專利名稱：堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝及其制造方法，特別涉及一種改進(jìn)的堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝及其制造方法，該封裝及其制造方法很適用于研制大容量半導(dǎo)體芯片封裝的三維芯片堆疊技術(shù)。
一般情況下，三維芯片封裝技術(shù)是研制大容量和小尺寸半導(dǎo)體芯片封裝的關(guān)鍵技術(shù)。美國(guó)專利5104820和美國(guó)專利5279991中公開了上述技術(shù)。
如

圖1所示，美國(guó)專利5104820公開的三維芯片堆疊技術(shù)中，在半導(dǎo)體芯片保持未切割晶片狀態(tài)時(shí)，利用導(dǎo)線13，在芯片11的外緣部分，將多個(gè)形成于半導(dǎo)體芯片11上表面上的焊盤12的連接重新定位，從而形成重布線焊盤14。為了重新定位焊盤12，金屬線12要占據(jù)芯片11周圍其它芯片的面積。另外，切割帶有多個(gè)焊盤重新定位芯片11的晶片，從而獲得多個(gè)芯片，堆疊這樣分離的芯片，形成組件，并使每塊芯片的側(cè)面與其它芯片的側(cè)面絕緣。下面更詳細(xì)地說明每塊芯片側(cè)面的絕緣。在多層堆疊焊盤重新定位的芯片的組件中，腐蝕每塊芯片的側(cè)面，只是金屬線的端部除外，并用聚合物絕緣材料填充到腐蝕的部分中，從而絕緣每塊芯片的側(cè)面。即，側(cè)面絕緣工藝不在晶片狀態(tài)下進(jìn)行，而是在堆疊式芯片組件上進(jìn)行。
下面說明美國(guó)專利5104820中公開的常規(guī)三維芯片堆疊技術(shù)的缺點(diǎn)。
首先，由于要對(duì)每個(gè)堆疊式芯片組件進(jìn)行多個(gè)處理，所以不能采用常規(guī)晶片處理技術(shù)。
第二，為了在芯片的側(cè)緣部分進(jìn)行焊盤重新定位，和使堆疊的芯片間彼此絕緣，由于必須占用其它芯片的面積，所以相鄰芯片便不能用，這樣會(huì)降低產(chǎn)品的產(chǎn)量，增大芯片面積。
第三，為了使側(cè)面重新定位的焊盤絕緣，另需要諸如芯片腐蝕和絕緣聚合物涂敷工藝等附加工藝，這便會(huì)增加半導(dǎo)體芯片的生產(chǎn)成本。
美國(guó)專利5279991中公開的三維芯片堆疊技術(shù)中，全部堆疊焊盤側(cè)面重新定位的芯片，從而構(gòu)成較大的單元，然后使每塊芯片的側(cè)面絕緣，并把以較大單元形式堆疊的芯片組件分離成較小尺寸的要實(shí)際應(yīng)用的芯片組件。由于該技術(shù)要對(duì)堆疊的芯片進(jìn)行多個(gè)工藝，所以無法直接采用常規(guī)晶片處理技術(shù)，于是使處理過程變復(fù)雜。此外，因處理過程復(fù)雜，所以必須另外使用多個(gè)設(shè)備。
因此，本發(fā)明的目的是提供一利堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝及其制造方法，解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題。
本發(fā)明的另一目的是提供一種改進(jìn)的堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝及其制造方法，能夠在晶片狀態(tài)下絕緣每塊半導(dǎo)體芯片的側(cè)面，堆疊側(cè)面絕緣半導(dǎo)體芯片，并更簡(jiǎn)單地進(jìn)行焊盤間的連接工藝。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，提供一種可堆疊半導(dǎo)體芯片，這種芯片包括具有多個(gè)焊盤的半導(dǎo)體芯片；包封半導(dǎo)體芯片側(cè)面和上表面的第一絕緣層；形成于第一絕緣層上表面上的第二絕緣層；形成于第二絕緣層上表面上的金屬線圖形，其中每根金屬線與相應(yīng)的一個(gè)焊盤電連接，并從芯片橫向延伸，由此，從芯片側(cè)面重新定位焊盤；形成于所得結(jié)構(gòu)上表面上的第三絕緣層；及形成于第三絕緣層上表面上的第四絕緣層。每根金屬線皆具有形成于第二絕緣層上的第一部分，和電連接第一部分與相應(yīng)于每根金屬線的一個(gè)焊盤的第二部件，并由絕緣層側(cè)面暴露第一部分。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，還提供一種堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝，該封裝包括利用雙面粘結(jié)部件堆疊多個(gè)半導(dǎo)體芯片的堆疊式半導(dǎo)體芯片組件；多個(gè)形成于堆疊式半導(dǎo)體芯片組件的側(cè)面的外焊盤；及形成于外焊盤的外表面上的焊料球，其中每塊半導(dǎo)體芯片皆包括設(shè)置于其上表面上的多個(gè)焊盤；包封每塊半導(dǎo)體芯片側(cè)面和上表面的第一絕緣層；形成于第一絕緣層上表面上的第二絕緣層；形成于第二絕緣層上表面上的金屬線圖形，其中每根金屬線與相應(yīng)的一個(gè)焊盤電連接，并從芯片橫向延伸，由此，從芯片側(cè)面重新定位焊盤；形成于所得結(jié)構(gòu)上表面上的第三絕緣層；及形成于第三絕緣層上表面上的第四絕緣層。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，還提供一種堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝的制造方法，該方法包括以下步驟沿形成于晶片的每塊半導(dǎo)體芯片上的分離線形成溝槽；在溝槽中填充第一絕緣部件，并平整化所得結(jié)構(gòu)；在第一絕緣部件上形成第二絕緣部件；在第一和第二絕緣部件層中形成通孔，從而使形成于半導(dǎo)體芯片上表面上的焊盤外露；在所得結(jié)構(gòu)上形成第一導(dǎo)電部件層；構(gòu)圖第一導(dǎo)電部件層，構(gòu)成多個(gè)金屬線；在所得結(jié)構(gòu)上形成第三絕緣部件層；在第三絕緣部件層上表面上形成第四絕緣部件層；去掉晶片的下表面，直到填充于溝槽中的第一絕緣部件暴露出來為止；沿半導(dǎo)體芯片分離線切割晶片，把晶片分離成側(cè)面部分絕緣的多塊芯片；利用絕緣粘合材料堆疊多個(gè)側(cè)面部分絕緣的半導(dǎo)體芯片；在堆疊的半導(dǎo)體芯片的側(cè)面上形成第二導(dǎo)電部件層；構(gòu)圖第二導(dǎo)電部件層，形成外焊盤；并在外焊盤的外表面上貼裝焊料球。
通過以下的說明會(huì)更清楚本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目的和特征。
通過以下的詳細(xì)說明及只是說明性的附圖會(huì)更充分的理解本發(fā)明，但這一切并不是對(duì)本發(fā)明的限制，其中圖1是展示常規(guī)三維芯片堆疊技術(shù)中焊盤側(cè)面重新定位的平面圖；圖2是展示本發(fā)明可堆疊半導(dǎo)體芯片的垂直剖面圖；圖3是展示本發(fā)明堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝的垂直剖面圖；圖4是圖3封裝的側(cè)視圖；圖5A-5J是展示本發(fā)明堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝的制造方法的垂直剖面圖；圖6是圖5H封裝的側(cè)視圖；圖7是圖5I封裝的側(cè)視圖；圖8是圖5J封裝的側(cè)視圖。
下面將結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的堆疊式芯片封裝及其制造方法。
圖2展示了本發(fā)明的可堆疊半導(dǎo)體芯片。芯片20適于多層堆疊，且芯片20的側(cè)面是絕緣的。
下面結(jié)合圖2更詳細(xì)地說明可堆疊半導(dǎo)體芯片20的構(gòu)成。
制備其上形成有多個(gè)焊盤21的半導(dǎo)體芯片(裸芯片)21。用第一絕緣層22包封半導(dǎo)體芯片21的側(cè)面和上表面。第一絕緣層22由熱乙醚亞酰胺(thermoetherimide)制成，這是一種熱塑性聚合物粘合劑，其玻璃體轉(zhuǎn)變溫度Tg約為250℃。熱乙醚亞酰胺由ultem制成。由一種作為聚酰亞胺的Kapton膜構(gòu)成的第二絕緣層23形成于第一絕緣層22的上表面上。多根金屬線24形成于第二絕緣層23的上表面上。金屬線24與相應(yīng)的一個(gè)焊盤21a電連接，并從半導(dǎo)體芯片21橫向延伸。由此，由金屬線24對(duì)形成于半導(dǎo)體芯片21上表面上的焊盤21a進(jìn)行重新定位。金屬線24由Ti/2μmAl構(gòu)成，其中Al層為主要布線層，Ti層為輔助布線層，用于加強(qiáng)Al層與第二絕緣23間的附著力。
此外，在所得結(jié)構(gòu)上表面上形成與第一絕緣層22材料相同的第三絕緣層25。在第三絕緣層25上表面上形成與第二絕緣層23材料相同的第四絕緣層26。
圖3展示的是本發(fā)明的堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝，圖4是圖3封裝的側(cè)視圖。
如圖所示，在可堆疊半導(dǎo)體芯片20之間插入聚酰亞按膜，并在該膜上涂敷環(huán)氧樹脂，形成雙面粘合劑31，多塊可堆疊半導(dǎo)體芯片20利用該粘合劑堆疊。金屬線24從可堆疊半導(dǎo)體芯片20橫向延伸，從而形成外焊盤33，在外焊盤33外表面上貼裝焊料球35。每個(gè)外焊盤33皆由Ti/Cu/Ni/Au層構(gòu)成。這里Ti層用于增強(qiáng)附著力，Cu層是主布線層，Ni/Au層用于增強(qiáng)焊料球35的附著力。
下面結(jié)合圖5A-5J說明本發(fā)明堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝的制造方法。
首先，如圖5A所示，沿晶片50上表面上的半導(dǎo)體芯片51的分離線〔未示出)形成V形溝槽52。溝槽52的深度約為300μm，寬度約1000μm。即，利用KOH腐蝕工藝或45傾斜的金剛鉆切割(鋸切)工藝，形成每個(gè)深度約為晶片50厚度的三分之二的溝槽52。在附圖中，參考數(shù)字51a表示的是半導(dǎo)體芯片51上的焊盤(52a)。
如圖5B所示，用第一絕緣部件53填充每個(gè)溝槽52。第一絕緣部件53由連續(xù)涂敷玻璃體轉(zhuǎn)變溫度Tg為250℃的熱乙醚亞酰胺熱塑性聚合物粘合劑獲得的，并且沒有形成氣泡。按本發(fā)明，熱乙醚亞酰胺材料使用的是ultem。
如圖5C所示，在所得結(jié)構(gòu)上表面上再涂敷與第一絕緣部件53相同的絕緣部件54，并用旋涂工藝平整化所得結(jié)構(gòu)，在絕緣部件54上表面上形成第二絕緣層55。絕緣層55的材料使用Kapton聚酰亞胺。
如圖5D所示，在絕緣層54和55上形成通孔56，以暴露半導(dǎo)體芯片51的焊盤51a，并在所得結(jié)構(gòu)的上表面上形成由Ti/Al(2μm)構(gòu)成的第一導(dǎo)電層57。此后，通過構(gòu)圖第一導(dǎo)電層57，連接多根金屬線57，電對(duì)準(zhǔn)半導(dǎo)體芯片51的側(cè)面。即，每根金屬線57的一端分別通過通孔56與相應(yīng)的一個(gè)焊盤51a連接，而其另一端分別從半導(dǎo)體芯片51橫向延伸，從而形成圖形。由此，在使半導(dǎo)體芯片51彼此分離后，形成于半導(dǎo)體芯片51中心部分的焊盤51a橫向?qū)?zhǔn)。
如圖5E所示，在所得結(jié)構(gòu)的上表面上涂敷由與第一絕緣層53相同材料制成的第三絕緣層58，并在第三絕緣層58上表面上形成與第二絕緣層55相同材料制成的第四絕緣層59。
如圖5F所示，拋光所得結(jié)構(gòu)(晶片)的下表面。此時(shí)，進(jìn)行拋光工藝直到位于第一絕緣部件層53之下的晶片50的下表面完全去掉為止，第一絕緣部件層53的下表面完全暴露出來。結(jié)果，相鄰芯片51通過第一絕緣部件53彼此絕緣。
如圖5G所示，利用金剛鉆切刀(未示出)，沿芯片鋸切線即填充溝槽52的第一絕緣部件53的中線切割晶片50，從而形成多塊單半導(dǎo)體芯片51。這樣形成的半導(dǎo)體芯片51彼此間通過第一絕緣部件53完全絕緣，并變成可堆疊半導(dǎo)體芯片60，其側(cè)面上電重新定位焊盤51a，從而形成可堆疊半導(dǎo)體芯片20結(jié)構(gòu)，如圖2所示。
如圖5H和6所示，對(duì)準(zhǔn)圖5G所示芯片60，并利用絕緣雙面粘合劑65熱壓堆疊在一起。即，在圖5H中，堆疊四塊半導(dǎo)體芯片60。粘合劑65的材料最好使用在聚酰亞胺膜上涂敷環(huán)氧樹脂形成的雙而粘合劑。此外，精細(xì)拋光所得結(jié)構(gòu)的側(cè)面，去掉從堆疊的芯片60側(cè)面部分突出的粘合劑樹脂，并用第二導(dǎo)電部件70進(jìn)行涂敷。
如圖5I和7所示，在四塊堆疊的半導(dǎo)體芯片60的側(cè)面上形成由Ti/Cu/Ni/Au層構(gòu)成的第二導(dǎo)電層70，并構(gòu)圖第二導(dǎo)電層70，由此，形成外焊盤70a和70b，電連接從半導(dǎo)體芯片60橫向延伸的金屬線57，或與之分離。即，形成電連接由金屬線57橫向?qū)?zhǔn)的焊盤51a的外焊盤70a，并分別形成外焊盤70b。
如圖5J和8所示，在外焊盤70a和70b的外表面上貼裝焊料球75，最終形成球柵陣列(BGA)三維堆疊式芯片封裝。
下面將說明本發(fā)明的堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝及其制造方法的有益效果。
首先，由于在晶片狀態(tài)下幾乎進(jìn)行所有工藝，所以可以容易地運(yùn)用已知晶片處理技術(shù)。因此，制造工藝容易且簡(jiǎn)單。
第二，由于堆疊側(cè)面絕緣的半導(dǎo)體芯片，并進(jìn)行封裝，所以，與常規(guī)堆疊芯片的技術(shù)相比，本發(fā)明的制造方法變得更簡(jiǎn)單和更容易。
第三，在芯片邊緣部分對(duì)焊盤重新定位和使芯片彼此絕緣時(shí)，由于相鄰芯片的面積未被占用，所以，與常規(guī)制造方法相比，可以增加產(chǎn)量，并可以制造更小的可堆疊芯片。
盡管為了說明公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員很清楚，本發(fā)明可以有各種改型、附加和替換，這些皆不脫離所附權(quán)利要求書所限定的范圍和精神。
權(quán)利要求
1.一種可堆疊半導(dǎo)體芯片，包括具有多個(gè)焊盤的半導(dǎo)體芯片；形成于半導(dǎo)體芯片的側(cè)面和上表面上的絕緣層；數(shù)根金屬線，每根皆具有形成于絕緣層中的第一部分和用于電連接第一部分與相應(yīng)于每根金屬線的一個(gè)焊盤的第二部分，其中第一部分從絕緣層的一側(cè)暴露出。
2.如權(quán)利要求1的芯片，其特征在于，絕緣層包括第一絕緣層、第二絕緣層、第三絕緣層和第四絕緣層，其中相應(yīng)于每根金屬線的第一部分形成于第二絕緣層上。
3.如權(quán)利要求2的芯片，其特征在于，所述第一絕緣層和第三絕緣層是熱塑性聚合物粘合劑，其玻璃體轉(zhuǎn)變溫度Tg為250℃。
4.如權(quán)利要求3的芯片，其特征在于，所述熱塑性聚合物粘合劑是熱乙醚亞酰胺。
5.如權(quán)利要求1的芯片，其特征在于，所述第二絕緣層和第四絕緣層皆是Kapton聚酰亞胺。
6.如權(quán)利要求1的芯片，其特征在于，所述金屬線由Ti/Al層構(gòu)成。
7.一種堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝，包括利用雙面粘結(jié)部件堆疊多個(gè)半導(dǎo)體芯片的堆疊式半導(dǎo)體芯片組件；多個(gè)形成于堆疊式半導(dǎo)體芯片組件的側(cè)面上的外焊盤；及形成于外焊盤的外表面上的焊料球，其中所述每塊半導(dǎo)體芯片皆包括設(shè)置于其上表面上的多個(gè)焊盤；包封半導(dǎo)體芯片側(cè)面和上表面的第一絕緣層；形成于第一絕緣層上表面上的第二絕緣層；形成于第二絕緣層上表面上的金屬線圖形，其中每根金屬線與相應(yīng)的一個(gè)焊盤電連接，并從芯片橫向延伸，由此，從芯片側(cè)面重新定位焊盤；形成于所得結(jié)構(gòu)上表面上的第三絕緣層；及形成于第三絕緣層上表面上的第四絕緣層。
8.如權(quán)利要求7的封裝，其特征在于，所述第一絕緣層和第三絕緣層是熱塑性聚合物粘合劑，其玻璃體轉(zhuǎn)變溫度Tg為250℃。
9.如權(quán)利要求8的封裝，其特征在于，所述熱塑性聚合物粘合劑是熱乙醚亞酰胺。
10.如權(quán)利要求9的封裝，其特征在于，所述熱乙醚亞酰胺是ultem。
11.如權(quán)利要求7的封裝，其特征在于，所述第二絕緣層和第四絕緣層皆是Kapton聚酰亞胺。
12.如權(quán)利要求7的封裝，其特征在于，所述金屬線由Ti/Al層構(gòu)成。
13.如權(quán)利要求7的封裝，其特征在于，所述粘結(jié)部件通過在聚酰亞胺膜上涂敷環(huán)氧樹脂形成。
14.如權(quán)利要求7的封裝，其特征在于，所述外焊盤由Ti/Cu/Ni/Au層構(gòu)成。
15.一種制造堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝的方法，包括以下步驟沿形成于晶片上的每塊半導(dǎo)體芯片間的分離線形成溝槽；在溝槽中填充第一絕緣部件，并平整化所得結(jié)構(gòu)；在第一絕緣部件上形成第二絕緣部件；在第一和第二絕緣部件層中形成通孔，從而使形成于半導(dǎo)體芯片上表面上的焊盤外露；在所得結(jié)構(gòu)上形成第一導(dǎo)電層，并構(gòu)圖第一導(dǎo)電部件層，構(gòu)成多個(gè)金屬線；在所得結(jié)構(gòu)上形成第三絕緣部件層；在第三絕緣部件層上表面上形成第四絕緣部件層；去掉晶片的下部，直到填充于溝槽中的第一絕緣部件暴露出來為止；沿半導(dǎo)體芯片分離線切割晶片，把晶片分離成側(cè)面部分絕緣的多塊芯片；利用絕緣粘結(jié)部件堆疊這樣分離的多個(gè)側(cè)面部分絕緣的芯片；在堆疊的半導(dǎo)體芯片的側(cè)面上形成第二導(dǎo)電部件層，并構(gòu)圖第二導(dǎo)電部件層，形成外焊盤；及在外焊盤的外表面上貼裝焊料球。
16.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述溝槽形成為V形，且其深度約為晶片厚度的三分之二。
17.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述溝槽由KOH腐蝕工藝形成。
18.如權(quán)利要求16的方法，其特征在于，所述溝槽由45傾斜的金剛鉆切割工藝形成。
19.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述第一和第二絕緣層皆由熱塑性聚合物粘合劑制成，其玻璃體轉(zhuǎn)變溫度Tg為250℃。
20.如權(quán)利要求19的方法，其特征在于，所述熱塑性聚合物粘合劑是熱乙醚亞酰胺。
21.如權(quán)利要求19的方法，其特征在于，所述熱乙醚亞酰胺是ultem。
22.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述第二絕緣層和第四絕緣層由Kapton聚酰亞胺構(gòu)成。
23.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述金屬線由Ti/Al層構(gòu)成。
24.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述粘合劑通過在聚酰亞胺膜上涂敷環(huán)氧樹脂構(gòu)成。
25.如權(quán)利要求15的方法，其特征在于，所述外焊盤由Ti/Cu/Ni/Au層構(gòu)成。
全文摘要
一種堆疊式半導(dǎo)體芯片封裝及其制造方法,該封裝包括:數(shù)塊半導(dǎo)體芯片,每塊的上表面上設(shè)有多個(gè)焊盤;包封半導(dǎo)體芯片側(cè)面和上表面的第一絕緣層;形成于第一絕緣層上表面上的第二絕緣層;形成于第二絕緣層上表面上的金屬線圖形,其中每根金屬線與相應(yīng)的一個(gè)焊盤電連接,并從芯片橫向延伸,由此,從芯片側(cè)面重新定位焊盤;形成于所得結(jié)構(gòu)上表面上的第三絕緣層;及形成于第三絕緣層上表面上的第四絕緣層。
文檔編號(hào)H01L25/18GK1194460SQ9711624
公開日1998年9月30日 申請(qǐng)日期1997年8月22日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月24日
發(fā)明者白京煜, 金榛洙, 高亨守 申請(qǐng)人:Lg半導(dǎo)體株式會(huì)社