KR101118719B1 - Stacked semiconductor package with localized cavities for wire bonding and method of fabricating the same - Google Patents
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Abstract
본 발명은, (a) 기판에 제1 반도체 다이를 부착하는 단계와, (b) 제1 반도체 다이의 측부에 인접한 패드와 기판 상의 패드 사이에 와이어를 와이어 접합하는 단계와, (c) 반도체 다이의 측부에, 측부 전체의 일부를 차지하는 국소 공동을 포함하는 제2 반도체 다이를 형성하는 단계와, (d) 제1 반도체 다이 상부에 제2 반도체 다이를 부착하되, 상기 단계 (b)에서 와이어 접합된 와이어가 국소 공동에 배치되도록 하는 단계를 포함하는 반도체 소자 제조 방법에 관한 것이다.The present invention provides a method for manufacturing a semiconductor die comprising (a) attaching a first semiconductor die to a substrate, (b) wire bonding a wire between a pad adjacent to a side of the first semiconductor die and a pad on the substrate; Forming a second semiconductor die on the side of the second semiconductor die, the second semiconductor die comprising a local cavity occupying a portion of the entire side, and (d) attaching the second semiconductor die on top of the first semiconductor die, the wire bonding in step (b) A method for manufacturing a semiconductor device comprising the step of causing a wire to be disposed in a local cavity.
반도체 다이, 국소 공동, 와이어 접합, 본드 패드 Semiconductor Die, Local Cavity, Wire Bonding, Bond Pads
Description
본 발명의 실시 형태들은 저(低)프로파일 반도체 소자와 이를 제조하는 방법에 관한 것이다. Embodiments of the present invention relate to a low profile semiconductor device and a method of manufacturing the same.
휴대용 소비자 전자장치에 대한 수요가 더욱 증가함에 따라 고용량 저장 장치도 더욱 필요해지고 있다. 플래시 메모리 저장 카드와 같은 비휘발성 반도체 메모리 소자는 디지털 정보 저장과 교환에 관한 계속 증가하는 요건을 충족하도록 널리 사용되고 있다. 이들의 휴대성, 다용성 및 견고한 디자인과 더불어 높은 신뢰성과 큰 용량에 의하여, 그와 같은 메모리 소자는 예를 들면 디지털 카메라, 디지털 음악 재생기, 비디오 게임 콘솔, PDA 및 휴대폰을 비롯하여 다양한 전자 장치에 사용되기에 이상적이다. As the demand for portable consumer electronics increases, so does the need for high capacity storage devices. Nonvolatile semiconductor memory devices, such as flash memory storage cards, are widely used to meet the ever-increasing requirements for digital information storage and exchange. Due to their portability, versatility and robust design, along with their high reliability and large capacity, such memory devices are used in a variety of electronic devices, including digital cameras, digital music players, video game consoles, PDAs and mobile phones, for example. Ideal to be
상당히 다양한 패키징 구성이 공지되어 있으며, 플래시 메모리 카드는 일반적으로 다수의 다이가 적층형 구성으로 기판 상에 장착되는 시스템-인-패키지(system-in-a-package, SiP) 또는 멀티칩 모듈(MCM)로서 제조될 수 있다. 일반적 인 반도체 패키지(20)(성형 화합물은 도시 생략)의 가장자리를 나타내는 도면이 종래 기술의 도 1과 도 2의 도시되어 있다. 전형적인 패키지는 기판(26)에 장착된 다수의 반도체 다이(22, 24)를 포함한다. 도 1과 도 2에 도시되어 있지는 않으나, 반도체 다이에는 다이의 상측 표면에 다이 본드 패드가 형성된다. 기판(26)에는 상측 및 하측 전도성 층들 사이에 개재된 전기 절연 코어가 형성될 수 있다. 상측 및/또는 하측 전도성 층은 전기 리드와 접촉 패드를 포함하는 전도 패턴(conductance pattern)을 형성하도록 식각될 수 있다. 와이어 본드는 반도체 다이(22, 24)의 다이 본드 패드와 기판(26)의 접촉 패드 사이에 납접되어 반도체 다이를 기판에 전기적으로 연결한다. 기판 상의 전기 리드는 다이와 호스트 소자 사이의 전기 경로를 제공한다. 다이와 기판 사이에 전기 접속이 이루어지면, 조립체(assembly)는 보호 패키지를 제공하기 위하여 전형적으로 성형 화합물 내에 봉입된다. A wide variety of packaging configurations are known, and flash memory cards are generally system-in-a-package (SiP) or multichip modules (MCMs) in which multiple die are mounted on a substrate in a stacked configuration. It can be prepared as. A diagram illustrating the edge of a typical semiconductor package 20 (molding compound is not shown) is shown in FIGS. 1 and 2 of the prior art. A typical package includes a number of semiconductor dies 22, 24 mounted to a
반도체를 상하로 서로 편의(offset)(종래 기술의 도 1)되게 하거나 적층형 구성(종래 기술의 도 2)으로 층상화하는 방법이 공지되어 있다. 도 1의 편의형 구성에서, 다이는 편의되게 적층되어 하측 다이의 본드 패드가 노출되어 유지된다. 그러한 구성은 예를 들면 "적층된 칩 배열을 가진 멀티칩 모듈"이라는 명칭의 린(Lin) 등의 미국 특허 제6,359,340호에 개시되어 있다. 편의형 구성은 각 반도체 다이 상의 본드 패드로의 접근이 용이하다는 장점을 제공한다. 그러나, 편의형 구성은 공간이 중시되는 기판 상에 더 큰 면적(footprint)을 필요로 한다. BACKGROUND OF THE INVENTION A method is known in which semiconductors are offset up and down from each other (Fig. 1 of the prior art) or layered in a stacked configuration (Fig. 2 of the prior art). In the simplified configuration of FIG. 1, the dies are conveniently stacked so that the bond pads of the lower die remain exposed. Such a configuration is disclosed, for example, in US Pat. No. 6,359,340 to Lin et al., Entitled " Multichip Modules With Stacked Chip Arrays. &Quot; The convenient configuration provides the advantage of easy access to the bond pads on each semiconductor die. However, the convenient configuration requires a larger footprint on the substrate where space is important.
도 2의 적층형 구성에 있어서, 2개 이상의 반도체 다이는 서로 상하로 직접 적층되고, 그에 따라 편의형 구성에 비하여 기판 상에 더 작은 면적을 차지한다. 그러나, 적층형 구성에서는 인접한 반도체 다이들 사이에 본드 와이어(30)를 위한 공간이 제공되어야 한다. 본드 와이어(30) 자체의 높이뿐만 아니라 본드 와이어 상방에 추가 공간이 유지되어야 하는데, 그 이유는 다이의 본드 와이어(30)가 다음 다이와 접촉하여 전기 단락이 일어날 수도 있기 때문이다. 따라서 도 2에 도시된 바와 같이, 하측 다이(24) 상의 다이 본드 패드와 접합될 와이어 본드(30)를 위한 충분한 공간을 제공하도록 유전성 스페이서 층(34)을 제공하는 방법이 공지되어 있다. In the stacked configuration of FIG. 2, two or more semiconductor dies are stacked directly on top of each other, thus occupying a smaller area on the substrate as compared to the convenient configuration. However, in a stacked configuration, space must be provided for the
종래 기술의 도 3과 도 4를 참조하면, 스페이서 층(34) 대신에, 다이(22)와 같은 상측 다이의 하측[비능동(nonactive)] 표면(42)의 가장자리를 따라 트렌치(trench)(40)를 식각하는 방법도 공지되어 있다. 트렌치(40)는 스페이서 층이 없는 상태에서 2개의 다이가 서로 상하로 직접 적층될 수 있게 하면서, 하측 다이의 와이어 본드(30)를 위한 공간을 구비한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 트렌치(40)는 일반적으로 다이의 한쪽 가장자리 전체를 따라 형성된다. 전체 가장자리를 따라 형성된 트렌치의 일례가 탄(Tan)의 미국 특허 제7,309,623호에 기재되어 있으며, 이 특허에는 (종래 기술의 도 4에 도시되어 있는 바와 같이) 수직 및 수평 측벽을 구비하는 트렌치가 개시되어 있다. 전체 가장자리를 따라 형성된 트렌치의 다른 예가 투커만(Tuckerman) 등의 미국 특허 제5,804,004호에 기재되어 있으며, 이 특허에는 각진 측벽 또는 경사진 측벽을 구비하는 트렌치가 개시되어 있다. 이 두 특허는 참조되어 여기에 원용된다. Referring to FIGS. 3 and 4 of the prior art, instead of
전체 가장자리를 따라 형성된 트렌치를 포함하는 종래 기술의 반도체 패키지의 단점은, 트렌치의 형성이 반도체 다이를 구조적으로 약화시킨다는 것이다. 즉, 트렌치가 트렌치의 상방에 얇은 양의 재료만을 남기는 경우에, 다이는 트렌치의 상방에 균열이 생기거나 파괴될 수 있다. 이러한 현상은 특히 봉입 공정 중에 발생할 수 있는데, 봉입 중에 성형 화합물 내에 다이를 정확히 봉입하기 위하여 반도체 다이에 큰 힘이 가해지기 때문이다. A disadvantage of prior art semiconductor packages that include trenches formed along the entire edge is that the formation of trenches structurally weakens the semiconductor die. That is, if the trench leaves only a thin amount of material above the trench, the die may crack or break above the trench. This phenomenon can occur in particular during the encapsulation process, since a large force is applied to the semiconductor die in order to accurately enclose the die in the molding compound during encapsulation.
본 발명의 실시 형태는, 반도체 다이와, 그로부터 형성되어 기판에 장착된 적어도 제1 및 제2 적층 반도체 다이를 포함하는 저프로파일의 반도체 패키지에 관한 것이다. 제1 및/또는 제2 반도체 다이는 반도체 다이의 저부 표면을 통해 반도체 다이의 측부 가장자리를 따라 국소 공동을 구비하도록 제조될 수 있다. 반도체 다이의 소정의 측부는 국소 공동을 포함하지 않을 수도 있고, 하나 이상의 국소 공동을 포함할 수도 있다. 다이의 측부가 하나 이상의 국소 공동을 포함하는 경우에, 국소 공동은 측부 전체보다 작은 일부를 차지한다. Embodiments of the present invention relate to a low profile semiconductor package comprising a semiconductor die and at least first and second stacked semiconductor dies formed therefrom and mounted to a substrate. The first and / or second semiconductor die may be manufactured with local cavities along the side edges of the semiconductor die through the bottom surface of the semiconductor die. Certain sides of the semiconductor die may not include local cavities, or may include one or more local cavities. If the sides of the die include one or more local cavities, the local cavities occupy a smaller portion than the entire side.
기판 상에 다이 적층체로 조립되면, 제1 반도체 다이로부터의 와이어 본드는 제1 다이의 상부에 장착된 반도체 다이의 국소 공동 내에 수용된다. 따라서, 제1 다이로부터의 와이어 본드가 제1 다이 상에 장착된 반도체 다이에 대하여 전기적으로 단락되지 않으면서, 다이들은 서로 상하로 직접 적층될 수 있다. 공동이 국소적 으로 존재하고 다이의 측부 전체를 차지하지 않으므로, 국소 공동은 반도체 다이의 낮은 높이의 적층을 가능하게 하면서, 각 다이에 높은 수준의 구조적 일체성을 제공하여 제조 중에 다이 가장자리의 균열이나 파손을 방지한다. Once assembled into a die stack on the substrate, wire bonds from the first semiconductor die are received in a local cavity of a semiconductor die mounted on top of the first die. Thus, the dies can be stacked directly on top of each other, without the wire bonds from the first die being electrically shorted to the semiconductor die mounted on the first die. Because the cavities are locally present and do not occupy the entire side of the die, the local cavities provide a high level of structural integrity for each die while allowing for low height stacking of the semiconductor dies, resulting in cracks at the edges of the die during manufacture. Prevent breakage.
여러 실시 형태에서, 다이의 저부 표면 내의 국소 공동의 위치는 다이의 상부 표면 내의 다이 본드 패드의 위치에 대응한다. 따라서, 그와 같은 다수의 반도체 다이는 서로 상하로 적층될 수 있고, 본드 패드와 그로부터 연장된 와이어 본드는 적층체 내의 인접한 상측 반도체 다이의 국소 공동 내에 정렬될 수 있다.In various embodiments, the location of the local cavity in the bottom surface of the die corresponds to the location of the die bond pads in the top surface of the die. Thus, such a plurality of semiconductor dies may be stacked on top of one another and the bond pads and wire bonds extending therefrom may be aligned in local cavities of adjacent upper semiconductor dies in the stack.
반도체 다이는 반도체 다이의 각각의 측부로부터 내측으로 이격된 국소 공동을 포함할 수 있다. 그와 같은 국소 공동을 포함하는 실시 형태에서, 수동 부품 또는 2차 반도체 다이와 같은 부품은 국소 공동 하방의 표면 상에 장착되고 국소 공동 내에 수용될 수 있다. 공동은 공동을 포함하는 다이로부터 부품을 절연하는 역할을 한다. 그러한 구성은, 예를 들어 부품이 기판 상에 장착될 수 있는 경우에 융통성을 향상시킨다. The semiconductor die may include local cavities spaced inwardly from each side of the semiconductor die. In embodiments involving such local cavities, components such as passive components or secondary semiconductor dies may be mounted on and contained within the local cavity below the local cavity. The cavity serves to insulate the part from the die containing the cavity. Such a configuration improves flexibility, for example when the part can be mounted on a substrate.
본 발명에 따르면, 공동이 국소적으로 존재하고 다이의 측부 전체를 차지하지 않으므로, 국소 공동은 반도체 다이의 낮은 높이의 적층을 가능하게 하면서, 각 다이에 높은 수준의 구조적 일체성을 제공하여 제조 중에 다이 가장자리의 균열이나 파손을 방지한다. According to the present invention, since the cavities are locally present and do not occupy the entire side of the die, the local cavities allow for a low height stacking of the semiconductor die, while providing a high level of structural integrity to each die during manufacture. Prevents cracking or breakage of die edges.
저프로파일 반도체 패키지에 관한 도 5 내지 도 22를 참조하여 실시 형태에 대하여 설명한다. 본 발명은 다수의 여러 형태로 구현될 수 있고 여기에 기재된 실시 형태로 제한되지 않는 것으로 해석되어야 한다는 점을 이해하여야 한다. 오히려 이러한 실시 형태는 개시 내용이 완전하고 철저해지도록 하고 당업자에게 본 발명이 충분히 전달되도록 하기 위하여 제공된다. 실제로, 본 발명은 청구범위에 의해 규정되는 본 발명의 범위와 사상 내에 포함되는 이러한 실시 형태의 대안 형태, 변형 형태 및 균등 형태를 포괄하기 위한 것이다. 또한, 본 발명의 이하의 상세 설명에 있어서는, 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위하여 여러 구체적인 상세 내용이 기재되어 있다. 그러나, 그와 같은 구체적인 상세 설명이 없더라도 본 발명이 실시될 수 있다는 점은 당업자에게는 명백할 것이다. An embodiment will be described with reference to FIGS. 5 to 22 of a low profile semiconductor package. It is to be understood that the invention can be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the invention to those skilled in the art. Indeed, the invention is intended to cover alternatives, modifications, and equivalent forms of these embodiments that fall within the scope and spirit of the invention as defined by the claims. In addition, in the following detailed description of the invention, numerous specific details are set forth in order to provide a thorough understanding of the present invention. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced without such specific details.
용어 "상"과 "하" 및 "상측"과 "하측"은 본 명세서에서 단지 편의와 예시를 위한 목적으로 사용되며, 참조되는 구성품은 위치가 변경될 수 있으므로 이 용어들은 본 발명의 설명을 제한하기 위한 것은 아니다. The terms "upper" and "lower" and "upper" and "lower" are used herein for convenience and illustration only, and the terms referred to herein are subject to change so that these terms limit the description of the invention. It is not intended to.
도 5의 흐름도와 도 6 내지 도 12의 평면도 및 사시도를 참조하여, 본 발명에 따라 반도체 다이를 형성하기 위한 공정에 대하여 설명한다. 도 6은 다수의 반도체 다이(102)(도 6에는 반도체 다이들 중 하나에 도면부호 기재)를 배치 처리하기 위한 반도체 웨이퍼(100)의 평면도를 나타낸다. 각 다이(102)에는 예를 들면 도 7과 도 8의 확대도에 도시되어 있는 바와 같이 본드 패드(104)가 형성된다. 본드 패드(104)는, 반도체 다이(102)를 다른 반도체 다이에 전기적으로 연결하기 위하여, 또는 이하에 기재되어 있는 바와 같이 인쇄 회로 보드, 리드 프레임 또는 다른 기판에 전기적으로 연결하기 위하여 사용된다. 도 7과 도 8에서 본드 패드(104)는 다이의 모든 가장자리를 따라 도시되어 있으나, 다른 실시 형태에 있어서 본드 패드(104)는 하나의 가장자리, 대향하거나 인접한 2개의 가장자리 또는 3개의 가장자리에 형성될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 본드 패드(104)의 개수는 반도체 다이(102)의 소정의 가장자리를 따라서 도면에 도시되어 있는 것보다 많거나 적을 수 있다는 점을 이해하여야 한다.A process for forming a semiconductor die according to the present invention will be described with reference to the flowchart of FIG. 5 and the top and perspective views of FIGS. 6 to 12. FIG. 6 shows a top view of a
도 5의 흐름도를 참조하면, 반도체 다이(102)의 집적회로 부품은 단계 200에서 필름 부착, 포토리소그래피, 패터닝 및 불순물 확산과 같은 공지의 공정에 의하여 웨이퍼(100) 상에 형성될 수 있다. 다이 본드 패드(104)는 단계 202에서 도금, 증착, 스크린 인쇄 또는 다양한 부착 공정과 같은 공지의 공정에 의하여 각 다이에 형성될 수 있으나, 위에 예시된 공정으로 한정되는 것은 아니다. Referring to the flowchart of FIG. 5, an integrated circuit component of semiconductor die 102 may be formed on
본 발명에 따라서, 다음으로 단계 210에서 웨이퍼(100) 상의 다이(102)의 배면(비능동 표면)에 국소 공동이 형성될 수 있다. 그러한 국소 공동(110)은 예를 들면 도 9의 평면도에 은선으로 도시되어 있고 도 10의 저면 사시도에 도시되어 있다. 국소 공동(110)은 예를 들면 화학적 습식 식각, 건식 식각, 레이저 절제, 또는 다이(102)의 배면의 일부를 제어 가능하게 제거하는 기타 화학적 또는 기계적 수단을 포함하는 다양한 공지의 공정에 의하여 형성될 수 있다. 국소 공동을 제조하기 위하여, 전술한 공정들 중 하나가 배면에 실시되어 웨이퍼(100) 내의 각 반도체 다이에 대하여 국소 공동이 형성되도록, 웨이퍼의 상면(능동 표면)은 척에 고정될 수 있다. According to the present invention, a local cavity can then be formed in the backside (non-active surface) of the
다이(102)의 저면 내의 국소 공동(110)의 위치는 다이(102)의 상면 내의 와 이어 본드 패드(104)의 위치에 대응한다. 즉, 국소 공동(110)은, 다이(102)의 상면의 본드 패드(104)의 바로 아래에, 다이(102)의 저면에 형성된다. 이후에 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 다이 본드 패드(104)와 국소 공동(110)의 구성이 동일한 다수의 다이는 서로 상하로 직접 적층될 수 있고 스페이서 층을 구비하지 않으며, 국소 공동(110)은 상측 다이에 대하여 와이어 본드의 전기 단락이 일어나지 않는 하측 다이의 와이어 접합을 가능하게 한다. The location of the
각 국소 공동(110)의 길이 치수는 변경될 수 있으나, 일반적으로 다이의 반대쪽 표면에 상방에 형성된 접촉 패드의 그룹보다 약간 클 수 있다. 따라서, 단일 접촉 패드[예를 들면, 접촉 패드(104a)] 아래의 국소 공동(110)의 길이는 다수의 접촉 패드[예를 들면, 접촉 패드(104b)] 아래의 국소 공동(110)의 길이보다 작을 수 있다. 대안적 실시 형태에서 모든 국소 공동은 동일한 길이[예를 들면, 접촉 패드(104)의 최대 그룹의 길이]를 가질 수 있다는 점을 이해하여야 한다. The length dimension of each
도 10a는 도 10의 선 10-10을 따르는 단면도를 나타낸다. 다이(102)의 가장자리에 수직한 각 국소 공동(110)의 수평 깊이 치수(x) 및 다이(102)의 하측 표면에 수직한 각 국소 공동(110)의 수직 깊이 치수(y)는 대안적 실시 형태에서 변경될 수 있다. 그러나, 각 국소 공동의 수평 및 수직 깊이 치수는, 하나 이상의 와이어 본드가 제1 반도체 다이(102)에 연결되고 제1 다이에 장착된 제2 반도체 다이(102)의 국소 공동 내에 위치하고 제2 다이(102)에 접촉하지 않도록 충분할 수 있다. 수평 및 수직 표면을 구비하는 대신에, 국소 공동(110)은 도 10b(도 10a의 단면도와 같은 도시 위치에서의 도면)에 도시된 바와 같이 다이(102)의 저면에 대해 기울어 진 각도를 형성하는 부분적으로 굴곡진 표면 또는 경사 표면(112)에 의해 형성될 수도 있다. FIG. 10A shows a cross section along line 10-10 of FIG. 10. The horizontal depth dimension x of each
도면에 도시된 바와 같이, 공동(110)은 국소적으로 형성된다. 즉, 어떠한 공동(110)도 다이(102)의 가장자리의 전체 길이를 따라 연장되지는 않는다. 측부가 다수의 국소 공동을 포함하는 경우에, 측부의 국소 공동 전체는 측부의 전체 길이보다 작다. 따라서, 국소 공동(110)은 반도체 다이의 낮은 높이의 적층을 가능하게 하고, 각 다이에 높은 수준의 구조적 일체성을 제공하여 제조 중에 다이 가장자리의 균열이나 파손 발생을 방지한다. As shown in the figure, the
도 11의 평면도와 12의 저면 사시도를 참조하면, 다이의 하나 이상의 가장자리를 따라 형성된 국소 공동(110)과 함께 또는 그 국소 공동(110) 대신에, 다이(102)의 내측에 국소 공동(114)이 형성될 수 있다. 즉, 국소 공동(114)은 다이(102)의 각 가장자리로부터 이격되어, 다이(102)의 배면 내에 형성될 수 있다. 이하에서 더욱 상세히 설명하는 바와 같이, 반도체 다이 내의 그와 같은 공동(114)은 반도체 다이의 하방의 표면에 장착된 수동 또는 2차 다이를 수용하기 위하여 사용될 수 있다. 그 표면은 하측 다이 또는 기판의 표면일 수 있다. Referring to the top view of FIG. 11 and the bottom perspective view of 12, a
단계 212에서, 다이(102)를 소망 두께로 얇게 하기 위하여 당해 분야에 공지되어 있는 바와 같이 웨이퍼(100)의 배면(비능동 표면)에 배면 연마(backgrind)가 실시될 수 있다. 도 7 내지 도 12에는 하나의 다이(102)가 도시되어 있으나, 전술한 단계들은 모든 다이(102)에 대하여 웨이퍼(100)에 계속 유지된 상태에서 실시된다. 단계 216에서, 처리된 각 다이는 웨이퍼(100)로부터 개별화될 수 있다. 전형적 으로 메모리 다이만이 반도체 패키지 내에서 서로 상하로 적층되므로, 다이(102)는 전형적으로 플래시 메모리와 같은 메모리 다이일 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이 형성된 반도체 다이의 유형은 변경될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. In
도 13의 흐름도와 도 14 내지 도 21의 여러 도면을 참조하여, 전술한 반도체 다이(102)를 이용하여 본 발명에 따라 반도체 패키지를 형성하기 위한 공정에 대하여 이하에서 설명한다. 도 14를 참조하면, 단계 300에서 제1 반도체 다이(102a)가 기판(120) 상에 장착될 수 있다. 다이(102a)는 공지의 접착 또는 공융 다이 본드 공정(eutectic die bond process)에서 다이 부착 접착제에 의해 기판(120)에 장착될 수 있다. 도 14에 도시된 다이(102a)는 국소 공동(110)을 포함하지 않는다[그 이유는 다이(102)가 저부 다이이기 때문이다]. 다이(102a)는 대안적 실시 형태에서 국소 공동(110)을 필요로 하지는 않으나 포함할 수도 있는데, 예를 들면 국소 공동(110)을 포함하는 다이 적층체(stack) 내의 다른 다이와 동일한 방식으로 저부 다이(102a)가 웨이퍼로부터 처리되는 경우에 그러하다. Referring to the flowchart of FIG. 13 and the various views of FIGS. 14 to 21, a process for forming a semiconductor package according to the present invention using the aforementioned semiconductor die 102 will be described below. Referring to FIG. 14, in
도시되어 있지는 않으나, 본 발명에 따른 반도체 패키지가 경제적인 규모로 배치 처리될 수 있도록, 기판(120)은 기판 패널의 일부일 수 있다. 이하에서 하나의 반도체 패키지의 제조에 대하여 설명되어 있으나, 이하의 설명은 기판 패널 상에 형성되는 모든 패키지에 적용될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 기판(120)은 PCB, 리드프레임 또는 테이프 자동화 접합(tap automated bonded, TAB) 테이프를 비롯하여 다양한 각종 칩 캐리어 매체일 수 있다. 기판(120)이 PCB인 경우에, 기판은 그 위에 형성된 상부 및/또는 저부 전도성 층을 구비하는 코어(core)로 이루어질 수 있다. 코어는 예를 들면 폴리이미드 라미네이트, FR4 및 FR5를 포함하는 에폭시 수지, 비스말레이미드 트리아진(BT) 등과 같은 다양한 유전성 재료일 수 있다. Although not shown, the
전도성 층은 구리 또는 구리 합금, 도금 구리 또는 도금 구리 합금, 알로이 42(Alloy 42)(42FE/58NI), 구리 도금 강 또는 기타 금속 또는 기판 상에 사용되는 공지의 재료로 형성될 수 있다. 전도성 층은 반도체 다이(102)와 외부 소자(도시 생략) 사이의 신호 통신하기 위하여 공지된 바와 같이 전도 패턴으로 식각될 수 있다. 기판(120)은 기판(120)의 상측 표면에 접촉 패드(122)를 형성하는 노출 금속 부분을 추가로 포함할 수 있다. 반도체 패키지가 랜드 그리드 어레이(LGA) 패키지인 경우에, 기판(120)의 하측 표면에 접촉 핑거(contact finger)(도시 생략)가 또한 형성될 수 있다. 접촉 패드(122) 및/또는 접촉 핑거는 예를 들면 당해 분야에 공지되어 있는 전기 도금 공정에 의해 하나 이상의 금 층으로 도금될 수 있다. The conductive layer may be formed of a known material used on copper or copper alloys, plated copper or plated copper alloys, Alloy 42 (42FE / 58NI), copper plated steel or other metals or substrates. The conductive layer may be etched in a conductive pattern as is known for signal communication between the semiconductor die 102 and an external device (not shown).
단계 300에서 반도체 다이(102a)가 기판(120)에 부착된 후에, 단계 302에서 다이(102a) 상의 다이 본드 패드(104)와 기판(120) 상의 접촉 패드(122) 사이에 와이어 본드가 부착될 수 있다. 와이어 본드(130)는 예를 들면 순방향 또는 역방향 볼 접합(forward or reverse ball bonding)과 같은 공지의 접합 공정으로 형성될 수 있다. 도면들에 도시된 실시 형태에서, 와이어 본드(130)는 다이(102a)의 4개의 가장자리 모두를 따라서 제공되지만, 다른 실시 형태에서 다이(102a)의 하나 이상의 가장자리는 본드 패드(104) 또는 와이어 본드(130)를 포함하지 않을 수도 있다는 점을 이해하여야 한다.After the
본 발명에 따르면, 국소 공동(110)은 다수의 반도체 다이가 완전 중첩 관계로 적층될 수 있게 하며, 중첩된 다이를 스페이서 층 등으로 이격시킬 필요가 없다. 따라서, 단계 310에서 제2 반도체 다이(102b)는 공지의 다이 부착 접착제의 사용에 의해 반도체 다이(102a) 위에 부착될 수 있다. 다이(102b)가 다이(102a) 위에 장착되면, 저부 다이(102a)로부터의 와이어 본드(130)는 다이(102b)의 하측의 국소 공동(110) 내에 수용된다. 따라서, 다이(102a)로부터의 와이어 본드(130)는 다이(102b)에 대하여 접촉하거나 전기적으로 단락되지 않는다. 이와 같이, 국소 공동은 스페이서 층의 사용 없이 다이(102b)가 다이(102a) 위에 직접 장착될 수 있게 한다. 단계 312에서, 다이(102b)는 전술한 방법과 유사하게 제2 그룹의 와이어 본드(130)에 의해 기판(120)에 와이어 접합될 수 있다. According to the present invention, the
도 13의 흐름도에서 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 단계 310과 단계 312는 반복되어, 다이(102a) 위에 다이(102b)가 장착되는 방식과 동일한 방식으로 다이 적층체 상부에 추가 다이가 부가될 수 있다. 도 14는 다이 적층체 상에 장착된 하나의 추가 다이(102c)(와이어 본드를 구비하지 않음)를 나타내지만, 다른 실시 형태에서 다이 적층체는 2개의 다이만을 포함하거나 3개 이상의 다이를 포함할 수 있다. 적층된 각 다이에 대하여, 적층체 내의 다이의 와이어 본드는 그 위에 장착된 다음 다이의 국소 공동(110)에 의해 형성된 공간 내에 수용된다. 따라서, 적층체는 낮은 전체 높이를 계속 유지하면서 다수의 다이를 포함할 수 있다. As indicated by the dashed arrows in the flowchart of FIG. 13,
전술한 실시 형태에서, 와이어 본드(130)는 코팅되지 않은 금일 수 있지만, 대안적으로 구리, 알루미늄 또는 기타 금속일 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태 에서, 본드 와이어는 와이어의 표면을 전기적으로 비전도성으로 만드는 폴리머 절연으로 미리 절연될 수 있다. 그와 같이 미리 절연된 본드 와이어는, 다이 표면에 대한 전기 단락의 우려 없이, 다이(102)의 상측 표면에 대하여 와이어가 강한 장력을 받을 수 있게 한다. 그러한 실시 형태는 국소 공동(110)이 더욱 작은 수직 깊이로 형성될 수 있게 한다(그 이유는 본드 와이어의 높이가 낮기 때문이다). 본 발명에 사용되기에 적합한 미리 절연된 본드 와이어의 두 가지 예가 "수지 코팅된 접합 와이어, 이를 제조하는 방법 및 반도체 소자"라는 명칭의 미국 특허공보 제5,396,104호와 "고밀도 집적회로 및 이를 패키징하는 방법"이라는 명칭의 미국 공개특허공보 제2004/0124545호에 기재되어 있고, 이 두 공보는 그 전체가 참조되어 본 명세서에 원용된다.In the above embodiments,
도 15의 측면도를 참조하면, 다이 적층체가 형성되고 기판(120) 상의 다이 패드에 접합된 후에, 다이 적층체는 단계 316에서 성형 화합물(150) 내에 수용될 수 있고, 단계 318에서 패널로부터 개별화되어 최종 반도체 다이 패키지(160)를 형성한다. 성형 화합물(150)은 예를 들면 일본에 본사를 두고 있는 스미토모 코포레이션(Sumitomo Corp.)과 니토 덴코 코포레이션(Nitto Denko Corp.)으로부터 입수 가능한 공지의 에폭시일 수 있다. 몇몇 실시 형태에서, 최종 패키지(160)는 단계 320에서 덮개(lid) 내에 수용될 수 있다. Referring to the side view of FIG. 15, after the die stack has been formed and bonded to the die pad on the
여러 실시 형태에서, 패키지(160) 내에 사용되는 반도체 다이(102)는 하나 이상의 플래시 메모리 칩과 가능하다면 ASIC와 같은 제어기(controller)를 포함함으로써, 패키지(160)는 플래시 메모리 소자로서 사용될 수 있다. 본 발명의 다른 실시 형태에서, 패키지(160)는 다른 기능을 하도록 구성된 반도체 다이를 포함할 수 있다. In various embodiments, semiconductor die 102 used in
국소 공동은 다이(102)의 하측의 가장자리의 일부에 다양한 구성으로 형성되어 다양한 와이어 본드 구성을 위한 공간을 제공할 수 있다는 점을 이해하여야 한다. 그와 같은 두 가지 다른 실시예가 도 16 내지 도 19에 도시되어 있다. 도 16과 도 17의 평면도와 측면도에서, 국소 공동(110)은 다이(102)의 제1 가장자리(140)를 따르는 다이 본드 패드(104)를 위한 공간을 제공하며, 다이 본드 패드(104)는 다이(102)의 제2 인접 가장자리(142)를 따르는 접촉 패드(122)에 와이어 접합된다. 도 18과 도 19의 평면도와 측면도에서, 국소 공동은 다이 가장자리(140, 142)에 개구부를 구비한 만곡형 터널을 형성하지만, 가장자리(140, 142)들 사이의 모서리는 그대로 남아 있도록 형성된다. 또한, 그러한 구성은 다이(102)의 제1 가장자리(140)를 따르는 다이 본드 패드(104)가 다이(102)의 제2 가장자리(142)를 따르는 접촉 패드(122)에 와이어 접합될 수 있게 한다. 측벽은 만곡된 것으로 도시되어 있으나, 다른 실시 형태에서 측벽은 인접한 가장자리들 사이에 직선형으로 연장될 수 있다는 점을 이해하여야 한다.It should be understood that the local cavity may be formed in various configurations at some of the lower edges of the die 102 to provide space for various wire bond configurations. Two such other embodiments are shown in FIGS. 16-19. In the top and side views of FIGS. 16 and 17, the
도 20과 도 21의 평면도와 측면도에서, 국소 공동(114)은 와이어 본드를 위한 공간을 제공하기 위하여 사용되지는 않으나, 그 대신에 수동 부품 또는 제2 반도체 다이일 수 있는 부품(146)을 위한 공간을 제공한다. 공동(114)은 다이(102)가 기판 상에 위치하면서 부품(146)의 바로 상방에 위치할 수 있게 한다. 공동(114)은 다이(102)로부터 부품(146)을 절연한다. 그러한 구성은 부품이 기판(120)에 표면 장착될 수 있는 경우의 융통성을 증가시킨다. In the top and side views of FIGS. 20 and 21, the
이제까지의 설명에서는, 국소 공동(110)이 반도체 다이 내에 형성되는 것으로 개시되었다. 그 대신에, 도 22에 도시된 다른 실시 형태에서, 국소 공동(172)은 스페이서 층(170) 내에 형성될 수 있다. 스페이서 층(170)은 한 쌍의 다이(102a, 102b)들 사이에 위치한다. 스페이서 층(170)은 공지의 구조일 수 있지만, 하나 이상의 국소 공동(172)이 전술한 바와 같이 층(170) 내에 형성되어 제공될 수 있다. 다이(102) 내의 국소 공동과 비교하여 스페이서 층(170) 내의 공동의 차이점은, 도 22에 도시된 바와 같이, 국소 공동(172)이 스페이서 층(170)의 전체 두께를 통하여 형성된다는 것이다. 따라서, 예를 들면 도 22에 도시된 스페이서 층(170)은 전방 모서리 전체가 제거된다. 다른 실시 형태에서, 국소 공동(172)은 스페이서 층(170)의 저부 표면 내에 형성될 수 있고, 국소 공동(110)의 경우와 마찬가지로, 두께의 일부까지만 연장될 수 있다는 점을 이해하여야 한다. In the description so far, it has been disclosed that the
스페이서 층(170)의 두께는 다이(102a)로부터의 와이어 본드(130)가 다이(102b)의 하측 표면에 접촉하는 것을 방지할 정도로 충분할 필요가 있을 뿐이다. 스페이서 층(170)이 존재하면, 다이(102a, 10b)는 국소 공동을 포함할 필요가 없다. The thickness of the
다른 실시 형태에서 스페이서 층(170)은, 전술한 다이(102)와 유사하게, 도 20과 도 21과 관련하여 최저층(bottom-most layer)으로서 제공될 수 있고, 표면 장착 부품을 수용하기 위한 하나 이상의 국소 공동(172)을 포함할 수 있다. 이 실시 형태에서 공동(172)은 스페이서 층(170)이 기판 상에 위치하면서 표면 장착 부품의 바로 상방에 위치할 수 있게 한다. 공동(172)은 부품을 그 위에 장착된 다이(102)부터 절연한다. 그러한 구성은 부품이 기판에 표면 장착될 수 있는 경우의 융통성을 증가시킨다. 여기에서 사용된 용어 "최저층"은, 기판(120) 상에 장착되고 공동을 포함하는 스페이서 층(170) 또는 기판(120)에 장착되고 공동(114)을 포함하는 다이(102)를 지칭한다. In another embodiment the
전술한 본 발명의 상세한 설명은 예시와 설명을 위한 목적으로 제시되었으며, 본 발명을 개시된 형태 그 자체만으로 제한하기 위한 것은 아니다. 전술한 개시 내용에 기초하여 많은 수정 및 변경 형태가 가능하다. 설명된 실시 형태는, 본 발명의 원리와 실용적인 적용을 최상으로 설명하고 그에 따라 당업자로 하여금 고려된 특정 용도에 적합한 여러 실시 형태와 여러 변형 형태에서 본 발명을 최상으로 활용할 수 있도록 하기 위하여 선정되었다. 본 발명의 범위는 본 명세서에 첨부된 청구범위에 의하여 규정되도록 의도된다.The foregoing detailed description of the invention has been presented for purposes of illustration and description, and is not intended to limit the invention to the disclosed form per se. Many modifications and variations are possible in light of the above teaching. The described embodiments have been selected in order to best explain the principles and practical applications of the present invention and to enable those skilled in the art to best utilize the present invention in various embodiments and various modifications suitable for the particular use contemplated. It is intended that the scope of the invention be defined by the claims appended hereto.
도 1은 한 쌍의 반도체 다이가 편의 관계로 적층되어 있는 종래 기술의 일반적인 반도체 소자의 측면도. 1 is a side view of a conventional semiconductor device of the prior art in which a pair of semiconductor dies are stacked for convenience;
도 2는 한 쌍의 반도체 다이가 중첩 관계로 적층되고 스페이서 층에 의해 분리되어 있는 종래 기술의 일반적인 반도체 소자의 측면도.2 is a side view of a conventional semiconductor device of the prior art in which a pair of semiconductor dies are stacked in an overlapping relationship and separated by a spacer layer.
도 3은 한 쌍의 반도체 다이가 중첩 관계로 적층되고 상측 다이가 반도체 다이의 하측 가장자리를 따라서 트렌치를 포함하는 종래 기술의 일반적인 반도체 소자의 측면도.3 is a side view of a conventional semiconductor device of the prior art in which a pair of semiconductor dies are stacked in an overlapping relationship and the upper die includes trenches along the lower edge of the semiconductor die;
도 4는 도 3에 도시된 트렌치를 구비하는 종래 기술의 일반적인 반도체 소자의 저면 사시도.4 is a bottom perspective view of a conventional semiconductor device of the prior art with the trench shown in FIG.
도 5는 본 발명의 실시 형태에 따라 반도체 다이를 형성하기 위한 흐름도.5 is a flow chart for forming a semiconductor die in accordance with an embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명에 실시 형태에 따라 제조되는 다수의 반도체 다이를 제공하는 반도체 웨이퍼의 평면도. 6 is a plan view of a semiconductor wafer providing a plurality of semiconductor dies manufactured in accordance with an embodiment of the present invention.
도 7은 제조 중의 반도체 다이의 평면도.7 is a plan view of a semiconductor die during manufacture.
도 8은 제조 중의 도 7의 반도체 다이의 사시도.8 is a perspective view of the semiconductor die of FIG. 7 during manufacture.
도 9는 반도체 다이의 저부 표면에 형성된 국소 공동을 포함하는 반도체 다이의 평면도. 9 is a plan view of a semiconductor die including local cavities formed in the bottom surface of the semiconductor die.
도 10은 반도체 다이의 저부 표면에 형성된 국소 공동을 포함하는 도 9의 반도체 다이의 저면 사시도. 10 is a bottom perspective view of the semiconductor die of FIG. 9 including local cavities formed in the bottom surface of the semiconductor die.
도 10a는 도 10의 선 10-10을 지나는 단면도. 10A is a cross sectional view taken along line 10-10 of FIG. 10;
도 10b는 도 10a와 같은 도시 위치에서 경사 표면을 구비하는 국소 공동의 다른 실시 형태의 단면도. FIG. 10B is a cross-sectional view of another embodiment of a local cavity having an inclined surface in a shown position as in FIG. 10A.
도 11은 반도체 다이의 저부 표면의 중앙부에 내포된 국소 공동을 포함하는 반도체 다이의 측면도.11 is a side view of a semiconductor die including a local cavity embedded in a central portion of the bottom surface of the semiconductor die.
도 12는 반도체 다이의 저부 표면의 중앙부에 형성된 국소 공동을 포함하는 도 11의 반도체 다이의 저면 사시도.12 is a bottom perspective view of the semiconductor die of FIG. 11 including local cavities formed in the central portion of the bottom surface of the semiconductor die.
도 13은 본 발명에 따른 반도체 소자의 제조를 나타내는 흐름도.13 is a flow chart showing the manufacture of a semiconductor device according to the present invention.
도 14는 제조 중에 인접하는 반도체 다이의 국소 공동 내에 위치하는 와이어 본드를 포함하는 반도체 소자의 사시도.14 is a perspective view of a semiconductor device including wire bonds located within local cavities of adjacent semiconductor dies during manufacture.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 따라 완료된 반도체 소자의 측면도. 15 is a side view of a semiconductor device completed in accordance with an embodiment of the present invention.
도 16은 본 발명의 대안적 실시 형태에 따른 국소 공동과 와이어 본드 구성을 포함하는 평면도. 16 is a plan view of a local cavity and wire bond configuration in accordance with an alternative embodiment of the present invention.
도 17은 도 16의 대안적 실시 형태에 따른 반도체 소자의 단부 도면.17 is an end view of a semiconductor device in accordance with an alternative embodiment of FIG. 16.
도 18은 본 발명의 다른 대안적 실시 형태에 따른 국소 공동과 와이어 본드 구성을 포함하는 평면도. 18 is a plan view of a local cavity and wire bond configuration in accordance with another alternative embodiment of the present invention.
도 19는 도 18의 대안적 실시 형태에 따른 반도체 소자의 단부 도면. 19 is an end view of a semiconductor device in accordance with an alternative embodiment of FIG. 18.
도 20은 반도체 다이의 중앙부 내에 국소 공동을 포함하는 대안적 실시 형태에 따른 반도체 소자의 평면도.20 is a plan view of a semiconductor device in accordance with an alternate embodiment that includes a local cavity in the central portion of the semiconductor die.
도 21은 도 20의 대안적 실시 형태에 따른 반도체 소자의 단면도.21 is a cross-sectional view of a semiconductor device in accordance with an alternative embodiment of FIG. 20.
도 22는 반도체 다이들 사이의 스페이서 층의 국소 공동 내에 위치한 와이어 본드를 포함하는 제조 중의 반도체 소자를 나타내는 대안적 실시 형태의 사시도. FIG. 22 is a perspective view of an alternative embodiment showing a semiconductor device in manufacture including wire bonds located within local cavities of a spacer layer between semiconductor dies. FIG.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>Description of the Related Art [0002]
100: 웨이퍼 102: 반도체 다이100
104: 본드 패드 110: 국소 공동104: bond pad 110: local cavity
114: 국소 공동 120: 기판114: local cavity 120: substrate
122: 접촉 패드 130: 와이어 본드122: contact pad 130: wire bond
140, 142: 가장자리140, 142: edge
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