[發明專利]具有凸塊保護結構的倒裝芯片及其制備方法

在審

• 申請號: 201710173258.5
• 申請日: 2017-03-22
• 公開（公告）號: CN106816422A
• 公開（公告）日: 2017-06-09
• 發明（設計）人: 吳政達;林正忠
• 申請（專利權）人: 中芯長電半導體（江陰）有限公司
• 主分類號: H01L23/488
• 分類號: H01L23/488;H01L21/60
• 代理公司: 上海光華專利事務所31219
• 代理人: 姚艷

技術領域

本發明涉及半導體封裝技術領域，特別是涉及一種具有凸塊保護結構的倒裝芯片及其制備方法。

背景技術

倒裝芯片(Flip Chip)封裝技術是當今半導體封裝技術的發展方向。在MPU、FPGA、應用處理器、高速內存和無線設備等先進半導體中，倒裝芯片是應用最廣泛的封裝技術。由于其具有性能優越、形狀因子小和成本合理等特點，自2000年初以來，倒裝芯片封裝技術便開始迅猛發展，而且未來還將應用于更多的設備之中。以往的一級封裝技術都是將芯片的有源區面朝上，背對基板粘貼后鍵合(引線鍵合和載帶自動鍵合TAB)，而倒裝芯片封裝技術則是將芯片有源區面對基板進行鍵合。倒裝芯片封裝技術的特點是在芯片和基板上分別制備焊盤，然后面對面鍵合。倒裝芯片封裝技術可以利用芯片上所有面積來獲得I/O端，晶圓片利用效率得到極大提高，它能提供最高的封裝密度、最高的I/O數和最小的封裝外形。利用倒裝芯片封裝技術，引線可以做到最短，電抗最小，可以獲得最高的工作頻率和最小的噪聲。

實現倒裝芯片封裝技術，凸塊的形成是其工藝過程的關鍵。凸塊的作用是充當芯片與基板之間的機械互連和電互連，有時還起到熱互連的作用。凸塊制作技術的種類很多，如蒸發沉積法、印刷法、釘頭凸塊法、釬料傳送法、電鍍法等。電鍍法由于成本較低目前已是凸塊制作的常用工藝。對現有技術電鍍凸塊工藝而言，金屬種子層材料要濺射在整個晶圓片的表面上，然后淀積光刻膠，并用光刻的方法在芯片鍵合點上形成開口。然后將凸塊材料電鍍到晶圓片上并包含在光刻膠的開口中，再使其回流。其后將光刻膠剝離，并對曝光的金屬種子層材料進行刻蝕，得到最終的凸塊。不難發現，由于凸塊具有優良的電性能和熱特性、較低的電阻和電容率、較低的熱阻以及良好的抗電遷移性，并且不受焊盤尺寸的限制，適于批量生產，并可大大減小封裝尺寸和重量，因此凸塊常應用于細間距的連接。然而，在實現倒裝芯片封裝技術時，由于材料具有熱脹冷縮特性，在溫度作用下會發生體積變化，產生應變，當封裝結構的應變受到各組成部分之間熱膨脹系數差異的影響不能自由發展時，就會產生應力，若凸塊的強度不足，應力較大時往往會造成凸塊裂縫等問題而引起凸塊失效。

此外，在制備倒裝芯片的后段制程中，對于形成凸塊后的晶圓片，需要先在晶圓片的正面(即有源區面)粘貼保護膜，然后根據實際需要的芯片厚度對晶圓片的背面進行研磨和激光打標。隨后去除保護膜，對晶圓片進行切割分片，形成若干個具有凸塊的芯片，用于倒裝芯片封裝。不難發現，該段制程的工藝較復雜，并且成本較高。

因此，如何提供更強的凸塊強度，以避免應力較大時造成凸塊失效，同時簡化制備倒裝芯片的后段制程，是亟待解決的問題。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種具有凸塊保護結構的倒裝芯片及其制備方法，用于解決現有技術中由于凸塊的強度不足，應力較大時易造成凸塊失效的問題，以及制備導致芯片的后段制程工藝較復雜，成本較高的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種具有凸塊保護結構的倒裝芯片，其中，所述具有凸塊保護結構的倒裝芯片至少包括：

芯片；

形成于所述芯片上表面的連接層；

形成于所述連接層上的凸塊，且所述凸塊通過所述連接層實現與所述芯片的電性連接；以及

形成于所述連接層上表面且包圍部分凸塊的鈍化層，從而形成凸塊保護結構。

優選地，所述連接層至少包括：

形成于所述芯片上表面的多個焊盤；

覆蓋于所述芯片上表面以及每個焊盤兩端的介質層；以及

形成于所述介質層上表面的絕緣層。

優選地，所述凸塊形成于每個焊盤的上表面并覆蓋部分絕緣層，且所述凸塊通過所述焊盤實現與所述芯片的電性連接。

優選地，所述凸塊至少包括：

形成于每個焊盤上表面且覆蓋部分絕緣層的金屬柱；以及

形成于所述金屬柱上表面的金屬帽。

優選地，所述鈍化層包圍所述金屬柱。

優選地，所述金屬柱采用Cu或Ni金屬材料。

優選地，所述金屬帽采用錫、銅、鎳、銀錫銅合金或者錫基合金中的一種材料。

優選地，所述介質層采用低k介電材料。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種具有凸塊保護結構的倒裝芯片的制備方法，其中，所述具有凸塊保護結構的倒裝芯片的制備方法至少包括如下步驟：

提供一晶圓片，所述晶圓片至少包括若干個芯片；

于所述晶圓片的上表面形成覆蓋所有芯片上表面的連接層；