[发明专利]用于晶圆片级芯片尺寸封装的再分布层及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及集成电路(IC)封装。具体地，本发明涉及形成晶圆片级芯片尺寸封装，该封装包括将IC器件上的间距非常窄的周边阵列的键合焊盘再分布为间距更大的面阵列的凸起焊盘的金属层。

背景技术

电子工业越来越依赖半导体技术的发展，以在更紧密的区域中实现更高功能的器件。对于许多实现更高功能的应用来说，器件需要将大量电子器件集成在单硅片晶圆上。随着硅晶圆给定单位面积上的电子器件的数量增加，制造工艺变得更加困难。

已经制造了在很多学科中具有多种不同应用的半导体器件。这种基于硅的半导体器件通常包括金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)，诸如p沟道MOS(PMOS)、n沟道MOS(NMOS)和互补MOS(CMOS)晶体管、双极晶体管、BiCMOS晶体管。这种MOSFET包括在导电栅和类硅衬底之间的绝缘材料；因此这些器件通常被称为IGFET(绝缘栅FET)。

这些半导体器件通常均包括半导体衬底，其上形成有大量的有源器件。给定的有源器件的特定结构可以在器件类型之间变化。例如，在MOS晶体管中，有源器件通常包括源和漏区，以及调制源区和漏区之间电流的栅电极。

而且，这种器件可以是在一些晶圆加工过程中产生的数字或模拟器件，例如CMOS、BiCMOS、Bipolar等等。衬底可以是硅、砷化镓(GaAs)或者其它适合在其上建造微电子电路的衬底。

在制造过程完成后，硅晶圆具有预定数量的器件。对这些器件进行测试。收集合格的器件，并且对它们进行封装。

复杂IC器件的封装在其最终性能上所起的作用越来越大。晶圆片级芯片尺寸封装(WLCSP)尤其重要。这种封装允许IC器件面朝下附着在印刷电路板上，其中IC器件的焊盘通过各个焊球与印刷电路板的焊盘连接。WLCSP的主要优点是使IC至PCB的电导最小化。其它优点包括减小封装尺寸、降低成本和制造周期，以及提高热传导特性。WLCSP的优点可以见诸于诸如移动电话之类的便携式电子器件中。在2002年9月17日公布的Huang的US专利6,452,270B1中可以获得晶圆片级芯片尺寸封装的示例，其全部内容以引文形式并入此文。

对于晶圆片级芯片尺寸封装，将金属层涂敷在硅衬底上部，用以将从较小间距的周边键合焊盘连接至较大间距的凸点焊盘。在制造过程中，在硅衬底表面上沉积有机电介质材料。该有机电介质材料可以是苯环丁烯(BCB)、环氧树脂或聚酰亚胺等等。掩盖有涂层的硅衬底表面，以定义键合焊盘区和凸点焊盘区。蚀刻掉键合焊盘和凸点焊盘上的电介质材料。

在暴露的键合焊盘、凸点焊盘的表面和电介质材料表面上沉积不同金属和合金的多金属层，诸如Al、NiV、Cu、Ti、NiV和Cu。在示例工艺中，可以在硅衬底上溅射铝，然后溅射钒化镍层、铜层、钛层、另外一层钒化镍，最后溅射铜层。

这些多金属层具有单个金属或合金不具有的性质，诸如对有机电介质的附着力、增强的导电能力、对机械应力的复原能力、对杂质扩散的阻挡能力等等。铝提供了对有机电介质的可靠附着力，但是易于受到杂质扩散的影响；钒化镍提供了对杂质的阻挡层；铜提供了优良的导电性。钛提供了另外的阻挡层和对机械应力的强度。另外一层钒化镍和铜提供了另外的杂质阻挡层和导电性。这些多层形成了能增加封装可靠性的层压。因此，形成了Al/NiV/Cu/Ti/NiV/Cu的金属层合成物。

在另一种掩盖方式中，将光致抗蚀剂只涂敷在焊料凸点焊盘，因此将凸点焊盘以外区域的NiV/Cu蚀刻掉，保留Al/NiV/Cu/Ti层。在这种情况下的NiV/Cu为焊料凸点提供了湿润表面。第一次蚀刻后，再次涂敷光致抗蚀剂，以去除在定义的连接凸点焊盘和键合焊盘的金属走线区域以外的剩余的Al/NiV/Cu/Ti。掩盖了凸点焊盘。在Al/NiV/Cu/Ti金属层上沉积另一个电介质层。蚀刻掉在凸点焊盘位置的电介质材料，因此可以在凸点焊盘的顶部沉积焊料凸点。金属层Al/NiV/Cu/Ti在其上具有另外的NiV/Cu层。