[發明專利]使用穿透硅通道的半導體封裝方法

有效

• 申請號: 201310022626.8
• 申請日: 2008-07-31
• 公開（公告）號: CN103178032A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: B·哈巴;G·漢普斯通;M·毛爾高麗特
• 申請（專利權）人: 英聞薩斯有限公司
• 主分類號: H01L23/48
• 分類號: H01L23/48;H01L25/065
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 蔡勝利

本申請是申請日為2008年7月31日、申請號為200880106618.9、發明名稱為“使用穿透硅通道的半導體封裝方法”的發明專利申請的分案申請。

相關申請的交叉引用

本申請要求2007年7月31日提交的美國臨時專利申請No.60/962,752的申請日的權益，該申請的公開內容以引用方式并入本申請。

背景技術

微電子器件通常包括薄板式半導體材料，例如硅或砷化鎵，通常稱作晶粒或半導體芯片。在晶粒的一個面上制作出有源電路。為了便于電連接至有源電路，晶粒在同一面上設有結合墊。結合墊典型地布置成規則陣列，該陣列或者圍繞著晶粒邊緣，或者如在許多存儲器件中那樣布置在晶粒中心。結合墊通常由導電金屬制成，例如金或鋁，厚度為大約0.5μm。結合墊的尺寸基于器件的類型而變化，但在一側測量通常為幾十至幾百微米。

引線結合和倒裝貼片互連是用于在晶粒結合墊上形成接觸部的兩個方案。在引線結合中，晶粒以面向上方的定向附連于基底，并且精細線材通過固態結合方法例如超聲焊接或熱補償擴散結合而連接到每個結合墊。在倒裝貼片互連中，金屬粒被安置在每個結合墊上。然后晶粒被倒置，以使金屬粒提供結合墊和基底之間的電路徑以及晶粒向基底的機械附連結構。倒裝貼片工藝有多種改型，但一種常用配置是金屬粒使用焊料并且熔化焊料，作為將其緊固至結合墊和基底的方法。當焊料熔化后，其流動形成截頭球體。取決于焊料球的尺寸，可稱其為球柵陣列（BGA）界面或微球柵陣列（μBGA）界面。

用作圖像傳感器的半導體器件通常要求采用面朝上定向，以使得感興趣圖像可以被聚焦（或投射）在有源電路上。出于商業原因，常希望利用BGA或μBGA界面將晶粒連接到基底。

使晶粒前表面的晶粒結合墊與位于晶粒后表面的BGA界面相連的一個措施是提供配線跡線，其從晶粒結合墊延伸經過晶粒的前表面，沿著晶粒的側面向下并且到達晶粒的后表面。這種類型的引線接觸部常被稱作T型接觸部，因為晶粒邊緣上的配線跡線與晶粒前表面的配線跡線在它們的匯合處形成T形。圖2a和2b示出了T型接觸部的一個例子。

圖2a示出了封裝體的單一T型接觸部的示意性前視圖200，圖2b示出了其剖視圖250。晶粒被上下倒置，以使得前表面201/251朝向圖頁底側，而后表面202/252朝向圖頁頂側。前表面的結合墊203/253連接著位于晶粒邊緣的配線跡線204/254。配線跡線延續到后表面的島區205/255，在此結合到焊料球206/256。T型接觸部257的形狀在剖視圖中清楚可見，而側壁角度207顯示在前視圖中。圖中并未按比例繪制。

一種替代性的圖像傳感器封裝體的措施是使用穿透硅通道（through?silicon?via，TSV）來將結合墊連接到BGA界面。圖3是一種典型TSV的剖視圖300。TSV是延伸穿過半導體的厚度的孔（或盲通道），其終止于結合墊304的底側。通孔的側面或壁被涂覆金屬，以在晶粒前后表面之間形成導電路徑。在工程領域稱作'波希法（Bosch?process）'的一種深反應離子蝕刻工藝可以用于形成示于圖3的TSV。與示于圖3的結合墊304相連的接觸部常被稱作U型的。為了完成晶粒結合墊底側與施加在TSV的壁上的導電涂層之間的電路，要求在兩種金屬之間進行固態結合。

圖3示出了前表面301和后表面302被倒置的半導體晶粒。孔310延伸穿過晶粒和位于結合墊304下面的介電膜303的厚度而終止于結合墊304。介電材料311和導電涂層312鋪襯于孔的壁。鋪襯通孔310的介電材料和導電涂層312都延伸到晶粒后表面302上的區域。延伸穿過硅的孔310具有平行的側面并且垂直于晶粒表面301和302。

發明內容

在本發明的一個實施方式中，微電子單元可包括半導體元件，其具有前表面、靠近前表面的微電子半導體器件、位于前表面的接觸部和遠離前表面的后表面。半導體元件可具有通孔，其從后表面延伸穿過半導體元件并且穿過接觸部。介電層可鋪襯于通孔中。導電層可以層疊于通孔中的介電層上。導電層可以將所述接觸部與單元接觸部（單元觸頭）導電互連。

在本發明的另一個實施方式中，微電子單元可包括半導體元件，其具有前表面、位于前表面的多個接觸部和遠離前表面的后表面的。后表面可包括至少一個凹坑。多個通孔可以從凹坑延伸穿過半導體元件并且穿過接觸部。通孔中的導電通道可將接觸部與所述至少一個凹坑中的導體互連。