[发明专利]具有凸块保护结构的倒装芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体封装技术领域，特别是涉及一种具有凸块保护结构的倒装芯片及其制备方法。

背景技术

倒装芯片(Flip Chip)封装技术是当今半导体封装技术的发展方向。在MPU、FPGA、应用处理器、高速内存和无线设备等先进半导体中，倒装芯片是应用最广泛的封装技术。由于其具有性能优越、形状因子小和成本合理等特点，自2000年初以来，倒装芯片封装技术便开始迅猛发展，而且未来还将应用于更多的设备之中。以往的一级封装技术都是将芯片的有源区面朝上，背对基板粘贴后键合(引线键合和载带自动键合TAB)，而倒装芯片封装技术则是将芯片有源区面对基板进行键合。倒装芯片封装技术的特点是在芯片和基板上分别制备焊盘，然后面对面键合。倒装芯片封装技术可以利用芯片上所有面积来获得I/O端，晶圆片利用效率得到极大提高，它能提供最高的封装密度、最高的I/O数和最小的封装外形。利用倒装芯片封装技术，引线可以做到最短，电抗最小，可以获得最高的工作频率和最小的噪声。

实现倒装芯片封装技术，凸块的形成是其工艺过程的关键。凸块的作用是充当芯片与基板之间的机械互连和电互连，有时还起到热互连的作用。凸块制作技术的种类很多，如蒸发沉积法、印刷法、钉头凸块法、钎料传送法、电镀法等。电镀法由于成本较低目前已是凸块制作的常用工艺。对现有技术电镀凸块工艺而言，金属种子层材料要溅射在整个晶圆片的表面上，然后淀积光刻胶，并用光刻的方法在芯片键合点上形成开口。然后将凸块材料电镀到晶圆片上并包含在光刻胶的开口中，再使其回流。其后将光刻胶剥离，并对曝光的金属种子层材料进行刻蚀，得到最终的凸块。不难发现，由于凸块具有优良的电性能和热特性、较低的电阻和电容率、较低的热阻以及良好的抗电迁移性，并且不受焊盘尺寸的限制，适于批量生产，并可大大减小封装尺寸和重量，因此凸块常应用于细间距的连接。然而，在实现倒装芯片封装技术时，由于材料具有热胀冷缩特性，在温度作用下会发生体积变化，产生应变，当封装结构的应变受到各组成部分之间热膨胀系数差异的影响不能自由发展时，就会产生应力，若凸块的强度不足，应力较大时往往会造成凸块裂缝等问题而引起凸块失效。

此外，在制备倒装芯片的后段制程中，对于形成凸块后的晶圆片，需要先在晶圆片的正面(即有源区面)粘贴保护膜，然后根据实际需要的芯片厚度对晶圆片的背面进行研磨和激光打标。随后去除保护膜，对晶圆片进行切割分片，形成若干个具有凸块的芯片，用于倒装芯片封装。不难发现，该段制程的工艺较复杂，并且成本较高。

因此，如何提供更强的凸块强度，以避免应力较大时造成凸块失效，同时简化制备倒装芯片的后段制程，是亟待解决的问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种具有凸块保护结构的倒装芯片及其制备方法，用于解决现有技术中由于凸块的强度不足，应力较大时易造成凸块失效的问题，以及制备导致芯片的后段制程工艺较复杂，成本较高的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有凸块保护结构的倒装芯片，其中，所述具有凸块保护结构的倒装芯片至少包括：

芯片；

形成于所述芯片上表面的连接层；

形成于所述连接层上的凸块，且所述凸块通过所述连接层实现与所述芯片的电性连接；以及

形成于所述连接层上表面且包围部分凸块的钝化层，从而形成凸块保护结构。

优选地，所述连接层至少包括：

形成于所述芯片上表面的多个焊盘；

覆盖于所述芯片上表面以及每个焊盘两端的介质层；以及

形成于所述介质层上表面的绝缘层。

优选地，所述凸块形成于每个焊盘的上表面并覆盖部分绝缘层，且所述凸块通过所述焊盘实现与所述芯片的电性连接。

优选地，所述凸块至少包括：

形成于每个焊盘上表面且覆盖部分绝缘层的金属柱；以及

形成于所述金属柱上表面的金属帽。

优选地，所述钝化层包围所述金属柱。

优选地，所述金属柱采用Cu或Ni金属材料。

优选地，所述金属帽采用锡、铜、镍、银锡铜合金或者锡基合金中的一种材料。

优选地，所述介质层采用低k介电材料。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有凸块保护结构的倒装芯片的制备方法，其中，所述具有凸块保护结构的倒装芯片的制备方法至少包括如下步骤：

提供一晶圆片，所述晶圆片至少包括若干个芯片；

于所述晶圆片的上表面形成覆盖所有芯片上表面的连接层；