具有柔性互连件的半导体装置及其制造方法与流程

技术领域

本发明构思的示例性实施例涉及一种半导体装置，更具体地，涉及一种具有柔性互连件的半导体装置及其制造方法。

背景技术：

包括在可穿戴装置中的半导体装置可以具有柔性并且可以支撑可穿戴装置的弯曲特性。

技术实现要素：

本发明构思的示例性实施例可以提供一种具有柔性结构的半导体装置及其制造方法。

根据本发明构思的示例性实施例，半导体装置包括彼此分隔开的多个半导体芯片。间隔区形成在多个半导体芯片中相邻的半导体芯片之间。再分布层设置在至少一个半导体芯片上。再分布层包括电连接到至少一个半导体芯片的至少一条再分布线。再分布层包括设置在间隔区中的互连件。互连件包括设置在至少一条再分布线上的有机层。有机层比多个半导体芯片柔软。

根据本发明构思的示例性实施例，半导体装置包括至少两个彼此没有物理地结合的半导体芯片，每个半导体芯片具有电路层。再分布层设置在半导体芯片的电路层上。再分布层电连接到电路层。再分布层包括电连接到电路层的再分布线和围绕再分布线的绝缘层。绝缘层比半导体芯片柔软。再分布层包括将至少两个半导体芯片彼此连接的互连件。

根据本发明构思的示例性实施例，半导体装置包括彼此分隔开的至少两个半导体芯片，间隔区形成在至少两个半导体芯片的每个之间。再分布层设置在每个半导体芯片上。每个半导体芯片包括具有电路层的顶表面和与顶表面相对的底表面以及通过顶表面暴露并电连接到电路层的键合焊盘。再分布层包括覆盖半导体芯片的顶表面并具有暴露键合焊盘的第一开口的第一绝缘层。至少一条再分布线设置在第一绝缘层上并通过第一开口连接到键合焊盘。第二绝缘层设置在第一绝缘层上并覆盖至少一条再分布线。第一绝缘层和第二绝缘层包括比半导体芯片柔软的有机层。互连件穿过间隔区。互连件包括将至少两个半导体芯片彼此电连接的金属线。有机层围绕金属线。互连件在半导体芯片之间能够自由地弯曲。

根据本发明构思的示例性实施例，制造半导体装置的方法包括：提供至少两个半导体芯片，每个半导体芯片包括电路层和电连接到电路层的键合焊盘；在半导体芯片上形成电连接到半导体芯片上的键合焊盘的再分布层。再分布层的形成包括在半导体芯片上形成具有暴露键合焊盘的第一开口的第一绝缘层，在第一绝缘层上形成通过第一开口连接到键合焊盘的再分布线，在第一绝缘层上形成覆盖再分布线的第二绝缘层。半导体芯片彼此分隔开，间隔区设置在半导体芯片之间。第一绝缘层和第二绝缘层包括比半导体芯片柔软的有机层，再分布层包括穿过间隔区的柔性互连件。

根据本发明构思的示例性实施例，制造半导体装置的方法包括：在支撑板上提供至少两个彼此分隔开的半导体芯片；在每个半导体芯片上形成再分布层。再分布层包括至少一条电连接到半导体芯片的再分布线和围绕至少一条再分布线的有机层。所述方法包括从半导体芯片去除支撑板。再分布层包括穿过位于半导体芯片之间的间隔区的柔性互连件。

附图说明

通过参照附图详细地描述本发明构思的示例性实施例，本发明构思的上述和其它特征将变得更加明显，在附图中：

图1A是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的剖视图。

图1B至图1D是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的平面图。

图1E和图1F是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的弯曲的剖视图。

图2A和图2B是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的剖视图。

图3A至图3G是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的制造方法的剖视图。

图4A至图4D是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的制造方法的剖视图。

图5A至图5C是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的制造方法的剖视图。

具体实施方式

图1A是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的剖视图。图1B至图1D是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的平面图。图1E和图1F是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的弯曲的剖视图。

参照图1A，半导体装置10可以包括至少两个半导体芯片110和将半导体芯片110彼此电连接的互连件165。互连件165可以是柔性互连件。半导体芯片110可以彼此分隔开，间隔区80设置在相邻的半导体芯片110之间，因此半导体芯片110彼此可以没有物理结合。半导体芯片110可以是存储器芯片、逻辑芯片或它们的组合。例如，半导体芯片110可以具有系统级封装件(SiP)或系统芯片(SoC)构造。

半导体芯片110可以具有顶表面110a和与顶表面110a相对的底表面110b。半导体芯片110的顶表面110a和底表面110b中的一个表面可以是有效表面，半导体芯片110的顶表面110a和底表面110b中的另一个表面可以是非有效表面。在本发明构思的一些示例性实施例中，半导体芯片110的顶表面110a可以是在其上设置有一个或更多个键合焊盘112和电连接到键合焊盘112的电路层111的有效表面。半导体芯片110的底表面110b可以是非有效表面。

半导体装置10可以包括设置在半导体芯片110的顶表面110a上的再分布层160。再分布层160可以是连续的再分布层。再分布层160可以包括围绕一条或更多条再分布线130的柔性绝缘层120。例如，半导体芯片110的主要成分可以包括硅，柔性绝缘层120可以包括比半导体芯片110的主要成分柔软的材料。例如，柔性绝缘层120可以包括有机层(例如聚酰亚胺)。包括有机层的柔性绝缘层120可以设置在间隔区80中。例如，柔性绝缘层120的设置在间隔区80中的部分可以包括有机层。设置在半导体芯片110上和设置在间隔区80中的柔性绝缘层120可以是设置在多个半导体芯片110中的每个上和设置在形成于相邻半导体芯片110之间的每个间隔区80中的连续的一体形成的层。

根据本发明构思的示例性实施例，包括柔性绝缘层120和再分布线的再分布层160可以设置在每个半导体芯片110上并可以额外地设置在相邻半导体芯片110之间的间隔区80中。

再分布线130可以电连接到键合焊盘112。例如，再分布线130可以包括可以连接到键合焊盘112的金属(例如，铜(Cu)或铝(Al))或它们的合金。再分布层160可以包括将半导体芯片110彼此电连接的互连件165。包括在互连件165中的再分布线130可以将半导体芯片110彼此电连接。互连件165可以是再分布层160的穿过彼此相邻的半导体芯片110之间的间隔区80的部分。

半导体装置10可以包括一个或更多个电连接到再分布层160的外部端子150。例如，外部端子150可以包括连接到球置焊盘(landing pads)140的焊料球或焊料凸起。

参照图1B，在本发明构思的一些示例性实施例中，当从平面图观察时，再分布层160可以基本覆盖半导体芯片110的整个顶表面110a，互连件165可以基本占据整个间隔区80。在本发明构思的一些示例性实施例中，当从平面图观察时，互连件165可以仅占据间隔区80的一部分(例如，中心部分)。在本发明构思的一些示例性实施例中，当从平面图观察时，多个互连件165可以占据间隔区80的一部分(例如，见图1D)或基本占据整个间隔区80。再分布线130可以包括在互连件165中。

参照图1E，当柔性绝缘层120围绕再分布线130时，互连件165可以在半导体芯片110之间自由地弯曲。在本发明构思的一些示例性实施例中，通过互连件165的自由弯曲，半导体芯片110中的一个可以距另一个半导体芯片110变得更近或更远(A)。

在本发明构思的一些示例性实施例中，半导体芯片110中的一个可以通过互连件165的自由弯曲来上升到比另一个半导体芯片110高的水平(B)或半导体芯片110中的一个可以通过互连件165的自由弯曲来下降到比另一个半导体芯片110低的水平(C)。在本发明构思的一些示例性实施例中，至少一个半导体芯片110可以通过互连件165的自由弯曲来扭曲(D)。

半导体芯片110的运动不限于A到D的运动，而是可以各种修改。例如，在距另一个半导体芯片110变得更近的同时，半导体芯片110中的一个可以扭曲或上升。因此，由于半导体装置10包括可以自由地弯曲的互连件165，所以半导体装置10可以包括在例如可穿戴装置中。

互连件165与半导体芯片110相邻的部分可以设置在半导体芯片110面向间隔区80的侧壁110ca上。例如，互连件165的边缘可以粘附于半导体芯片110的侧壁110ca，互连件165的中心部分可以自由地弯曲。

根据本发明构思的一个或更多个示例性实施例，互连件165可以不设置在半导体芯片110的侧壁110ca上(例如，见图1F)。因此，基本上整个互连件165可以自由地弯曲。

图2A和图2B是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的剖视图。

参照图2A，半导体装置10还可以包括设置在每个半导体芯片110上的成型层170。成型层170可以设置在半导体芯片110的底表面110b上。成型层170可以覆盖半导体芯片110不面向间隔区80的侧壁110cb。设置在相邻的半导体芯片110上的成型层170不需要彼此连接，因此成型层170不必影响半导体芯片110的运动。互连件165可以设置在半导体芯片110的侧壁110ca上。互连件165比成型层170柔软或有弹性。

参照图2B，半导体装置20可以包括边缘20e。边缘20e可以是可自由弯曲的边缘。半导体装置20可以包括半导体芯片110和再分布层160。半导体芯片110可以具有顶表面110a和底表面110b，再分布层160可以设置在半导体芯片110的顶表面110a上。半导体芯片110的顶表面110a可以是有效表面，半导体芯片110的底表面110b可以是非有效表面。再分布层160可以包括再分布线130和围绕再分布线130的柔性绝缘层120(例如，有机层120)。

再分布层160的有机层120可以设置在半导体芯片110的侧壁110c上。半导体装置20的边缘20e可以自由地弯曲。例如，半导体装置20的边缘20e可以上升(B)、下降(C)和/或扭曲(D)。

图3A至图3G是示出根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的制造方法的剖视图。

参照图3A，可以在支撑板90上设置多个半导体芯片110。半导体芯片110可以通过设置在相邻半导体芯片110之间的间隔区80来彼此分隔开。支撑板90可以包括硅片或玻璃基底。半导体芯片110可以具有顶表面110a和底表面110b。半导体芯片110可以包括存储器芯片、逻辑芯片或它们的组合。例如，半导体芯片110可以具有系统级封装件(SiP)或系统芯片(SoC)构造。

半导体芯片110的顶表面110a可以是在其上设置有一个或更多个键合焊盘112和电连接到键合焊盘112的电路层111的有效表面。半导体芯片110的底表面110b可以是非有效表面。支撑盘90可以与半导体芯片110的底表面110b接触。

参照图3B，可以在半导体芯片110的顶表面110a上设置下绝缘层122。下绝缘层122可以设置在被间隔区80暴露的支撑板90上。下绝缘层122可以包括暴露键合焊盘112的开口122a。例如，下绝缘层122可以通过涂层工艺或沉积工艺形成，开口122a可以通过蚀刻工艺的方法形成在下绝缘层122中。

下绝缘层122可以包括比半导体芯片110柔软的有机层(例如，聚酰亚胺)或可以包括半导体芯片110的主要成分(例如，硅)。然而，本发明构思的示例性实施例不限于此。例如，有机层不局限于聚酰亚胺。在本发明构思的一些示例性实施例中，有机层可以包括比半导体芯片110的主要成分柔软的其它绝缘材料。例如，有机层可以包括诸如聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯苯酚(PVP)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的聚合物。

参照图3C，再分布线130可以电连接到键合焊盘112。在本发明构思的一些示例性实施例中，可以沉积金属(例如，铜或铝)，可以选择性地蚀刻沉积的金属以形成再分布线130。再分布线130可以通过下绝缘层122的开口122a电连接到键合焊盘112。在间隔区80中的一条或更多条再分布线130可以将半导体芯片110彼此电连接。

参照图3D，可以在下绝缘层122和再分布线130上设置上绝缘层124。上绝缘层124可以包括使用例如蚀刻工艺形成的开口124a。上绝缘层124的开口124a可以暴露再分布线130的部分。上绝缘层124可以包括与下绝缘层122相同或相似的有机层。下绝缘层122和上绝缘层124可以包括在围绕再分布线130的柔性绝缘层120中。因此，再分布层160可以包括再分布线130、下绝缘层122和上绝缘层124。再分布层160可以包括再分布线130和围绕再分布线130的柔性绝缘层120。

参照图3E，可以通过沉积导电材料(例如，金属)和蚀刻沉积的导电材料来形成电连接到再分布线130的球置焊盘140。球置焊盘140可以通过上绝缘层124的开口124a电连接到再分布线130。

参照图3F，外部端子150可以电连接到球置焊盘140。例如，可以沉积焊料，并对沉积的焊料执行回流工艺以形成连接到球置焊盘140的外部端子150(例如，焊料球)。可以从半导体芯片110分离支撑板90，因此可以形成包括将半导体芯片110彼此电连接的柔性互连件165的半导体装置10。互连件165可以设置在或可以不设置在半导体芯片110的面向间隔区80的侧壁110ca上。外部端子150不需要形成在互连件165上。

参照图3G，可以在半导体芯片110上设置成型层170。成型层170可以设置在半导体芯片110的底表面110b上。在本发明构思的一些示例性实施例中，成型层170可以设置在半导体芯片110的不面向间隔区80的侧壁110cb上。在本发明构思的一些示例性实施例中，成型层170可以分别地覆盖半导体芯片110的一个或更多个表面但是可以彼此间不连接。

图4A至图4D是示出根据本发明构思的示例性实施例的半导体装置的制造方法的剖视图。

参照图4A，可以在支撑板90上设置半导体芯片110。支撑板90可以包括填充半导体芯片110之间的间隔区80的突起95。在本发明构思的一些示例性实施例中，突起95的顶表面95a可以与半导体芯片110的顶表面110a基本共平面。在本发明构思的一些示例性实施例中，突起95的顶表面95a可以设置在比半导体芯片110的顶表面110a高或低的水平上。

参照图4B，使用与参照图3B至图3E描述的工艺基本相同或相似的工艺，可以在半导体芯片110的顶表面110a上形成再分布层160和外部端子150。再分布层160可以包括围绕再分布线130的柔性绝缘层120。外部端子150可以通过球置焊盘140电连接到再分布线130。

参照图4C，可以从半导体芯片110分离支撑板90，因此可以形成包括将半导体芯片110彼此电连接的柔性互连件165的半导体装置10。互连件165不需要粘附于半导体芯片110的侧壁110ca。

参照图4D，成型层170可以覆盖半导体芯片110的底表面110b。成型层170可以覆盖半导体芯片110的不面向间隔区80的侧壁110cb。

图5A至图5C是示出了根据本发明构思的一些示例性实施例的半导体装置的制造方法的剖视图。

参照图5A，可以在支撑板90上设置半导体芯片110，在半导体芯片110的顶表面110a上设置比半导体芯片110柔软的材料(例如，诸如聚酰亚胺的有机层)以形成下绝缘层122。下绝缘层122可以包括暴露键合焊盘112的开口122a。在本发明构思的一些示例性实施例中，下绝缘层122可以设置在半导体芯片110的侧壁110c上。

参照图5B，可以在下绝缘层122上设置再分布线130，并再分布线130可以电连接到键合焊盘112。覆盖再分布线130的上绝缘层124可以包括与下绝缘层122相同或相似的材料。因此，可以形成再分布层160以使柔性绝缘层120可以围绕再分布线130。对上绝缘层124选择性地执行蚀刻工艺以形成暴露部分再分布线130的开口124a。球置焊盘140可以通过上绝缘层124的开口124a电连接到再分布线130。

参照图5C，外部端子150可以电连接到球置焊盘140。可以从半导体芯片110分离支撑板90，因此可以形成包括可弯曲的并且柔性的边缘20e的半导体装置20。

根据本发明构思的示例性实施例，包括在半导体装置中的半导体芯片可以通过可自由弯曲的柔性互连件来彼此电连接，因此可以在非平坦的表面上共形地设置半导体装置。因此，根据本发明构思的示例性实施例的半导体装置可以包括在可穿戴装置中并且可以用于反复弯曲的环境中。

尽管通过参照本发明构思的示例性实施例，已经具体地展示和描述了本发明构思，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离本发明构思的精神和范围的情况下，可以做出形式上和细节上的各种改变。