一种柱状凸点封装工艺，包括：在芯片的焊盘和钝化层上形成凸点下金属层；在凸点下金属层上形成光刻胶，所述光刻胶设有开口暴露出芯片焊盘上方的凸点下金属层；在上述开口中的凸点下金属层上形成铜柱；在铜柱上形成焊料凸点；去除光刻胶；蚀刻钝化层上的凸点下金属层至钝化层裸露；在裸露的铜柱表面形成氧化层；去除焊料凸点表面的氧化物，并回流焊料凸点。本发明专利技术提高了焊料凸点的电性能和可靠性，适用于焊盘密间距、输出功能多的芯片级封装。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体器件封装领域，尤其涉及倒装焊、焊料凸点、晶圆级芯片尺寸封装(Wafer Level chip Scale Package, WLCSP)的形成方法。
技术介绍
近年来，由于芯片的微电路制作朝向高集成度发展，因此，其芯片封装也需向高功率、高密度、轻薄与微小化的方向发展。芯片封装就是芯片制造完成后，以塑胶或陶磁等材料，将芯片包在其中，以达保护芯片，使芯片不受外界水汽及机械性损害。芯片封装主要的功能分别有电能传送(Power Distribution)、信号传送(Signal Distribution)、热的散失 (Heat Dissipation)与保护支持(Protection and Support)。由于现今电子产品的要求是轻薄短小及高集成度，因此会使得集成电路制作微细化，造成芯片内包含的逻辑线路增加，而进一步使得芯片1/0(input/output)脚数增加， 而为配合这些需求，产生了许多不同的封装方式，例如，球栅阵列封装(Ball grid array, BGA)、芯片尺寸封装(Chip Scale Package，CSP)、多芯片模块封装(Multi Chip Module package, MCM package) ^1 ^ ' (Flip Chip Package) >5^ ' (Tape Carrier Package, TCP)及圆片级封装(Wafer Level Package, WLP)等。不论以何种形式的封装方法，大部分的封装方法都是将圆片分离成独立的芯片后再完成封装的程序。而圆片级封装是半导体封装方法中的一个趋势，圆片级封装以整片圆片为封装对象，因而封装与测试均需在尚未切割圆片的前完成，是一种高度整合的封装技术，如此可省下填胶、组装、黏晶与打线等制作，因此可大量降低人工成本与缩短制造时间。现有形成圆片级芯片尺寸封装的工艺如图1至5所示。首先请参照图1A，在圆片 10上具有至少一个芯片100。如图IB所示，在芯片100上配置有金属垫层104以及用以保护芯片100表面并将金属垫层104暴露的钝化层102 ；在钝化层102以及金属垫层104上通过溅射或者蒸镀工艺形成第一金属层106，第一金属层106的作用是在后续回流工艺中保护金属垫层104，第一金属层106可以是Al、Ni、Cu、Ti、Cr、Au、Pd中的一种或者它们的组合构成。接着请参照图1C，在第一金属层106上形成光刻胶层107，通过现有光刻技术定义出金属垫层104形状，然后进行曝光、显影工艺，在光刻胶层107中形成开口暴露出下层的金属垫层104上的第一金属层106 ；以光刻胶层107为掩模，在开口内的第一金属层106上形第二金属层108，所述第二金属层108的材料为Cu、Ni或其组合构成，所述形成第二金属层108的方法为电镀法。参考图1D，湿法去除光刻胶层107 ；刻蚀第一金属层106至曝露出钝化层102，使刻蚀后的第一金属层106a与第二金属层108构成凸点下金属层108a ；用钢网印刷法在第二金属层108上形成助焊剂109。如图IE所示，在助焊剂109上放置预制好的焊料球，然后在回流炉内保温回流，形成凸点110。最后进行单体化切割步骤，以将圆片10上的各个芯片100单体化。在申请号为200510015208. 1的中国专利申请中还公布了更多相关信息。现有技术形成圆片级芯片尺寸封装过程中，由于焊料凸点材料直接与金属浸润层接触，金属浸润层的铜极易扩散到焊料凸点的锡中形成铜锡合金，影响焊接质量。同时，在金属浸润层上形成焊料之前，裸露的浸润层容易氧化而使后续形成的焊料凸点性能及可靠性降低。另一方面，在焊料凸点的形成过程中，焊料间容易滴落而影响产品的可靠性，尤其对于金属垫密集的产品，更容易出现焊料凸点间短路的问题。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种柱状凸点封装工艺，防止芯片电性能及可靠性降低。为解决上述问题，本专利技术提供一种柱状凸点封装工艺，包括在芯片的焊盘和钝化层上形成凸点下金属层；在凸点下金属层上形成光刻胶，所述光刻胶设有开口曝露出芯片焊盘上方的凸点下金属层；在上述开口中的凸点下金属层上形成铜柱；在铜柱上形成焊料凸点；去除光刻胶；蚀刻钝化层上的凸点下金属层至钝化层裸露；在裸露的铜柱表面形成氧化层；去除焊料凸点表面的氧化物，并回流焊料凸点。可选地，所述凸点下金属层由底部往上依次包括耐热金属层和金属浸润层。可选地，所述耐热金属层的材料是钛、铬、钽或它们的组合。可选地，所述凸点下金属层的材料是铜、铝、镍或它们的组合。可选地，所述铜柱的厚度是5 60 μ m。可选地，在所述铜柱和焊料凸点间还嵌有阻挡层镍层。可选地，所述镍层的厚度是1. 5 3 μ m。可选地，所述焊料凸点的材料是纯锡或锡合金。可选地，所述焊料凸点的厚度是5 70 μ m。可选地，采用蘸取酸液的方式去除焊料凸点表面的氧化物。与现有技术相比，本专利技术形成的柱状凸点结构中铜柱将芯片的功能端子引入一个足够的高度空间，在同样满足产品最终焊接可靠性的前提下，可以使用较小尺寸的焊料凸点，既节约了材料成本，又能满足焊盘密间距或相同空间内更多功能输出点的应用需求。利用氧化层的非导电特性使铜柱的裸露表面有绝缘层的保护，防止因焊料凸点回流过程中材料滴落而造成芯片上各铜柱间的短路，提高了产品的可靠性。厚度适宜的镍阻挡层一方面能够避免自身因扩散效应而消失，进而有效地阻止焊料和凸点下金属层之间因金属间化合物的形成而产生的孔隙；同时又不至于因镍铜柱过厚而导致电阻率上升而影响产品的电热性能。附图说明图IA至图IE是现有焊料凸点形成过程示意图2是本专利技术一种柱状凸点封装工艺的具体实施方式流程图3A至图3H是本专利技术一种柱状凸点封装工艺的实施例的工艺示意图。具体实施方式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。图2是本专利技术形成焊料凸点的具体实施方式流程图，包括步骤S101，在芯片的焊盘和钝化层上形成凸点下金属层；S102，在凸点下金属层上形成光刻胶，所述光刻胶设有开口曝露出芯片焊盘上方的凸点下金属层；S103，在上述开口中的凸点下金属层上形成铜柱；S104，在铜柱上形成焊料凸点；S105，去除光刻胶；S106，蚀刻钝化层上的凸点下金属层至钝化层裸露；S107，在裸露的铜柱表面形成氧化层；S108，去除焊料凸点表面的氧化物，并回流焊料凸点。首先执行步骤S101，在芯片的焊盘和钝化层上形成凸点下金属层，形成如图3A所示的结构。在这一步骤中，芯片300上设有焊盘301和钝化层302，焊盘301是芯片300的功能输出端子，并最终通过后续形成的柱状凸点实现电性功能的传导过渡；钝化层302的材料包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、聚酰亚胺、苯三聚丁烯等介电材料或它们的混合物，用于保护芯片300中的线路。需要说明的是，所述芯片的焊盘和钝化层可以是芯片的初始焊盘和初始钝化层， 也可以是根据线路布图设计需要而形成的过渡焊盘、钝化层；形成过渡焊盘、钝化层的方式主要是采用再布线工艺技术，通过一层或多层再布线将初始焊盘、钝化层转载到过渡焊盘、 钝化层上。所述再布线工艺技术为现有成熟工艺，已为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。在本实施例中，所述凸点下金属层303由耐热金属层和金属浸润层构本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：丁万春，
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：
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