[发明专利]双层底充胶填充的铜凸点封装互连结构及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种双层底充胶填充的铜凸点封装互连结构及方法，属于先进电子封装领域。

背景技术

在倒装焊中需要有凸点连接芯片和基板，由于材料之间的热膨胀系数相差较大，会产生很大的热应力，为了保证凸点的完整性，需要填充底充胶使集中应力得到分散。对于传统的含锡焊料与有机基板，要求底充胶具有较高的玻璃化温度、较大杨氏模量和热膨胀系数。

随着IC工艺向更小尺寸更高密度方向发展，互连线之间的延迟效应愈来愈受到人们关注，已成为限制芯片性能进一步提高的瓶颈，这就要求采用新的互连材料和互连介质层(ILD，Interlayer Dielectric)。以铜合金作为互连线材料，低介电常数(low-K)材料作为互连介质层可以很好的提高器件速度，降低功耗。但是和传统的介质层相比，低介电常数材料一般都较脆，有着较高的热膨胀系数和较小的弹性模量，采用低介电常数材料作介质层后，会在芯片和介质层间产生较大的热应力。因此底充胶的作用不仅是保护焊球的完整性，也要保护芯片和介质层。研究表明低玻璃化温度、低弹性模量有利于增强芯片和介质层的可靠性，而较高的玻璃化温度、较高的弹性模量有利于增强焊球和基板的可靠性。

此外，随着摩尔定律的不断前进，现在硅工艺的特征尺寸已经突破28nm，这也要求封装结构具有更小的凸点尺寸和凸点节距。而采用焊球与芯片、基板直接连接具有很大的局限性，尺寸进一步缩小面临较大的难度。而采用铜凸点连接不仅具有较好的电连接特性，而且在达到更高的密度的同时保持芯片与基板之间的距离，具有较好的应用前景。目前，铜凸点技术已开始逐步推广使用，但由于铜具有较大的杨氏模量，会在芯片端引入较大的应力。目前，业界仍采用传统的方法进行底充胶的填充，并不能使芯片端的应力得以有效地减小，致使铜凸点的可靠性并不是很理想。因此，本发明提出一种双层底充胶填充的结构，可以有效进行应力重分布，提高铜柱凸点的可靠性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种双层底充胶填充的铜凸点封装互连结构及方法。为了减小封装互连结构中的热应力，兼顾芯片、互连介质层和基板、焊料对底充胶的不同要求，本发明提出一种双层底充胶填充方法，其中第一层底充胶在芯片端，具有较低的玻璃化温度(低于110℃)，较低的杨氏模量(小于7×10⁹Pa)，采用旋涂工艺进行填充，中间电镀有铜凸点；第二层底充胶在基板端，具有较高的玻璃化温度(高于110℃)，较高的杨氏模量(大于7×10⁹Pa)，在芯片、基板、含锡焊料键合完以后，通过毛细效应填充。这种双层底充胶填充的封装结构，更好的实现了热应力的重分布，提高了整体结构的可靠性；同时该结构采用铜凸点与含锡焊料凸点作为机械和电气连接，可实现较高的互连密度，有较好的电气性能。

本发明所采取的技术方案是：首先利用电镀工艺在凸点下金属(UBM)上电镀铜凸点；接着旋涂第一层底充胶，固化；然后进行化学机械抛光露出铜凸点；接着进行第二次铜凸点电镀；然后划片成分立的芯片。在基板上制作含锡焊料凸点，将划好的芯片贴在基板上，焊接到一块，最后通过毛细效应涂覆第二层底充胶，固化。(详见实施例)。

本发明的具体工艺步骤如下：

A.电镀铜凸点

(a)首先在重布线后的芯片表面涂较厚的光刻胶，光刻胶厚度10-30μm；

(b)用制作的好的光刻版进行光刻，通过溅射在侧壁沉积一层很薄的种子层。

(c)电镀铜，去除光刻胶。

B.涂覆第一层底充胶

(a)在用旋涂法，涂覆第一层底充胶，使底充胶完全覆盖铜凸点。

(b)固化第一层底充胶。

(c)在用化学机械抛光，对涂覆好的表面进行加工，使铜凸点暴露出来。

C.第二次电镀铜凸点

(a)在步骤B完成的基础上，在露出的铜凸点表面第二次电镀铜，此次厚度较薄，在电镀之前对第一层铜凸点进行溅射清洗，使其完全暴露，其他工艺与A相同。

(b)划片。

D.芯片与键合和填充第二层底充胶

(a)在基板上制作含锡焊料凸点。可以通过激光植球或者丝网印刷回流工艺。

(b)在制作了含锡焊料凸点的基板上涂覆助焊剂。

(c)将步骤C完成的芯片与基板进行倒装焊键合连接。

(d)键合完成后，通过毛细效应进行第二层底充胶的填充，对底充胶进行固化。

由此可见，本发明提供的工艺步骤特征是：

①步骤A所述的光刻胶厚度为10-30μm；