一种柱状凸点封装结构制造技术

一种柱状凸点封装结构，包括：包括芯片、凸点下金属层、铜柱、氧化层和焊料凸点；所述芯片的上表面设有焊盘和钝化层，所述钝化层覆于芯片焊盘开口以外的上表面，所述焊盘上设有凸点下金属层，所述凸点下金属层上设有铜柱，所述铜柱的侧面裹有氧化层，所述铜柱的上方设有焊料凸点。本实用新型专利技术提高了焊料凸点的电性能和可靠性，适用于焊盘密间距、输出功能多的芯片级封装。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及半导体器件封装领域，尤其涉及倒装焊、焊料凸点、晶圆级芯片尺寸封装(Wafer Level chip Scale Package, WLCSP)的封装结构。
技术介绍
近年来，由于芯片的微电路制作朝向高集成度发展，因此，其芯片封装也需向高功率、高密度、轻薄与微小化的方向发展。芯片封装就是芯片制造完成后，以塑胶或陶磁等材料，将芯片包在其中，以达保护芯片，使芯片不受外界水汽及机械性损害。芯片封装主要的功能分别有电能传送(Power Distribution)、信号传送(Signal Distribution)、热的散失(Heat Dissipation)与保护支持(Protection and Support)。由于现今电子产品的要求是轻薄短小及高集成度，因此会使得集成电路制作微细化，造成芯片内包含的逻辑线路增加，而进一步使得芯片l/0(input/output)脚数增加，·而为配合这些需求，产生了许多不同的封装方式，例如，球栅阵列封装(Ball grid array,BGA)、芯片尺寸封装(Chip Scale Package, CSP)、多芯片模块封装(Multi Chip Modulepackage, MCM package)、倒装式封装(Flip Chip Package)、卷带式封装(Tape CarrierPackage, TCP)及圆片级封装(Wafer Level Package, WLP)等。不论以何种形式的封装方法，大部分的封装方法都是将圆片分离成独立的芯片后再完成封装的程序。而圆片级封装是半导体封装方法中的一个趋势，圆片级封装以整片圆片为封装对象，因而封装与测试均需在尚未切割圆片的前完成，是一种高度整合的封装技术，如此可省下填胶、组装、黏晶与打线等制作，因此可大量降低人工成本与缩短制造时间。现有形成圆片级芯片尺寸封装的工艺如图I至5所示。首先请参照图1A，在圆片10上具有至少一个芯片100。如图IB所示，在芯片100上配置有金属垫层104以及用以保护芯片100表面并将金属垫层104暴露的钝化层102 ;在钝化层102以及金属垫层104上通过溅射或者蒸镀工艺形成第一金属层106，第一金属层106的作用是在后续回流工艺中保护金属垫层104，第一金属层106可以是Al、Ni、Cu、Ti、Cr、Au、Pd中的一种或者它们的组合构成。接着请参照图1C，在第一金属层106上形成光刻胶层107，通过现有光刻技术定义出金属垫层104形状，然后进行曝光、显影工艺，在光刻胶层107中形成开口暴露出下层的金属垫层104上的第一金属层106 ;以光刻胶层107为掩模,在开口内的第一金属层106上形第二金属层108，所述第二金属层108的材料为Cu、Ni或其组合构成，所述形成第二金属层108的方法为电镀法。参考图1D，湿法去除光刻胶层107 ;刻蚀第一金属层106至曝露出钝化层102，使刻蚀后的第一金属层106a与第二金属层108构成凸点下金属层108a ;用钢网印刷法在第二金属层108上形成助焊剂109。如图IE所示，在助焊剂109上放置预制好的焊料球，然后在回流炉内保温回流，形成凸点110。最后进行单体化切割步骤，以将圆片10上的各个芯片100单体化。在申请号为200510015208. I的中国专利申请中还公布了更多相关信息。现有技术形成圆片级芯片尺寸封装过程中，由于焊料凸点材料直接与金属浸润层接触，金属浸润层的铜极易扩散到焊料凸点的锡中形成铜锡合金，影响焊接质量。同时，在金属浸润层上形成焊料之前，裸露的浸润层容易氧化而使后续形成的焊料凸点性能及可靠性降低。另一方面，在焊料凸点的形成过程中，焊料间容易滴落而影响产品的可靠性，尤其对于金属垫密集的产品，更容易出现焊料凸点间短路的问题。
技术实现思路
本技术解决的问题是提供一种柱状凸点封装结构，防止芯片电性能及可靠性降低。为解决上述问题，本技术提供一种柱状凸点封装结构，包括芯片、凸点下金属层、铜柱、氧化层和焊料凸点；所述芯片的上表面设有焊盘和钝化层，所述钝化层覆于芯片焊盘开口以外的上表面，所述焊盘上设有凸点下金属层，所述凸点下金属层上设有铜柱，所述铜柱的侧面裹有氧化层，所述铜柱的上方设有焊料凸点。可选地，所述凸点下金属层由底部往上依次包括耐热金属层和金属浸润层。可选地，所述耐热金属层的材料是钛、铬、钽或它们的组合。可选地，所述凸点下金属层的材料是铜、铝、镍或它们的组合。可选地,所述铜柱的厚度是5 60 μ m。可选地，在所述铜柱和焊料凸点间还嵌有阻挡层。可选地，所述阻挡层为镍层。可选地,所述镍层的厚度是I. 5 3 μ m。可选地，所述焊料凸点的材料是纯锡或锡合金。可选地，所述焊料凸点的厚度是5 70 μ m。与现有技术相比，本技术形成的柱状凸点结构中铜柱将芯片的功能端子引入一个足够的高度空间，在同样满足产品最终焊接可靠性的前提下，可以使用较小尺寸的焊料凸点，既节约了材料成本，又能满足焊盘密间距或相同空间内更多功能输出点的应用需求。利用氧化层的非导电特性使铜柱的裸露表面有绝缘层的保护，防止因焊料凸点回流过程中材料滴落而造成芯片上各铜柱间的短路，提高了产品的可靠性。厚度适宜的镍阻挡层一方面能够避免自身因扩散效应而消失，进而有效地阻止焊料和凸点下金属层之间因金属间化合物的形成而产生的孔隙；同时又不至于因镍层过厚而导致电阻率上升而影响产品的电热性能。附图说明图IA至图IE是现有焊料凸点形成过程示意图；图2是本技术一种柱状凸点封装结构的结构示意图；图3是本技术一种柱状凸点封装结构的具体实施方式流程图；图4A至图4H是本技术一种柱状凸点封装结构的实施例的工艺示意图。具体实施方式以下结合附图对本技术的具体实施方式做详细的说明。图2是本技术一种柱状凸点封装结构的示意图，所述封装结构包括芯片300、凸点下金属层303、铜柱305、氧化层307和焊料凸点306。所述芯片300的上表面设有焊盘301和钝化层302，所述钝化层302覆于芯片300焊盘301开口以外的上表面。所述焊盘301上设有凸点下金属层303，所述凸点下金属层303由底部往上依次包括耐热金属层和金属浸润层。具体的，所述耐热金属层的材料是钛、铬、钽或它们的组合；所述金属浸润层的材料是铜、铝、镍或它们的组合。所述凸点下金属层303上设有铜柱305，铜柱305的厚度是5 60 μ m。铜柱305为芯片300的功能端子引入一个足够的高度空间，在同样满足产品最终焊接可靠性的前提 下，可以使用较小尺寸的焊料凸点306，既节约了材料成本，又能满足焊盘301密间距或相同空间内更多功能输出点的应用需求。在所述铜柱305和焊料凸点306间还嵌有阻挡层，所述阻挡层为镍层，镍层的厚度为I. 5 μ m 3 μ m。厚度适宜的镍阻挡层一方面能够避免自身因扩散效应而消失，进而有效地阻止焊料凸点306和凸点下金属层305之间因金属间化合物的形成而产生的孔隙；同时又不至于因镍层过厚而导致电阻率上升而影响产品的电热性能。所述铜柱305的侧面裹有氧化层307。利用氧化层307的非导电特性使铜柱305的裸露表面有绝缘层的保护，防止因焊料凸点306回流过程中材料滴落而造成芯片300上各铜柱3本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柱状凸点封装结构，其特征在于：包括芯片、凸点下金属层、铜柱、氧化层和焊料凸点；所述芯片的上表面设有焊盘和钝化层，所述钝化层覆于芯片焊盘开口以外的上表面，所述焊盘上设有凸点下金属层，所述凸点下金属层上设有铜柱，所述铜柱的侧面裹有氧化层，所述铜柱的上方设有焊料凸点。

【技术特征摘要】
1.一种柱状凸点封装结构，其特征在于包括芯片、凸点下金属层、铜柱、氧化层和焊料凸点；所述芯片的上表面设有焊盘和钝化层，所述钝化层覆于芯片焊盘开口以外的上表面，所述焊盘上设有凸点下金属层，所述凸点下金属层上设有铜柱，所述铜柱的侧面裹有氧化层，所述铜柱的上方设有焊料凸点。2.根据权利要求I所述的一种柱状凸点封装结构，其特征在于，所述凸点下金属层由底部往上依次包括耐热金属层和金属浸润层。3.根据权利要求2所述的一种柱状凸点封装结构，其特征在于，所述耐热金属层的材料是钛、铬、钽或它们的组合。4.根据权利要求2所述的一种柱状凸点封装结构，其特征在于，所述金属浸润层的材料是铜、...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁万春，
申请(专利权)人：南通富士通微电子股份有限公司，
类型：实用新型
国别省市：