CN103426850B

CN103426850B - 晶圆级芯片尺寸封装结构

Info

Publication number: CN103426850B
Application number: CN201310379716.2A
Authority: CN
Inventors: 高国华; 丁万春; 郭飞; 朱桂林
Original assignee: Nantong Fujitsu Microelectronics Co Ltd
Current assignee: Tongfu Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2013-08-27
Filing date: 2013-08-27
Publication date: 2016-04-06
Anticipated expiration: 2033-08-27
Also published as: CN103426850A

Abstract

一种晶圆级芯片尺寸封装结构，包括：表面具有多个焊盘的芯片；位于芯片及焊盘上的钝化层，钝化层具有露出焊盘的第一开口；位于钝化层上的第一绝缘层，第一绝缘层的上表面设有凹槽，凹槽下方设有露出焊盘的第二开口；覆盖在凹槽及焊盘上的再布线，再布线的上表面低于第一绝缘层的上表面；位于第一绝缘层及再布线上的第二绝缘层，第二绝缘层具有露出再布线的第三开口；第三开口下方的再布线上的金属焊球。该晶圆级芯片尺寸封装结构不存在漏电流的问题。

Description

晶圆级芯片尺寸封装结构

技术领域

本发明涉及半导体封装领域，特别是涉及一种晶圆级芯片尺寸封装结构。

背景技术

晶圆级芯片尺寸封装（WaferLevelChipScalePackaging，简称WLCSP）技术是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片的技术，它彻底颠覆了传统封装，如陶瓷无引线芯片载具（CeramicLeadlessChipCarrier）、有机无引线芯片载具（OrganicLeadlessChipCarrier）的模式，顺应了市场对微电子产品日益轻、小、短、薄化和低价化的要求。经晶圆级芯片尺寸封装技术封装后的芯片尺寸达到了高度微型化，芯片成本随着芯片尺寸的减小和晶圆尺寸的增大而显著降低。

图6是现有一种晶圆级芯片尺寸封装结构的剖面结构示意图，该晶圆级芯片尺寸封装结构的形成方法包括：

如图1所示，在表面具有多个（图中仅显示出一个）焊盘P的芯片1上形成钝化层2，钝化层2具有露出焊盘P的第一开口（未标识）；在钝化层2上形成第一绝缘层3，第一绝缘层3具有露出焊盘P的第二开口（未标识），第一绝缘层3的上表面S是平坦的；

如图2所示，在第一绝缘层3和焊盘P上形成金属种子材料层4a，在金属种子材料层4a上形成第一图形化光刻胶层5，第一图形化光刻胶层5具有露出部分金属种子材料层4a的第三开口（未标识），且所述第三开口与焊盘P的位置对应；

继续参照图2所示，以第一图形化光刻胶层5为掩模，在所述第三开口下方的金属种子材料层4a上形成再布线6，使得再布线6与焊盘P电连接，芯片1上位于同一层的再布线6之间被第一图形化光刻胶层5隔开；

如图3所示，去除第一图形化光刻胶层5（如图2所示），在第一图形化光刻胶层5所在位置形成开口7；

如图4所示，以再布线6为掩模对金属种子材料层4a（如图3所示）进行刻蚀，以去除开口7下方的金属种子材料层4a，形成多个间隔开的金属种子层4；

如图5所示，在第一绝缘层3及再布线6上形成第二绝缘层8，第二绝缘层8具有露出再布线6末端的第四开口（未标识），芯片1上位于同一层的再布线6之间被保护层8电隔离、同一层的金属种子层4之间被第二绝缘层8电隔离；

如图6所示，在所述第四开口下方的再布线6上形成金属焊球9。

但是，上述晶圆级芯片尺寸封装结构存在漏电流的问题。

发明内容

本发明要解决的问题是：现有晶圆级芯片尺寸封装结构存在漏电流的问题。

为解决上述问题，本发明提供了一种晶圆级芯片尺寸封装结构，包括：

表面具有多个焊盘的芯片；

位于所述芯片及焊盘上的钝化层，所述钝化层具有露出焊盘的第一开口；

位于所述钝化层上的第一绝缘层，所述第一绝缘层的上表面设有凹槽，所述凹槽下方设有露出焊盘的第二开口；

覆盖在所述凹槽及焊盘上的再布线，所述再布线的上表面低于所述第一绝缘层的上表面；

位于所述第一绝缘层及再布线上的第二绝缘层，所述第二绝缘层具有露出再布线的第三开口；

所述第三开口下方的再布线上的金属焊球。

可选的，还包括：覆盖在所述凹槽及焊盘上、并位于所述再布线下方的金属种子层。

可选的，所述金属种子层的材料为Ti、Al、Ni、Cu、Cr、Au中的一种或多种。

可选的，还包括：位于所述金属焊球与所述第三开口下方的再布线之间的凸点底部金属层，所述凸点底部金属层包括扩散阻挡金属层、及位于所述扩散阻挡金属层上的浸润金属层。

可选的，所述扩散阻挡金属层的材料为Ni、Cu中的一种或多种，所述浸润金属层的材料为Sn、Au、Ag、Cu中的一种或多种。

可选的，所述第一绝缘层为绝缘的光敏材料层。

可选的，所述光敏材料层的材料为聚酰亚胺或光刻胶。

可选的，所述第二绝缘层的材料为绝缘的光敏材料层。

可选的，所述光敏材料层的材料为聚酰亚胺或光刻胶。

可选的，所述再布线的材料为Cu，或者，所述再布线为Ni层与SnAg合金层的叠层。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

由于第一绝缘层的上表面设有凹槽，使得第一绝缘层的上表面高度不一致，由于再布线位于凹槽内、且再布线的上表面低于第一绝缘层的上表面，因此，芯片上位于同一层的再布线均埋入第一绝缘层内，使得同一层的再布线之间被第一绝缘层电隔离，在芯片工作时，再布线所产生的电流在第一绝缘层的绝缘作用下，不会向位于同一层的其他再布线泄露，因而消除了晶圆级芯片尺寸封装结构存在漏电流的可能。

附图说明

图1至图6是现有晶圆级芯片尺寸封装结构在各个制作阶段的剖面结构示意图；

图7是本发明的一个实施例中晶圆级芯片尺寸封装结构的剖面结构示意图。

具体实施方式

经研究发现，造成现有晶圆级芯片尺寸封装结构存在漏电流的问题的原因为：

如图3所示，金属种子材料层4a的材料一般为钛铜合金，第一绝缘层3一般为有机物（如聚酰亚胺），在第一绝缘层3与金属种子材料层4a接触的表面，即第一绝缘层3的上表面S容易形成钛键，结合图4所示，形成金属种子层4之后，开口7下方的第一绝缘层3上表面S仍存在钛键；如图5所示，虽然芯片1上位于同一层的金属种子层4之间被第二绝缘层8隔开，但是，由于开口7下方的第一绝缘层3上表面S（结合图4所示）仍存在钛键，而位于同一层的金属种子层4也均位于第一绝缘层3的上表面S上，因此，当芯片1在高电压、高电流条件下工作时，再布线6所产生的电流会通过其下方的金属种子层4、第一绝缘层3上表面S的钛键向位于同一层的其他再布线6处泄露，造成晶圆级芯片尺寸封装结构存在漏电流。

为了解决上述问题，本发明提供了一种改进的晶圆级芯片尺寸封装结构，该封装结构在第一绝缘层的上表面设置有凹槽，使得第一绝缘层的上表面高度不一致，并使再布线位于凹槽内、且再布线的上表面低于第一绝缘层的上表面，使得芯片上位于同一层的再布线埋入第一绝缘层内，进而使得同一层的再布线之间被第一绝缘层电隔离，在芯片工作时，再布线所产生的电流在第一绝缘层的绝缘作用下，不会向位于同一层的其他再布线泄露，因而消除了晶圆级芯片尺寸封装结构存在漏电流的可能。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

如图7所示，本实施例的晶圆级芯片尺寸封装结构包括：

表面具有多个焊盘P的芯片100；

位于芯片100及焊盘P上的钝化层110，钝化层110具有露出焊盘P的第一开口（未标识）；

位于钝化层110上的第一绝缘层120，第一绝缘层120的上表面S1设有凹槽121，凹槽121下方设有露出焊盘P的第二开口（未标识）；

覆盖在凹槽121及焊盘P上的金属种子层130，金属种子层130的上表面低于第一绝缘层120的上表面S1；

位于金属种子层130上的再布线150，再布线150的上表面低于第一绝缘层120的上表面S1；

位于第一绝缘层120及再布线150上的第二绝缘层160，第二绝缘层160具有露出再布线150的第三开口（未标识）；

位于所述第三开口下方的再布线150上的凸点底部金属层（UnderBumpMetallization，简称UBM）170，凸点底部金属层170包括扩散阻挡金属层171、及位于扩散阻挡金属层171上的浸润金属层172；

位于凸点底部金属层170上的金属焊球190。

由于第一绝缘层120的上表面S1设有凹槽121、且位于凹槽121内的再布线150的上表面低于第一绝缘层120的上表面S1，因此，可以视作再布线150埋入第一绝缘层120内，芯片100上位于同一层的再布线150之间会被第一绝缘层120电隔离。在芯片100工作时，再布线150所产生的电流在第一绝缘层120的绝缘作用下，不会向位于同一层的其他再布线150泄露，因而消除了晶圆级芯片尺寸封装结构存在漏电流的可能。

焊盘P是芯片100的功能输出端子，并最终通过后续形成的金属焊球190实现电性功能的传导过渡。在本实施例中，焊盘P的材料为铜或铝。

钝化层110用于保护芯片100中的电路。在本实施例中，钝化层110的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、聚酰亚胺（polyimide，简称PI）、苯三聚丁烯等介电材料或它们的组合物。

第一绝缘层120用于使再布线150之间电隔离。在本实施例中，第一绝缘层120为绝缘的光敏材料层，利用光刻工艺可以对所述光敏材料层进行图形化，以获得所需图形。在具体实施例中，所述光敏材料层为聚酰亚胺或光刻胶。

由于金属种子层130位于再布线150下方，而再布线150的上表面低于第一绝缘层120的上表面S1，因此，可以视作金属种子层130埋入第一绝缘层120内，使得芯片100上位于同一层的金属种子层130之间被第一绝缘层120电隔离。

在本实施例中，金属种子层130的材料含有Ti。在其它实施例中，金属种子层130的材料还可以含有Al、Ni、Cu、Cr、Au中的一种或多种。

在本实施例中，再布线150的材料为Cu。在其他实施例中，再布线150为Ni层与SnAg合金层的叠层。

在本实施例中，第二绝缘层160的材料为聚酰亚胺或光刻胶。

在本实施例中，第二绝缘层160上的第三开口位于再布线150的末端。

在具体实施例中，扩散阻挡金属层171的材料为Ni、Cu中的一种或多种，浸润金属层172的材料为Sn、Au、Ag、Cu中的一种或多种。

在本实施例中，金属焊球190的材料为SnAgCu合金、SnAgCuNi合金或SnPb合金。

若直接在再布线150上形成金属焊球190，则再布线150与金属焊球190之间会通过原子的扩散形成界面合金共化物和空洞，界面合金共化物具有脆性，将会影响焊点的机械强度和寿命。在金属焊球190与再布线150之间形成扩散阻挡金属层171之后，可以防止形成界面合金共化物和空洞。由于扩散阻挡金属层171容易氧化，因而在扩散阻挡金属层171上方形成浸润金属层172，以防止扩散阻挡金属层171的氧化。另外，浸润金属层172可以增加金属焊球190的附着力。

在其他实施例中，再布线与金属焊球之间也可以没有凸点底部金属层，使再布线与金属焊球直接接触。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims

1.一种晶圆级芯片尺寸封装结构，其特征在于，包括：

表面具有多个焊盘的芯片；

覆盖在所述凹槽及焊盘上、并位于所述再布线下方的金属种子层，所述金属种子层的上表面低于所述第一绝缘层的上表面；

所述第三开口下方的再布线上的金属焊球。

2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述金属种子层的材料为Ti、Al、Ni、Cu、Cr、Au中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，还包括：位于所述金属焊球与所述第三开口下方的再布线之间的凸点底部金属层，所述凸点底部金属层包括扩散阻挡金属层、及位于所述扩散阻挡金属层上的浸润金属层。

4.根据权利要求3所述的封装结构，其特征在于，所述扩散阻挡金属层的材料为Ni、Cu中的一种或多种，所述浸润金属层的材料为Sn、Au、Ag、Cu中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一绝缘层为绝缘的光敏材料层。

6.根据权利要求5所述的封装结构，其特征在于，所述光敏材料层的材料为聚酰亚胺或光刻胶。

7.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第二绝缘层的材料为绝缘的光敏材料层。

8.根据权利要求7所述的封装结构，其特征在于，所述光敏材料层的材料为聚酰亚胺或光刻胶。

9.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述再布线的材料为Cu，或者，所述再布线为Ni层与SnAg合金层的叠层。