[發(fā)明專(zhuān)利]一種提高產(chǎn)品可靠性的凸塊結(jié)構(gòu)及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410121532.0
• 申請(qǐng)日: 2014-03-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103872003B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-02-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭洪巖;張愛(ài)兵;張黎;賴(lài)志明;陳錦輝
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江陰長(zhǎng)電先進(jìn)封裝有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L23/498
• 分類(lèi)號(hào): H01L23/498;H01L21/60
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司32200
• 代理人: 彭英

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種提高產(chǎn)品可靠性的凸塊結(jié)構(gòu)及其制備方法，屬于半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品的系統(tǒng)功能愈加復(fù)雜，而對(duì)于內(nèi)部芯片而言，具有更好的可靠性與更短的信號(hào)延時(shí)成為一個(gè)必然的發(fā)展趨勢(shì)。與此同時(shí)，由于迎合了這一發(fā)展趨勢(shì)，半導(dǎo)體封裝行業(yè)凸塊技術(shù)得以迅速的發(fā)展,?隨著前端半導(dǎo)體集成度的不斷提高,?凸塊結(jié)構(gòu)也由傳統(tǒng)的焊錫凸塊發(fā)展成為更小節(jié)距的銅柱凸塊。銅柱凸塊包括了用以維持倒裝后站立高度的銅柱和進(jìn)行焊接互聯(lián)的焊錫帽，其通常是通過(guò)電鍍的方式來(lái)制備。但是，這種銅柱凸塊結(jié)構(gòu)在制備和使用中還存在如下的一些問(wèn)題：?

1、銅柱表面由于與空氣接觸后較容易被空氣氧化生成金屬氧化物，這種疏松的氧化物會(huì)導(dǎo)致銅柱與底填材料或塑封料分層，從而降低產(chǎn)品的可靠性；

2、焊錫在銅表面具有很好的潤(rùn)濕性，當(dāng)芯片表面形成的凸塊結(jié)構(gòu)在倒裝回流焊的時(shí)候，由于銅柱較好的潤(rùn)濕性，錫帽部分的錫會(huì)沿著銅塊側(cè)壁向上攀附，形成蘑菇狀的焊錫團(tuán)，由于焊錫往上攀附，導(dǎo)致下方錫帽的高度降低，當(dāng)?shù)寡b在基板上時(shí)，錫帽因沒(méi)有足夠的焊錫量與基板上的引腳形成回路，從而出現(xiàn)虛焊現(xiàn)象。對(duì)于復(fù)雜的芯片結(jié)構(gòu)，由于凸塊結(jié)構(gòu)數(shù)較多，出現(xiàn)虛焊的可能性就更高，產(chǎn)品的可靠性將急劇降低；

3、傳統(tǒng)的焊錫帽由純錫或二元錫基合金材料通過(guò)電鍍方式形成。其中，使用純錫材料生成的焊錫帽，其熔點(diǎn)較高，一般232°C左右，具有不同的熱膨脹系數(shù)的基板、凸塊、芯片硅基等對(duì)象在溫度越高的工藝條件下產(chǎn)生的應(yīng)力會(huì)越大，由于熱膨脹導(dǎo)致的凸塊與基板尺寸的變化，使得倒裝工藝的精度難以控制，另外，純錫的力學(xué)性能并不好，影響產(chǎn)品的可靠性；而使用二元錫基合金生成的焊錫帽，其熔點(diǎn)稍低，力學(xué)性能更佳，但是其電鍍工藝卻較難控制，鍍液成本較高，而產(chǎn)品成型效率較低。另外，力學(xué)性能更好的多元錫基合金更是難以通過(guò)電鍍的方式生成。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有凸塊結(jié)構(gòu)的不足，提供一種提高產(chǎn)品可靠性的凸塊結(jié)構(gòu)及其制備方法，提高產(chǎn)品的成型效率和產(chǎn)品的力學(xué)性能。?

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的：?

本發(fā)明一種提高產(chǎn)品可靠性的凸塊結(jié)構(gòu)，其包括表面設(shè)置有芯片電極的硅基體，所述硅基體的上表面附著有芯片表面鈍化層，并在芯片電極的上方設(shè)置有芯片表面鈍化層開(kāi)口，所述芯片表面鈍化層開(kāi)口露出芯片電極的表面。

本發(fā)明所述芯片表面鈍化層開(kāi)口的內(nèi)壁以及裸露的芯片電極的表面設(shè)置金屬濺射層，所述金屬濺射層的表面固定連接金屬凸塊，所述金屬凸塊包括金屬柱、金屬帽與金屬保護(hù)層，所述金屬柱與金屬濺射層的表面固連，所述金屬帽設(shè)置于金屬柱的頂端，所述金屬保護(hù)層設(shè)置于金屬柱的外側(cè)壁。?

進(jìn)一步地，所述金屬保護(hù)層的材質(zhì)為Ni、Ni/Au或Ni/Pd/Au。?

進(jìn)一步地，所述金屬保護(hù)層的厚度為2μm±0.1μm。?

本發(fā)明一種提高產(chǎn)品可靠性的凸塊結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下工藝過(guò)程：?

步驟一、提供表面設(shè)置有芯片電極的硅基體，所述硅基體的上表面附著有芯片表面鈍化層，所述芯片電極的上方設(shè)置的芯片表面鈍化層開(kāi)口露出芯片電極的表面；

步驟二、在芯片表面鈍化層的上表面和芯片表面鈍化層開(kāi)口的內(nèi)壁、以及裸露的芯片電極的表面通過(guò)濺射工藝覆蓋金屬濺射層，所述金屬濺射層位于芯片電極的正上方且不超出芯片電極的垂直范圍，所述金屬濺射層為金屬濺射層的水平延展部分；

步驟三、在金屬濺射層的上表面涂覆達(dá)到預(yù)設(shè)高度的光刻膠，通過(guò)光刻工藝去除芯片表面鈍化層開(kāi)口正上方的光刻膠，形成光刻膠圖形開(kāi)口，在光刻膠圖形開(kāi)口中通過(guò)電鍍工藝依次形成金屬柱和金屬柱頂端的金屬錫柱；

步驟四、通過(guò)腐蝕去膠工藝，去除剩余的光刻膠和金屬柱周邊的金屬濺射層；

步驟五、通過(guò)化學(xué)鍍工藝，在金屬柱和金屬錫柱的外表面同時(shí)形成金屬保護(hù)層，所述金屬保護(hù)層位于金屬柱的外表面，所述金屬保護(hù)層位于金屬錫柱的外表面；

步驟六、金屬錫柱與金屬錫柱表面的金屬保護(hù)層通過(guò)回流工藝形成金屬帽。

進(jìn)一步地，所述金屬保護(hù)層的厚度為2μm±0.1μm。?

進(jìn)一步地，所述金屬保護(hù)層的材質(zhì)為Ni、Ni/Au或Ni/Pd/Au。?

進(jìn)一步地，所述金屬保護(hù)層占金屬帽的比重為3%~5%。?

進(jìn)一步地，所述金屬錫柱與金屬保護(hù)層的比重為96%：4%。?

本發(fā)明的有益效果是：?

1、在金屬柱的外表面增加惰性金屬材質(zhì)的金屬保護(hù)層，避免了裸露在空氣的金屬柱，如銅柱，被空氣氧化，提高了產(chǎn)品的可靠性；