專利名稱：在半導(dǎo)體管芯之間形成保護(hù)材料的半導(dǎo)體器件和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及半導(dǎo)體器件，并且更具體地涉及在堆疊在半導(dǎo)體晶片上的半導(dǎo) 體管芯之間形成保護(hù)材料以在單顆化(Singulation)期間減少缺陷的半導(dǎo)體器件和方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體器件普遍存在于現(xiàn)代電子產(chǎn)品中。半導(dǎo)體器件在電部件的數(shù)量和密度方面 變化。分立半導(dǎo)體器件一般包含一種類型的電部件，例如發(fā)光二極管(LED)、小信號晶體管、 電阻器、電容器、電感器以及功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(M0SFET)。集成半導(dǎo)體器 件典型地包含幾百到幾百萬個電部件。集成半導(dǎo)體器件的示例包括微控制器、微處理器、電 荷耦合器件(CXD )、太陽能電池以及數(shù)字微鏡器件(DMD )。半導(dǎo)體器件執(zhí)行各種各樣的功能，諸如高速計算、發(fā)射和接收電池信號、控制電子 器件、把太陽光轉(zhuǎn)換成電力以及為電視顯示器創(chuàng)建視覺投影。半導(dǎo)體器件存在于娛樂、通 信、功率變換、網(wǎng)絡(luò)、計算機(jī)和消費(fèi)品中。半導(dǎo)體器件也存在于軍事應(yīng)用、航空、汽車、工業(yè)控 制器和辦公設(shè)備中。半導(dǎo)體器件利用半導(dǎo)體材料的電學(xué)屬性。半導(dǎo)體材料的原子結(jié)構(gòu)允許通過施加電 場或基極電流或者通過摻雜工藝來操縱其電導(dǎo)率。摻雜將雜質(zhì)引入到半導(dǎo)體材料中以操縱 和控制半導(dǎo)體器件的電導(dǎo)率。半導(dǎo)體器件包含有源和無源電結(jié)構(gòu)。包括雙極型和場效應(yīng)晶體管的有源結(jié)構(gòu)控制 電流的流動。通過改變摻雜水平和電場或基極電流的施加，晶體管促進(jìn)或限制電流的流動。 包括電阻器、電容器和電感器的無源結(jié)構(gòu)產(chǎn)生為執(zhí)行各種電功能所需的電壓和電流之間的 關(guān)系。無源和有源結(jié)構(gòu)被電連接以形成電路，所述電路使得半導(dǎo)體器件能夠執(zhí)行高速計算 和其他有用功能。半導(dǎo)體器件一般使用兩個復(fù)雜的制造工藝(即前端制造和后端制造)進(jìn)行制造，每 個制造工藝可能涉及幾百個步驟。前端制造涉及在半導(dǎo)體晶片的表面上形成多個管芯。每 個管芯典型地完全相同并且包含通過電連接有源和無源部件而形成的電路。后端制造涉及 從完成的晶片中單顆化個別管芯以及封裝該管芯以提供結(jié)構(gòu)支撐和環(huán)境隔離。半導(dǎo)體制造的一個目標(biāo)是產(chǎn)生更小的半導(dǎo)體器件。更小的半導(dǎo)體器件典型地消耗 更少的功率，具有更高的性能，并且可以被更高效地生產(chǎn)。另外，更小的半導(dǎo)體器件具有更 小的占位面積(footprint)，這對于更小的終端產(chǎn)品而言是所期望的。更小的管芯大小可以 通過前端工藝的改進(jìn)(導(dǎo)致管芯具有更小的、更高密度的有源和無源部件)來獲得。后端工 藝可以通過電互連和封裝材料的改進(jìn)而導(dǎo)致具有更小占位面積的半導(dǎo)體器件。在管芯到晶片(D2W)封裝中，多個半導(dǎo)體管芯安裝到半導(dǎo)體晶片的表面。在所安裝 的半導(dǎo)體管芯之間的晶片的部分典型地未被支撐，即在所安裝的管芯之間存在空氣空間。 在真空卡片處理期間，在晶片中，尤其是在所安裝的半導(dǎo)體管芯之間的晶片的未支撐部分 中，可能形成晶片凹陷。硅灰塵以及其他污染物積聚在所安裝的半導(dǎo)體管芯之間的空氣空 間中并且接合到半導(dǎo)體晶片的背表面。用鋸條從所安裝的半導(dǎo)體管芯之間的背表面中單顆化半導(dǎo)體晶片。鋸條的切割操縱可能引起從晶片單顆化的管芯的頂部、底部和側(cè)面的碎屑 或龜裂。對單顆化的管芯的頂部、底部和側(cè)面的單顆化損壞可能造成器件缺陷和故障。

發(fā)明內(nèi)容
存在對單顆化D2W封裝而不損壞被單顆化管芯的需要。因而，在一個實(shí)施例中，本 發(fā)明是一種制作半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括以下步驟提供包含多個第一半導(dǎo)體管芯 的半導(dǎo)體晶片；把多個第二半導(dǎo)體管芯安裝到該半導(dǎo)體晶片的第一表面；在與該半導(dǎo)體晶 片的第一表面相對的該半導(dǎo)體晶片的第二表面上放置第一膠帶；在該第二半導(dǎo)體管芯和該 半導(dǎo)體晶片的第一表面上形成保護(hù)材料，去除第一膠帶；以及將第二半導(dǎo)體管芯之間的半 導(dǎo)體晶片單顆化成個別管芯到晶片封裝，每個管芯到晶片封裝包含堆疊在第一半導(dǎo)體管芯 上的第二半導(dǎo)體管芯。所述保護(hù)材料在單顆化期間保護(hù)該半導(dǎo)體晶片。該方法還包括將該 管芯到晶片封裝安裝到襯底、去除所述保護(hù)材料以及在所述管芯到晶片封裝和襯底上沉積 密封劑的步驟。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明是一種制作半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括以下步驟 提供包含多個第一半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體晶片；把多個第二半導(dǎo)體管芯安裝到該半導(dǎo)體晶片 的第一表面；在該第二半導(dǎo)體管芯和該半導(dǎo)體晶片的第一表面上形成保護(hù)材料；以及將第 二半導(dǎo)體管芯之間的半導(dǎo)體晶片單顆化成個別管芯到晶片封裝，每個管芯到晶片封裝包含 堆疊在第一半導(dǎo)體管芯上的第二半導(dǎo)體管芯。所述保護(hù)材料在單顆化期間保護(hù)該半導(dǎo)體晶 片。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明是一種制作半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括以下步驟 提供半導(dǎo)體晶片；在該半導(dǎo)體晶片的第一表面中形成多個溝道；在該半導(dǎo)體晶片的第一表 面中的所述溝道之上和之間沉積保護(hù)層；以及研磨與該半導(dǎo)體晶片的第一表面相對的該半 導(dǎo)體晶片的第二表面以減小該半導(dǎo)體晶片的厚度。所述保護(hù)材料在研磨期間保護(hù)所述溝道。在另一個實(shí)施例中，本發(fā)明是一種由包括以下步驟的工藝制成的半導(dǎo)體器件提 供包含多個第一半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體晶片；把多個第二半導(dǎo)體管芯安裝到該半導(dǎo)體晶片的 第一表面；在該第二半導(dǎo)體管芯和該半導(dǎo)體晶片的第一表面上形成保護(hù)材料；以及將第二 半導(dǎo)體管芯之間的半導(dǎo)體晶片單顆化成個別管芯到晶片封裝，每個管芯到晶片封裝包含堆 疊在第一半導(dǎo)體管芯上的第二半導(dǎo)體管芯。所述保護(hù)材料在單顆化期間保護(hù)該半導(dǎo)體晶 片。


圖1示出具有安裝到其表面的不同類型的封裝的PCB ；
圖2a-2c示出安裝到PCB的代表性半導(dǎo)體封裝的進(jìn)一步細(xì)節(jié)； 圖3a_3j示出在半導(dǎo)體晶體上堆疊的半導(dǎo)體管芯之間形成保護(hù)材料以在單顆化期間 減少缺陷的工藝；
圖4a4c示出晶片和半導(dǎo)體管芯上的互連結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步細(xì)節(jié)； 圖5示出具有內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)的D2W封裝；
圖6a_6e示出在半導(dǎo)體晶體上堆疊的半導(dǎo)體管芯之間形成保護(hù)材料以在單顆化期間減少缺陷的另一種工藝；以及
圖7a_7e示出為了在后研磨期間保護(hù)溝道而在形成在半導(dǎo)體晶片中的溝道上沉積的 保護(hù)材料。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是參考附圖在以下描述的一個或多個實(shí)施例中描述的，其中同樣的數(shù)字代 表相同或類似的元件。雖然本發(fā)明是按照用于獲得本發(fā)明目標(biāo)的最佳模式描述的，但是本 領(lǐng)域的技術(shù)人員會明白其旨在覆蓋如可以被包括在如以下公開和附圖所支持的所附權(quán)利 要求書及其等價物所定義的發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的更改、修改和等價物。一般使用兩個復(fù)雜的制造工藝來制造半導(dǎo)體器件前端制造和后端制造。前端制 造涉及在半導(dǎo)體晶片的表面上形成多個管芯。晶片上的管芯包含有源和無源電部件，所述 有源和無源電部件被電連接以形成功能電路。有源電部件，諸如晶體管和二極管，具有控制 電流流動的能力。無源電部件，諸如電容器、電感器、電阻器和變壓器，產(chǎn)生為執(zhí)行電路功能 所需的電壓和電流之間的關(guān)系。無源和有源部件通過包括摻雜、沉積、光刻、蝕刻和平坦化的一系列工藝步驟而形 成在半導(dǎo)體晶片的表面上。摻雜通過諸如離子注入或熱擴(kuò)散之類的技術(shù)而把雜質(zhì)引入到半 導(dǎo)體材料中。摻雜工藝修改有源器件中半導(dǎo)體材料的電導(dǎo)率，從而把半導(dǎo)體材料轉(zhuǎn)換成絕 緣體、導(dǎo)體或者響應(yīng)于電場或基極電流而動態(tài)改變半導(dǎo)體材料電導(dǎo)率。晶體管包含為使得 晶體管能夠在電場或基極電流的施加下促進(jìn)或限制電流流動而需要布置的變化摻雜類型 和程度的區(qū)域。有源和無源部件由具有不同電屬性的材料層形成。這些層可以通過部分由被沉積 的材料類型所確定的各種沉積技術(shù)形成。例如，薄膜沉積可以涉及化學(xué)汽相沉積(CVD)、物 理汽相沉積(PVD)、電解電鍍以及化學(xué)電鍍工藝。每層一般被圖案化以形成各部分的有源部 件、無源部件或部件之間的電連接。這些層可以使用光刻來圖案化，所述光刻涉及在要圖案化的層上沉積光敏材料 (例如，光致抗蝕劑)。使用光把圖案從光掩模轉(zhuǎn)移到光致抗蝕劑。經(jīng)受光的光致抗蝕劑圖 案的部分使用溶劑來去除，暴露要圖案化的底層的部分。光致抗蝕劑的其余部分被去除，留 下圖案化后的層?？蛇x地，一些類型的材料通過把該材料直接沉積到由先前沉積/蝕刻工 藝使用諸如化學(xué)和電解電鍍之類的技術(shù)而形成的區(qū)域或空隙中進(jìn)行圖案化。在現(xiàn)有圖案上沉積薄膜材料可能擴(kuò)大底下圖案并且產(chǎn)生不均勻的平坦表面。為產(chǎn) 生較小且更密集的有源和無源部件而要求均勻的平坦表面。平坦化可以用來從晶片的表面 去除材料并且產(chǎn)生均勻的平坦表面。平坦化涉及用拋光墊片對晶片的表面進(jìn)行拋光。在拋 光期間研磨材料和腐蝕性化學(xué)制劑被添加到晶片的表面。組合的、磨料的機(jī)械作用和化學(xué) 制劑的腐蝕作用去除任何不規(guī)則形貌，導(dǎo)致均勻的平坦表面。后端制造指的是把完成的晶片切割或單顆化成個別管芯并且然后對管芯進(jìn)行封 裝以用于結(jié)構(gòu)支撐和環(huán)境隔離。為了單顆化管芯，晶片沿被稱作劃片街區(qū)(saw street)或 劃線的晶片的非功能區(qū)域被刻痕并切斷。使用激光切割工具或鋸刀來單顆化晶片。在單顆 化后，個別管芯被安裝到包括用于與其他系統(tǒng)部件互連的管腳或接觸墊的封裝襯底上。在 半導(dǎo)體管芯上形成的接觸墊然后連接到封裝內(nèi)的接觸墊。電連接可以用焊料凸點(diǎn)、柱形凸點(diǎn)、導(dǎo)電膠或引線接合制成。密封劑或其他模制材料沉積在封裝上以提供物理支撐和電隔 離。完成的封裝然后被插入到電系統(tǒng)中并且使半導(dǎo)體器件的功能性可用于其他系統(tǒng)部件。圖1示出具有在其表面上安裝有多個半導(dǎo)體封裝的芯片載體襯底或印刷電路板 (PCB) 52的電子器件50。電子器件50可以根據(jù)應(yīng)用而具有一種類型的半導(dǎo)體封裝或者多 種類型的半導(dǎo)體封裝。為了說明目的而在圖1中示出不同類型的半導(dǎo)體封裝。電子器件50可以是獨(dú)立式系統(tǒng)，其使用半導(dǎo)體封裝來執(zhí)行一個或多個電功能?？?選地，電子器件50可以是較大系統(tǒng)的子部件。例如，電子器件50可以是圖形卡、網(wǎng)絡(luò)接口卡 或者其他可以插入到計算機(jī)中的信號處理卡。半導(dǎo)體封裝可以包括微處理器、存儲器、專用 集成電路(ASIC)、邏輯電路、模擬電路、RF電路、分立器件、或者其他半導(dǎo)體管芯或電部件。在圖1中，PCB 52提供用于安裝在PCB上的半導(dǎo)體封裝的結(jié)構(gòu)支撐和電互連的一 般襯底。使用蒸發(fā)、電解電鍍、化學(xué)電鍍、絲網(wǎng)印刷或者其他合適的金屬沉積工藝來把導(dǎo)電 信號跡線M形成在表面上或在各層PCB 52內(nèi)。信號跡線M提供每個半導(dǎo)體封裝、所安裝 部件以及其他外部系統(tǒng)部件之間的電通信。跡線M也提供到每個半導(dǎo)體封裝的電源和地 連接。在一些實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件具有兩個封裝等級。一級封裝是一種用于把半導(dǎo)體 管芯機(jī)械且電氣地附著到中間載體的技術(shù)。二級封裝涉及把中間載體機(jī)械且電氣地附著到 PCB。在其他實(shí)施例中，半導(dǎo)體器件可以只有一級封裝，其中管芯被機(jī)械且電氣地直接安裝 到 PCB。為了說明的目的，在PCB 52上示出包括引線接合封裝56和倒裝芯片58的若干類 型的一級封裝。另外，示出安裝在PCB 52上的包括球柵陣列(BGA)60、凸點(diǎn)芯片載體(BCC) 62、雙列直插式封裝(DIP) 64、連接盤網(wǎng)格陣列(LGA) 66、多芯片模塊(MCM) 68、四方扁平無 引腳封裝(QFN)70和四方扁平封裝72的若干類型的二級封裝。根據(jù)系統(tǒng)要求，配有一級和 二級封裝方式的任何組合的半導(dǎo)體封裝以及其他電子部件的任何組合可以連接到PCB 52。 在一些實(shí)施例中，電子器件50包括單個附著的半導(dǎo)體封裝，而其他實(shí)施例要求多個互連的 封裝。通過在單個襯底上組合一個或多個半導(dǎo)體封裝，制造商可以把預(yù)制部件合并到電子 器件和系統(tǒng)中。因?yàn)榘雽?dǎo)體封裝包括復(fù)雜的功能性，所以可以使用較廉價的部件和流水線 的制造工藝來制造電子器件。所得到的器件不太可能故障并且制造較便宜，導(dǎo)致消費(fèi)者的 更低成本。圖加-2(示出示例性半導(dǎo)體封裝。圖加示出安裝在PCB 52上的DIP 64的進(jìn)一 步細(xì)節(jié)。半導(dǎo)體管芯74包括有源區(qū)域，其包含模擬或數(shù)字電路，所述模擬或數(shù)字電路被實(shí) 施為形成在管芯內(nèi)的并且根據(jù)管芯的電氣設(shè)計進(jìn)行電互連的有源器件、無源器件、導(dǎo)電層 和介質(zhì)層。例如，電路可以包括一個或多個晶體管、二極管、電感器、電容器、電阻器以及其 他形成在半導(dǎo)體管芯74的有源區(qū)域內(nèi)的電路元件。接觸墊76是一層或多層導(dǎo)電材料，諸 如鋁(Al)、銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)、金(Au)或銀(Ag)，并且電連接到形成在半導(dǎo)體管芯74 內(nèi)的電路元件。在DIP 64的組裝期間，半導(dǎo)體管芯74使用金硅共晶層或粘合劑材料(諸如 熱環(huán)氧樹脂)而安裝到中間載體78。封裝體包括諸如聚合物或陶瓷的絕緣封裝材料。導(dǎo)體 引線80和引線接合82提供半導(dǎo)體管芯74和PCB 52之間的電互連。密封劑84沉積在封 裝上以通過防止?jié)駳夂皖w粒進(jìn)入封裝并且污染管芯74或引線接合82來實(shí)現(xiàn)環(huán)境保護(hù)。圖2b示出安裝在PCB 52上的BCC 62的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。使用底部填充或環(huán)氧樹脂粘合劑材料92把半導(dǎo)體管芯88安裝在載體90上。引線接合94提供接觸墊96和98之間 的一級封裝互連。模制化合物或密封劑100沉積在半導(dǎo)體管芯88和引線接合94上以為器 件提供物理支撐和電隔離。使用諸如電解電鍍或化學(xué)電鍍之類的合適的金屬沉積工藝來防 止氧化，在PCB 52的表面上形成接觸墊102。接觸墊102電連接到PCB 52中的一條或多條 導(dǎo)電信號跡線討。凸點(diǎn)104形成在BCC 62的接觸墊98和PCB 52的接觸墊102之間。在圖2c中，半導(dǎo)體管芯58通過倒裝芯片式一級封裝而面朝下地安裝到中間載體 106。半導(dǎo)體管芯58的有源區(qū)域108包含模擬或數(shù)字電路，其被實(shí)施為根據(jù)管芯的電氣設(shè) 計而形成的有源器件、無源器件、導(dǎo)電層和介質(zhì)層。例如，電路可以包括一個或多個晶體管、 二極管、電感器、電容器、電阻器和有源區(qū)域108內(nèi)的其他電路元件。半導(dǎo)體管芯58通過凸 點(diǎn)110電氣且機(jī)械地連接到載體106。BGA 60使用凸點(diǎn)112通過BGA式二級封裝而電氣且機(jī)械地連接到PCB 52。半導(dǎo) 體管芯58通過凸點(diǎn)110、信號線114和凸點(diǎn)112而電連接到PCB 52中的導(dǎo)電信號跡線54。 模制化合物或封裝劑116沉積在半導(dǎo)體管芯58和載體106上以為器件提供物理支撐和電 隔離。倒裝芯片半導(dǎo)體器件提供從半導(dǎo)體管芯58上的有源器件到PCB 52上的傳導(dǎo)通道的 短電傳導(dǎo)通路以便減小信號傳播距離、降低電容并且改善整體電路性能。在另一個實(shí)施例 中，半導(dǎo)體管芯58可以在不用中間載體106的情況下使用倒裝芯片式一級封裝而機(jī)械且電 氣直接連接到PCB 52。圖3a_3j示出針對圖1和2a_2c的在半導(dǎo)體晶體上堆疊的半導(dǎo)體管芯之間形成保 護(hù)材料以在單顆化期間減少缺陷的工藝。在圖3a中，膠帶122放置在晶片級附著器件或器 件夾具120中。膠帶122可以是聚合物粘合劑，其是通過旋涂或印刷而沉積的并且可通過 光、熱或激光釋放?？蛇x地，膠帶122可以是熱環(huán)氧樹脂、層壓聚合物、聚合物復(fù)合物或者無 機(jī)接合化合物。半導(dǎo)體晶片IM被定位在膠帶122上。半導(dǎo)體晶片IM包含用于結(jié)構(gòu)支撐的基本 襯底材料，諸如硅、鍺、砷化鎵、磷化銦或者碳化硅。多個半導(dǎo)體管芯或部件126形成在由如 上面描述的劃片街區(qū)127分隔的晶片IM上。每個半導(dǎo)體晶片1 包括有源表面128，其包 含被實(shí)施為形成在管芯內(nèi)并根據(jù)管芯的電氣設(shè)計和功能而電互連的有源器件、無源器件、 導(dǎo)電層和介質(zhì)層的模擬或數(shù)字電路。例如，電路可以包括一個或多個晶體管、二極管以及其 他形成在有源表面128內(nèi)以實(shí)施模擬電路或數(shù)字電路(諸如數(shù)字信號處理器(DSP)、ASIC、 存儲器或者其他信號處理電路)的電路元件。半導(dǎo)體管芯1 也可以包含用于RF信號處理 的IPD、諸如電感器、電容器和電阻器。典型的RF系統(tǒng)要求一個或多個半導(dǎo)體封裝中的多個 IPD以執(zhí)行必要的電功能。使用激光鉆孔或蝕刻工藝，諸如深反應(yīng)離子蝕刻(DRIE)，形成貫穿半導(dǎo)體管芯 126的多個通孔。這些通孔使用PVD、CVD、電解電鍍、化學(xué)電鍍或者其它合適的金屬沉積工 藝而被填充有Al、Cu、Sn、Ni、Au、Ag、鈦(Ti)、W、多晶硅或者其它合適的導(dǎo)電材料以形成導(dǎo) 電的硅直通孔(TSV)130。多個凸起或互連132形成在半導(dǎo)體管芯1 的有源表面1 上的 TSV 130之上。圖乜示出形成在半導(dǎo)體管芯126的有源表面1 上的TSV 130之上的互 連132的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。多個凸起或互連136形成在半導(dǎo)體晶片124的背表面138上的TSV 130之上。圖4b示出以螺旋布置形成在半導(dǎo)體管芯126的背表面138上的TSV 130之上的 個別互連136的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。
在圖北中，半導(dǎo)體晶片124安裝到晶片夾具120中的膠帶122。半導(dǎo)體晶片IM 的有源表面1 接觸膠帶122，其中凸起或互連132嵌入在膠帶中。在圖3c中，使用拾取與放置工具145把半導(dǎo)體管芯或部件146安裝到半導(dǎo)體晶片 124的背表面138。在一個實(shí)施例中，拾取與放置工具145是附著到半導(dǎo)體管芯146的背表 面147的計算機(jī)控制的真空卡盤。每個半導(dǎo)體管芯146具有有源表面148，其包含被實(shí)施為 形成在管芯內(nèi)并根據(jù)管芯的電氣設(shè)計和功能而電互連的有源器件、無源器件、導(dǎo)電層和介 質(zhì)層的模擬或數(shù)字電路。例如，電路可以包括一個或多個晶體管、二極管以及其他形成在有 源表面148內(nèi)以實(shí)施模擬電路或數(shù)字電路(諸如DSP、ASIC、存儲器或者其他信號處理電路) 的電路元件。半導(dǎo)體管芯146也可以包含用于RF信號處理的IPD、諸如電感器、電容器和電 阻器。半導(dǎo)體管芯146的凸點(diǎn)149與互連136對準(zhǔn)以通過互連132和136以及TSV 130把 半導(dǎo)體管芯146上的電路電連接到對應(yīng)半導(dǎo)體管芯IM上的電路。圖如示出形成在半導(dǎo) 體管芯146的有源表面148上的個別互連149的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。在圖3d中，諸如環(huán)氧樹脂、聚合物材料、膜或其它非導(dǎo)電材料之類的底部填充材 料150使用配送工具152而沉積在半導(dǎo)體管芯146之下。在圖!Be中，涂層或保護(hù)材料156沉積在半導(dǎo)體管芯146和半導(dǎo)體晶片1 上。保 護(hù)材料156是水溶性的并且在室溫下變干。在一個實(shí)施例中，保護(hù)材料156包含聚乙烯醇 和水。保護(hù)材料156通過配送器154以及旋涂或其他合適的敷料器(applicator)進(jìn)行沉 積。在圖3f中，在圖3a_3e中描述的組件從晶片夾具120中被去除并且用背表面147 和保護(hù)材料156被安裝到切割膠帶158。在圖3g中，通過熱、光或激光來去除膠帶122以暴露互連132。該組件使用鋸條或 激光切割工具160以2毫米(mm) X 120微米(μ m)間隙經(jīng)歷切割操作，從而把晶片IM單 顆化成個別堆疊的半導(dǎo)體管芯126和146。半導(dǎo)體管芯1 和146是不同大小的管芯。在 一個實(shí)施例中，半導(dǎo)體管芯146為4mmX 4mm，而半導(dǎo)體管芯1 為6mmX6mm。保護(hù)材料156 支撐半導(dǎo)體晶片124以減小晶片凹陷(dimpling)。另外，保護(hù)材料156保護(hù)半導(dǎo)體晶片124 以便鋸條160的切割操作留下光滑的管芯邊緣并且減小單顆化期間的晶片碎屑或龜裂。保 護(hù)材料156也密封半導(dǎo)體管芯146之間的區(qū)域并且防止半導(dǎo)體晶片IM上污染物的積聚。在圖池中，通過拾取與放置工具168接觸互連132，從膠帶158中去除每個包含堆 疊的半導(dǎo)體管芯126和146的管芯組件164。在圖3i中，D2W封裝164通過朝向襯底的互連132而安裝到襯底170。D2W封裝 164用去離子水進(jìn)行清洗以去除保護(hù)材料156、污染物、碎片以及其他過剩材料。使用配送 工具將底部填充材料172，諸如環(huán)氧樹脂、聚合物材料、膜或者其他不導(dǎo)電材料，沉積在半導(dǎo) 體管芯146之下，如圖3j所示。在D2W封裝164中，半導(dǎo)體管芯146通過TSV 130以及互 連132和136而電連接到半導(dǎo)體管芯126。半導(dǎo)體管芯126的側(cè)面相對光滑且沒有缺陷，因 為在單顆化期間保護(hù)材料156保護(hù)半導(dǎo)體晶片124。圖5示出類似于圖3a_3j中描述的工藝形成的具有底側(cè)內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)178的D2W 封裝176的可選實(shí)施例。絕緣或鈍化層180被沉積為一層或多層的二氧化硅(Si02)、氮化 硅(Si3N4)、氮氧化硅(SiON)、五氧化二鉭(Ta205)、氧化鋁(Al203)或者其他具有類似絕緣 和結(jié)構(gòu)屬性的材料。使用PVD、CVD、印刷、旋涂、噴涂、燒結(jié)或熱氧化來形成絕緣層180。絕緣層180的一部分通過蝕刻工藝來去除。通過PVD、CVD、濺射、電解電鍍、化學(xué)電鍍或者其他 合適的金屬沉積工藝，使用圖案化將導(dǎo)電層182形成為絕緣層180的去除部分中的一層或 多層。導(dǎo)電層182可以是一層或多層的Al、Cu、Sn、Ni、Au、Ag或其他合適的導(dǎo)電材料。導(dǎo) 電層182的一部分電連接到互連132。導(dǎo)電層182的其他部分可以根據(jù)半導(dǎo)體器件的設(shè)計 和功能是電公共的或電隔離的。使用蒸發(fā)、電解電鍍、化學(xué)電鍍、球落(ball drop)或絲網(wǎng)印刷工藝，導(dǎo)電凸點(diǎn)材 料沉積在內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)178上并且電連接到導(dǎo)電層182。凸點(diǎn)材料可以是具有任選焊劑 (flux)溶液的Al、Sn、Ni、Au、Ag、Pb、Bi、Cu、焊料以及其組合。例如，凸點(diǎn)材料可以是共晶 Sn/Pb、高鉛焊料或者無鉛焊料。凸點(diǎn)材料使用合適的附著或接合工藝而接合導(dǎo)電層182。 在一個實(shí)施例中，凸點(diǎn)材料通過將材料加熱到其熔點(diǎn)之上被回流以形成球形球或凸點(diǎn)184。 在一些實(shí)施例中，凸點(diǎn)184被二次回流以改善到導(dǎo)電層182的電接觸。凸點(diǎn)也可以壓縮接 合到導(dǎo)電層182。凸點(diǎn)184代表可以形成在導(dǎo)電層182上的一種類型的互連結(jié)構(gòu)。該互連 結(jié)構(gòu)也可以使用接合線、柱形凸點(diǎn)、微凸點(diǎn)以及其他電互連。密封劑或模制化合物188使用膏印刷、壓縮模制、轉(zhuǎn)移模制、液封模制、旋涂、真空 層壓或者其他合適的敷料器而沉積在半導(dǎo)體管芯126、半導(dǎo)體管芯146和內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)178 上。在一個實(shí)施例中，密封劑188使用模套模具(chase mold)進(jìn)行沉積。密封劑188可以 是聚合物復(fù)合材料，諸如具有填充劑的環(huán)氧樹脂、具有填充劑的環(huán)氧丙烯酸酯或者具有適 當(dāng)填充劑的聚合物。密封劑188是不導(dǎo)電的并且環(huán)境上保護(hù)半導(dǎo)體器件不受外部元件影 響。半導(dǎo)體管芯146通過TSV 130以及互連132和136而電連接到半導(dǎo)體管芯126。 D2W封裝176通過內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)178而電連接到外部器件。因?yàn)樵趩晤w化期間保護(hù)材料156 保護(hù)半導(dǎo)體晶片124，半導(dǎo)體管芯126的側(cè)面相對光滑并且沒有缺陷。圖6a_6e示出針對圖1和2a_2c的在半導(dǎo)體晶體上堆疊的半導(dǎo)體管芯之間沉積保 護(hù)材料以在單顆化期間減少缺陷的另一種工藝。從圖3d繼續(xù)該實(shí)施例，使用膏印刷、壓縮 模制、轉(zhuǎn)移模制、液封模制、旋涂、真空層壓或者其他合適的敷料器將密封劑或模制化合物 190沉積為半導(dǎo)體管芯146和半導(dǎo)體晶片1 上的保護(hù)材料，如圖6a所示。密封劑190可 以是聚合物復(fù)合材料，諸如具有填充劑的環(huán)氧樹脂、具有填充劑的環(huán)氧丙烯酸酯或者具有 適當(dāng)填充劑的聚合物。在圖6b中，圖6a中的組件從晶片夾具120中被去除并且用密封劑190被安裝到 切割膠帶192。在圖6c中，通過熱、光或激光來去除膠帶122以暴露互連132。該組件使用鋸條或 激光切割工具194以2 mmX 120 μ m間隙經(jīng)歷切割操作，從而把晶片124單顆化成個別堆疊 的半導(dǎo)體管芯1 和146。密封劑190支撐半導(dǎo)體晶片IM以減小晶片凹陷。另外，密封劑 190充當(dāng)半導(dǎo)體晶片IM上的保護(hù)材料以便鋸條160的切割操作留下光滑的管芯邊緣并且 減小單顆化期間的晶片碎屑或龜裂。密封劑190也密封半導(dǎo)體管芯146之間的區(qū)域并且防 止半導(dǎo)體晶片1 上污染物的積聚。在圖6d中，通過拾取與放置工具198接觸互連132，從膠帶192中去除每個包含堆 疊的半導(dǎo)體管芯126和146的管芯組件196。在圖6e中，D2W封裝200通過朝向襯底的互連132而安裝到襯底202。使用配送工具使底部填充材料204，諸如環(huán)氧樹脂、聚合物材料、膜或者其他不導(dǎo)電材料，沉積在半導(dǎo) 體管芯146之下。在D2W封裝200中，半導(dǎo)體管芯146通過TSV 130以及互連132和136 而電連接到半導(dǎo)體管芯126。因?yàn)樵趩晤w化期間保護(hù)材料190保護(hù)半導(dǎo)體晶片124，半導(dǎo)體 管芯126的側(cè)面相對光滑且沒有缺陷。在另一個實(shí)施例中，保護(hù)材料沉積在形成在半導(dǎo)體晶片的表面中的溝道上，如圖 7a-7e所示。圖7a示出放置在研磨器平臺212上的半導(dǎo)體晶片210。多個溝槽或溝道214 由切割輪218形成在半導(dǎo)體晶片210的頂表面216中。開槽深度是在后研磨操作之后目標(biāo) 晶片厚度的30-50%。例如，如果在后研磨操作之后目標(biāo)晶片厚度是25 μ m,則溝道深度為 IOym0圖7b示出形成在半導(dǎo)體晶片210的頂表面216中的溝道214的進(jìn)一步細(xì)節(jié)。溝道 214是半導(dǎo)體晶片210的弱點(diǎn)并且可能在后研磨操作期間導(dǎo)致晶片斷裂或損壞。在圖7c中，保護(hù)材料220沉積在半導(dǎo)體晶片210的頂表面216中的溝道214之上 和之間。保護(hù)材料220是水溶性的并且在室溫下變干。在一個實(shí)施例中，保護(hù)材料220包 含聚乙烯醇和水。保護(hù)材料220通過配送器224以及旋涂或其他合適的敷料器進(jìn)行沉積。在圖7d中，半導(dǎo)體晶片210被顛倒以便保護(hù)材料220被定向成面向研磨器平臺 212。研磨器2 去除半導(dǎo)體晶片的背表面228的一部分，大約下至保護(hù)材料220。保護(hù)材 料220防止在研磨工藝期間對頂表面216和溝道214的損壞。在圖7e中，研磨后的半導(dǎo)體晶片210被安裝到切割膠帶230并且用去離子水來去 除保護(hù)材料220和其他過剩材料。半導(dǎo)體晶片用鋸條或激光切割工具232進(jìn)行單顆化。雖然詳細(xì)示出了本發(fā)明的一個或多個實(shí)施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員會明白，可以 在不偏離如所附權(quán)利要求書所述的本發(fā)明的范圍的情況下做出對那些實(shí)施例的修改和變型。
權(quán)利要求
1.一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括提供包含多個第一半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體晶片；把多個第二半導(dǎo)體管芯安裝到該半導(dǎo)體晶片的第一表面；在與該半導(dǎo)體晶片的第一表面相對的該半導(dǎo)體晶片的第二表面上放置第一膠帶；在該第二半導(dǎo)體管芯和該半導(dǎo)體晶片的第一表面上形成保護(hù)材料；去除該第一膠帶；將第二半導(dǎo)體管芯之間的半導(dǎo)體晶片單顆化成個別管芯到晶片封裝，每個管芯到晶片 封裝包含堆疊在第一半導(dǎo)體管芯上的第二半導(dǎo)體管芯，所述保護(hù)材料在單顆化期間保護(hù)該 半導(dǎo)體晶片；將該管芯到晶片封裝安裝到襯底；去除所述保護(hù)材料；以及在所述管芯到晶片封裝和襯底上沉積密封劑。
2.權(quán)利要求1的方法，還包括形成貫穿半導(dǎo)體晶片的多個導(dǎo)電通孔。
3.權(quán)利要求1的方法，其中所述保護(hù)材料包括聚乙烯醇和水。
4.權(quán)利要求1的方法，還包括在第一半導(dǎo)體管芯之下沉積底部填充材料。
5.權(quán)利要求1的方法，還包括在第二半導(dǎo)體管芯之下沉積底部填充材料。
6.權(quán)利要求1的方法，其中所述襯底包括內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)。
7.一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括提供包含多個第一半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體晶片； 把多個第二半導(dǎo)體管芯安裝到該半導(dǎo)體晶片的第一表面； 在該第二半導(dǎo)體管芯和該半導(dǎo)體晶片的第一表面上形成保護(hù)材料；以及 將第二半導(dǎo)體管芯之間的半導(dǎo)體晶片單顆化成個別管芯到晶片封裝，每個管芯到晶片 封裝包含堆疊在第一半導(dǎo)體管芯上的第二半導(dǎo)體管芯，所述保護(hù)材料在單顆化期間保護(hù)該 半導(dǎo)體晶片。
8.權(quán)利要求7的方法，其中所述保護(hù)材料包括聚乙烯醇和水。
9.權(quán)利要求7的方法，還包括在單顆化后去除所述保護(hù)材料。
10.權(quán)利要求7的方法，其中所述保護(hù)材料包括密封劑。
11.權(quán)利要求7的方法，還包括在第一半導(dǎo)體管芯上形成內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)；以及在第一半導(dǎo)體管芯、第二半導(dǎo)體管芯和內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)上沉積密封劑。
12.權(quán)利要求7的方法，還包括把所述管芯到晶片封裝安裝到襯底。
13.權(quán)利要求7的方法，還包括形成貫穿半導(dǎo)體晶片的多個導(dǎo)電通孔。
14.權(quán)利要求7的方法，還包括在第一半導(dǎo)體管芯之下沉積第一底部填充材料；以及 在第二半導(dǎo)體管芯之下沉積第二底部填充材料。
15.一種制作半導(dǎo)體器件的方法，包括 提供半導(dǎo)體晶片；在該半導(dǎo)體晶片的第一表面中形成多個溝道；在該半導(dǎo)體晶片的第一表面中的所述溝道之上和之間沉積保護(hù)層；以及研磨與該半導(dǎo)體晶片的第一表面相對的該半導(dǎo)體晶片的第二表面以減小該半導(dǎo)體晶 片的厚度，所述保護(hù)材料在研磨期間保護(hù)所述溝道。
16.權(quán)利要求15的方法，還包括去除所述保護(hù)層。
17.權(quán)利要求15的方法，還包括用去離子水來去除所述保護(hù)層。
18.權(quán)利要求16的方法，還包括單顆化該半導(dǎo)體晶片。
19.權(quán)利要求15的方法，其中所述保護(hù)材料包括聚乙烯醇和水。
20.一種由包括以下步驟的工藝制成的半導(dǎo)體器件 提供包含多個第一半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體晶片；把多個第二半導(dǎo)體管芯安裝到該半導(dǎo)體晶片的第一表面； 在該第二半導(dǎo)體管芯和該半導(dǎo)體晶片的第一表面上形成保護(hù)材料；以及 將第二半導(dǎo)體管芯之間的半導(dǎo)體晶片單顆化成個別管芯到晶片封裝，每個管芯到晶片 封裝包含堆疊在第二半導(dǎo)體管芯上的第二半導(dǎo)體管芯，所述保護(hù)材料在單顆化期間保護(hù)該 半導(dǎo)體晶片。
21.權(quán)利要求20的半導(dǎo)體器件，其中所述保護(hù)材料包括聚乙烯醇和水。
22.權(quán)利要求20的半導(dǎo)體器件，還包括在單顆化后去除所述保護(hù)材料。
23.權(quán)利要求20的半導(dǎo)體器件，其中所述保護(hù)材料包括密封劑。
24.權(quán)利要求20的半導(dǎo)體器件，還包括 在第一半導(dǎo)體管芯上形成內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)；以及在第一半導(dǎo)體管芯、第二半導(dǎo)體管芯和內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)上沉積密封劑。
25.權(quán)利要求20的半導(dǎo)體器件，還包括形成貫穿半導(dǎo)體晶片的多個導(dǎo)電通孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及在半導(dǎo)體管芯之間形成保護(hù)材料的半導(dǎo)體器件和方法。半導(dǎo)體晶片包含第一半導(dǎo)體管芯。形成貫穿半導(dǎo)體晶片的TSV。第二半導(dǎo)體管芯安裝到半導(dǎo)體晶片的第一表面。第一膠帶被施加到半導(dǎo)體晶片的第二表面上。在該第二半導(dǎo)體管芯和晶片的第一表面上形成保護(hù)材料。保護(hù)材料可以是密封劑或者聚乙烯醇和水。在第二管芯之間將晶片單顆化成個別管芯到晶片封裝，每個管芯到晶片封裝包含堆疊在第一管芯上的第二管芯。所述保護(hù)材料在單顆化期間保護(hù)該晶片。該管芯到晶片封裝可以安裝到襯底?？梢栽诠苄镜骄庋b上形成內(nèi)建互連結(jié)構(gòu)?？梢匀コ霰Ｗo(hù)材料?？梢栽诘谝缓偷诙苄局鲁练e底部填充材料。在管芯到晶片封裝上沉積密封劑。
文檔編號H01L21/60GK102136457SQ20101054236
公開日2011年7月27日 申請日期2010年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月13日
發(fā)明者尹慈恩, 李成尹, 林宅基 申請人:新科金朋有限公司