半导体装置的制作方法

本申请案参考以下申请案、主张其优先权且主张其权益：2015年12月9日在韩国知识产权局申请且题为“半导体装置及其制造方法(SEMICONDUCTOR DEVICE AND FABRICATING METHOD THEREOF)”的韩国专利申请案第10-2015-0174902号，所述韩国专利申请案的内容在此以引入的方式全部并入本文中。

技术领域

本申请案涉及半导体装置。

背景技术：

目前的半导体装置和用于制造半导体装置的方法不适当，例如，导致过多成本、可靠性降低或封装大小过大。通过比较常规和传统方法与如在本申请案的其余部分中参看图式阐述的本实用新型，此类方法的另外的限制和缺点将对所属领域的技术人员变得显而易见。

技术实现要素：

本实用新型的各种方面提供一种半导体装置。

所述半导体装置，其特征在于，包括：半导体裸片，其包括第一裸片表面和在所述第一裸片表面上的传导垫；第一介电层(DL)，其在所述第一裸片表面上且包括第一介电层开口，所述传导垫通过所述第一介电层开口而暴露；第一再分布层，其包括在所述第一介电层上且在所述第一介电层开口中的第一传导层，其中所述第一传导层通过所述第一介电层开口而电连接到所述传导垫；第二再分布层，其包括在所述第一传导层上的第二传导层；和在所述第二传导层上的抗氧化层。

所述半导体装置，其特征在于，所述第二传导层覆盖全部的所述第一传导层。

所述半导体装置，其特征在于，包括在所述抗氧化层上且包括第二介电层开口的第二介电层，所述第二介电层开口从所述第一介电层开口侧向移位，且所述第二传导层的一部分通过所述第二介电层开口而暴露。

所述半导体装置，其特征在于，所述抗氧化层覆盖全部的所述第二传导层，然排除所述第二传导层的通过所述第二介电层开口而暴露的所述部分。

所述半导体装置，其特征在于，包括在所述第二传导层上且延伸穿过所述第二介电层开口的传导性球。

所述半导体装置，其特征在于，所述抗氧化层覆盖全部的所述第二传导层。

所述半导体装置，其特征在于，所述抗氧化层包括金(Au)。

所述半导体装置，其特征在于，包括在所述抗氧化层上的第二介电层且包括第二介电层开口，所述第二介电层开口从所述第一介电层开口侧向移位，且所述抗氧化层的一部分通过所述第二介电层开口而暴露。

所述半导体装置，其特征在于，所述第一传导层包括铜(Cu)，且所述第二传导层包括：锡(Sn)、银(Ag)、镍(Ni)、钛(Ti)、钛钨合金(TiW)、铝(Al)或铬(Cr)。

所述半导体装置，其特征在于，在所述第二传导层与所述第一传导层之间的界面处形成金属间化合物。

附图说明

图1到5是说明根据本实用新型的实施例的制造半导体装置的方法的横截面图。

图6到10是说明根据本实用新型的另一实施例的半导体装置的制造的方法的横截面图。

图11到15是说明根据本实用新型的再一实施例的半导体装置的制造的方法的横截面图。

图16到19是说明根据本实用新型的再一实施例的半导体装置的制造的方法的横截面图。

图20到24是说明根据本实用新型的再一实施例的半导体装置的制造的方法的横截面图。

具体实施方式

以下论述通过提供实例来呈现本实用新型的各种方面。此类实例是非限制性的，并且因此本实用新型的各种方面的范围应不必受所提供的实例的任何特定特性限制。在以下论述中，短语“举例来说”、“例如”和“示范性”是非限制性的且通常与“借助于实例而非限制”、“例如且不加限制”和类似者同义。

如本文中所使用，“和/或”意指通过“和/或”接合的列表中的项目中的任何一或多者。作为实例，“x和/或y”意指三元素集合{(x),(y),(x,y)}中的任何元素。换句话说，“x和/或y”意指“x和y中的一或两者”。作为另一实例，“x、y和/或z”意指七元素集合{(x),(y),(z),(x,y),(x,z),(y,z),(x,y,z)}中的任何元素。换句话说，“x、y 和/或z”意指“x、y和z中的一或多者”。

本文中所使用的术语仅出于描述特定实例的目的，且并不希望限制本实用新型。如本文中所使用，除非上下文另有清晰指示，否则单数形式也希望包含复数形式。将进一步理解，术语“包括”、“包含”、“具有”和类似者当在本说明书中使用时，指定所陈述特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但是不排除一或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。

应理解，尽管本文中可使用术语第一、第二等来描述各种元件，但这些元件不应受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件与另一元件区分开来。因此，例如，在不脱离本实用新型的教示内容的情况下，下文论述的第一元件、第一组件或第一区段可被称为第二元件、第二组件或第二区段。类似地，例如“上部”、“下部”、“侧部”和类似者的各种空间术语可用于以相对方式将一个元件与另一元件区分开来。然而，应理解，组件可以不同方式定向，例如，在不脱离本实用新型的教示的情况下，半导体装置可以侧向转动使得其“顶”表面水平地朝向且其“侧”表面垂直地朝向。

在图式中，为了清晰起见，可放大层、区域和/或组件的厚度或大小。因此，本实用新型的范围应不受此厚度或大小限制。另外，在图式中，相似参考数字可贯穿论述指相似元件。

此外，还应理解，当元件A被提及为“连接到”或“耦合到”元件B时，元件A可以直接连接到元件B或间接连接到元件B(例如，插入元件C(和/或其它元件)可存在于元件A与元件B之间)。

本实用新型的各种方面涉及一种半导体装置和一种其制造(manufacturing或fabricating)方法，所述半导体装置可通过防止分层出现在形成于半导体裸片的表面(例如，顶表面等)上的再分布层上来增加所述半导体装置的可靠性。

根据近来朝向轻型化、细小和紧凑型产品的趋势，并入到电子产品内的半导体装置常需要具有增加的功能性和减小的大小。为了满足此需求，已提议半导体装置的多种封装技术。

为此目的，近年来，已开发不使用衬底在半导体裸片的顶表面上直接形成布线层且形成传导性球的芯片规模封装(CSP)。由于小型化已实现半导体裸片的大小的减小，因此芯片规模封装逐渐吸引了相当大的注意力。

本实用新型的各种方面提供一种半导体装置和一种其制造方法，所述半导体装置可通过防止分层出现在形成于半导体裸片的表面(例如，顶表面等)上的再分布层上来增加所述半导体装置的可靠性。

根据本实用新型的一方面，提供一种半导体装置，所述半导体装置包含：半导体裸片，其包含在其一个表面上的传导垫；第一再分布层，其形成于所述半导体裸片的所述一个表面上；和第二再分布层，其形成于上所述第一再分布层上且电连接到所述传导垫，其中抗氧化层形成于所述第二再分布层的顶表面上。

所述抗氧化层可从所述第二再分布层的氧化物层形成。所述第二再分布层的材料可与所述第一再分布层的材料不同。所述第二再分布层可由选自由以下各者组成的群组的至少一者制成：锡(Sn)、银(Ag)、镍(Ni)、钛(Ti)、钛钨合金(TiW)、铝(Al)和铬(Cr)(或铬合金)。金属间化合物可形成于所述第二再分布层与所述第一再分布层之间的界面处。所述抗氧化层可为包含金(Au)且形成于所述第二再分布层上的第三再分布层。所述第二再分布层可形成到2μm或更大的厚度。所述第一再分布层可由铜(Cu)制成。

根据本创作的另一方面，提供一种制造半导体装置的方法，所述制造方法包含：在包含传导垫的半导体裸片的一个表面上形成待电连接到所述传导垫的第一再分布层，在所述第一再分布层上形成第二再分布层，和在所述第二再分布层的顶表面上形成抗氧化层，其中所述抗氧化层是通过氧化所述第二再分布层而形成。

所述制造方法可进一步包含在所述抗氧化层上形成介电层，其中所述抗氧化层至少在由所述介电层覆盖的区中覆盖所述第一再分布层。所述抗氧化层可从所述第二再分布层的氧化物层形成。所述第二再分布层可使用选自由以下各者组成的群组的至少一者形成：锡(Sn)、银(Ag)、镍(Ni)、钛(Ti)、钛钨合金(TiW)、铝(Al)和铬(Cr)(或铬合金)。所述第二再分布层可经形成使得金属间化合物形成于所述第一再分布层与所述第二再分布层之间的界面处。所述第二再分布层可形成到2μm或更大的厚度。所述第一再分布层可由铜(Cu)制成。

根据本创作的再一方面，提供一种制造半导体装置的方法，所述制造方法包含：在包含传导垫的半导体裸片的一个表面上形成待电连接到所述传导垫的第一再分布层，在所述第一再分布层上形成第二再分布层，和在所述第二再分布层的顶表面上形成抗氧化层，其中所述抗氧化层包含在所述第二再分布层上的使用单独的金属形成的第三再分布层。

包含金(Au)的所述抗氧化层可形成于所述第二再分布层上。所述第二再分布层可形成到2μm或更大的厚度。所述第二再分布层可经形成使得金属间化合物形成于所述第一再分布层与所述第二再分布层之间的界面处。介电层可形成于所述抗氧化层上，其中通过所述介电层的至少一个区域暴露所述抗氧化层。

如上所述，在根据本实用新型的实施例的半导体装置和其制造方法中，由金属制成的第二再分布层形成于由铜(Cu)制成的第一再分布层上，或具有高密度的氧化物层形成于所述第二再分布层的顶表面上，由此防止所述下面的第一再分布层被氧化且防止分层出现到所述第一再分布层与所述第二再分布层之间的界面。

下文，将参看附图详细地描述本实用新型的各种实施例的实例，使得其可由所属领域的技术人员容易地制造和使用。

现将参看图1到5描述根据本实用新型的实施例的制造半导体装置的方法。

图1到5是说明根据本实用新型的实施例的制造半导体装置(100)的方法的横截面图。

首先，参看图1，根据本实用新型的实施例的半导体装置可首先包含在半导体裸片110的顶表面上形成第一介电层120、第一再分布层130(或传导层)和第二再分布层140(或传导层)。

此处，半导体裸片110可包括与半导体晶片分开的集成电路芯片。此外，半导体裸片110可包含(例如)电路，例如，中央处理单元(CPU)、数字信号处理器(DSP)、网络处理器、功率管理单元、音频处理器、RF电路、无线基带芯片上系统(SoC)处理器、传感器和专用集成电路(ASIC)。半导体裸片110还可(例如)为多个半导体裸片的晶片的部分。

此外，半导体裸片110可通过传导垫111在其一个表面上输入/输出电信号。传导垫111可连接到半导体裸片110的内部图案且可通常由铝(Al)制成，但本实用新型的范围不限于此。此外，半导体裸片110经形成以包围除了通过裸片钝化层112(或介电层)将传导垫111暴露到的区域以外的其余区域。通常由硅(Si)制成的半导体裸片110的一个表面可与除了传导垫111以外的区域绝缘。

第一介电层120经形成以包围半导体裸片110的传导垫111。第一介电层120可通常由选自(但不限于)例如聚酰亚胺(PI)或苯并环丁烯(BCB)、聚苯并恶唑(PBO)和其等效物的聚合物的材料制成。第一介电层120使形成于其上的再分布层130和140与除了半导体裸片110的传导垫111以外的区域电绝缘。

沿着第一介电层120的顶表面形成第一再分布层130。此外，第一再分布层130电连接到暴露到第一介电层120外的半导体裸片110的传导垫111。第一再分布层130可由铜(Cu)(其为具有优异电学性质的金属)形成，但本实用新型的范围不限于此。第一再分布层130可通过无电极电镀或电镀形成，但本实用新型的方面不限于此。根据设计，第一再分布层130可沿着第一介电层120从传导垫111延伸，由此按需要形成图案。因此，设计中的自由度可因第一再分布层130而增加。

第二再分布层140形成于第一再分布层130上。第二再分布层140可通过无电极电镀或电镀形成，但本实用新型的方面不限于此。第二再分布层140可防止氧化物层形成于第一再分布层130上，由此抑制分层。

在实例实施方案中，在形成第一再分布层130时使用的铜(Cu)有可能形成氧化铜(Cu₂O)层。此外，分层易于出现到铜(Cu)与具有大于预定厚度的氧化铜(Cu₂O)层之间的界面。因此，当氧化物层形成于第一再分布层130上时，归因于出现到氧化物层和第一再分布层130的分层，可造成对半导体装置的故障或损坏。

第二再分布层140形成于第一再分布层130上且防止氧化铜(Cu₂O)层形成于第一再分布层130的顶表面上。因此，由于不出现分层，因此可改善半导体装置的可靠性。

为此目的，第二再分布层140可由锡(Sn)制成，但本实用新型的范围不限于此。此外，当第二再分布层140由薄膜形成时，第二再分布层140的锡(Sn)组分可与第一再分布层130的铜(Cu)反应以形成金属间化合物(IMC)，由此形成具有稳定结构的第二再分布层140。

参看图2，用以形成第二再分布层140的金属间化合物能够在第二再分布层140的顶表面上形成非常薄且具有高密度的氧化物层141。因此，氧化物层141可防止氧穿透到第一再分布层130内，由此有效地抑制氧化物层形成于第一再分布层130上。此外，由于氧化物层141具有非常小的厚度，因此其可易于从待在后续工艺中形成传导性球的潜在区域去除。

参看图3，第二介电层150经形成以包围第二再分布层140和氧化物层141。与第一介电层120相似，第二介电层150可通常由选自(但不限于)例如聚酰亚胺(PI)或苯并环丁烯(BCB)、聚苯并恶唑(PBO)和其等效物的聚合物的材料制成。第二介电层150经形成以包围除了将在后续工艺中形成传导性球(或其它互连结构，例如，下一个传导层、传导性导通体等)的潜在区域以外的其余区域。

参看图4，从暴露第二介电层150的区域去除第二再分布层140的氧化物层141。可通过焊剂去除氧化物层141。如果氧化物层141被去除，那么可暴露形成第二再分布层140的锡(Sn)-铜(Cu)金属间化合物(IMC)。

接下来，参看图5，传导性球160(或其它互连结构，例如，金属柱或支柱、传导性凸块等)耦合到暴露到第二介电层150外的第二再分布层140。可使用焊料形成传导性球160，且其可经形成以具有实质上球形形状，如图5中所说明。根据本实用新型的实施例的半导体装置100可通过传导性球160电耦合到外部电路或另一装置。

如上所述，根据本实用新型的实施例的半导体装置100可通过在由铜(Cu)制成的第一再分布层130上形成由锡(Sn)合金制成的第二再分布层140以诱发金属间化合物和在金属间化合物上形成具有高密度的氧化物层141来防止下面的第一再分布层130被氧化，由此防止分层出现。

现将参看图6至10描述根据本实用新型的另一实施例的制造半导体装置的方法。

图6到10为说明根据本实用新型的另一实施例的制造半导体装置的方法的横截面图。相同或类似功能组件由相同参考数字表示，且以下描述将聚焦于目前与其它实施例之间的差异。

参看图6，根据本实用新型的另一实施例的制造半导体装置(200)的方法可首先包含在半导体裸片110的顶表面上形成第一介电层120、第一再分布层130(或传导层)和第二再分布层240(或传导层)。

第二再分布层240(或传导层)可由例如银(Ag)或镍(Ni)的金属制成，但本实用新型的范围不限于此。金属电连接到第一再分布层130且可沿着第一介电层120的顶表面形成。

当第二再分布层240由银(Ag)制成时，在第二再分布层240与待在稍后步骤中形成的传导性球之间展现高耦合力。此外，当第二再分布层240由镍(Ni)制成时，在第二再分布层240与第一介电层120和待在稍后步骤中形成的第二介电层中的每一者之间展现高耦合力。因此，以上列出的材料的使用可增大第二再分布层240与另一层之间的耦合力。

参看图7，氧化物层241可形成于第二再分布层240上。由于氧化物层241非常薄且具有高密度，因此其可防止第一再分布层130被氧化。

参看图8，第二介电层150经形成以包围第二再分布层240和氧化物层241。此外，参看图9，氧化物层241经从由第二介电层150暴露的区域去除。氧化物层241的去除可由焊剂执行，但本实用新型的范围不限于此。接下来，如图10中所说明，传导性球160耦合到暴露的第二再分布层240，由此制造根据本实用新型的另一实施例的半导体装置200。

现将参看图11到15描述根据本实用新型的再一实施例的半导体装置的制造方法。

图11到15为说明根据本实用新型的再一实施例的半导体装置的制造方法的横截面图。

参看图11，根据本实用新型的再一实施例的半导体装置(300)的制造方法可首先包含在半导体裸片110的顶表面上形成第一介电层120、第一再分布层130(或传导层) 和第二再分布层340(或传导层)。

此处，第二再分布层340可由镍(Ni)制成，但本实用新型的范围不限于此。此外，第二再分布层340可经形成以具有相对大的厚度，例如，2μm或更大。第二再分布层340比先前实施例的第二再分布层240厚，且可充当用于稍后待耦合到其的传导性球160的凸块下金属(UBM)。也就是说，第二再分布层340可增大其关于传导性球160的耦合力。如果由镍(Ni)制成的第二再分布层340具有2μm或更大的厚度，那么其可与传导性球160的锡(Sn)组分反应以形成金属间化合物。

此外，第一再分布层130的厚度可由第二再分布层340减小。如果第二再分布层340经形成以具有2μm的厚度，那么第一再分布层130的所需厚度可从9μm减小到3μm。因此，第二再分布层340可减少对于第一再分布层130所需的制造成本和时间。

参看图12，氧化物层341可形成于第二再分布层340上。由于氧化物层341非常薄且具有高密度，因此其可防止第一再分布层130被氧化。

参看图13，第二介电层150经形成以包围第二再分布层340和氧化物层341。此外，参看图14，氧化物层341经从由第二介电层150暴露的区域去除。氧化物层341的去除可由焊剂执行，但本实用新型的范围不限于此。接下来，如图15中所说明，传导性球160耦合到暴露的第二再分布层340。如上所述，第二再分布层340可与传导性球160的锡(Sn)组分反应以形成金属间化合物以达成传导性球160与第二再分布层340之间的稳定耦合，由此制造根据本实用新型的再一实施例的半导体装置300。

下文，将描述根据本实用新型的再一实施例的半导体装置的制造方法。

图16到19为说明根据本实用新型的再一实施例的半导体装置的制造方法的横截面图。

参看图16，根据本实用新型的再一实施例的半导体装置(400)的制造方法可首先包含在半导体裸片110的表面上形成第一介电层120、第一再分布层130和第二再分布层340。

与在先前实施例中相似，第二再分布层340可由镍(Ni)制成。此外，第二再分布层340可经形成以具有相对大的厚度，例如，2μm或更大。

参看图17，第三再分布层440(或传导层)可形成于第二再分布层340上。第三再分布层440具有与第二再分布层340相同的形状且沿着第二再分布层340的顶表面形成。第三再分布层440可通过电镀或无电极电镀形成。第三再分布层440可由金(Au)制成，但本实用新型的范围不限于此。由于无氧化物层从金(Au)形成，因此第三再分布层440可防止第二再分布层340和第一再分布层130被氧化。

因此，与在前述实施例中相似，第二再分布层340和第三再分布层440可防止第一再分布层130被氧化，由此防止分层。

参看图18，第二介电层150经形成以包围第二再分布层340和第三再分布层440。接下来，参看图19，传导性球160耦合到暴露的第三再分布层440，由此制造根据本实用新型的的再一实施例的半导体装置400。

下文，将描述根据本实用新型的再一实施例的半导体装置的制造方法。

图20到24为说明根据本实用新型的再一实施例的半导体装置的制造方法的横截面图。

参看图20，根据本实用新型的再一实施例的半导体装置(500)的制造方法可首先包含在半导体裸片110的顶表面上形成第一介电层120、第一再分布层130和第二再分布层540。

此处，第二再分布层540(或传导层)可具有与第一再分布层130相同的形状且可形成于第一再分布层130的顶表面上。

第二再分布层540可由选自由展现第一介电层120与第二介电层150之间的高耦合力的钛(Ti)、钛钨合金(TiW)、铝(Al)和铬(Cr)(或铬合金)组成的群组的至少一者制成，但本实用新型的范围不限于此。具体言之，可有利地使用钛(Ti)或钛钨合金(TiW)，这归因于其关于稍后待耦合到的传导性球160的高耦合力。

参看图21，氧化物层541可形成于第二再分布层540上。由于氧化物层541非常薄且具有高密度，因此其可防止第一再分布层130被氧化。

参看图22，第二介电层150经形成以包围第二再分布层540和氧化物层541。此外，参看图23，氧化物层541经从由第二介电层150暴露的区域去除。氧化物层541的去除可由焊剂执行，但本实用新型的范围不限于此。接下来，如图24中所说明，传导性球160耦合到暴露的第二再分布层540，由此制造根据本实用新型的另一实施例的半导体装置500。

本文中的论述包含展示电子装置组合件的各种部分及其制造方法的众多说明性图。为了说明清晰性，这些图并未展示每一实例组合件的所有方面。本文中提供的任何实例组合件和/或方法可与本文中提供的任何或全部其它组合件和/或方法共享任何或全部特性。

总之，本实用新型的各种方面提供一种半导体装置和一种制造半导体装置的方法。作为非限制实例，本实用新型的各种方面提供一种半导体封装及其制造方法，所述半导体封装包括包括抗氧化层的信号再分布结构。虽然已经参考某些方面和实例描述了以上内容，但是所属领域的技术人员应理解，在不脱离本实用新型的范围的情况下，可进行各种改变并可用等效物取代。此外，在不脱离本实用新型的范围的情况下，可进行许多修改以使特定情况或材料适应本实用新型的教示。因此，希望本实用新型不限于所揭示的特定实例，而是本实用新型将包含属于所附权利要求书的范围的所有实例。