DE102014112860B4 - Ringstrukturen in Vorrichtungs-Die und Verfahren - Google Patents
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- H01L2224/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
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- H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
- H01L23/3128—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation the substrate having spherical bumps for external connection
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- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
- H01L23/498—Leads, i.e. metallisations or lead-frames on insulating substrates, e.g. chip carriers
- H01L23/49811—Additional leads joined to the metallisation on the insulating substrate, e.g. pins, bumps, wires, flat leads
- H01L23/49816—Spherical bumps on the substrate for external connection, e.g. ball grid arrays [BGA]
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
- H01L24/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
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- H01L2924/153—Connection portion
- H01L2924/1531—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface
- H01L2924/15311—Connection portion the connection portion being formed only on the surface of the substrate opposite to the die mounting surface being a ball array, e.g. BGA
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Landscapes
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Abstract
Struktur, die Folgendes umfasst:einen Die (100'), der Folgendes umfasst:eine erste Metall-Anschlussstelle (30/30A);eine Passivierungsschicht (32) über der ersten Metall-Anschlussstelle (30/30A);eine Polymerschicht (36) über der Passivierungsschicht (32);eine Metallsäule (40/40A) über der ersten Metall-Anschlussstelle (30/30A) undelektrisch mit ihr verbunden; undeinen Metallring (40/40B), der koplanar mit der Metallsäule (40/40A) ist, wobei die Polymerschicht (36) einen ersten Abschnitt umfasst, der koplanar mit der Metallsäule (40/40A) und dem Metallring (40/40B) ist;eine Formmasse (60) zum Ausformen des Dies (100');mehrere Durchkontaktierungen (58), die die Formmasse (60) durchbrechen;eine dielektrische Schicht (62) mit einer Oberfläche, die die Formmasse (60) kontaktiert; undUmverteilungsleitungen (64) in der dielektrischen Schicht (62) und elektrisch verbunden mit der Metallsäule (40/40A) und den mehreren Durchkontaktierungen (58), wobei der Metallring (40/40B) eine Oberfläche umfasst, die koplanar mit der Oberfläche der dielektrischen Schicht (62) ist, und wobei die gesamte Oberfläche des Metallrings (40/40B) in Kontakt mit der dielektrischen Schicht (62) ist.
Description
- HINTERGRUND
- Die Herstellung von modernen Schaltungen beinhaltet üblicherweise mehrere Schritte. Integrierte Schaltungen werden zuerst auf einem Halbleiterwafer hergestellt, der mehrere duplizierte Halbleiterchips umfasst, die jeweils integrierte Schaltungen umfassen. Die Halbleiterchips werden dann von dem Wafer gesägt und gekapselt. Die Kapselungsverfahren haben zwei Hauptziele: die empfindlichen Halbleiterchips zu schützen und interne integrierte Schaltungen mit externen Pins zu verbinden.
- Aufgrund der gestiegenen Nachfrage nach mehr Funktionen wurde Package-on-Package-(PoP)-Technologie entwickelt, bei der zwei oder mehr Gehäuse gebondet werden, um die Integrationsfähigkeit der Gehäuse zu erhöhen. Mit einem hohen Integrationsgrad kann die elektrische Leistungsfähigkeit des sich ergebenden PoP-Gehäuses verbessert werden, indem von verkürzten Verbindungswegen zwischen Komponenten profitiert wird. Indem PoP-Technologie verwendet wird, wird das Gehäuse-Design flexibler und weniger komplex. Die Time-to-Market-Zeit wird auch verringert.
- Eine Halbleiterstruktur mit einer Metall-Anschlussstelle und mehreren Metallringen, welche die Halbleiterstruktur als Schutzstruktur umgeben, ist aus der Anmeldeschrift
US 2010/0123219 A1 US 2005/0098893 A1 - Die Anmeldeschrift
US 2013/0001776 A1 US 2010/0233831 A1 DE 103 20 646 A1 sind Halbleiterstrukturen bekannt, die eine Formmasse zum Ausformen von Dies aufweisen und ferner Durchkontaktierungen umfassen, welche die Formmasse durchbrechen. - Figurenliste
- Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den beigefügten Figuren gelesen wird. Man beachte, dass in Übereinstimmung mit dem üblichen Vorgehen in der Branche verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zur Klarheit der Beschreibung beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
-
1 zeigt eine Schnittansicht eines Wafers in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen; -
2 bis16 zeigen die Schnittansichten von Zwischenstufen beim Ausbilden eines Gehäuses in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen; und -
17 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines Wafers in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. - DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
- Die folgende Offenbarung sieht viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele vor, um verschiedene Merkmale der Erfindung zu implementieren. Spezielle Beispiele von Komponenten und Anordnungen sind unten beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und sollen nicht einschränkend wirken. Das Ausbilden einer ersten Einrichtung über oder auf einer zweiten Einrichtung in der folgenden Beschreibung kann beispielsweise Ausführungsformen umfassen, in denen die erste und die zweite Einrichtung in direktem Kontakt ausgebildet sind, und kann auch Ausführungsformen umfassen, in denen zusätzliche Einrichtungen zwischen der ersten und der zweiten Einrichtung ausgebildet sein können, so dass die erste und die zweite Einrichtung nicht in direktem Kontakt sein müssen. Zusätzlich kann die vorliegende Offenbarung Bezugszeichen und/oder Buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Klarheit und erzwingt als solche keine Beziehung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
- Weiter können räumlich relative Begriffe, wie „unten“, „unter“, „unterer“, „über“, „oberer“ und ahnliche, hier zur Einfachheit der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder Merkmals mit einem oder mehreren anderen Elementen oder Merkmalen zu beschreiben, wie sie in den Figuren gezeigt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen verschiedene Orientierungen der Vorrichtung, die verwendet oder betrieben wird, zusätzlich zu der in den Figuren gezeigten Orientierung umfassen. Die Vorrichtung kann anders orientiert sein (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Begriffe, die hier verwendet werden, können ebenfalls demgemäß interpretiert werden.
- Es sind ein Vorrichtungs-Die und das Verfahren zum Ausbilden eines Gehäuses, das den Vorrichtungs-Die umfasst, in Übereinstimmung mit verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen vorgesehen. Die Zwischenstufen zum Ausbilden des Gehäuses sind gezeigt. Die Varianten der Ausführungsformen werden beschrieben. Überall in den verschiedenen Ansichten und beispielhaften Ausführungsformen werden gleiche Bezugszeichen verwendet, um gleiche Elemente zu bezeichnen.
-
1 bis16 zeigen die Schnittansichten von Zwischenstufen bei der Ausbildung eines Gehäuses in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen. Mit Bezug auf1 ist ein Wafer100 , der mehrere Vorrichtungs-Dies100' umfasst, vorgesehen. Der Wafer100 umfasst weiter ein Halbleitersubstrat10 , das ein Bulk-Siliziumsubstrat oder ein Silizium-auf-Isolator-Substrat sein kann. Alternativ können auch andere Halbleitermaterialien verwendet werden, die Gruppe-III-, Gruppe-IV- und Gruppe-V-Elemente umfassen, die Silizium-Germanium, Silizium-Kohlenstoff und/oder III-V-Verbindungshalbleiter-Materialien umfassen können. Integrierte Schaltungen wie Transistoren (schematisch als 12 gezeigt) sind in und/oder auf dem Halbleitersubstrat10 ausgebildet. Der Wafer100 kann weiter ein Zwischendielektrikum (Inter-Layer Dielectric, ILD) 14 und eine Verbindungsstruktur16 über dem Halbleitersubstrat10 umfassen. Die Verbindungsstruktur16 umfasst Metallleitungen20 und Durchkontaktierungen22 , die in den dielektrischen Schichten18 ausgebildet sind. Die Metallleitungen, die auf einer gleichen Ebene liegen, werden gemeinsam im Folgenden als eine Metallschicht bezeichnet. Somit kann die Verbindungsstruktur16 mehrere Metallschichten umfassen, die untereinander durch Durchkontaktierungen22 verbunden sind. Die Metallleitungen20 und die Durchkontaktierungen22 können aus Kupfer oder Kupferlegierungen ausgebildet sein, obwohl sie auch aus anderen Metallen ausgebildet sein können. In manchen Ausführungsformen umfassen die dielektrischen Schichten18 Low-k-Dielektrika. Die dielektrischen Konstanten (k-Werte) der Low-k-Dielektrika können beispielsweise kleiner als etwa 3,0 oder etwa 2,5 sein. - Die Metallschichten umfassen eine untere Metallschicht (auch als Metallschicht Eins oder M1 bezeichnet) bis zu einer oberen Metallschicht (Mtop). In manchen Ausführungsformen ist die Mtop-Schicht die oberste Metallschicht, die in Low-k-Dielektrika ausgebildet ist.
- In Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird eine Passivierungsschicht
28 über der oberen Metallschicht Mtop und der entsprechenden dielektrischen Schicht18 ausgebildet. Die Passivierungsschicht28 hat einen k-Wert, der größer als 3,8 ist, und wird mittels eines Nicht-Low-k-Dielektrikums ausgebildet. In manchen Ausführungsformen ist die Passivierungsschicht28 eine Verbundschicht, die eine Siliziumoxid-Schicht (nicht gezeigt) und eine Siliziumnitrid-Schicht (nicht gezeigt) über der Siliziumoxid-Schicht umfasst. Die Passivierungsschicht28 kann auch aus anderen nichtporösen Dielektrika ausgebildet sein, wie undotiertem Silikatglas (USG), Siliziumoxinitrid und/oder Ähnlichem. - Metall-Anschlussstellen
30 (einschließlich 30A und 30B) sind mit Abschnitten in der Passivierungsschicht28 ausgebildet und können mit Vorrichtungen der integrierten Schaltung12 über Durchkontaktierungen26 , Metallleitungen20 und Durchkontaktierungen22 elektrisch verbunden sein. Die Metall-Anschlussstellen30 können Aluminium-Anschlussstellen oder Aluminium-Kupfer-Anschlussstellen sein und werden daher im Folgenden alternativ als Aluminium-Anschlussstellen30 bezeichnet, obwohl andere metallische Materialien verwendet werden können. Die Metall-Anschlussstellen30 können beispielsweise einen (atomaren) Aluminiumanteil zwischen etwa 99,5 Prozent und etwa 99,9 Prozent sowie einen Kupferanteil von zwischen etwa 0,1 Prozent und etwa 0,5 Prozent haben. In1 sind die Durchkontaktierungen so gezeigt, dass sie die Metallleitungen20 in der Mtop-Schicht mit den darüber liegenden Metall-Anschlussstellen30 verbinden. In alternativen Ausführungsformen könnend die Metall-Anschlussstellen30 in physischem Kontakt mit den Metallleitungen (oder -Anschlussstellen) 20 in der oberen Metallschicht Mtop ohne Durchkontaktierungen dazwischen stehen. - Wie auch in
1 gezeigt ist, ist eine Passivierungsschicht32 über der Passivierungsschicht28 ausgebildet. Das Material der Passivierungsschicht32 kann aus den gleichen Kandidatenmaterialien ausgewählt sein wie denen der Passivierungsschicht28 . Die Passivierungsschichten28 und32 können aus demselben dielektrischen Material ausgebildet sein oder können aus verschiedenen dielektrischen Materialien ausgebildet sein. In manchen Ausführungsformen umfasst die Passivierungsschicht32 eine Siliziumoxid-Schicht und eine Siliziumnitrid-Schicht über der Siliziumoxid-Schicht. Die Passivierungsschicht32 wird dann strukturiert, so dass Abschnitte der Passivierungsschicht32 die Randabschnitte der Aluminium-Anschlussstellen30 bedecken, und mittlere Abschnitte der Aluminium-Anschlussstellen30 sind durch die Öffnungen in der Passivierungsschicht32 freigelegt. Die Passivierungsschicht32 kann auch einen Abschnitt umfassen, der in manchen Ausführungsformen plan mit den Metall-Anschlussstellen30 ist. - Metallsäulen
40 sind über den Metall-Anschlussstellen30 ausgebildet. Das Ausbilden der Metallsäulen40 kann das Ausführen einer physikalischen Gasphasenabscheidung (PVD), um eine Keimschicht abzuscheiden, das Ausbilden und Strukturieren einer Maskenschicht (nicht gezeigt), wobei zumindest einige der Metall-Anschlussstellen30 durch die Maskenschicht nicht maskiert werden, und das anschließende Ausführen eines Plattierschritts, um die Metallsäulen40 auszubilden, umfassen. Die Maskenschicht und die Abschnitte der Keimschicht, die durch die Maskenschicht bedeckt sind, wenden dann geätzt. Die Metallsäulen40 können Kupfer oder andere Metalle oder Metalllegierungen einschließlich Kupfer, Aluminium, Wolfram, Nickel, Kobalt und/oder Ähnliches umfassen. - Eine dielektrische Schicht
36 ist als oberste Einrichtung des Wafers100 ausgebildet. Die dielektrische Schicht36 kann eine Polymerschicht sein und wird nachfolgend als Polymerschicht36 bezeichnet, obwohl sie auch aus einem Nicht-Polymer und möglicherweise anorganischen Materialien ausgebildet sein kann. Das Ausbildungsverfahren kann Rotationsbeschichtung gefolgt von einem Aushärteverfahren umfassen. Als Ergebnis des Aushärteverfahrens wird die Polymerschicht36 ausgehärtet. In einigen Ausführungsformen ist die Polymerschicht36 aus Polybenzoxazol (PBO) ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen ist die Polymerschicht36 aus anderen Polymeren ausgebildet, etwa Benzocyclobuten (BCB), Polyimid oder Ähnlichem. Das Material der Polymerschicht36 kann lichtempfindlich sein, obwohl nicht lichtempfindliche Materialien auch verwendet werden können. - Die Metallsäulen
40 umfassen40A und40B . Die Metallsäulen40A werden für die elektrische Verbindung zwischen den Einrichtungen in den Vorrichtungs-Dies100' und den Einrichtungen verwendet, die mit den Vorrichtungs-Dies100' gebondet werden sollen. Die Metallsäulen40B sind Metallringe, die in der Nähe der Ränder der entsprechenden Vorrichtungs-Dies100' ausgebildet sind.17 zeigt eine Draufsicht der Struktur in1 , wobei die Metallsäulen40B so gezeigt sind, dass sie vier Seiten aufweisen, die jeweils benachbart zu den entsprechenden Rändern des zugehörigen Dies100' sind. Die Metallsäulen40A sind durch den entsprechenden Metallring40B umgeben. In einigen Ausführungsformen erstreckt sich, wie in1 gezeigt ist, die Polymerschicht36 zu der Oberseite der Metallsäulen40 . - Bezieht man sich wieder auf
1 , so überlappen, in Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen, die Metallringe40B den entsprechenden Abdichtring42 . Der Abdichtring42 umfasst mehrere Metallringe in dielektrischen Schichten18 , wobei die Metallringe mehrere Metallleitungen20 , die Ringe bilden, und mehrere Durchkontaktierungen22 , die Ringe bilden, umfassen. Die Ringe der Metallleitungen20 und die Ringe der Durchkontaktierungen22 sind verbunden, um einen integrierten Ring auszubilden, der sich durch alle dielektrischen Schichten18 erstreckt. In manchen Ausführungsformen umfasst der Abdichtring42 auch einen Ring, der aus einem Kontaktstöpsel44 ausgebildet ist, der sich zu der oberen Fläche des Halbleitersubstrats10 erstreckt. Zusätzlich kann die Metall-Anschlussstelle30B auch einen Ring bilden, wobei der Metallring, der aus der Metall-Anschlussstelle30B gebildet ist, mit den Ringen in den dielektrischen Schichten18 verbunden ist, um einen integrierten und durchgängigen Metallring zu bilden, der sich durchgängig von der Polymerschicht36 zu dem ILD14 oder möglicherweise zu dem Halbleitersubstrat10 erstreckt. - Der Abdichtring
42 kann auch vier Seiten umfassen, die jeweils angrenzend an einen Rand des entsprechenden Dies100' liegen, wie in17 gezeigt ist. Des Weiteren können die vier Seiten des Metallrings40B die entsprechenden Seiten des Abdichtrings42 überlappen. - Wie auch in
1 gezeigt ist, wird ein Die-Sägeschritt (durch das Sägeblatt43 angezeigt) ausgeführt, um den Wafer100 in mehrere Vorrichtungs-Dies100' zu sägen, die jeweils Metallsäulen40A , einen Metallring40B und einen Abdichtring42 umfassen. Die-Anschluss-Filme (engl. „Die-Attach Films“, DAF) 8 sind an der unteren Fläche des Wafers100 befestigt und können somit auch an der Unterseite jedes der Dies100' befestigt sein. -
2 bis16 zeigen die Schnittansichten von Zwischenstufen in der Kapselung der Dies100' in einem Gehäuse in Übereinstimmung mit einigen beispielhaften Ausführungsformen. Mit Bezug auf2 ist ein Träger48 vorgesehen, und eine Haftschicht50 wird auf dem Träger48 angeordnet. Der Träger48 kann ein leerer Glasträger, ein leerer Keramikträger oder Ähnliches sein. Die Haftschicht50 kann aus einem Klebstoff wie ultraviolettem (UV) Kleber, Licht-in-Wärme-Umwandlungs-(Light-to-Heat Conversion, LTHC)-Kleber oder Ähnlichem ausgebildet sein, obwohl andere Arten von Klebstoffen verwendet werden können. In manchen Ausführungsformen hat die Haftschicht50 die Eigenschaft, sich unter dem Wärmeeinfluss von Licht zu zersetzen und daher den Träger48 von den Strukturen zu lösen, die darauf ausgebildet sind. - In manchen Ausführungsformen wird eine Pufferschicht
52 über der Haftschicht50 ausgebildet. Alternativ wird keine Pufferschicht52 über der Haftschicht50 ausgebildet. In Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die Pufferschicht52 eine dielektrische Schicht, die eine Polymerschicht sein kann. Das Polymer kann beispielsweise aus Polyimid, PBO, BCB, Lötresist-Film (engl. „Solder Resist Film“, SR) oder Ähnlichem bestehen. Die Pufferschicht52 ist eine planare Schicht mit einer gleichmäßigen Dicke, die größer als etwa 2µm sein kann und zwischen etwa 2µm und etwa 40µm liegen kann. Die obere Fläche und die untere Fläche der Pufferschicht52 sind auch planar. In alternativen Ausführungsformen wird die Pufferschicht52 nicht ausgebildet. - Eine Keimschicht
53 wird über der Pufferschicht52 beispielsweise durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder Metallfolie-Laminierung ausgebildet. Die Keimschicht53 kann Kupfer, Aluminium, Titan oder Mehrschicht-Strukturen davon umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst die Keimschicht53 eine Titanschicht (nicht gezeigt) und eine Kupferschicht (nicht gezeigt) über der Titanschicht. In alternativen Ausführungsformen umfasst die Keimschicht53 eine einzelne Kupferschicht. - In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen wird ein Photoresist
54 über der Keimschicht53 aufgebracht und dann strukturiert. Im Ergebnis werden Öffnungen56 in dem Photoresist54 ausgebildet, durch die einige Abschnitte der Keimschicht53 freigelegt sind. - Wie in
3 gezeigt ist, werden Durchkontaktierungen58 in den Öffnungen56 durch Plattierung ausgebildet, die Elektroplattierung oder stromlose Plattierung sein kann. Die Durchkontaktierungen58 werden auf den freiliegenden Abschnitten der Keimschicht53 plattiert. Die Durchkontaktierungen58 können Kupfer, Aluminium, Wolfram, Nickel oder Legierungen davon umfassen. Die Formen in der Draufsicht der Durchkontaktierungen58 umfassen, sind aber nicht beschränkt auf, Rechtecke, Quadrate, Kreise und Ähnliches. Die Höhen der Durchkontaktierungen58 werden durch die Dicke des nachfolgend angeordneten Dies100' (5 ) bestimmt, wobei die Höhen der Durchkontaktierungen58 größer oder gleich der Dicke des Dies100' in verschiedenen Ausführungsformen sind. - Nach dem Plattieren der Durchkontaktierungen
58 wird das Photoresist54 entfernt, und die sich ergebende Struktur ist in4 gezeigt. Zusätzlich werden die Abschnitte der Keimschicht53 (2 ), die durch das Photoresist bedeckt sind, freigelegt. Ein Ätzschritt wird dann ausgeführt, um die freiliegenden Abschnitte der Keimschicht53 zu entfernen, wobei das Ätzen anisotropes oder isotropes Ätzen sein kann. Die Abschnitte der Keimschicht53 , die durch die Durchkontaktierungen58 überlappt sind, verbleiben andererseits ungeätzt. In der Beschreibung werden die verbleibenden darunter liegenden Abschnitte der Keimschicht53 als die unteren Abschnitte der Durchkontaktierungen58 bezeichnet. Obwohl die Keimschicht53 so gezeigt ist, dass sie unterscheidbare Grenzflächen mit den darüber liegenden Abschnitten der Durchkontaktierungen58 aufweist, kann, wenn die Keimschicht53 aus einem Material ausgebildet ist, das dem der darüber liegenden entsprechenden Durchkontaktierungen58 ähnelt oder gleicht, die Keimschicht53 mit den Durchkontaktierungen58 ohne eine unterscheidbare Grenzfläche dazwischen vereinigt werden. Daher sind die Keimschichten53 in nachfolgenden Zeichnungen nicht gezeigt. In alternativen Ausführungsformen gibt es unterscheidbare Grenzflächen zwischen der Keimschicht53 und den darüber liegenden plattierten Abschnitten der Durchkontaktierungen58 . -
5 zeigt das Anordnen des Vorrichtungs-Dies100' über der Pufferschicht52 . Der Vorrichtungs-Die100' kann an der Pufferschicht52 über den DAF8 befestigt sein. Obwohl5 das Anordnen eines einzelnen Vorrichtungs-Dies100' zeigt, können mehrere Vorrichtungs-Dies100' über der Pufferschicht52 angeordnet werden, wobei die mehreren angeordneten Vorrichtungs-Dies100' als mehrere Reihen und Spalten angeordnet sein können. - Mit Bezug auf
6 wird eine Formmasse60 auf den Vorrichtungs-Die100' und die Durchkontaktierungen58 gegossen. Die Formmasse60 füllt die Lücken zwischen dem Vorrichtungs-Die100' und den Durchkontaktierungen58 und kann in Kontakt mit der Pufferschicht52 sein. Die Formmasse60 kann eine Gussverbindung, eine Gussunterfüllung, ein Epoxid oder ein Harz umfassen. Nach dem Gussverfahren liegt die obere Fläche der Formmasse60 höher als die oberen Enden der Metallsäulen40 und der Durchkontaktierungen58 . Die Formmasse60 wird als Flüssigkeit verteilt und dann ausgehärtet. - Als nächstes wird ein Planarisierschritt wie ein chemisch-mechanischer Polier-(CMP)-Schritt oder ein Schleifschritt ausgeführt, um die Formmasse
60 zu verdünnen, bis die Durchkontaktierungen58 freigelegt werden. In manchen Ausführungsformen werden, wie in7 gezeigt ist, die Abschnitte der Polymerschicht36 an den Spitzen der Metallsäulen40 durch die Planarisierung entfernt. Die Metallsäulen40 werden somit infolge des Schleifens freigelegt. Aufgrund des Schleifens sind die oberen Flächen 58A' der Durchkontaktierungen58 im Wesentlichen plan (koplanar) mit den oberen Flächen40' der Metallsäulen40 und sind im Wesentlichen plan (koplanar) mit einer oberen Fläche60A der Formmasse60 . - Mit Bezug auf
8 wird eine dielektrische Schicht62 über der Formmasse60 , den Durchkontaktierungen58 und den Metallsäulen40 ausgebildet und kontaktiert sie. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die dielektrische Schicht62 aus einem Polymer wie PBO, Polyimid oder Ähnlichem ausgebildet. In alternativen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht62 aus einem anorganischen Dielektrikum wie Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxinitrid oder Ähnlichem ausgebildet. - Als nächstes werden, mit Bezug auf
9 , Umverteilungsleitungen („Redistribution Lines“, RDLs) 64 ausgebildet, um mit den Metallsäulen40 und den Durchkontaktierungen58 verbunden zu werden. Die RDLs64 können auch die Metallsäulen40 und die Durchkontaktierungen58 unter einander verbinden. Obwohl nicht gezeigt, können die RDLs64 Metallpfade (Metallleitungen) und Durchkontaktierungen umfassen, die unter den RDLs liegen und mit ihnen verbunden sind. In diesen Ausführungsformen werden die Durchkontaktierungen in der dielektrischen Schicht62 ausgebildet, und die Metallpfade werden über der dielektrischen Schicht62 ausgebildet. In manchen Ausführungsformen werden die RDLs64 in einem Plattierverfahren ausgebildet, wobei jede der RDLs64 eine Keimschicht (nicht gezeigt) und ein plattiertes metallisches Material über der Keimschicht umfasst. Die Keimschicht und das plattierte metallische Material können aus dem gleichen Material oder unterschiedlichen Materialien ausgebildet sein. - Wie in
9 gezeigt ist, sind die Metallsäulen40A und die Durchkontaktierungen58 mit den RDLs64 elektrisch verbunden und können sie körperlich berühren. Andererseits müssen die Metallringe40B nicht mit irgendeiner der RDLs64 verbunden sein. Somit sind in Übereinstimmung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung die gesamten oberen Flächen der Metallringe40B in Kontakt mit der unteren Fläche der dielektrischen Schicht62 und sind nicht in Kontakt mit irgendwelchen Metalleinrichtungen. - Mit Bezug auf
10 werden, in Übereinstimmung mit verschiedenen Ausführungsformen, eine oder mehrere dielektrische Schichten66 über der Struktur ausgebildet, die in9 gezeigt ist, wobei RDLs68 in den dielektrischen Schichten66 ausgebildet sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das Ausbilden jeder der Schichten der RDLs68 das Ausbilden einer leeren Keimschicht, das Ausbilden und Strukturieren einer Maskenschicht über der leeren Keimschicht, das Ausführen einer Plattierung, um RDLs68 auszubilden, das Entfernen der Maskenschicht und das Ausführen eines Ätzschritts, um die Abschnitte der leeren Keimschicht zu entfernen, die nicht durch die RDLs68 bedeckt sind. Die RDLs68 können ein Metall oder eine Metalllegierungen einschließlich Aluminium, Kupfer, Wolfram und/oder Legierungen davon umfassen. -
10 zeigt eine RDL-Schicht68 . In alternativen Ausführungsformen kann es mehr als eine Schicht von RDLs68 geben, abhängig von den Routing-Anforderungen des entsprechenden Gehäuses. Dielektrische Schichten66 in diesen Ausführungsformen können Polymere wie PBO, Polyimid, BCB oder Ähnliches umfassen. Alternativ können die dielektrischen Schichten66 anorganische Dielektrika umfassen, etwa Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Siliziumoxinitrid oder Ähnliches. -
11 zeigt das Ausbilden einer dielektrischen Schicht69 , UBMs70 und elektrischen Verbindungsstücken72 , in Übereinstimmung mit einigen beispielhaften Ausführungsformen. Die dielektrische Schicht69 kann aus einem Material ausgebildet werden, das aus den Kandidatenmaterialien ausgewählt ist, die verwendet werden, um die dielektrischen Schichten62 und66 auszubilden. Das Ausbilden der elektrischen Verbindungsstücke72 kann das Anordnen von Lötkugeln auf den freiliegenden Abschnitten der UBMs70 und dann das Aufschmelzen der Lötkugeln umfassen. In alternativen Ausführungsformen umfasst das Ausbilden der elektrischen Verbindungsstücke72 das Ausführen eines Plattierschritts, um Lötbereiche über den RDLs68 auszubilden, und dann das Aufschmelzen der Lötbereiche. Elektrische Verbindungsstücke72 können auch Metallsäulen oder Metallsäulen und Lötkappen umfassen, die auch durch Plattieren ausgebildet werden können. In der Beschreibung wird die kombinierte Struktur einschließlich des Vorrichtungs-Dies100' , der Durchkontaktierungen58 , der Formmasse60 , der darüber liegenden RDLs64 und68 und der dielektrischen Schichten62 und66 als Gehäuse74 bezeichnet, die ein Verbundwafer sein kann, der mehrere Vorrichtungs-Dies100' umfasst. - Als nächstes werden die Bondstellen des Gehäuses
74 von dem Träger48 gelöst, beispielsweise indem UV-Licht oder ein Laser auf die Haftschicht50 gelenkt wird. Die Rest-Haftschicht50 und die Pufferschicht52 (wenn vorhanden) werden auch von dem Gehäuse74 entfernt. Die sich ergebende Struktur ist in12 gezeigt. Das Gehäuse74 wird weiter an einem Träger78 durch eine Haftschicht80 befestigt, wobei die elektrischen Verbindungsstücke72 dem Kontaktklebstoff80 zugewandt sein können. Dielektrische Schichten82 und RDLs84 werden dann ausgebildet. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung repräsentieren die gezeigten RDLs84 eine einzige RDL-Schicht. In alternativen Ausführungsformen repräsentieren die gezeigten RDLs84 mehr als eine RDL-Schicht, wobei Durchkontaktierungen ausgebildet sind, um die unterschiedlichen Metallpfade in unterschiedlichen RDL-Schichten untereinander zu verbinden. Die dielektrischen Schichten82 können auch aus einem Polymer wie PBO, BCB, Polyimid oder einem anorganischen Material wie Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid oder Ähnlichem ausgebildet werden. - Wie auch in
12 gezeigt ist, wird eine dielektrische Schicht86 über den RDLs84 und der dielektrischen Schicht82 ausgebildet. Die dielektrische Schicht86 kann aus PBO oder anderen organischen oder anorganischen Materialien ausgebildet sein. In manchen Ausführungsformen wird, wie in13 gezeigt ist, ein Klebeband88 über der dielektrischen Schicht86 ausgebildet/laminiert. Öffnungen90 werden dann in der dielektrischen Schicht86 und dem Klebeband88 ausgebildet, und dadurch werden die Metall-Anschlussstellen in den oberen RDLs84 freigelegt. - In nachfolgenden Schritten wird das Gehäuse
74 mit einer Gehäuse-Komponente200 gebondet, und die sich ergebende Struktur ist in14 gezeigt. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen ist die Gehäuse-Komponente200 ein Gehäuse, das (einen) Speicher-Die(s) (etwa statische RAM-(SRAM)-Dies oder dynamische RAM-(DRAM)-Dies) 204 darin umfasst. Des Weiteren kann die Gehäuse-Komponente200 ein Gehäuse-Substrat202 umfassen, auf dem ein Die204 gebondet ist. -
14 zeigt, dass ein Die100' in der Formmasse60 gegossen ist. In dem Herstellungsverfahren können mehrere Dies100' zur gleichen Zeit durch die Formmasse60 gegossen werden. In der Beschreibung umfasst das Gehäuse74 mehrere Gehäuse74' , die jeweils einen der Vorrichtungs-Dies100' und die umgebenden Durchkontaktierungen58 umfassen. Somit kann jedes der Gehäuse74' mit einem von mehreren Gehäuse-Komponenten gebondet werden, die mit der Gehäuse-Komponente200 identisch sind. Nach dem Bonden wird ein Sägeschritt ausgeführt, um das Gehäuse74 in mehrere Gehäuse zu sägen, die jeweils eines der Gehäuse74' und die zugehörige Gehäuse-Komponente200 umfassen. - In den Ausführungsformen in
14 sind die unteren Flächen der Metallringe40B in Kontakt mit den oberen Flächen der Metall-Anschlussstelle30B , die auch einen Ring bildet. In diesen Ausführungsformen können der Metallring40B und der zugehörige Abdichtring42 elektrisch erdfrei oder elektrisch geerdet sein. - In Übereinstimmung mit alternativen Ausführungsformen sind, wie in
15 gezeigt ist, die unteren Flächen des Metallrings40B in Kontakt mit der oberen Fläche der Passivierungsschicht32 und haben einen Abstand von der oberen Fläche der Metall-Anschlussstelle30B durch die Passivierungsschicht32 . Somit ist der Metallring40B vollständig in den Dielektrika isoliert, wobei die dielektrischen Schichten62 ,32 und36 den Metallring40B vollständig umschließen. Darüber hinaus ist in diesen Ausführungsformen der Metallring40B elektrisch erdfrei. -
14 und15 zeigen, dass es zwei Abdichtringe gibt (als 42A und 42B bezeichnet) und zwei Metallringe40B1 und40B2 , wobei der Abdichtring42A den Abdichtring42B umgibt. Der Metallring40B1 umgibt weiter den Metallring40B2 . In Übereinstimmung mit alternativen Ausführungsformen gibt es, wie in16 gezeigt ist, einen einzigen Abdichtring42 und einen einzigen Metallring40B . -
17 zeigt die Draufsicht des Wafers100 und der Vorrichtungs-Dies100' darin. In Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen liegt die Breite A des Metallrings40B zwischen etwa 15µm und etwa 70µm. Die Breite A des Metallrings40B kann größer, gleich groß oder kleiner als die Breite E der Metall-Anschlussstelle30 sein. Die Breite oder der Durchmesser C der Kupfersäulen40A kann zwischen etwa 50µm und etwa 100µm liegen. Man beachte jedoch, dass die Werte, die in der Beschreibung angegeben sind, nur Beispiele sind und auf andere Werte geändert werden können. Der Abstand D zwischen den Metallringen40B1 und40B2 kann größer als etwa 20µm sein.17 zeigt, dass die Abdichtringe42 in einigen Ausführungsformen breiter als die entsprechenden darüber liegenden Metallringe40B sind, wobei der Einschluss durch B bezeichnet wird, der größer als 2µm sein kann. In alternativen Ausführungsformen können die Abdichtringe42 schmaler als die entsprechenden darüber liegenden Metallringe40B sein. - Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung haben einige vorteilhafte Eigenschaften. Wenn der Metallring nicht in der oberen Polymerschicht in dem Schritt des Sägens des Wafer in mehrere Vorrichtungs-Dies ausgebildet wird, wie es in
1 gezeigt ist, kann die mechanische Kraft, die durch das Sägeblatt ausgeübt wird, Delaminierung zwischen der oberen Polymerschicht und der darunterliegenden dielektrischen Schicht, etwa der Passivierungsschicht, bewirken. Indem der Metallring ausgebildet wird, wird die mechanische Stärke des Wafers verbessert, und die Wahrscheinlichkeit, dass Delaminierung auftritt, wird verringert. Des Weiteren verbessert das Ausbilden des Metallrings den Widerstand der Dies gegenüber Eintritt von Feuchtigkeit. - In Übereinstimmung mit manchen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Die eine Metall-Anschlussstelle, eine Passivierungsschicht über der Metall-Anschlussstelle und eine Polymerschicht über der Passivierungsschicht. Eine Metallsäule liegt über der Metall-Anschlussstelle und ist mit ihr elektrisch verbunden. Ein Metallring ist koplanar mit der Metallsäule, wobei der Metallring mehrere Seiten aufweist, die angrenzend an Ränder des Dies liegen. Die Polymerschicht umfasst einen Abschnitt, der koplanar mit der Metallsäule und dem Metallring ist.
- In Übereinstimmung mit alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst eine Struktur einen Die. Der Die umfasst eine erste Metall-Anschlussstelle und eine zweite Metall-Anschlussstelle, die koplanar mit der ersten Metall-Anschlussstelle ist, wobei die zweite Metall-Anschlussstelle einen Ring bildet, der die erste Metall-Anschlussstelle umgibt. Der Die umfasst weiter eine Passivierungsschicht über der ersten Metall-Anschlussstelle und der zweiten Metall-Anschlussstelle, wobei die Passivierungsschicht eine Öffnung aufweist, die an einem mittleren Abschnitt der ersten Metall-Anschlussstelle ausgerichtet ist. Eine Polymerschicht liegt über der Passivierungsschicht. Eine Metallsäule liegt über der ersten Metall-Anschlussstelle und ist mit ihr elektrisch verbunden. Ein Metallring ist koplanar mit der Metallsäule, wobei der Metallring die Metallsäule umgibt. Der Metallring überlappt die zweite Metall-Anschlussstelle. Ein Abdichtring liegt unter dem Metallring und wird durch ihn überlappt. Eine Formmasse umgibt den Die, wobei eine obere Fläche der Formmasse koplanar mit einer ersten oberen Fläche der Metallsäule und einer zweiten oberen Fläche des Metallrings ist. Eine dielektrische Schicht liegt über der Formmasse und ist mit ihr in Kontakt. Umverteilungsleitungen sind in der dielektrischen Schicht ausgebildet und mit der Metallsäule elektrisch verbunden, wobei der gesamte Metallring durch die dielektrische Schicht bedeckt ist.
- In Übereinstimmung mit weiteren alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren das Ausbilden eines Dies, der eine Metallsäule umfasst, einen Metallring, der koplanar mit der Metallsäule ist, wobei der Metallring vier Seiten angrenzend an Ränder des Dies hat, und eine Polymerschicht, die einen Abschnitt aufweist, der koplanar mit der Metallsäule und dem Metallring ist. Die Metallsäule und der Metallring werden durch die Polymerschicht umschlossen. Das Verfahren umfasst weiter das Gießen des Dies in einer Formmasse und das Schleifen der Formmasse, um eine erste obere Fläche der Metallsäule und eine zweite obere Fläche des Metallrings freizulegen.
Claims (16)
- Struktur, die Folgendes umfasst: einen Die (100'), der Folgendes umfasst: eine erste Metall-Anschlussstelle (30/30A); eine Passivierungsschicht (32) über der ersten Metall-Anschlussstelle (30/30A); eine Polymerschicht (36) über der Passivierungsschicht (32); eine Metallsäule (40/40A) über der ersten Metall-Anschlussstelle (30/30A) und elektrisch mit ihr verbunden; und einen Metallring (40/40B), der koplanar mit der Metallsäule (40/40A) ist, wobei die Polymerschicht (36) einen ersten Abschnitt umfasst, der koplanar mit der Metallsäule (40/40A) und dem Metallring (40/40B) ist; eine Formmasse (60) zum Ausformen des Dies (100'); mehrere Durchkontaktierungen (58), die die Formmasse (60) durchbrechen; eine dielektrische Schicht (62) mit einer Oberfläche, die die Formmasse (60) kontaktiert; und Umverteilungsleitungen (64) in der dielektrischen Schicht (62) und elektrisch verbunden mit der Metallsäule (40/40A) und den mehreren Durchkontaktierungen (58), wobei der Metallring (40/40B) eine Oberfläche umfasst, die koplanar mit der Oberfläche der dielektrischen Schicht (62) ist, und wobei die gesamte Oberfläche des Metallrings (40/40B) in Kontakt mit der dielektrischen Schicht (62) ist.
- Struktur nach
Anspruch 1 , die weiter eine zweite Metall-Anschlussstelle (30/30B) umfasst, die koplanar mit der ersten Metall-Anschlussstelle (30/30A) ist, wobei die zweite Metall-Anschlussstelle (30/30B) einen zusätzlichen Metallring bildet, der Rändern des Dies (100') benachbart ist. - Struktur nach
Anspruch 2 , wobei der Metallring (40/40B) sich in die Passivierungsschicht (32) erstreckt, wobei eine untere Fläche des Metallrings (40/40B) in Kontakt mit einer oberen Fläche der zweiten Metall-Anschlussstelle (30/30B) ist. - Struktur nach
Anspruch 2 , wobei der Metallring (40/40B) eine untere Fläche in Kontakt mit einer oberen Fläche der Passivierungsschicht (32) umfasst, wobei der Metallring (40/40B) von der zweiten Metall-Anschlussstelle (30/30B) vollständig getrennt ist. - Struktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, wobei der Metallring (40/40B) elektrisch erdfrei ist.
- Struktur nach einem der vorangegangenen Ansprüche, die weiter einen Abdichtring (42) umfasst, der durch den Metallring (40/40B) überlappt wird, wobei sich der Abdichtring (42) in mehrere dielektrische Schichten zwischen Metallen (engl. „Inter-Metal Dielectric“, IMD) erstreckt.
- Struktur, die Folgendes umfasst: einen Die (100'), der Folgendes umfasst: eine erste Metall-Anschlussstelle (30/30A); eine zweite Metall-Anschlussstelle (30/30B), die koplanar mit der ersten Metall-Anschlussstelle (30/30A) ist, wobei die zweite Metall-Anschlussstelle (30/30B) einen Ring bildet, der die erste Metall-Anschlussstelle (30/30A) umschließt; eine Passivierungsschicht (32) über der ersten Metall-Anschlussstelle (30/30A) und der zweiten Metall-Anschlussstelle (30/30B), wobei die Passivierungsschicht (32) eine Öffnung umfasst, die an einem mittleren Abschnitt der ersten Metall-Anschlussstelle (30/30A) ausgerichtet ist; eine Polymerschicht (36) über der Passivierungsschicht (32); eine Metallsäule (40/40A) über der ersten Metall-Anschlussstelle (30/30A) und elektrisch mit ihr verbunden; einen Metallring (40/40B), der koplanar mit der Metallsäule (40/40A) ist, wobei der Metallring (40/40B) die Metallsäule (40/40A) umgibt und die zweite Metall-Anschlussstelle (30/30B) überlappt; und einen Abdichtring (42), der unter dem Metallring (40/40B) liegt und von ihm überlappt wird; eine Formmasse (60), die den Die (100') umgibt, wobei eine obere Fläche der Formmasse (60) koplanar mit einer ersten oberen Fläche der Metallsäule (40/40A) und einer zweiten oberen Fläche des Metallrings (40/40B) ist; eine dielektrische Schicht (62) über der Formmasse (60) und in Kontakt mit ihr; und Umverteilungsleitungen (64) in der dielektrischen Schicht (62) und elektrisch verbunden mit der Metallsäule (40/40A), wobei der gesamte Metallring (40/40B) durch die dielektrische Schicht (62) bedeckt ist.
- Struktur nach
Anspruch 7 , wobei keine leitende Einrichtung in der dielektrischen Schicht (62) in Kontakt mit dem Metallring (40/40B) ist. - Struktur nach
Anspruch 7 , wobei der Metallring (40/40B) in Kontakt mit der zweiten Metall-Anschlussstelle (30/30B) ist. - Struktur nach
Anspruch 9 , wobei der Metallring (40/40B) einen Abschnitt in der Passivierungsschicht (32) umfasst, wobei eine untere Fläche des Abschnitts des Metallrings (40/40B) in Kontakt mit der zweiten Metall-Anschlussstelle (30/30B) ist. - Struktur nach
Anspruch 7 , wobei der Metallring (40/40B) eine untere Fläche in Kontakt mit einer oberen Fläche der Passivierungsschicht (32) umfasst, wobei der Metallring (40/40B) von der zweiten Metall-Anschlussstelle (30/30B) durch die Passivierungsschicht (32) vollständig getrennt ist. - Struktur nach
Anspruch 7 , wobei der Metallring (40/40B) in den Dielektrika (36, 62) vollständig isoliert ist, wobei alle Oberflächen des Metallrings (40/40B) in Kontakt mit den Dielektrika (36, 62) stehen. - Verfahren, das Folgendes umfasst: Ausbilden eines Dies (100'), der Folgendes umfasst: eine Metallsäule (40/40A); einen Metallring (40/40B), der koplanar mit der Metallsäule (40/40A) ist; und eine Polymerschicht (36), die einen ersten Abschnitt umfasst, der koplanar mit der Metallsäule (40/40A) und dem Metallring (40/40B) ist, wobei die Metallsäule (40/40A) und der Metallring (40/40B) durch die Polymerschicht (36) umgeben sind; Ausformen des Dies (100') in einer Formmasse (60); Schleifen der Formmasse (60), um eine erste obere Fläche der Metallsäule (40/40A) und eine zweite obere Fläche des Metallrings (40/40B) freizulegen; Ausbilden einer dielektrischen Schicht (62) über der Metallsäule (40/40A), dem Metallring (40/40B) und der Formmasse (60) und in Kontakt mit ihnen; Ausbilden von Umverteilungsleitungen (64) in der dielektrischen Schicht (62), wobei eine der Umverteilungsleitungen (64) mit der Metallsäule (40/40A) verbunden ist und, nachdem die Umverteilungsleitungen (64) ausgebildet wurden, die gesamte zweite obere Fläche des Metallrings (40/40B) in Kontakt mit einer unteren Fläche der dielektrischen Schicht (62) ist; und Ausbilden von Durchkontaktierungen (58) in der Formmasse (60), wobei nach dem Schleifen der Formmasse (60) die Durchkontaktierungen (58) freigelegt sind.
- Verfahren nach
Anspruch 13 , wobei, nachdem die Umverteilungsleitungen (64) ausgebildet wurden, keine Metalleinrichtung in der dielektrischen Schicht (62) in Kontakt mit dem Metallring (40/40B) ist. - Verfahren nach
Anspruch 13 oder14 , wobei der Metallring (40/40B) so ausgebildet wird, dass er einen Abdichtring (42) in dem Die (100') überlappt. - Verfahren nach
Anspruch 15 , wobei eine untere Fläche des Metallrings (40/40B) in Kontakt mit dem Abdichtring (42) ist.
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