專利名稱：以晶片級形成堆積管芯集成電路芯片封裝件的方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及集成電路芯片封裝件，尤其涉及以晶片級形成堆積管芯集成電路封裝件的方法。
背景技術：
芯片封裝件用于防止集成電路芯片遭沾污和損傷，并且提供耐用的電氣引線系統(tǒng)以將集成電路芯片或管芯連接到外部印刷電路板上或直接裝入電子產(chǎn)品。在單片載體上提供多芯片集成電路(IC)封裝件有許多優(yōu)點。把多片芯片直接置于基底上，可在芯片與信號/電源線之間提供低電感與低電容連接，并提供極稠密的互連網(wǎng)，能提高封裝密度和系統(tǒng)性能。多芯片封裝件使芯片間距減至最小，并減少了裝在基底上諸芯片之間的感性與容性的斷續(xù)性。另外，陶瓷基底上短而窄的導線的電容與電感比印刷電路板互連小得多。為了增大存儲器而不增大覆蓋區(qū)，即不增大IC封裝件在電路板上的占用區(qū)域，通常把多塊同樣的IC芯片堆入同一個芯片封裝件里是有利的。
在原有技術中，一般對每個獨立的管芯對或管芯組制作一個封裝件而構成多芯片封裝件。其它實現(xiàn)的方法應有利于以晶片級，即在晶片上形成每個獨立的管芯之后但在將晶片切成獨立的芯片之前形成IC封裝件。這樣更便于大量生產(chǎn)芯片封裝件，并且一次制造和測試以矩陣形式排列在晶片上的若干芯片封裝件。這還能減少IC芯片在封裝與測試過程中的時間和費用。
大多數(shù)原有技術的晶片級封裝方法都涉及封裝單一的IC管芯。涉及多管芯的其它封裝方法往往試圖通過堆積多塊晶片來形成半導體器件，如授予Ball的美國專利No5,952,725揭示了通過堆積上下晶片來提高電路密度的方法，各晶片在其正面的特定區(qū)域具有制作的電路。上下晶片背對背接觸，下晶片背面涂布一層粘劑。晶片經(jīng)對準，使每塊晶片上的互補電路垂向?qū)省＝又颜澈系木瑢Ρ旧砀街陴つ?，切割時使晶體固定不動。粘合的晶片對可切成獨立的管芯對或含一個以上管芯對的晶片部分。授予Cronin等人的美國專利No.5,872,025揭示了一種通過堆積晶片而不是堆積各個器件而制備的堆積三維器件。芯片區(qū)形成在若干晶片上，各芯片區(qū)被充滿溝道的絕緣體包圍。然后把晶片堆起來，芯片區(qū)對準，并經(jīng)層壓聯(lián)接在一起。層壓晶片堆后，用蝕刻、切割等處理分開芯片堆。
在上述一類方法中，整個晶片要相互對準、粘合在一起，然后切成各個管芯對，一個問題是不能保證所有的獨立管芯都“合格”，都能正常工作。如在對準晶片時，某一合格管芯可能對準一“壞“管芯或不能正常工作的管芯。包含合格管芯和壞管芯的組合堆積管芯封裝件，最終會導致壞的堆積管芯封裝件，不得不廢棄，這要浪費不少合格的管芯。
本發(fā)明的一個目的是提供一種形成堆積管芯IC封裝件的方法，它可以一次封裝晶片上的所有硅管芯，并生產(chǎn)出堆積管芯封裝件的覆蓋區(qū)盡可能最小的IC封裝件。
本發(fā)明的另一目的是提供一種形成堆積管芯IC芯片封裝件的方法，結果只讓合格的管芯組裝在堆積管芯封裝件里，盡量不浪費合格的管芯。

發(fā)明內(nèi)容
上述目的通過一種晶片級封裝法實現(xiàn)，該法讓晶片上所有的半導體管芯一次封裝，生產(chǎn)出堆積的雙重/多重管芯IC封裝件。生產(chǎn)的封裝件是一種真正的芯片尺寸封裝件，堆積管芯封裝件可能的覆蓋區(qū)最小。在該方法中，兩塊晶片中管芯尺寸較小的晶片可通過金屬再分布工藝處理，然后附上焊球。晶片被鋸成各個管芯尺寸的球柵陣列封裝件。在帶較大尺寸管芯的晶片上，在準備與管芯尺寸BGA封裝件之一附接的每一管芯晶格位置正面，沉積了管芯附接粘料。BGA管芯封裝件背面放在該粘料上固化。引線接合操作把信號從管芯尺寸BGA封裝件接到形成在晶片上的底部管芯電路。把環(huán)氧一類的涂料沉積在晶片上以覆蓋引線接合導線，然后固化組件。制成的堆積管芯仍保持晶片矩陣形式，有利于簡化最后測試或平行測試的標引。然后，把堆積管芯晶片分成(singulate)各個堆積管芯IC封裝件。本發(fā)明方法可把功能相同或不同的管芯組合入單個IC封裝件。
附圖簡介

圖1是第一與第二硅晶片的透視圖，每片的上表面形成多個管芯。
圖2和3是圖1中第二晶片11沿2-2的截面圖，表明第二晶片的金屬再分布工藝。
圖4是圖1中第二晶片的管芯之一在附著焊球之后的透視圖。
圖5～8是圖1中第一晶片沿5-5的截面圖，表明在用本發(fā)明形成IC封裝件時采用的各種加工步驟。
圖9是圖1的第一晶片完成圖5～8的加工步驟后的頂視圖。
圖10是本發(fā)明方法形成的最終IC封裝件的截面圖。
實施發(fā)明的較佳方式參照圖1，圖示出了第一和第二硅晶片21與11。盡管硅是典型材料，但是也可使用其它半導體材料。晶片21和11上面都制有多個微電路，微電路排列成各個芯片或管芯的陣列。如圖1所示，第一晶片21上的管芯24、25大于第二晶片11上的管芯14、15。多個鋁質(zhì)接合片23、16圍繞晶片21、11上各芯片的外圍排列。在保持晶片陣列形式的同時，測試諸芯片，以確定正常工作和不正常工作的芯片。
參照圖2，第二晶片11的多個引線接合片16圍繞上表面19排列。在封裝入本發(fā)明的芯片封裝件時，這些接合片16可用作每個管芯的連接點，或者晶片11的上表面19可經(jīng)歷金屬再分布處理。金屬再分布處理形成連接到引線接合片的金屬跡線圖案，然后將跡線通到每個管芯內(nèi)的焊片位置。再分布層的冶金學應對硅管芯材料具有良好的粘合作用，并對器件應用具有充足的電學特性。在引線接合片連接點，冶金學應該應用鋁線或金線作引線接合。在焊片處，冶金學應適于可靠地焊接到各管芯上。
參照圖3，圖示為一類金屬再分布層，該層及其形成方法已在轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明受讓人的美國專利申請連續(xù)號09/434,711中作了揭示，該申請通過引用包括在這里。參照圖3，在晶片表面形成一鈍化層41，并在接合片16和鈍化層41上形成三金屬層結構40，該結構40包括一層鋁43、一層鎳45和一層銅47。然后，在三金屬層40上形成第二鈍化層49。該組件經(jīng)蝕刻，形成銅材料的焊片52和鋁材料的引線接合片60。接著把焊球50放在焊片52上。焊球50可通過預制焊球的機械傳遞放在焊片52上。或者通過對焊膏作絲網(wǎng)印刷或模板印刷形成焊球50。于是，焊料經(jīng)回流而形成封裝的焊球。焊球50按期望的常用圖型施加，如晶片整個表面上的均勻全陣列。
此時，把第二晶片11切成各塊芯片。參照圖4和圖1，每個管芯15的尺寸足夠小，使之適合第一晶片21上的空間26，在管芯15堆積在第一晶片21上時，使其不侵占晶片21的管芯24、25的接合片23。如圖4所示，多個焊球50和引線接合片60都排列在管芯15的上表面12上。
參照圖5，圖中示出了第一晶片21的截面5-5，鋁接合片23位于晶片21的上表面。如上所述，晶片21排列為陣列狀的各個管芯24、25。參照圖6，第二晶片的管芯14、15排列在第一晶片21的上表面上。球柵陣列形式的管芯14、15可應用拾放機裝在晶片21上，以在將每個頂管芯球柵陣列放置在底部晶片21上時提供精度。管芯14、15應排列成使晶片21每個管芯24、25上的引線接合片23露出。為了把管芯14、15附著于晶片21，在晶片21上表面沉積了膏狀或預制膜的粘料18，如環(huán)氧或熱塑料。沉積膏料可使用自動涂膏設備，或者若粘料為預制品，可使用拾放設備。管芯14、15的背面放在粘料18上，然后固化管芯接合粘料。
參照圖7，接著作引線接合操作，以將信號從每個頂部管芯接到晶片21上的每個底部管芯。例如，為了連接上部管芯15與下部管芯25，可把金引線接合導線70從頂部管芯15的引線接合片60接至晶片21上底部管芯25的引線接合片23。這是用標準引線接合技術實現(xiàn)。接著參照圖8，用環(huán)氧等涂料覆蓋引線接合導線70。為了盡量少用垂向空間，使該涂料的最終高度減至最小很重要。然后，固化涂料80。此時，可按晶片陣列形式作封裝測試。參照圖9，頂部管芯15已置于晶片21各管芯25的頂部。引線接合導線70用于把上部管芯15的接合片16接至下部管芯25的接合片23。氣密材料80覆蓋所有的引線接合導線70，但不覆蓋焊球50與管芯上表面12。
參照圖10，接著把第一晶片分成或切成獨立的芯片管芯封裝件91。普通的分割技術是使用帶金剛石或樹脂鋸片的晶片鋸。在晶片分成獨立的芯片封裝件91后，再作封裝件測試。本發(fā)明制成的堆積管芯BGA封裝件91可用與原有技術BGA封裝件同樣的方法裝到最終用戶的印刷電路板上。本發(fā)明的堆積管芯BGA封裝件包括較小管芯15和較大管芯25兩種，并具有與較大管芯25一樣的覆蓋區(qū)，所以IC封裝件不要求額外的空間。順便提一下，由于把第二晶片的每個管芯獨立地放在第一晶片上，這與把兩個整塊晶片堆在一起的原有技術方法不同，因而可將第一與第二晶片已知合格的管芯對準，為了不浪費合格的管芯。另外，為在單個IC封裝件里堆積兩個以上的管芯，還可對多個管芯重復本發(fā)明方法，從而增大IC封裝件的存貯量而不增大在印刷電路板上要求使用的空間。
權利要求
1.一種以晶片級形成堆積管芯IC芯片封裝件的方法，其特征在于，包括以下步驟提供第一與第二半導體晶片，每塊晶片包括多個管芯，第二晶片多個管芯的尺寸比第一晶片多個管芯的尺寸更小，第一與第二晶片的其中每個管芯在其第一表面上有多個接合片，把多個互連線附接到第二晶片多個管芯第一表面的多個接合片，把第二晶片切成多個獨立的管芯，將第二晶片的各個管芯附著于第一晶片，其中把各個管芯的背面放置成附著于第一晶片的第一表面，在其上形成多個封裝件結構，把各個管芯的多個接合片連接至第一晶片多個管芯的多個接合片，并且把第一晶片切成多個獨立的堆積管芯IC封裝件。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于還包括在把多條互連線附接到第二晶片多個管芯第一表面的多個接合片的步驟之前，在第二晶片的第一表面先形成一金屬再分布層，以形成多個引線接合片與互連片。
3.如權利要求2所述的方法，其特征在于把互連線附著于第二晶片金屬再分布層上的互連片。
4.如權利要求2所述的方法，其特征在于把各個管芯的多個引線接合片接至第一晶片的多個接合片。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于把各個管芯的多個引線接合片接到第一晶片的多個接合片的步驟，通過多條接合導線完成。
6.如權利要求5所述的方法，其特征在于還包括在把各個管芯的多個引線接合片接到第一晶片多個接合片的步驟之后，對多條接合導線加一涂料。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于涂料是環(huán)氧。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于還包括在把各個管芯的多個引線接合片接到第一晶片的多個接合片的步驟之后，測試第一晶片上的封裝件結構。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于多條互連線是多個焊球。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于各個管芯用粘料附接至第一晶片。
全文摘要
一種晶片級封裝方法，該方法生產(chǎn)出堆積的雙重/多重管芯集成電路封裝件(91)。在該方法中，兩塊晶片中管芯尺寸較小的晶片可通過金屬再分布工藝處理，然后附上焊球。然后該晶片被鋸成各個管芯尺寸的球柵陣列封裝件。在帶較大尺寸管芯(25)的晶片上，在準備與管芯尺寸BGA封裝件之一附接的每一管芯晶格位置正面，沉積了管芯附接粘料(18)。BGA管芯封裝件背面放在該粘料上固化。引線接合操作把信號從管芯尺寸BGA封裝件接到底部管芯電路。把環(huán)氧一類的涂料(18)沉積在晶片上以覆蓋引線接合導線，然后固化組件。然后，把堆積管芯晶片分成各個堆積管芯IC封裝件。
文檔編號H01L25/07GK1416594SQ01806388
公開日2003年5月7日 申請日期2001年1月10日 優(yōu)先權日2000年3月9日
發(fā)明者K·M·拉姆 申請人:愛特梅爾股份有限公司