晶圆级芯片尺寸封装结构及其制作工艺的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种半导体封装结构，具体是涉及一种晶圆级芯片尺寸封装结构及其制作工艺。
【背景技术】
[0002]晶圆级芯片尺寸封装产品被广泛应用于便携化、数字化、高频化及多功能化的产品中，如笔记本电脑、手机、数码相机、摄录机、视听设备等。
[0003]目前，具有至少一个芯片单元I的晶圆的一般结构如图1所示，芯片单元I包括衬底101，衬底的正面具有元件区103、介质层102和位于元件区103周边的焊垫104，焊垫104电连接元件区103，且焊垫位于介质层内，焊垫朝向晶圆正面的一侧为焊垫的正面，焊垫朝向衬底的一侧为焊垫的背面，焊垫的正面通常部分裸露于空气中，焊垫的背面与衬底之间有介质层相隔，这种晶圆在进行晶圆级芯片尺寸的TSV封装时，通常需要在衬底的背面形成第一开口，在第一开口内铺设有绝缘层；然后，在第一开口底部的绝缘层上通过激光停留工艺形成第二开口，最后，在绝缘层及第二开口内铺设金属布线层及防护层等，但是，通过激光停留工艺形成第二开口时，要求第二开口的底部刚好将焊垫暴露，不能穿透焊垫；而在形成第二开口的过程中，很容易将焊垫打穿，而若穿透焊垫，在后续铺设金属布线层时，会有金属残留于第二开口处，影响封装的可靠性，因此，这种芯片封装结构及其制作工艺，存在封装工艺比较苛刻、工艺难度较大，工艺窗口较窄和封装的可靠性问题。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提出一种晶圆级芯片尺寸封装结构及其制作工艺，能够有效降低工艺难度，增加工艺窗口，提高芯片封装的可靠性。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:
[0006]一种晶圆级芯片尺寸封装结构，包括具有至少一个芯片单元的晶圆，所述芯片单元包括衬底和位于所述衬底的正面的介质层，所述衬底的正面设置有元件区，所述元件区周边设有若干焊垫，且所述焊垫位于所述介质层内，所述元件区与其周边的焊垫电性相连，所述介质层上具有暴露部分所述焊垫正面的第三开口 ；所述衬底的背面与每个所述焊垫相对的位置形成有第一开口，所述衬底的背面和所述第一开口的内壁上形成有绝缘层，所述第一开口底部的绝缘层上形成有第二开口，所述第二开口暴露出所述焊垫的背面；所述第三开口内形成有加强层。
[0007]作为本发明的进一步改进，所述加强层主要由一层防护层组成或主要由一层防护层和一层金属层组成，所述金属层位于所述焊垫的正面与所述防护层之间。
[0008]作为本发明的进一步改进，所述加强层主要由一层防护层和一层金属层组成时，所述金属层的材质为钛或铝或铜或镍或钴或银或其组合的合金；所述防护层的材质为金或者其他具有抗氧化功能的材料。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述加强层由一层防护层组成时，所述防护层的高度低于所述介质层或与所述介质层平齐或高于所述介质层。
[0010]作为本发明的进一步改进，所述加强层主要由一层防护层和一层金属层组成时，所述金属层与所述防护层的总高度低于所述介质层或与所述介质层平齐或高于所述介质层O
[0011]作为本发明的进一步改进，所述加强层主要由一层防护层组成时，所述第二开口的底部恰好暴露所述焊垫的背面或穿入所述焊垫或打穿所述焊垫。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述加强层主要由一层防护层和一层金属层组成时，所述第二开口的底部恰好暴露所述焊垫的背面或穿入所述焊垫或打穿所述焊垫或穿入所述金属层或打穿所述金属层。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述绝缘层上和所述第二开口内铺设有金属布线层，所述金属布线层与所述焊垫电性连接；所述金属布线层上铺设有保护层。
[0014]一种晶圆级芯片尺寸封装结构的制作工艺，包括如下步骤:
[0015]a、准备一具有至少一个芯片单元的晶圆，所述芯片单元包括衬底和位于所述衬底的正面的介质层，所述衬底的正面设置有元件区，所述元件区周边设有若干焊垫，且所述焊垫位于所述介质层内，所述元件区与其周边的焊垫电性相连，所述介质层上具有暴露部分所述焊垫正面的第三开口 ；
[0016]b、在每个所述焊垫正面的所述第三开口内铺设加强层；
[0017]C、对所述晶圆的背面进行减薄；
[0018]d、在所述晶圆的背面上与每个芯片单元的焊垫相对的位置刻出第一开口，所述第一开口的底部暴露出所述介质层；
[0019]e、将第一开口底部与其对应焊垫之间的介质层去掉；
[0020]f、在步骤e形成的所述晶圆的背面和每个所述第一开口的内壁上铺设一层绝缘层；
[0021]g、在所述第一开口底部的绝缘层上形成第二开口，所述第二开口的底部暴露出其对应的焊垫。
[0022]作为本发明的进一步改进，还包括以下步骤:
[0023]h、在步骤g形成的所述绝缘层上及所述第二开口内铺设一层金属布线层，使所述金属布线层电性连接其对应的焊垫；
[0024]1、在步骤h形成的金属布线层外铺设一层保护层；
[0025]j、在步骤i形成的保护层上预留第四开口，作为金属布线层与外部器件连接的窗P ;
[0026]k、在步骤j形成的部分或全部第四开口处植焊球(9);
[0027]1、对步骤k形成的晶圆进行切割，形成单个的晶圆级芯片尺寸封装结构。
[0028]本发明的有益效果是:本发明提供一种晶圆级芯片尺寸封装结构及其制作工艺，首先，在晶圆焊垫的正面上铺设一定厚度的防护层或防护层与金属层的组合，然后，在晶圆背面形成第一开口，在第一开口内铺设绝缘层；接着，在第一开口底部的绝缘层上形成第二开口，最后，在绝缘层及第二开口内铺设金属布线层，将晶圆正面焊垫的电性导出至晶圆背面，这种封装结构及其制作工艺，在形成第二开口的过程中，由于预先在焊垫的正面铺设了一定厚度的防护层或防护层与金属层的组合，增强了焊垫的强度，使焊垫不容易被穿透，且由于金属层的存在，即使焊垫被穿透，在后续铺设金属布线层时，也不会有金属残留于第二开口处，因此，能够避免形成第二开口时由于焊垫穿透引起的可靠性问题，且能够降低工艺难度；增加工艺窗口。
【附图说明】
[0029]图1为现有技术的封装结构示意图；
[0030]图2为本发明实施例1的封装结构示意图；
[0031]图3为本发明实施例2的封装结构示意图；
[0032]图4为图3中A处放大结构示意图；
[0033]图5为本发明实施例2中第二开口恰好暴露焊垫背面的结构示意图；
[0034]图6为本发明实施例2中第二开口刚刚穿透金属层的结构示意图；
[0035]图7为本发明实施例2中金属层与防护层的总高度低于介质层的结构示意图；
[0036]图8为本发明实施例2中金属层与防护层的总高度高于介质层的结构示意图；
[0037]图9为本发明实施例2中第一开口的形状为上下直径相等的直孔的结构示意图。
[0038]结合附图，作以下说明:
[0039]I——芯片单元101——衬底
[0040]102——介质层103——元件区
[0041]104——焊垫105——第三开口
[0042]2 金属层3 防护层
[0043]4——绝缘层5——金属布线层
[0044]6——第一开口7——第二开口
[0045]8——保护层9——焊球
【具体实施方式】
[0046]实施例1
[0047]如图2所示，一种晶圆级芯片尺寸封装结构，包括具有至少一个芯片单元I的晶圆，所述芯片单元I包括衬底101和位于所述衬底101的正面的介质层102，所述衬底101的正面设置有元件区103，所述元件区103周边设有若干焊垫104，且所述焊垫104位于所述介质层102内，所述元件区103与其周边的焊垫104电性相连，所述介质层102上具有暴露部分所述焊垫104正面的第三开口 105 ;所述衬底101的背面与每个所述焊垫104相对的位置形成有第一开口 6，所述衬底101的背面和所述第一开口 6的内壁上形成有绝缘层4，所述第一开口 6底部的绝缘层4上形成有第二开口 7，所述第二开口 7暴露出所述焊垫104的背面；所述绝缘层4上和所述第二开口 7内铺设有金属布线层5，所述金属布线层5与所述焊垫104电性连接；所述金属布线层5上铺设有保护层8 ;所述第三开口 105内形成有加强层，且所述加强层主要由一层防护层3组成。
[0048]其中，可选的，防护层3的材质为金或其他具有抗氧化功能的材料；可选的，所述第二开口 7的底部恰好暴露所述焊垫104的背面或穿入所述焊垫104或打穿所述焊垫104。可选的，介质层102的材料为二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或前述的组合物。可选的，元件区103为晶圆上能实现功能的核心元件区域，核心元件如光、热、力等感应元件、微机电系统、集成电路电子元件等，但不以此为限。可选的，焊垫104为与外界电信号连接的导电垫，作为元件区103电信号的输入/输出口。
[0049]上述结构中，在形成第二开口 7的过程中，由于预先在焊垫104的正面铺设了防护层3，相当于增强了焊垫104的强度，使焊垫104不容易被激光穿透，且由于防护层3的存在，即使焊垫104被激光穿透，在后续铺设金属布线层5时，也不会有金属残留于第二开口7处，因此，通过在第三开口 105内的焊垫104正面上形成防护层3，能够避免在形成第二开口 7时由于焊垫104穿透引起的可靠性问题。且由于防护层3的存在，无需考虑激光是否打穿焊垫104，即第二开口 7的底部可以恰好暴露所述焊垫104的背面，还可以穿入所述焊垫104或打穿所述焊垫104 ;因此，通过在第三开口 105内的焊垫104正面上形成防护层3，能够降低工艺难度，使封装工艺不再苛刻。此外，基于工艺难度的降低，在去掉介质层102时，可以通过控制工艺条件使工艺窗口增加。
[0050]实施例2
[0051]如图3所示，一种晶圆级芯片尺寸封装结构，包括具有至少一个芯片单元I的晶圆，所述芯片单元I包括衬底101和位于所述衬底101的正面的介质层102，所述衬底101的正面设置有元件区1