一种半导体封装结构的制作方法

1.本公开大体上涉及半导体封装领域，且更具体来说，涉及一种半导体封装结构。


背景技术：

2.裸片可以经由晶圆切割方法形成。目前的晶圆切割方法通常是使用切片机沿着切割线/切割道切割晶圆，这需要较大/较宽的切割道，例如80μm的切割道。预留较宽的切割道难免影响晶圆表面积的运用效率，且单独的切割机处理程序也将导致较低的裸片分离产量。虽然目前的晶圆可以采用较先进的隐形切割方法，但晶圆仍然需要预留激光处理所需的约40μm的切割线/切割道来进行切割。


技术实现要素：

3.鉴于此，本公开提供了一种半导体封装结构，该半导体封装结构包括具有至少一个线性特征的裸片，裸片的线性特征可以用于分离裸片，因此裸片具有较窄的切割道，从而裸片的制备工艺简单、产量高且成本低。
4.根据本实用新型的一实施例，一种半导体封装结构包括至少一个裸片，其中所述裸片包括：主体，其限定多个线性边缘，所述多个线性边缘形成闭合的多边形形状；以及至少一个线性特征，其沿所述多个线性边缘中的一个线性边缘的至少部分长度延伸。
5.根据本实用新型的又一实施例，所述裸片由具有第一热膨胀系数的半导体材料制成，且其中所述线性特征由具有第二热膨胀系数的材料制成，所述第二热膨胀系数大于所述第一热膨胀系数。
6.根据本实用新型的另一实施例，所述线性特征具有10μm-20μm的宽度。
7.根据本实用新型的另一实施例，所述线性特征由金属材料制成。
8.根据本实用新型的另一实施例，所述线性特征由铜、铝或铅制成。
9.根据本实用新型的另一实施例，所述线性特征横跨所述线性边缘的全部长度。
10.根据本实用新型的另一实施例，所述线性特征不延伸所述裸片的所述主体的全部厚度。
11.根据本实用新型的另一实施例，所述线性特征靠近所述裸片的所述主体的一个面布置。
12.根据本实用新型的另一实施例，所述线性特征布置在具有暴露互连特征的所述主体的正面。
13.根据本实用新型的另一实施例，所述线性特征嵌在所述裸片的有源表面上，并从所述有源表面延伸至所述主体的所述全部厚度的40％-80％的深度。
14.根据本实用新型的另一实施例，所述线性特征从所述有源表面延伸至所述主体的所述全部厚度的50％的深度。
15.根据本实用新型的另一实施例，所述裸片进一步包括与所述正面相对的背面，且其中所述背面具有比所述正面高的表面粗糙度。
16.根据本实用新型的另一实施例，所述裸片进一步包括嵌于所述裸片的所述主体中的至少一个穿硅通孔。
17.根据本实用新型的另一实施例，所述裸片通过引线键合安装到所述半导体封装结构。
18.根据本实用新型的另一实施例，所述裸片通过倒装芯片布置安装到所述半导体封装结构。
19.本实用新型实施例的额外层面及优点将部分地在后续说明中描述、显示、或是经由本实用新型实施例的实施而阐释。
附图说明
20.图1a为根据本实用新型一实施例的半导体封装结构的裸片的剖视示意图。
21.图1b为图1a中的半导体封装结构的裸片的俯视示意图。
22.图2a至图2c示出了制备根据本实用新型一实施例的半导体封装结构的裸片的方法。
23.图3为根据本实用新型一实施例的半导体封装结构的剖视示意图。
24.根据惯例，图示中所说明的各种特征可能并非按比例绘制。因此，为了清晰起见，可任意扩大或减小各种特征的尺寸。图示中所说明的各部件的形状仅为示例性形状，并非限定部件的实际形状。另外，为了清楚起见，可简化图示中所说明的实施方案。因此，图示可能并未说明给定设备或装置的全部组件。最后，可贯穿说明书和图示使用相同参考标号来表示相同特征。
具体实施方式
25.为更好的理解本实用新型的精神，以下结合本实用新型的部分优选实施例对其作进一步说明。
26.以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本揭示内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子系用以简化本揭示内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本揭示内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包括某些实施例其中所述的第一与第二特征彼此直接接触；且也可能包括某些实施例其中还有额外的组件形成于上述第一与第二特征之间，而使得第一与第二特征可能没有直接接触。此外，本揭示内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。
27.在本说明书中，除非经特别指定或限定之外，相对性的用词例如：“中央的”、“纵向的”、“侧向的”、“前方的”、“后方的”、“右方的”、“左方的”、“内部的”、“外部的”、“较低的”、“较高的”、“水平的”、“垂直的”、“高于”、“低于”、“上方的”、“下方的”、“顶部的”、“底部的”以及其衍生性的用词(例如“水平地”、“向下地”、“向上地”等等)应该解释成引用在讨论中所描述或在附图中所描示的方向。这些相对性的用词仅用于描述上的方便，且并不要求将本实用新型以特定的方向建构或操作。
28.以下详细地讨论本实用新型的各种实施方式。尽管讨论了具体的实施，但是应当
理解，这些实施方式仅用于示出的目的。相关领域中的技术人员将认识到，在不偏离本实用新型的精神和保护范围的情况下，可以使用其他部件和配置。本实用新型的实施可不必包含说明书所描述的实施例中的所有部件或步骤，也可根据实际应用而调整各步骤的执行顺序。
29.图1a为根据本实用新型一实施例的半导体封装结构的裸片的剖视示意图。图1b为图1a中的半导体封装结构的裸片的俯视示意图。如图1a和图1b所示，裸片101包括主体120和至少一个线性特征110。主体120限定多个线性边缘(例如图1b中的120-1和120-2)，多个线性边缘形成闭合的多边形形状。线性特征110沿多个线性边缘中的一个线性边缘的至少部分长度延伸。本文中的“线性”特征/边缘并不限定为直线特征/边缘，其也可以表示曲线特征/边缘等。
30.裸片101的主体120可以包括具有第一热膨胀系数的半导体材料，或由具有第一热膨胀系数的半导体材料制成。在一些实施例中，半导体材料可以为硅。
31.主体120可以包括面101a和与面101a相对的面101b。在一些实施例中，面101b具有比面101a高的表面粗糙度。在一些实施例中，面101a为裸片101的正面，面101b为裸片101的背面。在一些实施例中，面101a为裸片101的有源表面。面101a上可以设置有金属层102和暴露的互连特征103。在一些实施例中，互连特征103可以为凸块。在一些实施例中，互连特征103可以包括铜凸块1031和焊料1032。
32.主体120还可以包括至少一个穿硅通孔(tsv)109，tsv 109贯穿主体120的全部厚度，并电连接到金属层102和互连特征103。
33.裸片101的线性特征110可以包括具有第二热膨胀系数的材料，或由具有第二热膨胀系数的材料制成，且第二热膨胀系数大于第一热膨胀系数。由于线性特征110中的材料的热膨胀系数大于主体120中的材料的热膨胀率，因此当裸片101受热时，线性特征110可以产生膨胀力从而帮助裸片101完成裸片分离。即，裸片101可以通过加热晶圆使得线性特征110产生膨胀力完成裸片分离，而不需要经过常规晶圆切割方法切割来分离。在一些实施例中，线性特征110可以包括金属材料，或由金属材料制成。在一些实施例中，线性特征110可以包括铜、铝或铅，或由铜、铝或铅制成。虽然图1a中示出了两个线性特征110，但其不限于此，裸片101可以包括仅一个线性特征110，或者更多个线性特征110。
34.线性特征110以朝向/靠近裸片101的主体120的一个面101a的方式布置。在一些实施例中，线性特征110邻近裸片101的面101a设置。在一些实施例中，线性特征110嵌在裸片101的面101a上，并从面101a沿裸片101的线性边缘延伸。
35.在主体120的垂直方向上，线性特征110的深度可以不延伸至裸片101的主体120的全部厚度。如图1a所示，线性特征110从面101a延伸至深度d1处，d1小于主体120的全部厚度t1。在一些实施例中，线性特征110从面101a延伸至主体120的全部厚度t1的40％-80％的深度，即，d1等于40％-80％的t1。在一些实施例中，线性特征110从面101a延伸至主体120的全部厚度t1的50％的深度，即，d1等于50％的t1。
36.在主体120的水平方向上，线性特征110可以沿主体120的线性边缘的部分长度延伸，或者横跨主体120的线性边缘的全部长度。如图1b所示，线性特征110-1沿主体120的线性边缘120-1的部分长度延伸，而线性特征110-2横跨主体120的另一线性边缘120-2的全部长度。虽然图1b示出了仅线性特征110-2横跨线性边缘120-2的全部长度，但其不限于此，裸
片101上的两个或更多个线性特征110可以横跨相应线性边缘的全部长度。在一些实施例中，裸片101的全部线性特征110横跨相应线性边缘的全部长度。在一些实施例中，裸片101的全部线性特征110沿相应线性边缘的部分长度延伸。
37.线性特征110可以具有一定宽度w1。在一些实施例中，线性特征110可以具有10μm-20μm的宽度w1。
38.裸片101的线性特征110可以图案化的方式定义在裸片的正面、利用干式蚀刻工艺形成伸入裸片正面的浅槽以形成较窄而细致的切割道、再填充高膨胀系数材料至切割道以在随后的薄型化研磨与加温烘烤程序中致使裸片分离。因此裸片101可以具有较窄的切割道、简化的制备工艺和较高的产量，从而使得包括裸片101的半导体封装结构的制备工艺简单且成本较低。
39.图2a至图2c示出了制备根据本实用新型一实施例的半导体封装结构的裸片的方法。
40.如图2a所示，在晶圆201上形成多个切割道2011，并使用具有较大的热膨胀系数的材料210填充切割道2011。然后，在晶圆201的表面201a上形成金属层202和互连特征203。切割道2011可以具有较小的宽度w2(如图2c所示)。在一些实施例中，切割道2011的宽度为10μm-20μm。切割道2011的深度d2(如图2c所示)可以为最终形成的裸片的厚度t2(如图2c所示)的40％-80％。在一些实施例中，切割道2011的深度为最终形成的裸片的厚度的50％。可以使用干法蚀刻来形成切割道2011。材料210可以溅镀或沉积等合适的方式完全填充切割道2011，因此具有与切割道2011相同的宽度和深度。材料210的热膨胀系数大于晶圆201的热膨胀系数。在一些实施例中，材料210可以包括金属材料，或为金属材料。在一些实施例中，材料210可以包括铜、铝或铅，或为铜、铝或铅。在一些实施例中，金属层202和互连特征203不形成或较少地形成在切割道2011中。在一些实施例中，互连特征203可以为凸块。在一些实施例中，互连特征203可以包括铜凸块2031和焊料2032。
41.接着，如图2b所示，实施减薄程序于晶圆201以形成经减薄的晶圆201'。经减薄的晶圆201'的厚度等于最终形成的裸片的厚度。在一些实施例中，可以通过研磨工艺来减薄晶圆201，因此经减薄的晶圆201'的研磨后的表面201b可以具有比表面201a高的表面粗糙度。
42.然后，如图2c所示，将经减薄的晶圆201'附着到安装带200上，并对经减薄的晶圆201'进行烘烤，以使经减薄的晶圆201'在材料210的热膨胀力作用下沿切割道2011发生断裂，从而形成单体化的裸片。图2c中的虚线表示分离后的一个裸片。虽然高的烘烤温度可以获得大的膨胀力，但是用于分离裸片的烘烤温度优选等于或低于焊料熔点。在一些实施例中，烘烤温度低于217℃。由于热膨胀力产生的裂纹一般优先沿晶圆的取向方向传播，因此可以形成较为清晰的线性边缘。即，藉由晶圆本身晶格结构的妥善安排，经膨胀而分离的裸晶断裂面可以呈现高的平整度。在一些实施例中，通过热膨胀力而发生断裂所形成的裸片边缘可以与通过切片机切割形成的裸片边缘相近。在经减薄的晶圆201'断裂后，至少部分材料210保留在裸片的边缘上而形成裸片的线性特征。在一些实施例中，裸片的至少一个边缘上保留有材料210。在一些实施例中，保留在裸片的边缘上的材料210可以沿裸片的边缘的部分长度延伸。在一些实施例中，保留在裸片的边缘上的材料210可以横跨裸片的边缘的全部长度。在许多实际应用中，保留在裸片的边缘上的材料210不会影响裸片的后续的工
艺，因此无需被去除。
43.由于本实用新型的裸片的切割道具有较小的宽度，因此晶圆的用于形成裸片的面积更大，裸片产量更高。另外，本实用新型的裸片利用切割道中的具有较大热膨胀系数的填料而完成裸片分离，因此不需要切片机来执行切割工艺。因此，本实用新型的裸片的制备工艺简单且成本低。本实用新型的裸片及其制备方法尤其适用于小裸片分离。
44.图3为根据本实用新型一实施例的半导体封装结构的剖视示意图。如图3所示，半导体封装结构30包括至少一个裸片(例如301和/或302)，所述裸片为上述根据本实用新型的实施例的裸片。在一些实施例中，裸片(例如，裸片301)可以通过倒装芯片布置安装到半导体封装结构30。在一些实施例中，裸片(例如，裸片302)可以通过引线键合安装到半导体封装结构30。
45.半导体封装结构30可以进一步包括基板300，基板300具有第一表面300a和与第一表面300a相对的第二表面300b。裸片301通过倒装芯片布置安装在基板300的第一表面300a上。裸片301通过互连特征3011电连接到基板300的第一表面300a。裸片301包括线性特征310。裸片301为本实用新型的裸片，在此不再赘述。在一些实施例中，裸片301为控制器裸片。基板300的第二表面300b上可以设置有至少一个电连接件307。在一些实施例中，电连接件307可以为焊球。
46.半导体封装结构30可以进一步包括间隔件304，间隔件304邻近裸片301设置在基板300的第一表面300a上。在一些实施例中，间隔件304通过粘结剂305设置在基板300的第一表面300a上。在一些实施例中，间隔件304为硅间隔件。
47.多个裸片302通过引线键合电连接到基板300的第一表面300a。多个裸片302可以堆叠在裸片301和间隔件304上。裸片302可以通过粘结剂303彼此附着或堆叠在裸片301和间隔件304上。裸片302包括线性特征310'。裸片302为本实用新型的裸片，在此不再赘述。在一些实施例中，裸片302为存储器裸片。
48.半导体封装结构30可以进一步包括模塑材料306，模塑材料306设置在基板300的第一表面300a上并且封装裸片301、裸片302和间隔件304。
49.半导体封装结构30包括至少一个本实用新型的裸片，因此半导体封装结构可以具有简化的制备工艺和低的成本。
50.虽然图3示出了半导体封装结构30中的裸片301和裸片302均为本实用新型的裸片，但其不限于此，裸片301和裸片302中的仅一者可以为本实用新型的裸片。图3中的半导体封装结构30仅为根据本实用新型的半导体封装结构的一实施例，本实用新型的半导体封装结构可以具有任何合适的结构和布置。
51.本实用新型提供了一种半导体封装结构及其制备方法，所述半导体封装结构中的裸片通过利用切割道中填充的热膨胀系数较大的材料而完成裸片分离，因此无需执行切割工艺，并且因较窄的切割道而使得产量增大、成本降低。
52.本实用新型的半导体封装结构至少可以解决因切割道较宽而导致晶圆的有效面积减少等问题，因此可以实现成本节约并简化制备工艺。本公开的半导体封装结构可用于任何合适的装置和设备，例如，高带宽存储器hbm装置等。
53.本说明书中的描述经提供以使所述领域的技术人员能够进行或使用本实用新型。所属领域的技术人员将易于显而易见对本实用新型的各种修改，且本说明书中所定义的一
般原理可应用于其它变化形式而不会脱离本实用新型的精神或范围。因此，本实用新型不限于本说明书所述的实例和设计，而是被赋予与本说明书所揭示的原理和新颖特征一致的最宽范围。