半导体封装结构制造技术

一种半导体封装结构，包括：芯片，所述芯片表面具有金属互连结构，位于所述芯片表面且暴露出所述金属互连结构的绝缘层；位于所述金属互连结构上的柱状电极，所述柱状电极周围暴露出部分金属互连结构；位于所述柱状电极侧壁表面、顶部表面、柱状电极周围暴露出的金属互连结构表面的扩散阻挡层；位于所述扩散阻挡层表面的焊球，所述焊球至少包裹在所述柱状电极顶部和侧壁的表面。由于所述扩散阻挡层位于所述柱状电极侧壁表面、顶部表面和柱状电极周围的金属互连结构表面，使得柱状电极与所述焊球相隔离，不会形成锡铜界面合金化合物，且所述扩散阻挡层能提高柱状电极和金属互连结构表面的结合力，使得柱状电极不容易从金属互连结构表面脱离。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体封装技术，特别涉及一种高可靠性的半导体封装结构。
技术介绍
在当前的半导体行业中，电子封装已经成为行业发展的一个重要方面。经过几十年封装技术的发展，传统的周边布线型封装方式和球栅阵列封装技术越来越无法满足当前高密度、小尺寸的封装要求，晶圆级芯片封装方式(Wafer-Level Chip Scale PackagingTechnology, WLCSP)技术已成为当前热门的封装方式。请参考图1，为现有晶圆级芯片封装方式的一种封装结构的剖面结构示意图，包括硅基片1，位于所述硅基片I表面的绝缘层2，所述绝缘层2具有开口，所述开口暴露出的硅基片I表面具有焊盘3 ;位于所述焊盘3、绝缘层2表面的再布线金属层4，所述再布线·金属层4用于将球栅阵列封装焊点的位置重新分布；位于所述再布线金属层4表面的铜柱·5，所述铜柱5通过再布线金属层4与焊盘3相连接；覆盖所述再布线金属层4、绝缘层2的由有机树脂组成的密封材料层6，且所述密封材料层6的顶部表面与所述铜柱5的顶部表面齐平，位于所述铜柱5的顶部表面的焊球7。更多关于晶圆级芯片封装方式的封装结构及形成工艺请参考公开号为US2001/0094841A1的美国专利文献。但是上述封装结构中所述焊球7容易从所述铜柱5的顶部表面脱落，从而引起芯片失效。
技术实现思路
本专利技术解决的问题是提供一种半导体封装结构，可以有效地提高焊球的结合力。为解决上述问题，本专利技术技术方案提供了一种半导体封装结构，包括芯片，所述芯片表面具有金属互连结构，位于所述芯片表面且暴露出所述金属互连结构的绝缘层；位于所述金属互连结构上的柱状电极，所述柱状电极周围暴露出部分金属互连结构；位于所述柱状电极侧壁表面、顶部表面、柱状电极周围暴露出的金属互连结构表面的扩散阻挡层；位于所述扩散阻挡层表面的焊球，所述焊球至少包裹在所述柱状电极顶部和侧壁的表面。可选的，所述焊球还覆盖金属互连结构表面的扩散阻挡层。可选的，所述扩散阻挡层为镍层。可选的，还包括，位于所述扩散阻挡层表面的浸润层，所述焊球形成于所述浸润层表面。可选的，所述浸润层的材料至少包括金元素、银元素、铟元素和锡元素中的一种。可选的，所述金属互连结构为焊盘和位于所述焊盘表面的电镀种子层，所述电镀种子层上形成有柱状电极。可选的，还包括位于所述绝缘层表面的钝化层，所述钝化层暴露出所述柱状电极。可选的，所述金属互连结构包括焊盘、位于所述焊盘表面的电镀种子层和位于所述电镀种子层表面的再布线金属层，在所述再布线金属层上形成柱状电极。可选的，还包括位于所述绝缘层和再布线金属层表面的钝化层，所述钝化层暴露出所述柱状电极。可选的，还包括位于所述绝缘层表面的第一钝化层，且所述第一钝化层覆盖部分焊盘。与现有技术相比，本专利技术具有以下优点本专利技术实施例中的扩散阻挡层位于所述柱状电极侧壁表面、顶部表面、柱状电极周围暴露出的金属互连结构表面，所述焊球形成在所述扩散阻挡层表面，所述扩散阻挡层 将柱状电极与所述焊球相隔离，界面上不会形成锡铜界面合金化合物，所述焊球不容易从柱状电极脱落；且所述扩散阻挡层的剖面形状为“几”字形，所述扩散阻挡层不仅形成于所述柱状电极侧壁表面和顶部表面，还形成于柱状电极周围暴露出的金属互连结构表面，所述扩散阻挡层能提高柱状电极和金属互连结构表面的结合力，使得柱状电极不容易从金属互连结构表面脱离；且在所述扩散阻挡层表面形成焊球，所述焊球至少包裹在所述柱状电极顶部和侧壁的表面，使得外力对所述焊球进行拨动时，焊球不容易从柱状电极表面剥离。进一步的，由于所述扩散阻挡层表面形成有浸润层，焊球在所述浸润层表面具有较佳的浸润性，可以提高焊球和浸润层之间的结合力，且所述浸润层包裹在所述柱状电极的侧壁和顶部表面，使得外力对所述焊球进行拨动时，所述焊球不容易从所述浸润层表面剥离。附图说明图I是现有技术的半导体封装结构的剖面结构示意图；图2是本专利技术第一实施例的半导体封装结构的形成方法的流程示意图；图3至图12是本专利技术第一实施例的半导体封装结构的形成过程的剖面结构示意图；图13至图23是本专利技术第二实施例的半导体封装结构的形成过程的剖面结构示意图。具体实施例方式由
技术介绍
中可知，现有技术的封装结构中焊球容易从铜柱的顶部表面脱落，从而会引起芯片失效。专利技术人经过研究发现，引起上述问题主要包括两个主要原因(1)由于所述焊球直接形成与所述铜柱表面，所述焊球与铜柱、密封材料层的接触面在同一平面上，因此所述焊球与铜柱、密封材料层之间的机械强度较低。(2)由于所述焊球的材料主要包括锡，还可以包括铅、银等，所述焊球形成在所述铜柱表面后，在高温回流的过程中，在接触面上的锡会与铜发生反应形成锡铜界面合金化合物(Intermetallic Compound, IMC),随着锡铜界面合金化合物厚度的提高，焊锡中靠近接触面的锡原子会逐渐减少，相对的使得焊锡中铅原子、银原子的比例增加，以致使得焊球的柔软性增大。固着强度降低，从而使得整个焊球容易从铜柱的顶部表面脱落；且当所述锡会与铜发生反应形成锡铜界面合金化合物时，在最初状态下，所述锡会与铜发生反应形成η-phase (Eta相)的Cu6Sn5,所述Cu6Sn5中铜的重量百分比含量约为40%，但随着时间的推移，铜柱中的铜原子不断扩散到锡铜界面合金化合物中，形成ε-phase (Epsilon相)的Cu3Sn,所述Cu3Sn中铜的重量百分比含量上升到约为66%,所述 ε -phase (Epsilon 相)的 Cu3Sn 的表面能远远小于 n -phase (Eta 相)的 Cu6Sn5,所述锡铜界面合金化合物表面容易发生缩锡或不沾锡，从而使得整个焊球容易从铜柱的顶部表面脱落。因此，专利技术人经过研究，提出了一种半导体封装结构，包括位于所述金属互连结构上的柱状电极，所述柱状电极周围暴露出部分金属互连结构；位于所述柱状电极侧壁表面、顶部表面、柱状电极周围暴露出的金属互连结构表面的扩散阻挡层；位于所述扩散阻挡层表面的焊球，所述焊球至少包裹在所述柱状电极顶部和侧壁的表面。由于所述扩散阻挡层位于所述柱状电极侧壁表面和顶部表面，使得柱状电极与所述焊球相隔离，不会形成锡铜界面合金化合物，所述焊球不容易从柱状电极脱落；且所述扩散阻挡层不仅形成于所述柱状电极侧壁表面和顶部表面，还形成于柱状电极周围暴露出的金属互连结构表面，所述扩散阻挡层能提高铜柱和金属互连结构表面的结合力，使得铜柱不容易从金属互连结构表 面脱离；且所述焊球至少形成于所述柱状电极顶部和侧壁的表面，使得外力对所述焊球进行拨动时，焊球不容易从柱状电极表面剥离。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。第一实施例本专利技术第一实施例首先提供了一种半导体封装结构的形成方法，请参考图2，为所述半导体封装结构的形成方法的流程示意图，具体包括步骤S101，提供芯片，所述芯片表面具有焊盘，在所述芯片表面形成暴露出所述焊盘的绝缘层；步骤S102，在所述绝缘层表面形成第一钝化层，所述第一钝化层覆盖部分焊盘；步骤S103，在所述焊盘和第一钝化层表面形成电镀种子层，在所述电镀种子层表面形成第二掩膜层，在所述第二掩膜层内形成贯穿所述第二掩膜层的第二开口 ；步骤S104，利用电镀工艺在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体封装结构，其特征在于，包括：芯片，所述芯片表面具有金属互连结构，位于所述芯片表面且暴露出所述金属互连结构的绝缘层；位于所述金属互连结构上的柱状电极，所述柱状电极周围暴露出部分金属互连结构；位于所述柱状电极侧壁表面、顶部表面、柱状电极周围暴露出的金属互连结构表面的扩散阻挡层；位于所述扩散阻挡层表面的焊球，所述焊球至少包裹在所述柱状电极顶部和侧壁的表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林仲珉，陶玉娟，
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：