用于縮減多重堆棧的整體封裝尺寸的針腳凸塊堆棧設計的制作方法與工藝

本揭示內容大體涉及半導體的制造領域，且更特別的是，涉及最小化具有堆棧晶粒(stackeddie)配置的半導體的領域。

背景技術：
現今半導體工業的趨勢是生產有越來越多性能的半導體組件，同時減少組件的大小及半導體封裝件的總高度。堆棧晶粒配置為實現半導體裝置密度提高的常用方法。在實現更小封裝件尺寸以及使封裝件高度更薄的需求為持續驅動因素下，人們在尋求新的晶粒堆棧方法。圖1為多個堆棧晶粒的橫截面圖。如圖1所示，多個集成電路(IC)芯片(也就是，晶粒)120以堆棧晶粒配置配置于襯底110上。在此實施例中，該堆棧晶粒配置由4個晶粒120組成。不過，可使用其它數量的晶粒。介于晶粒120之間的是晶粒間隔物(diespacer)124。晶粒間隔物124在兩個晶粒120之間提供必要的空間以防上面的晶粒120接觸、短路或損壞下面的接合線130。在一實施例中，晶粒間隔物124為硅間隔物。晶粒120及晶粒間隔物124用粘著層(adhesivelayer)122相互粘貼。下晶粒120用粘著層122粘貼至襯底120。在制造工藝期間，每個晶粒120或間隔物124的底面可用粘著片黏合，一般是在晶圓層級。在其它實施例中，粘著層122可為在粘貼時施加的環氧樹脂或液狀膏。然后，固化(例如，烘烤)粘著層122以完成晶粒粘貼。圖2為圖1中的部分D的俯視圖。每個晶粒120用在焊線工藝期間形成的配線電性連接至襯底110(例如，印刷電路板或其它電子系統)。如圖1及圖2所示，焊線工藝使每個晶粒120上連接于焊墊132(未圖示)之間的接合線(bondwire)130接附至在襯底110上的指狀焊片(bondfinger)136上的接觸點134。圖2以俯視圖圖示圖1的部分D，包含：有多個接觸點134及附著接合線130的指狀焊片136。焊線工藝是以形成第一焊點于晶粒上開始。此第一焊點的形成是通過熔化接合線130的末端以在焊墊132上形成熔球(moltenball)138。在使接合線130接附至晶粒以及提供有足夠松弛量的接合線130后，該焊線工藝通過把接合線130壓在接觸點134上以形成魚尾狀針腳焊點(stitchbond)140來結束。如圖2所示，在多個堆棧晶粒下，施加至每個指狀焊片136的多個針腳焊點140需要多個線內接觸點134。進一步如圖3所示，也可有在每個晶粒120上的多個焊墊132以及對應多個指狀焊片136。在焊線工藝期間，焊線機用超音波、熱音波或熱壓接合法將接合線130焊接于焊墊132、接觸點134之間。如圖1、圖2及圖3所示，每個晶粒120有至少一接合線130由焊墊132延伸至接觸點134。每條接合線130有它自己的對應焊墊132及接觸點134。不過，如圖2所示，隨著晶粒堆棧增加(例如，4個晶粒)，指狀焊片長度也必須增加以容納在附加接觸點134連接至同一指狀焊片136的附加接合線。為了防止在焊線工藝期間損壞已布設接合線130，需要在接觸點134之間提供最小空間，而加劇總指狀焊片的長度要求。例如，在示范單一接點指狀焊片長度可為0.20毫米時，如圖2所示，示范四個焊點(線內)需要0.56毫米。因此，即使以增加晶粒堆棧的層數來增加半導體裝置的密度，然而這會造成指狀焊片長度增加而需要增加半導體裝置封裝件的尺寸。

技術實現要素：
對于以堆棧晶粒配置的半導體裝置與生俱來的挑戰，本發明提供解決方案。在本發明的實施例的一方法中，揭示一種用于堆棧晶粒的方法。安置覆在一襯底上的第一晶粒。第一配線接合至該第一晶粒以及至該襯底的一指狀焊片，其中，該第一配線用第一針腳焊點接合至該指狀焊片。形成覆在該第一針腳焊點上的第一針腳凸塊。安置覆在該第一晶粒上的第二晶粒。第二配線接合至該第二晶粒以及至該第一針腳凸塊，其中，該第二配線用第二針腳焊點接合至該第一針腳凸塊，其中，該第二配線覆在該第一針腳凸塊上。最后，形成覆在該第二針腳焊點上的第二針腳凸塊。在本發明的另一實施例中，揭示一種半導體裝置。該半導體包含一襯底與覆在該襯底上的多個晶粒，其中，所述多個晶粒呈堆棧配置。該半導體進一步包含多條接合線，其中，每條接合線接附至所述多個晶粒中的一個以及至該襯底的一指狀焊片。多條接合線接附至該指狀焊片，其中，所述多個接合線的每條接合用一針腳焊點線接附至該指狀焊片。最后，所述多個針腳焊點在每一對針腳焊點之間有一針腳凸塊下處于堆棧配置。附圖說明閱讀以結合附圖的詳細說明，將更加了解本發明，圖中類似的組件用相同的組件符號表示，且其中：圖1根據現有技術示意圖示展現指狀焊片長度增加的半導體裝置的橫截面圖；圖2為進一步圖示指狀焊片長度增加的圖1的一部分的俯視圖；圖3為進一步圖示多個指狀焊片的立體(3D)視圖；圖4A根據本發明的一實施例示意圖示半導體裝置的橫截面圖；圖4B根據本發明的一實施例示意圖示半導體裝置的一部分的橫截面圖；圖5根據本發明的一實施例的半導體裝置的立體視圖；圖6根據本發明的一實施例示意圖示半導體裝置的橫截面圖；圖7根據本發明的一實施例示意圖示方法的步驟的流程圖；圖8A至圖8D根據本發明的一實施例示意圖示半導體裝置的橫截面圖；圖9根據本發明的一實施例示意圖示方法的步驟的流程圖；以及圖10A至圖10D根據本發明的一實施例示意圖示半導體裝置的橫截面圖。具體實施方式此時將詳細參考實施例圖示于附圖的本發明的較佳實施例。盡管用所述較佳實施例來描述本發明，然而應了解，不是要把本發明限制于所述實施例。反而是，希望本發明可涵蓋落在由隨附權利要求書定義的本發明精神及范疇內的替代、修改及等價陳述。此外，在以下本發明實施例的詳細說明中，提出許多特定細節供徹底了解本發明。不過，本技藝一般技術人員會明白，在沒有所述特定細節下仍可實施本發明。在其它情況下，不詳述眾所周知的方法、組件及電路以免不必要地混淆本發明實施例的方面。圖示本發明實施例的附圖為半圖解說明以及為了說明清楚而不按比例繪制而且在附圖中以夸大方式圖示，特別是，有些尺寸。同樣，盡管為了便于描述而以大體相同的方位圖示附圖，然而大部分的部件在附圖中是以任意方式描繪。本發明大體可在任何方位下操作。符號和術語：以下詳細說明的某些部分以程序、步驟、邏輯塊、處理、及操作在電腦存儲器中的數據位的其它符號表示來呈現。這些說明及表示為熟諳此藝者通常用于資料處理領域的手段，以有效地將工作內容傳達給其它熟諳此藝者。于此，程序、電腦執行步驟、邏輯塊、處理等通常視為導致所需結果的自相一致順序的步驟或指令。這些步驟包含物理量的物理操控。通常但非必要，這些數量采用電或磁的訊號形式，而能被儲存、轉移、組合、比較、或在電腦系統中用其它方式操縱。已證明在方便時，主要是一般使用原因，將這些訊號表示為位、值、組件、符號、字母、術語、數字、或類似者。不過，應記住，所有所述及類似術語是要與適當的物理量關連而且只是應用于所述數量的便利標簽。顯然由以下描述可明白，除非另有說明，應了解在本發明中，使用術語(例如，“處理”或“存取”或“執行”或“儲存”或“呈現”或其類似者)的說明是指電腦系統(例如，圖1的多節點電腦系統10)或類似電子計算裝置的動作及處理，其是操縱以及把在電腦系統的暫存器及存儲器或其它電腦可讀取媒體內代表物理(電子)數量的數據轉換成在電腦系統存儲器或暫存器或其它信息儲存、傳輸或顯示裝置內同樣代表物理量的其它數據。當組件出現于數個實施例時，使用相同組件符號的意思是該組件與原始實施例所示的組件相同。對于以堆棧晶粒配置的半導體裝置的固有日增挑戰，本發明提供解決方案。本揭示內容的各種實施例通過形成堆棧式魚尾狀針腳焊點來減少指狀物長度。如以下所詳述的，在來自第一晶粒的第一配線針腳接合至指狀焊片后，形成由導電材料構成覆在第一針腳焊點上的熔球，在此被稱為第一針腳凸塊。之后，來自堆棧于第一晶粒上面的第二晶粒的第二配線可針腳接合至第一針腳凸塊以形成覆在第一針腳凸塊上的第二針腳焊點，接著是在第二針腳焊點上形成第二針腳凸塊，等等。圖4A根據本發明的一實施例圖示多個堆棧晶粒的橫截面圖。如圖4A所示，多個集成電路(IC)芯片(也就是，晶粒)120在襯底110上以堆棧晶粒配置排列。在此實施例中，該堆棧晶粒配置包含4個晶粒120。不過，可使用有其它數量的晶粒。介于晶粒120之間的是晶粒間隔物124。晶粒間隔物在兩個晶粒之間提供必要的空間以防上面的晶粒接觸、短路或損壞下面的接合線。在一實施例中，晶粒間隔物124均為硅間隔物。晶粒120及晶粒間隔物124用粘著層122相互粘貼。下晶粒120用粘著層122粘貼至襯底120。每個晶粒120的底面或間隔物124在制造工藝期間可用粘著片黏合，這常在晶圓層級。在其它實施例中，粘著層122可為環氧樹脂或液狀膏。如圖4A所示，每個晶粒120及間隔物124將會有黏著它的粘著層122。然后，固化(例如，烘烤)粘著層122以完成晶粒粘貼。每個晶粒120用在焊線工藝期間形成的配線傳輸地(communicatively)耦合至襯底110(例如，印刷電路板或其它電子系統)。在焊線工作站使用超音波、熱音波或熱壓接合法的焊線工藝開始是通過熔化接合線130末端來形成熔球138于焊墊132(未圖示)上。一旦接合線130接附至晶粒120，該機構將會上升離開焊墊，以及在形成預定的松弛量后，會使配線130下降到指狀焊片136。該工藝以沖壓配線130于接觸點134上繼續，以形成扁平的魚尾狀針腳焊點140。如圖5所示，每個晶粒120上也可以有多個焊墊132以及襯底110上有對應多個指狀焊片136，使得多條接合線130耦合至每個指狀焊片136。不過，如以下所詳述的，圖4A及圖4B圖示多個針腳焊點140只需要單一接觸點134的堆棧晶粒實施例，而不是，如圖1所要求的，多個針腳焊點140在每個指狀焊片136上需要多個接觸點134。每個晶粒120有由焊墊132延伸至接觸點134的至少一接合線130。不過，在本發明的一實施例中，多條接合線130及彼等的對應連接針腳焊點140是堆棧于單一接觸點134上面，而不是每條接合線130有自己的對應焊墊132及接觸點134。如以下所述，通過使導電材料的熔球介于各個針腳焊點140之間，使得以此方式堆棧針腳焊點140變成有可能。導電材料的熔球是由加熱導電配線的末端形成。熔球在此被稱為針腳凸塊402。因此，如圖4A及圖4B所示，在第一接合線130針腳接合140至指狀焊片136的接觸點134后，形成覆在第一針腳焊點140上的第一針腳凸塊402。第一針腳凸塊402用與在接觸墊132上形成熔球138的相同工藝形成，除了切斷配線而只留下熔球以形成針腳凸塊402以外。在第一針腳凸塊402形成后，第二接合線130針腳接合140至第一針腳凸塊402的正面以覆在第一針腳凸塊402上。之后，在第二針腳焊點140上形成第三針腳凸塊402以及繼續該工藝。與圖2所示可觀察到對應指狀焊片長度隨著晶粒堆棧增加而增加的實施例不同的是，指狀焊片長度保持不變而與接合線針腳接合至指狀焊片136的數目無關。換句話說，不論有一個晶粒還是4個晶粒的堆棧，指狀焊片長度可保持在0.20毫米。因此，即使在增加晶粒的堆棧層數使半導體裝置的密度增加時，不變的指狀焊片長度更有助于減少半導體裝置封裝尺寸及增加密度。圖6根據本發明的另一實施例圖示多個堆棧晶粒的橫截面圖。圖6與圖4相同，除了間隔物124及粘著層122換成膜覆線(filmoverwire；簡稱F.O.W.)層624以外。在一示范實施例中，FOW層624由有機粘著劑形成。FOW層624也可預先黏合于晶粒120上。在安置有黏合FOW層的晶粒之前，將會加熱該FOW層以使它軟化。如圖6所示，在將軟化的FOW層624放在晶粒120上時，接附至晶粒120的接合線130在軟化的FOW層624放在下晶粒120的上表面上時有一部分沉入軟化的FOW層624。這導致接合線130有一部分630以及接附焊點138嵌入覆在晶粒120上的FOW層624。在間隔物124以FOW層624代替時，也可移除晶粒120的粘著層122，除了第一晶粒120仍有粘著層112用來使第一晶粒120接附至襯底110以外。使用允許排除間隔物124及粘著層122的FOW層624，將會通過減少整體封裝件高度來進一步改善半導體裝置的密度。圖7的步驟圖示用于使多個晶粒120以其多條接合線130接附至襯底110的一工藝。圖8A至圖8D進一步圖示該制造工藝的階段以及提供圖7中的步驟的額外細節。在圖7的步驟702中，粘貼第一晶粒，然后形成第一焊線。步驟702進一步圖示于圖8A，在此接附第一晶粒120于襯底110。第一晶粒120用粘著層122接附至襯底110。如上述，粘著層122在晶圓層級的上一個步驟可粘合至晶粒120或在粘貼時粘貼至晶粒120或者是底下表面。在使第一晶粒120接附至襯底110后，多條接合線130各自接合至第一晶粒120的焊墊132以及至襯底110上的指狀焊片136的對應接觸點134。接合線130可由任何適當導電材料(例如，銅、銀及金)形成。圖8A圖示接合于第一晶粒120、襯底110之間的兩條接合線130；不過，可使用任意多條接合線。換句話說，在每個晶粒120上，可有用于接附接合線130的一或更多焊墊。每條接合線130用習稱“第一焊點”的熔球138接合至第一晶粒120以及用習稱“第二焊點”的針腳焊點140接合至接觸點134。換句話說，每條接合線用第一及第二焊點接合至一晶粒及一指狀焊片。在圖7的步驟704中，形成第一針腳凸塊。步驟704進一步圖示于圖8B，在此形成覆在第一針腳焊點140上的第一針腳凸塊402。如上述，第一針腳凸塊402用與在焊墊132上形成熔球138(也就是，“第一焊點”)的相同工藝形成。不過，在通過熔化配線的一部分來形成熔球后，配線由新擺上的熔球切斷以形成第一針腳凸塊402。在圖7的步驟706中，粘貼第二晶粒，然后形成第二焊線。步驟706進一步圖示于圖8C，在此將膜覆線(FOW)層624及第二晶粒120安置成覆在第一晶粒120上。FOW層624可在個別步驟施加至第一晶粒120或預先施加至第二晶粒120的底面藉此同時施加第二晶粒120及附上的FOW層624。在接附第二晶粒120及FOW層624于第一晶粒120后，第二多條接合線130各自接合至第二晶粒120的焊墊132以及至對應第一針腳凸塊402的正面，藉此形成覆在第一針腳凸塊402上的第二針腳焊點140。每條接合線130用熔球138接合至第二晶粒120上的焊墊132以及用第二針腳焊點140接合至第一針腳凸塊402，使得第二針腳焊點140覆在第一針腳凸塊402上。圖8C進一步圖示接合于第二晶粒120、襯底110之間的兩條接合線130；不過，可使用任意多條接合線。換句話說，在每個晶粒120上，可有用于接附接合線130的一或更多焊墊。在圖7的步驟708中，形成第二針腳凸塊。步驟708進一步圖示于圖8D，在此在形成于步驟706的每個第二針腳焊點140上形成第二針腳凸塊402，使得每個第二針腳凸塊402覆在第二針腳焊點140上。如圖8B所示及以上所述，第二針腳凸塊402也用與在焊墊132上形成熔球138的相同工藝形成。在通過熔化配線的一部分來形成熔球后，配線由新擺上的熔球切斷以形成第二針腳凸塊402。可重復該工藝用于接附附加晶粒120及彼等的對應接合線130。圖9的步驟圖示用于使多個晶粒120以其多條接合線130接附至襯底110的另一工藝。圖示于圖9的工藝的步驟優先于圖示于圖7的工藝的步驟。如以下所詳述的，通過在放置下一個晶粒后只放置每個針腳凸塊，實現更強健的工藝。由于直到放置下一個晶粒之后才放置針腳凸塊，針腳凸塊堆棧在制造工藝期間損壞有較低的風險。圖10A至圖10D進一步圖示該制造工藝的階段以及提供圖9中的步驟的額外細節。在圖9的步驟902中，粘貼第一晶粒，然后形成第一焊線。步驟902進一步圖示于圖10A，在此接附第一晶粒120于襯底110。第一晶粒120用粘著層122接附至襯底110。如上述，粘著層122在晶圓層級的上一個步驟可粘合至晶粒120或在粘貼時粘貼至晶粒120或者是底下表面。在接附第一晶粒120于襯底110后，多條接合線130各自接合至第一晶粒120的焊墊132以及至襯底110上的指狀焊片136的對應接觸點134。接合線130可由任何適當導電材料(例如，銅、銀及金)形成。圖10A圖示接合于第一晶粒120、襯底110之間的兩條接合線130；不過，可使用任意多條接合線。換句話說，在每個晶粒120上，可有用于接附接合線130的一或更多焊墊。每條接合線130用習稱“第一焊點”的熔球138接合至第一晶粒120，以及用習稱“第二焊點”的針腳焊點140接合至接觸點134。換句話說，每條接合線用第一及第二焊點接合至一晶粒及一指狀焊片。在圖9的步驟904中，粘貼第二晶粒，然后形成第一針腳凸塊。步驟904進一步圖示于圖10B，在此將第一膜覆線(FOW)層624及第二晶粒120放在第一晶粒120上。第一FOW層624可在個別步驟施加至第一晶粒120或可預先施加至第二晶粒120藉此同時施加第二晶粒120及附上的FOW層624。在接附第二晶粒120及第一FOW層624于第一晶粒120后，形成第一針腳凸塊402于第一針腳焊點140上。如上述，第一針腳凸塊402用與在焊墊132上形成熔球138的相同工藝形成。不過，在通過熔化配線的一部分來形成熔球后，配線由新擺上的熔球切斷以形成第一針腳凸塊402。圖9的步驟906中，形成第二焊線。步驟906進一步圖示于圖10C，在此第二多條接合線130各自接合至第二晶粒120的焊墊132以及至對應第一針腳凸塊402的正面，藉此形成覆在第一針腳凸塊402上的第二針腳焊點140。每條接合線130用熔球138接合至第二晶粒120上的焊墊132以及用第二針腳焊點140接合至第一針腳凸塊402。圖10C圖示接合于第二晶粒120、襯底110之間的兩條接合線130；不過，可使用任意多條接合線。換句話說，在每個晶粒120上，可有用于接附接合線130的一或更多焊墊。在圖9的步驟908中，粘貼第三晶粒，然后形成第二針腳凸塊。步驟908進一步圖示于圖10D，在此將第二膜覆線(FOW)層624及第三晶粒120放在第二晶粒120上。第二FOW層624可在個別步驟施加至第二晶粒120或預先施加至第三晶粒120藉此同時施加第三晶粒120及附上的FOW層624。在接附第三晶粒120及第二FOW層624于第二晶粒120后，形成第二針腳凸塊402于已形成于第一針腳凸塊402之上的第二針腳焊點140上。如上述，第二針腳凸塊402也用與在焊墊132上形成熔球138的相同工藝形成。在通過熔化配線的一部分來形成熔球后，配線由新擺上的熔球切斷以形成第二針腳凸塊402。然后，可重復該工藝用于接附對應接合線130至第三晶粒120及襯底，以及接附附加晶粒120及彼等的對應接合線130。盡管本文已揭示一些較佳實施例及方法，顯然受益于前述揭示內容的熟諳此藝者仍可做出所述實施例及方法的變更及修改而不脫離本發明的精神與范疇。希望本發明只限于隨附權利要求書及適用法律的規定及原則所要求的程度。