包覆模制芯片规模封装的制作方法

无

背景技术：

尺寸不断降低的电子系统需要更小和更薄的电子组件。例如集成电路的电子组件通常使用较小块的硅晶片。然而，在封装和添加引脚之后，电子组件的最终尺寸变得大得多。焊球越来越多地被用在集成电路的底部上或甚至在离散组件的底部上以替代传统的金属引脚。但是，为了提高系统安全性，半导体组件(例如，集成电路)仍需封装以提供侧壁保护并防止破裂。

技术实现要素：

提供此发明内容是为了以简化形式引入下文在具体实施方式中另外描述的一系列概念。此发明内容并非意图识别所主张的标的物的关键特征或基本特征，也并非意图用于限制所主张的标的物的范畴。

在一个实施例中，公开一种封装半导体装置的方法。所述方法包括：将晶片放置在载体上，使得晶片的背面朝上且正面朝下，且晶片非永久性地附着于载体的表面；执行光刻以标记晶片背面上的待蚀刻的区域；从晶片背面蚀刻经标记的区域，由此形成沟槽，所述沟槽标记晶片上的单独装置的边界；在晶片背面上涂覆保护性涂层，由此用保护性化合物填充晶片的沟槽和整个背面；且在保护性包覆模制固化之后从晶片上剪切单独装置。在一些实施例中，以所列的顺序连续地执行方法步骤。

在另一实施例中，公开一种使用晶片背面上的操作来封装的半导体装置。所述操作包括：将晶片放置在载体上，使得晶片的背面朝上且正面朝下，且晶体非永久性地附着于载体的表面；执行光刻以标记晶片背面上的待蚀刻的区域；从晶片背面蚀刻经标记的区域，由此形成沟槽，所述沟槽标记晶片上的单独装置(包括半导体装置)的边界；在晶片背面上涂覆保护性涂层，由此用保护性化合物填充晶片的沟槽和整个背面；以及从晶片上剪切半导体装置。

在一些实施例中，上文所描述的方法另外包括从载体移除单独装置。载体可为粘性箔或缓冲晶片或其组合。晶片的正面包括焊盘。除焊盘外，晶片的正面被隔离层覆盖。蚀刻包括移除隔离层的部分，使得沟槽的深度与晶片的厚度大体上相同。在一些实施例中，用以标记区域的光刻使用非线性的线来标记边界，且蚀刻导致单独装置在侧壁上具有凹槽。保护性涂层使用具有粘着和合理非脆性(使得在正常操作和使用其围封的装置期间不断裂)特征的非导电材料。在一些实施例中，光刻和蚀刻另外包括标记和蚀刻焊盘下面的区域，且保护性涂层用保护性化合物填充焊盘下面的区域。在一些实施例中，光刻和蚀刻另外包括将单独装置中的每一者分隔成通过分隔沟槽分离的两个或多于两个活性区域，且保护性涂层用保护性化合物填充分隔沟槽。

附图说明

为了可以详细地理解本发明的上述特征的方式，可通过参考实施例来作出上文简要概括的本发明的更特定描述，所述实施例中的一些实施例在附图中得以示出。然而，应注意，附图仅示出本发明的典型实施例，且因此不应被视为限制本发明的范畴，这是因为本发明可准许其它同等有效的实施例。在结合附图阅读此描述之后，所要求的标的物的优点对本领域的技术人员而言将变得显而易见，附图中，相同的附图标号用于指代相同的元件，且其中：

图1a描绘根据本发明的一个或多个实施例的安装在载体的顶部上的晶片的示意图；

图1b描绘根据本发明的一个或多个实施例的示出了焊盘和互连件的晶片的示意图；

图2示出根据本发明的一个或多个实施例的在沟槽形成于晶片背面之后的晶片；

图3为在根据本发明的一个或多个实施例的在沟槽形成之后的晶片背面的部分的平面视图；

图4描绘根据本发明的一个或多个实施例的在模制化合物沉积于晶片背面上之后的晶片；

图5a、图5b、图5c描绘根据本发明的一个或多个实施例的在将模制化合物沉积于晶片背面上之后的从晶片上切出的单独装置；

图6描绘根据本发明的一个或多个实施例的在沟槽形成于晶片背面中之后晶片上装置的侧壁上的凹槽；

图7是根据本发明的一个或多个实施例的示出了侧壁中的凹槽的晶片背面的部分的平面视图；

图8示出根据本发明的一个或多个实施例的晶片上的装置的横截面，其中从焊盘下移除活性材料；

图9示出根据本发明的一个或多个实施例的晶片上的装置的横截面，其中从焊盘下移除活性材料且使用互连件连接焊盘与活性区域；

图10是根据本发明的一个或多个实施例的示出了移除焊盘下的活性材料的晶片背面的部分的平面视图；

图11描绘根据本发明的一个或多个实施例的晶片上的装置，其中活性区域被分离；

图12是根据本发明的一个或多个实施例的示出了分离的活性材料的晶片背面的部分的平面视图；且

图13是根据本发明的一个或多个实施例的示出了隔离区域的装置的平面视图。

应注意图式未按比例绘制。已经省略图式转变之间的中间步骤以免混淆本发明。那些中间步骤(例如，施加光致抗蚀剂)为本领域的技术人员已知的。

具体实施方式

如今建构的系统就其提供的分解特征和计算能力而言比之前小得多。每年越来越多的组件被封装到这些较小产品中。半导体晶片上每单位面积中的组件数目每年也在上升。众所周知，在半导体晶片上形成多个相同装置，并且随后从晶片上剪切这些装置中的每一者并将它们封装到塑料状覆盖层中以保护内部的精密装置。在封装之前添加引脚以为外部电路提供与封装内部的装置连接的方式。封装和引脚大体上增加了装置的整体尺寸。已经研发出用装置底部上的焊球替代引脚的技术。然而，将这些焊球附接到装置的底部会产生问题，因为普通的封装技术不再可用。此外，如果在没有封装的情况下，在系统板上使用装置，那么与侧壁隔离/保护和防止破裂相关的问题会变得显著。此外，由于装置尺寸可能极小，所以需要封装制程必须在从晶片上剪切这些装置之前完成，因为研发可单独地处理所有尺寸的装置而在封装步骤期间不损坏装置的同时提供高产量的特殊机器可为昂贵的。根据以下描述将显而易见，在从晶片上剪切出装置之前将装置封装较为便宜且较为可靠。根据以下描述还将显而易见，可使用用于装置制造的相同技术和制程来实现本文所描述的方法。此外，可同时封装整个晶片上的装置，由此提供高产量并减少整体成本。

通常，如由汤姆施特罗特曼(tomstrothmann)在“包封晶片级封装技术(encapsulatedwaferlevelpacktechnology)(ewlcs)”，ieee2014中所描述的，在晶片级封装制程之前切割晶片。随后将管芯重构成在所述管芯之间具有足够距离的新晶片形式，以允许在最终分割之后保留保护性涂层的薄层。由于在新晶片的重构期间难以处理较小管芯并且难以确保管芯之间的均匀距离，所以这种制程易于产生缺陷。这种先前技术制程还要求不用于标准半导体制造制程的制程步骤(例如，从多个管芯重构新晶片)。此外，因为从晶片的活性侧涂覆保护性涂层，所以先前技术制程需要在涂覆保护性涂层之前保护焊盘。本文中所描述的方法不要求在涂覆较薄保护性涂层之前分割管芯，且由于涂覆保护性涂层的制程是从晶片背面开始执行，所以不需要保护焊盘。

图1a描绘放置在机械稳定载体104的顶部上的晶片100的示意图。载体104可由一堆材料组成，例如粘性箔和缓冲晶片。以活性侧朝下的方式将晶片100放置在载体104上。在一些实施例中，已经通过电路制造制程处理晶片100以在晶片100上制造所期望的电路。应注意，通常在晶片100上重复同一电路或装置的多个复本以在一组制造制程步骤中制作多个此类装置。晶片上的装置的数目可取决于装置在晶片100上占据的面积和晶片100的尺寸。在一些实施例中，处理晶片100以制造所期望类型的离散半导体组件。本文中所描述的方法适用于制造离散组件和集成电路两者。在使用熟知的制程步骤处理晶片100以制造装置之后，基于在晶片100上所制造的装置的电路设计，将焊盘102安装在晶片100上的所期望的位置处。

通常，在晶片100上制造装置之后，通过机械构件将装置从晶片100上切出，并传送单独的装置以供封装。然而，在此处所描述的方法中，延迟从晶片100上切出装置的制程直到使用保护性包覆模制保护每一装置。

焊盘102通常形成于由铝硅合金制成的金属触点上。然而，只要能够向晶片100的表面提供良好的导电性和粘着性，就可使用其它金属或合金。金属触点被保护层(例如，si3n4层或sio2层)覆盖。通过湿式蚀刻或干式蚀刻，穿过保护层暴露孔，使得金属触点至少部分地暴露。随后将例如聚酰胺的化合物的层放置在整个表面上，并通过蚀刻再次暴露金属触点。接着，通常通过溅镀在晶片100上形成金属化物层，所述金属化物层覆盖包括暴露的金属触点的全部整个晶片100。晶种金属化物层通常由钛钨合金(tiw)制成。只要提供与tiw相同或类似的粘着、机械和导电特性，就可使用其它金属或合金。在晶种金属化物层上形成另一金属层。第二金属层通常由金、钯、铜、镍、铝或其组合制成。随后，通过蚀刻来放置厚膜抗蚀剂层，暴露金属触点上方的区域，这在金属触点上留下一孔。接着用具有良好机械和导电属性的金属(例如，铜)填充孔，然后将另一金属(例如，锡(sn))的层放置在所述孔的上方。剥除光致抗蚀剂层，并优选地使用湿式蚀刻制程来蚀刻晶种金属层。

图1b示出穿过各种绝缘层(例如氮化硅层、氧化硅层、聚酰胺或通常用于隔离层的其它材料)的焊盘102和互连件105。焊盘102提供与在晶片100中所制造的电路的电连接。连接点103将焊盘102与活性材料(例如，硅晶片100)中的电路耦合。制造互连件105的制程在此项技术中为熟知的，因此省略了进一步解释。

返回至图1a，在形成焊盘102之后，以背面朝上的方式将晶片100放置在载体104上。应注意，在一般晶片制造技术中，从正面(或被称作正面或活性侧的在其上制造装置的侧面)处理晶片100。在此处所描述的方法中，从背面(其在与活性侧相反的侧面上)处理晶片100。应注意，顶部绝缘/保护层106形成于活性侧上以保护装置。可形成此保护层106作为制造焊盘102的一部分和/或作为制造所期望的电路的一部分，如上所描述。

图2示出在沟槽108形成于晶片背面中之后的晶片100的横截面。在一些实施例中，沟槽108的宽度在50μm至200μm之间。通过光刻和蚀刻制程(通常为等离子蚀刻，但也可采用例如反应性蚀刻、物理蚀刻、湿式蚀刻等其它类型的蚀刻)形成沟槽108。为了执行等离子蚀刻，将用光致抗蚀剂遮蔽的晶片100放入被抽空的处理腔室中。将少量反应性气体引入到处理腔室中。随后，施加电磁场，并通过蚀刻剂气体蚀刻掉晶片100背面上的未由光致抗蚀剂保护的位置。在一些实施例中，还可使用反应性蚀刻。反应性蚀刻是一种组合物理蚀刻和化学蚀刻的技术。反应性蚀刻包含具有化学反应相互作用的受控能量离子轰击。物理蚀刻使用能量粒子以物理地移除材料。带电粒子束用于被称作离子铣削的技术。离子铣削类似于反应性离子蚀刻，但其仅使用离子的运动能量来蚀刻材料。应注意，每装置100a…d示出两个焊盘仅出于说明的目的。实际上，焊盘102的数目将取决于底层装置100a…100d中的电路的类型。

沟槽108完全或大体上跨越晶片100的整个宽度。在一些实施例中，在蚀刻制程期间也可移除沟槽108的底部处的保护层106。沟槽108的位置可为相同的，就如同在处理晶片100之后，通过机械构件剪切装置100a…d一般，如通过图3所描绘，其示出晶片100的背面的一部分的平面视图，所述平面视图示出在沟槽108形成之后的划线道108和剩余硅块100a、100b。在其中沟槽108下的保护层106也被移除的实施例中，图3中示出的白色区域为在沟槽108形成后暴露的载体104的视图。因为晶片100被牢固地放置在载体104上，所以装置100a…d在沟槽108形成之后保持稳定，以移除装置100a…d之间的材料。

如图4中所示，取决于用作模制化合物的材料的类型，晶片100随后在所期望的温度和压力下使用模制化合物来包覆模制120。模制化合物为具有比硅更低的温度阈值的低温聚合物，以使得模制化合物的保护层可在不损坏底层晶片或在晶片100上所制造的装置的温度下形成。模制化合物填充沟槽108并覆盖晶片100的整个背面。随后，通常使用机械剪切构件将单独装置100a…d从晶片100上切出。只要能够剪切每一装置而不损坏被装置100a…d的保护层120所覆盖的侧壁，就可采用其它类型的剪切工具。图5a描绘在从晶片100上剪切之后的装置100a。如所示出，包覆模制120在除焊盘102周围的活性侧之外的所有侧面上覆盖装置100a。在一些实施例中，如图5b中所示，在通过蚀刻的制程形成沟槽108的期间，不移除沟槽108的底部处的隔离层106。此外，如图5c中所示出，在一些实施例中，部分地移除沟槽108的底部处的隔离层106。装置100a的侧面上的包覆模制102的厚度可在20μm至150μm的范围中。在其它实施例中，包覆模制120的厚度可取决于应用的类型和终端用户需求。在一些实施例中，可将包覆模制120以机械方式磨碎，从而将厚度减小至具体应用所需的期望值。

图7描绘另一实施例，其中在晶片100的背面上执行的光刻和蚀刻制程期间，如图2中所描述，在光刻期间使用非线性的线，使得在蚀刻制程之后，每一装置的侧壁为非线性的。图7为示出侧壁中的凹槽的晶片100的背面的部分的平面视图。当形成包覆模制120层且填充沟槽108时，侧壁中的这些凹槽提供较好粘着性，如图4中所解释。

图6描绘另一实施例，其中在晶片100的背面上执行的蚀刻制程期间，如图2中所描述，在蚀刻制程期间产生水平(相对于晶片表面)凹槽，使得每一装置的侧壁为非平面的。当形成包覆模制120层且填充沟槽108时，侧壁中的这些凹槽提供较好粘着性，如图4中所解释。

图8描绘另一实施例中的装置100a，其中在与图2中所描述的相同的光刻和蚀刻制程期间，移除焊盘102下的硅或活性材料。至少在一些实施例中，不移除或仅部分地移除焊盘102下的隔离层106。在一些其它实施例中，移除焊盘102下的隔离层106，并随后由包覆模制化合物层替代。图10示出在光刻和蚀刻制程之后的晶片100的背面的部分的俯视图。如所描绘，通过从焊盘102下蚀刻掉活性材料来形成孔150。应注意，为了不混淆本发明且因为这些制程在此项技术中为所熟知的，所以未描述光刻和蚀刻制程。

从焊盘102下移除活性材料为有益的，因为这样做会消除或至少大大降低焊盘到硅的电容，这在许多应用(例如，超低电容静电放电装置(esd))中是所期望的。图9示出另一实施例中的图8的装置100a。如图9中所示出，焊盘102通过互连件140与活性区域连接。互连件的形成为此项技术中所熟知的，因此省略另外的解释。在形成孔150之后，对晶片100的背面进行包覆模制，如图4中所描述。

在如图11和图12中所描绘的另一实施例中，在沟槽108形成期间，可通过光刻和蚀刻制程从中间切分活性区域，并因此在装置100a的两个部分100a-1和100a-2之间提供电隔离(同样适用于晶片100中的其它装置)。如更早所提到，图式描绘简化结构以提供对本发明的较好理解。例如，实际上，每装置焊盘102的数目可变化且隔离部分的数目可基于底层电路限定而不同。这种隔离在其中装置包括可彼此电干扰或一者可干扰另一者的两个电路组的应用中可为有益的。两个模块可经由互连件160电连接。应注意，也可在这个实施例中采用先前图中所描绘的孔150。图13描绘示出隔离区域的不同图案的另一实施例中的装置100a。在这个实施例中，不蚀刻装置100a的边缘上的活性材料，以提供较高的机械稳定性。应注意，基于底层电路限定的需求的隔离区域的其它图案在本发明的范畴内。

这些实施例中的一些或全部可合并，一些可完全省略，以及可添加额外制程步骤，同时仍实现本文所描述的产物。因此，本文所描述的标的物可以多种不同变化体现，且所有此类变化涵盖在权利要求书的范畴内。

尽管已通过例子的方式和就特定实施例而言描述一个或多个实施例，但应理解一个或多个实施例不限于所公开的实施例。相反地，意图涵盖对本领域的技术人员来说将显而易见的各种修改和类似布置。因此，所附权利要求书的范畴应被赋予最广义的解释，以便涵盖所有此类修改和类似布置。

除非本文中另外指出或明显与内容相矛盾，否则在描述标的物的上下文中(尤其在以上权利要求书的上下文中)使用术语“一(a/an)”和“所述”以及类似指示物应理解为涵盖单数和复数。除非在本文中另外指出，否则本文中对值的范围的叙述仅意图充当单独地提及属于所述范围的每一个单独的值的速记方法，并且每一单独的值被结合到本说明书中，如同在本文中单独地叙述一般。此外，上述描述仅出于说明的目的，而不是出于限制的目的，因为寻求保护的范畴由附属权利要求及其任何等效物来限定。除非另有要求，否则本文所提供的任何和所有例子或示例性语言(例如，“例如”)仅仅意图更好地说明所述标的物，且并不限制所述标的物的范畴。在附属权利要求和书面描述二者中使用术语“基于”和指示产生结果的条件的其它类似短语并不意图排除产生所述结果的其它条件。本说明书中的语言不应理解为将任何未要求的元件指示为是实践所要求的本发明所必需的。

本文中描述了本发明的优选实施例，包括本发明人已知的用于实现所主张的标的物的最佳模式。当然，在阅读上述描述之后，那些优选实施例的变化对于本领域的普通技术人员而言将是显而易见的。本发明人期望本领域的技术人员适时采用此类变化，并且本发明人意图以不同于本文中特定描述的其它方式来实践本发明所主张的标的物。因此，所主张的标的物包括可适用法律所准许的在附属权利要求中叙述的标的物的所有变化和等效物。此外，除非本文另外指出或以其它方式明显与内容相矛盾，否则本发明涵盖上述要素以其所有可能的变化形式的任何组合。