一种半导体封装结构的制造方法与流程

文档序号:13215846阅读:130来源:国知局
技术领域本发明涉及半导体技术领域,特别是涉及一种半导体封装结构的制造方法。

背景技术:
近年来,半导体器件在成本降低和前道晶圆制造工艺的提升的共同促进下,实现了同样功能的半导体器件的单体芯片尺寸越来越小的目标,这样会导致半导体器件上用于外接的电极之间的节距越来越小,原来的用于倒装焊的半导体器件结构容易引起电极之间的桥接从而导致半导体器件失效。目前,用于倒装焊的半导体器件结构中,半导体芯片与再布线基板间的连接一般是通过在电极上进行金属焊料回流后形成球状凸点,然后倒装在再布线基板而形成。如图1所示,是现有技术提供的半导体封装结构的结构示意图。半导体芯片101上设置有电极102,在半导体芯片101和电极102上可选择性地覆盖有氧化硅或氮化硅等材料形成的钝化层103,在钝化层103上再可选择性地形成一层由聚酰亚胺PI、PBO等形成的保护层104。然后,通过溅射加电镀的工艺在电极102表面形成UBM金属层105和电镀金属焊料106,典型的UBM金属层105由溅射的钛层和铜层组成的金属层107以及电镀镍层108组成。金属焊料106回流后形成球状凸点(如图1所示),最后倒装在再布线层200上,形成图1所示的现有倒装芯片封装结构。在这种倒装芯片封装结构中,虽然在结构上满足了倒装芯片封装结构的要求,但是由于金属焊料106直接形成于电极上,容易引起电极之间的桥接。此外,金属焊料106靠近半导体芯片设置,导致金属焊料106中的α射线对芯片性能造成影响。另一方面,现有技术再布线层200采用复杂的刻蚀工艺形成,生产成本高且层厚难以随半导体器件对电流大小的设计需求进行调整。

技术实现要素:
本发明主要解决的技术问题是提供一种半导体封装结构,用以有效避免电极间的桥接以及金属焊料中的α射线对芯片性能造成的影响。。为解决上述技术问题,本发明采用的一个技术方案是提供一种半导体封装结构的制造方法,所述制造方法包括以下步骤:提供一基材;在所述基材上形成介电层;在所述介电层上形成再布线层;在所述再布线层上形成第一端子,其中所述第一端子包括焊料;提供一芯片,所述芯片包括芯片主体、设置在所述芯片主体上的电极以及固定在所述电极上的金属凸块;利用所述焊料将所述金属凸块固定于所述再布线层上。其中,所述在所述基材上形成介电层的步骤包括:在所述介电层上形成第一开口;所述在所述介电层上形成再布线层的步骤包括:在所述介电层上形成第一掩膜层;在对所述第一掩膜层进行曝光及显影处理,以在所述第一掩膜层上形成至少暴露所述第一开口的第二开口;以所述第一掩膜层为掩膜在所述第一开口内形成第二端子且在所述第二开口内形成所述再布线层。其中,所述以所述第一掩膜层为掩膜在所述第一开口内形成第二端子且在所述第二开口内形成所述再布线层的步骤包括:以电镀工艺一体形成所述第二端子和所述再布线层。其中,所述在所述再布线层上形成第一端子的步骤包括:在所述再布线层上形成第二掩膜层;在对所述第二掩膜层进行曝光及显影处理,以在所述第二掩膜层上形成部分暴露所述再布线层的第三开口;在所述第三开口内形成金属柱,并在所述金属柱的朝向所述芯片主体的端部上形成所述焊料;剥离所述第二掩膜层,露出所述金属柱和所述焊料。其中,所述在所述第三开口内形成金属柱,并在所述金属柱的朝向所述芯片主体的端部上形成所述焊料的步骤包括:通过电镀工艺在所述第三开口内依次形成所述金属柱和所述焊料。其中,所述在所述第三开口内形成金属柱,并在所述金属柱的朝向所述芯片主体的端部上形成所述焊料的步骤包括:通过电镀工艺在所述第三开口内形成所述金属柱;对所述金属柱的所述端部进行微腐蚀并通过植球回流焊工艺在所述端部上形成所述焊料。其中,所述在所述再布线层上形成第一端子的步骤包括:在所述再布线层上形成第二掩膜层;在对所述第二掩膜层进行曝光及显影处理,以在所述第二掩膜层上形成部分暴露所述再布线层的第三开口;通过电镀或印刷工艺在所述第三开口内形成所述焊料,以使得所述焊料直接接触所述再布线层;其中,所述提供一芯片的步骤包括:通过超声波焊接工艺将所述金属凸块固定于所述电极上。其中,所述利用所述焊料将所述金属凸块固定于所述再布线层上的步骤包括:通过回流焊工艺将所述金属凸块固定于所述再布线层上,以使得所述金属凸块插入至所述焊料内。其中,所述制造方法进一步包括:利用填充材料对所述芯片、所述再布线层和所述第一端子进行填充;从所述介电层去除所述基材。本发明的有益效果是:本发明利用金属凸块取代现有技术中的形成于电极上的球状焊料,并利用形成于再布线层上的第一端子中的焊料将金属凸块固定于再布线层上,可有效避免电极间的桥接以及焊料中的α射线对芯片性能的影响。进一步,通过该制造方法所形成的半导体封装结构中端子的节距减小,使在小尺寸芯片上实现多端子成为可能。附图说明图1是现有技术提供的半导体封装结构的结构示意图;图2是本发明提供的半导体封装结构的制造方法的实施方式一的流程示意图;图3a-图3j为本发明制造方法中各步骤中半导体封装结构的断面图;图4是图2所示的制造方法的步骤S4的备选实施方式的断面图。图5是本发明提供的制造方法所形成的半导体封装结构一的结构示意图;图6是本发明提供的制造方法所形成的半导体封装结构二的结构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施方式对本发明进行详细说明,附图中各部分的尺寸仅为示意,并不代表实际器件的尺寸。请参阅图2以及图3a-图3j,图2是本发明提供的半导体封装结构的制造方法的实施方式一的流程示意图;图3a-图3j为本发明制造方法中各步骤中半导体封装结构的断面图。如图2所示,该半导体封装结构的制造方法具体包括如下步骤:S1:提供一基材S。在本步骤中,基材S可以是硅材、不锈钢、铜板、杂质铁等,优选为杂质铁,成本低且后道工艺中易去除。S2:在基材S上形成介电层401。在本步骤中,优选在介电层401形成多个开口401a,如图3a所示。介电层401的材料可以为聚酰亚胺、PBO等。S3:在介电层401上形成再布线层402。在本步骤中,首先在介电层401上形成第一掩膜层407,并对第一掩膜层407进行曝光及显影处理,以在第一掩膜层407上形成至少暴露第一开口401a的第二开口407a,如图3b所示。进一步,以第一掩膜层407为掩膜在第一开口401a内形成第二端子406且在第二开口407a内形成再布线层402,并剥离第一掩膜层407,如图3c所示。在优选实施例中,第二端子406和再布线层402的材料相同,例如铜,且通过电镀工艺一体形成。当然,第二端子406和再布线层402的材料可以不同,也可以通过不同的工艺形成,例如先采用电镀工艺形成材料为铜的再布线层402,然后采用网版印刷形成材料为锡的第二端子406。可根据电流大小的设计需求调控第二端子406和再布线层402的厚度,通过简单的工艺操作,使其应用于不同规格的半导体器件。进一步的,可以重复执行本步骤以根据需要形成至少两层再布线层和/或第二端子。S4:在再布线层402上形成第一端子403。在本步骤中,在再布线层402上形成第二掩膜层408,并对第二掩膜层408进行曝光及显影处理,以在第二掩膜层408上形成部分暴露再布线层402的第三开口408a,如图3d所示。进一步,在第三开口408a内形成金属柱405,并在金属柱405的远离再布线层402的端部上形成焊料404,如图3e所示。剥离第二掩膜层408,露出金属柱405和焊料404,如图3f所示。金属柱405的材料优选为铜。在优选实施例中,通过电镀或其他适当工艺在第三开口408a内依次形成金属柱405和焊料404,此时焊料404为厚度一致的层状结构。在备选实施方式中,可仅在第三开口408a内形成金属柱405,并对金属柱405的端部进行微腐蚀并通过植球回流焊工艺在金属柱405端部上形成焊料404。此外,还可以通过印刷工艺形成焊料404,此时焊料404的厚度不一定一致。S5:提供一芯片300,包括芯片301、芯片301上设有电极302、电极302上设有金属凸块303,如图3g所示。金属凸块303的形状不限,材料可以包括铜、金、锡中的至少一种,优选的,金属凸块303的材料进一步包括钛。金属凸块的形状优选为柱状。在本步骤中,优选通过超声波焊接工艺(例如,热压超声波焊接)将金属凸块303固定于电极302上。S6:利用焊料404将金属凸块303固定于再布线层402上。在本步骤中,优选通过回流焊工艺将金属凸块303固定于再布线层402上。第一端子403包括焊料404和金属柱405,金属凸块303接触焊料404,焊料404回流后部分隆起,进而将金属凸块303的端部包裹,如图3h所示。S7:利用填充材料500对芯片300、再布线层402和第一端子403进行填充,如图3i所示;S8:从介电层401去除基材S,如图3j所示。可以通过撕除、研磨、腐蚀等方式去除基材S。进一步,还可以在在第二端子406的端部可通过微腐蚀及植球回流焊接形成球状焊料块406a。参照图4,图4为图2所示的步骤S4的备选实施方式的截面示意图。在本实施例中,介电层801、再布线层802以及第二端子801以与图2相同的方式形成于基材S上,其与图2所示的实施例的不同之处在于,在再布线层802上以电镀或印刷方式直接形成焊料804。例如,在对再布线层802上的第二掩膜层进行曝光及显影处理,进而形成第三开口(与图2所示实施例相同),通过电镀或印刷工艺在第三开口内形成焊料804,以使得焊料804直接接触再布线层802。焊料804优选为厚度一致的层状结构,并在回流过程中部分隆起。请参阅图5,图5是本发明提供的制造方法所形成的半导体封装结构一的结构示意图。如图5所示,该半导体封装结构包括芯片300和载体400。进一步,芯片300包括芯片主体301、设置在芯片主体301上的电极302以及固定在电极302上的金属凸块303。在优选实施例中,金属凸块303以超声波焊接方式(例如,热压超声波焊接)固定于电极302上,且金属凸块303的横向尺寸D1小于电极32的横向尺寸D2。在本实施例中,芯片300进一步包括覆盖于芯片主体301和电极302上的钝化层304,钝化层304上设置有开口304a,电极302经开口304a至少部分外露,金属凸块303固定于电极302的外露部分上且突出于钝化层304。钝化层304可以包括氮化硅、氧化硅、其它绝缘体或者他们的组合或多层结构。载体400包括介电层401、形成于介电层401上的再布线层402以及形成于再布线层402上的第一端子403。介电层401的材料可以为聚酰亚胺、PBO等。在本实施例中,第一端子403包括焊料404和金属柱405。其中,金属柱405形成于再布线层402上,焊料404形成于金属柱405的朝向芯片主体301的端部上。金属凸块303由焊料404固定于再布线层402上。在优选实施例中,金属凸块303由焊料404以回流焊方式固定于再布线层402上。具体来说,将金属凸块303倒扣在焊料404上,焊料404回流使金属凸块303置于焊料404中并固定。金属凸块303的形状不限,材料可以包括铜、金、锡中的至少一种,优选的,金属凸块303的材料进一步包括钛。金属凸块的形状优选为柱状。金属柱405的材料优选为铜。在优选实施例中,焊料404的横向尺寸D3大于金属凸块303的横向尺寸D1,以使得金属凸块303插置于焊料404中。进一步优选的,金属凸块303插置于焊料404中的端部呈尖端状设置。在本实施例中,介电层401上设置有开口401a,载体400进一步包括形成于开口401a内且与再布线层402电性接触的第二端子406。本实施例中载体400只包括一层再布线层402和第二端子406,在其他实施例中也可以包括至少两层再布线层和/或第二端子。在优选实施例中,第二端子406和再布线层402的材料相同,例如铜,且由电镀工艺一体成型。当然,第二端子406和再布线层402的材料可以不同,也可以通过不同的工艺形成,例如先采用电镀工艺形成材料为铜的再布线层402,然后采用网版印刷形成材料为锡的第二端子406。可以根据半导体器件对电流大小的设计需求调控第二端子406和再布线层402的厚度,通过简单的工艺操作,使其应用于不同规格的半导体器件。进一步,芯片300和载体400之间的间隙由填充材料500进行填充且在第二端子406的端部可通过微腐蚀及植球回流焊接形成球状焊料406a。通过上述方式,利用金属凸块取代现有技术中的形成于电极上的球状焊料,并利用形成于再布线层上的第一端子中的焊料将金属凸块固定于再布线层上,可有效避免电极间的桥接。同时,由于焊料相较于现有技术远离芯片主体,进而避免焊料中的α射线对芯片性能的影响。进一步,上述半导体封装结构中端子的节距减小,使在小尺寸芯片上实现多端子成为可能。此外,使用再布线层取代传统基板,没有传统基板上的保护层,降低寄生电阻。金属柱的存在可以增加芯片与再布线层之间的间距,进行填充时有利于填充材料的扩散。请参阅图6,其中图6是本发明提供的制造方法所形成的半导体封装结构二的结构示意图。如图6所示,该半导体封装结构包括芯片600和载体700。图6所示的实施例与图5所示的实施例的区别之处在于,芯片600上的金属凸块603由直接形成于再布线层702上的焊料704进行固定。以上仅为本发明的实施方式,并非因此限制本发明的专利范围,凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换,或直接或间接运用在其他相关的技术领域,均同理包括在本发明的专利保护范围内。
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