本發(fā)明是關(guān)于半導(dǎo)體器件的封裝方法。確切地說(shuō)，本發(fā)明旨在提供一種模壓芯片級(jí)封裝（mcsp）的改良晶圓工藝，以獲得帶有厚背面金屬的薄芯片封裝，以及在器件的正面和/或背面上的成型化合物。

背景技術(shù)：

在晶圓級(jí)芯片規(guī)模封裝（wlcsp）的技術(shù)中，在晶圓上全部完成半導(dǎo)體芯片，從晶圓上分離單獨(dú)的芯片封裝后，半導(dǎo)體芯片直接封裝在晶圓級(jí)上。因此，芯片封裝的尺寸與原始的半導(dǎo)體芯片的尺寸相同。通常來(lái)說(shuō)，wlcsp技術(shù)廣泛應(yīng)用于半導(dǎo)體器件。在本領(lǐng)域中眾所周知，垂直功率器件，例如共漏mosfet等具有較大的rdson。因此，需要減薄晶圓，以減小襯底電阻，從而達(dá)到減小rdson的目的。然而，由于晶圓較薄，缺少機(jī)械保護(hù)，因此薄的晶圓很難處理。另外，為了減小垂直功率器件中的rdson，需要很厚的背面金屬減小擴(kuò)散電阻。傳統(tǒng)工藝通常使用很厚的引線框，將半導(dǎo)體芯片貼裝在厚引線框上。然而，這種方法無(wú)法實(shí)現(xiàn)100%的芯片規(guī)模封裝。

另外，在傳統(tǒng)的芯片規(guī)模封裝技術(shù)中，沿晶圓正面的劃線直接切割晶圓，從晶圓上分離單獨(dú)的芯片封裝。然而，在減薄晶圓之前，封裝的晶圓正面通常帶有成型化合物，以提高對(duì)晶圓的機(jī)械支持，防止減薄晶圓開(kāi)裂。因此，劃線被成型化合物覆蓋。很難沿晶圓正面的劃線切割晶圓。

因此，基于上述相關(guān)現(xiàn)有技術(shù)的說(shuō)明，必須制備在被wlcsp的器件正面和/或背面上帶有厚背面金屬以及的成型化合物的超薄芯片。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提出一種用于制備帶有厚背面金屬化的模壓芯片級(jí)封裝的晶圓工藝，以改善現(xiàn)有技術(shù)中的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。

本發(fā)明中，每個(gè)半導(dǎo)體芯片都包括多個(gè)金屬焊接墊，分別形成在所述的每個(gè)半導(dǎo)體芯片的正面上；所述的晶圓工藝包括以下步驟：在多個(gè)金屬焊接墊上都制備一個(gè)相應(yīng)的金屬凸塊；在半導(dǎo)體晶圓的正面制備一個(gè)第一封裝層，以覆蓋金屬凸塊，其中第一封裝層的半徑小于半導(dǎo)體晶圓的半徑，從而在半導(dǎo)體晶圓的邊緣形成一個(gè)未覆蓋環(huán)，其中多個(gè)劃線中每個(gè)劃線的兩端都位于兩個(gè)鄰近的半導(dǎo)體芯片之間，并且延伸到未覆蓋環(huán)的正面；減薄第一封裝層，使金屬凸塊從第一封裝層裸露出來(lái)；通過(guò)沿著連接在未覆蓋環(huán)的正面裸露出來(lái)的所述每個(gè)劃線兩端的直線，切割第一封裝層，沿所述的每個(gè)劃線，在減薄第一封裝層的正面，制備一個(gè)相應(yīng)的切割槽；在半導(dǎo)體晶圓的背面研磨，以便在半導(dǎo)體晶圓的背面形成一個(gè)凹陷空間，在半導(dǎo)體晶圓的邊緣處形成一個(gè)支撐環(huán)；在凹陷空間中半導(dǎo)體晶圓的底面，沉積一個(gè)金屬種子層；切除半導(dǎo)體晶圓的邊緣部分；翻轉(zhuǎn)并安裝半導(dǎo)體晶圓在襯底上，減薄的第一封裝層直接連接到襯底的頂面；沉積一個(gè)金屬層，覆蓋金屬種子層；從半導(dǎo)體晶圓上除去襯底；并且通過(guò)沿切割槽，切割第一封裝層、半導(dǎo)體晶圓、金屬種子層以及金屬層，將單獨(dú)的半導(dǎo)體芯片從半導(dǎo)體晶圓切割分離，其中將第一封裝層切割成多個(gè)頂部封裝層，其中多個(gè)頂部封裝層中各自的頂部封裝層都覆蓋著所述的每個(gè)半導(dǎo)體芯片的正面，其中各自的金屬凸塊都從所述的每個(gè)半導(dǎo)體芯片各自的頂部封裝層裸露出來(lái)，其中金屬層切割成多個(gè)底部金屬層，其中多個(gè)底部金屬層各自的底部金屬層都覆蓋著所述的每個(gè)半導(dǎo)體芯片的背面。

優(yōu)選的，切割槽延伸到半導(dǎo)體晶圓的正面。

優(yōu)選的，切除半導(dǎo)體晶圓的邊緣部分包括切除支撐環(huán)。

優(yōu)選的，凹陷空間的半徑小于第一封裝層的半徑，以至于一部分第一封裝層與一部分支撐環(huán)重疊，其中切除半導(dǎo)體晶圓的邊緣部分包括切除支撐環(huán)和第一封裝層的重疊部分。

優(yōu)選的，在沉積金屬種子層之前，還包括在凹陷空間中的半導(dǎo)體晶圓底面上沉積另一個(gè)用于歐姆接觸的金屬層，從而使為金屬種子層形成的勢(shì)壘不會(huì)擴(kuò)散到半導(dǎo)體晶圓中。

優(yōu)選的，凹陷空間由研磨輪制成，研磨輪的半徑小于半導(dǎo)體晶圓的半徑。

優(yōu)選的，在沉積金屬層覆蓋金屬種子層之后，還包括在金屬層上制備一個(gè)第二封裝層，其中從半導(dǎo)體晶圓上分離單獨(dú)的半導(dǎo)體芯片包括沿切割槽切割第一封裝層、半導(dǎo)體晶圓、種子層、金屬層和第二封裝層，其中將第二封裝層切割成多個(gè)底部封裝層，其中多個(gè)底部封裝層各自的底部封裝層覆蓋著所述的每個(gè)半導(dǎo)體芯片各自的底部金屬層。

優(yōu)選的，通過(guò)蒸發(fā)或?yàn)R射沉積種子層。

優(yōu)選的，種子層的材料從含有tiniag、tini和tinial的組別中選取。

優(yōu)選的，通過(guò)電鍍和/或化學(xué)鍍層沉積金屬層。

優(yōu)選的，金屬層的材料從含有ag、cu和ni的組別中選取。

優(yōu)選的，研磨半導(dǎo)體晶圓的背面之后，減薄的第一封裝層比半導(dǎo)體晶圓更厚。

優(yōu)選的，沉積覆蓋金屬種子層的金屬層之后，金屬層的厚度大于半導(dǎo)體晶圓厚度的1/10。

閱讀實(shí)施例的以下詳細(xì)說(shuō)明并參照各種附圖，本發(fā)明的這些特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，無(wú)疑將顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1a表示半導(dǎo)體芯片形成在半導(dǎo)體晶圓正面的俯視圖；

圖1b表示金屬凸塊形成在半導(dǎo)體芯片的金屬焊接墊上的半導(dǎo)體晶圓的剖面示意圖；

圖2a～2b表示沉積第一封裝層以覆蓋晶圓正面的步驟的剖面圖；

圖3a～3b表示研磨減薄第一封裝層并且在第一封裝層上制備切割槽的步驟剖面圖；

圖4表示從其背面研磨減薄晶圓的步驟剖面示意圖；

圖5表示在減薄晶圓的底面沉積一個(gè)薄金屬層步驟的剖面示意圖；

圖6表示切割晶圓邊緣部分步驟的剖面示意圖；

圖7表示在襯底上翻轉(zhuǎn)和安裝圖6所示晶圓步驟的剖面示意圖；

圖8表示在減薄晶圓底部的薄金屬層上沉積一個(gè)厚金屬層步驟的剖面示意圖；

圖9表示從圖8所示步驟制成的晶圓上除去襯底步驟的剖面示意圖；

圖10表示通過(guò)切割第一封裝層、晶圓和金屬層，使裸露的背面金屬與單獨(dú)的封裝結(jié)構(gòu)分離步驟的剖面示意圖；

圖11表示除去襯底并且分離單獨(dú)的封裝結(jié)構(gòu)之前，在圖8所示的器件結(jié)構(gòu)的厚金屬層上制備一個(gè)第二封裝層步驟的剖面示意圖；

圖12表示從圖11所示步驟制成的晶圓上除去襯底步驟的剖面示意圖；

圖13表示通過(guò)切割第一封裝層、晶圓、金屬層和第二封裝層，將封裝結(jié)構(gòu)頂邊和底邊上的成型化合物與圖12所示步驟制成的晶圓單獨(dú)的封裝結(jié)構(gòu)分離步驟的剖面示意圖。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖，通過(guò)詳細(xì)說(shuō)明較佳的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。然而，附圖僅用于解釋說(shuō)明，而不用于局限本發(fā)明的范圍。

圖1a表示含有多個(gè)半導(dǎo)體芯片101形成在晶圓正面的晶圓100的俯視圖，每個(gè)劃線102都位于兩個(gè)鄰近的芯片101之間。本領(lǐng)域中眾所周知，通過(guò)沿劃線102切割，將單獨(dú)的芯片101與晶圓100分離。通常來(lái)說(shuō)，多個(gè)金屬焊接墊（圖中沒(méi)有表示出）形成在每個(gè)芯片101的正面，構(gòu)成芯片的電極，連接到電源、接地端或用于與外部電路之間信號(hào)傳輸?shù)倪B接端。

如圖1b所示，導(dǎo)電塊110，例如金屬凸塊，形成在每個(gè)芯片101正面的每個(gè)金屬焊接墊上。金屬凸塊110可以由導(dǎo)電材料，例如銅、金、銀、鋁等類(lèi)似金屬或其合金制成。金屬凸塊110的形狀可以是球形、橢圓形、立方體、圓柱體或楔形等類(lèi)似形狀。

如圖2a所示，沉積封裝材料，例如環(huán)氧樹(shù)脂等類(lèi)似材料，制備特定厚度的第一封裝層120，覆蓋著晶圓100的正面以及所有的金屬凸塊110。如圖2a和2b所示，第一封裝層120的半徑略小于晶圓100的半徑，從而使第一封裝層120不會(huì)覆蓋晶圓100的整個(gè)正面，例如靠近晶圓邊緣的未覆蓋環(huán)103沒(méi)有被第一封裝層120覆蓋。

如圖3a所示，研磨第一封裝層120，使金屬凸塊110裸露出來(lái)。在一個(gè)實(shí)施例中，研磨后第一封裝層120的厚度約為50微米至100微米。金屬凸塊110最好由較硬的金屬（例如銅）制成，以便在研磨第一封裝層過(guò)程中當(dāng)金屬凸塊上的灰塵吸附在研磨輪上時(shí)，消除對(duì)第一封裝層120的研磨表面不必要的污染。在圖3a中，多個(gè)切割槽121制備形成在減薄后的第一封裝層120的正面上。如圖2b所示，第一塑料封裝層120的半徑小于晶圓100的半徑，以確保未覆蓋環(huán)103中每個(gè)劃線102的兩端不被第一塑料封裝層120覆蓋。通過(guò)切割第一封裝層120正面上的淺線，可以形成切割槽121，與劃線102對(duì)準(zhǔn)，劃線102從未覆蓋環(huán)103中裸露的兩端開(kāi)始延伸。確切地說(shuō)，每個(gè)淺線或切割槽121都與圖3b中所示相應(yīng)的劃線102重疊?？梢哉{(diào)節(jié)切割槽121的深度。在一個(gè)實(shí)施例中，切割槽121a（如圖3a中的虛線所示）可以穿過(guò)第一封裝層120，到達(dá)晶圓的正面。

如圖4所示，原始厚度為760微米的晶圓100，在其背面研磨到50微米至100微米的預(yù)定厚度。在一個(gè)較佳實(shí)施例中，研磨后的第一塑料封裝層比研磨后的晶圓更厚，用于機(jī)械支撐。另外，為了給減薄晶圓提供機(jī)械支撐，在晶圓邊緣的支撐環(huán)不研磨。如圖4所示，用研磨輪研磨晶圓100的背面，形成凹陷空間130，研磨輪的半徑小于晶圓100的半徑。凹陷空間130的半徑盡可能的大，使靠近晶圓邊緣的芯片成品率達(dá)到最大。在該步驟中，在晶圓100邊緣處形成支撐環(huán)104，支撐環(huán)104的寬度為晶圓100的半徑和凹陷空間130的半徑之差。在該步驟中，通過(guò)凹陷空間130的深度，可以調(diào)節(jié)薄晶圓100的設(shè)計(jì)厚度。支撐環(huán)104和減薄封裝層120為減薄晶圓100提供機(jī)械支撐，從而使減薄晶圓不會(huì)輕易破裂。在一個(gè)實(shí)施例中，凹陷空間130的半徑小于第一封裝層120的半徑，以便進(jìn)一步保持減薄晶圓100的機(jī)械強(qiáng)度，使一部分第一封裝層120可以與一部分支撐環(huán)104部分重疊。在本發(fā)明的示例中，可以選擇在凹陷空間130中晶圓100的底面上沉積一個(gè)金屬層140a，用于歐姆接觸，并用作防止金屬種子層140（如圖5所示）擴(kuò)散到半導(dǎo)體晶圓100中的勢(shì)壘。

如圖5所示，可以選擇，在凹陷空間130內(nèi)裸露出來(lái)的晶圓100的底面上，用摻雜物重?fù)诫s，然后退火，使摻雜物擴(kuò)散。在晶圓100的底面沉積（例如通過(guò)蒸發(fā)或?yàn)R射）一個(gè)薄金屬層140（例如tiniag、tini、tinial或類(lèi)似材料）。薄金屬層140可以用作種子層140，用于在下一個(gè)步驟中沉積厚金屬層。

如圖6所示，切除減薄晶圓100的邊緣部分105和支撐環(huán)104。第一封裝層120的重疊部分122也切除。晶圓的切除邊緣部分105的寬度等于或略大于支撐環(huán)104的寬度。

如圖7所示，將圖6所示的整個(gè)晶圓結(jié)構(gòu)翻轉(zhuǎn)并安裝在襯底142上。襯底142可以是虛擬晶圓、金屬板或樹(shù)脂板。利用雙面膠帶、熱釋放材料或膠水，可以將圖6所示的整個(gè)晶圓結(jié)構(gòu)安裝在襯底142上。

如圖8所示，通過(guò)電鍍和/或化學(xué)鍍層，在薄金屬層140上方沉積一個(gè)厚底部金屬層124。金屬層124可以是al、ag、cu、ni、au等類(lèi)似金屬。根據(jù)形成在晶圓上的半導(dǎo)體芯片的尺寸，底部金屬層124的厚度約為10微米至100微米。通常來(lái)說(shuō)，對(duì)于晶圓研磨至100微米或更少，底部金屬層124應(yīng)至少是晶圓厚度的1/10。對(duì)于研磨至50微米的晶圓來(lái)說(shuō)，底部金屬層應(yīng)至少是晶圓厚度的1/5，最好大于晶圓厚度的1/2。在一個(gè)實(shí)施例中，通過(guò)50微米左右厚度的研磨晶圓（如圖4所示），沉積厚度大于50微米的底部金屬層。對(duì)于小于50微米的晶圓研磨來(lái)說(shuō)，底部金屬層124應(yīng)大于晶圓厚度的1/2。由于金屬層124是通過(guò)沉積形成的，因此在晶圓底面和底部金屬層的表面之間，沒(méi)有焊錫或環(huán)氧樹(shù)脂等粘合材料。厚金屬層不僅提供降低阻抗以及更利于散熱的益處，而且在制備過(guò)程中尤其是晶圓厚度減至100微米以下后，為晶圓和半導(dǎo)體芯片整體提供機(jī)械支撐。然后，如圖9所示，從晶圓結(jié)構(gòu)上除去襯底142。

如圖10所示，利用切割機(jī)180，沿切割槽121，可以切斷第一封裝層120、晶圓100、種子層140以及厚底部金屬層124，以便使單獨(dú)的芯片101與晶圓100分離。因此，將第一封裝層120切割成多個(gè)頂部封裝層1200，種子層140可以切割成多個(gè)種子層1400，厚底部金屬層124可以切割成多個(gè)厚底部金屬層1240，從而獲得多個(gè)晶圓級(jí)封裝結(jié)構(gòu)200a。每個(gè)封裝結(jié)構(gòu)200a都包括一個(gè)頂部封裝層1200，覆蓋在每個(gè)芯片101的正面，種子層1400覆蓋在芯片101的背面，厚底部金屬層覆蓋著種子層1400，從頂部封裝層1200裸露出來(lái)的金屬凸塊110，用作封裝結(jié)構(gòu)200a的接觸端，用于電接觸外部電路，在封裝結(jié)構(gòu)200a底部裸露出來(lái)的厚底部金屬層1240，用作封裝結(jié)構(gòu)200a的接觸端，還用于散熱。

在一個(gè)實(shí)施例中，芯片101為垂直mosfet（金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管），其中電流從芯片的正面流至背面，或者反之亦然。因此，形成在芯片正面的多個(gè)金屬焊接墊都包括一個(gè)構(gòu)成源極電極的焊接墊，以及一個(gè)構(gòu)成柵極電極的焊接墊，底部金屬層1240構(gòu)成芯片的漏極電極。利用厚底部金屬層1240，可以大幅降低封裝結(jié)構(gòu)200a的電阻。

在另一個(gè)實(shí)施例中，如圖11～圖13所示，可以制備帶有底部封裝層1320的封裝結(jié)構(gòu)200b。如圖8所示，在薄金屬層140上方沉積厚底部金屬層124之后，制備第二封裝層132，覆蓋厚底部金屬層124，如圖11所示。然后，如圖12所示，從晶圓結(jié)構(gòu)上除去襯底142。

如圖13所示，切割第一封裝層120、晶圓100、種子層140、厚底部金屬層124以及第二封裝層132，使單獨(dú)的芯片101從晶圓100切割分離。因此，將第一封裝層120切割成多個(gè)頂部封裝層1200，種子層140切割成多個(gè)種子層1400，厚底部金屬層124切割成多個(gè)厚底部金屬層1240，第二封裝層132切割成多個(gè)底部封裝層1320，從而獲得多個(gè)封裝結(jié)構(gòu)200b。每個(gè)封裝結(jié)構(gòu)200b都包括一個(gè)頂部封裝層1200，覆蓋在每個(gè)芯片101的正面，種子層1400覆蓋在芯片101的背面，厚底部金屬層1240覆蓋著種子層1400，底部封裝層1320覆蓋著厚底部金屬層1240，從頂部封裝層1200裸露出來(lái)的金屬凸塊110，用作封裝結(jié)構(gòu)200b的接觸端，用于電接觸外部電路。在本實(shí)施例中，由于厚底部金屬層1240被底部封裝層1320覆蓋，底部金屬層1240不能用作接觸端，用于接觸外部電路。因此，當(dāng)芯片101為垂直mosfet時(shí)，形成在芯片正面的多個(gè)金屬焊接墊，包括一個(gè)構(gòu)成源極電極的焊接墊、一個(gè)構(gòu)成柵極電極的焊接墊，焊接墊電連接到底部金屬層1240，穿過(guò)形成在芯片中的金屬互聯(lián)結(jié)構(gòu)（圖中沒(méi)有表示出），構(gòu)成漏極電極。

以上說(shuō)明用于解釋說(shuō)明本發(fā)明的典型實(shí)施例，無(wú)局限性。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，還可能存在各種修正和變化。本發(fā)明由所附的權(quán)利要求書(shū)限定。