一种高密度凸块结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种高密度凸块结构，属于半导体封装技术领域。
【背景技术】
[0002]随着电子信息技术的发展，系统终端变得功能越来越多，尺寸却变得越来越小。为了满足这种整机设计的要求，必然要求缩小其中的电子器件封装尺寸，同时提升电性能要求。为此，在半导体产业，从芯片制造到芯片封装，均在寻求满足这种发展趋势的技术方案。在芯片制造领域，半导体产业沿着摩尔定律已经走过几十年，使得单位面积上晶体管的密度大大增加。与此对应的是，晶体管密度的增加必然使得芯片单位面积的输入/输出端子个数增加，从而造成封装工艺的难度日益加大，为此推出了不同封装密度的封装技术解决方案。从低密度的引线键合到倒装键合技术，极大程度地满足了芯片上输入/输出端子增加带来的连接问题。
[0003]但是，随着芯片特征尺寸的进一步缩小，芯片上输入/输出端子的节距朝着100微米以下尺寸发展，甚至到了 40微米，这对倒装封装上凸块结构的制造形成了巨大挑战，因为在凸块结构的制造工艺过程中，为了得到准确的凸块尺寸结构，光刻与电镀生长工艺是业界的标准工艺选择，电镀铜凸块结构工艺需要金属种子层用以导电。因芯片表面电极通常为铝(或者铝-铜、铝-硅)材料，从材料学的考量，为了避免金属铝与铜的相互扩散，需要在铝电极表面沉积一层具有阻挡金属相互扩散与保障金属之间良好连接的金属层，该金属层业内称之为阻挡层，材质通常为金属钛或钛钨，常采用物理气相沉积的方法成形。成形的凸块结构与芯片的连接关系的局部剖面示意图，如图1所示，在凸块结构500的现有成形过程中，通常采用湿法腐蚀方法去除无效的金属钛或钛钨，成形的阻挡层210 (钛或钛钨)往往会形成一定量的侧向纵深腐蚀(undercut)，如图1中I区域所示，造成凸块结构500中实际与芯片102连接面积减小，从而导致凸块结构500在制造过程中掉落，影响产品终端的可靠性问题。随着凸块结构500尺寸的再进一步的缩小，这种影响会更加明显。
【实用新型内容】
[0004]本实用新型专利的目的在于克服上述不足，提供一种提高产品终端的可靠性的高密度凸块结构。
[0005]本实用新型的目的是这样实现的:
[0006]本实用新型一种高密度凸块结构，其包括芯片本体、芯片电极、芯片表面钝化层和凸块结构，所述芯片表面钝化层设置于芯片本体的上表面并开设芯片表面钝化层开口，所述芯片电极设置于芯片本体的上表面且其上表面通过芯片表面钝化层开口露出芯片表面钝化层，所述凸块结构包括凸块电镀层及其顶部的凸块焊料层，
[0007]其特征在于:所述芯片表面钝化层开口内设置阻挡层，所述阻挡层的成形区域不大于芯片表面钝化层开口的区域，在所述阻挡层与凸块结构之间设置金属种子层，所述金属种子层的成形区域略大于芯片表面钝化层开口的区域，所述金属种子层完全覆盖阻挡层。
[0008]进一步地，所述阻挡层设置于芯片电极的上表面。
[0009]进一步地，所述凸块焊料层呈弧形球冠状。
[0010]相比与现有方案，本实用新型的有益效果是:
[0011]本实用新型通过采用先进的光刻工艺和从材料学出发寻找更合适的替换材料优化现有工艺流程，形成的凸块结构克服了侧向纵深腐蚀的缺陷，解决了高密度铜柱凸块在制造过程中脱落问题，以及在后续使用中潜在的结构可靠性问题，有利于凸块结构向尺寸更小、密度更高的方向发展。
【附图说明】
[0012]图1为现有凸块结构与芯片连接关系的剖面示意图；
[0013]图2为本实用新型凸块结构与芯片连接关系的实施例的剖面示意图；
[0014]图中:
[0015]芯片本体101
[0016]芯片电极102
[0017]芯片表面钝化层103
[0018]芯片表面钝化层开口 1031
[0019]阻挡层230
[0020]金属种子层310
[0021]凸块结构500
[0022]凸块电镀层510
[0023]凸块焊料层530。
【具体实施方式】
[0024]现在将在下文中参照附图更加充分地描述本实用新型，在附图中示出了本实用新型的示例性实施例，从而本公开将本实用新型的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本实用新型可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。
[0025]参见图2，本实用新型一种高密度凸块结构，最简单的凸块结构500以图2中所示的为例，其包括凸块电镀层510及其顶部的凸块焊料层530。在实际使用中，凸块结构500的凸块电镀层510的材质可以包括但不限于金属铜，凸块电镀层510的横截面形状可以是圆形，也可以是四边形、六边形等多边形，其侧面还可以裹有氧化层、绝缘层等结构。芯片表面钝化层103设置于芯片本体101的上表面并开设芯片表面钝化层开口 1031，芯片电极102设置于芯片本体101的上表面且其上表面通过芯片表面钝化层开口 1031露出芯片表面钝化层103，一般地，芯片电极102的上表面会尽可能多地露出芯片表面钝化层开口 1031，以提尚芯片电极102的利用率。
[0026]芯片表面钝化层开口 1031内形成阻挡层230，该阻挡层230的材质为镍，其与铝的结合强度为400Mpa以上，其既能很好地粘附于芯片电极102的表面，又能阻止芯片电极102表面的金属铝原子与凸块电镀层510金属铜原子的相互扩散。如图2所示，阻挡层230的成形区域不大于芯片表面钝化层开口 1031的区域。在阻挡层230与凸块结构500之间为金属种子层310，其为凸块结构500的凸块电镀层510成形的基础层。金属种子层310的成形区域略大于芯片表面钝化层开口 1031的区域，以增大凸块结构500与芯片电极102的接触面积。
[0027]上述高密度凸块结构的制造工艺是在以圆片为单位进行，用在芯片电极上化学镀镍阻挡层的方法代替物理气相沉积金属钛或钛钨阻挡层的方法，使阻挡层形成于芯片表面钝化层开口 1031内的芯片电极的上表面，金属种子层310完全覆盖阻挡层230，使其不外露，因凸块电镀层510与金属种子层310的材质相同，避免了高密度铜柱金属凸块电镀完成之后的腐蚀工艺，形成的凸块结构克服了侧向纵深腐蚀的缺陷，提高了产品终端的可靠性，有利于凸块结构向尺寸更小、密度更高的方向发展。
[0028]本实用新型一种高密度凸块结构不限于上述优选实施例，因此，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围内。
【主权项】
1.一种高密度凸块结构，其包括芯片本体(101)、芯片电极(102)、芯片表面钝化层(103)和凸块结构(500)，所述芯片表面钝化层(103)设置于芯片本体(101)的上表面并开设芯片表面钝化层开口( 1031 )，所述芯片电极(102)设置于芯片本体(101)的上表面且其上表面通过芯片表面钝化层开口( 1031)露出芯片表面钝化层(103)，所述凸块结构(500)包括凸块电镀层(510)及其顶部的凸块焊料层(530)， 其特征在于:所述芯片表面钝化层开口(1031)内设置阻挡层(230)，所述阻挡层(230)的成形区域不大于芯片表面钝化层开口(1031)的区域，在所述阻挡层(230)与凸块结构(500)之间设置金属种子层(310)，所述金属种子层(310)的成形区域大于芯片表面钝化层开口(1031)的区域，所述金属种子层(310)完全覆盖阻挡层(230)。2.根据权利要求1所述的一种高密度凸块结构，其特征在于:所述阻挡层(230)设置于芯片电极(102)的上表面。3.根据权利要求1所述的一种高密度凸块结构，其特征在于:所述凸块焊料层(530)呈弧形球冠状。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高密度凸块结构，属于半导体封装技术领域。其包括芯片本体（101）、芯片电极（102）、芯片表面钝化层（103）和凸块结构（500），所述芯片表面钝化层（103）设置于芯片本体（101）的上表面并开设芯片表面钝化层开口（1031），所述芯片电极（102）设置于芯片本体（101）的上表面且其上表面通过芯片表面钝化层开口（1031）露出芯片表面钝化层（103），芯片表面钝化层开口（1031）内设置阻挡层（230），所述阻挡层（230）的成形区域不大于芯片表面钝化层开口（1031）的区域，在所述阻挡层（230）与凸块结构（500）之间设置金属种子层（310），所述金属种子层（310）完全覆盖阻挡层（230）。本实用新型公开了一种提高产品终端的可靠性的高密度凸块结构。
【IPC分类】H01L23/498
【公开号】CN204809218
【申请号】CN201520550129
【发明人】张黎, 龙欣江, 赖志明, 陈栋, 陈锦辉
【申请人】江阴长电先进封装有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2015年7月28日