專(zhuān)利名稱：用于倒裝芯片封裝的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)經(jīng)歷了快速的發(fā)展。IC材料和設(shè)計(jì)中的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生出了一代又一代1C，每代IC都比前一代IC更小更復(fù)雜。然而，這些改進(jìn)同時(shí)還增加了處理和制造IC的復(fù)雜程度，對(duì)于這些即將實(shí)現(xiàn)的改進(jìn)，需要在IC處理和制造中進(jìn)行類(lèi)似的改進(jìn)。在IC的發(fā)展期間，隨著幾何尺寸(即，利用制造工 藝可以形成的最小元件)的減小，功能密度(即，單位芯片面積的互連器件的數(shù)量)通常會(huì)增大。隨著幾何尺寸越來(lái)越小，IC的封裝工藝變得越發(fā)困難?，F(xiàn)如今的其中一種封裝工藝使用了“倒裝芯片”技術(shù)，在這種技術(shù)中，需要將IC翻轉(zhuǎn)，并將其與載體基板相接合?，F(xiàn)有的倒裝芯片接合工藝中的溫度波動(dòng)可能會(huì)產(chǎn)生過(guò)多的熱應(yīng)力，從而可能會(huì)導(dǎo)致IC封裝的翹曲。因此，盡管現(xiàn)有的IC封裝通常足以達(dá)到其預(yù)期目的，但是無(wú)法在各個(gè)方面都完全令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
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，包括載體基板，具有芯片區(qū)域和外圍區(qū)域，其中，所述載體基板包括加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)嵌入在所述外圍區(qū)域中；以及芯片，接合到所述載體基板的所述芯片區(qū)域。在該器件中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)具有金屬，所述金屬是銅。在該器件中，所述載體基板包括第一表面和第二表面，所述第二表面與所述第一表面相對(duì)，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在所述載體基板中從所述第一表面延伸到所述第二表面，所述芯片包括有源表面和與所述有源表面相對(duì)的另一表面，其中，所述芯片的所述有源表面電連接到所述載體基板的所述第一表面或所述第二表面。在該器件中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包圍所述芯片，或者所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)柱狀物，所述多個(gè)柱狀物位于所述載體基板中，所述多個(gè)柱狀物包圍所述芯片，或者所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)置于所述載體基板的角落中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)形。在該器件中，所述載體基板是層壓基板，所述層壓基板包括雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(BT)。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種封裝基板，包括層壓基板，包括芯片區(qū)域和外圍區(qū)域，所述芯片區(qū)域被配置為接合到芯片；以及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，嵌入在所述層壓基板的所述外圍區(qū)域中。在該封裝基板中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)柱狀物結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)柱狀物結(jié)構(gòu)包圍所述芯片區(qū)域。在該封裝基板中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)位于所述層壓基板的角落中；或者所述層壓基板包括多個(gè)介電層，所述多個(gè)介電層中設(shè)置有多個(gè)金屬層，其中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)延伸穿過(guò)所述多個(gè)介電層；或者所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)具有金屬。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種方法，包括提供載體基板，所述載體基板包括芯片區(qū)域和外圍區(qū)域，其中，所述載體基板包括嵌入在所述外圍區(qū)域中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)；以及將芯片接合到所述載體基板的所述芯片區(qū)域。在該方法中，接合所述芯片的步驟包括實(shí)施倒裝芯片接合工藝；或者提供所述載體基板的步驟包括形成層壓基板，其中，當(dāng)形成所述層壓基板時(shí)，形成所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。


根據(jù)以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述可以最好地理解本發(fā)明。需要強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種不同部件沒(méi)有按比例繪制，并且只是用于圖示的目的。實(shí)際上，為了使論述清晰，可以任意增加或減小各種部件的數(shù)量和尺寸。

圖IA是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包含帶有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的載體基板的器件的俯視圖。圖IB是沿著圖IA的線1B-1B截取的器件的橫截面?zhèn)纫晥D。圖2A是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的包含帶有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的載體基板的器件的俯視圖。圖2B是沿著圖2A的線2B-2B截取的器件的橫截面?zhèn)纫晥D。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)方面的形成器件的方法的流程圖。圖4A-圖4B是根據(jù)圖3的方法實(shí)施例的各個(gè)階段中的器件的橫截面?zhèn)纫晥D。
具體實(shí)施例方式為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的不同特征，以下公開(kāi)的內(nèi)容提供了多個(gè)不同的實(shí)施例或者實(shí)例。下文中描述了元件和布置方式的具體實(shí)例，從而簡(jiǎn)化了本發(fā)明。當(dāng)然，上述具體實(shí)例僅僅是舉例，并不意在進(jìn)行限定。例如，關(guān)于第一元件在第二元件“之上”或者“上方”的描述(以及類(lèi)似描述)可以包括第一元件和第二元件直接接觸的實(shí)施例，還可以包括在第一元件和第二元件之間插入有附加元件的實(shí)施例。另外，本發(fā)明可以在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清晰的目的，并且沒(méi)有在本質(zhì)上表示各個(gè)實(shí)施例和/或所討論配置之間的關(guān)系。而且，空間相對(duì)位置的術(shù)語(yǔ)，比如“在...下方”、“在...下面”、“下面的”、
“在...上方”、“上面的”等等，在本中可以使得附圖中所示出的一個(gè)部件或者元件與另一個(gè)部件或者元件的關(guān)系易于描述?？臻g相對(duì)位置的術(shù)語(yǔ)覆蓋了包括部件的器件的不同定向。例如，如果附圖中的器件翻轉(zhuǎn)，則所描述的在其他元件“下面”或者“下方”的元件將定位為在其他元件或者部件“上方”。因此，示例性術(shù)語(yǔ)“下面”可以包含上方和下方的定向。裝置可以進(jìn)行其他定向(旋轉(zhuǎn)90度或者其他方向)，從而，也可以同樣對(duì)本文中所使用的空間相對(duì)描述進(jìn)行解釋。圖IA是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包含帶有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的載體基板的器件100的俯視圖。圖IB是沿著圖IA的線1B-1B截取的器件100的橫截面?zhèn)纫晥D。將同時(shí)描述圖IA和圖1B，為了清楚且更好地理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，將圖IA和圖IB簡(jiǎn)化?？梢詫⒏郊拥脑黾拥狡骷?00中，對(duì)于器件100的其他實(shí)施例，可以替換或者移除以下所描述的一些元件。器件100包括芯片110 (還成為管芯)。芯片110可以是集成電路(IC)芯片、片上系統(tǒng)(SoC)、或者上述的部分，上述器件可以包括各種無(wú)源微電子器件和有源微電子器件，比如電阻器、電容器、電感器、二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)晶體管、雙極結(jié)式晶體管(BJT)、橫向擴(kuò)散MOS(LDMOS)晶體管、大功率MOS晶體管、或者其他類(lèi)型的晶體管。芯片110可以包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件和/或納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)器件。芯片110包括晶圓(未示出)，在本實(shí)施例中，該晶圓是半導(dǎo)體晶圓。例如，該晶圓可以是硅晶圓?？蛇x地，晶體管可以由下述其他適當(dāng)?shù)脑匕雽?dǎo)體，比如金剛石或者鍺；適當(dāng)化合物半導(dǎo)體，比如碳化硅、砷化銦、或者磷化銦；或者適當(dāng)?shù)暮辖鸢雽?dǎo)體，比如碳化硅鍺、磷化鎵砷、或者磷化鎵銦制成。晶圓包括各種摻雜區(qū)域(未示出)、隔離元件、其他元件、或者上述的組合。芯片110還具有形成在晶圓上方的 互連結(jié)構(gòu)(未示出)?；ミB結(jié)構(gòu)包括多個(gè)經(jīng)過(guò)圖案化的介電層和導(dǎo)電層，該介電層和導(dǎo)電層在晶圓的各種摻雜區(qū)域和/或其他元件(例如，柵極結(jié)構(gòu))之間提供互連件(例如，布線)。例如，互連結(jié)構(gòu)包括層間電介質(zhì)(ILD)，該層間電介質(zhì)包括絕緣的介電材料，比如低k材料。該低k材料可以定義為介電常數(shù)低于大約3. 9的介電材料，其為熱氧化硅的介電常數(shù)。低k材料可以包括碳摻雜氧化娃、Black Diamondd) (Applied Materials of Santa Clara, California)、Xerogel、Aerogel> 非晶氟化碳、ParyIene、BCB( 二苯并環(huán)丁烯)、SiLK(Dow Chemical, Midland,Michigan)、聚酰亞胺、和/或其他材料。ILD可以通過(guò)旋涂形成,在其他實(shí)施例中，ILD可以包括氧化硅、氮化硅、氟硅玻璃(FSG)、上述的組合、或者其他適當(dāng)?shù)慕^緣材料，并且該ILD可以通過(guò)CVD、PVD、ALD、上述的組合形成。在所示實(shí)施例中，芯片110上下“翻轉(zhuǎn)”(縱向旋轉(zhuǎn)180度)，并且接合到載體基板
120。更具體地來(lái)說(shuō)，芯片110的有源表面與載體基板120的表面121電連接。由于芯片110上下“翻轉(zhuǎn)”，因此，圖IA中的器件100的俯視圖中示出了相對(duì)于有源表面的表面，而不是芯片Iio的有源表面。芯片110通過(guò)任何適當(dāng)機(jī)構(gòu)接合到載體基板120。例如，芯片110可以包括位于互連結(jié)構(gòu)上方的接合焊盤(pán)，以及可以形成在接合焊盤(pán)上的焊球(也稱為焊料凸塊)。焊球可以與載體基板120的接合焊盤(pán)對(duì)齊并且相接觸，從而在芯片110和載體基板120之間形成電連接。應(yīng)該注意到，載體基板120包括表面121，芯片110接合到該表面121。載體基板120還包括表面122 (圖1B)，該表面122相對(duì)于表面121。載體基板120包括芯片區(qū)域和外圍區(qū)域。芯片區(qū)域是載體基板120上配置用于接合到芯片的區(qū)域。例如，芯片區(qū)域是接合到芯片110的載體基板120的區(qū)域，該芯片區(qū)域在圖IA中無(wú)法示出。因此，在實(shí)施例中示出，載體基板120的芯片區(qū)域與芯片110的尺寸大致相同。載體基板120的芯片區(qū)域可以包括用于與芯片110相接合的表面121上的接合焊盤(pán)，比如芯片110的接合焊盤(pán)/焊球結(jié)構(gòu)。載體基板120的外圍區(qū)域是基板120中沒(méi)有配置用于接合到芯片的區(qū)域。例如，如實(shí)施例所示，外圍區(qū)域是沒(méi)有接合到芯片110的載體基板120的區(qū)域，是圖IA和圖IB中所示出的載體基板120的區(qū)域。應(yīng)該注意到，器件100可以是多芯片封裝件，其中，多個(gè)芯片110接合到載體基板120，比如單封裝系統(tǒng)(SIP)。在多芯片封裝件的情況下，載體基板120的外圍區(qū)域包括沒(méi)有接合到其中一塊芯片的載體基板120的任意區(qū)域。如實(shí)施例中所示，載體基板120是層壓基板(laminate substrate)。層壓基板可以是塑料基板或者陶瓷基板?？蛇x地，載體基板120可以是增層式基板(build-upsubstrate)。參考圖1B，載體基板120是多層基板，該多層基板包括核心層130、層壓載體層132、以及位于層壓載體層132中的導(dǎo)電層134。導(dǎo)電層134包括通孔或者電鍍通孔(PTH) 136。在所示實(shí)施例中，核心層130是雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(BT)層，層壓載體層132是介電層，比如聚丙烯介電層，導(dǎo)電層134是銅箔薄膜和/或銅跡線。核心層130可以包括其他適合的環(huán)氧樹(shù)脂材料。層壓載體層132可以包括其他適合的環(huán)氧樹(shù)脂材料和/或聚合材料。在所示實(shí)施例中，多層基板進(jìn)一步包括焊料掩模層138。多層基板可以通過(guò)本領(lǐng)域所公知的方法或者未來(lái)將產(chǎn)生的任何適當(dāng)方法形成。應(yīng)當(dāng)注意，載體基板120可以包括核心層、層壓載體層以及導(dǎo)電層的任何組合。例如，載體基板120可以是四層核心結(jié)構(gòu)、雙層核心結(jié)構(gòu)、或者任何其他適當(dāng)數(shù)量層的核心結(jié)構(gòu)。而且，PTH 136可以延伸穿過(guò)載體基板120的單個(gè)層或者多個(gè)層。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)140嵌入在載體基板120的外圍區(qū)域中。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包圍芯片110。在所 示實(shí)施例中，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括柱狀物142，該柱狀物142包圍芯片110。柱狀物142由金屬制成，比如銅或者鋁。柱狀物142可以可選地或者附加地包括非金屬材料，比如適合的環(huán)氧樹(shù)脂材料、聚合材料、或者上述的組合。例如，制成柱狀物142的材料的模量(比如楊氏模量、剪切模量、或者體積模量)或者硬度高于載體基板120的核心和/或載體基板120的增層式材料。參考圖1B，柱狀物142嵌入到載體基板120中，從表面121延伸到表面122。更具體地來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)140的柱狀物142延伸穿過(guò)核心層130和層壓載體層132，該層壓載體層132包括導(dǎo)電層134(包括通孔136)?？蛇x地，柱狀物142可以在載體基板120中不同程度地延伸。例如，每個(gè)柱狀物142所具有的縱向長(zhǎng)度(每個(gè)柱狀物142的長(zhǎng)度從表面121延伸到表面122)可以不同。而且，每個(gè)柱狀物142都可以不同程度地置于載體基板120中(例如，一些柱狀物142可以置于靠近表面121的位置上，一些柱狀物142可以置于靠近表面122的位置上，和/或一些柱狀物142可以置于載體基板120中，從而使得柱狀物142的端部與表面121和表面122的距離相等)。在所示實(shí)施例中，每個(gè)柱狀物142在圖IA的俯視圖中都具有正方形的橫截面，在圖IB的側(cè)視圖中具有矩形的橫截面?？蛇x地，每個(gè)柱狀物142的橫截面都可以具有其他形狀，比如十字形、圓柱形、L形、T形、或者其他適當(dāng)形狀。柱狀物142示出的橫截面并不意在進(jìn)行限定，應(yīng)當(dāng)理解，可以根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)而得到任何適當(dāng)形狀的柱狀物142。而且，如實(shí)施例所示，在柱狀物142的陣列中，柱狀物142的陣列可以可選地包括不同形狀的柱狀物。柱狀物142可以具有各種尺寸。例如，柱狀物142的長(zhǎng)度(縱向測(cè)量得到的)可以大于或者等于大約50 u m,柱狀物142的寬度可以大于或者等于大約50 u m,柱狀物142的深度(載體基板120的表面121和柱狀物142的頂面之間的距離)可以大于或者等于大約20 Pm。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)140和芯片110的邊緣之間的距離可以大于或者等于大約50 u m，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)140和載體基板120的邊緣之間的距離可以大于或者等于大約 300 u m。所公開(kāi)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)140可以在封裝期間降低(或者消除)翹曲。例如，傳統(tǒng)的載體基板的工藝翹曲由各個(gè)材料(比如芯片的材料和載體基板的材料)之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)的不匹配造成。在所示實(shí)施例中，當(dāng)芯片110接合到載體基板120時(shí)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)140可以將上述的器件100的翹曲最小化，從而加固器件100 (可選地稱為封裝件)。甚至當(dāng)器件100在制作工藝期間經(jīng)受高溫工藝時(shí)，還可以降低上述翹曲。圖2A是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例的包含帶有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的載體基板的器件200的俯視圖。圖2B是沿著線2B-2B截取的器件200的橫截面?zhèn)纫晥D。圖2A和圖2B的實(shí)施例在多個(gè)方面類(lèi)似于圖IA和圖IB的實(shí)施例。因此，為了清晰和簡(jiǎn)明，圖IA-圖IB和圖2A-圖2B中的相似元件由相同的參考標(biāo)號(hào)表示。將同時(shí)討論圖2A和圖2B，并且為了清晰而進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而更好地理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思。因此，可以將附加元件增加到元件200中，對(duì)于元件200的其他實(shí)施例，可以替換和移除以下描述的一些元件。類(lèi)似于器件100，器件200包括芯片110，該芯片110接合到載體基板120的表面
121。載體基板120是多層基板，該多層基板120包括核心層130、層壓載體層132、置于層壓載體層132中的導(dǎo)電層134(包括通孔或者電鍍通孔(PTH) 136)、以及焊料掩模層138。在所示實(shí)施例中，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)240嵌入在載體基板120的外圍區(qū)域中。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)240包括柱狀物242。更具體地來(lái)說(shuō)，柱狀物242嵌入在載體基板120的每個(gè)角中。柱狀物242由金屬制成，比如銅或者鋁。柱狀物242可以可選地或者附加地包括非金屬材料，比如適當(dāng)?shù)沫h(huán)氧樹(shù) 脂材料、聚合材料、或者上述的組合。例如，制成柱狀物242的材料的模量(比如楊氏模量、剪切模量、或者體積模量)或者硬度高于載體基板120的核心和/或載體基板120的增層式材料。參考圖2B，柱狀物242嵌入到載體基板120中，從表面121延伸到表面122。更具體地來(lái)說(shuō)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)240的柱狀物242延伸穿過(guò)核心層130和層壓載體層132，該層壓載體層132包括導(dǎo)電層134 (包括通孔136)?？蛇x地，柱狀物242可以不同程度地在載體基板120中延伸。例如，每個(gè)柱狀物242可以具有各種縱向長(zhǎng)度(每個(gè)柱狀物242從表面121延伸到表面122的長(zhǎng)度)。而且，每個(gè)柱狀物242都可以不同程度地置于載體基板120中(例如，一些柱狀物242可以置于靠近表面121的位置上，一些柱狀物242可以置于靠近表面122的位置上，和/或一些柱狀物242可以置于載體基板120中，從而使得柱狀物242的端部與表面121和表面122的距離相等)。在所示實(shí)施例中，每個(gè)柱狀物242在圖2A的俯視圖中都具有L形的橫截面，在圖2B的側(cè)視圖中具有矩形的橫截面?？蛇x地，每個(gè)柱狀物242的橫截面都可以具有其他形狀，比如十字形、圓柱形、正方形、T形、或者其他適當(dāng)形狀。柱狀物242示出的橫截面并不意在進(jìn)行限定，應(yīng)當(dāng)理解，可以根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)而得到任何適當(dāng)形狀的柱狀物242。而且，如實(shí)施例所示，在柱狀物242的陣列中，柱狀物242的陣列可以可選地包括具有不同形狀的柱狀物。柱狀物242可以具有各種尺寸。例如，柱狀物242的長(zhǎng)度(縱向測(cè)量得到的)可以大于或者等于大約50 ym，柱狀物242的寬度可以大于或者等于大約50 u m,柱狀物242的深度(載體基板120的表面121和柱狀物242的頂面之間的距離)可以大于或者等于大約20 iim。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)240和芯片110的邊緣之間的距離可以大于或者等于大約50 u m,加強(qiáng)結(jié)構(gòu)240和載體基板120的邊緣之間的距離可以大于或者等于大約300 u m。與加強(qiáng)結(jié)構(gòu)140相似，所公開(kāi)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)240可以在封裝期間降低(或者消除)翹曲。例如，傳統(tǒng)的載體基板的工藝翹曲由各個(gè)材料(比如芯片的材料和載體基板的材料)之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)的不匹配造成。在所示實(shí)施例中，當(dāng)芯片110接合到載體基板120時(shí)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)140可以將上述的器件100的翹曲最小化，從而加固器件100(可選地稱為封裝)。甚至器件100在制作工藝期間經(jīng)受高溫工藝時(shí)，還可以降低上述翹曲。圖3是示出了根據(jù)本發(fā)明各個(gè)方面的形成器件400的方法300的流程圖。更具體地來(lái)說(shuō)，方法300將芯片接合到帶有加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的載體基板，從而形成封裝器件。在方法300的框310中，所提供的載體基板具有芯片區(qū)域和外圍區(qū)域。載體基板包括加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)嵌入在外圍區(qū)域中。在框320中，芯片接合到載體基板的芯片區(qū)域。例如，利用倒裝芯片接合工藝將芯片接合到載體基板，在該工藝中，將芯片翻轉(zhuǎn)，從而接合到載體基板?？梢詫⒏郊拥牟襟E增加到方法300之前、之間、和之后。圖4A-圖4B是根據(jù)圖3的方法300的實(shí)施例各個(gè)階段中的器件400的橫截面?zhèn)纫晥D。為了更好地理解本發(fā)明的發(fā)明構(gòu)思，簡(jiǎn)化了圖4A-圖4B。對(duì)于器件400的附加實(shí)施例，可以將附加元件增加 到元件400中，并且可以替換或者移除一些下述元件。參考圖4A，提供了芯片410(還成為管芯)。芯片410可以是集成電路(IC)芯片、片上系統(tǒng)(SoC)、或者上述的部分，上述器件可以包括各種無(wú)源微電子器件和有源微電子器件，比如電阻器、電容器、電感器、二極管、金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)、互補(bǔ)金屬氧化物(CMOS)半導(dǎo)體、雙極結(jié)式晶體管(BJT)、橫向擴(kuò)散MOS (LDMOS)晶體管、大功率MOS晶體管、或者其他類(lèi)型的晶體管。芯片410可以包括微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)器件和/或納機(jī)電系統(tǒng)(NEMS)器件。芯片410包括晶圓(未示出)，在本實(shí)施例中，該晶圓是半導(dǎo)體晶圓。例如，該晶圓可以是硅晶圓?？蛇x地，晶體管可以由下述其他適當(dāng)?shù)脑匕雽?dǎo)體，比如金剛石或者鍺；適當(dāng)化合物半導(dǎo)體，比如碳化硅、砷化銦、或者磷化銦；或者適當(dāng)?shù)暮辖鸢雽?dǎo)體，比如碳化硅鍺、磷化鎵砷、或者磷化鎵銦制成。晶圓可以包括各種摻雜區(qū)域(未示出)、隔離元件、其他元件、或者上述的組合。芯片410還具有形成在晶圓上方的互連結(jié)構(gòu)(未示出)?；ミB結(jié)構(gòu)包括多個(gè)經(jīng)過(guò)圖案化的介電層和導(dǎo)電層，該介電層和導(dǎo)電層在晶圓的各種摻雜區(qū)域和/或其他元件(例如，柵極結(jié)構(gòu))之間提供互連件(例如，布線)。例如，互連結(jié)構(gòu)包括層間電介質(zhì)(ILD)，該層間電介質(zhì)包括絕緣的介電材料，比如低k材料。低k材料可以限定為介電常數(shù)低于大約3. 9的介電材料，其為熱氧化硅的介電常數(shù)。低k材料可以包括碳摻雜氧化娃、Black Diamond (Applied Materials of Santa Clara, California)、Xerogel、Aerogel > 非晶氟化碳、Pary I ene、BCB ( 二苯并環(huán)丁烯)、SiLK (Dow Chemical, Midland,Michigan)、聚酰亞胺、和/或其他材料。ILD可以通過(guò)旋涂形成,在其他實(shí)施例中，ILD可以包括氧化硅、氮化硅、氟硅玻璃(FSG)、上述的組合、或者其他適當(dāng)?shù)慕^緣材料，并且該ILD可以通過(guò)CVD、PVD、ALD、上述的組合形成。芯片410具有表面411和表面412，該表面412相對(duì)于表面411。在所示實(shí)施例中，表面412可以稱為芯片412的有源表面。芯片410包括接合焊盤(pán)414，該接合焊盤(pán)414沿著表面412設(shè)置。接合焊盤(pán)414形成在互連結(jié)構(gòu)上方。接合焊盤(pán)414由導(dǎo)電材料形成。例如，接合焊盤(pán)414可以包括凸塊底部金屬化(UBM)結(jié)構(gòu)。UBM結(jié)構(gòu)包括各種層(例如，各種金屬層)，該各種層與接合焊盤(pán)414充分粘合，并且保護(hù)下方材料。焊球(還稱為焊料凸塊)416分別形成在接合焊盤(pán)414上。焊球416可以通過(guò)蒸發(fā)、電鍍、印刷、噴射、螺柱形焊接(stud bumping)、或者適當(dāng)技術(shù)形成。焊球416包括導(dǎo)電材料,例如,鉛。UBM結(jié)構(gòu)還為焊球416提供潤(rùn)濕。還提供了載體基板420。載體基板420的成分可以類(lèi)似于上述載體基板120。例如，載體基板420可以是多層層壓基板。載體基板420包括表面421和表面422，該表面相對(duì)于表面421。載體基板420包括芯片區(qū)域和外圍區(qū)域。芯片區(qū)域的尺寸可以大體上等于芯片的尺寸。芯片區(qū)域是載體基板420中配置為接合到芯片的區(qū)域。例如，在所示實(shí)施例中，載體基板420的芯片區(qū)域包括接合焊盤(pán)424，該接合焊盤(pán)424沿著表面421設(shè)置。接合焊盤(pán)424類(lèi)似于接合焊盤(pán)424。載體基板420的外圍區(qū)域是載體基板420中沒(méi)有配置為接合到芯片的區(qū)域。在所示實(shí)施例中，載體基板420包括嵌入在外圍區(qū)域中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括柱狀物442。柱狀物442可以包括參考圖IA-圖IB描述的柱狀物142和參考圖2A-圖2B描述的柱狀物242。柱狀物442由金屬制成，比如銅或者鋁。嵌入在載體基板420中的柱狀物442從表面421延伸到表面422。參考圖4B，芯片410上下“翻轉(zhuǎn)”(縱向旋轉(zhuǎn)180度)并且位于載體基板420上。焊球416與接合焊盤(pán)424對(duì)齊并且相接觸。之后，將焊球416熔化，從而在載體基板420和芯片410之間形成電連接。例如，利用回流工藝在回焊爐(還成為熔爐)中將焊球416熔化。焊球416熔化的溫度稱為回流溫度?？梢栽诮雍虾副P(pán)414上和/或接合焊盤(pán)424上施加助焊劑材料(未示出)，從而易于芯片410和載體基板420之間的接合。助焊劑材料可以包括錫或者樹(shù)脂，并且在回流工藝中充當(dāng)潤(rùn)濕劑。可以分配底部填充材料(未示出)，從而在芯片410和載體基板420之間填充真空區(qū)，該真空區(qū)還稱為接合界面。底 部填充材料可以是粘合材料，比如含有SiO2的液態(tài)環(huán)氧樹(shù)脂。底部填充材料可以充當(dāng)密封劑，從而防止芯片410和載體基板420的表面暴露出來(lái)，從而防止侵蝕芯片410和載體基板420。而且，底部填充材料可以充當(dāng)緩沖墊，從而吸收和減輕以下可能出現(xiàn)的各種熱工藝期間的芯片410和載體基板420之間的應(yīng)力?？梢栽诘撞刻畛涔袒に囍袑⒌撞刻畛洳牧瞎袒瑥亩鴮⒌撞刻畛洳牧嫌不蛘咦儓?jiān)硬。隨著在倒裝芯片接合工藝期間的芯片410和載體基板420經(jīng)受溫度變化，芯片410和載體基板420將按比率減小，該比率取決于其各自的熱膨脹系數(shù)(CTE)。經(jīng)常，在芯片410的CTE和載體基板420的CTE之間存在有不匹配。這種CTE的不匹配意味著芯片410和載體基板420會(huì)以不同的比率縮小，這會(huì)在芯片410和載體基板420之間產(chǎn)生應(yīng)力。這種應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致芯片410的一個(gè)或者多個(gè)層的開(kāi)裂或者分層——例如，低k材料層的分層或者開(kāi)裂。而且，焊球416還會(huì)隨著應(yīng)力變得足夠大而產(chǎn)生開(kāi)裂或者分層。這種開(kāi)裂或者分層會(huì)導(dǎo)致器件400出現(xiàn)翹曲。在公開(kāi)的實(shí)施例中，所公開(kāi)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)442可以減小(或者消除)這種翹曲。更具體地來(lái)說(shuō)，當(dāng)芯片410接合到載體基板420時(shí)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)442可以將上述的器件400的翹曲最小化，從而加固器件400 (可選地稱為封裝)。甚至在器件400在制作工藝期間經(jīng)受高溫工藝時(shí)，還可以降低上述翹曲。器件400可以用在球柵陣列(BGA)封裝件中。例如，焊球(凸塊)可以形成在載體基板420的表面422上，從而使得載體基板420可以將芯片410電互連和/或機(jī)械互連到其他微電子器件，比如印刷電路板(PCB)。例如，焊料凸塊將器件400固定到電路板，比如PCB，并且將芯片410的電路電互連到電路板。例如，載體基板420可以是PCB。器件400可以用在其他類(lèi)型的封裝中。因此，本發(fā)明提供了嵌入在載體基板中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以加固倒裝芯片封裝件并且降低倒裝芯片封裝件的翹曲。例如，相比于傳統(tǒng)封裝件，本發(fā)明公開(kāi)的封裝件包括載體基板，該載體基板帶有嵌入在外圍區(qū)域中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，這樣可以降低翹曲大約20%,降低UBM最大主應(yīng)力大約70%，并且降低焊接之前的最大主應(yīng)力大約5%。因此，所公開(kāi)的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)改進(jìn)了倒裝芯片封裝件的機(jī)械性能和/或熱性能。不同的實(shí)施例可以具有不同的優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有哪個(gè)具體的優(yōu)點(diǎn)是任意一個(gè)實(shí)施例所必須具備的。
在實(shí)例中，一種器件，包括載體基板，具有芯片區(qū)域和外圍區(qū)域；以及芯片，接合到載體基板的芯片區(qū)域。載體基板包括加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)嵌入在外圍區(qū)域中。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括金屬，比如銅。在實(shí)例中，載體基板可以包括第一表面和第二表面，第二表面與第一表面相對(duì)，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在載體基板中從第一表面延伸到第二表面。芯片可以包括有源表面和與有源表面相對(duì)的另一表面，其中，芯片的有源表面電連接到載體基板的第一表面或第二表面。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包圍芯片。例如，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)柱狀物，多個(gè)柱狀物位于載體基板中，多個(gè)柱狀物包圍芯片。在另一實(shí)例中，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)置于載體基板的角落中。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以具有任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)，例如，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以為L(zhǎng)形。載體基板是層壓基板。在實(shí)例中，層壓基板包括雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(BT)。在另一實(shí)例中，一種封裝基板，包括層壓基板，包括芯片區(qū)域和外圍區(qū)域，芯片區(qū)域被配置為接合到芯片；以及加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，嵌入在層壓基板的外圍區(qū)域中。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以包括多個(gè)柱狀物結(jié)構(gòu)。在實(shí)例中，多個(gè)柱狀物結(jié)構(gòu)包圍芯片區(qū)域。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以位于層壓基板 的角落中。加強(qiáng)結(jié)構(gòu)可以包括金屬。層壓基板可以包括多個(gè)介電層，多個(gè)介電層中設(shè)置有多個(gè)金屬層，其中，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)延伸穿過(guò)多個(gè)介電層。在又一實(shí)例中，一種方法，包括提供載體基板，載體基板包括芯片區(qū)域和外圍區(qū)域，其中，載體基板包括嵌入在外圍區(qū)域中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)；以及將芯片接合到載體基板的芯片區(qū)域。接合芯片的步驟包括實(shí)施倒裝芯片接合工藝。提供載體基板的步驟可以包括形成層壓基板，其中，當(dāng)形成層壓基板時(shí)，形成加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。上面論述了多個(gè)實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來(lái)設(shè)計(jì)或修改其他用于執(zhí)行與本文所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
權(quán)利要求
1.ー種器件，包括 載體基板，具有芯片區(qū)域和外圍區(qū)域，其中，所述載體基板包括加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)嵌入在所述外圍區(qū)域中；以及 芯片，接合到所述載體基板的所述芯片區(qū)域。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)具有金屬，所述金屬是銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中，所述載體基板包括第一表面和第二表面，所述第 ニ表面與所述第一表面相對(duì)，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)在所述載體基板中從所述第一表面延伸到所述第二表面，所述芯片包括有源表面和與所述有源表面相對(duì)的另一表面，其中，所述芯片的所述有源表面電連接到所述載體基板的所述第一表面或所述第二表面。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包圍所述芯片，或者 所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)柱狀物，所述多個(gè)柱狀物位于所述載體基板中，所述多個(gè)柱狀物包圍所述芯片，或者 所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)置于所述載體基板的角落中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)為L(zhǎng)形。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的器件，其中，所述載體基板是層壓基板，所述層壓基板包括雙馬來(lái)酰亞胺三嗪(BT)。
6.—種封裝基板,包括 層壓基板，包括芯片區(qū)域和外圍區(qū)域，所述芯片區(qū)域被配置為接合到芯片；以及 加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，嵌入在所述層壓基板的所述外圍區(qū)域中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封裝基板，其中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)包括多個(gè)柱狀物結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)柱狀物結(jié)構(gòu)包圍所述芯片區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封裝基板，其中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)位于所述層壓基板的角落中；或者 所述層壓基板包括多個(gè)介電層，所述多個(gè)介電層中設(shè)置有多個(gè)金屬層，其中，所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)延伸穿過(guò)所述多個(gè)介電層；或者所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)具有金屬。
9.ー種方法，包括 提供載體基板，所述載體基板包括芯片區(qū)域和外圍區(qū)域，其中，所述載體基板包括嵌入在所述外圍區(qū)域中的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)；以及 將芯片接合到所述載體基板的所述芯片區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，接合所述芯片的步驟包括實(shí)施倒裝芯片接合エ藝；或者 提供所述載體基板的步驟包括形成層壓基板，其中，當(dāng)形成所述層壓基板時(shí)，形成所述加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種載體基板、一種包括了載體基板的器件、以及一種將載體基板接合到芯片的方法。一種示例性器件包括載體基板，該載體基板具有芯片區(qū)域和外圍區(qū)域，芯片接合到載體基板的芯片區(qū)域。載體基板包括加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，該加強(qiáng)結(jié)構(gòu)嵌入在外圍區(qū)域中。本發(fā)明還提供了一種用于倒裝芯片封裝的加強(qiáng)結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L23/16GK102683296SQ20121006742
公開(kāi)日2012年9月19日 申請(qǐng)日期2012年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者劉豫文, 史朝文, 楊慶榮, 潘信瑜, 陳憲偉 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司