半導(dǎo)體基板及其制法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體基板及其制法，該半導(dǎo)體基板包括板體、嵌設(shè)于該板體中的多個(gè)導(dǎo)電柱、形成于該板體上的第一介電層、形成于該第一介電層上的金屬層以及形成于該金屬層上的第二介電層。借由在該板體的一側(cè)的介電層中形成金屬層，當(dāng)該第二介電層上接置封裝基板時(shí)，該金屬層能提供一反向應(yīng)力，以平衡該第一與第二介電層所造成的熱應(yīng)力，而能避免該半導(dǎo)體基板發(fā)生翹曲。
【專利說明】半導(dǎo)體基板及其制法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體基板，尤指一種具硅穿孔的半導(dǎo)體基板及其制法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)行的覆晶封裝工藝中，隨著芯片的線路間距愈來愈小，而封裝基板因無法配合芯片的發(fā)展，而造成無法整合的瓶頸。另一方面，因芯片與封裝基板的熱膨脹系數(shù)(CTE)的差異甚大(芯片的CTE約3ppm/°C，封裝基板的CTE約18ppm/°C )，致使芯片與封裝基板之間的熱膨脹系數(shù)不匹配(mismatch),因而產(chǎn)生殘留的熱應(yīng)力(thermal stress)與翅曲(warpage)的現(xiàn)象,導(dǎo)致芯片與封裝基板之間的可靠度(reliability)下降,并造成信賴性測試失敗。
[0003]為了解決上述問題，以滿足封裝件更高集成度及更佳性能表現(xiàn)的需求，因此發(fā)展出娃穿孔中介板(through silicon via interposer)的技術(shù),如圖1A所示,其于一封裝基板6與一半導(dǎo)體芯片5之間增設(shè)一中介板I。借由該中介板I的熱脹系數(shù)介于封裝基板6與半導(dǎo)體芯片5之間，以避免熱膨脹系數(shù)不匹配所產(chǎn)生的問題。
[0004]現(xiàn)有中介板I的制法通過于一硅基材10上形成多個(gè)貫穿孔，再于該些貫穿孔中填充導(dǎo)電材質(zhì)以形成娃穿孔(Through silicon via, TSV) 11,再于該娃基材10的上側(cè)IOa形成線路重布結(jié)構(gòu)(Redistribution layer, RDL) 12以形成中介板I。于封裝時(shí),將該中介板I借由多個(gè)導(dǎo)電凸塊60結(jié)合至該封裝基板6上，再將該半導(dǎo)體芯片5借由多個(gè)焊錫凸塊50電性連接該線路重布結(jié)構(gòu)12，再形成底膠51于該中介板I與該半導(dǎo)體芯片5之間，以包覆該些焊錫凸塊50?！?br> [0005]然而，該中介板I的下側(cè)IOb為介電材，當(dāng)該中介板I很薄時(shí)，該中介板I與封裝基板6之間的CTE不匹配的情況更為顯著,該中介板I容易產(chǎn)生熱應(yīng)力(thermal stress)與翹曲(warpage)的現(xiàn)象，如圖1B所示，導(dǎo)致該中介板I與封裝基板6之間的可靠度下降，因而造成信賴性測試失敗。
[0006]因此，如何克服上述現(xiàn)有技術(shù)的問題，實(shí)已成目前亟欲解決的課題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)的種種不足，本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導(dǎo)體基板及其制法，能避免該半導(dǎo)體基板發(fā)生翹曲。
[0008]本發(fā)明的半導(dǎo)體基板，包括:板體，其具有相對的第一與第二表面；多個(gè)導(dǎo)電柱，其嵌設(shè)于該板體中，該導(dǎo)電柱具有相對的第一與第二端面，該導(dǎo)電柱的第一端面外露出該板體的第一表面，而該導(dǎo)電柱的第二端面凸伸出該板體的第二表面；第一介電層，其形成于該板體的第二表面上；金屬層，其形成于該第一介電層上；以及第二介電層，其形成于該金屬層上。
[0009]本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體基板的制法，其包括:提供一具有相對的第一與第二表面的板體，且該板體中具有多個(gè)導(dǎo)電柱，該導(dǎo)電柱具有相對的第一與第二端面，該導(dǎo)電柱的第一端面外露出該板體的第一表面，而該導(dǎo)電柱的第二端面凸伸出該板體的第二表面；形成第一介電層于該板體的第二表面上；形成金屬層于該第一介電層上；以及形成第二介電層于該金屬層上。
[0010]前述的半導(dǎo)體基板及其制法中，該導(dǎo)電柱的側(cè)面上具有介電材。
[0011]前述的半導(dǎo)體基板及其制法中，該導(dǎo)電柱的第二端面與該第二介電層的表面齊平。
[0012]前述的半導(dǎo)體基板及其制法中，該第一或第二介電層的材質(zhì)為氧化物或氮化物。
[0013]前述的半導(dǎo)體基板及其制法中，該金屬層的材質(zhì)為銅、鈦或鋁。
[0014]前述的半導(dǎo)體基板及其制法中，還包括形成線路重布結(jié)構(gòu)于該板體的第一表面與該導(dǎo)電柱的第一端面上，且電性連接該導(dǎo)電柱的第一端面，以供設(shè)置半導(dǎo)體組件于該線路重布結(jié)構(gòu)上。
[0015]另外，前述的半導(dǎo)體基板及其制法中，還包括形成線路重布結(jié)構(gòu)于該第二介電層與該導(dǎo)電柱的第二端面上，且電性連接該導(dǎo)電柱的第二端面，以供設(shè)置半導(dǎo)體組件于該線路重布結(jié)構(gòu)上。
[0016]由上可知，本發(fā)明的半導(dǎo)體基板及其制法，借由在該板體的第二表面上的介電層中形成金屬層，當(dāng)該第二介電層上接置封裝基板時(shí)，該金屬層能提供一反向應(yīng)力，以平衡該第一與第二介電層所造成的熱應(yīng)力，所以相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明能避免該半導(dǎo)體基板發(fā)生翹曲，因而提升該半導(dǎo)體基板與封裝基板之間的可靠度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1A及圖1B為現(xiàn)有半導(dǎo)體封裝件的剖視示意圖；
[0018]圖2A至圖2E為本發(fā)明的半導(dǎo)體基板的第一實(shí)施例的制法的剖視示意圖；
[0019]圖3A及圖3B為本發(fā)明的半導(dǎo)體基板的第二實(shí)施例的剖視示意圖；以及
[0020]圖4A及圖4B為本發(fā)明的半導(dǎo)體基板的封裝應(yīng)用的剖視示意圖；以及
[0021]圖5為本發(fā)明的半導(dǎo)體基板的另一封裝應(yīng)用的剖視示意圖。
[0022]主要組件符號說明
[0023]I中介板
[0024]10硅基材
[0025]IOa上側(cè)
[0026]IOb下側(cè)
[0027]11硅穿孔
[0028]12線路重布結(jié)構(gòu)
[0029]2, 3a, 3a’ , 3b, 5a 半導(dǎo)體基板
[0030]20板體[0031 ]20a 第一表面
[0032]20b第二表面
[0033]21導(dǎo)電柱
[0034]21a第一端面
[0035]21b, 21b’第二端面[0036]210介電材
[0037]22第一介電層
[0038] 23金屬層
[0039]24第二介電層
[0040]25第一線路重布結(jié)構(gòu)
[0041]250第一介電層
[0042]251第一線路層
[0043]26第二線路重布結(jié)構(gòu)
[0044]260第二介電層
[0045]261第二線路層
[0046]27，28，40，60導(dǎo)電凸塊
[0047]4半導(dǎo)體組件
[0048]5半導(dǎo)體芯片
[0049]5’立體芯片堆棧結(jié)構(gòu)
[0050]50焊錫凸塊
[0051]51底膠
[0052]6封裝基板。
【具體實(shí)施方式】
[0053]以下借由特定的具體實(shí)施例說明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)及功效。
[0054]須知，本說明書所附圖式所繪示的結(jié)構(gòu)、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內(nèi)容，以供本領(lǐng)域技術(shù)人員的了解與閱讀，并非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的限定條件，所以不具技術(shù)上的實(shí)質(zhì)意義，任何結(jié)構(gòu)的修飾、比例關(guān)系的改變或大小的調(diào)整，在不影響本發(fā)明所能產(chǎn)生的功效及所能達(dá)成的目的下，均應(yīng)仍落在本發(fā)明所揭示的技術(shù)內(nèi)容得能涵蓋的范圍內(nèi)。同時(shí)，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“第一”、“第二”及“一”等的用語，也僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發(fā)明可實(shí)施的范圍，其相對關(guān)系的改變或調(diào)整，在無實(shí)質(zhì)變更技術(shù)內(nèi)容下，當(dāng)也視為本發(fā)明可實(shí)施的范疇。
[0055]圖2A至圖2E為本發(fā)明的半導(dǎo)體基板2的制法的剖面示意圖。
[0056]如圖2A所示，提供一具有相對的第一與第二表面20a，20b的板體20，且該板體20中具有多個(gè)導(dǎo)電柱21,該導(dǎo)電柱21具有相對的第一與第二端面21a, 21b,該導(dǎo)電柱21的第一端面21a外露出該板體20的第一表面20a,而該導(dǎo)電柱21的第二端面21b凸伸出該板體20的第二表面20b。
[0057]于本實(shí)施例中，該板體20的材質(zhì)為硅，以作為封裝結(jié)構(gòu)中的中介板(interposer)。
[0058]此外,可以娃穿孔(Through-silicon via, TSV)工藝制作該導(dǎo)電柱21。
[0059]另外，該導(dǎo)電柱21的側(cè)面與該第二端面21b上具有介電材210，且該介電材210為氧化物(Oxide)或氮化物(Nitride)，如二氧化硅或氮化硅。
[0060]如圖2B所不,形成一第一介電層22于該板體20的第二表面20b上。[0061]于本實(shí)施例中，該第一介電層22的材質(zhì)為氮化娃(SiN),且該第一介電層22的厚度可為0.2至2um。
[0062]如圖2C所不,形成一金屬層23于該第一介電層22上。于本實(shí)施例中，該金屬層23的材質(zhì)為銅、鈦或招。
[0063]如圖2D所不,形成一第二介電層24于該金屬層23上。
[0064]于本實(shí)施例中，該第二介電層24的材質(zhì)為二氧化硅(SiO2)，且該第二介電層24的厚度可為I至3um。
[0065]如圖2E所示，進(jìn)行移除工藝，即移除凸出該第二介電層24表面的導(dǎo)電柱21的部分(含介電材210),令該第二介電層24的表面與該導(dǎo)電柱21的第二端面2lb’齊平,且該第二介電層24的上表面含有銅。
[0066]本發(fā)明的制法中，借由該金屬層23作為反向應(yīng)力層，使其于封裝時(shí)能提供一反向應(yīng)力，以平衡該第一介電層22與第二介電層24所造成的應(yīng)力。
[0067]如圖3A所不,形成第一線路重布結(jié)構(gòu)25于該板體20的第一表面20a與該導(dǎo)電柱21的第一端面21a上。于本實(shí)施例中，該第一線路重布結(jié)構(gòu)25包含兩第一介電層250與設(shè)于該些第一介電層250上的多個(gè)第一線路層251，且該第一線路層251電性連接該導(dǎo)電柱21的第一端面21a。
[0068]此外，可依需求，形成第二線路重布結(jié)構(gòu)26于該第二介電層24與該導(dǎo)電柱21的第二端面21b’上，如圖3B所示。于本實(shí)施例中，該第二線路重布結(jié)構(gòu)26包含一第二介電層260與設(shè)于該第二介電層260上的第二線路層261，且該第二線路層261電性連接該導(dǎo)電柱21的第二端面21b。
[0069]再者，也可僅單獨(dú)形成該第二線路重布結(jié)構(gòu)26，而不形成該第一線路重布結(jié)構(gòu)25。
[0070]另外，該第一或第二線路重布結(jié)構(gòu)25，26的層數(shù)并不限于上述，而可依需求增加或減少其層數(shù)。
[0071]應(yīng)用本發(fā)明的半導(dǎo)體基板2，3a, 3b，以具有該第二介電層24的一側(cè)(即板體20的第二表面20b上方)結(jié)合于一封裝基板(圖略)上。如圖4A所示，該第二線路重布結(jié)構(gòu)26的第二線路層261可借由如焊球的多個(gè)導(dǎo)電凸塊27接置于一封裝基板(圖略)上。于本實(shí)施例中，以圖3B所示的半導(dǎo)體基板3b為例，但可依需求選擇不同態(tài)樣的半導(dǎo)體基板作堆棧，并無特別限制。
[0072]此外，一半導(dǎo)體組件4 (如芯片)借由如焊球的多個(gè)導(dǎo)電凸塊40設(shè)于該第一線路重布結(jié)構(gòu)25上，且該些導(dǎo)電凸塊40為電性連接該半導(dǎo)體組件4與該第一線路層251。
[0073]本發(fā)明的半導(dǎo)體基板3b借由該金屬層23提供一反向應(yīng)力，以平衡該第一介電層22與第二介電層24所造成的熱應(yīng)力，所以當(dāng)該半導(dǎo)體基板3b很薄時(shí)，能有效避免該半導(dǎo)體基板3b與封裝基板之間的CTE不匹配的情況,使該半導(dǎo)體基板3b不會(huì)發(fā)生翅曲(warpage)現(xiàn)象，因而能提升該半導(dǎo)體基板3b與封裝基板之間的可靠度。
[0074]另外，可依需求將兩個(gè)半導(dǎo)體基板3a，3a’相堆棧，如圖4B所示，其中一半導(dǎo)體基板3a’的導(dǎo)電柱21的第二端面21b’是借由導(dǎo)電膠或如焊球的多個(gè)導(dǎo)電凸塊28結(jié)合另一半導(dǎo)體基板3a的第一線路重布結(jié)構(gòu)25的第一線路層251。于本實(shí)施例中，以圖3A所示的半導(dǎo)體基板3a為例，但可依需求選擇不同態(tài)樣的半導(dǎo)體基板作堆棧，并無特別限制。[0075]圖5為立體(3D)芯片堆棧結(jié)構(gòu)5’的剖視示意圖，其堆棧多個(gè)半導(dǎo)體基板5a，且該些半導(dǎo)體基板5a為半導(dǎo)體芯片，可于后續(xù)封裝工藝中，將該立體芯片堆棧結(jié)構(gòu)5’借由如焊球的多個(gè)導(dǎo)電凸塊28結(jié)合于一封裝基板(圖略)上。
[0076]本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體基板2,其包括:一板體20、多個(gè)導(dǎo)電柱21、一第一介電層22、一金屬層23以及一第二介電層24。
[0077]所述的板體20具有相對的第一與第二表面20a，20b。
[0078]所述的導(dǎo)電柱21嵌設(shè)于該板體20中，該導(dǎo)電柱21具有相對的第一與第二端面21a, 21b,該導(dǎo)電柱21的第一端面21a外露出該板體20的第一表面20a,而該導(dǎo)電柱21的第二端面21b凸伸出該板體20的第二表面20b,此外該導(dǎo)電柱21的側(cè)面上具有介電材210。
[0079]所述的第一介電層22形成于該板體20的第二表面20b上,且該第一介電層22的材質(zhì)為氧化物或氮化物。
[0080]所述的金屬層23形成于該第一介電層22上，且該金屬層23的材質(zhì)為銅、鈦或鋁。
[0081]所述的第二介電層24形成于該金屬層23上，且該第二介電層24的材質(zhì)為氧化物或氮化物，此外該導(dǎo)電柱21的第二端面21b與該第二介電層24的表面齊平。于其它實(shí)施例中，該第二介電層24的上表面還含有銅。
[0082]所述的半導(dǎo)體基板3a還包括第一線路重布結(jié)構(gòu)25,其形成于該板體20的第一表面20a與該導(dǎo)電柱21的第一端面21a上,且電性連接該導(dǎo)電柱21的第一端面2Ia,此外該第一線路重布結(jié)構(gòu)25上可設(shè)有半導(dǎo)體組件4。
[0083]所述的半導(dǎo)體基板3b還包括第二線路重布結(jié)構(gòu)26，其形成于該第二介電層24與該導(dǎo)電柱21的第二端面21b’上，且電性連接該導(dǎo)電柱21的第二端面21b’，此外該第二線路重布結(jié)構(gòu)26上可設(shè)有半導(dǎo)體組件(圖略)。
[0084]綜上所述，本發(fā)明的半導(dǎo)體基板及其制法，主要借由在用以結(jié)合封裝基板的一側(cè)上的介電層中形成金屬層，以于封裝時(shí)提供一反向應(yīng)力，而平衡該第一與第二介電層所造成的熱應(yīng)力，所以能有效避免該半導(dǎo)體基板發(fā)生翹曲現(xiàn)象，因而能提升該半導(dǎo)體基板與封裝基板之間的可靠度。
[0085]上述實(shí)施例僅用以例示性說明本發(fā)明的原理及其功效，而非用于限制本發(fā)明。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范疇下，對上述實(shí)施例進(jìn)行修改。因此本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體基板，其包括: 板體，其具有相對的第一與第二表面； 多個(gè)導(dǎo)電柱，其嵌設(shè)于該板體中，該導(dǎo)電柱具有相對的第一與第二端面，該導(dǎo)電柱的第一端面外露出該板體的第一表面，而該導(dǎo)電柱的第二端面凸伸出該板體的第二表面； 第一介電層，其形成于該板體的第二表面上； 金屬層，其形成于該第一介電層上；以及 第二介電層，其形成于該金屬層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該導(dǎo)電柱的側(cè)面上具有介電材。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該導(dǎo)電柱的第二端面與該第二介電層的表面齊平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該第一介電層的材質(zhì)為氧化物或氮化物。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該第二介電層的材質(zhì)為氧化物或氮化物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該金屬層的材質(zhì)為銅、鈦或鋁。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該半導(dǎo)體基板還包括線路重布結(jié)構(gòu)，其形成于該板體的第一表面 與該導(dǎo)電柱的第一端面上，且電性連接該導(dǎo)電柱的第一端面。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該線路重布結(jié)構(gòu)上設(shè)有半導(dǎo)體組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該半導(dǎo)體基板還包括線路重布結(jié)構(gòu)，系形成于該第二介電層與該導(dǎo)電柱的第二端面上，且電性連接該導(dǎo)電柱的第二端面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體基板，其特征在于，該線路重布結(jié)構(gòu)上設(shè)有半導(dǎo)體組件。
11.一種半導(dǎo)體基板的制法，其包括: 提供一具有相對的第一與第二表面的板體，且該板體中具有多個(gè)導(dǎo)電柱，該導(dǎo)電柱系具有相對的第一與第二端面，該導(dǎo)電柱的第一端面系外露出該板體的第一表面，而該導(dǎo)電柱的第二端面系凸伸出該板體的第二表面； 形成第一介電層于該板體的第二表面上； 形成金屬層于該第一介電層上；以及 形成第二介電層于該金屬層上。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體基板的制法，其特征在于，該導(dǎo)電柱的側(cè)面上具有介電材。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體基板的制法，其特征在于，該導(dǎo)電柱的第二端面與該第二介電層的表面齊平。
14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體基板的制法，其特征在于，該第一介電層的材質(zhì)為氧化物或氮化物。
15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體基板的制法，其特征在于，該第二介電層的材質(zhì)為氧化物或氮化物。
16.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體基板的制法，其特征在于，該金屬層的材質(zhì)為銅、鈦或招。
17.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體基板的制法，其特征在于，該制法還包括形成線路重布結(jié)構(gòu)于該板體的第一表面與該導(dǎo)電柱的第一端面上，且電性連接該導(dǎo)電柱的第一端面。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所 述的半導(dǎo)體基板的制法，其特征在于，該制法還包括設(shè)置半導(dǎo)體組件于該線路重布結(jié)構(gòu)上。
19.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體基板的制法，其特征在于，該制法還包括形成線路重布結(jié)構(gòu)于該第二介電層與該導(dǎo)電柱的第二端面上，且電性連接該導(dǎo)電柱的第二端面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體基板的制法，其特征在于，該制法還包括設(shè)置半導(dǎo)體組件于該線路重布結(jié)構(gòu)上。
【文檔編號】H01L21/48GK103579160SQ201210260164
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年7月25日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月18日
【發(fā)明者】盧俊宏, 袁宗德, 馬光華 申請人:矽品精密工業(yè)股份有限公司