具有中介層的封裝件及其形成方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及具有中介層的封裝件及其形成方法。本發(fā)明的封裝結(jié)構(gòu)包括：中介層、位于中介層上方并且接合至中介層的管芯以及位于中介層下方并且接合至中介層的印刷電路板（PCB）。中介層中不包含晶體管（加入晶體管），而包括半導(dǎo)體襯底、位于半導(dǎo)體襯底上方的互連結(jié)構(gòu)、位于硅襯底中的通孔以及位于硅襯底的背側(cè)上的重分布線?；ミB結(jié)構(gòu)和重分布線通過(guò)通孔電連接。
【專(zhuān)利說(shuō)明】具有中介層的封裝件及其形成方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)總體上涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，涉及具有中介層的封裝件及其形成方法。

【背景技術(shù)】
[0002]在集成電路的封裝中，可以將多個(gè)頂部管芯接合在中介層晶圓上，其中，中介層晶圓包括位于其中的多個(gè)中介層。在接合頂部管芯之后，將底部填充物分布到頂部管芯和中介層晶圓之間的間隙內(nèi)。然后，可以實(shí)施固化工藝以固化底部填充物。可以應(yīng)用模塑料以在其中模制頂部管芯。然后，將產(chǎn)生的中介層晶圓與其上的頂部管芯通過(guò)鋸切而分割為多個(gè)封裝件，該封裝件包括諸如焊球的暴露的電連接件。之后，將封裝件接合至印刷電路板。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種封裝結(jié)構(gòu)，包括:中介層；管芯，位于所述中介層上方，并且接合至所述中介層；以及印刷電路板(PCB)，位于所述中介層下方，并且接合至所述中介層。
[0004]其中，所述中介層中不包括有源器件。
[0005]其中，所述中介層中包括有源器件。
[0006]其中，所述中介層包括:娃襯底；互連結(jié)構(gòu)，位于所述娃襯底的正側(cè)上；通孔，位于所述硅襯底中；以及重分布線，位于所述硅襯底的背側(cè)上，其中，所述互連結(jié)構(gòu)和所述重分布線通過(guò)所述通孔互連。
[0007]該封裝結(jié)構(gòu)還包括:環(huán)繞所述管芯的第一模制材料，其中，所述第一模制材料包括與所述中介層的對(duì)應(yīng)邊緣對(duì)準(zhǔn)的邊緣。
[0008]其中，所述中介層還包括:焊球，用于將所述中介層接合至所述PCB ;以及第二模制材料，用于在其中模制每個(gè)所述焊球的一部分，其中，所述第一模制材料和所述第二模制材料位于所述中介層的相對(duì)側(cè)上。
[0009]其中，在所述中介層和所述PCB之間未接合封裝襯底。
[0010]此外，還提供了一種封裝結(jié)構(gòu)，包括:中介層，其中不包括晶體管，其中，所述中介層包括:娃襯底；互連結(jié)構(gòu)，位于所述娃襯底的上方；通孔，位于所述娃襯底中；和重分布線，位于所述硅襯底的背側(cè)上，其中，所述互連結(jié)構(gòu)和所述重分布線通過(guò)所述通孔電連接；器件管芯，位于所述中介層上方并且接合至所述中介層；以及印刷電路板(PCB)，位于所述中介層下方并且電連接至所述中介層，其中，在所述中介層和所述PCB之間未接合封裝襯
。
[0011]該封裝結(jié)構(gòu)還包括:在其中模制所述器件管芯的第一模制材料，其中，所述第一模制材料包括與所述中介層的對(duì)應(yīng)邊緣對(duì)準(zhǔn)的邊緣。
[0012]其中，所述中介層還包括:焊球，用于將所述中介層接合至所述PCB;以及第二模制材料，用于在其中模制每個(gè)所述焊球的一部分，其中，所述第一模制材料和所述第二模制材料位于所述中介層的相對(duì)側(cè)上。
[0013]其中，所述焊球具有大于約400 μ m的間距。
[0014]其中，所述焊球與所述PCB的金屬部件物理接觸。
[0015]其中，所述中介層的所述娃襯底包括一層娃襯底。
[0016]其中，所述器件管芯包括有源器件。
[0017]此外，還提供了一種方法，包括:將器件管芯接合至中介層晶圓的正側(cè)上；使用第一模制材料模制所述中介層晶圓；在所述中介層晶圓的襯底的背側(cè)上實(shí)施背側(cè)研磨，其中，在所述背側(cè)研磨之后，暴露出所述襯底中的通孔；附接焊球以電連接至所述通孔；在所述模制材料和所述中介層晶圓上實(shí)施管芯鋸切以形成封裝件，其中，在所述封裝件中，所述中介層晶圓的一部分被鋸切為中介層；以及將所述封裝件直接接合在印刷電路板(PCB)上。
[0018]其中，所述封裝件通過(guò)焊球接合在所述PCB上，所述焊球與所述中介層和所述PCB物理接觸。
[0019]其中，所述中介層晶圓中不包括有源器件，其中，在所述封裝件和所述PCB之間未接合封裝襯底。
[0020]該方法還包括:將多個(gè)器件管芯接合至所述中介層晶圓，其中，在所述管芯鋸切之后，所述器件管芯和所述中介層晶圓被鋸切為多個(gè)封裝件。
[0021]該方法還包括，在所述管芯鋸切之前，應(yīng)用第二模制材料以在其中模制每個(gè)所述焊球的一部分，其中，所述第一模制材料和所述第二模制材料位于所述中介層晶圓的相對(duì)側(cè)上。
[0022]該方法還包括，在附接所述焊球之前，形成電連接至所述通孔的重分布線。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更全面地理解實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)將結(jié)合附圖所進(jìn)行的以下描述作為參考，其中:
[0024]圖1A至圖8是根據(jù)一些示例性實(shí)施例的封裝件在制造的中間階段的截面圖和頂視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]下面詳細(xì)論述了本發(fā)明各實(shí)施例的制造和使用。然而，應(yīng)該理解，實(shí)施例提供了許多可以在各種具體環(huán)境中實(shí)現(xiàn)的可應(yīng)用的概念。所論述的具體實(shí)施例僅僅是示例性的，而不用于限制本發(fā)明的范圍。
[0026]本發(fā)明根據(jù)各個(gè)示例性實(shí)施例提供了包括中介層的封裝件及其形成方法。示出了形成封裝件的中間階段。論述了實(shí)施例的變化例。在全文的各個(gè)視圖及示例性實(shí)施例中，相似的參考標(biāo)號(hào)用于表不相似的兀件。
[0027]圖1A示出了封裝部件20的截面圖。封裝部件20包括襯底22。在一些實(shí)施例中，襯底22為半導(dǎo)體襯底，其可以進(jìn)一步為晶體硅襯底，但是也可以由諸如硅鍺、碳化硅等的其他半導(dǎo)體材料形成襯底22。在可選實(shí)施例中，襯底22為電介質(zhì)襯底。封裝部件20可以為器件晶圓，其包括有源器件，諸如形成在半導(dǎo)體襯底22的表面22A處的晶體管(未示出)。在封裝部件20為器件晶圓的實(shí)施例中，封裝部件20也可以包括諸如電阻器和/或電容器的無(wú)源器件(未示出)。在可選實(shí)施例中，封裝部件20是其中不包括有源器件的中介層晶圓。在這些實(shí)施例中，封裝部件20可以包括或可以不包括形成在其中的無(wú)源器件?？梢孕纬蓮囊r底22的頂面22A延伸至襯底22內(nèi)的通孔(TV)24。TV24有時(shí)也稱為襯底通孔，或當(dāng)襯底22為硅襯底時(shí)，稱為硅通孔。封裝部件20包括可以彼此相同的多個(gè)封裝部件40。相應(yīng)地，封裝部件40可以為器件芯片(當(dāng)鋸切分隔時(shí)也稱為芯片)，器件芯片包括有源器件、不包含有源器件的中介層等。在下文中，封裝部件40可選地稱為中介層或管芯40。
[0028]互連結(jié)構(gòu)28形成在襯底22上方，并且用于電連接至集成電路器件(如存在)和/或TV24?；ミB結(jié)構(gòu)28可以包括多個(gè)介電層30。在介電層30中形成金屬線32。盡管示出了一層金屬線32，但其可以有多層金屬線32。通孔34形成在金屬線32之間，并且互連其上方和下方的金屬線32。金屬線32和通孔34有時(shí)稱為重分布線(RDL) 32/34。在一些實(shí)施例中，介電層30包括氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、它們的組合和/或它們的多層?？蛇x地，介電層30可以包括具有低k值的一個(gè)或多個(gè)低k介電層。例如，介電層30中的低k介電材料的k值可以小于約3.0，或小于約2.5。
[0029]在封裝部件20的頂面處形成電連接件38。在一些實(shí)施例中，電連接件38包括金屬柱(例如，銅柱)，其中，在金屬柱的頂面上可以形成或不形成焊帽。在可選實(shí)施例中，電連接件38包括焊球。在又一些實(shí)施例中，電連接件38可以是包括銅柱(copper post)、鎳層、焊帽、化學(xué)鍍鎳浸金(ENIG)、化學(xué)鍍鎳鈀浸金(ENEPIG)等的復(fù)合金屬凸塊。
[0030]圖1B示出了封裝部件20的一部分的頂視圖，其中，示出了多個(gè)金屬線32。在一些實(shí)施例中，使用與用于在器件管芯上形成集成電路的相同的技術(shù)形成金屬線32、通孔34和介電層30。因此，金屬線32可以具有較小的線寬度Wl和較小的線間距SI。在一些實(shí)施例中，線寬度Wl小于I μ m，并且可以介于約0.2 μ m和約0.6 μ m之間。線間距SI也可以小于I μ m,并且可以介于約0.2 μ m和約0.6 μ m之間。利用較小的線寬度Wl和線間距SI,可以提高金屬線32和通孔34的可布線性，且金屬線的一些層可以充分滿足形成的封裝件的布線需求。因此，當(dāng)封裝部件40 (圖1A)被封裝為封裝件時(shí)，在最終的封裝件中不需要封裝襯底以增加可布線性。
[0031]參考圖2，例如，通過(guò)倒裝芯片接合，將封裝部件44接合至封裝部件20。相應(yīng)地，電連接件38將封裝部件44中的集成電路接合并電連接至封裝部件20中的RDL32和TV24。封裝部件44可以是包括邏輯電路、存儲(chǔ)器電路等的器件管芯。因此，在下文中，可選地，將封裝部件44稱為管芯44?？蛇x地，封裝部件44可以是包括接合至相應(yīng)的中介層、封裝襯底等的管芯的封裝件。在每個(gè)管芯40上，可以具有一個(gè)、兩個(gè)或多個(gè)接合在其上的管芯44。在一些實(shí)施例中，管芯44包括襯底46,在一些實(shí)施例中，襯底46可以是娃襯底。在可選實(shí)施例中，由硅鍺、碳化硅、II1-V族化合物半導(dǎo)體等形成襯底46。因此，襯底46的表面46A是硅、硅鍺、碳化硅、II1-V族化合物半導(dǎo)體等的表面。
[0032]接下來(lái)，將聚合物50分布在管芯44與封裝部件20之間的間隙內(nèi)。聚合物50可以是底部填充物，并且因此，在下文中，將聚合物50稱為底部填充物50，但是聚合物50也可以包括諸如環(huán)氧樹(shù)脂的其他聚合物。底部填充物50也可以是模制的底部填充物或非流動(dòng)性的底部填充物。在這些實(shí)施例中，底部填充物50和模制材料52 (圖3)可以是相同的材料，且在單個(gè)分布步驟中進(jìn)行分布。
[0033]參考圖3，例如，使用模壓在管芯44和封裝部件20上模制模制材料52 (可以是聚合物)。在一些實(shí)施例中，模制材料52包括模塑料、環(huán)氧樹(shù)脂等。實(shí)施固化步驟以固化模制材料52，其中，可以通過(guò)熱固化、紫外線(UV)固化等實(shí)施固化步驟。在實(shí)施例中，在固化模制材料52之后，管芯44掩埋在模制材料52中，可以實(shí)施諸如研磨的平坦化步驟以去除模制材料52的過(guò)量部分,過(guò)量部分位于器件管芯44的頂面46A上方。因此,襯底46的表面46A被暴露出，并且與模制材料52的頂面52A平齊。在可選實(shí)施例中，在CMP之后，模制材料52的頂面高于襯底46的頂面46A。
[0034]參考圖4，例如，通過(guò)粘合劑(未示出)，將載體54附接至圖3中結(jié)構(gòu)的正側(cè)。在一些實(shí)施例中，載體54是玻璃載體。在可選實(shí)施例中，載體54為硅載體、有機(jī)物載體等。接下來(lái)，如圖5至圖6B所示，實(shí)施背側(cè)工藝。參考圖5，在半導(dǎo)體襯底22的背側(cè)上實(shí)施背側(cè)研磨以減薄半導(dǎo)體襯底22，直至暴露出TV24?？梢詫?shí)施蝕刻步驟以從背側(cè)蝕刻半導(dǎo)體襯底22的薄層，從而使TV24從襯底22的背側(cè)凸出。
[0035]如圖6A所示，在半導(dǎo)體襯底22的背側(cè)上形成介電層56，然后通過(guò)實(shí)施輕CMP，從而使TV24從介電層56凸出。介電層56可以包括氧化娃、氮氧化娃或它們的組合。在一些實(shí)施例中，在封裝部件20的背側(cè)上形成一個(gè)或多個(gè)其中形成有重分布線(RDL)60的介電層58。RDL60電連接至TV24。在一些實(shí)施例中，介電層58包括可以由氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等形成的鈍化層。在可選實(shí)施例中，介電層58包括諸如聚酰亞胺的聚合物。在一些實(shí)施例中，可以由銅形成RDL60。此外，在銅上可以形成或不形成鎳層。例如，當(dāng)RDL60的線厚度小于約7μ m時(shí),貝U在RDL60的表面(不出的底部)上形成鎳層。每一個(gè)RDL60也可以是復(fù)合層，例如，包括銅層以及位于銅層上方的鎳層。在這些實(shí)施例中，當(dāng)下面的銅層的厚度小于約7 μ m時(shí)，復(fù)合層的頂層包含鎳。
[0036]電連接件62也可以形成在封裝部件20的背側(cè)上并電連接至TV24。在一些實(shí)施例中，電連接件62為焊球。在其他實(shí)施例中，電連接件62包括金屬焊盤(pán)、金屬凸塊、焊帽等。電連接件62的間距(pitch)可以大于約400 μ m。電連接件62可以用于接合至附加的電部件(未示出)，該附加的電部件可以是半導(dǎo)體襯底、封裝襯底、印刷電路板(PCB)等。
[0037]在一些實(shí)施例中，應(yīng)用有時(shí)被稱為液態(tài)模塑料64的模塑料64。因此，每個(gè)連接件62可以包括嵌入在模塑料64中的第一部分,和未嵌入在模塑料64中的第二部分。例如，模塑料64的厚度可以介于焊球62高度的約30%和約70%之間。由于模塑料64和模制材料52位于封裝部件20的相對(duì)側(cè)上，所以模塑料64可以補(bǔ)償由模制材料52施加的應(yīng)力，從而減小所形成的封裝件的翹曲。在可選實(shí)施例中，不應(yīng)用模塑料64。
[0038]圖6B示出了從背側(cè)觀察的封裝部件20的一部分的視圖，其中，示出了多個(gè)RDL60。在一些實(shí)施例中，使用與用于在器件管芯上形成互連結(jié)構(gòu)的相同的技術(shù)形成RDL60和介電層58。因此，RDL60可以具有較小的線寬度W2和較小的線間距S2。在一些實(shí)施例中，線寬度W2大于I μ m,并且可以介于約2 μ m和約50 μ m的范圍內(nèi)。線間距S2也可以大于I μ m,并且可以介于約2 μ m和約10 μ m之間。
[0039]接下來(lái)，參考圖7，實(shí)施切割步驟以將圖6A中的封裝件鋸切為多個(gè)封裝件70，其中，沿著劃線68鋸切。由于通過(guò)將芯片接合在中介層晶圓上而形成封裝件70，因此封裝件70有時(shí)稱為晶圓上芯片(CoW)封裝件。CoW封裝件70包括中介層40和器件管芯44。由于沿中介層晶圓20鋸切模制材料52，因此模制材料52的邊緣與中介層40的相應(yīng)邊緣對(duì)準(zhǔn)。
[0040]圖8示出了接合至印刷電路板(PCB) 72的CoW封裝件70。焊球62將CoW封裝件70直接接合至PCB72，其中，在CoW封裝件70和PCB72之間不存在封裝襯底。因此，焊球62與金屬部件(諸如PCB72的接合焊盤(pán))物理接觸。根據(jù)一些實(shí)施例，底部填充物74分布在Coff封裝件70和PCB72之間的間隙內(nèi)。在分布之后，固化底部填充物74。
[0041 ] 本發(fā)明的實(shí)施例具有一些優(yōu)勢(shì)特征。通過(guò)CoW封裝件直接接合至PCB，而不是通過(guò)位于CoW封裝件和PCB之間的另一個(gè)封裝襯底，從而降低了制造成本。采用器件管芯的制造工藝來(lái)形成用于中介層晶圓的互連結(jié)構(gòu)，使非常小的金屬線的形成成為可能。因此，增強(qiáng)了 CoW封裝件的重布線性。從而，不再需要封裝襯底。
[0042]根據(jù)實(shí)施例，封裝結(jié)構(gòu)包括中介層、位于中介層上方并接合至中介層的管芯以及位于中介層下方并接合至中介層的PCB。
[0043]根據(jù)其他實(shí)施例，封裝結(jié)構(gòu)包括中介層。中介層中不包含晶體管，并且包括半導(dǎo)體襯底、位于半導(dǎo)體襯底上方的互連結(jié)構(gòu)、位于硅襯底中的通孔和位于硅襯底的背側(cè)上的重分布線?；ミB結(jié)構(gòu)和重分布線通過(guò)通孔電連接。封裝結(jié)構(gòu)還包括位于中介層上方并且接合至中介層的器件管芯，以及位于中介層下方并且電連接至中介層的PCB，其中，在中介層與PCB之間并未接合封裝襯底。
[0044]根據(jù)又一些其他的的實(shí)施例，方法包括:將器件管芯接合至中介層晶圓的正側(cè)上，使用第一模制材料模制中介層晶圓，并且在中介層晶圓的襯底的背側(cè)上實(shí)施背側(cè)研磨。在背側(cè)研磨之后，暴露出襯底中的通孔。方法還包括附接焊球以電連接至通孔，以及在模制材料和中介層晶圓上實(shí)施管芯鋸切以形成封裝件。在封裝件中，中介層晶圓的一部分被鋸切為中介層。將封裝件直接接合至PCB上。
[0045]盡管已經(jīng)詳細(xì)地描述了實(shí)施例及其優(yōu)勢(shì)，但應(yīng)該理解，在不背離所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明做各種改變、替換和更改。而且，本申請(qǐng)的范圍并不僅限于本說(shuō)明書(shū)中描述的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、工具、方法和步驟的特定實(shí)施例。作為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)理解，根據(jù)本發(fā)明，可以使用現(xiàn)有的或今后將開(kāi)發(fā)的用于執(zhí)行與根據(jù)本發(fā)明所述的相應(yīng)實(shí)施例基本相同的功能或獲得基本相同結(jié)果的工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、工具、方法或步驟。相應(yīng)地，附加的權(quán)利要求旨在將這些工藝、機(jī)器、制造、物質(zhì)組成、工具、方法或步驟包括在它們的范圍內(nèi)。此外，每個(gè)權(quán)利要求構(gòu)成單獨(dú)的實(shí)施例，并且不同權(quán)利要求和實(shí)施例的組合均在本發(fā)明的范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種封裝結(jié)構(gòu)，包括: 中介層； 管芯，位于所述中介層上方，并且接合至所述中介層；以及 印刷電路板(PCB)，位于所述中介層下方，并且接合至所述中介層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述中介層中不包括有源器件。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述中介層中包括有源器件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述中介層包括: 娃襯底； 互連結(jié)構(gòu)，位于所述娃襯底的正側(cè)上； 通孔，位于所述硅襯底中；以及 重分布線，位于所述硅襯底的背側(cè)上，其中，所述互連結(jié)構(gòu)和所述重分布線通過(guò)所述通孔互連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，還包括:環(huán)繞所述管芯的第一模制材料，其中，所述第一模制材料包括與所述中介層的對(duì)應(yīng)邊緣對(duì)準(zhǔn)的邊緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中，所述中介層還包括: 焊球，用于將所述中介層接合至所述PCB ;以及 第二模制材料，用于在其中模制每個(gè)所述焊球的一部分，其中，所述第一模制材料和所述第二模制材料位于所述中介層的相對(duì)側(cè)上。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝結(jié)構(gòu)，其中，在所述中介層和所述PCB之間未接合封裝襯
。
8.—種封裝結(jié)構(gòu),包括: 中介層，其中不包括晶體管，其中，所述中介層包括: 娃襯底； 互連結(jié)構(gòu)，位于所述娃襯底的上方； 通孔，位于所述硅襯底中；和 重分布線，位于所述硅襯底的背側(cè)上，其中，所述互連結(jié)構(gòu)和所述重分布線通過(guò)所述通孔電連接； 器件管芯，位于所述中介層上方并且接合至所述中介層；以及印刷電路板(PCB)，位于所述中介層下方并且電連接至所述中介層，其中，在所述中介層和所述PCB之間未接合封裝襯底。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的封裝結(jié)構(gòu)，還包括:在其中模制所述器件管芯的第一模制材料，其中，所述第一模制材料包括與所述中介層的對(duì)應(yīng)邊緣對(duì)準(zhǔn)的邊緣。
10.一種方法，包括: 將器件管芯接合至中介層晶圓的正側(cè)上； 使用第一模制材料模制所述中介層晶圓； 在所述中介層晶圓的襯底的背側(cè)上實(shí)施背側(cè)研磨，其中，在所述背側(cè)研磨之后，暴露出所述襯底中的通孔； 附接焊球以電連接至所述通孔； 在所述模制材料和所述中介層晶圓上實(shí)施管芯鋸切以形成封裝件，其中，在所述封裝件中，所述中介層晶圓的一部分被鋸切為中介層；以及將所述封裝件直接接合在印刷電路板(PCB)上。
【文檔編號(hào)】H01L21/50GK104377171SQ201410007067
【公開(kāi)日】2015年2月25日 申請(qǐng)日期:2014年1月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月16日
【發(fā)明者】邱紹玲, 許國(guó)經(jīng), 吳偉誠(chéng), 黃炳剛, 侯上勇, 鄭心圃, 余振華 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司