專利名稱：用于增加微電子封裝中電觸點(diǎn)表面面積的結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于增加微電子封裝中電觸點(diǎn)表面面積的結(jié)構(gòu)，更具體地，涉及較大表面區(qū)域的觸點(diǎn)，其用于在電子元件之間進(jìn)行可靠電連接。
背景技術(shù)：
隨著器件尺寸變小以及隨著封裝復(fù)雜性増加，例如包括多層垂直堆疊的半導(dǎo)體芯片的封裝的半導(dǎo)體封裝變得日益困難。尤其是，器件之間的電連接以及對外部電源的電連 接變得更富挑戰(zhàn)。用于形成電觸點(diǎn)的傳統(tǒng)エ藝典型地包括昂貴的光刻和刻蝕來使薄的接合焊盤暴露。在美國專利No. 7，808，064中描述了這種技術(shù)。但是，刻蝕有時(shí)會(huì)使接合焊盤變薄，或者要不然會(huì)損壞接合焊盤，導(dǎo)致一個(gè)難以接受的高的器件報(bào)廢率。在其他已知エ藝中，使用激光鉆孔來形成貫通薄接合焊盤的空隙。這在US2010/0230795中示出。但是，隨后的金屬化導(dǎo)致在金屬化部分和接合焊盤之間具有極小區(qū)域的觸點(diǎn)；僅僅環(huán)形圈的金屬化部分接觸薄接合焊盤的環(huán)形圏。這種小區(qū)域的觸點(diǎn)能夠?qū)е缕骷?，尤其是在金屬化部分沒有與接合焊盤的環(huán)形圈良好接觸的情況下。因此，在該領(lǐng)域中需要一種在多層微電子器件封裝中可靠且容易制備的改進(jìn)的電觸點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
在ー個(gè)方面，本發(fā)明涉及ー種包括ー個(gè)或更多個(gè)垂直電觸點(diǎn)的多層微電子器件封裝。至少ー個(gè)半導(dǎo)體材料層被設(shè)置有在其中制備的ー個(gè)或更多個(gè)電器件。電接觸焊盤可以形成在半導(dǎo)體材料層上或半導(dǎo)體材料層中。另ー材料層鄰近半導(dǎo)體材料層布置。該材料層包括包埋在該層中或者接合至該層的導(dǎo)電材料柱。金屬化通孔貫通半導(dǎo)體材料層的至少一部分以及貫通電接觸焊盤并進(jìn)入鄰近層的導(dǎo)電材料柱。通孔被構(gòu)造，使得通孔的尖端終止于導(dǎo)電材料柱中。通過這種方式，即可使整個(gè)通孔尖端被導(dǎo)電材料包圍，從而増加通孔的電觸點(diǎn)表面面積。金屬化層被設(shè)置在金屬化通孔中，由此，通過位于導(dǎo)電材料柱中的金屬化通孔尖端，使得金屬化層既接觸電接觸焊盤，也接觸導(dǎo)電材料柱。


圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的ー個(gè)方面的用于形成電觸點(diǎn)和隨之產(chǎn)生的器件的エ藝。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于形成電觸點(diǎn)和隨之產(chǎn)生的器件的エ藝。圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于形成電觸點(diǎn)和隨之產(chǎn)生的器件的エ藝。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于形成電觸點(diǎn)和隨之產(chǎn)生的器件的エ藝。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于形成電觸點(diǎn)和隨之產(chǎn)生的器件的エ藝。
圖6示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于形成電觸點(diǎn)和隨之產(chǎn)生的器件的エ藝。圖7示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于形成電觸點(diǎn)和隨之產(chǎn)生的器件的エ藝。圖8示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于形成電觸點(diǎn)和隨之產(chǎn)生的器件的エ藝。圖9示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于形成電觸點(diǎn)和隨之產(chǎn)生的器件的エ藝。圖10示出了根據(jù)本發(fā)明的另一方面的用于形成電觸點(diǎn)和隨之產(chǎn)生的器件的エ藝。 圖11是圖IOd的放大視圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了一種用于多層半導(dǎo)體器件封裝的節(jié)約成本且可靠的電連接。在本發(fā)明中，金屬化通孔使電觸點(diǎn)既與接合焊盤電接觸，也與接合焊盤下方的較厚的導(dǎo)電材料柱電接觸。在金屬化之前，形成的通孔終止于較厚的導(dǎo)電材料柱內(nèi)，以確保金屬化電觸點(diǎn)分布于較大區(qū)域。在下面針對不同器件和不同多層結(jié)構(gòu)的圖1-10中示出了本發(fā)明的各個(gè)實(shí)施例；但是，所有的實(shí)施例共享以上這些共有的特征。如本文所用，在廣義概念上使用術(shù)語“通孔”，以表示ー層或多層電材料層中的任何開ロ，典型地包括通過絕緣材料層的路徑，該開ロ允許在不同層之間的導(dǎo)電連接。用于描述本發(fā)明的術(shù)語“通孔”包含了各種其他相似的術(shù)語，例如溝槽或通道。注意，在下面的實(shí)施例中，導(dǎo)電材料柱形成在玻璃晶片上或玻璃晶片中；這是因?yàn)楹芏鄬?shí)施例涉及封裝基于CMOS的圖像傳感器，在基于CMOS的圖像傳感器中，使用透明材料作為覆蓋層以允許成像。但是，當(dāng)形成其他器件時(shí)，例如多層半導(dǎo)體集成電路，就不需要在玻璃層中或者在透明材料層中形成導(dǎo)電材料柱。也就是說，可以在任何鄰近材料層中形成導(dǎo)電材料柱，以有利干與接合焊盤進(jìn)行電連接。在本文中所使用的術(shù)語“導(dǎo)電材料柱”涉及由導(dǎo)電材料組成的厚的插頭，該插頭具有大約5 μ m至200 μ m的厚度，該厚度比傳統(tǒng)的接合焊盤的厚度大很多，傳統(tǒng)的接合焊盤的厚度趨于大約O. 5μηι至5μηι。導(dǎo)電材料可以選自金屬/金屬合金(例如金、銅、招及其合金)、導(dǎo)電金屬復(fù)合物(例如氮化鈦、金屬硅化物)或者透明導(dǎo)體(例如氧化銦錫)。下面的附圖僅僅描述了示例性實(shí)施例；如能夠從各種幾何形狀和成型技術(shù)上所見，本發(fā)明應(yīng)用于大量的用于各個(gè)電器件和器件封裝的導(dǎo)電材料觸點(diǎn)。圖I示出了玻璃基板10 (Ia)，在該基板中，形成有凹槽12 (Ib)?？梢酝ㄟ^本領(lǐng)域已知的機(jī)械或化學(xué)的材料去除技術(shù)形成凹槽。在凹槽12中通過任何已知的薄膜或者厚膜沉積技術(shù)形成導(dǎo)電材料柱20 (lc)。半導(dǎo)體晶片30具有形成在其中的一個(gè)或多個(gè)電器件(未示出)以及形成在其上的電介質(zhì)層32和ー個(gè)或多個(gè)接合焊盤34。如圖Id中所示，半導(dǎo)體晶片30是硅，但是也可以使用其他半導(dǎo)體材料，例如復(fù)合半導(dǎo)體。當(dāng)半導(dǎo)體晶片是硅時(shí)，電介質(zhì)層32典型地是ニ氧化硅，其可以熱生長，但是也可以使用其他的電介質(zhì)。半導(dǎo)體晶片與玻璃基板的凹槽處接合，該凹槽容納導(dǎo)電材料柱20?？梢允褂萌魏魏线m的方法(例如直接接合)來執(zhí)行接合，或者可以使用其他接合材料。減薄半導(dǎo)體晶片30 (Ie)，接著進(jìn)行溝槽成型40 (If)。去除部分電介質(zhì)32以暴露接合焊盤34 (Ig)，接著形成聚合物涂層50 (Ih)。之后通過激光鉆孔或者其他合適的通孔成型技術(shù)穿過聚合物涂層開ロ、形成通孔60 (Ii)。這樣，通孔60經(jīng)過接合焊盤34并終止于導(dǎo)電材料柱20中。由于通孔終止于導(dǎo)電材料柱20中，從而使得整個(gè)通孔尖端被導(dǎo)電材料包圍。因?yàn)檫@種導(dǎo)電材料同時(shí)與接合焊盤34接觸，所以當(dāng)通孔被金屬化時(shí)，可以與接合焊盤形成可靠的電觸點(diǎn)。隨后的金屬化部分70(lj)產(chǎn)生了與導(dǎo)電材料和接合焊盤34接觸的較大區(qū)域的電觸點(diǎn)，原因在于整個(gè)通孔尖端終止于導(dǎo)電材料柱20中。相比于傳統(tǒng)的只與接合焊盤的環(huán)形接觸，金屬化部分70和導(dǎo)電材料(接合焊盤34或者柱20)之間的觸點(diǎn)面積大了大約8-10倍。為了完成封裝，執(zhí)行半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域已知的進(jìn)ー步エ藝，例如，鈍化、焊接、晶片切害I]、密封等。轉(zhuǎn)至圖2-10，注意，這些附圖中的附圖標(biāo)記的最后兩個(gè)數(shù)字涉及與參照圖I所描 述的元件基本相似的元件。因此，在圖2a中，元件210是玻璃基板(基本上類似于圖I中的玻璃基板10)，212是在玻璃基板中形成的凹槽(2b)，在(2c)中玻璃基板中形成有導(dǎo)電材料柱220等。在2e中執(zhí)行晶片減薄。在2f中，通過深度反應(yīng)離子刻蝕形成硅通孔240。電介質(zhì)/氧化物232的去除使接合焊盤234 (2g)暴露。在2h中形成聚合物涂層250，接著通過激光鉆孔形成貫通接合焊盤234并進(jìn)入柱220中的孔260，該孔終止于柱中(2i)。典型地，通過濺射將金屬化部分270涂覆在通孔和激光鉆出的孔的側(cè)壁上。如圖I中那樣，執(zhí)行進(jìn)ー步的封裝エ藝以產(chǎn)生最終的器件。在圖3中，a-e的部分與圖I和2的a_e基本上相似。在3f中，使用激光鉆孔來形成通孔340，并且電介質(zhì)/氧化物去除使接合焊盤334暴露(3g)。將聚合物350涂覆在通孔中，并且激光鉆孔形成貫通接合焊盤334并終止于柱320中的孔360 (3i)。通過濺射或者任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)沉積金屬化部分370 (3j)，接著進(jìn)行傳統(tǒng)的封裝。在圖4中，將導(dǎo)電材料柱420形成在玻璃基板410的表面上，而不是包埋于玻璃凹槽(4a，4b)中。聚合物涂層425將柱包埋在聚合物層中；隨后聚合物層通過圖案化，從而產(chǎn)生埋在聚合物中的凸起的柱。在4e中，將帶有電介質(zhì)/氧化物層432和接合焊盤434的半導(dǎo)體材料430接合至帶有凸起柱的玻璃基板，接著在4f中，進(jìn)行晶片減薄。圖4的剰余部分與圖I中的那些部分基本上相似。可以將上述特征的各種組合提供給器件，并且可以將各種エ藝步驟與本發(fā)明中的其他エ藝步驟進(jìn)行組合。例如，在圖5中，5a-5f與4a-4f基本上相似，5g-5k與圖2基本上相似。相似地，在圖6中，6a-6f與4a-4f基本上相似，而6g_6j與3f_3j基本上相似。在圖7中，CMOS圖像傳感器(CIS) 730被設(shè)置(7a)有在電介質(zhì)層732 (例如，ニ氧化硅或者聚合物)中形成的接合焊盤734，并且在其中或其上形成有接合焊盤734的電介質(zhì)/氧化物層732上方形成導(dǎo)電材料柱720 (7b)。聚合物涂層725包埋柱，接著圖案化聚合物以在CIS晶片上產(chǎn)生柱凸起。將玻璃晶片710接合至CIS/柱凸起組合物，接著進(jìn)行溝槽刻蝕740和氧化物去除(使得接合焊盤734暴露)(7g-7h)。沉積聚合物涂層750 (7i)，接著進(jìn)行形成孔760的激光鉆孔，該孔終止于柱內(nèi)。金屬化部分770覆蓋溝槽和兩個(gè)孔，接著進(jìn)行在鄰近孔(用于電隔離)之間的金屬去除。在圖8中，8a_8f與7a_7f基本上相似。圖8g_8k與2f~2j基本上相似。在圖9中，9a-9f與7a-7f基本上相似。圖9g_9k與3f_3j基本上相似。圖10示出了背照式(BSI)CIS器件封裝的成型。處理玻璃/硅基板1010被設(shè)置有導(dǎo)電材料柱凸起1020，該導(dǎo)電材料柱凸起包埋在聚合物層1025中(IOa-IOc)。將帶有電介質(zhì)/氧化物1032和接合焊盤1034以及覆蓋玻璃1036和透鏡1038的BSI-CIS晶片1030接合至帶有金屬柱的處理基板，該金屬柱包埋于在IOa-IOc中形成的聚合物中。在IOe中，在處理基板中形成通孔1040，接著進(jìn)行聚合物沉積1050，進(jìn)行激光鉆孔以形成接觸通孔1060，以及進(jìn)行金屬化1070。前述內(nèi)容已經(jīng)列出了本發(fā)明的特征和技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，所公開的概念和具體實(shí)施例容易用作修改或者設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的其他結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。所屬領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)該意識到這種等價(jià)結(jié)構(gòu)并 未背離所附權(quán)利要求書闡述的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.ー種包括一個(gè)或多個(gè)電觸點(diǎn)的微電子器件封裝，包括 半導(dǎo)體材料層，其具有在其中制備的ー個(gè)或多個(gè)電器件并具有布置在其中的電接觸焊盤； 鄰近半導(dǎo)體材料層布置的層，該層包括包埋在該層內(nèi)或者形成在該層上或者接合至該層的導(dǎo)電材料柱； 貫通半導(dǎo)體材料層的至少一部分以及貫通電接觸焊盤并進(jìn)入導(dǎo)電材料柱中的通孔，該通孔的尖端終止于導(dǎo)電材料柱中； 金屬化層，其設(shè)置在通孔中，使得金屬化層通過通孔尖端接觸電接觸焊盤以及導(dǎo)電材料柱。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包括ー個(gè)或多個(gè)垂直電觸點(diǎn)的多層微電子器件封裝，其特征在于導(dǎo)電材料柱包括金屬、金屬合金或者導(dǎo)電材料復(fù)合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包括ー個(gè)或多個(gè)垂直電觸點(diǎn)的多層微電子器件封裝，其特征在于通孔通過激光鉆孔形成。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包括ー個(gè)或多個(gè)垂直電觸點(diǎn)的多層微電子器件封裝，其特征在于通孔通過機(jī)械的材料去除形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包括ー個(gè)或多個(gè)垂直電觸點(diǎn)的多層微電子器件封裝，其特征在于半導(dǎo)體材料為娃。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包括ー個(gè)或多個(gè)垂直電觸點(diǎn)的多層微電子器件封裝，其特征在于CMOS成像器件形成在半導(dǎo)體材料層中。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包括ー個(gè)或多個(gè)垂直電觸點(diǎn)的多層微電子器件封裝，其特征在于包含柱的層是玻璃層。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包括ー個(gè)或多個(gè)垂直電觸點(diǎn)的多層微電子器件封裝，其特征在于帶有導(dǎo)電材料柱的鄰近層形成在半導(dǎo)體材料層上。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的包括ー個(gè)或多個(gè)垂直電觸點(diǎn)的多層微電子器件封裝，其特征在于帶有導(dǎo)電材料柱的鄰近層接合至半導(dǎo)體層。
全文摘要
多層微電子器件封裝包括一個(gè)或多個(gè)垂直電觸點(diǎn)。至少一個(gè)半導(dǎo)體材料層被設(shè)置有在其中制備的一個(gè)或多個(gè)電器件。電接觸焊盤可以形成在半導(dǎo)體材料層上或半導(dǎo)體材料層中。另一材料層鄰近半導(dǎo)體材料層布置并且包括包埋在該層中或者接合至該層的導(dǎo)電材料柱。通孔貫通半導(dǎo)體材料層的至少一部分和電接觸焊盤并進(jìn)入鄰近層的導(dǎo)電材料柱。通孔被構(gòu)造，使得通孔尖端終止于導(dǎo)電材料柱中。金屬化層設(shè)置在通孔中，由此，通過位于導(dǎo)電材料柱中的金屬化通孔尖端，使得金屬化層同時(shí)接觸電接觸焊盤和導(dǎo)電材料柱。
文檔編號H01L21/768GK102646655SQ20121005789
公開日2012年8月22日 申請日期2012年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月19日
發(fā)明者史訓(xùn)清, 楊丹, 羅珮聰 申請人:香港應(yīng)用科技研究院有限公司