集成电路封装及其形成方法
【专利摘要】本发明涉及集成电路封装及其形成方法，该方法包括：在晶片的衬底上方形成电连接件；然后形成聚合物层，其中，至少部分电连接件形成在该聚合物层中。执行第一锯切步骤从而在该聚合物层中形成沟槽。第一锯切步骤完成后，执行第二锯切步骤从而将晶片锯切成多个管芯。
【专利说明】集成电路封装及其形成方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及半导体领域，更具体地，涉及集成电路封装及其形成方法。
【背景技术】
[0002]在形成晶片级芯片尺寸封装结构过程中，首先在晶片中的半导体衬底的表面上形 成集成电路器件，如晶体管。然后，在集成电路器件上方形成互连结构。在互连结构上方形 成金属焊盘且该金属焊盘电连接至互连结构。在金属焊盘上方形成钝化层和第一聚酰亚胺 层，且通过钝化层和第一聚酰亚胺层中的开口露出金属焊盘。
[0003]在第一聚酰亚胺层上形成晶种层，然后形成后钝化互连(PPI)线和焊盘。通过在 晶种层上形成和图形化第一光刻胶、电镀第一光刻胶中开口的PPI线和焊盘、以及去除第 一光刻胶，来形成PPI线和焊盘。去除之前被第一光刻胶覆盖的晶种层的部分。然后，在PPI 线和焊盘上方形成第二聚酰亚胺层，然后形成延伸至所述第二聚酰亚胺层中开口的凸块下 金属层(UBM)。该UBM电连接至PPI线和焊盘。然后，在该UBM上形成焊料凸块。
[0004]UBM的形成过程包括:形成UBM晶种层；形成并图形化第二光刻胶；在UBM晶种层 上形成UBM ;去除第二光刻胶；以及去除之前被第二光刻胶覆盖的UBM晶种层的部分。
[0005]在上述讨论的工艺步骤中，因为两个光刻胶先形成后再被去除，两层晶种层先形 成后再被部分去除，所以制造成本很高。因此，采用模塑料代替第二聚酰亚胺层。在形成焊 料凸块之后，再使用该模塑料，这样可以防止因压力而损坏焊料凸块。
【发明内容】
[0006]为解决上述问题，本发明提供了一种方法，包括:在晶片的衬底上方形成电连接 件；模制聚合物层，其中，所述电连接件的至少一部分被模制在所述聚合物层中；执行第一 锯切步骤，以在所述聚合物层中形成沟槽；以及在所述第一锯切步骤后，执行第二锯切步 骤，以将所述晶片锯切成多个管芯。
[0007]其中，在所述第一锯切步骤后，所述沟槽的下方留有所述聚合物层的剩余部分。
[0008]其中，所述聚合物层的剩余部分薄到足以通过所述剩余部分看到所述聚合物层下 面的部件，在所述第二锯切步骤过程中，所述部件用作对准标记。
[0009]其中，在所述第二锯切步骤中形成的锯缝与所述沟槽的中心部分重叠，所述锯缝 的宽度小于所述沟槽的宽度。
[0010]其中，所述沟槽的一部分与所述晶片中的第一芯片和第二芯片之间的划线重叠。
[0011]其中，所述沟槽还与所述第一芯片中的第一密封环的一部分以及所述第二芯片中 的第二密封环的一部分重叠。
[0012]其中，所述沟槽的侧壁是倾斜的，并且所述沟槽的底部基本平坦。
[0013]此外，还提供了一种方法，包括:在晶片的衬底上方形成后钝化互连件(PPI);在 所述PPI的上方形成电连接件且所述电连接件电连接至所述PPI ;在所述PPI上方模制聚 合物层，其中，所述电连接件的下部被模制在所述聚合物层中；执行第一锯切步骤，以在所述聚合物层中形成沟槽，其中，所述沟槽包括所述晶片的第一芯片和第二芯片间的划线中 的一部分；以及在所述第一锯切步骤后，执行第二锯切步骤，以切透所述划线并使所述第一 芯片和所述第二芯片相互分离，其中，在所述第二锯切步骤中形成的锯缝穿过所述沟槽的 中间部分。
[0014]该方法进一步包括:在形成所述PPI的步骤之前，在金属焊盘的上方形成钝化层， 其中，所述金属焊盘进一步位于所述衬底的上方；在所述钝化层中形成第一开口，其中，通 过所述第一开口露出所述金属焊盘的一部分；在所述钝化层上方形成晶种层；在所述晶种 层上方形成掩模，其中，所述掩模包括第二开口，所述第二开口与所述金属焊盘的一部分重 叠；以及执行形成所述PPI的步骤，其中，所述PPI包括位于所述第二开口中的一部分。
[0015]其中，当执行所述第一锯切步骤和所述第二锯切步骤时，所述聚合物层是所述晶 片的顶层。
[0016]其中，在所述第一锯切步骤之前，所述聚合物层下方的密封环不可见，在所述第一 锯切步骤之后，在所述沟槽的下方剩余所述聚合物层的一部分，并且在所述第一锯切步骤 之后，通过所述聚合物层的剩余部分可以看到所述密封环。
[0017]其中，所述沟槽与所述第一芯片中的第一密封环的一部分以及所述第二芯片中的
第二密封环的一部分重叠。
[0018]其中，所述沟槽的侧壁是倾斜的，并且所述沟槽的底部基本平坦。
[0019]其中，在所述第二锯切步骤后，在所述聚合物层和所述第一芯片中形成凹槽环。
[0020]此外，还提供了一种芯片，包括:衬底；电连接件，位于所述衬底上方；聚合物层， 覆盖所述衬底，其中，所述电连接件的下部位于所述聚合物层中；以及凹槽环，包括靠近所 述芯片的边缘的部分，其中，所述聚合物层的一部分延伸到所述凹槽环的下方，并且所述凹 槽环从所述芯片的边缘朝向所述芯片的中心向内延伸。
[0021]该芯片进一步包括:金属焊盘，位于所述衬底的上方；钝化层，位于所述金属焊盘 的上方；附加聚合物层，位于所述钝化层的上方并且覆盖所述聚合物层；以及后钝化互连 件(PPI)，位于所述钝化层的上方，其中，所述PPI延伸至所述附加聚合物层和所述钝化层 中的开口，从而电连接至所述金属焊盘。
[0022]其中，所述聚合物层包括:第一底面，与所述PPI的顶面接触；以及
[0023]第二底面，与所述附加聚合物层的顶面接触。
[0024]其中，所述芯片包括密封环，且所述凹槽环的一部分与所述密封环的一部分重叠。
[0025]其中，通过所述凹槽环下方的所述聚合物层的部分可以看到所述密封环，并且所 述聚合物层中不位于所述凹槽环下方的部分厚到足以不透明。
[0026]其中，所述凹槽环的边缘是倾斜的，并且不垂直于所述衬底的顶面。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]为了更充分地了解实施例及其优点，现将结合附图所进行的以下描述作为参考， 其中，
[0028]图1到图8是根据各种实施例示出了芯片制造和芯片接合过程中的中间阶段的截 面图；
[0029]图9不出了晶片的俯视图；以及[0030]图10示出了锯切晶片而得到的芯片的俯视图。
【具体实施方式】
[0031]下面，详细讨论本发明的实施例的制造和使用。然而，应该理解，本实施例提供了 许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和 使用本发明的具体方式，而不用于限制本发明的范围。
[0032]根据一个实施例，提供了一种封装及其形成方法。根据各种实施例示出制造该封 装的中间阶段。也讨论了该实施例的修改内容。通过各种视图和示例性实施例，相同的参 考数字用于指代相同的元件。
[0033]参见图1，提供晶片100。该晶片100包括多个彼此相同的芯片110，划线112将相 邻的芯片Iio隔开。晶片100包括衬底20，虽然衬底20可以由其他半导体材料(如硅锗、 碳化硅、砷化镓等)构成，但是衬底20也可以是半导体衬底，如硅衬底。包括晶体管的半导 体器件24可以形成在衬底20的表面上。互连结构22形成在衬底20的上方且电连接至半 导体器件24。互连结构22包括形成在其中的金属线和通孔23。金属线和通孔可以由铜或 铜合金制成，也可以采用波形花纹工艺制成。互连结构22包括层间电介质(ILD)和金属间 电介质(IMD)，也可能包括低k介电材料。在备选的实施例中，晶片100是中介层晶片或封 装衬底，并且基本上不受IC器件(包括形成在其中的晶体管、电阻器、电容器、电感器和/ 或其他元件)的影响。
[0034]金属焊盘28形成在互连结构22的上方。金属衬底28可包括铝(Al)、铜(Cu)、银 (Ag)、金(Au)、镍(Ni)、钨(W)、其合金和/或多层金属。金属焊盘28可以通过下面的互连 结构22电连接至半导体器件24。可以形成钝化层30以覆盖金属焊盘28的边缘部分。在 一个示例性实施例中，钝化层30由氧化硅层和位于氧化硅层上方的氮化硅层构成，当然， 也可以使用其他介质材料构成钝化层30。在钝化层30中形成开口。
[0035]每个芯片110包括密封环26，而该密封环26靠近各自的外围区域。应该了解，虽 然只示出了一个密封环26，但是每个芯片110可以包括多个密封环，其中，外密封环环绕内 密封环。参看图9，其示出晶片100的俯视图，每个密封环26可以有四个边缘，且每个边缘 靠近且平行于各芯片110的一个边缘。如图1所示，密封环26包括多个堆叠部分，而该堆 叠部分包括接触插塞26A、金属线26B、金属孔26C、金属线26D等。在一些实施例中，接触插 塞26A可以与衬底20接触。金属线26D位于互连结构22的顶部金属层的上方且形成在钝 化层30中。此外，金属线26D和金属焊盘28同时形成且由相同材料构成。在备选的实施 例中，可以省略金属线26。接触插塞26A、金属线26B、金属通孔26C和金属线26D中的每一 个均可以形成一个完整环。接触插塞26A、金属线26B、金属通孔26C和金属线26D构成的 环相互连接，以使整个密封环26是一个封闭环。
[0036]聚合物层32形成在钝化层30的上方。在一些实施例中，聚合物层32是聚酰亚胺 层，因此以下也称之为聚酰亚胺层32，当然，聚合物层32也可以由其他聚合物构成。该聚酰 亚胺层32延伸进入钝化层30中的开口。金属焊盘28的中心部分没有被聚酰亚胺层32覆
至 Jhl o
[0037]如图2所示，晶种层40是形成在聚酰亚胺层32上方的覆盖层。晶种层40可包含 层40A和层40B。层40A可以是钛层、氮化钛层、钽层、氮化钽层等。层40B的材料可包括铜或铜合金。在一些实施例中，可以采用物理气相沉积法形成晶种层40，当然，也可以使用其 他适用的方法。
[0038]图3示出掩模46的形成。在一些实施例中，掩模46由光刻胶构成，因此在整个说 明书中也可称之为光刻胶46，当然也可以使用干膜等其他材料。通过该掩模46中的开口 48露出部分晶种层40。接着，执行电镀步骤，从而在开口 48中形成后钝化互连件(PPI) 50。 该PPI 50由铜或铜合金构成且可包括PPI线50A和PPI焊盘50B。
[0039]参看图4，形成PPI 50后，去除掩模46。然后，采用蚀刻工艺去除之前被掩模46 覆盖的晶种层40的露出部分，而被PPI 50覆盖的晶种层40的部分则保留。在整个说明书 中，该PPI 50和下层晶种层40的保留部分一起被称为PPI 51。
[0040]图4示出了电连接件52的形成。该电连接件52位于PPI 51的上方且电连接至 PPI 51。在一些实施例中，电连接件52包括焊料凸块，而该焊料凸块在PPI 51的上方(如 PPI焊盘51B上)且被回流。焊料凸块可以包括共熔锡(Sn-Ag)、锡银铜(Sn-Ag-Cu)等，也 可以由不含铅或含铅的材料构成。在一些实施例中，电连接件52也可以包括位于焊料凸块 (如图所示52B)下面的附加金属部分(如图所示52A)，其中，附加金属部分52A可以包括 镍层、钯层，钛层、钽层、其组合和/或其中的多层。通过在PPI 51上形成附加掩模层(未 不出)以及电镀附加掩模层的开口中的金属部分52后,在PPI 51上电镀金属部分52A。然 后去除该附加掩模层。在形成金属部分52A的实施例中，采用电镀和回流工艺形成焊料凸 块 52B。
[0041]下面，如图5所示，在晶片100上应用并固化聚合物层54。该聚合物层54的底面 可能与PPI 51的顶面和/或聚合物层32的顶面接触。该聚合物层54形成后，电连接件52 的顶部位于聚合物层54的顶面54A的上方，而电连接件52的底部则位于聚合物层54之 中。在一些实施例中，聚合物层54包含液态模塑料，之所以被称为液态模塑料，是因为其在 分布时，其粘度比其他模塑料的粘度低。然后将分布后的液态模塑料固化为固态模塑料。采 用模压模制、转印模制或其他工艺形成聚合物层54。
[0042]在图6中，执行第一锯切步骤从而在聚合物层54中形成沟槽56。在一些实施例 中，使用刀片锯切该聚合物层54，从而形成沟槽56。该沟槽56的底部56A高出聚合物层32 的顶面32A。因此，在沟槽56的下面留有聚合物层54的剩余层54’。该剩余层54’的厚度 Tl大约是该聚合物层54厚度T2的1% -40%。虽然厚度Tl可以更大或更小，但是在一些 实施例中，该厚度Tl也可能大约在I ii m至30 ii m的范围内。该厚度Tl可以小到使剩余聚 合物层54’是透明的。因此，通过剩余聚合物层54’和聚合物层32，诸如和金属焊盘28在 同一水平位上的对准标记(未示出)或密封环26，以及沟槽56下面的部件可见。另一方 面，厚度为T2的聚合物54的未锯切部分是不透明的，因此下面的部件不可见。
[0043]在一些实施例中，沟槽56的截面图是倒梯形，其顶宽Wl大于底宽W2。如图所示， 沟槽56的底面56A基本上是平坦的，或者可以是稍倾斜的。如图6所示，该沟槽56的边缘 56B是倾斜的。边缘56B的倾斜角a大约在I度至90度的范围内。备选地，沟槽56的边 缘56B基本垂直于沟槽56的底面56A。
[0044]沟槽56包括划线112中的部分。此外，沟槽56可以延伸至划线112相对一侧的 芯片110中。在一些实施例中，沟槽56与部分密封环26重叠。沟槽56的边缘56B可能与 密封环26重叠或可能在密封环26的内侧(左密封环26的左侧，右密封环26的右侧)。在备选实施例中，沟槽56不与密封环26重叠，而在这些实施例中，虚线56B’示例性地示出了 沟槽56的边缘的位置。
[0045]参看图7，执行管芯切割步骤(第二锯切步骤)从而将晶片100锯切成多个管芯 110，同时，在第二锯切步骤中形成锯缝60。图9示出了晶片100的俯视图，其中，示例性地 示出了划线112、沟槽56、密封环26、锯缝60等的位置。再参看图7，锯缝60在划线112的 内部，该锯缝60的宽度W3比该沟槽56的顶宽Wl和底宽W2小。完成锯切步骤后，由于沟 槽56而在聚合物层54中形成凹槽58，其中，凹槽58从管芯110的边缘向内延伸至各管芯 120的中心位置。此外，图10示出了一个管芯110的俯视图，其示出了在管芯110的四个侧 边上的凹槽58相互连接从而形成一个凹槽环(notch ring)，其中，该凹槽环的边缘56B是 倾斜的。在图10的示例性实施例中，实线表示的边缘56B在密封环26的外侧。在备选实 施例中，边缘56B与密封环26重叠在虚线所示的密封环26的内侧。
[0046]图8示出了管芯110与封装部件200的接合(bonding)，其中，封装零件200可以 是封装衬底(例如，层压焊盘或增层衬底)、印刷电路板(PCB)或其他。在接合过程中，电连 接件52被回流从而将管芯110和封装部件200连接在一起。图8示出了凹槽58。
[0047]在实施例中，执行两次锯切步骤。第一锯切步骤使得靠近芯片110外围的聚合物 层54的部分变薄(如图7所示)，同时与密封环26重叠的聚合物层54的部分也可能变薄。 因为聚合物层的厚度小，所以变薄的聚合物层54至少有一部分是透明的。因此，当执行第 二锯切步骤时，能够看到密封环26和/或聚合物层54下面的其他对准标记。在第二锯切步 骤中，密封环和/或对准标记可用于对齐，因此能够实现更准确的对齐。这样就降低了因不 对齐引起的意外锯切密封环26的几率。此外，因为聚合物层54和衬底20 (可能是硅衬底) 的热膨胀系数严重不符，所以当管芯110与封装零件200接合时，管芯110的边缘会裂开， 甚至可能会扩大到管芯110的中心，从而造成产品率损失。但是在进行第一锯切步骤时，聚 合物层54的体积变小，所以因CTE不符而引起的压力也变小。
[0048]根据实施例，一种方法包括:在晶片的衬底上方形成电连接件；然后模制聚合物 层，其中，至少部分电连接件模制在聚合物层中。执行第一锯切步骤从而在聚合物层中形成 沟槽。完成第一锯切步骤后，执行第二锯切步骤从而将晶片锯切成多个管芯。
[0049]根据其他实施例，一种方法包括:在晶片的衬底上方形成后钝化互连层(PPI);在 该PPI上方形成电连接件且该电连接件电连接至PPI ;以及在该PPI上方模制聚合物层，其 中，电连接件的下部模制在聚合物层中。执行第一锯切步骤从而在聚合物层中形成沟槽，其 中，该沟槽包括晶片的第一芯片和第二芯片之间的划线的一部分。完成第一锯切步骤后，执 行第二锯切步骤从而切透该划线并将第一芯片和第二芯片相互分离，其中，在第二锯切步 骤中形成的锯缝穿过沟槽的中间部分。
[0050]根据其他实施例，芯片包括衬底，位于该衬底上方的电连接件以及该衬底上方的 聚合物层。该电连接件的下部在聚合物层中。凹槽环包括靠近芯片边缘的部分。凹槽环从 芯片的边缘向内延伸至芯片的中心部分。
[0051]尽管已经详细地描述本实施例及其优势，但是应该理解，可以在不背离所附权利 要求限定的本发明主旨和范围的情况下，做各种不同的改变，替换和更改。而且，本申请的 范围并不仅限于本说明书中描述的工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法和步骤的特定实 施例。作为本领域的技术人员应理解，通过本发明，现有的或今后开发的用于执行与根据本发明所采用的所述相应实施例基本相同的功能或获得基本相同结果的工艺、机器、制造，材 料组分、装置、方法或步骤根据本发明可以被使用。因此，所附权利要求应该包括在这样的 工艺、机器、制造、材料组分、装置、方法或步骤的范围内。此外，每个权利要求构成一个单独 的实施例，并且在本公开的范围内结合各种权利要求和实施例。
【权利要求】
1.一种方法，包括:在晶片的衬底上方形成电连接件；模制聚合物层，其中，所述电连接件的至少一部分被模制在所述聚合物层中；执行第一锯切步骤，以在所述聚合物层中形成沟槽；以及在所述第一锯切步骤后，执行第二锯切步骤，以将所述晶片锯切成多个管芯。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第一锯切步骤后，所述沟槽的下方留有所述聚合物层的剩余部分。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述聚合物层的剩余部分薄到足以通过所述剩余部分看到所述聚合物层下面的部件，在所述第二锯切步骤过程中，所述部件用作对准标记。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述第二锯切步骤中形成的锯缝与所述沟槽的中心部分重叠，所述锯缝的宽度小于所述沟槽的宽度。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沟槽的一部分与所述晶片中的第一芯片和第二芯片之间的划线重叠。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述沟槽还与所述第一芯片中的第一密封环的一部分以及所述第二芯片中的第二密封环的一部分重叠。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述沟槽的侧壁是倾斜的，并且所述沟槽的底部基本平坦。
8.一种方法，包括:在晶片的衬底上方形成后钝化互连件(PPI);`在所述PPI的上方形成电连接件且所述电连接件电连接至所述PPI ；在所述PPI上方模制聚合物层，其中，所述电连接件的下部被模制在所述聚合物层中； 执行第一锯切步骤，以在所述聚合物层中形成沟槽，其中，所述沟槽包括所述晶片的第一芯片和第二芯片间的划线中的一部分；以及在所述第一锯切步骤后，执行第二锯切步骤，以切透所述划线并使所述第一芯片和所述第二芯片相互分离，其中，在所述第二锯切步骤中形成的锯缝穿过所述沟槽的中间部分。
9.根据权利要求8所述的方法，进一步包括:在形成所述PPI的步骤之前，在金属焊盘的上方形成钝化层，其中，所述金属焊盘进一步位于所述衬底的上方；在所述钝化层中形成第一开口，其中，通过所述第一开口露出所述金属焊盘的一部分；在所述钝化层上方形成晶种层；在所述晶种层上方形成掩模，其中，所述掩模包括第二开口，所述第二开口与所述金属焊盘的一部分重叠；以及执行形成所述PPI的步骤，其中，所述PPI包括位于所述第二开口中的一部分。
10.一种芯片，包括:衬底；电连接件，位于所述衬底上方；聚合物层，覆盖所述衬底，其中，所述电连接件的下部位于所述聚合物层中；以及凹槽环，包括靠近所述芯片的边缘的部分，其中，所述聚合物层的一部分延伸到所述凹槽环的下方，并且所述凹槽环从所述芯片的边缘朝向所述芯片的中心 向内延伸。
【文档编号】H01L21/78GK103515314SQ201210377778
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2012年10月8日 优先权日:2012年6月21日
【发明者】杜家玮, 郭彦良, 吕文雄, 陈宪伟, 蔡宗甫 申请人:台湾积体电路制造股份有限公司