半導體芯片的封裝方法以及封裝結構的制作方法
【專利摘要】本發明提供一種半導體芯片的封裝方法以及封裝結構，所述封裝方法包括：提供晶圓，所述晶圓具有位于第一表面側的功能區以及焊墊；于所述晶圓的第二表面形成通孔，所述通孔底部暴露所述焊墊；于所述通孔的底部以及側壁形成金屬布線層，所述金屬布線層延伸至所述晶圓的第二表面，所述金屬布線層與所述焊墊電連接；于所述晶圓的第二表面以及所述通孔中形成阻焊層；于所述阻焊層對應通孔的位置形成凹槽，所述凹槽的深度與所述通孔的深度之間的差值為0?20微米，通過減少阻焊層在通孔中的填充量，有效降低了阻焊層在后續的信賴性測試中產生的作用于金屬布線層的應力，避免了金屬布線層與焊墊分層脫離的情況。
【專利說明】
半導體芯片的封裝方法以及封裝結構
技術領域
[0001]本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及晶圓級半導體芯片的封裝技術。
【背景技術】
[0002]現今主流的半導體芯片封裝技術是晶圓級芯片尺寸封裝技術(WaferLevel ChipSize Packaging，WLCSP)，是對整片晶圓進行封裝并測試后再切割得到單個成品芯片的技術。利用此種封裝技術封裝后的單個成品芯片尺寸與單個晶粒尺寸差不多，順應了市場對微電子產品日益輕、小、短、薄化和低價化要求。晶圓級芯片尺寸封裝技術是當前封裝領域的熱點和未來發展的趨勢。
[0003]請參考圖1，公開一種晶圓級半導體芯片的封裝結構，晶圓I與保護基板2對位壓合，支撐單元3位于晶圓I與保護基板2之間使兩者之間形成間隙，避免保護基板2與晶圓I直接接觸，晶圓I包括多顆網格狀排布的半導體芯片10，半導體芯片10包括功能區11以及焊墊12，多個支撐單元3網格狀排布于保護基板2上且與半導體芯片10對應，當保護基板2與晶圓I對位壓合后，功能區11位于支撐單元3包圍形成的密封腔13內，晶圓I具有彼此相對的第一表面以及第二表面，功能區11以及焊墊12位于晶圓的第一表面側。
[0004]為了實現焊墊12與其他電路電連接，在晶圓I的第二表面側設置有朝向第一表面延伸的通孔22，通孔22與焊墊12對應且通孔22的底部暴露出焊墊12，在通孔22的側壁以及晶圓的第二表面上設置有絕緣層23，絕緣層23上以及通孔22的底部設置有金屬布線層24，金屬布線層24與焊墊12電連接，在晶圓的第二表面上設置焊球25，焊球25與金屬布線層24電連接，通過焊球25電連接其他電路實現在焊墊12與其他電路之間形成電連接。
[0005]為了便于將封裝完成的影像傳感芯片切割下來，于晶圓I的第二表面設置有朝向第一表面延伸的切割槽21。
[0006]在向晶圓I的第二表面設置焊球25之前，需要在晶圓的第二表面上以及通孔中設置阻焊層26，此處阻焊層的材質為感光膠，通過對感光膠進行曝光顯影工藝可以在感光膠上形成開口，開口底部暴露金屬布線層24，焊球25設置于開口中并與金屬布線層24電連接，通常，感光膠幾乎填滿通孔22以及切割槽21。
[0007]然而，由于感光膠填滿通孔22，在后續的信賴性測試中，通孔22中的感光膠熱脹冷縮形成作用于金屬布線層24的應力，在此種應力的拉扯下，金屬布線層24容易與焊墊12脫離，導致金屬布線層24與焊墊12接觸不良，成為本領域技術人員噬待解決的技術問題。
【發明內容】
[0008]本發明解決的問題是通過本發明提供的晶圓級半導體芯片封裝方法以及半導體芯片封裝結構，消除金屬布線層與焊墊分層脫離的情況，解決金屬布線層與焊墊接觸不良，提高半導體芯片封裝結構的品質以及信賴性。
[0009]為解決上述問題，本發明提供一種半導體芯片的封裝方法，包括:提供晶圓，所述晶圓具有彼此相對的第一表面以及第二表面，所述晶圓具有多顆網格排布的半導體芯片，半導體芯片具有位于所述第一表面側的功能區以及焊墊;于所述晶圓的第二表面形成朝向所述第一表面延伸的通孔，所述通孔底部暴露所述焊墊；于所述通孔的底部以及側壁形成金屬布線層，所述金屬布線層延伸至所述晶圓的第二表面，所述金屬布線層與所述焊墊電連接;于所述晶圓的第二表面以及所述通孔中形成阻焊層，所述阻焊層覆蓋所述金屬布線層;在所述阻焊層上對應所述晶圓的第二表面的位置設置開口，所述開口底部暴露所述金屬布線層;于所述開口中形成焊接凸起，所述焊接凸起與所述金屬布線層電連接;于所述阻焊層對應通孔的位置形成凹槽，所述凹槽的深度與所述通孔的深度之間的差值為0-20微米。
[0010]優選的，所述阻焊層均勻覆蓋所述通孔的側壁、通孔的底部以及所述晶圓的第二表面。
[0011]優選的，采用噴涂工藝形成所述阻焊層。
[0012]優選的，采用旋涂工藝于所述晶圓的第二表面以及所述通孔中形成阻焊層;采用刻蝕工藝或者激光打孔工藝在所述阻焊層上對應通孔的位置形成所述凹槽。
[0013]優選的，所述阻焊層的厚度范圍是5-20微米。
[0014]優選的，在形成所述通孔之前還包括:提供保護基板，所述保護基板上設置有網格排布的支撐單元，每一支撐單元對應一個半導體芯片;將所述晶圓的第一表面與所述保護基板對位壓合，所述支撐單元位于所述晶圓與所述保護基板之間，所述功能區位于所述支撐單元包圍形成的密封腔內。
[0015]優選的，所述半導體芯片為影像傳感芯片，所述功能區具有影像傳感功能。
[0016]本發明還提供一種半導體芯片封裝結構，包括:基底，具有彼此相對的第一表面以及第二表面;位于所述基底第一表面側的功能區以及焊墊;位于所述第二表面并向所述第一表面延伸的通孔，所述通孔底部暴露所述焊墊;設置于所述通孔的底部以及側壁的金屬布線層，所述金屬布線層延伸至所述基底的第二表面，所述金屬布線層與所述焊墊電連接；設置于所述基底的第二表面以及所述通孔中的阻焊層，所述阻焊層覆蓋所述金屬布線層；所述阻焊層上對應所述基底的第二表面的位置設置有開口，所述開口底部暴露所述金屬布線層;所述開口中設置有焊接凸起，所述焊接凸起與所述金屬布線層電連接;所述阻焊層對應通孔的位置具有凹槽，所述凹槽的深度與所述通孔的深度之間的差值為0-20微米。
[0017]優選的，所述封裝結構還包括:與所述基底第一表面對位壓合的保護基板;位于所述保護基板與所述基底之間的支撐單元，所述功能區位于所述支撐單元包圍形成的密封腔內。
[0018]優選的，所述阻焊層均勻覆蓋所述通孔的側壁、通孔的底部以及所述基底的第二表面。
[0019]優選的，所述阻焊層的厚度范圍是5-20微米。
[0020]優選的，所述阻焊層材質為感光膠。
[0021]優選的，所述半導體芯片為影像傳感芯片，所述功能區具有影像傳感功能。
[0022]本發明的有益效果是通過減少阻焊層在通孔中的填充量，有效降低了阻焊層在后續的信賴性測試中作用于金屬布線層上的應力，避免了金屬布線層與焊墊分層脫離的情況，提升了半導體芯片的封裝良率，提高了半導體芯片封裝結構的品質和信賴性。
【附圖說明】
[0023]圖1為現有技術中晶圓級半導體芯片的封裝結構示意圖；
[0024]圖2晶圓級半導體芯片的結構不意圖；
[0025]圖3為本發明優選實施例晶圓級半導體芯片封裝結構的剖面示意圖；
[0026]圖4至圖11為本發明優選實施例晶圓級半導體芯片封裝方法的示意圖；
[0027]圖12為本發明優選實施例單顆半導體芯片封裝結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]以下將結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細描述。但這些實施方式并不限制本發明，本領域的普通技術人員根據這些實施方式所做出的結構、方法、或功能上的變換均包含在本發明的保護范圍內。
[0029]現有技術中阻焊層幾乎填滿通孔，導致在后續的信賴性測試中，阻焊層的收縮膨脹形成的應力拉扯金屬布線層，容易使金屬布線層與焊墊分層脫離。
[0030]為解決上述問題，本發明通過減少通孔中阻焊層的填充量，有效降低了阻焊層在后續的信賴性測試中產生的應力，避免了金屬布線層與焊墊分層脫離的情況，提升了半導體芯片的封裝良率，提高了半導體芯片封裝結構的信賴性。
[0031 ]請參考圖2，為晶圓級半導體芯片的結構不意圖，晶圓100具有多顆網格排布的半導體芯片110，在半導體芯片110之間預留有空隙，后續完成封裝工藝以及測試之后，沿空隙分離半導體芯片。
[0032]每一半導體芯片110具有功能區111以及多個焊墊112，焊墊112位于功能區111的側邊且與功能區111位于晶圓100的同一表面側。
[0033]請參考圖3，為本發明優選實施例晶圓級半導體芯片封裝結構的剖面示意圖。保護基板200的其中一面設置有網格排布的多個支撐單元210，當晶圓100與保護基板200對位壓合后，支撐單元210位于晶圓100與保護基板200之間使兩者之間形成間隙，且支撐單元210與半導體芯片110—一對應，功能區111位于支撐單元210包圍形成的密封腔220。
[0034]晶圓100具有彼此相對的第一表面101以及第二表面102，功能區111以及焊墊112位于第一表面101側，在晶圓的第二表面102具有朝向第一表面101延伸的切割槽103以及通孔113，每一通孔113與每一焊墊112的位置對應，且通孔113的底部暴露出焊墊112。
[0035]利用金屬布線層115以及焊接凸起116實現焊墊112與外部線路連通，具體的，通孔113的側壁以及晶圓100的第二表面102具有絕緣層114，于本實施例中，絕緣層114的材質是二氧化硅，其厚度范圍是2-5微米，在通孔113的底部以及側壁形成與焊墊112電連接的金屬布線層115，金屬布線層115延伸至晶圓100的第二表面102，金屬布線層115位于絕緣層114上方，在晶圓100的第二表面102上設置有焊接凸起116，焊接凸起116與金屬布線層115電連接，通過焊接凸起116電連接外部電路實現焊墊112與外部電路的連通。
[0036]阻焊層117覆蓋晶圓100的第二表面102、切割槽103側壁以及底部、通孔113的側壁以及底部，阻焊層117位于金屬布線層115的上方，阻焊層117上對應晶圓100的第二表面102的位置設置有開口，開口底部暴露出金屬布線層115，焊接凸起116位于開口內并與金屬布線層115電連接。
[0037]在阻焊層117對應通孔113的位置形成凹槽118，從而降低了通孔113內的阻焊層117材料的填充量，降低了阻焊層117在后續的信賴性測試中作用于金屬布線層115上的應力，避免金屬布線層115與焊墊112分層脫離的情況。
[0038]凹槽118的深度h與通孔的深度H大致相等，通孔113的深度H可以大于凹槽118的深度，兩者之間的差值范圍在0-20微米之間，能有效消除金屬布線層115與焊墊112分層脫離的情況。
[0039]對應的，為了在阻焊層117上形成凹槽118，具體的封裝工藝如下。
[0040]提供晶圓100，晶圓100的結構不意圖請參考圖2;
[0041 ]提供保護基板200，在保護基板200的其中一面有網格排布的多個支撐單元210，于本實施例中，支撐單元210的材質為感光膠。通過整面涂布感光膠然后采用曝光顯影工藝將支撐單元210形成于保護基板200的其中一面。或者，通過絲網印刷工藝將網格排布的支撐單元210形成于保護基板200的其中一面。
[0042]請參考圖4，將晶圓100與保護基板200對位壓合，利用粘合膠將晶圓100與保護基板200粘合，支撐單元210位于晶圓100與保護基板200之間，每一支撐單元210對應一個半導體芯片110，半導體芯片110的功能區111位于支撐單元210包圍形成的密封腔220內。
[0043]請參考圖5，對晶圓100的第二表面102進行研磨減薄。減薄前晶圓100的厚度為D(請參考圖4)，減薄后晶圓100的厚度為d。
[0044]請參考圖6，利用刻蝕工藝在晶圓100的第二表面102刻蝕出朝向晶圓100第一表面101延伸的通孔113。通孔的深度為H。利用切割工藝在晶圓100的第二表面102切割出朝向晶圓100第一表面101延伸的切割槽103。于本發明的另一實施例中，也可以先切割出切割槽103然后刻蝕出通孔113。
[0045]請參考圖7，在晶圓100的第二表面102、通孔113的側壁和底部以及切割槽103的側壁和底部形成絕緣層114，于本實施例中，絕緣層114為有機絕緣材料，具有絕緣以及一定的柔性，采用噴涂或者旋涂工藝形成絕緣層114，然后通過鐳射或者曝光顯影的方式暴露出焊墊 112。
[0046]于本發明的另一實施例中，絕緣層114的材質為無機材料，在晶圓100的第二表面102、通孔113的側壁和底部以及切割槽103的內壁沉積絕緣層114，通常為二氧化硅。優選的，由于二氧化硅抗沖擊能力不如有機絕緣材料，通過曝光顯影工藝在晶圓101的第二表面對應焊接凸起的位置形成緩沖層。可以采用刻蝕工藝刻蝕掉通孔113底部的絕緣層露出焊墊 112。
[0047]請參考圖8，在絕緣層114上形成金屬布線層115，金屬布線層115位于通孔113的側壁以及底部并延伸至晶圓100的第二表面102，金屬布線層115與焊墊112電連接。優選的，金屬布線層115的厚度范圍是1-5微米。
[0048]請參考圖9(a)，采用噴涂工藝在切割槽103的側壁和底部、通孔113的側壁和底部以及晶圓100的第二表面102形成厚度均勻的阻焊層117，方便后續上焊球工藝，起阻焊、保護芯片的作用。
[0049]本實施例中，阻焊層117的材質為半導體技術領域常用的感光膠。
[0050]因阻焊層117厚度均勻，因此，在阻焊層117對應通孔113的位置形成了凹槽118，凹槽118的深度為h，于此實施例中，凹槽118的深度h幾乎與通孔的深度H大致相等。
[0051]因阻焊層117均勻覆蓋通孔113的側壁、通孔113的底部以及晶圓100的第二表面102，從而降低了通孔113內的阻焊層117材料的填充量，降低了阻焊層117在后續的信賴性測試中作用于金屬布線層115上的應力，避免金屬布線層115與焊墊112分層脫離的情況。
[0052]優選的，阻焊層117的厚度范圍是5-20微米。
[0053]請參考圖9(b)為在阻焊層對應通孔的位置形成凹槽的另一種方式。采用旋涂工藝在切割槽103、通孔113以及晶圓100的第二表面102上形成阻焊層117’，切割槽103以及通孔113中幾乎充滿阻焊層材料，然后采用刻蝕工藝或者激光打孔工藝在阻焊層117’上對應通孔113的位置形成凹槽118’。
[0054]凹槽118(或者凹槽118’)的深度h與通孔113的深度H大致相等，通孔113的深度H可以大于凹槽118的深度(或者凹槽118’)，兩者之間的差值范圍在0-20微米之間，能有效消除金屬布線層115與焊墊112分層脫離的情況。
[0055]請參考圖10，為了方便后續形成焊接凸起，需要在阻焊層上對應晶圓的第二表面的位置形成開口，具體的，在阻焊層117上(或者阻焊層117’上)通過曝光顯影工藝形成開口1170，開口 1170底部暴露金屬布線層115。
[0056]請參考圖11，采用植球工藝，在開口 1170中形成焊接凸起116使焊接凸起116與金屬布線層115電連接。
[0057]最后，沿切割槽103從晶圓100的第二表面102朝向晶圓100的第一表面101切割晶圓100以及保護基板200，得到單顆的半導體芯片封裝結構。
[0058]請參考圖12，單顆半導體芯片封裝結構300包括從晶圓100上切割得到的基底310，其具有彼此相對的第一表面301以及第二表面302，功能區111以及焊墊112位于第一表面301，通孔113以及焊接凸起116位于第二表面302，基底310的側壁被阻焊層117包覆。
[0059]當絕緣層114為有機絕緣材料時，金屬布線層115與絕緣層114之間對應焊接凸起116的位置可以不設置緩沖層。
[0000]當絕緣層114’為無機材料時，金屬布線層115與絕緣層114之間對應焊接凸起116的位置設置有緩沖層，緩沖層可以為感光膠，可以采用曝光顯影工藝形成。
[0061]阻焊層117覆蓋晶圓100的第二表面102、切割槽103側壁以及底部、通孔113的側壁以及底部，阻焊層117位于金屬布線層115的上方，阻焊層117上對應晶圓100的第二表面102的位置設置有開口，開口底部暴露出金屬布線層115，焊接凸起116位于開口內并與金屬布線層115電連接。
[0062]在阻焊層117對應通孔113的位置形成凹槽118，從而降低了通孔113內的阻焊層117材料的填充量，降低了阻焊層117在后續的信賴性測試中作用于金屬布線層115上的應力，避免金屬布線層115與焊墊112分層脫離的情況。
[0063]凹槽118的深度h與通孔的深度H大致相等，通孔113的深度H可以大于凹槽118的深度，兩者之間的差值范圍在0-20微米之間，能有效消除金屬布線層115與焊墊112分層脫離的情況。
[0064]本實施例中的半導體芯片為影像傳感芯片，功能區為影像傳感區。當然，本發明不限定為影像傳感芯片。
[0065]應當理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領域技術人員應當將說明書作為一個整體，各實施方式中的技術方案也可以經適當組合，形成本領域技術人員可以理解的其他實施方式。
[0066]上文所列出的一系列的詳細說明僅僅是針對本發明的可行性實施方式的具體說明，它們并非用以限制本發明的保護范圍，凡未脫離本發明技藝精神所作的等效實施方式或變更均應包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種半導體芯片的封裝方法，包括: 提供晶圓，所述晶圓具有彼此相對的第一表面以及第二表面，所述晶圓具有多顆網格排布的半導體芯片，半導體芯片具有位于所述第一表面側的功能區以及焊墊； 于所述晶圓的第二表面形成朝向所述第一表面延伸的通孔，所述通孔底部暴露所述焊墊； 于所述通孔的底部以及側壁形成金屬布線層，所述金屬布線層延伸至所述晶圓的第二表面，所述金屬布線層與所述焊墊電連接； 于所述晶圓的第二表面以及所述通孔中形成阻焊層，所述阻焊層覆蓋所述金屬布線層； 在所述阻焊層上對應所述晶圓的第二表面的位置設置開口，所述開口底部暴露所述金屬布線層； 于所述開口中形成焊接凸起，所述焊接凸起與所述金屬布線層電連接； 其特征在于， 于所述阻焊層對應通孔的位置形成凹槽，所述凹槽的深度與所述通孔的深度之間的差值為0-20微米。2.根據權利要求1所述的半導體芯片封裝方法，其特征在于，所述阻焊層均勻覆蓋所述通孔的側壁、通孔的底部以及所述晶圓的第二表面。3.根據權利要求2所述的半導體芯片封裝方法，其特征在于，所述阻焊層的厚度范圍是5-20微米。4.根據權利要求2所述的半導體芯片封裝方法，其特征在于，采用噴涂工藝形成所述阻焊層。5.根據權利要求1所述的半導體芯片封裝方法，其特征在于，采用旋涂工藝于所述晶圓的第二表面以及所述通孔中形成阻焊層;采用刻蝕工藝或者激光打孔工藝在所述阻焊層上對應通孔的位置形成所述凹槽。6.根據權利要求1所述的半導體芯片封裝方法，其特征在于，在形成所述通孔之前還包括: 提供保護基板，所述保護基板上設置有網格排布的支撐單元，每一支撐單元對應一個半導體芯片； 將所述晶圓的第一表面與所述保護基板對位壓合，所述支撐單元位于所述晶圓與所述保護基板之間，所述功能區位于所述支撐單元包圍形成的密封腔內。7.根據權利要求1所述的半導體芯片封裝方法，其特征在于，所述半導體芯片為影像傳感芯片，所述功能區具有影像傳感功能。8.一種半導體芯片封裝結構，包括: 基底，具有彼此相對的第一表面以及第二表面； 位于所述基底第一表面側的功能區以及焊墊； 位于所述第二表面并向所述第一表面延伸的通孔，所述通孔底部暴露所述焊墊； 設置于所述通孔的底部以及側壁的金屬布線層，所述金屬布線層延伸至所述基底的第二表面，所述金屬布線層與所述焊墊電連接； 設置于所述基底的第二表面以及所述通孔中的阻焊層，所述阻焊層覆蓋所述金屬布線層； 所述阻焊層上對應所述基底的第二表面的位置設置有開口，所述開口底部暴露所述金屬布線層； 所述開口中設置有焊接凸起，所述焊接凸起與所述金屬布線層電連接； 其特征在于， 所述阻焊層對應通孔的位置具有凹槽，所述凹槽的深度與所述通孔的深度之間的差值為0-20微米。9.根據權利要求8所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，所述封裝結構還包括: 與所述基底第一表面對位壓合的保護基板； 位于所述保護基板與所述基底之間的支撐單元，所述功能區位于所述支撐單元包圍形成的密封腔內。10.根據權利要求8所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，所述阻焊層均勻覆蓋所述通孔的側壁、通孔的底部以及所述基底的第二表面。11.根據權利要求10所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，所述阻焊層的厚度范圍是5_20微米。12.根據權利要求8所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，所述阻焊層材質為感光膠。13.根據權利要求8所述的半導體芯片封裝結構，其特征在于，所述半導體芯片為影像傳感芯片，所述功能區具有影像傳感功能。
【文檔編號】H01L23/492GK106057763SQ201610351803
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月25日
【發明人】王之奇, 謝國梁, 胡漢青, 王文斌
【申請人】蘇州晶方半導體科技股份有限公司