本發(fā)明大體涉及半導體器件，并且更具體地涉及半導體器件和封裝半導體管芯的方法。

背景技術(shù)：

通常在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中找到半導體器件。半導體器件在電氣部件的數(shù)目和密度方面變化。分立半導體器件一般包含一種類型的電氣部件，例如發(fā)光二極管（LED）、小信號晶體管、電阻器、電容器、電感器和功率金屬氧化物半導體場效應(yīng)晶體管（MOSFET）。集成半導體器件典型地包含數(shù)百個到數(shù)百萬個電氣部件。集成半導體器件的示例包括微控制器、微處理器和各種信號處理電路。

半導體器件執(zhí)行各種各樣的功能，諸如信號處理、高速計算、傳送和接收電磁信號、控制電子器件、將陽光轉(zhuǎn)變成電力、以及創(chuàng)建用于電視顯示器的視覺圖像。在娛樂、通信、功率轉(zhuǎn)換、網(wǎng)絡(luò)、計算機和消費者產(chǎn)品的領(lǐng)域中找到半導體器件。還在軍事應(yīng)用、航空、機動車、工業(yè)控制器和辦公設(shè)備中找到半導體器件。

半導體器件采用半導體材料的電氣性質(zhì)。半導體材料的結(jié)構(gòu)允許由電場或基電流的施加或者通過摻雜過程來操縱材料的電氣傳導性。摻雜向半導體材料中引入雜質(zhì)以操縱和控制半導體器件的傳導性。

半導體器件包含有源和無源電氣結(jié)構(gòu)。包括雙極和場效應(yīng)晶體管的有源結(jié)構(gòu)控制電流的流動。通過改變摻雜水平以及電場或基電流的施加，晶體管促進或限制電流的流動。包括電阻器、電容器和電感器的無源結(jié)構(gòu)創(chuàng)建執(zhí)行各種電氣功能所必要的電壓與電流之間的關(guān)系。無源和有源結(jié)構(gòu)電氣連接以形成電路，其使得半導體器件能夠執(zhí)行高速操作和其它有用功能。

一般使用兩個復(fù)雜的制造過程即前端制造和后端制造（每一個潛在地涉及數(shù)百個步驟）來制造半導體器件。前端制造涉及在半導體晶片的表面上形成多個管芯。每一個半導體管芯典型地相同并且包含通過電氣連接有源和無源部件所形成的電路。后端制造涉及從成品（finished）晶片單體化（singulate）個體半導體管芯并且封裝管芯以提供結(jié)構(gòu)支撐、電氣互連和環(huán)境隔離。如本文中所使用的術(shù)語“半導體管芯”是詞語的指單數(shù)和復(fù)數(shù)形式二者，并且因而可以是指單個半導體器件和多個半導體器件二者。

半導體制造的一個目標是生產(chǎn)更小的半導體器件。更小的器件典型地消耗更少的功率，具有更高的性能，并且可以被更高效地生產(chǎn)。此外，更小的半導體器件具有更小的占用面積（footprint），其對于更小的最終產(chǎn)品而言是所期望的。更小的半導體管芯尺寸可以通過前端過程中的改進而被實現(xiàn)，從而導致具有更小、更高密度的有源和無源部件的半導體管芯。后端過程通過電氣互連和封裝材料中的改進而可以導致具有更小占用面積的半導體器件封裝。

半導體管芯可能經(jīng)受損壞或退化，如果半導體管芯的部分暴露于外部元件的話。例如，半導體管芯可能在處置期間或者由于暴露于光而受損或退化。因而，半導體管芯被典型地圍起在密封劑內(nèi)以用于管芯的電氣隔離、結(jié)構(gòu)支撐和環(huán)境保護。將半導體管芯封裝可以通過將半導體晶片單體化成個體半導體管芯，將半導體管芯單獨地安裝到載體，以及然后將密封劑沉積在半導體之上來執(zhí)行。然而，安裝個體半導體管芯增加制造時間，這降低生產(chǎn)量。個體即經(jīng)單體化的半導體管芯還是易碎的并且可能在附著到載體期間受損。另外，將個體半導體管芯安裝到載體可能增加半導體管芯之間的距離和半導體管芯周圍的密封劑量，這引起最終封裝尺寸的增加。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

存在封裝半導體管芯而同時增加生產(chǎn)量并減小封裝尺寸的需要。因而，在一個實施例中，本發(fā)明是一種制作半導體器件的方法，包括以下步驟：提供包括多個半導體管芯的半導體晶片；在半導體管芯之間并且部分地通過半導體晶片形成溝槽；將半導體管芯設(shè)置在載體之上；去除半導體晶片的第一部分；以及將密封劑沉積在半導體管芯之上以及沉積到溝槽中。

在另一實施例中，本發(fā)明是一種制作半導體器件的方法，包括以下步驟：提供包括多個半導體管芯的半導體晶片；在半導體管芯之間形成溝槽；將半導體管芯設(shè)置在載體之上；以及將密封劑沉積到溝槽中。

在另一實施例中，本發(fā)明是制作半導體器件的方法，包括以下步驟：提供多個半導體管芯；在半導體管芯之間形成溝槽；以及將密封劑沉積到溝槽中。

在另一實施例中，本發(fā)明是包括載體的半導體器件。半導體晶片被設(shè)置在載體之上并且包括由溝槽分離的多個半導體管芯。

附圖說明

圖1a-1m圖示了封裝半導體管芯的方法；以及

圖2圖示了經(jīng)封裝的半導體管芯。

具體實施方式

在參照附圖的以下描述中的一個或多個實施例中描述本發(fā)明，其中相同標號表示相同或相似的元件。盡管根據(jù)用于實現(xiàn)本發(fā)明的目的的最佳模式描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會到，公開內(nèi)容意圖覆蓋如可以被包括在如由隨附權(quán)利要求和權(quán)利要求等同物所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的可替換、修改和等同物，如由以下公開內(nèi)容和附圖所支持的隨附權(quán)利要求和權(quán)利要求等同物。

半導體器件一般使用以下兩個復(fù)雜的制造過程來制造：前端制造和后端制造。前端制造涉及在半導體晶片的表面上形成多個管芯。晶片上的每一個管芯包含有源和無源電氣部件，其電氣連接以形成功能電氣電路。有源電氣部件（諸如晶體管和二極管）具有控制電流的流動的能力。無源電氣部件（諸如電容器、電感器和電阻器）創(chuàng)建執(zhí)行電氣電路功能所必要的電壓與電流之間的關(guān)系。

無源和有源部件通過一系列過程步驟（包括摻雜、沉積、光刻、蝕刻和平面化）而形成在半導體晶片的表面之上。摻雜通過諸如離子注入或熱擴展之類的技術(shù)而向半導體材料中引入雜質(zhì)。摻雜過程通過響應(yīng)于電場或基電流動態(tài)地改變半導體材料傳導性來修改有源器件中的半導體材料的電氣傳導性。晶體管包含變化類型和程度的摻雜的區(qū)，其如使得晶體管能夠在施加電場或基電流時促進或限制電流的流動所必要的那樣進行布置。

有源和無源部件通過具有不同電氣性質(zhì)的材料的層而形成。層可以通過部分地由所沉積的材料類型確定的各種沉積技術(shù)來形成。例如，薄膜沉積可以涉及化學氣相沉積（CVD）、物理氣相沉積（PVD）、電解電鍍以及無電電鍍過程。每一個層一般被圖案化以形成以下的部分：有源部件、無源部件或者部件之間的電氣連接。

后端制造是指將成品晶片切割或單體化成個體半導體管芯并且封裝半導體管芯以用于結(jié)構(gòu)支撐、電氣互連和環(huán)境隔離。為了單體化半導體管芯，沿著稱為鋸切道（saw street）或劃線的晶片的非功能區(qū)刻劃和斷開晶片。使用激光切割工具或鋸片來單體化晶片。在單體化之后，將個體半導體管芯安裝到封裝襯底，其包括引腳或接觸墊以用于與其它系統(tǒng)部件互連。形成在半導體管芯之上的接觸墊然后連接到封裝內(nèi)的接觸墊?？梢岳脗鲗?、凸塊、柱狀凸塊、導電膏或引線接合做出電氣連接。密封劑或其它模制材料被沉積在封裝之上以提供物理支撐和電氣隔離。成品封裝然后被插入到電氣系統(tǒng)中并且使半導體器件的功能性可用于其它系統(tǒng)部件。

圖1a示出具有諸如硅、鍺、磷化鋁、砷化鋁、砷化鎵、氮化鎵、磷化銦、碳化硅或者用于結(jié)構(gòu)支撐的其它塊狀半導體材料之類的基底襯底材料102的半導體晶片100。通過如上文所述的非有源、管芯間晶片區(qū)域或鋸切道106分離的多個半導體管芯或部件104形成在晶片100上。鋸切道106提供切割區(qū)域以將半導體晶片100單體化成個體半導體管芯104。

圖1b示出半導體晶片100的部分的橫截面視圖。每一個半導體管芯104具有背部或非有源表面108以及有源表面110，其包含被實現(xiàn)為形成在管芯內(nèi)并且根據(jù)管芯的電氣設(shè)計和功能而電氣互連的有源器件、無源器件、傳導層和電介質(zhì)層的模擬或數(shù)字電路。例如，電路可以包括一個或多個晶體管、二極管、以及形成在有源表面110內(nèi)的其它電路元件，以實現(xiàn)模擬電路或數(shù)字電路，諸如數(shù)字信號處理器（DSP）、ASIC、MEMS、存儲器或者其它信號處理電路。半導體管芯104還可以包含集成無源器件（IPD），諸如電感器、電容器和電阻器，以用于射頻（RF）信號處理。

電氣傳導層112使用PVD、CVD、電解電鍍、無電電鍍過程或者其它適當?shù)慕饘俪练e過程而形成在有源表面110之上。傳導層112包括下述各項的一個或多個層：鋁（Al）、銅（Cu）、錫（Sn）、鎳（Ni）、金（Au）、銀（Ag）、鈀（Pd）、SnAg、SnAgCu、CuNi、CuNiAu、CuNiPdAu、或者其它適當?shù)碾姎鈧鲗Р牧匣蛘咂浣M合。傳導層112作為電氣連接到有源表面110上的電路的接觸墊而操作。接觸墊112促進半導體管芯104內(nèi)的有源電路與外部器件例如印刷電路板（PCB）之間的電氣互連。

絕緣或鈍化層114使用PVD、CVD、絲網(wǎng)印刷、旋涂、噴涂、燒結(jié)或者熱學氧化而形成在有源表面110之上以及接觸墊112周圍。絕緣層114包含下述各項的一個或多個層：二氧化硅（SiO2）、氮化硅（Si3N4）、氮氧化硅（SiON）、五氧化二鉭（Ta2O5）、氧化鋁（Al2O3）、氧化鉿（HfO2）、苯并環(huán)丁烯（BCB）、聚酰亞胺（PI）、聚苯并惡唑（PBO）、聚合物、阻焊劑、或者具有類似絕緣和結(jié)構(gòu)性質(zhì)的其它材料。絕緣層114覆蓋有源表面110并且提供針對有源表面110的保護。絕緣層114圍繞接觸墊112并且提供電氣隔離。將接觸墊112的部分從絕緣層114暴露以允許到半導體管芯104的隨后電氣連接。

在圖1c中，使用切割工具118在晶片100中形成多個溝槽或開口116。在一個實施例中，使用深反應(yīng)離子蝕刻（DRIE）來形成溝槽116。溝槽116還可以使用激光直接燒蝕（LDA）、機械鉆孔、等離子體蝕刻或者其它適當?shù)倪^程而形成。溝槽116形成在鋸切道106中的半導體管芯104之間。溝槽116形成為圍繞半導體管芯104周圍的外圍區(qū)中的半導體管芯104。溝槽116通過絕緣層114和基底襯底材料102而形成。溝槽116僅部分地延伸通過半導體晶片100使得基底襯底材料102的部分剩余在半導體晶片100的表面108與溝槽116的底部表面119之間。半導體管芯104保持通過鋸切道106中所剩余（即在表面119與表面108之間）的基底襯底材料102的部分而連接到彼此。

圖1d示出包含犧牲基底襯底材料，諸如硅、聚合物、氧化鈹、玻璃、或者用于結(jié)構(gòu)支撐的其它適當?shù)牡统杀緞傂圆牧系妮d體或臨時襯底120的部分的橫截面視圖。粘合層122形成在載體120之上作為臨時結(jié)合膜、蝕刻停止層、熱釋放層或者UV釋放層。在一個實施例中，粘合層122是附著到載體120的表面的雙面膠?？商鎿Q地，粘合層122可以使用旋涂、層壓、錫膏印刷或者其它適當?shù)氖┘舆^程而形成在載體120的表面上。

將半導體晶片100設(shè)置在粘合層122和載體120之上，其中半導體管芯104的有源表面110和溝槽116朝向載體取向。半導體管芯104通過半導體管芯104之間所剩余的部分鋸切道106而被連接或保持在一起。半導體管芯104之間所剩余的鋸切道106的部分允許晶片100的半導體管芯104作為單個單元被安裝。作為單個單元將半導體管芯104設(shè)置在載體120之上允許在單個步驟中同時安裝半導體管芯104。

圖1e示出設(shè)置在粘合層122和載體120上的半導體管芯104。在將半導體晶片100安裝到載體120之后，表面108經(jīng)受使用研磨機124的背面研磨操作。背面研磨操作從表面108去除基底襯底材料102的部分并且暴露溝槽116。背面研磨操作去除覆蓋溝槽116的鋸切道106的部分并且減薄或減小半導體管芯104的厚度?；滓r底材料102從背表面108的去除留下具有新的背表面130的半導體管芯104?？商鎿Q地，可以使用LDA、蝕刻、拋光、化學機械平面化（CMP）或者其它適當?shù)娜コ^程來減薄半導體管芯104并且使溝槽116露出。背面研磨操作單體化半導體管芯104，即在背面研磨之后，半導體管芯104不再通過基底襯底材料102彼此連接。半導體管芯104通過粘合層122在背面研磨期間以及在單體化之后（即在背面研磨之后）保持在適當位置。

圖1f示出在背面研磨操作之后的半導體管芯104。半導體管芯104之間的空間由溝槽116創(chuàng)建使得經(jīng)單體化的半導體管芯104之間的寬度W₁等于溝槽116的寬度。

圖1g-1j示出單體化半導體管芯104的可替換方法。從圖1d繼續(xù)，圖1g示出設(shè)置在粘合層122和載體120之上的晶片100，其中溝槽116和半導體管芯104的有源表面110朝向載體取向。半導體管芯104通過晶片100的表面108和溝槽116的表面119之間所剩余的鋸切道106的部分而連接。半導體管芯104之間所剩余的鋸切道106的部分允許在載體120之上作為單個單元同時安裝半導體管芯104。

在圖1h中，半導體晶片100的表面108經(jīng)受背面研磨操作以去除基底襯底材料102的部分。研磨機126從表面108去除基底襯底材料102并且創(chuàng)建新的背表面128。背面研磨操作不暴露溝槽116。在背面研磨操作之后，半導體管芯104保持通過鋸切道106中的基底襯底材料102的部分而連接。在一個實施例中，在背面研磨之后，30-40微米的基底襯底材料102剩余在晶片100的新的背表面128和溝槽116的表面119之間。

圖1i示出在背面研磨操作之后的晶片100。晶片100的表面128和溝槽116的表面119之間所剩余的基底襯底材料102的部分在背面研磨操作期間支撐并且強化半導體管芯104。連接半導體管芯104的基底襯底材料102的部分減輕放在半導體管芯104上的研磨應(yīng)力。減小半導體管芯104上的研磨應(yīng)力減少了半導體管芯104在背面研磨操作期間受損的可能性，這增加了功能半導體管芯104的可靠性和生產(chǎn)量。

連接半導體管芯104的鋸切道106的部分還允許溝槽116在研磨操作期間保持被覆蓋。使溝槽116未暴露防止研磨碎屑，例如基底襯底材料102的顆粒，落入到溝槽116中。防止研磨碎屑進入溝槽116消除了針對溝槽116的研磨后清洗的需要。消除研磨后清洗過程減少了制造時間和成本。

在圖1j中，鋸切道106的剩余部分使用等離子體蝕刻、DRIE或者其它適當?shù)奈g刻規(guī)程而被去除。從鋸切道106去除基底襯底材料102的最終部分暴露溝槽116并且單體化半導體管芯104。用于暴露溝槽116的蝕刻操作還可以去除背表面128的部分以便進一步減薄半導體管芯104。粘合層122既在背面研磨和蝕刻過程期間又在在單體化之后（即在蝕刻之后）將半導體管芯104保持在適當位置。半導體管芯104之間的空間由溝槽116創(chuàng)建使得經(jīng)單體化的半導體管芯104之間的寬度W₁等于溝槽116的寬度。

從圖1f繼續(xù)，圖1k示出沉積在半導體管芯104、粘合層122和載體120之上的密封劑或模制化合物132。密封劑132使用絲網(wǎng)印刷、噴涂、錫膏印刷、壓縮模制、轉(zhuǎn)移模制、液體密封劑模制、真空層壓、旋涂或者其它適當?shù)氖┘臃椒ǘ怀练e在半導體管芯104之上以及在半導體管芯104周圍。密封劑132覆蓋半導體管芯104的四個側(cè)表面和背表面130。密封劑132包括聚合物復(fù)合材料，諸如具有填充物的環(huán)氧樹脂、具有填充物的環(huán)氧丙烯酸酯或者具有適當填充物的聚合物。密封劑132是非傳導的并且在環(huán)境上保護半導體器件免受外部元件和污染物的影響。將密封劑132沉積在由溝槽116創(chuàng)建的空間中的半導體管芯104之間。溝槽116允許密封劑132在半導體管芯104的側(cè)表面之上和在半導體管芯104的側(cè)表面周圍流動?？梢栽诔练e之后立即固化或者在制造過程中隨后固化密封劑132。

在圖1l中，通過化學蝕刻、機械剝離、CMP、機械研磨、熱烤、UV光、激光掃描或者濕法脫模而去除載體120和粘合層122。去除載體120和粘合層122暴露絕緣層114、接觸墊112和密封劑132的表面134。密封劑132的表面134與絕緣層114和接觸墊112的表面共面。將半導體管芯104通過密封劑132保持在一起。密封劑132提供結(jié)構(gòu)支撐并且在隨后的制造期間保護半導體管芯104。

在去除載體120和粘合層122之后，經(jīng)封裝的半導體管芯104經(jīng)受表面沾污去除或清洗過程以從絕緣層114、接觸墊112和密封劑132的表面134去除任何顆?；驓埩粑铩Ｇ逑催^程可以包括離心噴射干燥（SRD）過程、等離子體清洗過程、干法清洗過程、濕法清洗過程或者其組合。

在圖1m中，將切分帶或支撐載體136施加在經(jīng)封裝的半導體管芯104之上。經(jīng)封裝的半導體管芯104然后使用鋸片或激光切割工具138而被單體化成個體半導體器件或封裝140。切割工具138切穿設(shè)置在半導體管芯104之間的密封劑132。切分帶136在單體化期間支撐半導體管芯104。在單體化之后，密封劑132剩余在半導體管芯104的四個側(cè)表面之上。

半導體器件140內(nèi)的有源和無源部件經(jīng)受針對電氣性能和電路功能的測試。測試可以包括電路功能性、引線完整性、電阻性、連續(xù)性、可靠性、結(jié)深度、靜電放電（ESD）、RF性能、驅(qū)動電流、閾值電流、漏電流以及特定于部件類型的操作參數(shù)。檢查和測試使得能夠?qū)⑼ㄟ^的半導體器件140指定為已知良好的。然后使用例如壓紋帶卷而卷起已知良好的器件。經(jīng)卷起的半導體器件140然后被發(fā)出以用于另外的處理或者并入到其它電氣器件和系統(tǒng)中。

圖2示出在單體化之后的半導體器件140。接觸墊112電氣連接到半導體管芯104的有源表面110上的電路并且促進外部器件（例如PCB）與半導體器件140之間的隨后連接。將絕緣層114設(shè)置在有源表面110之上以及接觸墊112周圍以用于保護和電氣隔離。將密封劑132設(shè)置在半導體管芯104的背表面130和四個側(cè)表面之上。密封劑132提供機械保護、電氣隔離以及防止由于暴露給來自光或其它發(fā)射的光子所致的退化的保護。密封劑132在環(huán)境上保護半導體管芯104免受外部元件和污染物的影響。

半導體器件140的生產(chǎn)量被增加，因為半導體管芯104被設(shè)置在載體120之上作為單個晶片或單元。將半導體管芯104設(shè)置在載體120之上作為單個單元簡化了制造并且消除了針對將半導體管芯104單獨地安裝于載體的需要。安裝半導體管芯104同時減少制造時間，這增大生產(chǎn)量并且降低成本。在半導體管芯仍以晶片形式的同時即在半導體管芯仍通過基底襯底材料102連接的同時安裝半導體管芯104強化并且增大半導體管芯104在安裝期間的魯棒性。所連接的半導體管芯得到更多支撐并且因而不太可能在附著到載體120期間受損。粘合層122在背面研磨操作期間將半導體管芯104保持在適當位置。粘合層122還在密封劑132的沉積期間維持半導體管芯104之間的對準和間隔。

以預(yù)成型的溝槽116安裝所連接的半導體管芯104增大載體120之上的半導體管芯104的對準精度和間隔一致性。密封劑132由于半導體管芯104之間的一致性間隔而可以更均勻地分布在半導體管芯104之上以及在半導體管芯104周圍。半導體管芯104之間的一致性間隔以及均勻量的密封劑允許半導體器件140的單體化期間的增大精度。精確的單體化創(chuàng)建統(tǒng)一的半導體器件140并且降低在單體化期間對半導體管芯104損壞的可能性。

經(jīng)封裝的半導體管芯104以小的占用面積制作魯棒的半導體器件140。當半導體管芯104被安裝到載體120時，由于半導體管芯104之間的基底襯底材料102的存在，所以半導體管芯104得到更多支撐并且經(jīng)受較小應(yīng)力。在單體化半導體管芯104之后，將密封劑132沉積在半導體管芯104之上以及在半導體管芯104周圍以在隨后的處置和制造期間保護和支撐半導體管芯104。因而，良好半導體器件140的總體功能性和數(shù)目由于半導體管芯104既在制造過程期間又在制造過程之后不太容易受損而增大。

盡管已經(jīng)詳細說明了本發(fā)明的一個或多個實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將領(lǐng)會到，在不脫離如在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的范圍的情況下，可以做出對那些實施例的修改和適配。