倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)，所述倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)包括：芯片和基板，所述芯片通過鋅球與所述基板鍵合在一起。在此，通過鋅球?qū)⑿酒c基板鍵合在一起，由于所述鋅球的熔點高（通常的，鋅的熔點為419.5攝氏度，高于回流焊工藝的溫度），因此能夠避免鋅球坍塌、融化導(dǎo)致短路的問題；同時，由于鋅球是一成品，即在倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成過程中，避免了類似于通過銅柱將芯片與基板鍵合在一起時緩慢的銅柱生長過程，從而倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本低廉、工藝簡便。
【專利說明】倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及集成電路【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)及其形成方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]將芯片固定或物理連接到基板上稱為鍵合。鍵合的方法主要有:芯片鍵合、引線鍵合和倒裝芯片鍵合。倒裝芯片鍵合是在芯片的連接焊盤上形成凸點并直接連接到PCB基板或金屬基板的工藝。倒裝芯片鍵合技術(shù)有明顯的優(yōu)點:封裝密度最高；具有良好的電和熱性能；可靠性好；成本低。該技術(shù)在電子產(chǎn)品方面可實現(xiàn)朝向更小器件發(fā)展，因此人們對倒裝芯片鍵合引起了很大關(guān)注。
[0003]在傳統(tǒng)的倒裝芯片鍵合工藝中，所述凸點為錫合金球，錫是一種熔點較低(熔點約:231.89°C)的材料，由錫合金球制成的凸點進行鍵合時，往往會出現(xiàn)凸點坍塌；并且還會出現(xiàn)相鄰的凸點融化在一起，從而出現(xiàn)短路現(xiàn)象。試驗發(fā)現(xiàn):直徑為250微米左右的錫球(作為凸點)，在進行鍵合工藝之前(即錫球凸點僅形成于芯片上，尚未將芯片鍵合至基板上)，其往往因為軟化/融化現(xiàn)象，而變成長度為455微米左右、寬度為410微米左右、高度為60?90微米的橢球體狀。特別的，上述試驗是在進行鍵合工藝之前的情況，也就是說，當(dāng)進行鍵合工藝之后，錫球凸點的坍塌/融化問題會更加嚴(yán)重。
[0004]為此，現(xiàn)有工藝中又提出利用銅柱替換錫合金球凸點將芯片連接到基板上。銅是一種熔點很高(熔點約:1083.4°C)的材料，通常的，鍵合時用到的回流焊的工藝溫度約為350°C，由此利用銅柱替換錫合金球凸點將芯片連接到基板上能夠避免銅柱坍塌而造成短路的問題。但是，銅柱的形成是通過生長工藝慢慢形成的，因此其成本非常高，同時由于工藝的限制也不能做得很高。
[0005]綜上，如何提供一種倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)及倒裝芯片鍵合方法，特別的，如何提供一種材料或方法以將芯片連接到基板上，其既能夠滿足回流焊的工藝溫度要求，避免發(fā)生坍塌而造成短路的問題，同時生產(chǎn)成本低廉、工藝簡便，這成了本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的一個難題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)及其形成方法，以解決現(xiàn)有的倒裝芯片鍵合工藝中，凸點容易坍塌從而造成短路的問題或者制造成本較高、制造工藝難度較大的問題。
[0007]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)，所述倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)包括:芯片和基板，所述芯片通過鋅球與所述基板鍵合在一起。
[0008]可選的，在所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)中，所述芯片表面形成有金屬焊盤及鈍化層，所述鈍化層位于所述金屬焊盤四周；所述金屬焊盤表面形成有金屬鍍層。
[0009]可選的，在所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)中，所述金屬鍍層表面形成有焊接層，所述焊接層的材料為錫合金。[0010]可選的，在所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)中，所述基板表面形成有焊接層，所述焊接層的材料為錫合金。
[0011]本發(fā)明還提供一種倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法，所述倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法包括:提供芯片；在所述芯片上形成鋅球；通過所述鋅球?qū)⑺鲂酒I合至一基板上。
[0012]可選的，在所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法中，通過絲網(wǎng)印刷工藝在所述芯片上形成鋅球。
[0013]可選的，在所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法中，在提供芯片之后，在所述芯片上形成鋅球之前，還包括:
[0014]在所述芯片表面形成金屬焊盤及鈍化層，其中，所述鈍化層位于所述金屬焊盤四周;
[0015]在所述金屬焊盤表面形成金屬鍍層。
[0016]可選的，在所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法中，在所述金屬焊盤表面形成金屬鍍層之后，在所述芯片上形成鋅球之前，還包括:
[0017]在所述金屬鍍層表面形成焊接層。
[0018]可選的，在所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法中，在所述芯片上形成鋅球之后，在通過所述鋅球?qū)⑺鲂酒I合至一基板上之前，還包括:
[0019]在所述基板表面形成焊接層。
[0020]可選的，在所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法中，在提供芯片之后，在所述芯片上形成鋅球之前，還包括:
[0021 ] 在所述鋅球表面形成焊接層。
[0022]在本發(fā)明提供的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)及其形成方法中，通過鋅球?qū)⑿酒c基板鍵合在一起，由于所述鋅球的熔點高(通常的，鋅的熔點為419.5攝氏度，高于回流焊工藝的溫度)，因此能夠避免鋅球坍塌、融化導(dǎo)致短路的問題；同時，由于鋅球是一成品，即在倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成過程中，避免了類似于通過銅柱將芯片與基板鍵合在一起時緩慢的銅柱生長過程，從而倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本低廉、工藝簡便。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明實施例的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。
【具體實施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明提出的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)及其形成方法作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比例，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0025]本發(fā)明的核心思想在于，通過鋅球?qū)⑿酒c基板鍵合在一起，由于所述鋅球的熔點高(通常的，鋅的熔點為419.5攝氏度，高于回流焊工藝的溫度)，因此能夠避免鋅球坍塌、融化導(dǎo)致短路的問題；同時，由于鋅球是一成品，即在倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成過程中，避免了類似于通過銅柱將芯片與基板鍵合在一起時緩慢的銅柱生長過程，從而倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本低廉、工藝簡便。[0026]具體的，請參考圖1，其為本發(fā)明實施例的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的剖面示意圖。如圖1所示，所述倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)包括:芯片(Die)IO和基板(Lead Frame)12,所述芯片10通過鋅球(Zn SphereMl與所述基板12鍵合在一起。其中，所述鋅球11為成品，即在制造/形成倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)之前，所述鋅球11已經(jīng)制成。優(yōu)選的，所述鋅球11的直徑為10微米?1000微米，例如，所述鋅球11的直徑為50微米、200微米、300微米、500微米、700微米或者950微米等，對此本申請并不做限定。由于所述鋅球11已經(jīng)預(yù)先制成(成品)，由此，既可以類似于通過銅柱將芯片與基板鍵合在一起時緩慢的銅柱生長過程，從而倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本低廉、工藝簡便；又能夠保證所述鋅球11的質(zhì)量(由于所述鋅球11是成品，當(dāng)發(fā)現(xiàn)所述鋅球11的質(zhì)量不過關(guān)時，即可以避免使用所述鋅球11，從而也就保證了所使用的鋅球11的質(zhì)量)，進而也就能夠保證所形成的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及可靠性。
[0027]在本實施例中，所述芯片10表面形成有金屬焊盤(Final Metal Pad)13及鈍化層(Die Passivation) 14,所述鈍化層14位于所述金屬焊盤13四周；所述金屬焊盤13表面形成有金屬鍍層(Under Bump Metallization,UBM) 15。通過上述結(jié)構(gòu),特別是所述金屬鍍層15能夠使得所述芯片10與其他結(jié)構(gòu)，特別是金屬結(jié)構(gòu)具有更好的結(jié)合力，從而提高所形成的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及可靠性。優(yōu)選的，所述金屬鍍層15的材料為鎳、鈀和金三種鍍層的疊加，其中，該三種鍍層的厚度可調(diào)，每一鍍層的最小厚度可以為O。
[0028]進一步的，在本實施例中，所述金屬鍍層15表面形成有焊接層16(為了便于區(qū)分，金屬鍍層15表面形成的焊接層16后續(xù)稱為第一焊接層16)，所述第一焊接層16的材料為錫合金；所述基板12表面形成有焊接層17 (為了便于區(qū)分，基板12表面形成的焊接層17后續(xù)稱為第二焊接層17)，所述第二焊接層17的材料也為錫合金。也就是說，在本實施例中，所述鋅球11通過第一焊接層16及第二焊接層17將所述芯片10與所述基板12鍵合在一起，由于錫焊接層具有更好的焊接性能，從而能夠使得所述鋅球11將所述芯片10與所述基板12牢固的鍵合在一起，進而提高了所形成的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及可靠性。
[0029]相應(yīng)的，本實施例還提供一種上述倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的形成方法，所述倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的形成方法包括:提供芯片10 ;在所述芯片10上形成鋅球11 ;通過所述鋅球11將所述芯片10鍵合至一基板12上。
[0030]優(yōu)選的，通過絲網(wǎng)印刷工藝在所述芯片10上形成鋅球11。由于絲網(wǎng)印刷工藝能夠一次性在多個芯片10上形成多個鋅球11，即絲網(wǎng)印刷工藝便于大規(guī)模生成，從而可進一步降低倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的制造成本、簡化制造工藝，因此，在本實施例中，優(yōu)選通過絲網(wǎng)印刷工藝在所述芯片10上形成鋅球11。
[0031 ] 在本實施例中，在提供芯片10之后，在所述芯片10上形成鋅球11之前，進一步還包括:在所述芯片10表面形成金屬焊盤13及鈍化層14，其中，所述鈍化層14位于所述金屬焊盤13四周；在所述金屬焊盤13表面形成金屬鍍層15 ;在所述金屬鍍層15表面形成第一焊接層16。進一步的，在所述芯片10上形成鋅球11之后，在通過所述鋅球11將所述芯片10鍵合至一基板12上之前，還包括:在所述基板12表面形成第二焊接層17。由此，所述鋅球11通過第一焊接層16及第二焊接層17將所述芯片10與所述基板12鍵合在一起，由于錫焊接層具有更好的焊接性能，從而能夠使得所述鋅球11將所述芯片10與所述基板12牢固的鍵合在一起，進而提高了所形成的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的質(zhì)量及可靠性。
[0032]在本實施例中，所述第一焊接層16及第二焊接層17相當(dāng)于分別在金屬鍍層15及基板12表面形成，接著再連接至鋅球11 (相當(dāng)于在鋅球11表面形成)。在本申請的其他實施例中，上述形成第一焊接層16及第二焊接層17的過程也可相反，即現(xiàn)在鋅球11表面形成第一焊接層16及第二焊接層17，再連接至金屬鍍層15及基板12表面。
[0033]在形成上述倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)之后，接著可繼續(xù)執(zhí)行其他集成電路制造工藝，例如進行器件性能測試等，對此本申請不再贅述。
[0034]綜上所述，在本發(fā)明實施例提供的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)及其形成方法中，通過鋅球?qū)⑿酒c基板鍵合在一起，由于所述鋅球的熔點高(通常的，鋅的熔點為419.5攝氏度，高于回流焊工藝的溫度)，因此能夠避免鋅球坍塌、融化導(dǎo)致短路的問題；同時，由于鋅球是一成品，即在倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成過程中，避免了類似于通過銅柱將芯片與基板鍵合在一起時緩慢的銅柱生長過程，從而倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)成本低廉、工藝簡便。
[0035]上述描述僅是對本發(fā)明較佳實施例的描述，并非對本發(fā)明范圍的任何限定，本發(fā)明領(lǐng)域的普通技術(shù)人員根據(jù)上述揭示內(nèi)容做的任何變更、修飾，均屬于權(quán)利要求書的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括:芯片和基板，所述芯片通過鋅球與所述基板鍵合在一起。
2.如權(quán)利要求1所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述芯片表面形成有金屬焊盤及鈍化層，所述鈍化層位于所述金屬焊盤四周；所述金屬焊盤表面形成有金屬鍍層。
3.如權(quán)利要求2所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬鍍層表面形成有焊接層，所述焊接層的材料為錫合金。
4.如權(quán)利要求1所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述基板表面形成有焊接層，所述焊接層的材料為錫合金。
5.一種倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，包括:提供芯片；在所述芯片上形成鋅球；通過所述鋅球?qū)⑺鲂酒I合至一基板上。
6.如權(quán)利要求5所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，通過絲網(wǎng)印刷工藝在所述芯片上形成鋅球。
7.如權(quán)利要求5所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，在提供芯片之后，在所述芯片上形成鋅球之前,還包括: 在所述芯片表面形成金屬焊盤及鈍化層，其中，所述鈍化層位于所述金屬焊盤四周； 在所述金屬焊盤表面形成金屬鍍層。
8.如權(quán)利要求7所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，在所述金屬焊盤表面形成金屬鍍層之后，在所述芯片上形成鋅球之前，還包括: 在所述金屬鍍層表面形成焊接層。
9.如權(quán)利要求8所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，在所述芯片上形成鋅球之后，在通過所述鋅球?qū)⑺鲂酒I合至一基板上之前，還包括: 在所述基板表面形成焊接層。
10.如權(quán)利要求5所述的倒裝芯片鍵合結(jié)構(gòu)形成方法，其特征在于，在提供芯片之后，在所述芯片上形成鋅球之前，還包括: 在所述鋅球表面形成焊接層。
【文檔編號】H01L23/488GK103531559SQ201310492900
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月18日
【發(fā)明者】張輝, 陳悅霖 申請人:上海紀(jì)元微科電子有限公司