專利名稱:具有應力消除分隔件的晶片級封裝及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種包括應力消除機構的半導體器件封裝及其制造方法。
背景技術：
半導體制造和封裝技術已經(jīng)演變?yōu)槠骷庋b可包括多個堆疊關系的集成電路芯片，從而以封裝級提供較小的形狀因子和較高的集成密度。在這樣的封裝中，單個芯片均包括要外部傳遞的多個信號。這種傳遞發(fā)生在向該芯片的端表面分布信號的多個金屬互連部分上。根據(jù)多種不同的技術來連接堆疊的不同芯片上的金屬互連部分。
在芯片的層之間或者在封裝的相鄰芯片之間會出現(xiàn)機械應力。這種應力通常是由兩個相鄰層之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配導致的。在傳統(tǒng)的封裝中，利用穿過硅基底并通過介電層與該基底絕緣的垂直通孔使芯片堆疊并互連。在這種情況下，在器件制造過程中，或者隨后在器件操作過程中，加熱和冷卻工藝會損壞通孔。由于層之間的CTE不匹配導致這種情況比較頻繁。例如，硅的CTE值為3，而介電層的CTE值可近似于50-60，從而導致有大的不匹配。在較小的程度上，與介電層的CTE值為50-60相比，通孔的金屬的CTE值近似于20，從而導致不匹配。這種不匹配當遭受多次加熱和冷卻熱循環(huán)時會造成裂紋和剝離，從而負面影響制造過程中的器件產量和操作中的器件可靠性。

發(fā)明內容本發(fā)明旨在提供一種具有應力消除分隔件的半導體器件封裝和一種制造該半導體器件封裝的方法。從芯片的本體延伸的金屬指狀物提供芯片互連。所述金屬指狀物通過應力消除分隔件與所述芯片的所述本體隔離。在一個示例中，這種隔離采取空氣間隙的形式。在另一示例中，這種隔離采取彈性體材料的形式。在任一種情況下，避免了所述金屬互連指狀物和所述芯片的所述本體之間的CTE不匹配，從而減輕了與裂紋和剝離相關的問題。這使得器件產量和器件可靠性提高。
在一個方面，本發(fā)明旨在提供一種制造半導體器件的方法。該方法包括在基底上形成半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域中的鍵合焊盤；在所述基底的分劃道區(qū)域內形成延伸局部通過所述基底的第一開口；在所述鍵合焊盤和所述第一開口之間的所述基底上形成介電層，覆蓋所述第一開口的側壁；在所述第一開口內設置覆蓋所述第一開口內的介電層的材料層圖案，所述材料層圖案包括第二開口；在所述介電層上設置與所述鍵合焊盤接觸的導電互連部分，并填充所述第二開口，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸至所述第二開口，所述導電互連部分的豎直部分從所述水平部分延伸到所述第二開口中。
在一個實施例中，設置導電互連部分的步驟包括在所述鍵合焊盤、所述介電層和所述材料層圖案上設置籽金屬層；在所述籽金屬層上設置金屬層；圖案化所述籽金屬層和所述金屬層，以形成所述導電互連部分。
在另一實施例中，所述方法還包括去除所述第一開口內的在所述介電層和所述導電互連部分的所述豎直部分之間的材料層圖案。
在另一實施例中，所述方法還包括在去除所述第一開口內的材料層圖案之后，在所述第一開口內設置彈性體材料。在另一實施例中，在去除所述材料層之后，在所述導電互連部分的所述豎直部分和所述介電層之間存在空氣間隙。
在另一實施例中，所述方法還包括在所述導電互連部分上設置第二介電層，其中，將所述第二介電層圖案化以暴露所述導電互連部分的上表面的一部分。
在另一實施例中，所述方法還包括從所述基底的下表面去除基底材料，以暴露所述導電互連部分的所述豎直部分的下端。
在另一實施例中，所述去除基底材料的步驟包括執(zhí)行化學拋光和機械拋光中的至少一種。
在另一實施例中，所述方法還包括向所述導電互連部分的所述豎直部分的暴露的下端涂敷焊球。
在另一實施例中，所述基底包括晶片，所述晶片包括由所述分劃道分隔的至少兩個芯片基底，所述介電層覆蓋所述第一開口的第一和第二相對的側壁，所述第一開口內的所述材料層圖案在所述第一開口內產生兩個第二開口，所述設置導電互連部分的步驟設置從各芯片基底上的各自的鍵合焊盤延伸到各自的第二開口中的第一和第二導電互連部分。
在另一實施例中，所述方法還包括從所述基底的下表面去除基底材料，以暴露所述第一導電互連部分的所述豎直部分和所述第二導電互連部分的所述豎直部分的下端，并在所述第一導電互連部分和所述第二導電互連部分之間將所述基底切塊。
在另一實施例中，多個導電互連部分形成在所述基底上，并且所述方法還包括將所述多個導電互連部分鍵合到第二基底的對應的導電互連部分。
在另一實施例中，所述材料層圖案包含彈性體材料或光阻材料。
在另一方面，本發(fā)明旨在提供一種制造半導體器件的方法，該方法包括在基底上形成半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域中的鍵合焊盤；在所述基底的分劃道區(qū)域內形成延伸局部通過所述基底的第一開口；在所述第一開口內設置覆蓋所述第一開口的側壁的材料層圖案，所述材料層圖案包括第二開口；在所述鍵合焊盤和所述第二開口之間的基底上形成介電層，覆蓋所述第二開口的側壁；在所述介電層上設置與所述鍵合焊盤接觸的導電互連部分，并填充所述第二開口，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸至所述第二開口，所述導電互連部分的豎直部分從所述水平部分延伸到所述第二開口內。
在一個實施例中，設置導電互連部分的步驟包括在所述鍵合焊盤和所述介電層上設置籽金屬層；在所述籽金屬層上設置金屬層；圖案化所述籽金屬層和所述金屬層，以形成所述導電互連部分。
在另一實施例中，所述方法還包括去除所述第一開口內的在所述介電層和所述第一開口的側壁之間的材料層圖案。
在另一實施例中，所述方法還包括在去除所述第一開口內的材料層圖案之后，在所述第一開口內設置彈性體材料。
在另一實施例中，在去除所述材料層之后，在所述介電層和所述第一開口的側壁之間存在空氣間隙。
在另一實施例中，所述方法還包括在所述導電互連部分上設置第二介電層，其中，將所述第二介電層圖案化以暴露所述導電互連部分的上表面的一部分。
在另一實施例中，所述方法還包括從所述基底的下表面去除基底材料，以暴露所述導電互連部分的所述豎直部分的下端。
在另一實施例中，所述去除基底材料的步驟包括執(zhí)行化學拋光和機械拋光中的至少一種。
在另一實施例中，所述方法還包括向所述導電互連部分的所述豎直部分的暴露的下端涂敷焊球。
在另一實施例中，所述基底包括晶片，所述晶片包括由所述分劃道分隔的至少兩個芯片基底，所述第一開口內的所述材料層圖案在所述第一開口內產生兩個第二開口，所述介電層覆蓋所述兩個第二開口的每個的側壁，所述設置導電互連部分的步驟設置從各芯片基底上的各自的鍵合焊盤延伸到各自的第二開口中的第一和第二導電互連部分。
在另一實施例中，所述方法還包括從所述基底的下表面去除基底材料，以暴露所述第一導電互連部分的所述豎直部分和所述第二導電互連部分的所述豎直部分的下端，并在所述第一導電互連部分和所述第二導電互連部分之間將所述基底切塊。
在另一實施例中，多個導電互連部分形成在所述基底上，并且所述方法還包括將所述多個導電互連部分鍵合到第二基底的對應的導電互連部分。
在另一實施例中，所述材料層圖案包含彈性體材料或光阻材料。
在另一方面，本發(fā)明旨在提供一種半導體器件，該器件包括基底上的半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域內的鍵合焊盤；所述基底上的介電層，所述介電層的水平部分位于所述鍵合焊盤和所述基底的外側表面之間，所述介電層的豎直部分覆蓋所述基底的所述外側表面；導電互連部分，位于所述介電層上并與所述鍵合焊盤接觸，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸到所述基底的所述外側表面，所述導電互連部分的豎直部分從所述導電互連部分的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述導電互連部分的豎直部分與所述介電層的豎直部分隔開。
在一個實施例中，所述導電互連部分包括籽金屬層，位于所述鍵合焊盤和所述介電層上；金屬層，位于所述籽金屬層上。
在另一實施例中，所述器件還包括所述導電互連部分的豎直部分和所述介電層的豎直部分之間的彈性體材料。
在另一實施例中，所述器件還包括所述導電互連部分上的第二介電層，其中，將所述第二介電層圖案化以暴露所述導電互連部分的上表面的一部分。
在另一實施例中，所述導電互連部分的豎直部分的下端延伸到所述基底的下表面。
在另一實施例中，在所述導電互連部分的豎直部分和所述介電層的豎直部分之間存在空氣間隙。
在另一實施例中，所述基底的所述外側表面為被切塊以提供所述基底的晶片的分劃道的側壁。
在另一實施例中，多個導電互連部分形成在所述基底上，并且還包括第二基底，其中，所述多個導電互連部分被鍵合到所述第二基底的對應的導電互連部分。
在另一實施例中，利用焊球鍵合所述導電互連部分。
在另一方面，本發(fā)明旨在提供一種半導體器件，該器件包括基底上的半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域內的鍵合焊盤；所述基底上的介電層，所述介電層的水平部分位于所述鍵合焊盤和所述基底的外側表面之間，所述介電層的豎直部分從所述介電層的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述介電層的所述豎直部分與所述基底的所述外側表面隔開；導電互連部分，位于所述介電層上并與所述鍵合焊盤接觸，從所述鍵合焊盤延伸的所述導電互連部分的水平部分至所述基底的所述外側表面，所述導電互連部分的豎直部分從所述導電互連部分的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述導電互連部分的豎直部分與所述介電層的豎直部分相鄰并與所述基底的所述外側表面隔開。
在一個實施例中，所述導電互連部分包括籽金屬層，位于所述鍵合焊盤和所述介電層上；金屬層，位于所述籽金屬層上。
在另一實施例中，所述器件還包括所述介電層的所述豎直部分和所述基底的所述外側表面之間的彈性體材料。
在另一實施例中，所述器件還包括所述導電互連部分上的第二介電層。
在另一實施例中，所述導電互連部分的豎直部分的下端延伸到所述基底的下表面。
在另一實施例中，在所述介電層的所述豎直部分和所述基底的所述外側表面之間存在空氣間隙。
在另一實施例中，所述基底的所述外側表面為被切塊以提供所述基底的晶片的分劃道的側壁。
在另一實施例中，多個導電互連部分形成在所述基底上，并且所述器件還包括第二基底，其中，所述多個導電互連部分被鍵合到所述第二基底的對應的導電互連部分。
在另一實施例中，利用焊球鍵合所述導電互連部分。
在另一方面，本發(fā)明旨在提供一種半導體器件，該器件包括基底上的半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域內的鍵合焊盤；所述基底上的介電層，所述介電層的水平部分位于所述鍵合焊盤和所述基底的外側表面之間，所述介電層的豎直部分覆蓋所述基底的所述外側表面；導電互連部分，位于所述介電層上并與所述鍵合焊盤接觸，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸到所述基底的所述外側表面，所述導電互連部分的豎直部分從所述導電互連部分的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述導電互連部分的豎直部分與所述介電層的豎直部分隔開；彈性體材料，位于所述導電互連部分的豎直部分和所述介電層的豎直部分之間。
在一個實施例中，所述彈性體材料包含硅氧烷。
在另一方面，本發(fā)明旨在提供一種半導體器件，該器件包括基底上的半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域內的鍵合焊盤；所述基底上的介電層，所述介電層的水平部分位于所述鍵合焊盤和所述基底的外側表面之間，所述介電層的豎直部分從所述介電層的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述介電層的所述豎直部分與所述基底的所述外側表面隔開；彈性體材料，位于所述介電層的所述豎直部分和所述基底的所述外側表面之間；導電互連部分，位于所述介電層上并與所述鍵合焊盤接觸，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸至所述基底的所述外側表面，所述導電互連部分的豎直部分從所述導電互連部分的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述導電互連部分的豎直部分與所述介電層的豎直部分相鄰并與所述基底的所述外側表面隔開。
在一個實施例中，所述彈性體材料包含硅氧烷。
通過對本發(fā)明優(yōu)選實施例的更加具體的描述，本發(fā)明的前述和其它目的、特征及優(yōu)點將會清楚，附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，在不同的圖中，始終用相同的標號表示相同的部分。沒有必要按比例繪制附圖，而是重點放在示出本發(fā)明的原理上。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的晶片級封裝(WLP)的剖視圖。
圖2至圖12是制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的晶片級封裝(WLP)的方法的剖視圖。
圖13至圖20是制造根據(jù)本發(fā)明第二實施例的晶片級封裝(WLP)的方法的剖視圖。
圖21和圖22是制造根據(jù)本發(fā)明第三實施例的晶片級封裝(WLP)的方法的剖視圖。
具體實施方式現(xiàn)在，將在下文中參照附圖來更充分地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實施例。然而，本發(fā)明可以以不同的形式來實施，而不應該被理解為局限于這里闡述的實施例。在附圖和相關的描述中，如果第一層被稱作在另一層“上”，則第一層可直接在另一層上，或者可存在中間層。相同的標號在說明書中始終指相同的元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的晶片級封裝(WLP)的剖視圖。根據(jù)該實施例的WLP包括導電鍵合焊盤32，該導電鍵合焊盤32在半導體基底30的外邊緣或外側表面34附近設置在半導體基底30的晶粒(die)或芯片上。在一個示例中，基底30的外邊緣34與晶片的分劃道(scribe lane)相吻合，沿著該分劃道切割晶片，以形成晶粒。在普通的實施例中，多個這樣的鍵合焊盤布置在芯片的周邊周圍。
氧化物層36設置在基底30的在各鍵合焊盤32和外邊緣34之間的頂表面上。層間介電層圖案38設置在氧化物層上。介電層圖案38包括水平部分38a，跨過半導體基底的頂表面水平延伸至基底的外邊緣34；豎直部分38b，在與基底30的外邊緣34對應的方向上從水平部分38a豎直延伸。
多個導電互連部分40設置在介電圖案38上，各導電互連部分40對應于鍵合焊盤32。在第一端，各導電互連部分40通過介電層圖案38和氧化物層36中的開口接觸對應的鍵合焊盤32。各導電互連部分40包括水平部分40a，跨過介電層圖案38的水平部分38a水平延伸；豎直部分40b，在與基底30的外邊緣34對應的方向上從水平部分40a的第二端豎直延伸。介電層圖案38的豎直部分38b位于導電互連部分40的豎直部分40b和基底30的外邊緣34之間，以使導電互連部分40的豎直部分40b與基底30絕緣。
局部去除基底30的下表面33，以暴露導電互連部分40的豎直部分40b的下端42。焊球44與各豎直部分40b的下端42接觸。焊球用于將得到的芯片鍵合到下芯片、器件、晶片、封裝或其它基底，既提供電互連功能又提供機械錨固功能。
在示出的實施例中，空氣間隙46設置在介電層圖案38的豎直部分38b和基底30的外邊緣34之間。在另一實施例中，例如在下面圖12中示出的實施例中，介電層圖案38的豎直部分38b直接形成在基底30的外邊緣34上，空氣間隙70設置在介電層圖案38的豎直部分38b和各導電互連部分40的豎直部分40b之間。在其它實施例中，如下面的圖21和圖22中所示，用彈性體填充空氣間隙。彈性體作為應力消除分隔件來操作，提高了半導體器件的可靠性。
圖2至圖12是制造根據(jù)本發(fā)明第一實施例的晶片級封裝(WLP)的制造方法的剖視圖。
參照圖2，由分劃道52將半導體晶片46分割成鄰近的器件區(qū)50和分劃道區(qū)48。晶片的相鄰晶粒共享公共分劃道52，當充分地分劃或切割公共分劃道52時，公共分劃道52將晶片分成單個的晶粒。鍵合焊盤32或器件的其它導電特征設置在器件區(qū)50內。例如包含氧化硅或氮化硅的氧化物層圖案36形成在基底的頂表面上，并被圖案化以暴露鍵合焊盤32。氧化物層圖案36設置為鈍化層，以在制造過程中保護器件的單元區(qū)域。
參照圖3，將分劃道52局部切塊或局部去除，以形成第一開口53，使得基底30的下部本體殘留在分劃道52內。在一個示例中，將分劃道52局部切塊的深度對應于導電互連部分40的豎直部分40b的最終期望長度(見下面的圖12)。通過局部切除分劃道52使晶粒的外邊緣34暴露在開口53中。然后，將介電層涂敷到得到的結構上，并將介電層圖案化以暴露下面的鍵合焊盤32的上表面。介電層圖案38包括水平部分38a，跨過半導體基底的頂表面水平延伸至基底的外邊緣34；豎直部分38b，在沿著基底30的外邊緣34的方向上從水平部分38a豎直延伸。在該實施例中，介電層圖案38的豎直部分38b直接涂敷到基底30在分劃道區(qū)中暴露的外邊緣34上。在一個實施例中，介電層包含利用旋涂或化學氣相沉積(CVD)涂敷的介電材料，介電材料例如為光敏聚酰亞胺(PSPI)、光敏聚苯并噁唑(PSPBO)、氮化硅(SiNx)或硅氧化物(SiOx)。
參照圖4，第一光阻層形成在第一開口53中，并被圖案化，以提供包括第二開口64的第一光阻層圖案62。在分劃道52設置在晶片的相鄰晶粒之間的情況下，第一光阻層圖案62包括兩個第二開口64，這兩個第二開口64通過第一光阻層圖案62的中間部分63分開。
參照圖5，將籽金屬(seed metal)層66涂敷到得到的結構的暴露表面上。在一個示例中，籽金屬層包含例如通過濺射工藝涂敷的Ti、Cu或Ti/Cu。
參照圖6，將第二光阻層涂敷到得到的結構上，并將該第二光阻層圖案化，以提供暴露鍵合焊盤32和第二開口64之間的下面的籽金屬層66的第二光阻層圖案68。在該示例中，第二光阻層圖案68的一部分殘留在第一光阻層62的中間部分63上，用于隨后的導電層的圖案化。
參照圖7，將導電層涂敷到暴露的籽金屬層66上，以形成導電互連部分40。在第一端處，導電互連部分40通過介電層圖案38和氧化物層36中的開口接觸鍵合焊盤32。導電互連部分40包括水平部分40a，跨過介電層圖案38的水平部分38a水平延伸；豎直部分40b或指狀物，從水平部分40a豎直延伸到第二開口64中，以填充第二開口64。位于第一光阻層圖案62的中間部分63上的第二光阻層圖案68使由分劃道52限定的相鄰晶粒的導電互連部分40分開。用于形成導電互連部分40的導電層包含導電金屬(例如Cu、Ni或Au金屬)。例如可通過電鍍技術或者通過其它傳統(tǒng)技術形成導電層。
參照圖8，根據(jù)傳統(tǒng)技術去除第二光阻圖案68。
參照圖9，根據(jù)傳統(tǒng)技術去除由去除第二光阻層圖案68暴露的籽金屬層66的部分。這部分包括籽金屬層66的位于第一光阻層圖案62的中間部分63上的部分。該操作使下面的第一光阻層圖案62的上表面暴露。
參照圖10，根據(jù)傳統(tǒng)技術(例如通過涂敷清洗溶劑(rinse solvent))去除占據(jù)分劃道52的第一開口53的第一光阻層圖案62。在得到的結構的平面透視圖中，單個的導電互連部分40互相分隔開，各導電互連部分40從鍵合焊盤延伸到分劃道區(qū)52中。因此，去除分劃道區(qū)52中的下面的第一光阻層圖案62、63既暴露了第二光阻層圖案68在中間部分63的位置處的下面，又暴露了圖案化的單個導電互連部分40之間的位置。
在去除第一光阻層圖案62時，在各導電互連部分40的豎直部分40b和介電層圖案38的豎直部分38b之間形成空氣間隙70。然后，第二介電層72形成在得到的結構上。第二介電層72保護下面的導電互連部分40免受將堆疊在當前芯片上的相鄰芯片的下部的干擾?？蛇x擇性地將第二介電層72圖案化，以暴露在導電互連部分的豎直部分40b的上方的導電互連部分40的頂表面73，從而芯片可以以堆疊芯片封裝的方式堆疊。在一個實施例中，第二介電層72包括粘結組分，并被β態(tài)固化(beta-stage cure)或局部固化，以保持它的粘結特性，從而當另一芯片堆疊在當前芯片上方時，通過第二介電層72填充芯片之間的間隙，并通過第二介電層72提供結合功能。隨后可充分地固化第二介電層72，以完成芯片鍵合工藝。
參照圖11，根據(jù)傳統(tǒng)技術利用例如機械拋光或化學-機械拋光局部去除晶片的后表面，以暴露導電互連部分40的豎直部分40b的底邊緣42。因此，晶片的晶粒在切塊線74處分開，從而由公共晶片形成多個晶粒。因此，導電互連部分40的豎直部分40b被構造為在基底30的外邊緣34外延伸的導電指狀物，并提供向外部或芯片外、源頭和目的地發(fā)送信號以及從外部或芯片外(off-chip)、源頭和目的地接收信號的機構。
參照圖12，可堆疊并對齊晶片級封裝(WLP)，以形成堆疊的芯片封裝。焊球44附于導電互連部分40的豎直部分40b的暴露的底邊緣42上?？衫冒ㄇ蚋街?ball attachment)、焊料噴射(solder jet)和焊料傳遞(solder transfer)工藝、電鍍和絲網(wǎng)印刷的眾多公知技術中的任一種來使焊球附著。與各個互連部分40相關聯(lián)的焊球44與下芯片或基底的下面的互連部分的暴露的上表面73對齊。焊球44提供內部芯片鍵合，將兩個相鄰的芯片通過它們的導電互連部分錨固在一起。以這種方式，焊球44用作WLP的導電鍵合媒介。此時，各導電互連部分40的豎直部分40b和芯片基底30的外邊緣34之間的空氣間隙70允許有一定的撓度(flexibility)，從而有助于鄰近芯片之間的移動，而此時，消除由于熱的或機械的不匹配而導致的應力。
雖然圖12的示例示出了附于下芯片的導電互連部分的上芯片的導電互連部分，但是根據(jù)本發(fā)明，可以將導電互連部分可選擇地鍵合到下半導體基底、晶片或印刷電路板上。
除此之外，雖然上面的圖2至圖12的示例示出了先制備包括第一和第二芯片的晶片并將其切塊，然后利用焊球堆疊和鍵合的芯片級鍵合方法，但是本發(fā)明同樣可應用于晶片級鍵合方法，晶片級鍵合方法是先制備包括第一芯片的第一晶片和包括第二芯片的第二晶片，并用焊球使晶片自身堆疊并鍵合，然后將得到的晶片堆疊結構切塊。
圖13至圖20是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的制造晶片級封裝(WLP)的方法的剖視圖。
參照圖13，以與圖2中示出的第一實施例的方式相同的方式制備本第二實施例的基底。與第一實施例中的一樣，將第二實施例的分劃道52局部切塊或去除，以形成第一開口53，使得基底30的下部本體殘留在分劃道52內。在一個示例中，將分劃道52局部切塊的深度對應于導電互連部分40的豎直部分40b的最終期望長度(見下面的圖20)。通過局部切除分劃道52使晶粒的外邊緣34暴露在開口53中。然后，第一光阻層形成在第一開口53中，并被圖案化，以提供包括第二開口84的第一光阻層圖案82。在分劃道52設置在晶片的相鄰晶粒之間的情況下，第一光阻層圖案82包括兩個第二開口84，這兩個第二開口84通過第一光阻層圖案82的中間部分83分開。在分劃道52的每側上，將第一光阻層圖案的左部和右部直接涂敷到鄰近的基底30的外邊緣34上。
參照圖14，然后將介電層涂敷到得到的結構上，并將介電層圖案化以暴露下面的鍵合焊盤32的上表面。介電層圖案38包括水平部分38a，跨過半導體基底的頂表面水平延伸至基底的外邊緣34；豎直部分38b，在沿著位于基底的外邊緣34上的第一光阻層圖案82的方向從水平部分38a豎直延伸。介電層包含介電材料，例如光敏聚酰亞胺(PSPI)、光敏聚苯噁唑(PSPBO)、氮化硅(SiNx)或氧化硅(SiOx)。
參照圖15，將籽金屬層66涂敷到得到的結構的暴露表面上。在一個示例中，籽金屬層包含例如通過濺射工藝涂敷的Ti、Cu或Ti/Cu。
參照圖16，將第二光阻層涂敷到得到的結構上，并將該第二光阻層圖案化，以提供暴露鍵合焊盤32和第二開口84之間的下面的籽金屬層66的第二光阻層圖案68。在該示例中，第二光阻層圖案68的一部分殘留在第一光阻層82的中間部分83上，用于隨后的導電層的圖案化。
參照圖17，將導電層涂敷到暴露的籽金屬層66上，以形成導電互連部分40。在第一端處，導電互連部分40通過介電層圖案38和氧化物層36中的開口接觸鍵合焊盤32。導電互連部分40包括水平部分40a，跨過介電層圖案38的水平部分38a水平延伸；豎直部分40b，從水平部分40a豎直延伸到第二開口84中，以填充第二開口84。位于第一光阻層圖案82的中間部分83上的第二光阻層圖案部分68使由分劃道52限定的相鄰晶粒的導電互連部分40分開。用于形成導電互連部分40的導電層包含導電金屬(例如Cu、Ni或Au金屬)。例如可通過電鍍技術或者通過其它傳統(tǒng)技術形成導電層。
參照圖18，根據(jù)傳統(tǒng)技術去除第二光阻圖案68。
參照圖19，根據(jù)傳統(tǒng)技術去除由去除第二光阻層圖案68暴露的籽金屬層66的部分。這部分包括籽金屬層的位于第一光阻層圖案82的中間部分83上的部分。該操作使下面的第一光阻層圖案82的上表面暴露。
參照圖20，根據(jù)傳統(tǒng)技術(例如通過涂敷清洗溶劑)去除占據(jù)分劃道52的第一開口53的第一光阻層圖案82、83。如上所述，分劃道區(qū)52中的下面的第一光阻層圖案82、83既暴露了第二光阻層圖案68在中間部分83的位置處的下面，又暴露了圖案化的單個導電互連部分40之間的位置。因此，在去除第一光阻層圖案時，在導電互連部分40的豎直部分40b和基底30的外邊緣34之間形成空氣間隙70。具體地講，在本第二實施例中，空氣間隙70位于介電層圖案38與各導電互連部分40的豎直部分40b相鄰的豎直部分38b和基底30的外邊緣34之間。然后，第二介電層72形成在得到的結構上。如上所述，第二介電層72保護下面的導電互連部分40免受將堆疊在當前芯片上的相鄰芯片的下部的干擾?？蛇x擇性地將第二介電層72圖案化，以暴露在導電互連部分的豎直部分40b的上方的導電互連部分40的頂表面73，從而芯片可以以堆疊芯片封裝來堆疊。如上所述，第二介電層可用作填充相鄰的芯片之間的間隙的內部芯片粘結層。
根據(jù)傳統(tǒng)技術利用例如機械拋光或化學-機械拋光局部去除晶片的后表面，以暴露導電互連部分40的豎直部分40b的底邊緣42。因此，晶片的晶粒在切塊線74處分開，從而由公共晶片形成多個晶粒。因此，如上所述，導電互連部分40的豎直部分40b被構造為在基底30的外邊緣34外延伸的指狀物，并提供向外部或芯片外、源頭和目的地發(fā)送信號以及從外部或芯片外、源頭和目的地接收信號的機構。然后，可以按上面描述的方式進一步加工并封裝得到的器件。
圖21和圖22是根據(jù)本發(fā)明第三實施例的制造晶片級封裝(WLP)的方法的剖視圖。
圖21中的實施例在結構上類似于圖11中描述的第一實施例的結構，因為介電層圖案38的豎直部分38b直接位于基底30的外邊緣34上，并且導電互連部分40的豎直部分40b與介電層圖案38的豎直部分38b隔開。然而，在圖21中的本實施例中，用彈性體材料92填充導電互連部分40的各豎直部分40b和介電層圖案38的豎直部分38b之間的空氣間隙或空隙(void)?？稍谌缃Y合上面圖10中所描述的去除占據(jù)第一開口53的第一光阻層圖案62之后，設置彈性體材料92。可選擇地，彈性體材料92可設置為如結合上面圖4中所描述的第一光阻層圖案62的替代物，并在形成導電互連部分40之后，始終保留在處理過程中，從而提供圖21中的實施例。
圖22中的實施例在結構上類似于圖20中描述的第二實施例的結構，因為介電層圖案38的豎直部分38b與基底30的外邊緣34隔開，并且導電互連部分40的豎直部分40b與介電層圖案38的豎直部分38b相鄰。然而，在圖22中的本實施例中，用彈性體材料92填充基底30的外邊緣34和介電層圖案38的豎直部分38b之間的空氣間隙或空隙?？梢栽谌缃Y合上面圖20中所描述的去除占據(jù)第一開口53的第一光阻層圖案82之后，設置彈性體材料92?？蛇x擇地，彈性體材料92可設置為如結合上面圖13中所描述的第一光阻層圖案82的替代物，并在形成導電互連部分40之后，始終保留在處理過程中，從而提供圖22中的實施例。
在圖21和圖22中的實施例中，彈性體包括例如硅氧烷，并作為導電互連部分40的豎直部分40b和基底30的外邊緣34之間的柔性的和可壓縮的應力消除分隔件來操作，從而提高了得到的封裝器件的可靠性。彈性體的彈性模量例如在大約10至1000MPa的范圍內。彈性體材料92起著進一步吸收作用于導電互連部分40上的外部產生的應力或沖擊的作用。
以這種方式，提供了具有應力消除分隔件的晶片級封裝及其制造方法。從芯片的本體延伸的金屬指狀物既提供內部芯片的電互連，又提供內部芯片的機械錨固。金屬指狀物通過應力消除分隔件與芯片的本體隔離。在一個示例中，這種隔離采取空氣間隙的形式。在另一示例中，這種隔離采取彈性體材料的形式。在任一情況下，避免了金屬指狀物與芯片的本體之間的CTE不匹配，消除了在傳統(tǒng)的技術中與裂紋和剝離有關的問題。這樣減輕了會在芯片堆疊工藝中引起的損壞，并且使得器件產量和器件可靠性提高。
雖然已經(jīng)參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例具體地示出和描述了本發(fā)明，但是本領域的技術人員應該明白，在不脫離由權利要求
限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在這里可在形式和細節(jié)上進行各種改變。
權利要求
1.一種制造半導體器件的方法，包括在基底上形成半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域中的鍵合焊盤；在所述基底的分劃道區(qū)域內形成延伸局部通過所述基底的第一開口；在所述鍵合焊盤和所述第一開口之間的所述基底上形成介電層，覆蓋所述第一開口的側壁；在所述第一開口內設置覆蓋所述第一開口內的介電層的材料層圖案，所述材料層圖案包括第二開口；在所述介電層上設置與所述鍵合焊盤接觸的導電互連部分，并填充所述第二開口，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸至所述第二開口，所述導電互連部分的豎直部分從所述水平部分延伸到所述第二開口中。
2.如權利要求
1所述的方法，其中，設置導電互連部分的步驟包括在所述鍵合焊盤、所述介電層和所述材料層圖案上設置籽金屬層；在所述籽金屬層上設置金屬層；圖案化所述籽金屬層和所述金屬層，以形成所述導電互連部分。
3.如權利要求
1所述的方法，還包括去除所述第一開口內的在所述介電層和所述導電互連部分的所述豎直部分之間的材料層圖案。
4.如權利要求
3所述的方法，還包括在去除所述第一開口內的材料層圖案之后，在所述第一開口內設置彈性體材料。
5.如權利要求
3所述的方法，其中，在去除所述材料層圖案之后，在所述導電互連部分的所述豎直部分和所述介電層之間存在空氣間隙。
6.如權利要求
1所述的方法，還包括在所述導電互連部分上設置第二介電層，其中，將所述第二介電層圖案化以暴露所述導電互連部分的上表面的一部分。
7.如權利要求
1所述的方法，還包括從所述基底的下表面去除基底材料，以暴露所述導電互連部分的所述豎直部分的下端。
8.如權利要求
7所述的方法，其中，所述去除基底材料的步驟包括執(zhí)行化學拋光和機械拋光中的至少一種。
9.如權利要求
7所述的方法，還包括向所述導電互連部分的所述豎直部分的暴露的下端涂敷焊球。
10.如權利要求
1所述的方法其中，所述基底包括晶片，所述晶片包括由所述分劃道分隔的至少兩個芯片基底，其中，所述介電層覆蓋所述第一開口的第一和第二相對的側壁，其中，所述第一開口內的所述材料層圖案在所述第一開口內產生兩個第二開口，其中，所述設置導電互連部分的步驟設置從各芯片基底上的各自的鍵合焊盤延伸到各自的第二開口中的第一和第二導電互連部分。
11.如權利要求
10所述的方法，還包括從所述基底的下表面去除基底材料，以暴露所述第一導電互連部分的所述豎直部分和所述第二導電互連部分的所述豎直部分的下端，并在所述第一導電互連部分和所述第二導電互連部分之間將所述基底切塊。
12.如權利要求
1所述的方法，其中，多個導電互連部分形成在所述基底上，并且所述方法還包括將所述多個導電互連部分鍵合到第二基底的對應的導電互連部分。
13.如權利要求
1所述的方法，其中，所述材料層圖案包含彈性體材料。
14.如權利要求
1所述的方法，其中，所述材料層圖案包含光阻材料。
15.一種制造半導體器件的方法，包括在基底上形成半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域中的鍵合焊盤；在所述基底的分劃道區(qū)域內形成延伸局部通過所述基底的第一開口；在所述第一開口內設置覆蓋所述第一開口的側壁的材料層圖案，所述材料層圖案包括第二開口；在所述鍵合焊盤和所述第二開口之間的基底上形成介電層，覆蓋所述第二開口的側壁；在所述介電層上設置與所述鍵合焊盤接觸的導電互連部分，并填充所述第二開口，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸至所述第二開口，所述導電互連部分的豎直部分從所述水平部分延伸到所述第二開口內。
16.如權利要求
15所述的方法，其中，設置導電互連部分的步驟包括在所述鍵合焊盤和所述介電層上設置籽金屬層；在所述籽金屬層上設置金屬層；圖案化所述籽金屬層和所述金屬層，以形成所述導電互連部分。
17.如權利要求
15所述的方法，還包括去除所述第一開口內的在所述介電層和所述第一開口的側壁之間的材料層圖案。
18.如權利要求
17所述的方法，還包括在去除所述第一開口內的材料層圖案之后，在所述第一開口內設置彈性體材料。
19.如權利要求
17所述的方法，其中，在去除所述材料層之后，在所述介電層和所述第一開口的側壁之間存在空氣間隙。
20.如權利要求
15所述的方法，還包括在所述導電互連部分上設置第二介電層，其中，將所述第二介電層圖案化以暴露所述導電互連部分的上表面的一部分。
21.如權利要求
15所述的方法，還包括從所述基底的下表面去除基底材料，以暴露所述導電互連部分的所述豎直部分的下端。
22.如權利要求
21所述的方法，其中，所述去除基底材料的步驟包括執(zhí)行化學拋光和機械拋光中的至少一種。
23.如權利要求
21所述的方法，還包括向所述導電互連部分的所述豎直部分的暴露的下端涂敷焊球。
24.如權利要求
15所述的方法其中，所述基底包括晶片，所述晶片包括由所述分劃道分隔的至少兩個芯片基底，其中，所述第一開口內的所述材料層圖案在所述第一開口內產生兩個第二開口，其中，所述介電層覆蓋所述兩個第二開口的每個的側壁，其中，所述設置導電互連部分的步驟設置從各芯片基底上的各自的鍵合焊盤延伸到各自的第二開口中的第一和第二導電互連部分。
25.如權利要求
24所述的方法，還包括從所述基底的下表面去除基底材料，以暴露所述第一導電互連部分的所述豎直部分和所述第二導電互連部分的所述豎直部分的下端，并在所述第一導電互連部分和所述第二導電互連部分之間將所述基底切塊。
26.如權利要求
15所述的方法，其中，多個導電互連部分形成在所述基底上，并且所述方法還包括將所述多個導電互連部分鍵合到第二基底的對應的導電互連部分。
27.如權利要求
15所述的方法，其中，所述材料層圖案包含彈性體材料。
28.如權利要求
15所述的方法，其中，所述材料層圖案包含光阻材料。
29.一種半導體器件，包括基底上的半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域內的鍵合焊盤；所述基底上的介電層，所述介電層的水平部分位于所述鍵合焊盤和所述基底的外側表面之間，所述介電層的豎直部分覆蓋所述基底的所述外側表面；導電互連部分，位于所述介電層上并與所述鍵合焊盤接觸，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸到所述基底的所述外側表面，所述導電互連部分的豎直部分從所述導電互連部分的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述導電互連部分的豎直部分與所述介電層的豎直部分隔開。
30.如權利要求
29所述的器件，其中，所述導電互連部分包括籽金屬層，位于所述鍵合焊盤和所述介電層上；金屬層，位于所述籽金屬層上。
31.如權利要求
29所述的器件，還包括所述導電互連部分的豎直部分和所述介電層的豎直部分之間的彈性體材料。
32.如權利要求
29所述的器件，還包括所述導電互連部分上的第二介電層，其中，將所述第二介電層圖案化以暴露所述導電互連部分的上表面的一部分。
33.如權利要求
29所述的器件，其中，所述導電互連部分的豎直部分的下端延伸到所述基底的下表面。
34.如權利要求
29所述的器件，其中，在所述導電互連部分的豎直部分和所述介電層的豎直部分之間存在空氣間隙。
35.如權利要求
29所述的器件，其中，所述基底的所述外側表面為被切塊以提供所述基底的晶片的分劃道的側壁。
36.如權利要求
29所述的器件，其中，多個導電互連部分形成在所述基底上，并且所述器件還包括第二基底，其中，所述多個導電互連部分被鍵合到所述第二基底的對應的導電互連部分。
37.如權利要求
36所述的器件，其中，利用焊球鍵合所述導電互連部分。
38.一種半導體器件，包括基底上的半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域內的鍵合焊盤；所述基底上的介電層，所述介電層的水平部分位于所述鍵合焊盤和所述基底的外側表面之間，所述介電層的豎直部分從所述介電層的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述介電層的所述豎直部分與所述基底的所述外側表面隔開；導電互連部分，位于所述介電層上并與所述鍵合焊盤接觸，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸至所述基底的所述外側表面，所述導電互連部分的豎直部分從所述導電互連部分的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述導電互連部分的豎直部分與所述介電層的豎直部分相鄰并與所述基底的所述外側表面隔開。
39.如權利要求
38所述的器件，其中，所述導電互連部分包括籽金屬層，位于所述鍵合焊盤和所述介電層上；金屬層，位于所述籽金屬層上。
40.如權利要求
38所述的器件，還包括所述介電層的所述豎直部分和所述基底的所述外側表面之間的彈性體材料。
41.如權利要求
38所述的器件，還包括所述導電互連部分上的第二介電層。
42.如權利要求
38所述的器件，其中，所述導電互連部分的豎直部分的下端延伸到所述基底的下表面。
43.如權利要求
38所述的器件，其中，在所述介電層的所述豎直部分和所述基底的所述外側表面之間存在空氣間隙。
44.如權利要求
38所述的器件，其中，所述基底的所述外側表面為被切塊以提供所述基底的晶片的分劃道的側壁。
45.如權利要求
38所述的器件，其中，多個導電互連部分形成在所述基底上，并且所述器件還包括第二基底，其中，所述多個導電互連部分被鍵合到所述第二基底的對應的導電互連部分。
46.如權利要求
45所述的器件，其中，利用焊球鍵合所述導電互連部分。
47.一種半導體器件，包括基底上的半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域內的鍵合焊盤；所述基底上的介電層，所述介電層的水平部分位于所述鍵合焊盤和所述基底的外側表面之間，所述介電層的豎直部分覆蓋所述基底的所述外側表面；導電互連部分，位于所述介電層上并與所述鍵合焊盤接觸，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸到所述基底的所述外側表面，所述導電互連部分的豎直部分從所述導電互連部分的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述導電互連部分的豎直部分與所述介電層的豎直部分隔開；彈性體材料，位于所述導電互連部分的豎直部分和所述介電層的豎直部分之間。
48.如權利要求
47所述的器件，其中，所述彈性體材料包含硅氧烷。
49.一種半導體器件，包括基底上的半導體器件部分，所述半導體器件部分包括所述基底的器件區(qū)域內的鍵合焊盤；所述基底上的介電層，所述介電層的水平部分位于所述鍵合焊盤和所述基底的外側表面之間，所述介電層的豎直部分從所述介電層的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述介電層的所述豎直部分與所述基底的所述外側表面隔開；彈性體材料，位于所述介電層的所述豎直部分和所述基底的所述外側表面之間；導電互連部分，位于所述介電層上并與所述鍵合焊盤接觸，所述導電互連部分的水平部分從所述鍵合焊盤延伸至所述基底的所述外側表面，所述導電互連部分的豎直部分從所述導電互連部分的所述水平部分延伸并在沿著所述基底的所述外側表面的豎直方向上延伸，所述導電互連部分的豎直部分與所述介電層的豎直部分相鄰并與所述基底的所述外側表面通過所述彈性體材料隔開。
50.如權利要求
49所述的器件，其中，所述彈性體材料包含硅氧烷。
專利摘要
本發(fā)明提供了一種具有應力消除分隔件的半導體器件封裝和一種制造該半導體器件封裝的方法，在該半導體器件封裝中，從芯片的本體延伸的金屬互連指狀物提供芯片互連。金屬指狀物通過應力消除分隔件與芯片的本體隔離。在一個示例中，這種隔離采取空氣間隙的形式。在另一示例中，這種隔離采取彈性體材料的形式。在任一種情況下，避免了金屬互連指狀物和芯片的本體之間的熱膨脹系數(shù)的不匹配，從而減輕了與裂紋和剝離相關的問題，并使得器件產量和器件可靠性提高。
文檔編號H01L23/48GK1996565SQ200710001527
公開日2007年7月11日 申請日期2007年1月4日
發(fā)明者鄭顯秀, 李鎬珍, 張東鉉, 李東鎬 申請人:三星電子株式會社導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan