晶片封装体及其制造方法与流程

本发明是有关一种晶片封装体及一种晶片封装体的制造方法。

背景技术：

在各项电子产品要求多功能且外型尚须轻薄短小的需求之下，各项电子产品所对应的半导体晶片，不仅其尺寸微缩化，当中的布线密度亦随之提升，因此后续在制造半导体晶片封装体的挑战亦渐趋严峻。其中，晶圆级晶片封装是半导体晶片封装方式的一种，指晶圆上所有晶片生产完成后，直接对整片晶圆上所有晶片进行封装制程及测试，完成之后才切割制成单颗晶片封装体的晶片封装方式。

在半导体晶片尺寸微缩化、布线密度提高的情形之下，晶片的绝缘性质是当今晶片封装技术重要的研发方向之一，以防止产生错误的电性连接。近年来，环氧树酯系材料因具有良好的绝缘性质、成本较低与制程简单的特性而广泛用于晶片封装体的绝缘层。然而，环氧树酯系材料具有流动性并易受重力影响而聚集，其将不利于形成均匀的绝缘层，而大幅降低晶片封装体的良率。

技术实现要素：

因此，本发明提供一种晶片封装体与其制备方法，以提升晶片封装体内部线路间的绝缘性。

本发明的一态样提供一种晶片封装体，包含晶片、绝缘层、流动材料绝缘层以及导电层。晶片具有导电垫、侧面以及与相对的第一表面与第二表面，侧面位于第一表面与第二表面之间，导电垫位于第一表面下，并凸出于侧面。 绝缘层覆盖第二表面与侧面，而流动材料绝缘层位于绝缘层下，并具有缺口暴露凸出于侧面的导电垫。导电层位于流动材料绝缘层下，并延伸至缺口中接触导电垫。

根据本发明一或多个实施方式，绝缘层的材质包含氧化物、氮化物、氮氧化物、或其组合。

根据本发明一或多个实施方式，绝缘层的材质包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或其组合。

根据本发明一或多个实施方式，流动材料绝缘层的材质包含环氧树脂。

根据本发明一或多个实施方式，绝缘层的厚度介于0.5至1.5微米之间。

根据本发明一或多个实施方式，流动材料绝缘层在第二表面下的厚度介于20至25微米之间。

根据本发明一或多个实施方式，流动材料绝缘层在侧面下的厚度介于6至10微米之间。

根据本发明一或多个实施方式，晶片封装体还包含：保护层，位于该导电层下，并具有开口暴露导电层；以及外部导电结构，位于开口中，并接触导电层。

根据本发明一或多个实施方式，其中晶片还包含感测区，位于第一表面下。

根据本发明一或多个实施方式，晶片封装体还包含：间隔层，位于第一表面上，且环绕感测区；以及透明基板，位于间隔层上，且覆盖感测区。

本发明的一态样提供一种晶片封装体的制造方法，包含下列步骤。先提供晶圆，晶圆包含导电垫、以及相对的第一表面与第二表面，其中导电垫位于该第一表面下。接着移除部分晶圆，以形成位于第一表面与第二表面之间的侧面，且导电垫凸出于侧面。再形成绝缘层覆盖第二表面与侧面，以及流动材料绝缘层覆盖绝缘层与导电垫。之后形成缺口于流动材料绝缘层中，以 暴露凸出于侧面的导电垫。最后形成导电层于流动材料绝缘层下，且导电层延伸至缺口中接触导电垫。

根据本发明一或多个实施方式，晶圆还包含感测区，位于第一表面下。

根据本发明一或多个实施方式，晶片封装体的制造方法还包含形成间隔层于第一表面上，并环绕感测区。接着形成透明基板于间隔层上，以覆盖感测区。

根据本发明一或多个实施方式，晶片封装体的制造方法还包含：形成保护层于导电层下；以及形成开口于保护层中，以暴露导电层。

根据本发明一或多个实施方式，晶片封装体的制造方法还包含形成外部导电结构于开口中，以接触导电层。

根据本发明一或多个实施方式，晶片封装体的制造方法还包含下列步骤：沿缺口切割保护层、导电层、间隔层与透明基板，以形成晶片封装体。

根据本发明一或多个实施方式，绝缘层以化学气相沉积法形成。

根据本发明一或多个实施方式，流动材料绝缘层以涂布、沉积或印刷的方式形成。

根据本发明一或多个实施方式，绝缘层的材质包含氧化物、氮化物、氮氧化物、或其组合。

根据本发明一或多个实施方式，绝缘层的材质包含氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、或其组合。

根据本发明一或多个实施方式，流动材料绝缘层的材质包含环氧树脂。

附图说明

图1绘示根据本发明部分实施方式的一种晶片封装体的剖面图；

图2绘示根据本发明部分实施方式的晶片封装体的制造方法流程图；以及

图3A-3H绘示图1的晶片封装体在制程各个阶段的剖面图。

其中，附图中符号的简单说明如下：

100：晶片封装体

110：晶片

112：导电垫

114：感测区

115：侧面

116：第一表面

117：第二表面

120：间隔层

130：透明基板

140：绝缘层

150：流动材料绝缘层

152：缺口

160：导电层

170：保护层

172：开口

180：外部导电结构

T1、T2、T3：厚度

210-290：步骤

300：晶圆

310：切割道。

具体实施方式

以下将以图式揭露本发明的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务 上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示。

此外，相对词汇，如“下”或“底部”与“上”或“顶部”，用来描述文中在附图中所示的一元件与另一元件的关系。相对词汇是用来描述装置在附图中所描述之外的不同方位是可以被理解的。例如，如果一附图中的装置被翻转，元件将会被描述原为位于其它元件的“下”侧将被定向为位于其他元件的“上”侧。例示性的词汇“下”，根据附图的特定方位可以包含“下”和“上”两种方位。同样地，如果一附图中的装置被翻转，元件将会被描述原为位于其它元件的“下方”或“之下”将被定向为位于其他元件上的“上方”。例示性的词汇“下方”或“之下”，可以包含“上方”和“上方”两种方位。

图1绘示根据本发明部分实施方式的一种晶片封装体100的剖面图。如图1所示，一晶片封装体100包含一晶片110、一间隔层120、一透明基板130、一绝缘层140、一流动材料绝缘层150、一导电层160、一保护层170与一外部导电结构180。晶片110具有导电垫112与感测区114，以及一侧面115与相对的第一表面116与第二表面117，其中侧面115位于第一表面116与第二表面117之间，并连接第二表面117与导电垫112。导电垫112与感测区114位于第一表面116下，且导电垫112凸出于晶片110的侧面115。在本发明的部分实施例中，感测区114位于两个导电垫112之间，并电性连接至此些导电垫112。在本发明的部分实施方式中，晶片110中具有半导体元件、内层介电层(ILD)、内金属介电层(IMD)、钝化层(passivation layer)与内连金属结构，其中导电垫112可为内连金属结构中的其中一层金属层。

间隔层120位于第一表面116上，并且环绕感测区114。透明基板130位于间隔层120上，并覆盖感测区114。透明基板130可使光线通过，而间隔层120 使透明基板130与感测区114间维持一间距，并与透明基板130共同构成一凹穴，以保护感测区114。借此，当光线通过透明基板130到达感测区114后，可有效率的将入射的光信号转换为数字信号。在本发明的部分实施例中，间隔层120与第一表面116之间还具有一粘着层，以使间隔层120粘着至第一表面116上。

绝缘层140覆盖第二表面117，且延伸覆盖侧面115，而流动材料绝缘层150位于绝缘层140下，并具有一缺口152暴露凸出于侧面115的导电垫112。由于流动材料绝缘层150在未固化前具有流动性，使其易受重力影响而不易控制均匀程度。举例来说，流动材料绝缘层150在侧面115下的厚度T1若过薄，会使得导电层160与晶片110之间的距离过近。此将使得晶片110的绝缘性变差，还有漏电流的疑虑产生。然而，若调控制程使流动材料绝缘层150在侧面115具有足够的厚度T1，此时流动材料绝缘层150在第二表面117下的厚度T2将会相对增加，侧面115的厚度T1可介于例如6-10微米之间。在晶片封装体100进行反复的升降温测试时，过厚的流动材料绝缘层150易因热涨冷缩而崩裂，连带的使导电层160产生断线。在本发明的部分实施例中，流动材料绝缘层150在第二表面117与侧面115之间的转角119处具有最低的厚度T1。

为解决上述的问题，绝缘层140夹设于晶片110与流动材料绝缘层150之间，并具有厚度T3。绝缘层140的材质选用低介电常数(low-k)材料，其结构致密且性质稳定而使晶片110具有良好的绝缘性质。此外，绝缘层140不具流动性，因而能均匀的覆盖第二表面117与侧面115。即使流动材料绝缘层150在侧面115下的厚度T1过薄使得导电层160与晶片110之间的距离过近，绝缘层140仍让晶片110维持良好的绝缘性质，使其不会与导电层160接触而产生错误的电性连接。另一方面，由于不需增加流动材料的使用量，流动材料绝缘层150在第二表面下还维持良好的厚度T2，使导电层160在升降温测试时不会断线。值得注意的是，绝缘层140的厚度T3过低时晶片110的绝缘性质不佳， 而厚度T3过高时又会不利后续形成导电层160。在本发明的部分实施例中，绝缘层140的厚度T3介于0.5至1.5微米之间，较佳为1微米。在本发明的部分实施例中，流动材料绝缘层150在侧面115下的厚度T1介于6至10微米之间，而流动材料绝缘层150在第二表面下的厚度T2介于20至25微米之间。

在本发明的其他部分实施例中，绝缘层140的材质包含氧化物、氮化物、氮氧化物、或其组合，其中氧化物为氧化硅、氮化物为氮化硅、而氮氧化物为氮氧化硅，但不以此为限。在本发明的其他部分实施例中，流动材料绝缘层150的材质包含环氧树脂，例如：感光性环氧树脂。

此外，流动材料绝缘层150还具有一缺口152暴露凸出于侧面115的导电垫112，此缺口152还延伸至间隔层120中。导电层160位于流动材料绝缘层150下，并延伸至缺口152中以接触导电垫160。保护层170位于导电层160下并覆盖导电层160，且保护层170具有一开口172暴露导电层160。外部导电结构180则位于此开口172中，并接触导电层160。借此，外部导电连结180通过导电层160与导电垫112电性连接至感测区114，以将感测区114的信号传送至外部装置，例如：印刷电路板。在本发明的部分实施例中，导电层160的材质包含铝、铜、镍、或任何合适的导电材料，保护层170的材质包含环氧树脂，例如：感光性环氧树脂，而外部导电连结180为焊球、凸块等业界熟知的结构，且形状可以为圆形、椭圆形、方形、长方形，并不用以限制本发明。

请接着参阅图2，图2绘示根据本发明部分实施方式的晶片封装体的制造方法流程图。并同时参阅图3A-3H以进一步理解晶片封装体的制造方法，图3A-3H绘示图1的晶片封装体在制程各个阶段的剖面图。

请先参阅步骤210与图3A，提供一晶圆300，晶圆300包含一导电垫112，以及相对的第一表面116与第二表面117，其中导电垫位于第一表面116下。晶圆300上具有多个晶片区，在后续制程中会切割此些晶片区以形成多个晶片封装体100。在本发明的部分实施例中，晶圆300中具有半导体元件、内层 介电层(ILD)、内金属介电层(IMD)、钝化层(passivation layer)与内连金属结构，其中导电垫112可为内连金属结构的其中一层金属层。在本发明的其他部分实施例中，晶圆300还包含感测区114位于两个导电垫112之间，并电性连接至此些导电垫114。继续参阅步骤220与图3A，形成一间隔层120于第一表面116上，并环绕感测区114，接着形成一透明基板130于间隔层120上，以覆盖感测区114。

请继续参阅步骤230与图3B，移除部分晶圆300，以形成侧面115于第一表面116与第二表面117之间，且导电垫112凸出于侧面115。在此步骤中，可利用微影蚀刻的方式移除部分的晶圆300，以形成一开口118于晶圆300中以暴露导电垫112。更清楚的说，形成开口118使晶圆300具有连接导电垫112与第二表面117的侧面115，而部分的导电垫112凸出于侧面115并暴露于开口118中。

接着请参阅步骤240与图3C，形成绝缘层140覆盖第二表面117与侧面115。在此步骤中，以化学气相沉积法(chemical vapor deposition,CVD)沉积低介电常数材料至第二表面117与侧面115下，以形成绝缘层140。且绝缘层140不受重力影响而具有均匀的厚度T3。在本发明的部分实施例中，绝缘层140的厚度T3介于0.5至1.5微米之间，较佳为1微米。

请继续参阅步骤250与图3D，形成一流动材料绝缘层150覆盖绝缘层140与导电垫112。在此步骤中，以涂布、沉积或印刷的方式形成流动材料绝缘层150于第二表面117下与开口118中，并覆盖暴露于开口118中的间隔层120与导电垫112。值得注意的是，流动材料绝缘层150在未固化前具有流动性，因此覆盖侧面115的流动材料绝缘层150受重力影响而流往开口118的底部，使流动材料绝缘层150在侧面115下的厚度T1小于在第二表面117下的厚度T2。但覆盖侧面115的绝缘层140仍让晶圆300维持良好的绝缘性质。在本发明的部分实施例中，流动材料绝缘层150在第二表面117与侧面115之间的转 角119处具有最低的厚度T1。在本发明的其他部分实施例中，流动材料绝缘层150的材质包含环氧树脂，例如：感光性环氧树脂，因此还需进行曝光以交联固化流动材料绝缘层150。

请继续参阅步骤260与图3E，形成一缺口152于流动材料绝缘层150中，以暴露凸出于侧面115的导电垫112。在此步骤中，使用刀具切除部分的流动材料绝缘层150、部分的导电垫112与部分的间隔层120，以形成缺口152暴露凸出于侧面115的导电垫112。

请接着参阅步骤270与图3F，形成一导电层160于流动材料绝缘层150下，且导电层160延伸至缺口152中接触导电垫112。可利用例如是溅镀、蒸镀、电镀或无电镀的方式来沉积导电材料以形成导电层160。如前所述，虽流动材料绝缘层150在侧面115下的厚度T1过薄，使导电层160与晶片110的侧面115之间距离过近，但绝缘层140仍能提供良好的绝缘性以防止漏电流的产生。此外，因直接使用刀具切割形成暴露导电垫112的缺口152，还节省了使用曝光显影移除流动材料绝缘层150的所需成本。在本发明的部分实施例中，导电层160的材质例如可以采用铝(aluminum)、铜(copper)、镍(nickel)或其他合适的导电材料。

请接着参阅步骤280与图3G，形成一保护层170于导电层160下，并形成开口172于保护层170中以暴露导电层160。可通过刷涂环氧树脂系的材料于导电层160下，以形成保护层170。接着，再图案化保护层170以形成开口172，使部分的导电层160于保护层170的开口172中暴露出来。在本实施例中，此保护层170的材质为感光性环氧树脂，因此可直接以微影蚀刻方式来图案化保护层170以形成开口，而不需使用光阻层即可定义保护层170的图案。在本发明的部分实施例中，保护层170的材质同于流动材料绝缘层150的材质，但并不以此为限。

最后请参阅步骤290，并请参阅图3H，形成一外部导电连结180于开口中， 并沿缺口152切割晶圆300，以形成一晶片封装体。外部导电连结180为焊球、凸块等业界熟知的结构，且形状可以为圆形、椭圆形、方形、长方形，并不用以限制本发明。在形成外部导电连结180后，沿着缺口152中的切割道310切割保护层170、导电层160、间隔层120与透明基板130，以分离晶圆300上个多个晶片区，形成独立的晶片封装体。在本实施例中，切割道310位于缺口152中。

与现有技术相较，本发明的晶片封装体具有绝缘层夹设于晶片与流动绝缘材料层之间。绝缘层使晶片具有良好的绝缘性质，以避免导电层与晶片接触而产生错误的电性连接。此外，本发明不需增加流动材料绝缘层的厚度即能提升晶片的绝缘性质。据此，晶片封装体在进行升降温测试时，不会因过厚的流动材料绝缘层崩裂而连带的使导电层产生断线，而大幅降低晶片封装体的良率与可靠度。另一方面，晶片封装体在切割制程前，以晶圆尺寸(wafer level)的制程制作，因此制作的成本较现有打线制程低。另一方面，在切割制程后的晶片封装体为晶片尺寸封装(CSP)，对于微小化设计有所助益。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。