专利名称：防护装置部件的应力缓冲的制作方法
技术领域：
公开整体涉及半导体装置及其形成方法，以及更特别涉及有效地将施加在精密装 置部件上的应力扩展或分散的应力缓冲结构，从而防护这些部件免于破裂和/或损伤。
背景技术：
半导体装置典型地包括各种装置部件(device feature)。这些部件中的一些也许 实质上是精密的并且当它们暴露于内应力和外应力时易于破裂和损伤。更通常地，对装置 部件的局部损伤导致半导体装置的灾难性失效。因此，如果不能充分防护装置部件免于在 半导体装置的制造、处理和使用过程中出现的各种应力，那么半导体装置的完整性可能严 重受损。常规的半导体封装对灵敏的装置部件提供极少或者不提供额外防护。图1是常规 半导体封装的横截面视图。封装结构包括多个连接垫3和钝化层1，其均形成在衬底10的 面9(即外延层)上。封装还包括钝化层1下方的一个或多个装置部件2。通常由非导电材料例如二氧化硅或氮化硅形成钝化层1。钝化层用于电隔离作用。 它还能将灰尘和湿气保持在外，从而防护装置部件不被腐蚀。然而，钝化层1通常对于防护 装置部件2免于由内应力和外应力所致的持续损伤不是有效的。为了实现对装置部件的更好防护并降低成本，一些制造商利用聚合物涂层8代替 钝化层1，如图2所示。通常由有机材料例如聚酰亚胺或苯并环丁烯(BCB)制备聚合物涂 层8。此有机材料是柔顺的，因此聚合物涂层8可以用作防护装置部件2的应力缓冲层。然 而，在某些环境下，聚合物涂层仍不足以对装置部件提供所需的防护，尤其是直接位于半导 体衬底的表面下方的精密部件。因此，仍然需要一种应力缓冲结构，该结构对于将施加在半导体装置部件上的应 力扩展或分散是有效的，从而防护这些部件免于损伤，其进而改善了半导体装置的完整性。
发明内容
—方面，本公开提供了旨在设置于邻接半导体衬底的面的应力缓冲结构。该结构 包括具有至少第一侧的第一聚合物层，该至少第一侧与形成在半导体衬底上的至少一部 分钝化层接触，半导体衬底在相同面上具有一个或多个连接垫(bond pad)；具有第一侧的 第二聚合物层，该第一侧与第一聚合物层的相对的第二侧接触；金属板，其与第二聚合物层 的相对的第二侧接触，其中金属板具有一个或多个金属层，并与半导体衬底的连接垫在物 理上和电学上隔离。所公开的金属板包括设置在第二聚合物层的第二侧上方的第一金属层。任选地， 金属板包括设置在第一金属层上方的第二金属层，以及设置在第二金属层上方的任选的第另一方面，本公开提供了旨在设置于形成在半导体衬底的面上的聚合物涂层上方 的应力缓冲结构。连同聚合物涂层，半导体衬底在衬底的相同面上具有一个或多个连接垫。此实施方案中的应力缓冲结构包括具有至少第一侧的第一聚合物层，该至少第一侧与至 少一部分聚合物涂层接触；以及金属板，其与第一聚合物层的相对的第二侧接触，其中金属 板具有一个或多个金属层，并与半导体衬底的连接垫在物理上和电学上隔离。所公开的应力缓冲结构在半导体封装上具有应力改善，因为它们将施加在半导体 衬底的精密装置部件上的应力扩展和分散，因而防护这些部件在处理和使用过程中免于损 伤。本公开还提供了具有所公开的应力缓冲结构的半导体封装及其制备方法。
图1示出了依照现有技术的第一实施方案的半导体封装的单独部分的横截面视 图。图2示出了依照现有技术的第二实施方案的半导体封装的单独部分的横截面视 图。图3a_3f示出了依照本公开的某些实施方案的半导体封装的单独部分的横截面 视图，其显示了形成在半导体衬底的钝化层上的应力缓冲结构。图4a_4d示出了依照本公开的某些实施方案的半导体封装的单独部分的横截面 视图，其显示了包括位于金属板上的聚合物防护层的应力缓冲结构，其形成于半导体衬底 的钝化层上。图5a_5c示出了依照本公开的某些实施方案的半导体封装的单独部分的横截面 视图，其显示了形成在半导体衬底的聚合物涂层上的应力缓冲结构。
具体实施方案图3a-3f示出了依照所公开的第一实施方案形成于衬底10上的半导体结构的单 独部分的横截面视图。如这些图所示，在衬底10的表面9上具有多个连接垫3。可以通过 任何常规方法形成连接垫3。它由导电材料制成。最通常地使用Al或Cu。形成在衬底10的面9上的是钝化层1。在图3a_3f中的钝化层1通常由例如二氧 化硅或氮化硅的非导电材料形成。在钝化层1上，存在将每一连接垫3的至少一部分暴露的多个孔。所述孔可以为 任何形状和尺寸。在钝化层1的下方，具有一个或多个装置部件2。在一个实施方案中，装置部件2 是精密的且对应力敏感。典型地，当暴露于应力时装置部件2可以在装置电压、电流或频率 响应中引起偏移，从而导致装置的功能故障。为了防护装置部件2，将所公开的应力缓冲结构设置在邻接半导体衬底10的面9。 应力缓冲结构包括具有与至少一部分钝化层1接触的至少第一侧的第一聚合物层4、具有 与第一聚合物4的相对的第二侧接触的第一侧的第二聚合物层6、以及与第二聚合物层6的 相对的第二侧接触的金属板5，其中金属板5与连接垫3在物理上和电学上隔离。第一聚合物层4具有与至少一部分钝化层1接触的至少第一侧。如图3a、!3b和3c 所示，它能覆盖相当一部分的、包括钝化层1的全部表面，并用作一般性防护。作为替代，如 图3d、;3e和3f所示，第一聚合物层4可仅覆盖一个或多个装置部件2。
第一聚合物层4可以是聚酰亚胺、苯并环丁烯、基于苯并环丁烯的聚合物、聚苯并 碌唑或为本领域技术人员所知的任何柔顺的电介质材料。在单一或多个涂层中，第一聚合 物层4具有从约1到约50微米的厚度。第二聚合物层6具有与第一聚合物层4的相对的第二侧接触的第一侧。在一个实 施方案中，将第二聚合物层6沉积在第一聚合物层4的第二侧的仅一部分上方并与其接触， 该第一聚合物4覆盖装置部件2。通过图3a、北和3c说明了此实施方案。在另一实施方案 中，如图3d、;3e和3f所示，第二聚合物层6包覆第一聚合物层4并延伸至一部分的钝化层 1上。第二聚合物层6可以是聚酰亚胺、苯并环丁烯、基于苯并环丁烯的聚合物、聚苯并 碟唑或为本领域技术人员所知的任何柔顺的电介质材料。在单一或多个涂层中，它具有从 1到约50微米的厚度。第一聚合物层4与第二聚合物层6可以由相同或不同材料制备。当 它们由不同材料制成时，优选以使得第一聚合物层4良好地粘附到第二聚合物层6的方式 选择材料。所公开的金属板5与半导体衬底10的连接垫3在物理上和电学上隔离。将它设 置在第二聚合物层6的相对的第二侧上方并与之接触。在一个实施方案中，将金属板5仅 设置在第二聚合物层6的第二侧的一部分上方。如图北和3e所示，金属板5能以仅覆盖 装置部件2的方式设置。在另一实施方案中，如图3a、3c、3d和3f所示，金属板5包覆至少 一部分的第二聚合物层6并延伸至一部分的第一聚合物层4上。应力缓冲结构的金属板5包括一个或多个金属层。在某些实施方案中，金属板5 包括设置在第二聚合物层6的第二侧上方的第一金属层。金属板可任选地包括设置在第一 金属层上方的第二金属层，以及设置在第二金属层上方的任选的第三金属层。第一金属层通常是Ti、TiW、V或具有对第二聚合物层6和/或第一聚合层4的良 好粘附特性的其它金属或金属合金。第一金属层的厚度可以在从约0. 02至约20微米的范 围内。除了用作粘附层，当具有足够厚度(1到20微米)时，第一金属层还促进了施加在装 置部件2上的应力的扩展和分散。如果第一金属层的厚度对于用作应力扩展体或分散体足够，则第二金属层是任选 的。第二金属层可以是Cu、Al、Ni和其合金或混合物。它具有从约0.2至20微米的厚度。 此金属层促进了施加在装置部件2上的应力的扩展和分散。第三金属层是任选的。如果防护第二金属层免于变色或腐蚀是必要的，或者如果 需要为另一聚合物层准备金属板5的表面所示则可以添加该第三金属层，如图如_4(1。此第 三金属层是具有良好粘附性能且相对惰性的层。它可以是Ti、TiW、V或其它相对惰性的材 料。第三金属层的厚度可以在从0.02至2微米的范围内。所公开的应力缓冲结构可以任选地包括设置在金属板5(图如_4(1)上方的第三聚 合物层7。不特别限制聚合物层7的覆盖区域。在如图如所示的一个实施方案中，聚合物 层7包覆金属板5并延伸至一部分的第一聚合物层4及钝化层1上。在如图4b所示的另 一实施方案中，第三聚合物层7包覆金属板5并延伸到至少一部分的第二聚合物层6、第一 聚合物层4及钝化层1上。在图如所示的又一实施方案中，聚合物层7包覆金属板5并延 伸到至少部分的第二聚合物层6及钝化层1上。在图4d所示的再一实施方案中，聚合物层 7包覆金属板5并延伸至至少一部分的第二聚合物层6上。
第三聚合层7可以由惰性材料例如聚酰亚胺、苯并环丁烯、基于苯并环丁烯的聚 合物、聚苯并噁唑或为本领域技术人员所知的任何再钝化材料制备。在单一或多个涂层中 它具有从1到约50微米的厚度。对于如图2所示的具有形成在衬底上的聚合物涂层的半导体衬底，可以在衬底10 的涂层8上直接构建所公开的应力缓冲结构。如图5a_5c所示，在此实施方案中的应力缓 冲结构包括具有与至少一部分的聚合物涂层8接触的至少第一侧的第一聚合物层4、以及 具有与第一聚合物层4的相对的第二侧接触的多个金属层的金属板5，其中金属板5具有一 个或多个金属层并且与连接垫3在物理上和电学上隔离。该第一聚合层4对应于在所公开的应力缓冲结构的第一实施方案中上述第一聚 合物层4。金属板5与上述的相同。如果需要，此实施方案的应力缓冲结构还可以包括防护金属叠层5的第二聚合物 层。此任选的第二聚合物层对应于在应力缓冲结构的第一实施方案中所描述的第三聚合物层7。所公开的应力缓冲结构可以通过常规方法形成。并不特别限制每一聚合物层的沉 积方法。金属板的每一层可以利用任何常规制备技术，例如溅射、蒸发以及镀覆方法而形 成。所公开的应力缓冲结构对半导体封装具有改善的应力，因为它们将施加在半导体 衬底的精密装置部件上的应力扩展和分散，因而防护了这些结构在半导体封装的制造、处 理和使用过程中免于损伤。
权利要求
1.旨在设置于邻接半导体衬底的面的应力缓冲结构，包括具有至少第一侧的第一聚合物层，该第一侧与形成在所述半导体衬底上的至少一部分 的钝化层接触，所述半导体衬底在所述相同面上具有一个或多个连接垫；具有第一侧的第二聚合物层，该第一侧与所述第一聚合物层的相对的第二侧接触；以及金属板，其与所述第二聚合物层的相对的第二侧接触；其中所述金属板具有一个或多个金属层，并与所述半导体衬底的所述连接垫在物理上 和电学上隔离。
2.如权利要求1所述的应力缓冲结构，其中所述金属板包括设置在所述第二聚合物层 的所述第二侧上方的第一金属层。
3.如权利要求2所述的应力缓冲结构，其中所述金属板包括设置在所述第一金属层上方的第二金属层。
4.如权利要求3所述的应力缓冲结构，其中所述金属板进一步包括设置在所述第二金 属层上方的第三金属层。
5.如权利要求2所述的应力缓冲结构，其中所述第一金属层选自钛、钨、钒和它们的合 金或混合物。
6.如权利要求3所述的应力缓冲结构，其中所述第二金属层选自铜、铝、镍和它们的合 金或混合物。
7.如权利要求4所述的应力缓冲结构，其中所述第三金属层选自钛、钨、钒和它们的合 金或混合物。
8.如权利要求5所述的应力缓冲结构，其中所述第一金属层具有从约0.02至约20微 米的厚度。
9.如权利要求6所述的应力缓冲结构，其中所述第二金属层具有从约0.2至约20微米的厚度。
10.如权利要求7所述的应力缓冲结构，其中所述第三属层具有从约0.02至约2微米的厚度。
11.如权利要求2所述的应力缓冲结构，进一步包括包覆并接触所述金属板的第三聚 合物层。
12.如权利要求1所述的应力缓冲结构，其中所述第一聚合物层选自聚酰亚胺、苯并环 丁烯、基于苯并环丁烯的聚合物和聚苯并碟唑。
13.如权利要求1所述的应力缓冲结构，其中所述第二聚合物层选自聚酰亚胺、苯并环 丁烯、基于苯并环丁烯的聚合物和聚苯并碟唑。
14.如权利要求11所述的应力缓冲结构，其中所述第三聚合物层选自聚酰亚胺、苯并 环丁烯、基于苯并环丁烯的聚合物和聚苯并碟唑。
15.如权利要求12所述的应力缓冲结构，其中所述第一聚合物层具有从约1至约50微 米的厚度。
16.如权利要求13所述的应力缓冲结构，其中所述第二聚合物层具有从约1至50微米的厚度。
17.如权利要求14所述的应力缓冲结构，其中所述第三聚合物层具有从约1至50微米的厚度。
18.如权利要求2所述的应力缓冲结构，其中所述半导体衬底具有至少一个对应力敏 感的部件，并且其中所述第一聚合物层覆盖至少一个所述部件。
19.如权利要求2所述的应力缓冲结构，其中所述第二聚合物层包覆所述第一聚合物 层并延伸至一部分的所述钝化层上。
20.如权利要求2所述的应力缓冲结构，其中所述金属板包覆所述第二聚合物层并延 伸至一部分的所述第一聚合物层上。
21.如权利要求11所述的应力缓冲结构，其中所述第三聚合物层包覆所述金属板并延 伸到至少一部分的所述第一聚合物层及所述钝化层上。
22.如权利要求11所述的应力缓冲结构，其中所述第三聚合物层包覆所述金属板并延 伸到至少一部分的所述第二聚合物层上。
23.如权利要求22所述的应力缓冲结构，其中所述第三聚合物层进一步延伸到至少一 部分的所述钝化层上。
24.如权利要求11所述的应力缓冲结构，其中所述第三聚合物层包覆所述金属板并延 伸到至少一部分的所述第一、第二聚合物层及所述钝化层上。
25.旨在设置于邻接半导体衬底的面的应力缓冲结构，包括具有至少第一侧的第一聚合物层，该第一侧与形成在所述半导体衬底上的聚合物涂层 的至少一部分接触，所述半导体衬底在所述相同面上具有一个或多个连接垫；以及金属板，其与所述第一聚合物层的相对的第二侧接触；其中所述金属板具有一个或多个金属层，并与所述半导体衬底的所述连接垫在物理上 和电学上隔离。
26.如权利要求25所述的应力缓冲结构，其中所述金属板包括设置在所述第一聚合物 层的所述第二侧上方的第一金属层。
27.如权利要求沈所述的应力缓冲结构，其中所述第一金属层具有从约0.02至约20 微米的厚度，并且选自钛、钨、钒和它们的合金或混合物。
28.如权利要求沈所述的应力缓冲结构，其中所述金属板包括设置在所述第一金属层 上方的第二金属层，所述第二金属层具有从约0. 2至20微米的厚度，并且选自铜、铝、镍和 它们的合金或混合物。
29.如权利要求观所述的应力缓冲结构，其中所述金属板包括所述第二金属层上的第
30.如权利要求25所述的应力缓冲结构，其中所述第一聚合物层选自聚酰亚胺、苯并 环丁烯、基于苯并环丁烯的聚合物和聚苯并喊唑。
31.如权利要求25所述的应力缓冲结构，其中所述第一聚合物层具有从约1至50微米 的厚度。
32.如权利要求25所述的应力缓冲结构，其中所述半导体衬底具有至少一个对应力敏 感的部件，并且其中所述第一聚合物层覆盖至少一个所述部件。
33.如权利要求25所述的应力缓冲结构，其中所述金属板包覆所述第一聚合物层并延 伸至一部分的所述聚合物涂层上。
34.如权利要求25所述的应力缓冲结构，进一步包括设置在所述金属板上方的第二聚合物层。
35.如权利要求34所述的应力缓冲结构，其中所述第二聚合物层包覆所述金属板并延 伸到至少一部分的所述第一聚合物层上。
36.如权利要求34所述的应力缓冲结构，其中所述第二聚合物层包覆所述金属板并延 伸到至少一部分的所述第一聚合物层和所述聚合物涂层上。
37.一种半导体封装，包括半导体衬底，其具有形成在衬底的面上的至少一个连接垫和钝化层，所述钝化层具有 将每一所述连接垫的至少一部分暴露的孔；应力缓冲结构，其设置于邻接所述半导体衬底的所述面，其中所述应力缓冲结构包括具有至少第一侧的第一聚合物层，该至少第一侧与所述钝化层的至少一部分接触； 具有第一侧的第二聚合物层，该第一侧与所述第一聚合物层的相对的第二侧接触；和 金属板，其与所述第二聚合物层的相对的第二侧接触；其中所述金属板具有一个或多个金属层，并与所述半导体衬底的所述连接垫在物理上 和电学上隔离。
38.如权利要求37所述的半导体封装，其中所述金属板包括沉积在所述第二聚合物层 的所述第二侧上的第一金属层，其中所述第一金属层具有从约0. 02至20微米的厚度并选 自钛、钨、钒和它们的合金或混合物。
39.如权利要求38所述的半导体封装，其中所述金属板包括形成在所述第一金属层上 的第二金属层；所述第二金属层具有从约0. 2至约20微米的厚度并选自铜、铝、镍和它们的 合金或混合物。
40.如权利要求39所述的半导体封装，其中所述金属板包括形成在所述第二金属层上 的第三金属层，所述第三金属层具有从约0. 02至约2微米的厚度并选自钛、钨、钒和它们的 合金或混合物。
41.如权利要求37所述的半导体封装，其中所述第一和第二聚合物层中的每一个选自 聚酰亚胺、苯并环丁烯、基于苯并环丁烯的聚合物和聚苯并吗唑；并且所述第一和第二聚合 物层中的每一个具有从约1至50微米的厚度。
42.如权利要求37所述的半导体封装，进一步包括设置在所述金属板上方的第三聚合物层。
43.如权利要求37所述的半导体封装，其中所述半导体衬底具有至少一个对应力敏感 的部件，并且其中所述第一聚合物层覆盖至少一个所述部件。
44.一种半导体封装，包括半导体衬底，其具有形成在所述衬底的面上的至少一个连接垫和聚合物涂层，所述聚 合物涂层具有将每一所述连接垫的至少一部分暴露的一组孔；应力缓冲结构，其设置在所述半导体衬底的所述聚合物涂层上，其中所述应力缓冲结 构包括具有至少第一侧的第一聚合物层，该至少第一侧与至少一部分的所述聚合物涂层接 触；和金属板，其与所述第一聚合物层的相对的第二侧接触；其中所述金属板具有一个或多个金属层，并与所述半导体衬底的所述连接垫在物理上 和电学上隔离。
45.如权利要求44所述的半导体封装，其中所述金属板包括沉积在所述第一聚合物 层的所述第二侧上的第一金属层，其中所述第一金属层选自钛、钨、钒和它们的合金或混合 物。
46.如权利要求45所述的半导体封装，其中所述金属板包括设置在所述第一金属层上 方的第二金属层，所述第二金属层选自铜、铝、镍和它们的合金或混合物。
47.如权利要求46所述的半导体封装，其中所述金属板包括沉积在所述第二金属层上 的第三金属层；所述第三金属层选自钛、钨、钒和它们的合金或混合物。
48.如权利要求44所述的半导体封装，进一步包括设置在所述金属板上方的第二聚合 物层。
49.如权利要求48所述的半导体封装，其中所述第一和第二聚合物层中的每一个选自 聚酰亚胺、苯并环丁烯、基于苯并环丁烯的聚合物和聚苯并喊唑；并且所述第一和第二聚合 物层中的每一个具有从约1至50微米的厚度。
50.一种形成半导体封装的方法，包括提供衬底，该衬底具有形成于其上的至少一个连接垫和钝化层，所述钝化层包括将每 一所述连接垫的至少一部分暴露的孔；在所述钝化层上方形成应力缓冲结构，所述应力缓冲结构包括具有至少第一侧的第一聚合物层，该至少第一侧与至少一部分的所述钝化层接触；具有第一侧的第二聚合物层，该第一侧与所述第一聚合物层的相对的第二侧接触；和金属板，其与所述第二聚合物层的相对的第二侧接触；其中所述金属板具有一个或多个金属层，并与所述半导体衬底的所述连接垫在物理上 和电学上隔离。
51.如权利要求50所述的方法，其中所述金属板包括沉积在所述第二聚合物层的所述 第二侧上的第一金属层；其中所述第一金属层选自钛、钨、钒和它们的合金或混合物；并且 其中所述第一金属层具有从约0. 02至约20微米的厚度。
52.如权利要求50所述的方法，其中所述第一和第二聚合物层中的每一个选自聚酰亚 胺、苯并环丁烯、基于苯并环丁烯的聚合物和聚苯碟唑；并且所述第一和第二聚合物层中 的每一个具有从约1至50微米的厚度。
53.如权利要求50所述的方法，其中所述半导体衬底具有至少一个对应力敏感的部 件，并且其中所述第一聚合物层覆盖至少一个所述部件。
54.一种形成半导体封装的方法，包括提供衬底，该衬底具有形成于其上的至少一个连接垫和聚合物涂层，所述聚合物涂层 包括将每一所述连接垫的至少一部分暴露的一组孔；在所述聚合物涂层上方形成应力缓冲结构，所述应力缓冲结构包括具有至少第一侧的第一聚合物层，该至少第一侧与至少一部分的所述聚合物涂层接 触；和与所述第一聚合物层的相对的第二侧接触的金属板；其中所述金属板具有一个或多个金属层，并与所述半导体衬底的所述连接垫在物理上和电学上隔离<
全文摘要
公开了一种防护装置部件的应力缓冲，特别是旨在设置于邻接半导体衬底的面的应力缓冲结构。该应力缓冲结构包括形成在半导体衬底的面上的至少一个聚合物层以及设置在聚合物层上方的多个金属板，其中所述金属板与半导体衬底的连接垫在物理上和电学上隔离。所公开的应力缓冲结构为对应力敏感的半导体零件提供防护。还公开了具有所公开的应力缓冲结构的半导体封装以及制备半导体封装的方法。
文档编号C08L79/04GK102097396SQ20101056968
公开日2011年6月15日 申请日期2010年10月8日 优先权日2009年10月6日
发明者刘颂初, 司徒赛玉, 林美妮, 梁伟南 申请人:宇芯先进技术有限公司