晶圓封裝方法
2023-05-31 02:41:31
晶圓封裝方法
【專利摘要】本發明提供一種晶圓封裝方法，包括：提供襯底，所述襯底包括形成有導電金屬墊的中心區域，以及相對於所述中心區域的邊緣區域；在所述導電金屬墊上形成球下金屬層；在所述襯底的邊緣區域形成金屬散熱層；在所述球下金屬層上形成凸點結構。本發明的有益效果在於：由於金屬散熱層形成於襯底的正面，由於襯底的正面形成有晶片，也就是說，金屬散熱層與晶片均位於襯底的正面，金屬散熱層與晶片之間更加靠近，這有利於幫助晶片散熱，也就是改善了晶圓封裝結構的散熱性能。此外，形成金屬散熱層以及封裝都不需要反轉襯底，這在達到散熱目的的同時一定程度上簡化了工藝。
【專利說明】晶圓封裝方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體封裝領域，具體涉及一種晶圓封裝方法。
【背景技術】
[0002]隨著集成電路技術的不斷發展，電子產品越來越向小型化、智能化、高性能以及高可靠性方向發展。而集成電路封裝不僅直接影響著集成電路、電子模塊乃至整機的性能，而且還制約著整個電子系統的小型化、低成本和可靠性。在集成電路晶片尺寸逐步縮小，集成度不斷提高的情況下，電子工業對集成電路封裝技術提出了越來越高的要求。
[0003]封裝晶片的散熱性能在很大程度上直接影響封裝晶片的工作性能。
[0004]以形成有MOSFET器件的封裝晶片為例，MOSFET器件由金屬、氧化物及半導體三種材料製成，衡量MOSFET器件的關鍵參數值之一為RDS值，RDS值表示MOSFET在導通狀態下的內阻值，RDS值越低，MOSFET的工作性能越好；降低RDS值的主要方法為改善MOSFET器件的散熱。
[0005]因此，如何進一步提升晶圓封裝結構的散熱性能，成為本領域技術人員亟待解決的技術問題。
【發明內容】
[0006]本發明解決的問題是提供一種晶圓封裝方法，以改善晶圓封裝結構的散熱性能。
[0007]為解決上述問題，本發明提供一種晶圓封裝方法，包括:
[0008]提供襯底，所述襯底包括形成有導電金屬墊的中心區域，以及相對於所述中心區域的邊緣區域；
[0009]在所述導電金屬墊上形成球下金屬層；
[0010]在所述襯底的邊緣區域形成金屬散熱層；
[0011]在所述球下金屬層上形成凸點結構。
[0012]可選的，所述金屬散熱層和所述球下金屬層同步形成。
[0013]可選的，提供襯底的步驟包括:
[0014]所述襯底表面形成露出所述導電金屬墊和襯底邊緣區域的鈍化層；
[0015]提供襯底的步驟之後，形成球下金屬層的步驟之前，所述晶圓封裝方法還包括:在所述鈍化層上形成露出所述導電金屬墊和襯底邊緣區域的保護層。
[0016]可選的，所述保護層的材料為聚醯亞胺。
[0017]可選的，形成球下金屬層和金屬散熱層的步驟包括:
[0018]在所述保護層上形成第一掩模並且在襯底邊緣區域形成第二掩模，所述第一掩模、保護層以及保護層露出的導電金屬墊共同圍成第一開口，所述第二掩模、第一掩模以及露出的襯底邊緣區域共同圍成第二開口；
[0019]在所述第一開口中形成所述球下金屬層；
[0020]在所述第二開口中形成所述金屬散熱層。
[0021]可選的，形成第一掩模、第二掩模之前，在所述襯底以及導電金屬墊上形成籽晶層；所述第一掩模和第二掩模形成於所述籽晶層上；
[0022]形成金屬散熱層和球下金屬層的步驟包括:通過電鍍的方式在所述第一開口底部形成所述球下金屬層在所述第二開口底部形成所述金屬散熱層；
[0023]去除所述第一掩模和第二掩模。
[0024]可選的，在所述第二開口中，所述鈍化層露出所述邊緣區域的襯底，所述保護層露出所述鈍化層，所述第一掩模露出所述保護層，構成一階梯狀結構；
[0025]所述金屬散熱層保形覆蓋於所述階梯狀結構上。
[0026]可選的，形成光敏材料的第一掩模和第二掩模。
[0027]可選的，所述金屬散熱層為圍繞襯底中心區域的框形結構熱層，以在襯底上形成表面金屬化窗口結構。
[0028]可選的，所述金屬散熱層的材料為銅。
[0029]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:
[0030]通過在所述襯底的正面的中心區域形成導電金屬墊，然後在相對於所述中心區域的邊緣區域形成所述金屬散熱層，以通過所述金屬散熱層對襯底中的晶片進行散熱。由於所述金屬散熱層形成於所述襯底的正面，由於襯底的正面形成有晶片，也就是說，金屬散熱層與晶片均位於襯底的正面，金屬散熱層與晶片之間更加靠近，這有利於幫助晶片散熱，也就是改善了晶圓封裝結構的散熱性能。此外，形成金屬散熱層以及封裝都不需要反轉襯底，這在達到散熱目的的同時一定程度上簡化了工藝。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0031]圖1至圖7是本發明晶圓封裝方法一實施例中各個步驟的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0032]為了提升晶圓封裝結構的散熱性能，現有技術在襯底的背面形成一層散熱膜。但是由於這種方法需要在襯底的背面形成散熱膜，因而增加了整個工藝的複雜程度，複雜的工藝更容易產生差錯。同時，形成於襯底背面的散熱膜遠離襯底中的晶片，因而散熱效果也不夠好。
[0033]因此，本發明提供一種晶圓封裝方法，包括以下步驟:
[0034]提供襯底，所述襯底包括形成有導電金屬墊的中心區域，以及相對於所述中心區域的邊緣區域；在所述導電金屬墊上形成球下金屬層；在所述襯底的邊緣區域形成金屬散熱層；在所述球下金屬層上形成凸點結構。
[0035]金屬散熱層與晶片均位於襯底的正面，金屬散熱層與晶片之間更加靠近，這有利於幫助晶片散熱，也就是改善了晶圓封裝結構的散熱性能。此外，形成金屬散熱層以及封裝都不需要反轉襯底，這在達到散熱目的的同時一定程度上簡化了工藝。
[0036]為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
[0037]首先參考圖1，提供襯底101。在本實施例中，所述襯底101為包括一個或者多個晶片的來料圓片矽。
[0038]所述襯底101包括形成有晶片的正面11以及相對於所述正面的背面12。
[0039]所述襯底101的正面11包括形成有導電金屬墊102的中心區域，以及相對於所述中心區域的邊緣區域；所述中心區域用於在後續步驟中形成封裝結構的球下金屬層以及凸點結構等封裝部件，所述邊緣區域用於形成金屬散熱層。
[0040]所述導電金屬墊102用於將襯底101內部的晶片電路特性連接至襯底101表面，以便於後續步驟中與球下金屬層等封裝部件電連接。
[0041]在本實施例中，提供襯底101的還步驟包括在所述襯底101表面形成鈍化層103。所述鈍化層103可以用於保護所述襯底101的表面。
[0042]具體的，在本實施例中，所述鈍化層103的材料可以是二氧化矽或者氮化矽。但是本發明對鈍化層103的材料並不做限定。
[0043]在本實施例中，使所述鈍化層103的厚度在I?2微米的範圍內。但是這僅是一個示例，本發明對所述鈍化層103的厚度不作限定，而是應當根據實際情況而定。
[0044]使所述鈍化層103將襯底101表面的導電金屬墊102露出，這樣可以儘量避免鈍化層103影響導電金屬墊102與球下金屬層等封裝部件電連接。
[0045]結合參考圖2，在形成鈍化層103後，還在所述鈍化層103表面形成露出所述導電金屬墊102的保護層104。
[0046]所述保護層104可以進一步對襯底101以及襯底101上的鈍化層103進行保護，因為通常情況下，鈍化層103的質地比較脆(例如，本實施例中氮化矽、硼矽玻璃、磷矽玻璃或硼磷矽玻璃材料的鈍化層103)，容易發生破損，所以在鈍化層103上再形成一層保護層104有利於保護襯底101以及鈍化層103。
[0047]此外，所述保護層104還可以起到平坦化鈍化層103表面的作用。因為一般情況下，鈍化層103的厚度較小，且襯底101的表面有時會具有較多的凹凸(例如，襯底101表面形成的一些半導體器件)，也就是說，覆蓋鈍化層103後，襯底101表面仍然可能凹凸不平，這不利於後續引線金屬層和引線結構的形成。因此，形成保護層104可以平坦化襯底101的表面，進而方便後續的引線金屬層和引線結構的形成。
[0048]使所述導電金屬墊102從所述保護層104中露出，以儘量避免保護層104影響導電金屬墊102與後續封裝的引線結構電連接。
[0049]在本實施例中，形成聚醯亞胺材料的保護層104。這種材料具有較好的彈性，且質地較為堅硬，進一步有利於保護襯底101以及鈍化層103。
[0050]在本實施例中，形成厚度為4?6微米的保護層104，在此厚度範圍內有利於填平覆蓋有鈍化層103的襯底101表面，同時又不至於過厚而過度增加整個封裝結構的體積。
[0051]結合參考圖2和圖3所示，在本實施例中，在形成鈍化層103時，使所述鈍化層103露出部分襯底101的邊緣區域，並且，在形成保護層104時，使所述保護層104露出部分鈍化層103，這樣，露出襯底101的邊緣區域、露出的鈍化層103以及保護層104共同形成階梯狀結構；這樣的好處在於，後續形成的金屬散熱層將保形覆蓋於所述階梯狀結構上，這樣形成的金屬散熱層的表面積增大，進一步有利於金屬散熱層幫助襯底101中的晶片散熱。
[0052]在本實施例中，所述金屬散熱層和所述球下金屬層同步形成。
[0053]具體的，可以在所述保護層104上形成第一掩模並且在襯底101的邊緣區域形成第二掩模，所述第一掩模、保護層104以及保護層104露出的導電金屬墊102共同圍成第一開口 77，所述第二掩模、第一掩模以及露出的襯底101的邊緣區域共同圍成第二開口 78 ；
[0054]在所述第一開口 77中形成所述球下金屬層，同時在所述第二開口 78中形成所述金屬散熱層。
[0055]進一步的，本發明可以通過電鍍的方式形成所述球下金屬層以及金屬散熱層:
[0056]在所述襯底101以及導電金屬墊102上形成籽晶層(圖中未示出)；所述籽晶層用於作為後續電鍍形成金屬散熱層的種子層。
[0057]在這之後，在所述籽晶層上形成包括第一掩模和第二掩模的掩模層201。所述掩模層201用於遮擋住不需形成金屬散熱層以及球下金屬層的部分；
[0058]在本實施例中，所述掩模層201可以為光敏材料，這樣方便後續去除所述掩模層201的步驟進行，同時去除光敏材料對周圍器件的影響較小。
[0059]參考圖3，去除部分掩模層201，以露出部分導電金屬墊102以及邊緣區域的襯底101上的籽晶層；也就是說，通過去除部分掩模層201，以在所述掩模層201中形成露出部分籽晶層的圖案。具體的，所述第一掩模、保護層104以及保護層104露出的導電金屬墊102共同圍成第一開口 77，所述第二掩模、第一掩模以及露出的襯底101的邊緣區域共同圍成第二開口 78 ;如前文所述，所述第一開口 77用於形成球下金屬層，所述第二開口 78用於形成金屬散熱層。
[0060]在本實施例中，形成框形的金屬散熱層，因此應當使位於襯底101邊緣區域的掩模層201的圖案也為相應的框形的形狀。
[0061]參考圖4，在這之後，在露出的籽晶層上電鍍金屬材料層，其中位於第一開口 77底部，也就是位於所述導電金屬墊102上的金屬材料層形成球下金屬層106，所述球下金屬層106用於定義後續形成的凸點結構位置。
[0062]此外，位於第二開口 78底部，也就是位於邊緣區域的襯底101的金屬材料層形成所述金屬散熱層108 ;這樣在形成所述金屬散熱層108的同時也形成了球下金屬層106，簡化了工藝步驟。
[0063]但是本發明對是否必須同時形成所述金屬散熱層108以及球下金屬層106不作限定，本領域技術人員應當了解，所述金屬散熱層108以及球下金屬層106可以採用上述的電鍍方式分別形成。
[0064]在本實施例中，形成銅材料的金屬散熱層108，也就是說，電鍍的金屬材料層為銅。銅具有較高的導熱率，進一步有利於散熱。
[0065]如前文所述，掩模層201位於襯底101邊緣區與部分的圖案為框形的形狀，因此形成的金屬散熱層108也相應的為框形結構。這種結構環繞於襯底101的邊緣區域，既能夠達到散熱的目的，同時也不會影響襯底101的中心區域的封裝步驟。
[0066]結合參考圖5和圖6，其中圖6為圖5所示結構的俯視圖。在形成金屬散熱層108以及球下金屬層106之後，去除剩餘的掩模層201。去前文所述，形成的金屬散熱層108也相應的為框形結構，進而在襯底101上形成表面金屬化窗口結構。
[0067]參考圖7，在形成所述球下金屬層106之後，在所述球下金屬層106表面形成凸點結構107。
[0068]但是需要說明的是，圖7中所示的凸點結構107的排列僅僅是本實施例的一個示例。本發明對凸點結構107的排列不作限定。
[0069]此外，參考圖7，本發明還提供一種晶圓封裝結構，在本實施例中，所述晶圓封裝結構包括:
[0070]襯底101。在本實施例中，所述襯底101為包括一個或者多個晶片的來料圓片矽。
[0071]所述襯底101包括形成有晶片的正面11以及相對於所述正面11的背面12。
[0072]所述襯底101的正面11包括形成有導電金屬墊102的中心區域，以及相對於所述中心區域的邊緣區域；所述中心區域用於形成封裝結構的球下金屬層106以及凸點結構107等封裝部件，所述邊緣區域用於形成金屬散熱層108。
[0073]所述導電金屬墊102用於將襯底101內部的晶片電路特性連接至襯底101表面，以便於與球下金屬層106等封裝部件電連接。
[0074]在本實施例中，在所述襯底101表面還形成有鈍化層103。所述鈍化層可以用於保護所述襯底101的表面。
[0075]具體的，在本實施例中，所述鈍化層103的材料可以是二氧化矽或者氮化矽。但是本發明對鈍化層103的材料並不做限定。
[0076]在本實施例中，所述鈍化層103的厚度在I?2微米的範圍內。但是這僅是一個示例，本發明對所述鈍化層103的厚度不作限定，而是應當根據實際情況而定。
[0077]所述鈍化層103將襯底101表面的導電金屬墊102露出，這樣可以儘量避免鈍化層103影響導電金屬墊102與球下金屬層106等封裝部件電連接。
[0078]在本實施例中，所述鈍化層103表面還形成有露出所述導電金屬墊102的保護層104。
[0079]所述保護層104可以進一步對襯底101以及襯底101上的鈍化層103進行保護，因為通常情況下，鈍化層103的質地比較脆(例如，本實施例中氮化矽、硼矽玻璃、磷矽玻璃或硼磷矽玻璃材料的鈍化層103)，容易發生破損，所以在鈍化層103上再形成有一層保護層104有利於保護襯底101以及鈍化層103。
[0080]此外，所述保護層104還可以起到平坦化鈍化層103表面的作用。因為一般情況下，鈍化層103的厚度較小，且襯底101的表面有時會具有較多的凹凸(例如，襯底101表面形成的一些半導體器件)，也就是說，覆蓋鈍化層103後，襯底101表面仍然可能凹凸不平，這不利於後續引線金屬層和引線結構的形成。因此，保護層104可以平坦化襯底101的表面，進而在形成晶圓封裝結構的過程中方便引線金屬層和引線結構的形成。
[0081]所述導電金屬墊102從所述保護層104中露出，以儘量避免保護層104影響導電金屬墊102與後續封裝的引線結構電連接。
[0082]在本實施例中，保護層104的材料為聚醯亞胺。這種材料具有較好的彈性，且質地較為堅硬，進一步有利於保護襯底101以及鈍化層103。
[0083]在本實施例中，所述保護層104的厚度單位為4?6微米，在此厚度範圍內有利於填平覆蓋有鈍化層103的襯底101表面，同時又不至於過厚而過度增加整個封裝結構的體積。
[0084]在本實施例中，所述鈍化層103露出部分襯底101的邊緣區域；並且，所述保護層104露出部分鈍化層103。這樣，露出襯底101的邊緣區域、露出的鈍化層103以及保護層104共同形成階梯狀結構。其好處將在後續介紹金屬散熱層108時進行說明。
[0085]本發明的晶圓封裝結構還包括形成於所述襯底101正面11的邊緣區域的金屬散熱層108。金屬散熱層108與晶片均位於襯底101的正面11，金屬散熱層108與晶片之間更加靠近，這有利於幫助晶片散熱，也就是改善了晶圓封裝結構的散熱性能。此外，形成金屬散熱層108以及封裝都不需要反轉襯底101，這在達到散熱目的的同時一定程度上簡化了工藝。
[0086]在本實施例中，所述金屬散熱層108保形覆蓋在露出襯底101的邊緣區域、露出的鈍化層103以及保護層104共同形成階梯狀結構上。也就是說，所述金屬散熱層108同樣為階梯狀結構。
[0087]這樣的好處在於，階梯狀結構的金屬散熱層108的表面積更大，這進一步有利於金屬散熱層108幫助襯底101中的晶片散熱。
[0088]在本實施例中，形成框形的金屬散熱層108 (參考圖7)，進而在襯底101上形成表面金屬化窗口結構。這種結構環繞於襯底101的邊緣區域，既能夠達到散熱的目的，同時也不會影響襯底101中心區域的球下金屬層106等封裝結構。
[0089]在本實施例中，所述金屬散熱層108的材料為銅。銅具有較高的導熱率，進而進一步有利於散熱。
[0090]在本實施例中，本發明的圓封裝結構還包括形成於所述導電金屬墊102表面的球下金屬層106，以及形成於所述球下金屬層106表面的凸點結構107。
[0091]在本實施例中，所述凸點結構107為球形。但是本發明對所述凸點結構107的形狀不作任何限定。
[0092]本發明所述的晶圓封裝結構可以但不限於採用上述的晶圓封裝方法得到。
[0093]雖然本發明披露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以權利要求所限定的範圍為準。
【權利要求】
1.一種晶圓封裝方法，其特徵在於，包括: 提供襯底，所述襯底包括形成有導電金屬墊的中心區域，以及相對於所述中心區域的邊緣區域； 在所述導電金屬墊上形成球下金屬層； 在所述襯底的邊緣區域形成金屬散熱層； 在所述球下金屬層上形成凸點結構。
2.如權利要求1所述的晶圓封裝方法，其特徵在於，所述金屬散熱層和所述球下金屬層同步形成。
3.如權利要求1所述的晶圓封裝方法，其特徵在於，提供襯底的步驟包括: 所述襯底表面形成露出所述導電金屬墊和襯底邊緣區域的鈍化層； 提供襯底的步驟之後，形成球下金屬層的步驟之前，所述晶圓封裝方法還包括:在所述鈍化層上形成露出所述導電金屬墊和襯底邊緣區域的保護層。
4.如權利要求3所述的晶圓封裝方法，其特徵在於，所述保護層的材料為聚醯亞胺。
5.如權利要求3所述的晶圓封裝方法，其特徵在於，形成球下金屬層和金屬散熱層的步驟包括: 在所述保護層上形成第一掩模並且在襯底邊緣區域形成第二掩模，所述第一掩模、保護層以及保護層露出的導電金屬墊共同圍成第一開口，所述第二掩模、第一掩模以及露出的襯底邊緣區域共同圍成第二開口； 在所述第一開口中形成所述球下金屬層； 在所述第二開口中形成所述金屬散熱層。
6.如權利要求5所述的晶圓封裝方法，其特徵在於，形成第一掩模、第二掩模之前，在所述襯底以及導電金屬墊上形成籽晶層；所述第一掩模和第二掩模形成於所述籽晶層上； 形成金屬散熱層和球下金屬層的步驟包括:通過電鍍的方式在所述第一開口底部形成所述球下金屬層在所述第二開口底部形成所述金屬散熱層； 去除所述第一掩模和第二掩模。
7.如權利要求5所述的晶圓封裝方法，其特徵在於，在所述第二開口中，所述鈍化層露出所述邊緣區域的襯底，所述保護層露出所述鈍化層，所述第一掩模露出所述保護層，構成一階梯狀結構； 所述金屬散熱層保形覆蓋於所述階梯狀結構上。
8.如權利要求5所述的晶圓封裝方法，其特徵在於，形成光敏材料的第一掩模和第二掩模。
9.如權利要求1所述的晶圓封裝方法，其特徵在於，所述金屬散熱層為圍繞襯底中心區域的框形結構熱層，以在襯底上形成表面金屬化窗口結構。
10.如權利要求1所述的晶圓封裝方法，其特徵在於，所述金屬散熱層的材料為銅。
【文檔編號】H01L21/48GK104485289SQ201410784667
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2014年12月16日 優先權日:2014年12月16日
【發明者】高國華, 朱桂林, 宣慧, 王曉聰 申請人:南通富士通微電子股份有限公司