使用穿透硅通道的半導(dǎo)體封裝方法技術(shù)

一種微電子單元可包括半導(dǎo)體元件，所述半導(dǎo)體元件具有前表面、靠近前表面的微電子半導(dǎo)體器件、位于前表面的接觸部和遠(yuǎn)離前表面的后表面。半導(dǎo)體元件可具有從后表面延伸穿過半導(dǎo)體元件并且穿過接觸部的通孔。介電層可鋪襯于通孔。導(dǎo)電層可層疊于通孔中的介電層上。導(dǎo)電層可將接觸部與單元接觸部導(dǎo)電互連。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
使用穿透硅通道的半導(dǎo)體封裝方法本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2008年7月31日、申請(qǐng)?zhí)枮?00880106618.9、專利技術(shù)名稱為“使用穿透硅通道的半導(dǎo)體封裝方法”的專利技術(shù)專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用本申請(qǐng)要求2007年7月31日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.60/962,752的申請(qǐng)日的權(quán)益，該申請(qǐng)的公開內(nèi)容以引用方式并入本申請(qǐng)。
技術(shù)介紹
微電子器件通常包括薄板式半導(dǎo)體材料，例如硅或砷化鎵，通常稱作晶粒或半導(dǎo)體芯片。在晶粒的一個(gè)面上制作出有源電路。為了便于電連接至有源電路，晶粒在同一面上設(shè)有結(jié)合墊。結(jié)合墊典型地布置成規(guī)則陣列，該陣列或者圍繞著晶粒邊緣，或者如在許多存儲(chǔ)器件中那樣布置在晶粒中心。結(jié)合墊通常由導(dǎo)電金屬制成，例如金或鋁，厚度為大約0.5μm。結(jié)合墊的尺寸基于器件的類型而變化，但在一側(cè)測(cè)量通常為幾十至幾百微米。引線結(jié)合和倒裝貼片互連是用于在晶粒結(jié)合墊上形成接觸部的兩個(gè)方案。在引線結(jié)合中，晶粒以面向上方的定向附連于基底，并且精細(xì)線材通過固態(tài)結(jié)合方法例如超聲焊接或熱補(bǔ)償擴(kuò)散結(jié)合而連接到每個(gè)結(jié)合墊。在倒裝貼片互連中，金屬粒被安置在每個(gè)結(jié)合墊上。然后晶粒被倒置，以使金屬粒提供結(jié)合墊和基底之間的電路徑以及晶粒向基底的機(jī)械附連結(jié)構(gòu)。倒裝貼片工藝有多種改型，但一種常用配置是金屬粒使用焊料并且熔化焊料，作為將其緊固至結(jié)合墊和基底的方法。當(dāng)焊料熔化后，其流動(dòng)形成截頭球體。取決于焊料球的尺寸，可稱其為球柵陣列（BGA）界面或微球柵陣列（μBGA）界面。用作圖像傳感器的半導(dǎo)體器件通常要求采用面朝上定向，以使得感興趣圖像可以被聚焦（或投射）在有源電路上。出于商業(yè)原因，常希望利用BGA或μBGA界面將晶粒連接到基底。使晶粒前表面的晶粒結(jié)合墊與位于晶粒后表面的BGA界面相連的一個(gè)措施是提供配線跡線，其從晶粒結(jié)合墊延伸經(jīng)過晶粒的前表面，沿著晶粒的側(cè)面向下并且到達(dá)晶粒的后表面。這種類型的引線接觸部常被稱作"T型接觸部"，因?yàn)榫Я＿吘壣系呐渚€跡線與晶粒前表面的配線跡線在它們的匯合處形成"T"形。圖2a和2b示出了T型接觸部的一個(gè)例子。圖2a示出了封裝體的單一T型接觸部的示意性前視圖200，圖2b示出了其剖視圖250。晶粒被上下倒置，以使得前表面201/251朝向圖頁(yè)底側(cè)，而后表面202/252朝向圖頁(yè)頂側(cè)。前表面的結(jié)合墊203/253連接著位于晶粒邊緣的配線跡線204/254。配線跡線延續(xù)到后表面的島區(qū)205/255，在此結(jié)合到焊料球206/256。T型接觸部257的形狀在剖視圖中清楚可見，而側(cè)壁角度207顯示在前視圖中。圖中并未按比例繪制。一種替代性的圖像傳感器封裝體的措施是使用穿透硅通道（throughsiliconvia，TSV）來將結(jié)合墊連接到BGA界面。圖3是一種典型TSV的剖視圖300。TSV是延伸穿過半導(dǎo)體的厚度的孔（或盲通道），其終止于結(jié)合墊304的底側(cè)。通孔的側(cè)面或壁被涂覆金屬，以在晶粒前后表面之間形成導(dǎo)電路徑。在工程領(lǐng)域稱作'波希法（Boschprocess）'的一種深反應(yīng)離子蝕刻工藝可以用于形成示于圖3的TSV。與示于圖3的結(jié)合墊304相連的接觸部常被稱作U型的。為了完成晶粒結(jié)合墊底側(cè)與施加在TSV的壁上的導(dǎo)電涂層之間的電路，要求在兩種金屬之間進(jìn)行固態(tài)結(jié)合。圖3示出了前表面301和后表面302被倒置的半導(dǎo)體晶粒。孔310延伸穿過晶粒和位于結(jié)合墊304下面的介電膜303的厚度而終止于結(jié)合墊304。介電材料311和導(dǎo)電涂層312鋪襯于孔的壁。鋪襯通孔310的介電材料和導(dǎo)電涂層312都延伸到晶粒后表面302上的區(qū)域。延伸穿過硅的孔310具有平行的側(cè)面并且垂直于晶粒表面301和302。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
在本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方式中，微電子單元可包括半導(dǎo)體元件，其具有前表面、靠近前表面的微電子半導(dǎo)體器件、位于前表面的接觸部和遠(yuǎn)離前表面的后表面。半導(dǎo)體元件可具有通孔，其從后表面延伸穿過半導(dǎo)體元件并且穿過接觸部。介電層可鋪襯于通孔中。導(dǎo)電層可以層疊于通孔中的介電層上。導(dǎo)電層可以將所述接觸部與單元接觸部（單元觸頭）導(dǎo)電互連。在本專利技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方式中，微電子單元可包括半導(dǎo)體元件，其具有前表面、位于前表面的多個(gè)接觸部和遠(yuǎn)離前表面的后表面的。后表面可包括至少一個(gè)凹坑。多個(gè)通孔可以從凹坑延伸穿過半導(dǎo)體元件并且穿過接觸部。通孔中的導(dǎo)電通道可將接觸部與所述至少一個(gè)凹坑中的導(dǎo)體互連。在本專利技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方式中，微電子單元可包括層疊和結(jié)合在一起的多個(gè)半導(dǎo)體元件。每個(gè)半導(dǎo)體元件可具有限定出水平面的前表面、位于前表面的接觸部和遠(yuǎn)離前表面的后表面。半導(dǎo)體元件可沿橫貫水平面的豎直方向?qū)盈B。多個(gè)通孔可以延伸穿過至少一個(gè)層疊半導(dǎo)體元件并且穿過所述至少一個(gè)半導(dǎo)體元件的接觸部。所述多個(gè)層疊半導(dǎo)體元件的接觸部可以暴露在通孔內(nèi)。介電層可鋪襯于通孔中，并且導(dǎo)電層可以層疊于通孔中的介電層上。導(dǎo)電層可以與微電子單元的單元接觸部導(dǎo)電連通。在本專利技術(shù)的一個(gè)實(shí)施方式中，微電子單元可包括半導(dǎo)體元件，其具有前表面、位于前表面的接觸部、遠(yuǎn)離前表面的后表面和在前后表面之間延伸的邊緣。介電元件可從半導(dǎo)體元件的至少一個(gè)所述邊緣向外延伸。介電元件可具有前表面和遠(yuǎn)離前表面的后表面，并且可包括多個(gè)連接著接觸部的導(dǎo)電墊。介電元件可還包括延伸在前后表面之間并且穿過所述多個(gè)導(dǎo)電墊的多個(gè)通孔。多個(gè)單元接觸部可以暴露在微電子單元的外側(cè)。導(dǎo)電特征可以從通孔中的接觸部延伸，并且可以與單元接觸部導(dǎo)電連通。在本專利技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方式中，一種形成暴露在微電子元件后表面的單元接觸部的方法可包括形成第一通孔，其從微電子元件的后表面朝向位于微電子元件前表面的元件接觸部延伸。絕緣覆層可以形成為至少層疊于第一孔的壁上。第二孔可以被形成為延伸穿過元件接觸部。暴露在后表面的單元接觸部可以形成，其包括可以層疊于第一孔的壁并且可以層疊于第二孔的壁上并且與元件接觸部導(dǎo)電連接的導(dǎo)電材料。在本專利技術(shù)的另一個(gè)實(shí)施方式中，一種形成暴露在微電子元件后表面的單元接觸部的方法可包括（a）形成通孔，其從微電子元件的后表面延伸穿過位于微電子元件前表面的元件接觸部。絕緣層可以暴露在孔的壁上。此外，微電子元件可包括形成暴露在后表面的單元接觸部，其包括層疊于絕緣層且與元件接觸部導(dǎo)電連接的導(dǎo)電層。附圖說明圖1是半導(dǎo)體晶粒的透視圖，所述半導(dǎo)體晶粒在其周邊具有晶粒結(jié)合墊。圖2a是前（正）視圖，圖2b是剖視圖示出了一種具有T型接觸部的傳統(tǒng)芯片級(jí)封裝體。圖3是剖視圖，示出了封裝體具有暴露結(jié)合墊底側(cè)（內(nèi)表面）的穿透硅通道。圖4a是剖視圖，示出了根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施方式的封裝體具有穿透硅通道。圖4b是相應(yīng)的俯視圖，進(jìn)一步示出了圖4a所示的封裝體。圖4c是剖視圖，示出了圖4a中的封裝體的改型。圖4d-4h是剖視圖，示出了根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施方式形成導(dǎo)電通道的過程中的各階段。圖5a是剖視圖，示出了根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施方式的微電子單元包括多個(gè)豎直層疊的半導(dǎo)體元件。圖5b是剖視圖，示出了根據(jù)圖5a所示實(shí)施方式的改型的微電子單元。圖6a是局部俯視圖，示出了根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施方式的包括半導(dǎo)體元件和靠近半導(dǎo)體元件邊緣的介電元件的重構(gòu)晶片的一部分。圖6b是相應(yīng)的剖視圖，示出了根據(jù)本專利技術(shù)一個(gè)實(shí)施方式的延伸在示于圖6a的重構(gòu)晶片的半導(dǎo)體元件和介電元件之間的導(dǎo)電跡線。圖7a-7b是示于圖6a-6b的本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種微電子單元，包括：半導(dǎo)體元件，其具有前表面、與前表面相反的后表面、靠近前表面的微電子半導(dǎo)體器件以及位于前表面的接觸部，所述半導(dǎo)體元件具有從所述后表面延伸穿過半導(dǎo)體元件并且穿過接觸部的通孔，所述接觸部具有背對(duì)半導(dǎo)體元件的外表面以及與外表面相反的內(nèi)表面，所述通孔限定出在接觸部中從所述內(nèi)表面朝向所述外表面延伸的壁表面；單塊式介電層，其鋪襯于所述通孔的一些部分且至少部分地層疊于所述內(nèi)表面；以及導(dǎo)電元件，其層疊于位于通孔中的介電層，所述導(dǎo)電元件至少接觸所述接觸部中的所述壁表面，從而將所述接觸部與單元接觸部導(dǎo)電互連。

【技術(shù)特征摘要】
2007.07.31 US 60/962，7521.一種微電子單元，包括：半導(dǎo)體元件，其具有前表面、與前表面相反的后表面、靠近前表面的微電子半導(dǎo)體器件以及位于前表面的接觸部，所述半導(dǎo)體元件具有從所述后表面延伸穿過半導(dǎo)體元件并且穿過接觸部的通孔，所述接觸部具有背對(duì)半導(dǎo)體元件的外表面以及與外表面相反的內(nèi)表面，所述通孔限定出在接觸部中從所述內(nèi)表面朝向所述外表面延伸的壁表面；單塊式介電層，其鋪襯于所述通孔的一些部分且至少部分地層疊于所述內(nèi)表面；以及導(dǎo)電元件，其層疊于位于通孔中的介電層，所述導(dǎo)電元件至少接觸所述接觸部中的所述壁表面，從而將所述接觸部與單元接觸部導(dǎo)電互連。2.如權(quán)利要求1所述的微電子單元，其中，所述前表面為最外側(cè)前表面，所述后表面為最外側(cè)后表面，半導(dǎo)體元件還包括層疊于所述最外側(cè)后表面的接觸部。3.如權(quán)利要求2所述的微電子單元，其中，所述通孔是錐形的，所述通孔隨著與所述后表面之間距離的增大而縮小。4.如權(quán)利要求3所述的微電子單元，其中，所述通孔的壁相對(duì)于所述后表面的法線以5度或以上的角度定向。5.如權(quán)利要求4所述的微電子單元，其中，所述壁相對(duì)于所述后表面的法線以小于或等于40度的角度定向。6.如權(quán)利要求1所述的微電子單元，其中，每個(gè)通孔的總面積被包圍在一個(gè)所述接觸部的面積內(nèi)。7.如權(quán)利要求1所述的微電子單元，還包括層疊于接觸部?jī)?nèi)表面的介電膜，其中，所述單塊式介電層部分地覆蓋所述介電膜。8.一種微電...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：B·哈巴，G·漢普斯通，M·毛爾高麗特，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：英聞薩斯有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：美國(guó),US