电镀凸块工艺而言，金属种子层材料要溅射在整个晶圆片的表面上，然后淀积光刻胶，并用光刻的方法在芯片键合点上形成开口。然后将凸块材料电镀到晶圆片上并包含在光刻胶的开口中，再使其回流。其后将光刻胶剥离，并对曝光的金属种子层材料进行刻蚀，得到最终的凸块。不难发现，由于凸块具有优良的电性能和热特性、较低的电阻和电容率、较低的热阻以及良好的抗电迁移性，并且不受焊盘尺寸的限制，适于批量生产，并可大大减小封装尺寸和重量，因此凸块常应用于细间距的连接。然而，在实现倒装芯片封装技术时，由于材料具有热胀冷缩特性，在温度作用下会发生体积变化，产生应变，当封装结构的应变受到各组成部分之间热膨胀系数差异的影响不能自由发展时，就会产生应力，若凸块的强度不足，应力较大时往往会造成凸块裂缝等问题而引起凸块失效。此外，在制备倒装芯片的后段制程中，对于形成凸块后的晶圆片，需要先在晶圆片的正面(即有源区面)粘贴保护膜，然后根据实际需要的芯片厚度对晶圆片的背面进行研磨和激光打标。随后去除保护膜，对晶圆片进行切割分片，形成若干个具有凸块的芯片，用于倒装芯片封装。不难发现，该段制程的工艺较复杂，并且成本较高。因此，如何提供更强的凸块强度，以避免应力较大时造成凸块失效，同时简化制备倒装芯片的后段制程，是亟待解决的问题。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种具有凸块保护结构的倒装芯片及其制备方法，用于解决现有技术中由于凸块的强度不足，应力较大时易造成凸块失效的问题，以及制备导致芯片的后段制程工艺较复杂，成本较高的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种具有凸块保护结构的倒装芯片，其中，所述具有凸块保护结构的倒装芯片至少包括：芯片；形成于所述芯片上表面的连接层；形成于所述连接层上的凸块，且所述凸块通过所述连接层实现与所述芯片的电性连接；以及形成于所述连接层上表面且包围部分凸块的钝化层，从而形成凸块保护结构。优选地，所述连接层至少包括：形成于所述芯片上表面的多个焊盘；覆盖于所述芯片上表面以及每个焊盘两端的介质层；以及形成于所述介质层上表面的绝缘层。优选地，所述凸块形成于每个焊盘的上表面并覆盖部分绝缘层，且所述凸块通过所述焊盘实现与所述芯片的电性连接。优选地，所述凸块至少包括：形成于每个焊盘上表面且覆盖部分绝缘层的金属柱；以及形成于所述金属柱上表面的金属帽。优选地，所述钝化层包围所述金属柱。优选地，所述金属柱采用Cu或Ni金属材料。优选地，所述金属帽采用锡、铜、镍、银锡铜合金或者锡基合金中的一种材料。优选地，所述介质层采用低k介电材料。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种具有凸块保护结构的倒装芯片的制备方法，其中，所述具有凸块保护结构的倒装芯片的制备方法至少包括如下步骤：提供一晶圆片，所述晶圆片至少包括若干个芯片；于所述晶圆片的上表面形成覆盖所有芯片上表面的连接层；于所述连接层上形成凸块，且所述凸块通过所述连接层实现与所述芯片的电性连接；于所述连接层的上表面形成包围部分凸块的钝化层；对形成所述钝化层后的晶圆片进行切割分片，以形成若干个具有凸块保护结构的倒装芯片。优选地，于所述晶圆片的上表面形成覆盖所有芯片上表面的连接层，具体方法为：于所述晶圆片的上表面形成多个焊盘；于所述晶圆片的上表面形成覆盖所有芯片上表面以及每个焊盘两端的介质层；于所述介质层的上表面形成绝缘层。优选地，所述凸块形成于每个焊盘的上表面并覆盖部分绝缘层，且所述凸块通过所述焊盘实现与所述芯片的电性连接，其中，所述凸块的具体形成方法为：于所述绝缘层和所述焊盘的上表面形成金属种子层；于所述金属种子层上形成具有开口的光刻掩膜层，所述开口暴露所述焊盘及部分绝缘层上方的金属种子层；于所述开口内的金属种子层上形成金属柱；于所述金属柱的上表面形成金属帽；去除所述光刻掩膜层及其下方的金属种子层，以形成由所述金属柱和所述金属帽组成的凸块。优选地，于所述连接层的上表面形成包围部分凸块的钝化层，具体方法为：于所述连接层的上表面形成包裹所述凸块的钝化层材料；根据实际需要的芯片厚度对所述晶圆片的下表面进行研磨；对所述钝化层材料的上表面进行研磨，直至暴露部分凸块，从而形成包围部分凸块的钝化层。如上所述，本专利技术的具有凸块保护结构的倒装芯片及其制备方法，具有以下有益效果：本专利技术通过在芯片表面增设围住凸块的钝化层，从而形成凸块保护结构，能够有效保护和固定凸块，增强凸块的强度，防止应力较大时造成凸块裂缝等问题而引起凸块失效。同时，本专利技术由于采用钝化层保护凸块，在制备倒装芯片的后段制程中，省略了粘贴和去除保护膜等步骤，工艺更简单，并进一步节约了成本。附图说明图1显示为本专利技术第一实施方式的具有凸块保护结构的倒装芯片示意图。图2显示为本专利技术第二实施方式的具有凸块保护结构的倒装芯片的制备方法的流程示意图。图3-图13显示为本专利技术第二实施方式的具有凸块保护结构的倒装芯片的制备方法中各步骤所呈现的结构示意图。元件标号说明10晶圆片100芯片200连接层201焊盘202介质层203绝缘层300金属种子层400光刻掩膜层500凸块501金属柱502金属帽600钝化层材料601钝化层S1～S7步骤具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1，本专利技术第一实施方式涉及一种具有凸块保护结构的倒装芯片。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1所示，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有凸块保护结构的倒装芯片，其特征在于，所述具有凸块保护结构的倒装芯片至少包括：芯片；形成于所述芯片上表面的连接层；形成于所述连接层上的凸块，且所述凸块通过所述连接层实现与所述芯片的电性连接；以及形成于所述连接层上表面且包围部分凸块的钝化层，从而形成凸块保护结构。

【技术特征摘要】
1.一种具有凸块保护结构的倒装芯片，其特征在于，所述具有凸块保护结构的倒装芯片至少包括：芯片；形成于所述芯片上表面的连接层；形成于所述连接层上的凸块，且所述凸块通过所述连接层实现与所述芯片的电性连接；以及形成于所述连接层上表面且包围部分凸块的钝化层，从而形成凸块保护结构。2.根据权利要求1所述的具有凸块保护结构的倒装芯片，其特征在于，所述连接层至少包括：形成于所述芯片上表面的多个焊盘；覆盖于所述芯片上表面以及每个焊盘两端的介质层；以及形成于所述介质层上表面的绝缘层。3.根据权利要求2所述的具有凸块保护结构的倒装芯片，其特征在于，所述凸块形成于每个焊盘的上表面并覆盖部分绝缘层，且所述凸块通过所述焊盘实现与所述芯片的电性连接。4.根据权利要求3所述的具有凸块保护结构的倒装芯片，其特征在于，所述凸块至少包括：形成于每个焊盘上表面且覆盖部分绝缘层的金属柱；以及形成于所述金属柱上表面的金属帽。5.根据权利要求4所述的具有凸块保护结构的倒装芯片，其特征在于，所述钝化层包围所述金属柱。6.根据权利要求4所述的具有凸块保护结构的倒装芯片，其特征在于，所述金属柱采用Cu或Ni金属材料。7.根据权利要求4所述的具有凸块保护结构的倒装芯片，其特征在于，所述金属帽采用锡、铜、镍、银锡铜合金或者锡基合金中的一种材料。8.根据权利要求2所述的具有凸块保护结构的倒装芯片，其特征在于，所述介质层采用低k介电材料。9.一种具有凸块保护结构的倒装芯片的制备方法，其特征在于，所述具有凸块保护结构的倒装芯片的制备方法至少包括如下步骤：提供一晶圆片，所述晶圆片至少包括若...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴政达，林正忠，
申请(专利权)人：中芯长电半导体江阴有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32