半导体装置的制作方法

本发明大体上涉及半导体装置及方法。

背景技术：

集成电路(ic)可为半导体材料(例如，硅)的一个小平片(“芯片”)上的一组电子电路。ic可包含集成到小芯片中的较大数目个微型晶体管，从而获得可比由离散电子组件构成的电路小且快的电路。与在从晶片切割个别单元之后将其组装于封装中的工艺相比，可在晶片级封装ic。在ic最终形式中，ic可为具有按与电路板组装工艺兼容的输入/输出(i/o)间距附接的凸块或焊球的阵列图案的裸片。

半导体裸片组合件可包含多个存储器裸片，且与多个存储器裸片相关联的衬底可为有机或无机衬底。半导体裸片组合件可用于各种电子应用中，例如个人计算机、蜂窝式电话、数码相机及其它半导体装置。半导体装置可包含经由多个导电结构(例如，金属、导线、导电线、焊料凸块等)耦合到衬底的至少一个半导体裸片。多个导电结构可在帮助半导体裸片连接到衬底的再分布层内。再分布层可暴露到来自半导体装置外部的条件，这可在组装过程期间及/或使用期间导致界面脱层、引起破裂的机械应力、水分影响及其它问题。半导体裸片可包含功能构件，例如存储器单元、处理器电路、成像器组件及互连电路。

附图说明

图1a是根据本发明的数个实施例的半导体装置的实例。

图1b是根据本发明的数个实施例的半导体装置的部分的实例。

图2a是根据本发明的数个实施例的半导体装置的实例。

图2b是根据本发明的数个实施例的半导体装置的部分的实例。

图3a到3h是根据本发明的数个实施例的形成半导体装置的方法的实例。

图4a到4h是根据本发明的数个实施例的形成半导体装置的方法的实例。

具体实施方式

一种半导体装置可包含半导体裸片、再分布层(rdl)及囊封剂。rdl层可形成于半导体裸片的第一表面上且围封所述第一表面。囊封剂可围封半导体裸片的第二表面及侧表面。囊封剂可围封rdl的侧部。

一种用于形成半导体装置的工艺可导致附接到再分布层(rdl)的裸片。在至少一个实施例中，rdl可为可直接制造于半导体裸片上或建置于载体上的组合层。接着，可将rdl转移到裸片而非使用预形成衬底。裸片可围封于包围裸片的囊封剂(例如，有机材料层、环氧树脂模塑料(emc)等)中。数个互连结构(例如，互连结构、铜柱凸块、金凸块等)及/或额外连接组件可耦合到rdl且用于将半导体装置电连接到数个其它半导体装置及/或半导体装置的其它组件。互连结构可用于将裸片上的电路连接到封装芯片上的引脚。互连结构可为电镀结构。例如，可使用铜、镍、锡银、银、废金属或另一金属(包含所列金属的合金)的电解沉积形成涂层以形成互连结构及/或柱凸块。

在一些先前做法中，rdl的边缘可暴露(例如，未围封于囊封剂内)到来自半导体装置外部的条件，这可在组装过程期间及/或使用期间导致界面脱层、引起破裂的机械应力及水分影响及其它问题。如下文进一步描述，在至少一个实施例中，rdl的边缘可围封于囊封剂(例如，有机材料层、emc)层内。通过将rdl层的边缘围封于囊封剂(例如，有机材料层、emc层)内，rdl可受到保护以防形成过程期间及/或使用期间的各种不利条件。

在至少一个实施例中，可在耦合到rdl层的数个互连结构(例如，焊球)之间形成囊封剂。例如，第一互连结构与第二互连结构之间的囊封剂可沿着第一互连结构及第二互连结构中的每一者的互连结构的至少部分且沿着rdl在其之间的空间中形成。互连结构之间的囊封剂可保护互连结构的接头以防故障(例如，在半导体装置的测试期间)。

在一些先前做法中，在扇出晶片级封装工艺(fowlp)期间，附接到rdl的互连结构(例如，焊球)可直接耦合到印刷电路板(pcb)。这可引起在板级测试期间产生的热机械应力。由于封装与pcb之间的硬度差异，可在坠落测试期间发生接头故障，且可由于封装与pcb之间的热膨胀系数(cte)差异而发生焊料接头故障。在下文描述的至少一个实施例中，通过用囊封剂填充互连结构之间的空间，可最小化cte差异的影响且减小热机械应力。

半导体装置可包含数个制造物品，包含例如集成电路(ic)裸片、成像器裸片、传感器裸片及/或具有其它半导体构件的裸片。虽然图1a到4h中说明半导体装置的数个实例，但实例不限于此。可以数种方式更改及/或修改组件及/或半导体构件。

在本发明的以下详细描述中，参考形成本发明的部分且其中通过说明展示可如何实践本发明的一或多个实施例的附图。充分详细描述这些实施例以使所属领域的一般技术人员能够实践本发明的实施例，且应理解，可在不脱离本发明的范围的情况下利用其它实施例且可做出过程、电及/或结构改变。

本文中的图遵循编号惯例，其中首位数字或前几位数字对应于图式图号且其余数字识别图式中的元件或组件。可通过使用类似数字识别不同图之间的类似元件或组件。例如，114可指代图1a中的元件“14”，且类似元件可在图2a中指代为214。而且，如本文中使用，“数个”特定元件及/或构件可指代此类元件及/或构件中的一或多者。

图1a是根据本发明的数个实施例的半导体装置101的实例。半导体装置101可包含存储器芯片110。存储器芯片110可为例如包含半导体材料的单个平片上的一组电子电路的集成电路。半导体材料可为硅、玻璃或其它材料。

半导体装置101可包含再分布层112，其是电介质。再分布层(rdl)112指代存储器芯片110上的额外金属层，其与额外半导体装置(例如额外位置中的集成电路)进行输入/输出接触。rdl112可为存储器芯片110上的额外布线层，其使存储器芯片110能够从存储器芯片110上的不同位置向外接合，从而使芯片对芯片接合更容易。rdl112的布线118可电耦合到额外电接触件(例如互连结构120-5，如说明)。

半导体装置101可包含围封(例如，包围、覆盖等)存储器芯片110的囊封剂(例如，有机材料层、环氧树脂模塑料(emc))114。囊封剂114的第一侧部116-1可围封rdl112的第一边缘，且囊封剂114的第二侧部116-2可围封rdl112的第二边缘。由于囊封剂114包含高机械强度及高生产率的性质，囊封剂114可用于囊封半导体装置101的部分。囊封剂114是固态环氧树脂聚合物，其经加热到液体且接着可注射于电路上方以保护电路。通过用第一侧部116-1及第二侧部116-2覆盖rdl112，rdl112的边缘受到这些性质保护且可避免界面脱层、由水分引起的破裂且减小rdl112的边缘上的热机械应力的效应。围封rdl112的边缘的囊封剂114防止经由rdl112的侧壁的水分吸收。

存储器臀110可经由rdl112电耦合到数个互连结构(例如焊球)。如说明，存储器芯片110电耦合到互连结构120-1、120-2、120-3、120-4、120-5，如通过将存储器芯片110电耦合到互连结构120-5的布线118说明。

图1b是根据本发明的数个实施例的半导体装置101的部分的实例。图1b是存储器芯片(例如图1a中说明的存储器芯片110)的仰视图的实例。虽然图1a中说明五(5)个互连结构(例如，焊球)(展示为互连结构120-1到120-5)，但图1b中说明更大数目个互连结构，为易于说明，其中的第一者标记为互连结构120。半导体装置101包含再分布层112及囊封剂(例如，emc)114。如从图1b中的仰视图说明，囊封剂114延伸超出rdl112的边缘以提供对rdl112的边缘的保护。

图2a是根据本发明的数个实施例的半导体装置202的实例。半导体装置202包含由囊封剂(例如，有机材料层、环氧树脂模塑料(emc))214围封的半导体裸片210及再分布层(rdl)212。再分布层(rdl)212指代存储器芯片210上的额外金属层，其与额外半导体装置(例如额外位置中的集成电路)进行输入/输出接触。rdl212可为存储器芯片210上的额外布线层，其使存储器芯片210能够从存储器芯片210的不同位置向外接合，从而使芯片对芯片接合更容易。rdl114可耦合到数个互连结构(例如，焊球)210-1、210-2、210-3、210-4、210-5、210-6、210-7(本文中称为互连结构210)，其经由rdl214及互连结构220将半导体裸片210耦合到印刷电路板(pcb)222。

囊封剂214围封半导体裸片210、rdl212且在互连结构220之间围封。以此方式，围封rdl212的两个边缘以保护rdl212以防热机械应力及由水分引起的界面脱层/破裂。rdl212的下侧上的互连结构220之间的部分由囊封剂214围封且保护rdl212面向pcb222的侧且覆盖焊料接头，这改进板级可靠性(blr)统计。取代底填充(uf)材料，囊封剂214围封rdl212面向pcb222的侧。由于囊封剂214覆盖rdl212面向pcb222的侧，rdl212的翘曲减小。出于说明性目的在图2b中扩展半导体装置202的部分211。

图2b是根据本发明的数个实施例的半导体装置的部分211的实例。半导体装置的部分211包含由囊封剂(例如，有机材料层emc)214围封的半导体芯片210。半导体芯片210耦合到由其侧上的囊封剂214围封的再分布层(rdl)212。囊封剂214包覆rdl212的侧且围封rdl212的下侧直到囊封剂214与互连结构220-7相遇。囊封剂214在rdl212的下侧上的互连结构220-6及220-7之间。以此方式，囊封剂214保护rdl212的侧及下侧且在结构上支撑互连结构220-6、220-7且将其保持在适当位置。

图3a到3h是根据本发明的数个实施例的形成半导体装置的方法的实例。图3a是形成半导体装置的方法的初始步骤的实例，其可包含随后在方法中使半导体裸片210耦合到再分布层。图3b是随后步骤的实例，其可包含在载体衬底326上形成再分布层312。载体衬底326可包含玻璃载体、硅载体及其它材料。

图3c是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含在rdl312上方形成囊封剂(例如，有机材料层、emc层)314，使得囊封剂314围封rdl312的第一侧(说明为rdl312的顶部)及rdl314的侧部315-1及315-2。如图3c中说明，rdl312的边缘可围封于囊封剂314内。通过将rdl312的边缘围封于囊封剂314内，rdl312可受到保护以防界面脱层、引起破裂的机械应力及水分影响。在组装过程期间及/或使用期间，在边缘315-1、315-2处不具有囊封剂314的情况下，界面脱层、引起破裂的机械应力及/或水分影响可沿着rdl312的边缘发生。

图3d是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含从rdl312的侧移除囊封剂314的部分。可通过用激光进行选择性蚀刻而执行部分的移除。部分的移除可沿着rdl312产生可用于插入额外半导体组件(例如，互连结构)的位置。如说明，rdl312附接到载体衬底326。图3e是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含移除载体衬底(例如图3d中的载体衬底326)。图3e说明旋转180度的rdl312及囊封剂314，使得囊封剂314的移除部分面向下，如说明。

图3f是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含将半导体裸片310(例如图3a中描述的半导体裸片310)耦合到rdl312。半导体裸片310可在rdl312的与囊封剂314的移除部分相对的侧上耦合到rdl312。

如图3f中(且也在图3g到3h中)说明，rdl312延伸超出半导体裸片310的侧，这允许扇出晶片级封装(fowlp)工艺中的“扇出”特性，如此实例中使用。fowlp允许较大数目个外部输入/输出(i/o)及系统级封装方法，这是因为外部i/o具有rdl312的较大表面以附接到超出半导体裸片310的边缘。可使用先芯片(chip-first)或后芯片(chip-last)方法执行形成半导体装置的过程。先芯片方法包含将裸片附接到临时或永久材料结构，随后制成将从裸片延伸到bga(球栅阵列)接口的rdl。bga是用于集成电路的一种类型的表面安装封装(芯片载体)。bga封装可用于永久安装装置(例如微处理器)。bga可提供可置于双列直插式或扁平封装上的更多互连引脚。以此方式，良率损失与在安装裸片之后产生rdl相关联，从而使裸片经受潜在损失。

在后工艺中，首先产生rdl且接着安装裸片。在此后芯片过工艺中，可电测试或视觉检验rdl结构的良率损失，借此避免将良好裸片放置于损坏位置上。对于低i/o裸片(其中rdl最小且良率为高)，先芯片工艺可为优选的。对于高值裸片(大i/o)(如在扇出布局中，如说明)，后芯片工艺可为优选的。

图3g是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含形成围封半导体裸片310且与先前形成的囊封剂314-1连接的囊封剂(例如，emc层)314-2。囊封剂314-2可为在囊封剂314-1的第一部分之后形成的囊封剂的第二部分。

图3h是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含将数个互连结构320-1、320-2、320-3、320-4、320-5、320-6、320-7(本文中称为互连结构320)在移除囊封剂314-1的部分的位置处附接到rdl312。以此方式，互连结构320可附接到rdl312及囊封剂314-1的部分，使得互连结构320通过囊封剂314-1保持在适当位置以导致较强焊料接头。互连结构320可具有较强焊料接头而无需将底填充材料添加到互连结构320及rdl312的下侧。

图4a到4h是根据本发明的数个实施例的形成半导体装置的方法的实例。图4a是形成半导体装置的方法的初始步骤的实例，其可包含随后在方法中使半导体裸片410耦合到再分布层。图4b是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含在载体衬底426上形成再分布层412。载体衬底426可包含玻璃载体、硅载体及其它材料。图4c是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含将数个互连结构(例如，焊球)420-1、420-2、420-3、420-4、420-5、420-6、420-7(本文中称为互连结构420)附接到rdl412。

图4d是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含使用注射模制在互连结构420中的每一者之间及rdl412的端部415-1、415-2处形成囊封剂(例如，emc层)414。

图4e是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其替代图4d中描述的随后步骤。替代步骤可包含使用压缩模制(说明为压缩箭头430)(相对于如图4d中描述的注射模制)在互连结构420中的每一者之间及rdl412的端部415-1、415-2处形成emc层414。图4d及4e中说明的步骤中的任一者可用于形成囊封剂414，如说明。如图4d及4e中说明，rdl412的边缘可围封于emc层414内。通过将rdl412的边缘围封于囊封剂层414内，rdl412可受到保护以防界面脱层、引起破裂的机械应力及水分影响。在组装过程期间及/或使用期间，在边缘415-1、415-2处不具有囊封剂414的情况下(或当rdl412边缘不具有囊封剂时)，界面脱层、引起破裂的机械应力及/或水分影响可沿着rdl412的边缘发生。

图4f是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含移除载体衬底(例如图4a到4e中说明的载体衬底426)。图4g是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例。图4g说明旋转180度的rdl412、囊封剂414及互连结构420。图4g中说明的步骤可包含将半导体裸片410(例如图4a中描述的半导体裸片410)耦合到rdl412。半导体裸片410可在rdl412的与互连结构420相对的侧上耦合到rdl412。如图4g中说明，rdl412延伸超出半导体芯片410的侧，这允许扇出晶片级封装(fowlp)工艺中的“扇出”特性，如此实例中使用。fowlp允许较大数目个外部输入/输出(i/o)及系统级封装方法，如上文进一步描述。

图4h是形成半导体装置的方法的随后步骤的实例，其可包含形成围封半导体裸片410且与先前形成的囊封剂414-1连接的囊封剂414-2。囊封剂414-2可为在囊封剂414-1的第一部分之后形成的囊封剂的第二部分。

虽然在本文中已说明及描述特定实施例，但所属领域的一般技术人员将了解，经计算以实现相同结果的布置可替代所展示的特定实施例。本发明希望涵盖本发明的各种实施例的调适或变化。

应理解，已以说明性方式且非限制性方式作出上文描述。所属领域的技术人员在检视上文描述之后将明白在本文中未具体描述的上述实施例的组合及其它实施例。本发明的各种实施例的范围包含其中使用上文结构及方法的其它应用。因此，应参考所附权利要求书连同涵括此类权利要求书的等效物的全部范围确定本发明的各种实施例的范围。

在前述实施方式中，出于简化本发明的目的而将各种特征共同分组于单个实施例中。本发明的此方法不应解释为反映本发明的所揭示实施例必须使用多于每一权利要求中明确叙述的特征的意图。

而是，如所附权利要求书反映，本发明目标在于少于单个所揭示实施例的所有特征。因此，所附权利要求书特此并入具体实施方式中，其中每一权利要求自身独立地作为单独实施例。