[发明专利]具有金属柱的芯片封装结构及其形成方法

说明书

一种具有金属柱的芯片封装结构及其形成方法。本发明通过在金属柱的底部形成连接于本体的外延部，加大了金属柱的底面积，该底面积为金属柱分别与介电层、以及该介电层暴露的电连接结构的接触面积，从而降低了金属柱底壁单位面积所分担的应力，避免了半导体衬底上的介电层断裂，提高了芯片封装结构的成品率。

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种具有金属柱的芯片封装结构及芯片封装结构的形成方法。

背景技术

在晶圆级芯片封装结构中，首先在晶圆半导体衬底上形成集成电路器件，例如晶体管等，然后在集成电路器件上形成连接上述集成电路器件的金属互连结构，之后在金属互连结构上形成金属焊盘以将其电连接至金属互连结构。之后在金属焊盘上形成焊球，以通过上述焊球将芯片封装结构电连接至印刷电路板（PCB）或将两芯片封装结构电连接。

实际工艺中，在芯片封装结构连接到PCB板或与另一芯片封装结构电连接时，为避免焊球熔化造成封装结构相邻焊垫之间短路，相邻焊垫之间需保持一定间距，这使得焊垫密度变低，进而造成晶圆上器件密度变低。针对上述技术问题，目前行业内越来越多使用金属柱技术，即在焊垫上形成较厚的金属柱（Pillar bump），拉大了两芯片封装结构上对应焊垫之间距离，或PCB板上管脚与芯片封装结构上对应焊垫之间距离，从而使得金属柱上的焊球熔化时，不易流到相邻焊垫上短路，从而提高了晶圆上的器件密度。

然而，上述厚度较大的金属柱容易造成该金属柱应力较大，尤其在高温制程中会造成与其接触的半导体衬底上的介电层断裂，这会造成芯片封装结构可靠性较低，甚至失效。针对上述技术问题，现有技术也有一些解决方案，例如在焊垫上形成聚酰亚胺层作为缓冲层以释放应力，但是这又会加入一道聚酰亚胺的刻蚀工艺，造成成本提高且芯片封装工艺所需时间变长。

有鉴于此，实有必要提出一种新的具有金属柱的芯片封装结构及其形成方法，以较低成本提高芯片封装结构的成品率。

发明内容

本发明实现的目的是以较低成本提高芯片封装结构的成品率。

为实现上述目的，本发明的一方面提供一种具有金属柱的芯片封装结构的形成方法，包括：

提供半导体衬底，具有电连接结构及暴露部分所述电连接结构的介电层；

在所述半导体衬底上形成具有开口的光刻胶，所述开口暴露所述电连接结构及部分介电层，其中，与所述开口底壁相连的光刻胶具有缺口；

电镀以在所述开口及缺口内形成金属柱，所述金属柱包括形成在所述开口内的金属柱本体以及形成在所述缺口内的外延部；

在所述金属柱的顶部形成焊球。

可选地，所述电镀的金属为铜。

可选地，所述电连接结构为焊垫或垫重分布层。

可选地，形成具有开口的光刻胶的方法为：

在所述半导体衬底上旋涂光刻胶，烘焙所述光刻胶；

利用具有开口图形的掩膜板曝光所述光刻胶，显影所述曝光后的光刻胶。

可选地，缺口的形成方法为：烘焙所述光刻胶采用的温度低于正常烘焙温度10℃至50℃，所述正常烘焙温度为85℃～140℃。

可选地，缺口的形成方法为：显影所述曝光后的光刻胶所用的显影时间是正常显影时间的1.2倍至2倍，所述正常显影时间为40s～30min。

本发明的另一方面提供一种具有金属柱的芯片封装结构，包括：

半导体衬底，具有电连接结构及暴露部分所述电连接结构的介电层；

形成在所述电连接结构及介电层表面的金属柱及形成在所述金属柱上的焊球；