本發(fā)明涉及，特別涉及一種具有雙側(cè)模塑結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展的非?？焖?，尤其在半導(dǎo)體芯片朝向微型化發(fā)展的趨勢(shì)下，對(duì)于半導(dǎo)體芯片的功能則越要求更多樣性。也就是說(shuō)，半導(dǎo)體芯片上會(huì)包含更多的輸出/輸入(i/o)接墊并且被設(shè)置在一個(gè)更小的區(qū)域內(nèi)，這使得半導(dǎo)體芯片上接合墊的密度迅速增加，導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片的封裝變得更加困難。

目前，形成封裝結(jié)構(gòu)的主要目的在保護(hù)晶粒，避免其受到環(huán)境的因素破壞。另外，晶粒運(yùn)作時(shí)產(chǎn)生的熱，也必須通過(guò)封裝結(jié)構(gòu)有效率的被傳導(dǎo)出去，才能確保晶粒能正常操作。

根據(jù)本領(lǐng)域公知技術(shù)，晶圓級(jí)封裝(waferlevelpackage,wlp)是在將晶粒切割分離之前先進(jìn)行封裝。晶圓級(jí)封裝技術(shù)具有一定的優(yōu)勢(shì)，例如具有更短的生產(chǎn)周期時(shí)間和較低的成本。扇出晶圓級(jí)封裝(fan-outwaferlevelpackage,fowlp)則是將半導(dǎo)體芯片的接觸墊通過(guò)基板上的重分布層(re-distributionlayer,rdl)再分配到一個(gè)較大的面積上的封裝技術(shù)。重分布層通常形成在一基板上，例如穿硅通孔(throughsiliconvia,tsv)中介基板。

重分布層通常由另外形成在晶圓表面的金屬層及介電層所構(gòu)成，可以將芯片的i/o接墊重新繞線成間距較寬松的布局圖案。上述重分布層通常包含形成薄膜聚合物，例如，苯并環(huán)丁烯(bcb)、聚酰亞胺(pi)或其它有機(jī)聚合物，以及金屬化工藝，例如，鋁金屬或銅金屬，如此將接墊重新繞線到一面積陣列組態(tài)。

由于制造工藝繁復(fù)，包含穿硅通孔的中介基板通常成本較高，因此，使用穿硅通孔中介基板的扇出晶圓級(jí)封裝也會(huì)比較昂貴，并不利于特定的應(yīng)用場(chǎng)合。

晶圓級(jí)封裝工藝中，通常會(huì)在晶圓及安裝在晶圓上的芯片表面覆蓋一相對(duì)較厚的模塑料。此模塑料不只使封裝整體的厚度增加，其與集成電路基底的熱膨脹系數(shù)(cte)的差異，容易導(dǎo)致封裝翹曲或變形。晶圓翹曲(warpage)一直是本技術(shù)領(lǐng)域關(guān)注的問(wèn)題。

晶圓翹曲使得芯片與晶圓之間的接合不易維持，導(dǎo)致“芯片對(duì)晶圓接合”(chiptowafer,c2w)的組裝失敗。翹曲問(wèn)題在大尺寸晶圓上更是明顯，特別是對(duì)于具有小間距重分布層的晶圓級(jí)半導(dǎo)體封裝工藝，此問(wèn)題更是嚴(yán)重。有鑒于此，本領(lǐng)域仍需要一個(gè)改良的晶圓級(jí)封裝及方法，可以解決上述先前技術(shù)的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明主要目的在于提供一種改良的具有雙側(cè)模塑結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝及其制作方法，可以減輕模塑后翹曲變形的現(xiàn)象，并且可以避免重分布層中介層的裂開(kāi)或脫層。

根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體封裝，包含一重分布層中介層，具有一第一面、相對(duì)于所述第一面的一第二面，及延伸于所述第一面與所述第二面之間的一垂直側(cè)壁；至少一半導(dǎo)體晶粒，設(shè)置在所述重分布層中介層的所述第一面上；一第一模塑料，設(shè)置在所述第一面上，所述第一模塑料包覆所述半導(dǎo)體晶粒；多數(shù)個(gè)焊錫凸塊設(shè)置在所述第二面上；以及一第二模塑料，設(shè)置在所述第二面上，其中所述第二模塑料包圍所述多數(shù)個(gè)焊錫凸塊，且覆蓋所述重分布層中介層的所述垂直側(cè)壁。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，其中所述第一模塑料是直接接觸所述第二模塑料。所述第一模塑料與所述第二模塑料具有不同的組成。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，其中另包含凸塊設(shè)置在各所述焊錫凸塊上，使得所述凸塊突出于所述第二模塑料的一上表面。

毋庸置疑的，本領(lǐng)域的技術(shù)人士讀完接下來(lái)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明與附圖后，均可了解本發(fā)明的目的。

附圖說(shuō)明

圖1到圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所繪示的剖面示意圖，說(shuō)明制作具有雙側(cè)模塑結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體封裝的方法，其中所述雙側(cè)模塑結(jié)構(gòu)包封重分布層中介層；以及

圖13到圖22是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所繪示的剖面示意圖，說(shuō)明以雙側(cè)模塑結(jié)構(gòu)包封重分布層中介層的半導(dǎo)體封裝的制作方法。

其中，附圖標(biāo)記說(shuō)明如下：

10半導(dǎo)體封裝

300載板

301黏著層

310鈍化層

312阻焊層

312a上表面

314開(kāi)孔

400重分布層中介層(rdlinterposer)

400a垂直側(cè)壁

410重分布層(rdl)

412介電層

414金屬層

415凸塊墊

416凸塊

417錫球焊墊

421接觸點(diǎn)

420a、420b晶粒(芯片)

500第一模塑料

510鈍化層

520焊錫凸塊

522凸塊

602切割溝槽

600第二模塑料

具體實(shí)施方式

接下來(lái)的詳細(xì)說(shuō)明須參考相關(guān)附圖所示內(nèi)容，用來(lái)說(shuō)明可根據(jù)本發(fā)明具體實(shí)施的實(shí)施例。這些實(shí)施例已提供足夠的細(xì)節(jié)，可使本領(lǐng)域技術(shù)人員充分了解并具體實(shí)施本發(fā)明。在不悖離本發(fā)明的范圍內(nèi)，仍可做結(jié)構(gòu)上的修改，并應(yīng)用在其他實(shí)施例上。

因此，接下來(lái)的詳細(xì)說(shuō)明并非用來(lái)對(duì)本發(fā)明加以限制。本發(fā)明涵蓋的范圍由其權(quán)利要求界定。與本發(fā)明權(quán)利要求具均等意義，也應(yīng)屬本發(fā)明涵蓋的范圍。

本發(fā)明實(shí)施例所參考的附圖是示意圖，并未按原比例繪制，且相同或類似的特征通常以相同的附圖標(biāo)記說(shuō)明。在本說(shuō)明書中，“晶?！?、“半導(dǎo)體芯片”與“半導(dǎo)體晶?！本呦嗤?，可交替使用。

在本說(shuō)明書中，“晶圓”與“基板”意指任何包含一暴露面，可根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所示在其上沉積材料，制作集成電路結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)物，例如重分布層(rdl)。須了解的是“基板”包含半導(dǎo)體晶圓，但并不限于此。"基板"在制造工藝中也意指包含制作于其上的材料層的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)物。

請(qǐng)參考圖1到圖12。圖1到圖12是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例所繪示的剖面示意圖，說(shuō)明制作一半導(dǎo)體封裝，例如具有被包封(encapsulated)的重分布層中介層(rdlinterposer)的晶圓級(jí)封裝(waferlevelpackage，wlp)的方法。

如圖1所示，首先提供一載板300。載板300可以是可卸式晶圓狀基板，可以包含一黏著層(圖未示)。接著在載板300的上表面形成至少一介電層或一鈍化層310。鈍化層310可以包含有機(jī)材料，例如，聚酰亞胺(polyimide,pi)，或者無(wú)機(jī)材料，例如，氮化硅、氧化硅等。接著在鈍化層310上形成一重分布層(rdl)410。

重分布層410包含至少一介電層412與至少一金屬層414。介電層412可包含有機(jī)材料，例如，聚酰亞胺(polyimide,pi)，或者無(wú)機(jī)材料，例如氮化硅、氧化硅等，但不限于此。金屬層414可包含鋁、銅、鎢、鈦、氮化鈦或類似的材料。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，金屬層414可以包含多數(shù)個(gè)凸塊墊415，從介電層412的一上表面暴露出來(lái)。在重分布層410上形成有一鈍化層(或一介電層)510。應(yīng)理解的是，鈍化層510可以包含一阻焊層，但不限于此。

如圖2所示，在重分布層410上形成多數(shù)個(gè)凸塊416，例如，微凸塊，用來(lái)進(jìn)一步連結(jié)。凸塊416可以分別直接形成在金屬層414的凸塊墊415上?？梢杂帽绢I(lǐng)域公知的制造工藝形成所述凸塊416。例如，先在鈍化層510中形成開(kāi)孔，暴露出個(gè)別的凸塊墊415，接著可選擇沉積一凸塊下金屬(under-bumpmetallurgy，ubm)層，然后以光刻膠定義出凸塊416的位置，再以電鍍工藝形成金屬凸塊，接著移除光刻膠，再將未被金屬凸塊覆蓋的凸塊下金屬層去除。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，凸塊416可以包含銅，但不限于此。在其它實(shí)施例中，凸塊416可以是焊錫凸塊，后續(xù)需要進(jìn)一步回焊處理。需理解的是，也可以采用其它的凸塊材料，并不限于上述舉例的材料。在本實(shí)施例接下來(lái)的說(shuō)明中，將鈍化層310、重分布層410及鈍化層510所構(gòu)成的結(jié)構(gòu)稱為是重分布層中介層400。

如圖3所示，形成凸塊416之后，個(gè)別的覆晶芯片或晶粒420a及420b以有源面朝下面對(duì)重分布層中介層400的方式，通過(guò)凸塊416安裝到重分布層中介層400上，形成“芯片對(duì)晶圓接合”(chiptowafer,c2w)的層疊結(jié)構(gòu)。

這些個(gè)別的覆晶芯片或晶粒420a及420b是具有特定功能的有源集成電路芯片，例如繪圖處理器(gpu)、中央處理器(cpu)、存儲(chǔ)器芯片等等。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，晶粒420a及420b可以在同一封裝內(nèi)，并且是具有不同特定功能的芯片。

上述步驟完成后，可選擇性的在每一晶粒420a及420b下方填充底膠(圖未示)。之后，可進(jìn)行熱處理，使凸塊416回焊。

如圖4所示，完成晶粒接合后，接著在重分布層中介層400上覆蓋一第一模塑料500。第一模塑料500覆蓋住已經(jīng)安裝好的晶粒420a及420b與鈍化層510的頂面。之后，可通過(guò)一固化工藝使第一模塑料500固化。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第一模塑料500可以例如是環(huán)氧樹(shù)脂與二氧化硅填充劑的混和物，但并不限于此。接著，可選擇性的將第一模塑料500的上部拋光移除，暴露出晶粒420a及420b的上表面。

如圖5所示，在形成第一模塑料500之后，去除載板300，以暴露出鈍化層310的一下表面。上述去除載板300可以利用激光工藝或紫外線(uv)照射工藝，但不限于此。

如圖6所示，在去除載板300之后，接著于鈍化層310暴露出來(lái)的底面上形成一阻焊層312。再利用光刻工藝在阻焊層312及鈍化層310中形成開(kāi)孔314，分別暴露出位于重分布層410的金屬層414內(nèi)的錫球焊墊417。

如圖7所示，接著，在錫球焊墊417上分別形成焊錫凸塊520。雖然圖中未繪示，但應(yīng)理解的是，可以在焊錫凸塊520下方先形成凸塊下金屬(underbumpmetal,ubm)層。可以利用本領(lǐng)域公知的制造技術(shù)，例如電鍍、網(wǎng)版印刷、植球法或其它合適的方法形成焊錫凸塊520，因此這里不再特別說(shuō)明細(xì)節(jié)。

如圖8所示，在形成焊錫凸塊520之后，進(jìn)行一切割工藝，沿著晶圓切割道形成切割溝槽602，其貫穿阻焊層312、重分布層中介層400，并稍微延伸進(jìn)入到第一模塑料500。上述切割溝槽602不會(huì)貫穿第一模塑料500的整個(gè)厚度。這時(shí)，重分布層中介層400的垂直側(cè)壁400a自切割溝槽602中被暴露出來(lái)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，切割溝槽602可以利用切割刀或激光形成，但不限于此。

如圖9所示，在形成切割溝槽602之后，接著在切割溝槽602中填入第二模塑料600，并且使第二模塑料600包封住焊錫凸塊520。第二模塑料600同時(shí)覆蓋住阻焊層312的上表面312a。之前暴露出來(lái)的重分布層中介層400的垂直側(cè)壁400a這時(shí)被第二模塑料600覆蓋。同樣的，可通過(guò)一固化工藝使第二模塑料600固化。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第二模塑料600可以例如是環(huán)氧樹(shù)脂與二氧化硅填充劑的混和物，但并不限于此。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第二模塑料600與第一模塑料500可以具有不同的組成。例如，上述不同組成使得第二模塑料600可以在不影響到第一模塑料500結(jié)構(gòu)的完整性以及之前形成在重分布層中介層400上的器件的溫度下完成固化。

接著，如圖10所示，可以繼續(xù)進(jìn)行一拋光工藝，例如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝，用來(lái)去除第二模塑料600的上部，直到焊錫凸塊520暴露出來(lái)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在上述拋光工藝中，焊錫凸塊520的部分上部也可能被去除。這時(shí)，焊錫凸塊520的上表面可以是與第二模塑料600的上表面齊平。

如圖11所示，接著在焊錫凸塊520暴露出來(lái)的表面上形成凸塊522，用來(lái)作為進(jìn)一步連結(jié)使用。此時(shí)，使得凸塊522突出于第二模塑料600的上表面。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，凸塊522可以利用本領(lǐng)域公知的方法形成，例如電鍍或網(wǎng)版印刷等，但不限于此。

如圖12所示，進(jìn)行一晶圓切割工藝，將個(gè)別的半導(dǎo)體封裝10彼此分離。需理解的是，在其它實(shí)施例中，每個(gè)半導(dǎo)體封裝10中可以只包括單一晶粒。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝的主要結(jié)構(gòu)特征之一在于具有雙側(cè)模塑結(jié)構(gòu)，包括第一模塑料500及第二模塑料600，包封住重分布層中介層400。其中，第一模塑料500是直接接觸到第二模塑料600。本發(fā)明另一結(jié)構(gòu)特征在于第二模塑料600是直接接觸到焊錫凸塊520以及重分布層中介層400的垂直側(cè)壁400a。

本發(fā)明的特點(diǎn)在于重分布層中介層400的垂直側(cè)壁400a被第二模塑料600包封保護(hù)住，因此，可以有效的避免重分布層中介層400的裂開(kāi)或脫層。根據(jù)本發(fā)明所制作的晶圓級(jí)封裝10的可靠度可以明顯提升。另外，第二模塑料600還可以抵銷第一模塑料500引起的翹曲應(yīng)力，降低晶圓級(jí)封裝10的翹曲現(xiàn)象。

圖13到圖22是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所繪示的剖面示意圖，說(shuō)明以雙側(cè)模塑結(jié)構(gòu)包封重分布層中介層的半導(dǎo)體封裝的制作方法(或稱為rdl后制法)，其中相同的區(qū)域、層或元件仍沿用相同的標(biāo)示符號(hào)。

如圖13所示，同樣的，提供一載板300。載板300可以是可卸式晶圓狀基板，可以包含一黏著層301。個(gè)別的覆晶芯片或晶粒420a及420b以無(wú)源面朝下面對(duì)載板300的方位，被安裝在黏著層301上。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，晶粒420a及420b的有源面上分別設(shè)有接觸點(diǎn)421。

如圖14所示，接著形成第一模塑料500。第一模塑料500覆蓋住安裝好的晶粒420a及420b與黏著層301的頂面。之后，可通過(guò)一固化工藝使第一模塑料500固化。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第一模塑料500可以例如是環(huán)氧樹(shù)脂與二氧化硅填充劑的混和物，但并不限于此。接著，可選擇性的將第一模塑料500的上部拋光移除。

如圖15所示，接著在第一模塑料500上形成一重分布層(rdl)410。重分布層410包含至少一介電層412與至少一金屬層414。介電層412可包含有機(jī)材料，例如，聚酰亞胺(polyimide,pi)，或者無(wú)機(jī)材料，例如氮化硅、氧化硅等，但不限于此。金屬層414可包含鋁、銅、鎢、鈦、氮化鈦或類似的材料。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，金屬層414可以包含多數(shù)個(gè)錫球焊墊417，從介電層412的一上表面暴露出來(lái)。在重分布層410上形成有一鈍化層(或一介電層)310。在本實(shí)施例接下來(lái)的說(shuō)明中，將鈍化層310及重分布層410稱為是重分布層中介層400。

接著，將載板300及黏著層301去除，暴露出晶粒420a及420b的無(wú)源面，以及第一模塑料500的下表面。

如圖16所示，去除載板300之后，接著于鈍化層310上形成一阻焊層312。再利用光刻工藝，在阻焊層312及鈍化層310中形成開(kāi)孔314，分別暴露出位于重分布層410的金屬層414內(nèi)的錫球焊墊417。

如圖17所示，接著，在錫球焊墊417上分別形成焊錫凸塊520。雖然圖中未繪示，但應(yīng)理解的是，可以在焊錫凸塊520下方先形成凸塊下金屬(ubm)層?？梢岳帽绢I(lǐng)域公知的制造技術(shù)，例如電鍍、網(wǎng)版印刷、植球法或其它合適的方法形成焊錫凸塊520，因此這里不再特別說(shuō)明細(xì)節(jié)。

如圖18所示，在形成焊錫凸塊520之后，進(jìn)行一切割工藝，沿著晶圓切割道形成切割溝槽602，其貫穿阻焊層312、重分布層中介層400，并且稍微延伸進(jìn)入到第一模塑料500。上述切割溝槽602不會(huì)貫穿第一模塑料500的整個(gè)厚度。這時(shí)，重分布層中介層400的垂直側(cè)壁400a自切割溝槽602中被暴露出來(lái)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，切割溝槽602可以利用切割刀或激光形成，但不限于此。

如圖19所示，在形成切割溝槽602之后，接著在切割溝槽602中填入第二模塑料600，并且使第二模塑料600包封住焊錫凸塊520。第二模塑料600同時(shí)覆蓋阻焊層312的上表面312a。暴露出來(lái)的重分布層中介層400的垂直側(cè)壁400a這時(shí)被第二模塑料600覆蓋。同樣的，可通過(guò)一固化工藝使第二模塑料600固化。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第二模塑料600可以例如是環(huán)氧樹(shù)脂與二氧化硅填充劑的混和物，但并不限于此。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，第二模塑料600與第一模塑料500可以具有不同的組成。例如，上述不同組成使得第二模塑料600可以在不影響到第一模塑料500結(jié)構(gòu)的完整性以及之前形成在重分布層中介層400上的器件的溫度下完成固化。

如圖20所示，繼續(xù)進(jìn)行一拋光工藝，例如化學(xué)機(jī)械拋光(cmp)工藝，用來(lái)去除第二模塑料600的上部，直到焊錫凸塊520暴露出來(lái)。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，在上述拋光工藝中，焊錫凸塊520的部分上部也可能被去除。這時(shí)，焊錫凸塊520的上表面可以是與第二模塑料600的上表面齊平。

如圖21所示，接著在焊錫凸塊520的暴露出來(lái)的表面上形成凸塊522，用來(lái)作為進(jìn)一步連結(jié)使用。此時(shí)，凸塊522突出于第二模塑料600的上表面。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，凸塊522可以利用本領(lǐng)域公知的方法形成，例如電鍍或網(wǎng)版印刷等，但不限于此。

如圖22所示，進(jìn)行一晶圓切割工藝，將個(gè)別的半導(dǎo)體封裝10彼此分離。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體封裝的主要結(jié)構(gòu)特征之一在于具有雙側(cè)模塑結(jié)構(gòu)，包括第一模塑料500及第二模塑料600，包封住重分布層中介層400。第一模塑料500是直接接觸到第二模塑料600。本發(fā)明另一結(jié)構(gòu)特征在于第二模塑料600是直接接觸到焊錫凸塊520以及重分布層中介層400的垂直側(cè)壁400a。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。