半導體封裝的制作方法

本發明涉及，特別涉及一種具有雙側模塑結構的半導體封裝。

背景技術：

半導體技術發展的非常快速，尤其在半導體芯片朝向微型化發展的趨勢下，對于半導體芯片的功能則越要求更多樣性。也就是說，半導體芯片上會包含更多的輸出/輸入(i/o)接墊并且被設置在一個更小的區域內，這使得半導體芯片上接合墊的密度迅速增加，導致半導體芯片的封裝變得更加困難。

目前，形成封裝結構的主要目的在保護晶粒，避免其受到環境的因素破壞。另外，晶粒運作時產生的熱，也必須通過封裝結構有效率的被傳導出去，才能確保晶粒能正常操作。

根據本領域公知技術，晶圓級封裝(waferlevelpackage,wlp)是在將晶粒切割分離之前先進行封裝。晶圓級封裝技術具有一定的優勢，例如具有更短的生產周期時間和較低的成本。扇出晶圓級封裝(fan-outwaferlevelpackage,fowlp)則是將半導體芯片的接觸墊通過基板上的重分布層(re-distributionlayer,rdl)再分配到一個較大的面積上的封裝技術。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，苯并環丁烯(bcb)、聚酰亞胺(pi)或其它有機聚合物，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。

由于制造工藝繁復，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封裝也會比較昂貴，并不利于特定的應用場合。

晶圓級封裝工藝中，通常會在晶圓及安裝在晶圓上的芯片表面覆蓋一相對較厚的模塑料。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(cte)的差異，容易導致封裝翹曲或變形。晶圓翹曲(warpage)一直是本技術領域關注的問題。

晶圓翹曲使得芯片與晶圓之間的接合不易維持，導致“芯片對晶圓接合”(chiptowafer,c2w)的組裝失敗。翹曲問題在大尺寸晶圓上更是明顯，特別是對于具有小間距重分布層的晶圓級半導體封裝工藝，此問題更是嚴重。有鑒于此，本領域仍需要一個改良的晶圓級封裝及方法，可以解決上述先前技術的問題。

技術實現要素：

本發明主要目的在于提供一種改良的具有雙側模塑結構的半導體封裝及其制作方法，可以減輕模塑后翹曲變形的現象，并且可以避免重分布層中介層的裂開或脫層。

根據本發明一實施例，提供一種半導體封裝，包含一重分布層中介層，具有一第一面、相對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壁；至少一半導體晶粒，設置在所述重分布層中介層的所述第一面上；一第一模塑料，設置在所述第一面上，所述第一模塑料包覆所述半導體晶粒；多數個焊錫凸塊設置在所述第二面上；以及一第二模塑料，設置在所述第二面上，其中所述第二模塑料包圍所述多數個焊錫凸塊，且覆蓋所述重分布層中介層的所述垂直側壁。

根據本發明實施例，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。

根據本發明實施例，其中另包含凸塊設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，本領域的技術人士讀完接下來本發明優選實施例的詳細說明與附圖后，均可了解本發明的目的。

附圖說明

圖1到圖12是根據本發明實施例所繪示的剖面示意圖，說明制作具有雙側模塑結構的半導體封裝的方法，其中所述雙側模塑結構包封重分布層中介層；以及

圖13到圖22是根據本發明另一實施例所繪示的剖面示意圖，說明以雙側模塑結構包封重分布層中介層的半導體封裝的制作方法。

其中，附圖標記說明如下：

10半導體封裝

300載板

301黏著層

310鈍化層

312阻焊層

312a上表面

314開孔

400重分布層中介層(rdlinterposer)

400a垂直側壁

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

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

具體實施方式

接下來的詳細說明須參考相關附圖所示內容，用來說明可根據本發明具體實施的實施例。這些實施例已提供足夠的細節，可使本領域技術人員充分了解并具體實施本發明。在不悖離本發明的范圍內，仍可做結構上的修改，并應用在其他實施例上。

因此，接下來的詳細說明并非用來對本發明加以限制。本發明涵蓋的范圍由其權利要求界定。與本發明權利要求具均等意義，也應屬本發明涵蓋的范圍。

本發明實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記說明。在本說明書中，“晶粒”、“半導體芯片”與“半導體晶粒”具相同含意，可交替使用。

在本說明書中，“晶圓”與“基板”意指任何包含一暴露面，可根據本發明實施例所示在其上沉積材料，制作集成電路結構的結構物，例如重分布層(rdl)。須了解的是“基板”包含半導體晶圓，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體結構物。

請參考圖1到圖12。圖1到圖12是根據本發明實施例所繪示的剖面示意圖，說明制作一半導體封裝，例如具有被包封(encapsulated)的重分布層中介層(rdlinterposer)的晶圓級封裝(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可以包含有機材料，例如，聚酰亞胺(polyimide,pi)，或者無機材料，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可包含有機材料，例如，聚酰亞胺(polyimide,pi)，或者無機材料，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。根據本發明實施例，金屬層414可以包含多數個凸塊墊415，從介電層412的一上表面暴露出來。在重分布層410上形成有一鈍化層(或一介電層)510。應理解的是，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上形成多數個凸塊416，例如，微凸塊，用來進一步連結。凸塊416可以分別直接形成在金屬層414的凸塊墊415上。可以用本領域公知的制造工藝形成所述凸塊416。例如，先在鈍化層510中形成開孔，暴露出個別的凸塊墊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。

根據本發明實施例，凸塊416可以包含銅，但不限于此。在其它實施例中，凸塊416可以是焊錫凸塊，后續需要進一步回焊處理。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。在本實施例接下來的說明中，將鈍化層310、重分布層410及鈍化層510所構成的結構稱為是重分布層中介層400。

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

這些個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)、存儲器芯片等等。根據本發明實施例，晶粒420a及420b可以在同一封裝內，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覆蓋住已經安裝好的晶粒420a及420b與鈍化層510的頂面。之后，可通過一固化工藝使第一模塑料500固化。根據本發明實施例，第一模塑料500可以例如是環氧樹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中形成開孔314，分別暴露出位于重分布層410的金屬層414內的錫球焊墊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。可以利用本領域公知的制造技術，例如電鍍、網版印刷、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明細節。

如圖8所示，在形成焊錫凸塊520之后，進行一切割工藝，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，并稍微延伸進入到第一模塑料500。上述切割溝槽602不會貫穿第一模塑料500的整個厚度。這時，重分布層中介層400的垂直側壁400a自切割溝槽602中被暴露出來。根據本發明實施例，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同時覆蓋住阻焊層312的上表面312a。之前暴露出來的重分布層中介層400的垂直側壁400a這時被第二模塑料600覆蓋。同樣的，可通過一固化工藝使第二模塑料600固化。根據本發明實施例，第二模塑料600可以例如是環氧樹脂與二氧化硅填充劑的混和物，但并不限于此。

根據本發明實施例，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結構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，可以繼續進行一拋光工藝，例如化學機械拋光(cmp)工藝，用來去除第二模塑料600的上部，直到焊錫凸塊520暴露出來。根據本發明實施例，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，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暴露出來的表面上形成凸塊522，用來作為進一步連結使用。此時，使得凸塊522突出于第二模塑料600的上表面。根據本發明實施例，凸塊522可以利用本領域公知的方法形成，例如電鍍或網版印刷等，但不限于此。

如圖12所示，進行一晶圓切割工藝，將個別的半導體封裝10彼此分離。需理解的是，在其它實施例中，每個半導體封裝10中可以只包括單一晶粒。根據本發明的半導體封裝的主要結構特征之一在于具有雙側模塑結構，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。本發明另一結構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的垂直側壁400a。

本發明的特點在于重分布層中介層400的垂直側壁400a被第二模塑料600包封保護住，因此，可以有效的避免重分布層中介層400的裂開或脫層。根據本發明所制作的晶圓級封裝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引起的翹曲應力，降低晶圓級封裝10的翹曲現象。

圖13到圖22是根據本發明另一實施例所繪示的剖面示意圖，說明以雙側模塑結構包封重分布層中介層的半導體封裝的制作方法(或稱為rdl后制法)，其中相同的區域、層或元件仍沿用相同的標示符號。

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。個別的覆晶芯片或晶粒420a及420b以無源面朝下面對載板300的方位，被安裝在黏著層301上。根據本發明實施例，晶粒420a及420b的有源面上分別設有接觸點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，可通過一固化工藝使第一模塑料500固化。根據本發明實施例，第一模塑料500可以例如是環氧樹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可包含有機材料，例如，聚酰亞胺(polyimide,pi)，或者無機材料，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。根據本發明實施例，金屬層414可以包含多數個錫球焊墊417，從介電層412的一上表面暴露出來。在重分布層410上形成有一鈍化層(或一介電層)310。在本實施例接下來的說明中，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中形成開孔314，分別暴露出位于重分布層410的金屬層414內的錫球焊墊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，但應理解的是，可以在焊錫凸塊520下方先形成凸塊下金屬(ubm)層。可以利用本領域公知的制造技術，例如電鍍、網版印刷、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明細節。

如圖18所示，在形成焊錫凸塊520之后，進行一切割工藝，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，并且稍微延伸進入到第一模塑料500。上述切割溝槽602不會貫穿第一模塑料500的整個厚度。這時，重分布層中介層400的垂直側壁400a自切割溝槽602中被暴露出來。根據本發明實施例，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同時覆蓋阻焊層312的上表面312a。暴露出來的重分布層中介層400的垂直側壁400a這時被第二模塑料600覆蓋。同樣的，可通過一固化工藝使第二模塑料600固化。根據本發明實施例，第二模塑料600可以例如是環氧樹脂與二氧化硅填充劑的混和物，但并不限于此。

根據本發明實施例，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結構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，繼續進行一拋光工藝，例如化學機械拋光(cmp)工藝，用來去除第二模塑料600的上部，直到焊錫凸塊520暴露出來。根據本發明實施例，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，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的暴露出來的表面上形成凸塊522，用來作為進一步連結使用。此時，凸塊522突出于第二模塑料600的上表面。根據本發明實施例，凸塊522可以利用本領域公知的方法形成，例如電鍍或網版印刷等，但不限于此。

如圖22所示，進行一晶圓切割工藝，將個別的半導體封裝10彼此分離。根據本發明的半導體封裝的主要結構特征之一在于具有雙側模塑結構，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。本發明另一結構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的垂直側壁400a。

以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。