層疊封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種器件，包括：底部封裝件，其包括互連結(jié)構(gòu)、位于第一面上的第一凸塊以及位于第二面上的金屬凸塊；半導(dǎo)體管芯，接合在底部封裝件上，其中半導(dǎo)體管芯通過(guò)互連結(jié)構(gòu)電連接至第一凸塊。該器件還包括接合在底部封裝件的第二面上的頂部封裝件，其中頂部封裝件包括第二凸塊，并且每個(gè)第二凸塊和相應(yīng)的金屬凸塊都形成頂部封裝件和底部封裝件之間的連接結(jié)構(gòu)；以及形成在頂部封裝件和底部封裝件之間的底部填充層，其中金屬凸塊嵌入到底部填充層中。本發(fā)明還公開(kāi)了層疊封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法。
【專利說(shuō)明】層疊封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法
[0001]相關(guān)申請(qǐng)
[0002]本申請(qǐng)與2013 年 3 月 15 日提交的名稱為 “Package-on-Package Structureand Method of Forming Same”的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/793，543 (代理人案號(hào)為TSM13-0185P)相關(guān)，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及層疊封裝結(jié)構(gòu)及其形成方法。

【背景技術(shù)】
[0004]由于各種電子部件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成度的提高，半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)歷了快速發(fā)展。在多數(shù)情況下，集成度的提高源于半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn)的縮小(例如，使工藝節(jié)點(diǎn)向亞20nm節(jié)點(diǎn)縮小)。隨著近來(lái)對(duì)小型化、更高速度、更大帶寬以及更低功耗和延遲時(shí)間的要求的出現(xiàn)，出現(xiàn)了對(duì)于半導(dǎo)體管芯更小并且更具創(chuàng)造性的封裝技術(shù)的需求。
[0005]隨著半導(dǎo)體技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，層疊封裝半導(dǎo)體器件已作為有效替代而出現(xiàn)以進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器件的物理尺寸。在層疊封裝半導(dǎo)體器件中，將諸如邏輯電路、存儲(chǔ)器電路以及處理器電路等的有源電路制造在不同的晶圓和封裝件上。將兩個(gè)或多個(gè)封裝件安裝在彼此的頂部，即，堆疊，同時(shí)有標(biāo)準(zhǔn)接口來(lái)傳輸它們之間的信號(hào)。通過(guò)采用層疊封裝半導(dǎo)體器件可實(shí)現(xiàn)更高的密度。此外，層疊封裝半導(dǎo)體器件可實(shí)現(xiàn)較小的形成因數(shù)、較好的成本效益、提高的性能以及較低的功耗。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問(wèn)題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種器件，包括:
[0007]底部封裝件，包括:
[0008]多個(gè)互連結(jié)構(gòu)；
[0009]多個(gè)第一凸塊，形成在所述底部封裝件的第一面上；和
[0010]多個(gè)金屬凸塊，形成在所述底部封裝件的第二面上，其中，所述金屬凸塊具有寬度Dl和高度H1，并且Dl大于Hl ；
[0011 ] 半導(dǎo)體管芯，接合在所述底部封裝件的第二面上，其中，所述半導(dǎo)體管芯通過(guò)所述互連結(jié)構(gòu)電連接至所述第一凸塊；
[0012]頂部封裝件，接合在所述底部封裝件的第二面上，其中:
[0013]所述頂部封裝件包括多個(gè)第二凸塊，并且每個(gè)第二凸塊和相應(yīng)的金屬凸塊形成位于所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間的連接結(jié)構(gòu)；以及
[0014]底部填充層，形成在所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間，其中，所述金屬凸塊嵌入在所述底部填充層中。
[0015]在可選實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體管芯的頂面暴露在所述底部填充層的外部。
[0016]在可選實(shí)施例中，Hl與Dl的比率在大約10%至大約90%的范圍內(nèi)。
[0017]在可選實(shí)施例中，所述金屬凸塊為扁平球，并且每個(gè)金屬凸塊都為球的一部分。
[0018]在可選實(shí)施例中，所述器件還包括:位于所述底部填充層和所述頂部封裝件之間的間隙。
[0019]在可選實(shí)施例中，所述金屬凸塊由銅形成。
[0020]在可選實(shí)施例中，所述第一凸塊由焊錫、銅和它們的任意組合形成；以及，所述第二凸塊由焊錫、銅和它們的任意組合形成。
[0021]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種器件，包括:
[0022]頂部封裝件，安裝在底部封裝件上，所述底部封裝件包括:
[0023]多個(gè)互連部件；
[0024]多個(gè)第一凸塊，形成在所述底部封裝件的第一面上；和
[0025]多個(gè)金屬凸塊，形成在所述底部封裝件的第二面上，其中，所述金屬凸塊具有寬度Dl和高度H1，并且Dl大于Hl ；
[0026]半導(dǎo)體管芯，接合在所述底部封裝件的第二面上，其中:
[0027]所述半導(dǎo)體管芯通過(guò)所述互連部件電連接至所述第一凸塊；
[0028]所述半導(dǎo)體管芯的互連結(jié)構(gòu)與所述底部封裝件的互連部件直接接觸；和
[0029]所述半導(dǎo)體管芯位于所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間；以及
[0030]底部填充層，形成在所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間。
[0031]在可選實(shí)施例中，所述器件還包括:多個(gè)第二凸塊，形成在所述頂部封裝件上，其中，所述第二凸塊和所述金屬凸塊形成多個(gè)連接結(jié)構(gòu)。
[0032]在可選實(shí)施例中，所述連接結(jié)構(gòu)位于所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間。
[0033]在可選實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體管芯的頂面暴露在所述底部填充層的外部。
[0034]在可選實(shí)施例中，所述互連部件至少包括形成在金屬間介電層中的金屬線。
[0035]在可選實(shí)施例中，所述金屬凸塊嵌入在所述底部填充層中。
[0036]在可選實(shí)施例中，Hl與Dl的比率范圍在大約10%至大約90%之間。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，還提供了一種方法，包括:
[0038]通過(guò)粘合層將多個(gè)金屬凸塊附接在載體上；
[0039]通過(guò)所述粘合層將半導(dǎo)體管芯附接在所述載體上；
[0040]在所述載體上方形成模塑料層，其中，所述半導(dǎo)體管芯和所述金屬凸塊嵌入在所述模塑料層中；
[0041]研磨所述模塑料層直至所述半導(dǎo)體管芯的頂面露出；
[0042]形成底部封裝件，所述底部封裝件包括位于所述模塑料層上方的多個(gè)互連結(jié)構(gòu)；
[0043]將所述底部封裝件附接在晶圓框架上；
[0044]研磨所述粘合層直至所述半導(dǎo)體管芯露出；以及
[0045]將頂部封裝件安裝在所述底部封裝件上，其中，所述半導(dǎo)體管芯位于所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間。
[0046]在可選實(shí)施例中，所述互連結(jié)構(gòu)包括:金屬間介電(MD)層；形成在所述MD層中的金屬線；以及，形成在所述MD層上方的再分布層。
[0047]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:將所述頂部封裝件附接在所述底部封裝件上；以及，應(yīng)用回流工藝使得所述頂部封裝件接合在所述底部封裝件上以形成層疊封裝結(jié)構(gòu)。
[0048]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:提供包括多個(gè)半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體晶圓；在所述半導(dǎo)體晶圓的正面上沉積保護(hù)層；薄化所述半導(dǎo)體晶圓的背面直至所述半導(dǎo)體管芯露出；以及，切割所述半導(dǎo)體晶圓以形成所述半導(dǎo)體管芯。
[0049]在可選實(shí)施例中，所述的方法還包括:研磨所述模塑料層直至去除所述保護(hù)層。
[0050]在可選實(shí)施例中，所述方法還包括:在通過(guò)所述粘合層將所述多個(gè)金屬凸塊附接在所述載體上的步驟之后，從金屬板向所述金屬凸塊施加壓力直至所述金屬凸塊被部分地壓入所述粘合層中。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0051]為了更完整的理解本發(fā)明及其有益效果，現(xiàn)結(jié)合附圖參考以下描述，其中:
[0052]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的層疊封裝半導(dǎo)體器件的截面圖；
[0053]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的包括多個(gè)半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體晶圓；
[0054]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖2中示出的半導(dǎo)體器件在將背面研磨工藝應(yīng)用到半導(dǎo)體晶圓的背面之后的截面圖；
[0055]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖3中示出的半導(dǎo)體器件在將切割工藝應(yīng)用到半導(dǎo)體器件之后的截面圖；
[0056]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的載體的截面圖；
[0057]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖5中示出的半導(dǎo)體器件在將粘合印刷工藝應(yīng)用到載體之后的截面圖；
[0058]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖6中示出的半導(dǎo)體器件在金屬凸塊安裝在粘合焊盤(pán)上之后的截面圖；
[0059]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的將金屬凸塊壓入粘合層內(nèi)的方法；
[0060]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖8中示出的半導(dǎo)體器件在載體上的粘合焊盤(pán)被移除之后的截面圖；
[0061]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖9中示出的半導(dǎo)體器件在多個(gè)半導(dǎo)體管芯安裝在載體上之后的截面圖；
[0062]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖10中示出的半導(dǎo)體器件在封裝層形成在載體上方之后的截面圖；
[0063]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖11中示出的半導(dǎo)體器件在將研磨工藝應(yīng)用到封裝層的頂面之后的截面圖；
[0064]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖12中示出的半導(dǎo)體器件在半導(dǎo)體管芯上的保護(hù)層被移除之后的截面圖；
[0065]圖14示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖13中示出的半導(dǎo)體器件在多個(gè)互連結(jié)構(gòu)形成在封裝層上方之后的截面圖；
[0066]圖15示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖14中示出的半導(dǎo)體器件在多個(gè)UBM結(jié)構(gòu)和互連焊盤(pán)形成之后的截面圖；
[0067]圖16示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的將層疊封裝半導(dǎo)體器件附接至晶圓框架的工藝；
[0068]圖17示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的將載體從層疊封裝半導(dǎo)體器件上去除的工藝；
[0069]圖18示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖17中示出的半導(dǎo)體器件在對(duì)粘合層應(yīng)用研磨工藝之后的截面圖；
[0070]圖19示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖18中示出的半導(dǎo)體器件在對(duì)半導(dǎo)體器件施加切割工藝之后的截面圖；以及
[0071]圖20示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖19中示出的半導(dǎo)體器件在頂部封裝件安裝在底部封裝件之前的截面圖。
[0072]除非另有說(shuō)明，否則不同附圖中的相應(yīng)的數(shù)字和符號(hào)通常指代相應(yīng)的部件。繪制附圖以清楚地示出各個(gè)實(shí)施例的相關(guān)方面而不必按照比例繪制。

【具體實(shí)施方式】
[0073]以下詳細(xì)討論了本發(fā)明實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，本發(fā)明提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的發(fā)明概念。所討論的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)制作和使用本發(fā)明的具體方式的說(shuō)明，而沒(méi)有限制本發(fā)明的范圍。
[0074]將根據(jù)具體環(huán)境下的實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，S卩，具有多個(gè)扁平金屬凸塊的層疊封裝半導(dǎo)體器件，其中扁平金屬凸塊形成在層疊封裝半導(dǎo)體器件的頂部封裝件和底部封裝件之間。然而，也可將本發(fā)明的實(shí)施例應(yīng)用于各種半導(dǎo)體器件。下文中將參考附圖來(lái)詳細(xì)描述各個(gè)實(shí)施例。
[0075]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的層疊封裝半導(dǎo)體器件的截面圖。層疊封裝半導(dǎo)體器件100可包括底部封裝件102和頂部封裝件302。具體地，頂部封裝件302層疊在底部封裝件102的頂部。此外，頂部封裝件302和底部封裝件102通過(guò)由金屬凸塊114、116和凸塊304形成的連接結(jié)構(gòu)而接合在一起。凸塊304可由銅(諸如銅芯焊錫球)形成。在可選實(shí)施例中，凸塊304可為焊錫球。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，凸塊304可選地被稱作焊錫球304。
[0076]如圖1所不，金屬凸塊114和116為扁平金屬球。金屬凸塊114和116可具有寬度Dl和高度H1。具體地，Dl大于HI。Hl與Dl的比率范圍在約10%至約90%之間。
[0077]此外，諸如金屬凸塊114的金屬凸塊具有與底部封裝件102的互連結(jié)構(gòu)直接接觸的第一平面。另一方面，諸如金屬凸塊114的金屬凸塊的第二平面與焊錫球304直接接觸。金屬凸塊114與焊錫球304之間的連接可通過(guò)回流工藝來(lái)生成。
[0078]在一些實(shí)施例中，金屬凸塊114和116由諸如銅的金屬材料形成。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，凸塊114和116可選地被稱為金屬凸塊或銅球114和116。在可選實(shí)施例中，凸塊114和116可以為銅芯焊錫球。
[0079]多個(gè)凸塊104形成在底部封裝件102的第一面上。在凸塊104下面可形成多個(gè)凸塊下金屬化(UBM)結(jié)構(gòu)。凸塊104以及UBM結(jié)構(gòu)的詳細(xì)形成工藝將在下文中參考圖15來(lái)進(jìn)行描述。
[0080]半導(dǎo)體管芯202接合在底部封裝件102的第二面上。諸如接觸件的輸入/輸出端子與底部封裝件102的互連結(jié)構(gòu)直接接觸。半導(dǎo)體管芯和底部封裝件的這種配置與傳統(tǒng)的具有連接在半導(dǎo)體管芯和底部封裝件之間的多個(gè)凸塊(諸如微凸塊)的層疊封裝半導(dǎo)體器件不同。具體接合工藝以及半導(dǎo)體管芯202的結(jié)構(gòu)將在下文中參考圖10進(jìn)行描述。
[0081]如圖1所示，底部填充層210形成在頂部封裝件302和底部封裝件102之間。具體地，在底部填充層210的頂面和頂部封裝件302之間可存在間隙。銅球114和116嵌入在底部填充層210中。半導(dǎo)體管芯202部分嵌入在底部填充層210中。更具體地，半導(dǎo)體管芯202的頂面暴露在底部填充層210的外部。換句話說(shuō)，底部填充層210的頂面可與半導(dǎo)體管芯202的頂面共面。
[0082]應(yīng)注意，圖1中示出的凸塊(例如，銅球114和116)的數(shù)目?jī)H為實(shí)例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到層疊封裝半導(dǎo)體器件100可容納任何數(shù)目的凸塊。還應(yīng)注意，圖1中示出的底部填充層210僅為實(shí)例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到可有多種變化、修改和替代。例如，底部填充層210可由多種適合的材料形成。此外，底部填充層210的高度可根據(jù)各種應(yīng)用和不同的設(shè)計(jì)需求而變化。
[0083]圖2至圖20示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的制造圖1中示出的層疊封裝半導(dǎo)體器件的中間步驟。應(yīng)注意，圖2至圖20中示出的制造步驟以及層疊封裝結(jié)構(gòu)僅為實(shí)例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到可存在許多替代、變化和修改。
[0084]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的包括多個(gè)半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體晶圓。半導(dǎo)體晶圓201可為娃襯底。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體晶圓可為厚度大于10um的標(biāo)準(zhǔn)晶圓。根據(jù)可選實(shí)施例，半導(dǎo)體晶圓201可具有等于或大于770um的厚度。
[0085]如圖2所示，多個(gè)半導(dǎo)體管芯202形成在半導(dǎo)體晶圓201中。此外，保護(hù)層203形成在半導(dǎo)體晶圓201的正面上。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，半導(dǎo)體晶圓201的具有多個(gè)半導(dǎo)體管芯202的一面可選地被稱作正面。半導(dǎo)體晶圓201的相對(duì)面被稱作半導(dǎo)體晶圓201的背面。
[0086]為了對(duì)各個(gè)實(shí)施例的發(fā)明方面有一個(gè)基本理解，半導(dǎo)體管芯202沒(méi)有被詳細(xì)繪制。然而，應(yīng)該注意，半導(dǎo)體管芯202可包括基本半導(dǎo)體層，諸如有源電路層、襯底層、層間介電(ILD)層以及金屬間介電(IMD)層(沒(méi)有分別示出)。
[0087]半導(dǎo)體管芯202可包括襯底(未示出)。襯底可為硅襯底?？蛇x地，襯底可為絕緣體上硅襯底。襯底還可包括各種電路(未示出)。在襯底上形成的電路可為適于各種應(yīng)用(諸如邏輯電路)的任何類型的電路。
[0088]在一些實(shí)施例中，電路可包括各種η型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)和/或ρ型金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)器件，諸如晶體管、電容器、電阻器、二極管、光電二極管、熔絲等。可使電路互連以執(zhí)行一種或多種功能。功能可包括存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、處理結(jié)構(gòu)、傳感器、放大器、功率分布、輸入/輸出電路等。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到，出于說(shuō)明目的而提供的上述實(shí)例僅為了進(jìn)一步解釋本發(fā)明的應(yīng)用，但并不意味著以任何形式來(lái)限制本發(fā)明。
[0089]隔離層(未示出)形成在襯底上。例如，隔離層可由諸如氧化硅的介電材料形成。隔離層可通過(guò)本領(lǐng)域已知的任何適合的方法(諸如旋涂、化學(xué)汽相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)CVD(PECVD)等)來(lái)形成。還應(yīng)注意，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到隔離層可進(jìn)一步包括多個(gè)介電層。
[0090]再分布層204形成在隔離層上。半導(dǎo)體管芯202的有源電路層(未示出)可由再分布層橋接使得半導(dǎo)體管芯(例如，半導(dǎo)體管芯202)的有源電路層可電連接至外部電路。應(yīng)注意的是，盡管圖2示出了半導(dǎo)體管芯202的輸入/輸出端子為再分布層，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員將想到可有許多變化、替代以及修改。例如，半導(dǎo)體管芯202的輸入/輸出端子可以是形成在半導(dǎo)體管芯的襯底上方的連接件。連接件可為再分布線、金屬線、接合焊盤(pán)等。
[0091]保護(hù)層203形成在半導(dǎo)體晶圓201的正面上方。保護(hù)層203可由合適的材料(諸如聚合物、氮化硅、光刻膠材料以及它們的任何組合等)形成。
[0092]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖2中示出的半導(dǎo)體器件在背面研磨工藝應(yīng)用到半導(dǎo)體晶圓的背面之后的截面圖。半導(dǎo)體晶圓201的背面經(jīng)受薄化工藝。薄化工藝可采用機(jī)械研磨工藝、化學(xué)拋光工藝、蝕刻工藝等。通過(guò)采用薄化工藝，在一些實(shí)施例中，可研磨半導(dǎo)體晶圓201的背面使得半導(dǎo)體晶圓201的厚度可大約在10um以下。
[0093]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，半導(dǎo)體晶圓201的厚度可被減至大約20um至大約50um的范圍之間。在可選實(shí)施例中，對(duì)半導(dǎo)體晶圓201的背面應(yīng)用薄化工藝直至嵌入的半導(dǎo)體管芯202露出。
[0094]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖3中示出的半導(dǎo)體器件在切割工藝應(yīng)用到半導(dǎo)體器件之后的截面圖?？刹捎眠m合的切割工藝將半導(dǎo)體晶圓201分離成多個(gè)獨(dú)立的芯片封裝(例如，半導(dǎo)體管芯202)。切割工藝在本領(lǐng)域是熟知的，因此本發(fā)明不再詳細(xì)討論以避免重復(fù)。
[0095]圖5示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的載體的截面圖?？刹捎幂d體502以避免層疊封裝半導(dǎo)體器件的薄晶圓(例如，圖4中示出的半導(dǎo)體管芯202)破裂、翹曲、破壞等。釋放層504形成在載體502的頂部。釋放層504可由諸如聚合物等的合適材料來(lái)形成。釋放層504可以是UV固化的。在一些實(shí)施例中，釋放層504可旋涂在載體502上。
[0096]粘合層506可旋涂在釋放層504上。粘合層506可由諸如聚合物等的合適材料來(lái)形成。在可選實(shí)施例中，粘合層506可為適合的膜(tape)，諸如管芯粘貼膜(DAF)、不導(dǎo)電膜(NCF)等?？墒褂没瘜W(xué)溶劑、化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)等來(lái)去除粘合層506。
[0097]圖6示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖5中示出的半導(dǎo)體器件在粘合印刷工藝應(yīng)用到載體之后的截面圖。根據(jù)圖1中示出的金屬凸塊(例如，金屬凸塊114和116)的位置，多個(gè)粘合焊盤(pán)602可被印刷在粘合層506上。粘合焊盤(pán)可由諸如助焊劑等的合適材料來(lái)形成。
[0098]圖7示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖6中示出的半導(dǎo)體器件在金屬凸塊安裝在粘合焊盤(pán)上之后的截面圖。多個(gè)銅球114和116安裝在粘合焊盤(pán)602上。具有這樣的金屬球安裝方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是使用粘合焊盤(pán)來(lái)固定金屬凸塊有助于減少一些諸如回流工藝的制造步驟。因此，制造層疊封裝半導(dǎo)體器件的成本和效率都可得到改善。
[0099]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的將金屬凸塊壓入粘合層內(nèi)的方法。如圖8所不，將金屬板802置于金屬凸塊114和116的頂部。隨著從金屬板802施加壓力，部分金屬凸塊114和116被壓進(jìn)粘合層506中。因此,金屬凸塊的底面可低于粘合層506的頂面。
[0100]圖9示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖8中示出的半導(dǎo)體器件在將載體上的粘合焊盤(pán)去除之后的截面圖。在已將金屬凸塊114和116壓入粘合層506之后，粘合焊盤(pán)602可通過(guò)合適的粘附劑去除工藝(諸如基于化學(xué)溶劑的去除工藝)來(lái)去除。
[0101]圖10示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖9中示出的半導(dǎo)體器件在將多個(gè)半導(dǎo)體管芯安裝在載體上之后的截面圖。將半導(dǎo)體管芯202拾取并置放在載體502的頂部。半導(dǎo)體管芯202通過(guò)粘合層506接合在載體502上。應(yīng)注意的是，雖然圖10示出了將兩個(gè)半導(dǎo)體管芯接合在載體502上，但是載體502可容納任何數(shù)量的半導(dǎo)體管芯。
[0102]圖11示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖10中示出的半導(dǎo)體器件在封裝層形成在載體上方之后的截面圖。如圖11所示，封裝層210形成在載體502的上方。根據(jù)一些實(shí)施例，封裝層210可為由適合的底部填充材料形成的模塑料層。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，封裝層210可選地被稱為底部填充材料層210或模塑料層210。
[0103]底部填充材料層210可填充半導(dǎo)體管芯202和安裝在載體502上的凸塊之間的間隙。在一些實(shí)施例中，底部填充材料層210可由環(huán)氧樹(shù)脂形成，其可分配到在凸塊和半導(dǎo)體管芯202之間的間隙處。環(huán)氧樹(shù)脂可以以液態(tài)來(lái)使用，并且可在固化工藝之后硬化。
[0104]在可選實(shí)施例中，底部填充材料層210可由諸如聚合物基材料、樹(shù)脂基材料、聚酰亞胺、環(huán)氧樹(shù)脂以及它們的任何組合的可固化材料而形成。底部填充材料層210可通過(guò)任何合適的分配技術(shù)來(lái)形成。
[0105]圖12示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖11中示出的半導(dǎo)體器件在研磨工藝應(yīng)用到封裝層的頂面之后的截面圖。封裝層210的頂面經(jīng)受研磨工藝。研磨工藝可采用機(jī)械研磨工藝、化學(xué)拋光工藝、蝕刻工藝以及它們的任何組合等。
[0106]如圖12所示，對(duì)封裝層210的頂面實(shí)施研磨工藝直至半導(dǎo)體管芯202的頂面露出。具體地，如圖12所示，半導(dǎo)體管芯202的保護(hù)層203可暴露在封裝層210的外部。在半導(dǎo)體管芯202上方具有保護(hù)層203的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于可防止半導(dǎo)體管芯202的頂面在研磨工藝過(guò)程中受到損壞。
[0107]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖12中示出的半導(dǎo)體器件在半導(dǎo)體管芯上的保護(hù)層被去除之后的截面圖。根據(jù)一些實(shí)施例，保護(hù)層203可由諸如聚合物、光刻膠材料等合適的材料形成?？墒褂没瘜W(xué)溶劑、蝕刻以及它們的任何組合等將保護(hù)層203去除。
[0108]圖14示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖13中示出的半導(dǎo)體器件在多個(gè)互連結(jié)構(gòu)形成在封裝層上方之后的截面圖。如圖14所示，多個(gè)互連結(jié)構(gòu)形成在載體502上方。圖14中示出的互連結(jié)構(gòu)可形成圖1中示出的底部封裝件102。
[0109]圖14還示出了互連結(jié)構(gòu)與金屬凸塊114和116以及半導(dǎo)體管芯202的連接件直接接觸。在一些實(shí)施例中，這樣的直接連接可通過(guò)諸如電鍍等合適的制造技術(shù)來(lái)形成。如圖14所示，金屬凸塊114和116的頂面可分為兩部分，即內(nèi)部部分以及邊緣部分。內(nèi)部部分與互連結(jié)構(gòu)直接接觸。邊緣部分為平面。
[0110]互連結(jié)構(gòu)可包括ILD層、MD層、金屬線和再分布層。在整個(gè)說(shuō)明書(shū)中，接觸插塞形成在其中的介電層被稱作ILD層，并且位于ILD上方的介電層被稱作MD層。金屬線形成在MD層中。再分布層形成在MD層的上方。
[0111]圖14中示出的互連結(jié)構(gòu)僅為實(shí)例，其不應(yīng)不當(dāng)?shù)叵拗茩?quán)利要求的范圍。本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)意識(shí)到許多變化、替代和修改。例如，互連結(jié)構(gòu)可包括多個(gè)MD層。
[0112]ILD層可通過(guò)諸如旋涂、CVD和PECVD的本領(lǐng)域已知的任何合適方法由例如低K介電材料而形成，諸如氧化硅、磷硅酸鹽玻璃(PSG)、硼磷硅酸鹽玻璃(BPSG)、氟化硅酸鹽玻璃(FSG)、S1xCy、旋涂玻璃、旋涂聚合物、碳化硅材料、它們的化合物、它們的復(fù)合物以及它們的組合等。
[0113] 一個(gè)或多個(gè)MD層以及相關(guān)聯(lián)的金屬線(未示出)形成在ILD層上方。通常，一個(gè)或多個(gè)MD層以及相關(guān)聯(lián)的金屬線用于使電路彼此互連，并且提供外部電連接。MD層優(yōu)選地通過(guò)PECVD技術(shù)或高密度等離子體化學(xué)汽相沉積(HDPCVD)等技術(shù)由諸如氟硅酸鹽玻璃(FSG)的低K介電材料形成。
[0114]應(yīng)該注意，互連結(jié)構(gòu)可包括多條金屬線1402。金屬線1402用于使集成電路器件互連。金屬線1402可形成在不同層中，并且可被ILD層和多個(gè)IMD層分隔。
[0115]本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識(shí)到互連結(jié)構(gòu)可包括更多的金屬間介電層以及相關(guān)的金屬線和插塞。具體地，金屬化層之間的層可由介電材料(例如，極低k介電材料)層和導(dǎo)電材料(例如，銅)層交替形成。
[0116]金屬線1402可由諸如銅、銅合金、鋁、銀、金以及它們的任何組合等的金屬材料形成。金屬線1402可通過(guò)雙鑲嵌工藝來(lái)形成，然而也可選擇使用諸如沉積、單鑲嵌的其他合適的技術(shù)。雙鑲嵌工藝是本領(lǐng)域所熟知的，并因而在此不再描述。
[0117]再分布層1404可為單材料層或多層結(jié)構(gòu)，并且可由諸如鈦、氮化鈦、鋁、鉭、銅和它們的組合的金屬制成。再分布層1404可由諸如物理汽相沉積(PVD)、濺射、CVD、電鍍等的本領(lǐng)域已知的任何合適的方法制成。
[0118]圖15示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖14中示出的半導(dǎo)體器件在形成多個(gè)UBM結(jié)構(gòu)和互連凸塊之后的截面圖。多個(gè)UBM結(jié)構(gòu)(未示出)形成在底部封裝件102的再分布層的上方。UBM結(jié)構(gòu)有助于防止焊錫球和半導(dǎo)體器件的集成電路之間的擴(kuò)散，同時(shí)提供低阻電連接。
[0119]凸塊104為半導(dǎo)體器件的輸入/輸出(I/O)焊盤(pán)或互連凸塊。在一些實(shí)施例中，凸塊104可由銅形成。根據(jù)另一實(shí)施例，凸塊104可為多個(gè)焊錫球104。在一些實(shí)施例中，凸塊104可包括SAC405。5八(:405包括95.5%的311、4.0%的48以及0.5%的銅。可選地，凸塊104可為多個(gè)觸點(diǎn)陣列封裝(LGA)焊盤(pán)。
[0120]圖16示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的將層疊封裝半導(dǎo)體器件附接至晶圓框架(tape frame)的工藝。晶圓框架1602可層壓在底部封裝件102上。如圖16所示，焊錫球104嵌入在晶圓框架1602中。將半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)附接至晶圓框架是本領(lǐng)域所熟知的，因此本發(fā)明中不再詳細(xì)描述以避免重復(fù)。
[0121]圖17示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的將載體從層疊封裝半導(dǎo)體器件上去除的工藝。根據(jù)實(shí)施例，載體502可從底部封裝件102上分離?？刹捎枚喾N分離工藝以將底部封裝件102從載體502上分離開(kāi)。多種分離工藝可包括化學(xué)溶劑、UV曝光、激光燒蝕工藝等。
[0122]圖18示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖17中示出的半導(dǎo)體器件在對(duì)粘合層應(yīng)用研磨工藝之后的截面圖。底部封裝件102的背面經(jīng)受研磨工藝。研磨工藝可采用機(jī)械研磨工藝、化學(xué)拋光工藝、蝕刻工藝等。
[0123]如圖18所示，對(duì)底部封裝件102的背面施加研磨工藝直至半導(dǎo)體管芯202露出。應(yīng)注意到，在研磨工藝期間，可使金屬凸塊114和116的一面平坦化以形成多個(gè)扁平金屬凸塊?？赏ㄟ^(guò)合適的去膜或去晶圓框架技術(shù)來(lái)分離晶圓框架1602。
[0124]圖19示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖18中示出的半導(dǎo)體器件在對(duì)半導(dǎo)體器件應(yīng)用切割工藝之后的截面圖?？刹捎煤线m的切割工藝以將底部封裝件102分離為獨(dú)立的芯片封裝。切割工藝是本領(lǐng)域所熟知的，因此本發(fā)明中不再詳細(xì)描述。
[0125]圖20示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例的圖19中示出的半導(dǎo)體器件在頂部封裝件被安裝在底部封裝件之前的截面圖。頂部封裝件302可包括多個(gè)堆疊管芯，其可引線接合至頂部封裝件的輸入和輸出端子。頂部封裝件302中的堆疊管芯可包括存儲(chǔ)器管芯、邏輯管芯、處理器管芯等。
[0126]應(yīng)該注意，盡管圖20示出了頂部封裝件302中的兩個(gè)堆疊管芯，但這僅為實(shí)例。同樣地，引線接合的使用僅僅為說(shuō)明性的并且用于電連接堆疊管芯的其他方法也在本發(fā)明的預(yù)期范圍內(nèi)。
[0127]頂部封裝件302可通過(guò)回流工藝接合在底部封裝件102上。接合工藝包括將頂部封裝件302的焊錫球置靠在位于底部封裝件102的正面頂部上的相應(yīng)金屬凸塊114和116上。然后進(jìn)行回流工藝以融化焊錫球，從而形成頂部封裝件302和底部封裝件102之間的連接結(jié)構(gòu)，并且將金屬凸塊電連接至焊錫球。應(yīng)該注意的是，在回流工藝之前，金屬凸塊114和116都具有平坦表面。在回流工藝之后，焊錫球和相應(yīng)的金屬凸塊可形成金屬間化合物(IMC)層。這樣,金屬凸塊114和116的頂面不為平坦表面。
[0128]根據(jù)一種實(shí)施例，一種器件包括底部封裝件，底部封裝件包括多個(gè)互連結(jié)構(gòu)、形成在底部封裝件的第一面上的多個(gè)第一凸塊和形成在底部封裝件的第二面上的多個(gè)金屬凸塊，其中金屬凸塊具有寬度Dl和高度H1，并且Dl大于H1。
[0129]該器件還包括接合在底部封裝件的第二面上的半導(dǎo)體管芯，其中半導(dǎo)體管芯通過(guò)互連結(jié)構(gòu)電連接至第一凸塊；接合在底部封裝件的第二面上的頂部封裝件，其中頂部封裝件包括多個(gè)第二凸塊，并且每個(gè)第二凸塊和相應(yīng)的金屬凸塊形成頂部封裝件和底部封裝件之間的連接結(jié)構(gòu)；以及形成在頂部封裝件和底部封裝件之間的底部填充層，其中金屬凸塊嵌入在底部填充層中。
[0130]根據(jù)一種實(shí)施例，一種器件包括安裝在底部封裝件上的頂部封裝件，其中底部封裝件包括多個(gè)互連部件、形成在底部封裝件的第一面上的多個(gè)第一凸塊，以及形成在底部封裝件的第二面上的多個(gè)金屬凸塊，其中金屬凸塊具有寬度Dl和高度Hl，并且Dl大于Hl。
[0131]該器件還包括接合在底部封裝件的第二面上的半導(dǎo)體管芯，其中半導(dǎo)體管芯通過(guò)互連部件電連接至第一凸塊，半導(dǎo)體管芯的互連結(jié)構(gòu)與底部封裝件的互連部件直接接觸，并且半導(dǎo)體管芯位于頂部封裝件和底部封裝件之間；以及形成在頂部封裝件和底部封裝件之間的底部填充層。
[0132]根據(jù)一種實(shí)施例，一種方法包括通過(guò)粘合層將多個(gè)金屬凸塊附接在載體上；通過(guò)粘合層將半導(dǎo)體管芯附接在載體上；在載體上方形成模塑料層，其中半導(dǎo)體管芯和金屬凸塊嵌入在模塑料層中；研磨模塑料層直至半導(dǎo)體管芯的頂面露出；形成包括位于模塑料層上方的多個(gè)互連結(jié)構(gòu)的底部封裝件；將底部封裝件附接在晶圓框架上；研磨粘合層直至半導(dǎo)體管芯露出；以及將頂部封裝件安裝在底部封裝件上，其中半導(dǎo)體管芯位于頂部封裝件和底部封裝件之間。
[0133]盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了本發(fā)明的實(shí)施例及其有益效果，但應(yīng)該理解，在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，在本發(fā)明中可做出各種改變、替代和變化。
[0134]此外，本申請(qǐng)的范圍不旨在限于本說(shuō)明書(shū)中描述的工藝、機(jī)器裝置、制造、物質(zhì)組成、工具、方法和步驟的具體實(shí)施例。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將從本發(fā)明中容易理解，根據(jù)本發(fā)明可以利用與本發(fā)明所述的對(duì)應(yīng)實(shí)施例執(zhí)行基本相同的功能或?qū)崿F(xiàn)基本相同結(jié)果的現(xiàn)有的或今后開(kāi)發(fā)的工藝、機(jī)器裝置、制造，物質(zhì)組成、工具、方法或步驟。因此，所附權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)器裝置、制造、物質(zhì)組成、工具、方法或步驟包括在它們的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種器件，包括: 底部封裝件，包括: 多個(gè)互連結(jié)構(gòu)； 多個(gè)第一凸塊，形成在所述底部封裝件的第一面上；和 多個(gè)金屬凸塊，形成在所述底部封裝件的第二面上，其中，所述金屬凸塊具有寬度Dl和高度H1，并且Dl大于Hl ； 半導(dǎo)體管芯，接合在所述底部封裝件的第二面上，其中，所述半導(dǎo)體管芯通過(guò)所述互連結(jié)構(gòu)電連接至所述第一凸塊； 頂部封裝件，接合在所述底部封裝件的第二面上，其中: 所述頂部封裝件包括多個(gè)第二凸塊，并且每個(gè)第二凸塊和相應(yīng)的金屬凸塊形成位于所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間的連接結(jié)構(gòu)；以及 底部填充層，形成在所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間，其中，所述金屬凸塊嵌入在所述底部填充層中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中: 所述半導(dǎo)體管芯的頂面暴露在所述底部填充層的外部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的器件，其中: Hl與Dl的比率在大約10%至大約90%的范圍內(nèi)。
4.一種器件，包括: 頂部封裝件，安裝在底部封裝件上，所述底部封裝件包括: 多個(gè)互連部件； 多個(gè)第一凸塊，形成在所述底部封裝件的第一面上；和 多個(gè)金屬凸塊，形成在所述底部封裝件的第二面上，其中，所述金屬凸塊具有寬度Dl和高度H1，并且Dl大于Hl ； 半導(dǎo)體管芯，接合在所述底部封裝件的第二面上，其中: 所述半導(dǎo)體管芯通過(guò)所述互連部件電連接至所述第一凸塊； 所述半導(dǎo)體管芯的互連結(jié)構(gòu)與所述底部封裝件的互連部件直接接觸；和 所述半導(dǎo)體管芯位于所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間；以及 底部填充層，形成在所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間。
5.一種方法，包括: 通過(guò)粘合層將多個(gè)金屬凸塊附接在載體上； 通過(guò)所述粘合層將半導(dǎo)體管芯附接在所述載體上； 在所述載體上方形成模塑料層，其中，所述半導(dǎo)體管芯和所述金屬凸塊嵌入在所述模塑料層中； 研磨所述模塑料層直至所述半導(dǎo)體管芯的頂面露出； 形成底部封裝件，所述底部封裝件包括位于所述模塑料層上方的多個(gè)互連結(jié)構(gòu)； 將所述底部封裝件附接在晶圓框架上； 研磨所述粘合層直至所述半導(dǎo)體管芯露出；以及 將頂部封裝件安裝在所述底部封裝件上，其中，所述半導(dǎo)體管芯位于所述頂部封裝件和所述底部封裝件之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述互連結(jié)構(gòu)包括: 金屬間介電(MD)層； 形成在所述MD層中的金屬線；以及 形成在所述MD層上方的再分布層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括: 將所述頂部封裝件附接在所述底部封裝件上；以及 應(yīng)用回流工藝使得所述頂部封裝件接合在所述底部封裝件上以形成層疊封裝結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括: 提供包括多個(gè)半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體晶圓； 在所述半導(dǎo)體晶圓的正面上沉積保護(hù)層； 薄化所述半導(dǎo)體晶圓的背面直至所述半導(dǎo)體管芯露出；以及 切割所述半導(dǎo)體晶圓以形成所述半導(dǎo)體管芯。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括: 研磨所述模塑料層直至去除所述保護(hù)層。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，還包括: 在通過(guò)所述粘合層將所述多個(gè)金屬凸塊附接在所述載體上的步驟之后，從金屬板向所述金屬凸塊施加壓力直至所述金屬凸塊被部分地壓入所述粘合層中。
【文檔編號(hào)】H01L21/54GK104051355SQ201310362355
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月15日
【發(fā)明者】林志偉, 呂文雄, 郭炫廷, 陳威宇, 鄭明達(dá), 劉重希 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司