半导体封装结构的形成方法技术

一种半导体封装结构的形成方法，包括：提供芯片，所述芯片表面具有金属互连结构，在所述芯片表面形成暴露出所述金属互连结构的绝缘层；在金属互连结构表面形成柱状电极；在所述柱状电极侧壁表面、顶部表面形成扩散阻挡层；在所述绝缘层表面形成钝化层，所述钝化层覆盖所述柱状电极；对所述钝化层进行研磨，直到暴露出所述扩散阻挡层；在所述暴露出的扩散阻挡层表面形成焊球。由于所述焊球位于所述暴露出的扩散阻挡层表面，扩散阻挡层使得柱状电极与焊球相隔离，不会形成锡铜界面合金化合物，所述焊球不容易从柱状电极脱落。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体封装技术，特别涉及一种高可靠性的。
技术介绍
在当前的半导体行业中，电子封装已经成为行业发展的一个重要方面。经过几十年封装技术的发展，传统的周边布线型封装方式和球栅阵列封装技术越来越无法满足当前高密度、小尺寸的封装要求，晶圆级芯片封装方式(Wafer-Level Chip Scale PackagingTechnology, WLCSP)技术已成为当前热门的封装方式。请参考图1，为现有晶圆级芯片封装方式的一种封装结构的剖面结构示意图，包括硅基片1，位于所述硅基片I表面的绝缘层2，所述绝缘层2具有开口，所述开口暴露出的硅基片I表面具有焊盘3 ;位于所述焊盘3、绝缘层2表面的再布线金属层4，所述再布线 金属层4用于将球栅阵列封装焊点的位置重新分布；位于所述再布线金属层4表面的铜柱5，所述铜柱5通过再布线金属层4与焊盘3相连接；覆盖所述再布线金属层4、绝缘层2的由有机树脂组成的密封材料层6，且所述密封材料层6的顶部表面与所述铜柱5的顶部表面齐平，位于所述铜柱5的顶部表面的焊球7。更多关于晶圆级芯片封装方式的封装结构及形成工艺请参考公开号为US2001/0094841A1的美国专利文献。但是上述封装结构中焊球7容易从所述铜柱5的顶部表面脱落，从而引起芯片失效。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种，可以有效地提高焊球的结合力，提高半导体封装结构的可靠性。为解决上述问题，本专利技术技术方案提供了一种，包括提供芯片，所述芯片表面具有金属互连结构，在所述芯片表面形成暴露出所述金属互连结构的绝缘层；在金属互连结构表面形成柱状电极；在所述柱状电极侧壁表面、顶部表面形成扩散阻挡层；在所述绝缘层表面形成钝化层，所述钝化层覆盖所述柱状电极；对所述钝化层进行研磨，直到暴露出所述扩散阻挡层；在所述暴露出的扩散阻挡层表面形成焊球。可选的，还包括在所述扩散阻挡层表面形成浸润层，形成钝化层后，对所述钝化层进行研磨，直到暴露出所述浸润层，在所述暴露出的浸润层表面形成焊球。可选的，所述浸润层的材料至少包括金元素、银元素、铟元素和锡元素中的一种。可选的，所述扩散阻挡层为镍层。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术实施例在所述金属互连结构表面形成柱状电极，在所述柱状电极侧壁表面、顶部表面形成扩散阻挡层，在所述柱状电极顶部的扩散阻挡层表面形成焊球。由于所述焊球位于所述暴露出的扩散阻挡层表面，扩散阻挡层使得柱状电极与焊球相隔离，不会形成锡铜界面合金化合物，所述焊球不容易从柱状电极脱落。进一步的，在所述扩散阻挡层表面形成浸润层，后续形成的焊球在浸润层表面具有较佳的浸润性，提高了焊球和浸润层之间的结合力，且所述浸润层包裹在所述柱状电极的侧壁和顶部表面，使得外力对所述焊球进行拨动时，所述焊球不容易从所述浸润层表面剥离。附图说明图I是现有技术的半导体封装结构的剖面结构示意图；图2是本专利技术第一实施例的的流程示意图；图3至图13是本专利技术第一实施例的半导体封装结构的形成过程的剖面结构示意图； 图14至图25是本专利技术第二实施例的半导体封装结构的形成过程的剖面结构示意图。具体实施例方式由
技术介绍
中可知，现有技术的封装结构中焊球容易从铜柱的顶部表面脱落，从而会引起芯片失效。专利技术人经过研究发现，引起上述问题的主要原因为由于所述焊球的材料主要包括锡，所述焊球形成在所述铜柱表面后，在高温回流的过程中，在接触面上的锡会与铜发生反应形成锡铜界面合金化合物(Intermetallic Compound, IMC),随着锡铜界面合金化合物厚度的提高，焊锡中靠近接触面的锡原子会逐渐减少，相对的使得焊球中铅原子、银原子的比例增加，以致使得焊球的柔软性增大，固着强度降低，从而使得整个焊球容易从铜柱的顶部表面脱落；且当所述锡会与铜发生反应形成锡铜界面合金化合物时，在最初状态下，所述锡会与铜发生反应形成η-phase (Eta相)的Cu6Sn5,所述Cu6Sn5中铜的重量百分比含量约为40%，但随着时间的推移，铜柱中的铜原子不断扩散到锡铜界面合金化合物中，形成ε -phase (Epsilon相)的Cu3Sn,所述Cu3Sn中铜的重量百分比含量上升到约为66%,所述ε -phase (Epsilon相)的Cu3Sn的表面能远远小于η-phase (Eta相)的Cu6Sn5,锡铜界面合金化合物表面容易发生缩锡或不沾锡，从而使得整个焊球容易从铜柱的顶部表面脱落。因此，本专利技术提出了一种，在所述柱状电极侧壁表面、顶部表面形成扩散阻挡层，在所述扩散阻挡层表面形成钝化层后，对所述钝化层进行研磨，直到暴露出所述扩散阻挡层；在所述暴露出的扩散阻挡层表面形成焊球。由于所述焊球位于所述暴露出的扩散阻挡层表面，扩散阻挡层使得柱状电极与焊球相隔离，不会形成锡铜界面合金化合物，所述焊球不容易从柱状电极脱落。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。第一实施例本专利技术第一实施例首先提供了一种，请参考图2，为所述的流程示意图，具体包括步骤S101，提供芯片，所述芯片表面具有焊盘，在所述芯片表面形成暴露出所述焊盘的绝缘层；步骤S102，在所述绝缘层表面形成第一钝化层，所述第一钝化层覆盖部分焊盘；步骤S103，在所述焊盘和第一钝化层表面形成电镀种子层，在所述电镀种子层表面形成第二掩膜层，在所述第二掩膜层内形成贯穿所述第二掩膜层的第二开口 ；步骤S104，利用电镀工艺在所述第二开口内形成柱状电极；步骤S105，去除所述第二掩膜层；步骤S106，在所述电镀种子层表面形成第一掩膜层，所述第一掩膜层对应于柱状电极的位置具有第一开口，所述第一开口的尺寸大于所述柱状电极的尺寸，且所述第一开口侧壁与柱状电极侧壁之间具有间隙； 步骤S107,在所述柱状电极侧壁表面、顶部表面、第一开口暴露出的电镀种子层表面形成扩散阻挡层；步骤S108，在所述扩散阻挡层表面形成浸润层；步骤S109，去除所述第一掩膜层和暴露出的电镀种子层，在所述第一钝化层表面形成钝化层，且所述钝化层覆盖所述柱状电极；步骤S110，对所述钝化层进行研磨，直到暴露出所述扩散阻挡层；步骤S111，在所述暴露出的扩散阻挡层表面形成焊球。具体的，请参考图3至图13，为本专利技术第一实施例的半导体封装结构的形成过程的剖面结构示意图。请参考图3，提供芯片100，所述芯片100表面具有焊盘101，在所述芯片100表面形成暴露出所述焊盘101的绝缘层110。所述芯片100为娃基底、错基底、绝缘体上娃基底其中的一种，所述芯片100内形成有半导体器件(未图示)和金属互连结构(未图示)等，所述半导体器件与所述焊盘可以位于芯片的同一侧表面，也可以位于芯片的不同侧表面。所述半导体器件与焊盘电学连接，当所述半导体器件与所述焊盘位于芯片的不同侧表面时，利用贯穿所述芯片的硅通孔将焊盘与半导体器件电学连接。在本实施例中，所述焊盘101和后续形成的位于焊盘表面的电镀种子层构成金属互连结构。后续的柱状电极形成在所述焊盘101上。所述焊盘101的材料为铝、铜、金或银等，所述半导体器件利用所述焊盘101和后续形成的柱状电极、焊球等与外电路相连接。形成所述焊盘101后，在所述芯片100和焊盘101表面形成绝缘材料层，并对所述绝缘材料层进行刻蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体封装结构的形成方法，其特征在于，包括：提供芯片，所述芯片表面具有金属互连结构，在所述芯片表面形成暴露出所述金属互连结构的绝缘层；在金属互连结构表面形成柱状电极；在所述柱状电极侧壁表面、顶部表面形成扩散阻挡层；在所述绝缘层表面形成钝化层，所述钝化层覆盖所述柱状电极；对所述钝化层进行研磨，直到暴露出所述扩散阻挡层；在所述暴露出的扩散阻挡层表面形成焊球。

【技术特征摘要】
1.一种半导体封装结构的形成方法，其特征在于，包括 提供芯片，所述芯片表面具有金属互连结构，在所述芯片表面形成暴露出所述金属互连结构的绝缘层； 在金属互连结构表面形成柱状电极； 在所述柱状电极侧壁表面、顶部表面形成扩散阻挡层； 在所述绝缘层表面形成钝化层，所述钝化层覆盖所述柱状电极； 对所述钝化层进行研磨，直到暴露出所述扩散阻挡层； 在所述暴露出的扩散阻挡层表面形成焊球。2.如权利要求I所述的半导体封装结构的形成方法，其特征在于，还包括 在所述扩散阻挡层表面形成浸润层，形成钝化层后，对所述钝化层进行研磨，直到暴露出所述浸润层，在所述暴露出的浸润层表面形成焊球。3.如权利要求2所述的半导体封装结构的形成方法，其特征在于，所述浸润层的材料至少包括金元素、银元素、铟元素和锡元素中的一种。4.如权利要求I所述的半导体封装结构的形成方法，其特征在于，所述扩散阻挡层为镍层。5.如权利要求I所述的半导体封装结构的形成方法，其特征在于，形成所述扩散阻挡层的工艺包括在所述绝缘层表面形成第一掩膜层，所述第一掩膜层对应于柱状电极的位置具有第一开口，所述第一开口的尺寸大于所述柱状电极的尺寸，且所述第一开口侧壁与柱状电极侧壁之间具有间隙；在所述柱状电极侧壁表面、顶部表面利用化学镀工艺或电镀工艺形成扩散阻挡层。6.如权利要求2所述的半导体封装结构的形成方法，其特征在于，形成所述浸润层的工艺包括在所述扩散阻挡层表面利用化学镀工艺或电镀工艺形成浸润层。7.如权利要求I或2所述的半导体封装结构的形成方法，其特征在于，所述扩散阻挡层形成在所述柱状电极侧壁表面、顶部表面、柱状电极底部周围暴露的金属互连结...

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