一种晶圆级芯片的封装结构及封装方法与流程

本发明涉及半导体的制造技术领域，尤其涉及一种晶圆级芯片的封装结构及封装方法。

背景技术：

芯片封装的技术可定义为：利用凸点或微细连接技术将半导体芯片和框架或基板连接以便引出接线引脚，并通过可塑性绝缘介质关风固定，构成整体立体结构的工艺技术，各种芯片可以通过封装技术为半导体芯片提供机械支撑和环境保护，并引导芯片的导线与印刷电路板的导线连接，因此芯片封装具有机械支撑和保护、电路连接、应力缓冲以及散热的作用。

在当今信息社会，电子产品遍布于日常生活中，在衣食住行的各个方面，都会用到集成电路器件所组成的产品。随着电子科技的不断发展，功能性更复杂、更人性化的产品推陈出新，就电子产品而言，也朝轻、薄、短、小的结构设计，当相关的产品变得越来越小时，将集成电路封装构造的体积小型化的需求也变得越来越重要。传统的封装技术，例如引线框封装，柔性封装，刚性封装技术，不能满足这些需求，通过芯片尺寸封装技术可以达到上述目的，其所制作完成的封装体的截面尺寸与芯片的截面尺寸大致相同，芯片尺寸封装的体积很小，因此被广泛地应用在半导体的封装技术上。因此在半导体封装技术上，开发出许多高密度半导体封装的形式，其中，利用晶圆级封装的手段，来达到芯片尺寸封装，是常用的一种技术。晶圆级封装是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片的技术，封装后的芯片尺寸与裸片尺寸一致，在晶圆切割完成时，芯片的封装便完成。该技术顺应了目前市场电子产品轻、薄、短、小的要求，是当前封装领域的热点和未来的发展趋势。

晶圆级芯片尺寸封装通常是把晶圆外围排列的焊垫通过再分布过程分布成面阵排列的大量金属焊球，也称焊接凸点，焊垫通过晶圆表面钝化层上的开口露出，以与凸点电性连接。由于芯片尺寸越做越小，对应的芯片线路也变得越来越复杂，相应的，焊垫的大小也同步缩小。焊垫缩小，钝化层若还是按照原先的设计思路，钝化层的开口就会变得很小，通过电流的能力就会受限制，不利于较小尺寸芯片的较大电流设计需求，而且影响芯片的散热性能，芯片的热阻也会较大。有鉴于此，有必要提出一种新的芯片封装结构及封装方法，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种晶圆级芯片的封装结构及封装方法，用以克服现有技术中的芯片在芯片尺寸较小时，由于晶圆表面的钝化层开口较小导致的电流通过能力小、热阻较大的技术问题。

一种晶圆级芯片的封装结构，其特征在于，包括绝缘层、导电层、凸点、再分布层和具有焊垫的晶圆；所述绝缘层包括第一钝化层、第二钝化层和第三钝化层，所述第一钝化层设于所述晶圆的表面，所述第一钝化层具有第一开口，所述第一开口暴露出所述焊垫；所述第二钝化层形成于所述第一钝化层的表面，所述第二钝化层具有第二开口，所述第二开口暴露出位于同一功能区的多个所述第一开口；所述再分布层形成于所述第二钝化层与所述第三钝化层之间，用于重新分布所述焊垫；所述第三钝化层具有第三开口，所述第三开口暴露出需要导通部分；所述导电层与所述焊垫电连接，所述导电层包括第一金属层和第二金属层，所述第一金属层形成于所述第二开口内，所述第二金属层形成于所述第三开口内；所述凸点形成于所述第二金属层上，所述凸点与所述焊垫电连接。

进一步地，所述第二开口的面积大于所述第二开口暴露的多个所述第一开口的面积之和。

进一步地，所述第一开口的形状为圆形、椭圆形或多边形中的一种，所述第二开口的形状与所述第一开口的形状相匹配。

进一步地，所述晶圆级芯片的封装结构还包括球下金属层，所述球下金属层形成于所述第二金属层和所述凸点之间。

相应地，本发明提供一种晶圆级芯片的封装方法，包括以下步骤：

提供表面具有第一钝化层的晶圆，所述晶圆上设有焊垫，所述第一钝化层上开设有第一开口，所述第一开口暴露出所述焊垫；

在所述第一钝化层的表面形成第二钝化层，在所述第二钝化层上形成第二开口，所述第二开口暴露出位于同一功能区的多个所述第一开口；

在所述第二开口内形成第一金属层；

在所述第一金属层及所述第二钝化层上形成再分布层；

在所述再分布层的表面形成第三钝化层，在所述第三钝化层上形成第三开口，所述第三开口暴露出需要导通部分；

在所述第三开口内形成第二金属层；

在所述第二金属层上形成与所述焊垫电连接的凸点。

进一步地，所述第二钝化层通过涂覆的方式形成；在所述第二钝化层上形成第二开口包括：利用掩膜版，依次通过曝光、显影、固化和刻蚀工艺，形成所述第二开口。

进一步地，所述再分布层通过电化学沉积方法形成，所述再分布层为单层结构或多层结构。

进一步地，所述第三钝化层通过涂覆的方式形成，所述第三开口通过激光刻蚀或湿法腐蚀的方式形成。

进一步地，所述第一金属层通过电化学沉积或者溅射的方式形成；所述第二金属层通过电化学沉积或者溅射的方式形成；所述凸点通过沉积的方式形成。

进一步地，在所述第二金属层上形成与所述焊垫电连接的凸点之前，还包括：在所述第二金属层上形成球下金属层，所述球下金属层为单层结构或多层结构。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明的晶圆级芯片的封装结构及封装方法，通过在第一钝化层的表面形成第二钝化层，并在第二钝化层上形成第二开口，第二钝化层的一个第二开口暴露出第一钝化层上同一功能区的多个第一开口，将晶圆表面的第一钝化层上的第一开口进行整合，形成了大面积的导电层，从而增大了焊垫与凸点电连接的接触面积，一方面，可以增强电流通过能力，提高导电效率，有利于满足较小尺寸芯片的电源设计需求；另一方面，由于焊垫与凸点的大面积接触，能够快速地传导芯片在运行时产生的热量，提高了芯片的散热效率，从而有效地降低了芯片的热阻，有助于提升芯片封装产品的性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。

图1是本发明的晶圆级芯片的封装结构的结构示意图；

图2是图1中摘取第一钝化层和第二钝化层的结构示意图；

图3是本发明的晶圆级芯片的封装方法的流程示意图；

图4-11是根据图3所示流程进行封装的剖面示意图；

其中，图中附图标记对应为：1-晶圆、2-焊垫、3-第一钝化层、31-第一开口、4-第二钝化层、41-第二开口、5-第一金属层、6-再分布层、7-第三钝化层、8-第二金属层、9-球下金属层、10-凸点。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例对本发明作进一步地详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的相连或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

参阅图1-2和图11，本实施例提供一种晶圆级芯片的封装结构，该封装结构包括绝缘层、导电层、凸点10、再分布层6和具有焊垫2的晶圆1；

绝缘层起到绝缘、密封及提供机械保护等作用，包括第一钝化层3、第二钝化层4和第三钝化层7，第一钝化层3设于所述晶圆1的表面，第一钝化层3具有第一开口31，第一开口31暴露出焊垫2；第二钝化层4形成于第一钝化层3的表面，第二钝化层4具有第二开口41，第二开口41暴露出位于同一功能区的多个第一开口31；再分布层6形成于第二钝化层4与第三钝化层7之间，用于重新分布焊垫2；第三钝化层7具有第三开口，第三开口暴露出需要导通部分；导电层与焊垫2电连接，导电层包括第一金属层5和第二金属层8，第一金属层5形成于第二开口41内，第二金属层8形成于第三开口内；凸点10形成于第二金属层8上，凸点10与焊垫2电连接。因电流的通过能力与凸点10的截面积，也即焊垫2与凸点10电连接的接触面积成正比，而焊垫2是通过第一开口31进而通过第二开口41露出，并与凸点10电连接，从而改善了芯片的电流通过能力。

在芯片尺寸较小时，焊垫2的尺寸相应地也较小，为增强电流的通过能力，本实施例中，将同一功能区的多个第一开口31连通起来，并在第二钝化层4上对应位置形成第二开口41，因此，第二开口41的面积大于第二开口41暴露的多个第一开口31的面积之和。

本实施例中，因为电流的通过能力与凸点10的截面积成正比，而凸点10的大小与第二开口41的大小有关，因此根据电流设计需要，可以将位于同一功能区的2个或者2个以上的第一开口31，通过1个第二开口41连接到一个凸点10上，实现增大电流的目的。从封装工艺角度考虑，受光刻显影能力限制，第二开口41越大，封装工艺越容易实现；从实际晶圆封装角度考虑，第二开口41太大则不能起到保护作用，因此，第二开口41的尺寸设计需根据具体实际需要而定。

本实施例中，因第一开口31一般为正方形或圆形，为使第二开口41与多个第一开口31更好地套合，第二开口41的形状与第一开口31的形状相匹配，第二开口41相应地也设计为正方形或圆形。当然，在其他的实施例中，第二开口41的形状不限于上述的正方形或圆形，其他的形状如椭圆形、长方形、梯形或其他多边形也可应用于第二开口41，只要能够实现相同的功能即可。

本实施例中，按照芯片密度的要求，第一金属层5为单层结构或多层结构，第二金属层8为单层结构或多层结构。

本实施例中的晶圆级芯片的封装结构，通过形成第二钝化层4以及第二钝化层4上的第二开口42，将晶圆1具有的的第一钝化层3上的同一功能区的第一开口31进行整合，多个小的第一开口31共同分享一个较大的第二开口41，形成了大面积的导电层，从而可以增强电流通过能力，能够有效地传导芯片在运行时产生的热量，提高了芯片的散热效率，进而降低了芯片的热阻，有助于提升芯片的性能。

在本发明的另一实施例中，晶圆级芯片的封装结构还包括球下金属层9，球下金属层9形成于第二金属层8和凸点10之间，与第二金属层8之间有非常好的粘附性，作为凸点10的基底，球下金属层9能够保证凸点10与焊垫2的良好接触，进一步提高芯片的信号稳定性和可靠性。

实施例2

参阅图3-11，为实现上述实施例1所述的晶圆级芯片的封装结构，本实施例提供了一种晶圆级芯片的封装方法，包括以下步骤：

提供表面具有第一钝化层3的晶圆1，晶圆1上设有焊垫2，第一钝化层3上开设有第一开口31，第一开口31暴露出焊垫2；

在第一钝化层3的表面通过涂覆的方式第二钝化层4，在第二钝化层4上，利用掩膜版，依次通过曝光、显影、固化和刻蚀工艺，形成第二开口41，第二开口41暴露出位于同一功能区的多个第一开口31；

在第二开口41内通过溅射一层金属形成第一金属层5；

在第一金属层5及第二钝化层4上通过电化学沉积形成再分布层6；

在再分布层6的表面涂覆第三钝化层7，在曝光显影处理后，通过激光刻蚀方式在第三钝化层7上形成第三开口，第三开口暴露出需要导通部分；

在第三开口内通过溅射一层金属形成第二金属层8；

在第二金属层8上通过沉积的方式形成与焊垫2电连接的凸点10。

本实施例中，在第一钝化层3的表面形成第二钝化层4，并在第二钝化层4形成暴露出同一功能区的多个第一开口31的第二开口41，形成了大面积的导电层，以增大焊垫2与凸点10电连接的接触面积，进而增强芯片封装结构的电流通过能力。

实施例3

本实施例提供了一种晶圆级芯片的封装方法，在上述实施例的基础上，可选地，在第二开口41内通过电化学沉积一层金属形成第一金属层5，采用该方法，工艺相对简单，所沉积的薄膜的成分和厚度容易控制，且具有较好的均匀性。

实施例4

本实施例提供了一种晶圆级芯片的封装方法，在上述实施例的基础上，可选地，在第二开口41内通过溅射多层金属形成第一金属层5，以满足较高的芯片密度的要求。

实施例5

本实施例提供了一种晶圆级芯片的封装方法，在上述实施例的基础上，可选地，在第二开口41内通过电化学沉积多层金属形成第一金属层5。

实施例6

本实施例提供了一种晶圆级芯片的封装方法，在上述实施例的基础上，可选地，在第一金属层5及第二钝化层4上通过电化学沉积多层金属形成再分布层6。

实施例7

本实施例提供了一种晶圆级芯片的封装方法，在上述实施例的基础上，可选地，在曝光显影处理后，通过湿法腐蚀方式在第三钝化层7上形成第三开口，第三开口暴露出需要导通部分。

实施例8

本实施例提供了一种晶圆级芯片的封装方法，在上述实施例的基础上，可选地，在第三开口内通过溅射多层金属形成第二金属层8。

实施例9

本实施例提供了一种晶圆级芯片的封装方法，在上述实施例的基础上，可选地，在第三开口内通过电化学沉积一层金属形成第二金属层8。

实施例10

本实施例提供了一种晶圆级芯片的封装方法，在上述实施例的基础上，可选地，在第三开口内通过电化学沉积多层金属形成第二金属层8。

实施例11

本实施例提供了一种晶圆级芯片的封装方法，在上述实施例的基础上，进一步地，在第二金属层8上形成与焊垫2电连接的凸点10之前，还包括：在第二金属层8上形成球下金属层9，球下金属层9为单层结构或者多层结构，以增强凸点10与焊垫2的良好接触，保证芯片的信号稳定性和可靠性。

上述实施例中的芯片封装方法，可适用于所有尺寸的芯片封装，按照电流设计的需要，通过第二开口41，将2个或者2个以上的第一开口31连接于一个凸点10上，实现电流的导通，本发明的晶圆级芯片封装方法适用范围广，工艺简单，能够明显地改善芯片封装结构的电流通过能力，同时有助于降低芯片封装结构的热阻，从而提高了芯片封装结构的散热效果。

本发明的上述实施例，具有如下有益效果：

本发明的晶圆级芯片的封装结构及封装方法，通过在第一钝化层的表面形成第二钝化层，并在第二钝化层上形成第二开口，第二钝化层的一个第二开口暴露出第一钝化层上同一功能区的多个第一开口，将晶圆表面的第一钝化层上的第一开口进行整合，形成了大面积的导电层，从而增大了焊垫与凸点电连接的接触面积，一方面，可以增强电流通过能力，提高导电效率，有利于满足较小尺寸芯片的电源设计需求；另一方面，由于焊垫与凸点的大面积接触，能够快速地传导芯片在运行时产生的热量，提高了芯片的散热效率，从而有效地降低了芯片的热阻，有助于提升芯片封装产品的性能。

以上所述是本发明的几种优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。