專利名稱：晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及芯片封裝領(lǐng)域，特別涉及一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法。
背景技術(shù)：
隨著芯片的尺寸越來越小，功能越來越強(qiáng)，焊墊數(shù)目增多，間距變窄，相應(yīng)地，對芯片封裝也提出了較高的要求。傳統(tǒng)的芯片封裝方法通常是采用引線鍵合(Wire Bonding)進(jìn)行封裝，但隨著芯片的飛速發(fā)展，晶圓級封裝逐漸取代引線鍵合，在公開號為CN101740422A的中國專利文件中，可以發(fā)現(xiàn)更多有關(guān)晶圓級封裝的資料?，F(xiàn)有的晶圓級封裝的工藝具體包括請參考圖1，提供待封裝晶圓100，所述待封裝晶圓100表面具有多個分立焊墊101和鈍化層102，所述鈍化層102覆蓋所述焊墊101的側(cè)壁和部分表面，所述鈍化層102用于保護(hù)所述焊墊101避免受到損傷。請參考圖2，濺鍍金屬層覆蓋所述焊墊101以及所述鈍化層102，所述金屬層作為后續(xù)電鍍銅工藝的籽晶層，還需要說明的是，為了使得金屬層與所述焊墊101以及所述鈍化層102粘附性好、應(yīng)力小，通常會先濺鍍覆蓋所述焊墊101以及所述鈍化層102的鈦金屬層110，然后在鈦金屬層110表面濺鍍銅金屬層120。請參考圖3，在所述銅金屬層120表面形成光刻膠圖形130，所述光刻膠圖形130 與后續(xù)待形成的銅金屬柱位置對應(yīng)，所述光刻膠圖形130暴露出與焊墊101對應(yīng)的部分銅金屬層120。請參考圖4，以所述光刻膠圖形130為掩膜，在所述光刻膠圖形130暴露出的銅金屬層120表面電鍍銅，形成銅金屬柱131，并在銅金屬柱131表面形成焊錫層132。請參考圖5，去除所述光刻膠圖形130，并處理所述焊錫層132，在所述銅金屬柱 131表面形成焊球133。但是，采用上述工藝形成的晶圓級封裝可能會出現(xiàn)斷路現(xiàn)象，且封裝后的產(chǎn)品可
靠性較差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的問題是提供一種封裝質(zhì)量高且工藝簡單的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及晶圓級封裝方法。為解決上述問題，本發(fā)明提供一種晶圓級封裝方法，包括提供待封裝晶圓，所述晶圓表面形成有多個分立焊墊；在所述焊墊表面形成導(dǎo)電的等高柱；在所述等高柱表面形成凸點°可選的，所述等高柱形成步驟包括提供金屬板，所述金屬板具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，將金屬板的第一表面與形成有焊墊的晶圓表面對位鍵合；去除部分金屬板，形成等高柱。
可選的，所述凸點的形成工藝為在等高柱表面形成凸點層，所述凸點層材料的熔點與等高柱的熔點不同；回流焊凸點層，形成位于所述等高柱表面的凸點?？蛇x的，所述凸點層包括底部金屬層和位于底部金屬層表面的焊料凸點層?？蛇x的，所述等高柱材料為銅。本發(fā)明還提供一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括待封裝晶圓，所述晶圓表面形成有多個分立焊墊；位于所述焊墊表面的等高柱；位于所述等高柱表面的凸點?？蛇x的，所述等高柱材料為銅?？蛇x的，所述等高柱為實心結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點本發(fā)明提供的晶圓級封裝方法采用對位鍵合金屬板和待封裝晶圓，然后去除部分的金屬板形成多個等高實心柱，由于之前金屬板具有平坦表面和均一厚度，使得多個等高實心柱高度一致；本發(fā)明采用對金屬板刻蝕形成等高實心柱，所述等高實心柱內(nèi)部沒有氣泡；形成在等高實心柱表面的凸點層厚度均一性好，使得后續(xù)回流焊形成的凸點高度一致且均一性好。進(jìn)一步的，本實施例的等高實心柱材料為銅，銅具有良好的傳導(dǎo)性，提高第一實施例的晶圓級封裝方法形成產(chǎn)品的電學(xué)性能，并且銅具有良好的散熱性能，具有良好導(dǎo)電性能且均一性好的等高實心柱能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)間距互連。本發(fā)明提供的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)凸點高度一致，所述等高實心柱內(nèi)部沒氣泡，封裝
質(zhì)量進(jìn)一步的，本實施例的等高實心柱材料為銅，銅具有良好的傳導(dǎo)性，提高晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能，并且銅具有良好的散熱性能，具有良好導(dǎo)電性能且均一性好的等高實心柱能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)間距互連，且位于等高柱表面的凸點高度一致。


圖1至圖5是現(xiàn)有晶圓級封裝工藝過程示意圖
圖6是本發(fā)明晶圓級封裝方法的流程示意圖；圖7是本發(fā)明實施例的晶圓級封裝方法的流程示意圖；圖8至圖12是本發(fā)明實施例的晶圓級封裝方法的過程示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量實驗，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有工藝的晶圓級封裝出現(xiàn)斷路現(xiàn)象是由于下列原因引起的由于芯片焊墊之間的間距越來越窄，而銅金屬柱131又具有一定的高度， 從而使得光刻膠圖形的開口較小，待形成的銅金屬柱131縱寬比大，在電鍍過程中容易出現(xiàn)氣泡，導(dǎo)致后續(xù)封裝工藝出現(xiàn)斷路；而本發(fā)明的發(fā)明人在實驗中還發(fā)現(xiàn)，采用現(xiàn)有的晶圓級封裝工藝封裝后的產(chǎn)品可靠性較低是由于現(xiàn)有的封裝工藝中采用了電鍍工藝，電鍍后的銅金屬柱131表面不平坦，使得焊錫層132與不平坦的銅金屬柱131結(jié)合性差，焊錫層 132形成的焊球高低不一，與后續(xù)PCB安裝不匹配，封裝后的產(chǎn)品可靠性低。為此，本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)過大量的研究，提供一種晶圓級封裝方法，請參考圖6，包括如下步驟
4
步驟S101，提供待封裝晶圓，所述晶圓表面形成有多個分立焊墊；步驟S102，在所述焊墊表面形成導(dǎo)電的等高柱；步驟S103，在所述等高柱表面形成凸點。所述等高柱采用鍵合工藝形成，避免現(xiàn)有技術(shù)形成的金屬柱具有氣泡的缺陷，且現(xiàn)有電鍍工藝形成的金屬柱高低參差不齊，需要額外平坦化工藝，而本實施例形成的等高柱為實心結(jié)構(gòu)，高度一致，不需要額外平坦化工藝，節(jié)約工藝步驟，封裝質(zhì)量高。本發(fā)明的發(fā)明人還提供一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括待封裝晶圓，所述晶圓表面形成有多個分立焊墊；位于所述焊墊表面的等高柱； 位于所述等高柱表面的凸點。本發(fā)明實施例的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的等高柱為實心結(jié)構(gòu)、內(nèi)部沒有氣泡，且位于所述等高柱表面的凸點高度一致，本發(fā)明實施例的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)封裝質(zhì)量高。下面結(jié)合一實施例對本發(fā)明的晶圓級封裝方法做詳細(xì)說明，請參考圖7，包括如下步驟 步驟S201，提供待封裝晶圓，所述晶圓表面形成有多個分立焊墊和鈍化層，且所述鈍化層覆蓋所述焊墊的側(cè)壁及部分晶圓表面；步驟S202，提供金屬板，所述金屬板具有第一表面和與第一表面相對的第二表面， 將金屬板的第一表面與形成有焊墊的晶圓表面對位鍵合；步驟S203，在所述金屬板的第二表面形成凸點層；步驟S204，去除部分凸點層和金屬板，形成等高實心柱和位于所述等高實心柱表面的凸點層；步驟S205，回流焊凸點層，形成位于所述等高實心柱表面的凸點。圖8至圖12為本發(fā)明提供的晶圓級封裝方法的實施例過程示意圖。請參考圖8，提供待封裝晶圓200，所述晶圓200表面形成有多個分立焊墊201和鈍化層202，且所述鈍化層202覆蓋所述焊墊201的側(cè)壁及部分晶圓表面。所述封裝晶圓200可以是形成有半導(dǎo)體器件的硅襯底、砷化鎵襯底、絕緣層上的硅襯底；所述焊墊201通過后續(xù)形成的金屬柱和凸點與電路板電連接，所述焊墊201的材料為導(dǎo)電材料，比如為銅、鋁、金等導(dǎo)電金屬；所述焊墊201的側(cè)壁覆蓋有所述鈍化層202，所述鈍化層202用于保護(hù)所述焊墊201避免受到損傷，所述鈍化層202的材料為氮化硅、氧化娃。請參考圖9，提供金屬板210，所述金屬板210具有第一表面I和與第一表面I相對的第二表面II，將金屬板210的第一表面I與形成有焊墊201的晶圓200表面對位鍵合。所述金屬板210具有平坦表面和一定厚度，且金屬板厚度均一，為后續(xù)形成金屬柱提供平臺，所述金屬板210材料為鋁、銅、錫、金等金屬材料，所述金屬板厚度為60微米至 70微米，需要說明的是，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)待封裝的晶圓選擇合適的所述金屬板厚度，不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護(hù)范圍；在本實施例中，所述金屬板210的材料為銅，采用銅作為金屬板210的材料具有導(dǎo)電性好，熱性能優(yōu)異，產(chǎn)品可靠性高的優(yōu)點。所述金屬板210具有第一表面I和與第一表面I相對的第二表面II，將金屬板210 的第一表面I通過鍵合工藝與形成有焊墊201的晶圓200表面鍵合，使得金屬板210與晶圓200成為一體。
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請參考圖10，在所述金屬板210的第二表面II形成凸點層220。所述凸點層220的材料為金屬或合金焊料，例如為錫鉛焊料或高錫成分的無鉛焊料，所述凸點層220用于后續(xù)工藝回流焊形成凸點，所述凸點層220的熔點與金屬板210的熔點不同，使得易于在后續(xù)回流焊工藝中形成凸點。所述凸點層220的形成工藝為電鍍，需要說明的是，由于所述金屬板210具有平坦表面，通過電鍍工藝形成在所述金屬板210表面的凸點層220厚度均一性好。所述凸點層220可以為單一覆層或者多層覆層。當(dāng)所述凸點層220為多層覆層時，所述凸點層220包括底部金屬層和位于底部金屬層表面的焊料凸點層，其中底部金屬層使得焊料金屬層與金屬板210更好地結(jié)合。其中，所述底部金屬層為多層堆疊結(jié)構(gòu)，在一實施例中，所述底部金屬層包括位于所述金屬板210的第二表面II的Si層、位于Si層表面的Ni層、位于Ni層表面的Au 層；采用Si-Ni-Au三層堆疊結(jié)構(gòu)能夠使得焊料凸點層與金屬板210更好地結(jié)合，此外， Zn-Ni-Au與后續(xù)的含錫的焊料凸點層在后續(xù)回流焊工藝形成凸點過程中，能夠形成較好的合金相，從而形成導(dǎo)電性能優(yōu)良的凸點，更進(jìn)一步地，Zn-Ni-Au與后續(xù)的含錫的焊料凸點層在形成凸點的過程中，形成的凸點大小一致。需要說明的是，在其他實施例中，所述底部金屬層可以為單一金屬層，或所述底部金屬層可以為其他金屬的多層堆疊結(jié)構(gòu)，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)實際的產(chǎn)品選擇所需的所述底部金屬層，在這里不應(yīng)過分限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。所述焊料凸點層材料為錫鉛焊料或高錫成分的無鉛焊料。請參考圖11，去除部分凸點層220和金屬板210，保留位于所述焊墊201表面的金屬板210和凸點層220，形成等高實心柱211和凸點層220。所述去除工藝為光刻后蝕刻去除工藝，具體地，在所述凸點層220表面形成光刻膠圖形(未示出)，所述光刻膠圖形與所述焊墊201位置對應(yīng)，以所述光刻膠圖形為掩膜，刻蝕所述凸點層220和金屬板210，直至暴露出所述鈍化層202 ；刻蝕工藝可以為濕法刻蝕或干法蝕刻?？涛g后，位于所述焊墊201表面的金屬板210形成多個等高實心柱211。請參考圖12，回流焊凸點層220，形成位于所述實心柱211表面的凸點221。所述回流焊工藝為現(xiàn)有回流焊工藝，在這里不再贅述。通過所述等高實心柱211和凸點221來取代現(xiàn)有技術(shù)的凸點，所述等高實心柱211 和凸點221具有機(jī)械互連和電氣互連兩種作用，用于機(jī)械互連和電氣互連后續(xù)形成的導(dǎo)電焊墊。本發(fā)明實施例的晶圓級封裝方法采用對位鍵合金屬板210和待封裝晶圓200，然后去除部分的金屬板210形成多個等高實心柱211，由于之前金屬板210具有平坦表面和均一厚度，使得多個等高實心柱高度一致；進(jìn)一步地，本發(fā)明第一實施例采用對金屬板刻蝕形成等高實心柱211，所述等高實心柱211內(nèi)部沒有氣泡；形成在等高實心柱211表面的凸點層220厚度均一性好，使得后續(xù)回流焊形成的凸點221高度一致且均一性好。進(jìn)一步的，本實施例的等高實心柱211材料為銅，銅具有良好的傳導(dǎo)性，提高第一實施例的晶圓級封裝方法形成產(chǎn)品的電學(xué)性能，并且銅具有良好的散熱性能，具有良好導(dǎo)電性能且均一性好的等高實心柱211能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)間距互連。
采用本實施例的晶圓級封裝方法形成的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，請參考圖12，包括待封裝晶圓200，所述晶圓200表面形成有多個分立焊墊201和鈍化層202，且所述鈍化層202覆蓋所述焊墊201的側(cè)壁；位于所述焊墊201表面的等高實心柱211，所述等高實心柱211材料為鋁、銅、錫、
金等金屬材料；位于所述等高實心柱211表面的凸點221，所述凸點221材料為金屬或合金焊料， 例如為錫鉛焊料或高錫成分的無鉛焊料。本實施例提供的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)凸點221高度一致，所述等高實心柱211內(nèi)部沒氣泡，封裝質(zhì)量高。進(jìn)一步的，本實施例的等高實心柱211材料為銅，銅具有良好的傳導(dǎo)性，提高晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的電學(xué)性能，并且銅具有良好的散熱性能，具有良好導(dǎo)電性能且均一性好的等高實心柱211能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)間距互連。本發(fā)明雖然已以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以利用上述揭示的方法和技術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種晶圓級封裝方法，包括提供待封裝晶圓，所述晶圓表面形成有多個分立焊墊； 其特征在于，還包括在所述焊墊表面形成導(dǎo)電的等高柱； 在所述等高柱表面形成凸點。
2.如權(quán)利要求1所述晶圓級封裝方法，其特征在于，所述等高柱形成步驟包括 提供金屬板，所述金屬板具有第一表面和與第一表面相對的第二表面，將金屬板的第一表面與形成有焊墊的晶圓表面對位鍵合； 去除部分金屬板，形成等高柱。
3.如權(quán)利要求1所述晶圓級封裝方法，其特征在于，所述凸點的形成工藝為 在等高柱表面形成凸點層，所述凸點層材料的熔點與等高柱的熔點不同；回流焊凸點層，形成位于所述等高柱表面的凸點。
4.如權(quán)利要求3所述晶圓級封裝方法，其特征在于，所述凸點層包括底部金屬層和位于底部金屬層表面的焊料凸點層。
5.如權(quán)利要求1所述晶圓級封裝方法，其特征在于，所述等高柱材料為銅。
6.一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，包括待封裝晶圓，所述晶圓表面形成有多個分立焊墊； 其特征在于，還包括 位于所述焊墊表面的等高柱； 位于所述等高柱表面的凸點。
7.如權(quán)利要求6所述的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述等高柱材料為銅。
8.如權(quán)利要求6所述的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述等高柱為實心結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及封裝方法，其中晶圓級封裝方法包括提供待封裝晶圓，所述晶圓表面形成有多個分立焊墊；在所述焊墊表面形成導(dǎo)電的等高柱；在所述等高柱表面形成凸點。本發(fā)明提供的晶圓級封裝方法工藝簡單，本發(fā)明提供的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)封裝質(zhì)量高。
文檔編號H01L21/60GK102270590SQ20111025734
公開日2011年12月7日 申請日期2011年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月1日
發(fā)明者俞國慶, 楊紅穎, 王宥軍, 王蔚 申請人:蘇州晶方半導(dǎo)體科技股份有限公司