DE102016114814A1

DE102016114814A1 - Halbleitervorrichtung und Herstellungsverfahren

Info

Publication number: DE102016114814A1
Application number: DE102016114814.8A
Authority: DE
Inventors: Chen-Hua Yu; Tin-Hao Kuo; Hao-Yi Tsai; Chung-Shi Liu
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-08-10
Publication date: 2017-09-14
Anticipated expiration: 2036-08-11
Also published as: CN107134413B; US9842815B2; US11211346B2; TW201731049A; KR20170101094A; US20180090457A1; US11855016B2; CN107134413A; TWI653722B; US20220108961A1; US10340236B2; US20170250147A1; US20190326236A1; DE102016114814B4; KR101913915B1

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung weist eine obere Metallschicht, eine erste Passivierungsschicht über der oberen Metallschicht, eine erste Umverteilungsschicht über der ersten Passivierungsschicht, eine erste Polymerschicht und eine erste leitfähige Durchkontaktierung auf, die sich durch die erste Polymerschicht erstreckt. Die erste Polymerschicht steht in physischem Kontakt mit der ersten Passivierungsschicht;

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen U.S.-Anmeldung Nr. 62/300 176, eingereicht am 26. Februar 2016, mit dem Titel ”Semiconductor Device and Method of Manufacture”, die hier durch Bezugnahme aufgenommen wird.
HINTERGRUND
Seit der Erfindung des integrierten Schaltkreises (IC) hat die Halbleiterindustrie aufgrund von fortlaufenden Verbesserung der Integrationsdichte von verschiedenen elektronischen Komponenten (d. h. Transistoren, Dioden, Widerständen, Kondensatoren etc.) ein schnelles Wachstum erfahren. Meistens kam diese Verbesserung der Integrationsdichte von wiederholten Verringerungen der minimalen Strukturgröße, die es erlaubt haben, mehr Komponenten in eine vorgegebene Fläche zu integrieren.
Die minimale Strukturgröße von Transistoren, Dioden, Widerständen, Kondensatoren und dergleichen nur zu verringern, ist jedoch nur ein Aspekt, der beim Versuch, die Gesamtgröße der Halbleitervorrichtungen zu reduzieren, verbessert werden kann. Andere Aspekte, die derzeit untersucht werden, umfassen andere Aspekte der Halbleitervorrichtungen. Zur Verringerung der Größe werden Verbesserungen in diesen anderen Strukturen untersucht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Aspekte der vorliegenden Erfindung werden am besten aus der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie mit den beigefügten Zeichnungen gelesen wird. Man beachte, dass in Übereinstimmung mit dem üblichen Vorgehen in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Tatsächlich können die Abmessungen der verschiedenen Elemente zur Klarheit der Diskussion beliebig vergrößert oder verkleinert werden.
1 zeigt eine Halbleitervorrichtung mit einer oberen Metallschicht und einer ersten Passivierungsschicht in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
2 zeigt das Ausbilden einer ersten Umverteilungsschicht in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
3 zeigt das Ausbilden einer ersten Schutzschicht in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
4 zeigt das Ausbilden einer ersten leitfähigen Durchkontaktierung in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
5 zeigt ein Vereinzelungsverfahren in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
6A bis 6C zeigen ein Kapselungsverfahren in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
7 zeigt das Ausbilden einer zweiten Umverteilungsschicht in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
8 zeigt das Ausbilden einer zweiten Schutzschicht in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
9 zeigt das Ausbilden von externen Anschlüssen in Übereinstimmung mit einigen Ausführungsformen.
10 zeigt eine Ausführungsform, bei der die erste Schutzschicht ein nicht-polymeres Material in Übereinstimmung einigen Ausführungsformen verwendet.
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 Einrichtung 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 dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und erzwingt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen beschriebenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
Weiter können räumlich relative Begriffe, wie „unten”, „unter”, „unterer”, „über”, „oberer” und ähnliche, hier zur Einfachheit der Beschreibung verwendet werden, um die Beziehung eines Elements oder eines 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.
Nimmt man nur Bezug auf 1, wird eine Halbleitervorrichtung 100 mit einem Substrat 101, aktiven Vorrichtungen 103 auf dem Substrat 101, einem Zwischendielektrikum (ILD) 105 über den aktiven Vorrichtungen 103 und Metallisierungsschichten 107 über der ILD-Schicht 105 gezeigt. Das Substrat 101 kann im Wesentlichen leitend oder halbleitend mit einem elektrischen Widerstand von weniger als 103 Ohm-Meter sein und kann dotiertes oder undotiertes Bulk-Silizium oder eine aktive Schicht eines Silizium-auf-Isolator-(SOI-)Substrats aufweisen. Im Allgemeinen umfasst ein SOI-Substrat eine Schicht aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, Germanium, Silizium-Germanium, SOI, Silizium-Germanium-auf-Isolator (SGOI) oder einer Kombination davon. Andere Substrate, die verwendet werden können, umfassen mehrschichtige Substrate, Gradient-Substrate oder Substrate mit hybrider Orientierung. Zusätzlich kann das Substrat 101 an diesem Punkt in dem Verfahren ein Teil eines Halbleiterwafers sein (wobei der ganze Wafer in 1 nicht gezeigt ist), der in einem späteren Schritt vereinzelt wird.
Die aktiven Vorrichtungen 103 sind in 1 als ein einziger Transistor gezeigt. Wie jedoch ein Fachmann erkennen wird, kann eine breite Vielzahl von aktiven Vorrichtungen wie Kondensatoren, Widerständen, Induktoren und Ähnliches verwendet werden, um die gewünschten strukturellen und funktionalen Anforderungen der Konstruktion für die Halbleitervorrichtung 100 zu erzeugen. Die aktiven Vorrichtungen 103 können durch jedes geeignete Verfahren entweder innerhalb oder auch auf der Oberfläche des Substrats 101 ausgebildet werden.
Die ILD-Schicht 105 kann ein Material wie Borphosphorsilikatglas (BPSG) aufweisen, obwohl jedes geeignete Dielektrikum verwendet werden kann. Die ILD-Schicht 105 kann durch ein Verfahren wie PECVD ausgebildet werden, obwohl andere Verfahren wie LPCVD alternativ verwendet werden können. Die ILD-Schicht 105 kann auf eine Dicke von zwischen etwa 100 Å und etwa 3.000 Å ausgebildet werden.
Die Metallisierungsschichten 107 werden über dem Substrat 101, den aktiven Vorrichtungen 103 und der ILD-Schicht 105 ausgebildet und sind so entworfen, dass sie die verschiedenen aktiven Vorrichtungen 103 verbinden, um funktionale Schaltungen auszubilden. Während sie in 1 als zwei Schichten gezeigt sind, sind die Metallisierungsschichten 107 aus abwechselnden Schichten aus dielektrischem und leitfähigem Material ausgebildet und können durch jedes geeignete Verfahren (beispielsweise Abscheiden, Damascene, Dual-Damascene etc.) ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann es vier Metallisierungsschichten geben, die von dem Substrat 101 durch die ILD-Schicht 105 getrennt sind, aber die genaue Anzahl von Metallisierungsschichten 107 hängt von der Konstruktion der Halbleitervorrichtung 100 ab.
Auf der Oberseite der Metallisierungsschichten 107 gibt es eine obere Metallschicht 109, die von einer oberen dielektrischen Schicht 111 umgeben ist. In einer Ausführungsform umfasst die obere Metallschicht 109 das leitfähige Material, beispielsweise Kupfer oder einen anderen geeigneten Leiter, das in der oberen dielektrischen Schicht 111 ausgebildet ist, die aus jedem geeigneten Dielektrikum bestehen kann, etwa einem Low-k-Dielektrikum. Die obere dielektrische Schicht 111 kann zunächst über dem Rest der Metallisierungsschichten 107 ausgebildet werden und dann kann die obere Metallschicht 109 in der oberen dielektrischen Schicht 111 beispielsweise durch ein Damascene- oder Dual-Damascene-Verfahren ausgebildet werden, obwohl jedes geeignete Verfahren oder Material verwendet werden kann.
Eine erste Passivierungsschicht 113 kann auf dem Substrat 101 über den Metallisierungsschichten 107 (und der oberen Metallschicht 109 und oberen dielektrischen Schicht 111 in den Metallisierungsschichten 107) ausgebildet werden. Die erste Passivierungsschicht 113 kann aus einem oder mehreren geeigneten dielektrischen Materialien wie beispielsweise Siliziumoxid, Siliziumnitrid, Low-k-Dielektrika wie beispielsweise mit porösem Kohlenstoff dotiertem Siliziumdioxid, Kombinationen davon oder dergleichen hergestellt werden. Die erste Passivierungsschicht 113 kann durch ein Verfahren wie chemische Dampfabscheidung (CVD) ausgebildet werden, obwohl andere geeignete Verfahren verwendet werden können, und kann eine Dicke zwischen etwa 0,5 μm und etwa 5 μm haben, z. B. etwa 9,25 KA.
Nachdem die erste Passivierungsschicht 113 ausgebildet wurde, können erste Öffnungen 115 durch die erste Passivierungsschicht 113 erzeugt werden, indem Teile der ersten Passivierungsschicht 113 entfernt werden, so dass zumindest ein Teil der oberen Metallschicht 109 freigelegt wird. Die ersten Öffnungen 115 ermöglichen den Kontakt zwischen der oberen Metallschicht 109 und einer ersten Umverteilungsschicht 201 (in 1 nicht gezeigt, aber unten mit Bezug auf 2 gezeigt und beschrieben). Die ersten Öffnungen 115 können unter Verwendung eines geeigneten photolithographischen Maskier- und Ätzverfahrens ausgebildet werden, obwohl jedes geeignete Verfahren zum Freilegen von Teilen der oberen Metallschicht 109 verwendet werden kann, und die ersten Öffnungen 115 können so ausgebildet werden, dass sie eine erste Breite W1 zwischen etwa 1 μm und etwa 8 μm haben, z. B. etwa 3 μm. Zusätzlich können die ersten Öffnungen 115 mit einer einzigen Erweiterung durch die erste Passivierungsschicht 113 oder jeder geeigneten Anzahl von Erweiterungen, wie beispielsweise zwischen zwei Erweiterungen durch die erste Passivierungsschicht 113 (wie in 1 gezeigt) und sechs Erweiterungen durch die erste Passivierungsschicht 113, hergestellt werden.
2 zeigt das Ausbilden der ersten Umverteilungsschicht 201. Die erste Umverteilungsschicht 201 kann Aluminium aufweisen, aber andere Materialien wie Kupfer können alternativ verwendet werden. Die erste Umverteilungsschicht 201 kann durch unter Verwendung eines Abscheidungsverfahrens wie Sputtern ausgebildet werden, um eine Materialschicht auszubilden (in 2 nicht gesondert gezeigt), und Teile der Materialschicht können dann durch ein geeignetes Verfahren entfernt werden (beispielsweise photolithographisches Maskieren und Ätzen), um die erste Umverteilungsschicht 201 auszubilden. Jedes andere geeignete Verfahren kann jedoch verwendet werden, um die ersten Umverteilungsschicht 201 auszubilden. Die erste Umverteilungsschicht 201 kann so ausgebildet werden, dass sie eine erste Dicke T1 über der ersten Passivierungsschicht 113 von zwischen etwa 1 μm und etwa 10 μm hat, z. B. etwa 2,8 μm.
Die erste Umverteilungsschicht 201 kann mit einem ersten Abschnitt, etwa einem Landekissenabschnitt ausgebildet werden, der sich durch die ersten Öffnungen 115 der ersten Passivierungsschicht 113 so erstreckt, dass er eine elektrische Verbindung mit der darunterliegenden oberen Metallschicht 109 herstellt, um eine elektrische Verbindung mit der oberen Metallschicht 109 herzustellen und einen Landekissenabschnitt zum Verbinden mit darüber liegenden leitfähigen Strukturen bereitzustellen. In einer Ausführungsform kann der erste Abschnitt mit einer zweiten Breite W2 zwischen etwa 15 μm und etwa 100 μm ausgebildet werden, z. B. etwa 50 μm.
Zusätzlich kann ein zweiter Abschnitt der ersten Umverteilungsschicht 201 über der ersten Passivierungsschicht 113 ausgebildet werden. In einer Ausführungsform kann der zweite Abschnitt der ersten Umverteilungsschicht 201 verwendet werden, um Verdrahtung und Umverteilung der elektrischen Signale bereitzustellen, und kann so ausgebildet werden, dass er eine dritte Breite W3 zwischen etwa 1 μm und etwa 20 μm hat, z. B. etwa 2 μm. Alle geeigneten Abmessungen können jedoch für den ersten Abschnitt und den zweiten Abschnitt der ersten Umverteilungsschicht 201 verwendet werden.
3 zeigt das Ausbilden einer ersten Schutzschicht 301 über und in direktem physischem Kontakt mit der ersten Umverteilungsschicht 201. In einer Ausführungsform ist die erste Schutzschicht 301 eine Polymerschicht und wird aus einem Polymer wie einem Polyimid, Polybenzoxazol (PBO), Benzocyclobuten (BCB) und dergleichen durch ein Verfahren wie Schleuderbeschichtung, Laminieren oder dergleichen ausgebildet. Die erste Schutzschicht 301 kann so ausgebildet werden, dass sie eine zweite Dicke T2 über der ersten Passivierungsschicht 113 von zwischen etwa 2 μm und etwa 12 μm hat, z. B. etwa 5 μm. Es kann jedoch jede geeignete Dicke verwendet werden.
In einer Ausführungsform kann die erste Schutzschicht 301 in situ ausgebildet werden, nachdem die erste Umverteilungsschicht 201 ausgebildet wurde und bevor die erste Umverteilungsschicht 201 einer reaktiven Atmosphäre wie einer Umgebungsatmosphäre, die Sauerstoff enthält, ausgesetzt wurde. Indem die erste Schutzschicht 301 in situ und bevor sie einer reaktiven Atmosphäre ausgesetzt wurde, ausgebildet wird, kann die Notwendigkeit für eine eigene Passivierungsschicht über der ersten Umverteilungsschicht 201, um die erste Umverteilungsschicht 201 zwischen Verfahren zu schützen, wegfallen. Als solche kann die unnötige Passivierungsschicht aus dem Verfahren entfernt werden, was die Vorrichtung dünner und kleiner und das Herstellungsverfahren effizienter macht.
Nachdem die erste Schutzschicht 301 ausgebildet wurde, können zweite Öffnungen 303 durch die erste Schutzschicht 301 erzeugt werden, indem Teile der ersten Schutzschicht 301 entfernt werden, so dass zumindest ein Teil der ersten Umverteilungsschicht 201 freigelegt wird. Die zweiten Öffnungen 303 ermöglichen den Kontakt zwischen der ersten Umverteilungsschicht 201 und einer ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 (sonst als via0 bezeichnet, in 3 nicht gezeigt, aber unten mit Bezug auf 4 gezeigt und beschrieben). Die zweite Öffnung 303 kann unter Verwendung eines geeigneten photolithographischen Maskier- und Ätzverfahrens ausgebildet werden, obwohl jedes geeignete Verfahren zum Freilegen von Teilen der ersten Umverteilungsschicht 201 verwendet werden kann. Zusätzlich kann die zweite Öffnung 303 so ausgebildet werden, dass sie eine vierte Breite W4 von zwischen etwa 5 μm und etwa 95 μm hat, z. B. etwa 10 μm, obwohl jede geeignete Breite verwendet werden kann.
4 zeigt das Ausbilden der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 durch die zweite Öffnung 303 und in elektrischer Verbindung mit der ersten Umverteilungsschicht 201. In einer Ausführungsform kann die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 ausgebildet werden, indem zuerst eine Keimschicht (in 4 nicht getrennt gezeigt) ausgebildet wird. Die Keimschicht ist eine dünne Schicht aus einem leitfähigen Material, die beim Ausbilden einer dickeren Schicht während nachfolgender Bearbeitungsschritte hilft. Die Keimschicht kann eine Schicht aus Titan umfassen, die etwa 1.000 Å dick ist, gefolgt von einer Schicht aus Kupfer von etwa 5.000 Å Dicke. Die Keimschicht kann unter Verwendung von Verfahren wie Sputtern, Verdampfen oder PECVD-Verfahren erzeugt werden, abhängig von den gewünschten Materialien. Die Keimschicht kann so ausgebildet werden, dass sie eine Dicke von zwischen etwa 0,3 μm und etwa 1 μm hat, z. B. etwa 0,5 μm.
Sobald die Keimschicht ausgebildet wurde, kann die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 über der Keimschicht ausgebildet werden. In einer Ausführungsform umfasst die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 ein oder mehrere leitfähige Materialien wie Kupfer, Wolfram oder andere leitfähige Metalle oder dergleichen und kann beispielsweise durch Galvanisieren, stromloses Plattieren oder dergleichen ausgebildet werden. In einer Ausführungsform wird ein erster Photoresist (in 4 nicht getrennt gezeigt) auf der Keimschicht angeordnet und strukturiert, um die Keimschicht dort freizulegen, wo die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 ausgebildet werden soll. Nach dem Strukturieren wird ein Galvanisierverfahren verwendet, wobei die Keimschicht und der erste Photoresist in eine Galvanisierlösung eingetaucht oder versenkt werden. Die Oberfläche der Keimschicht ist elektrisch mit der negativen Seite einer externen Gleichstromversorgung verbunden, so dass die Keimschicht als Kathode in dem Galvanisierverfahren dient. Eine feste leitfähige Anode wie eine Kupferanode wird auch in die Lösung eingetaucht und ist mit der positiven Seite der Stromversorgung verbunden. Die Atome von der Anode werden in der Lösung gelöst, von der die Kathode, z. B. die Keimschicht, die gelösten Atome erwirbt, wodurch die freiliegenden leitfähigen Bereiche der Keimschicht in der Öffnung des ersten Photoresist plattiert werden.
Nachdem die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 unter Verwendung des ersten Photoresists und der Keimschicht ausgebildet wurde, kann der erste Photoresist durch ein geeignetes Entfernungsverfahren entfernt werden. In einer Ausführungsform kann ein Plasmaveraschungsverfahren verwendet werden, um den ersten Photoresist zu entfernen, wobei die Temperatur des ersten Photoresists erhöht werden kann, bis der erste Photoresist eine thermische Zersetzung erfährt und entfernt werden kann. Es kann jedoch jedes andere geeignete Verfahren wie Nassabziehen alternativ verwendet werden. Das Entfernen des ersten Photoresists kann die darunterliegenden Teile der Keimschicht freilegen.
Nach dem Entfernen des ersten Photoresists die darunterliegende Keimschicht freigelegt hat, werden diese Abschnitte entfernt. In einer Ausführungsform können die freiliegenden Abschnitte der Keimschicht (beispielsweise diejenigen Abschnitte der Keimschicht, die nicht von der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 bedeckt sind) entfernt werden, beispielsweise durch ein Nass- oder Trockenätzverfahren. Bei einem Trockenätzverfahren können beispielsweise Reaktanten unter Verwendung der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 als Maske in Richtung der Keimschicht geleitet werden. Alternativ können Ätzmittel auf die Keimschicht gesprayt oder auf andere Weise mit ihr in Kontakt gebracht werden, um die freiliegenden Abschnitte der Keimschicht zu entfernen.
In einer Ausführungsform kann die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 so ausgebildet sein, dass sie eine dritte Dicke T3 über der ersten Schutzschicht 301 von weniger als etwa 15 μm hat, z. B. etwa 10 μm oder etwa 3 μm. Zusätzlich kann die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 so ausgebildet sein, dass sie eine fünfte Breite W5 zwischen etwa 20 μm und etwa 120 μm hat, z. B. etwa 50 μm. Es kann jedoch jede geeignete Abmessung verwendet werden, um die ersten leitfähige Durchkontaktierung 401 auszubilden. Indem die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 so ausgebildet wird, dass sie eine dritte Dicke T3 von weniger als etwa 15 μm hat, können Kosten gespart werden, indem Zeit und Materialien während des Ausbildens der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 gespart werden. Zusätzlich können, indem die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 so ausgebildet wird, dass sie die dritte Dicke T3 hat, weitere Verkleinerungen erreicht werden. Wenn beispielsweise die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 mit der dritten Dicke T3 ausgebildet wird, kann der Abstand zwischen benachbarten der ersten leitfähigen Durchkontaktierungen 401 (von denen nur eine in 4 gezeigt ist) so verringert werden, dass er zwischen etwa 40 km und etwa 100 μm liegt, z. B. etwa 80 μm. Es kann jedoch jeder geeignete Abstand verwendet werden.
Zusätzlich zu der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 können auch Verdrahtungsleitungen 403 über der ersten Schutzschicht 301 ausgebildet werden, um zusätzliche Verdrahtungs- und Anschlussmöglichkeiten zu ermöglichen. In einer Ausführungsform können die Verdrahtungsleitungen 403 gleichzeitig mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 ausgebildet werden, so dass die Verdrahtungsleitungen 403 die gleiche dritte Dicke T3 aufweisen.
5 zeigt, dass nachdem die freiliegenden Abschnitte der Keimschicht entfernt wurden, eine Vereinzelung durchgeführt werden kann, um die Halbleitervorrichtung 100 von dem Rest des Wafers (nicht separat gezeigt) zu trennen. In einer Ausführungsform kann die Vereinzelung durchgeführt werden, indem ein Sägeblatt (in 5 durch die gestrichelten Kästen gezeigt, die mit 501 markiert sind) verwendet wird, um das Substrat 101 und die darüber liegenden Schichten zu zerschneiden, wodurch ein Abschnitt von einem anderen getrennt wird, um die Halbleitervorrichtung 100 auszubilden. Wie ein Fachmann jedoch erkennen wird, ist die Verwendung eines Sägeblattes, um die Halbleitervorrichtung 100 zu vereinzeln, nur eine beispielhafte Ausführungsform und soll nicht einschränkend sein. Alternative Verfahren zum Vereinzeln der Halbleitervorrichtung 100 wie die Verwendung einer oder mehrerer Ätzungen, um die Halbleitervorrichtung 100 zu zerteilen, oder die Verwendung eines Lasers, um die Halbleitervorrichtung 100 zu zerteilen, können alternativ verwendet werden. Diese Verfahren und andere geeignete Verfahren können alternativ verwendet werden, um die Halbleitervorrichtung 100 zu vereinzeln.
Die 6A bis 6C zeigen ein Kapseln des Substrats 101 mit beispielsweise einem Kapselungsmaterial 601. In einer Ausführungsform kann das Kapseln des Substrats 101 so durchgeführt werden, wie in der U.S.-Patentanmeldung Nr. 14/555 338, eingereicht am 26. November 2014, beschrieben ist, die hier durch Bezugnahme aufgenommen ist. Das Substrat 101 kann beispielsweise, wie ab 6A gezeigt ist, durch ein Spritzpressverfahren gekapselt werden, bei dem das Substrat 101 zwischen einer Bodenplatte 603 und einer oberen Platte 605 einer Formvorrichtung 600 positioniert wird. Die obere Platte 605 und die Bodenplatte 603 können ein geeignetes Material umfassen, um strukturelle Unterstützung zu bieten, etwa Metall, Keramik oder dergleichen.
In einigen Ausführungsformen ist eine Polymerschicht 607 auf der oberen Platte 605 (d. h. gegenüber dem Substrat 101) angeordnet. Die Polymerschicht 607 kann ein Laminatfolienmaterial, etwa Polyimid, PBO, Epoxid, eine Unterfüllungsfolie, eine Formunterfüllungsfolie und dergleichen mit oder ohne Füllmaterial aufweisen. Die Polymerschicht 607 kann komprimierbar sein, so dass sie durch die Strukturen auf dem Substrat 101 (beispielsweise die erste leitfähige Durchkontaktierung 401) geformt werden kann, wenn die Polymerschicht 607 die Strukturen berührt. In einigen Ausführungsformen hat die Polymerschicht 607 eine Dicke im Bereich von etwa 10 μm bis etwa 100 μm. In einigen Ausführungsformen ist eine Trennfolie (nicht gezeigt) zwischen der oberen Platte 605 und der Polymerschicht 607 angeordnet.
Nachdem das Substrat 101 platziert wurde, werden die obere Platte 605 und die Bodenplatte 603 zusammengepresst und die Polymerschicht 607 berührt die obere Fläche der Strukturen auf dem Substrat 101. Die Polymerschicht 607 kann die obere Fläche der Strukturen auf dem Substrat 101 bedecken. Es können Lücken 609 verbleiben, die zwischen der oberen Platte 605 und der Bodenplatte 603 angeordnet sind. Das Fehlen eines Trägermaterials unter der Polymerschicht 607 kann zu einer nicht-planaren Bodenfläche der Polymerschicht 607 führen. Als Beispiel wird, wie in 6A gezeigt ist, die Polymerschicht 607 teilweise durch die Strukturen auf dem Substrat 101 komprimiert. Ein Teil der unteren Fläche der Polymerschicht 607 in den Lücken 609 liegt niedriger als die obere Fläche der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 und der ersten Schutzschicht 301. In einigen Ausführungsformen umfasst die nicht-planare untere Fläche in den Lücken 609 einen nicht-planaren Abschnitt, der von der oberen Fläche der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 vertieft ist, und umfasst ferner einen flachen Abschnitt weg von dem Substrat 101. Vor ihrer Platzierung auf dem Substrat 101 kann die Polymerschicht 607 nicht oder nur teilweise gehärtet sein.
Danach wird unter Bezugnahme auf 6B das Verkapselungsmaterial 601 in den Lücken 609 ausgebildet. In einigen Ausführungsformen wird das Verkapselungsmaterial 601 in flüssiger Form abgegeben. Das Verkapselungsmaterial 601 muss nicht über obere Flächen der Strukturen auf dem Substrat 101 fließen, da es durch die Polymerschicht 607 versiegelt ist. Danach kann ein Härtungsverfahren durchgeführt werden, um das Verkapselungsmaterial 601 zu verfestigen. Während des Spritzpressverfahrens kann eine obere Fläche des Verkapselungsmaterials 601 die untere Fläche der Polymerschicht 607 berühren und daher kann die obere Fläche des Verkapselungsmaterials 601 kann ein ähnliches Profil wie die untere Fläche der Polymerschicht 607 haben. Im Ergebnis ist die obere Fläche des Verkapselungsmaterials 601 eine nicht-planare Oberfläche, die von den oberen Flächen der Strukturen auf dem Substrat 101 vertieft ist. Beispielsweise kann die obere Fläche des Verkapselungsmaterials 601 von der oberen Fläche der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 und der ersten Schutzschicht 301 vertieft sein. In einigen Ausführungsformen umfasst die obere Fläche des Verkapselungsmaterials 601 einen gekrümmten oder geneigten geraden Abschnitt, der von der oberen Fläche der Strukturen auf dem Substrat 101 weg vertieft ist, und umfasst ferner einen flachen Abschnitt weg von dem Substrat 101. Nachdem es gekapselt wurde, kann das Substrat 101 mit dem Verkapselungsmaterial 601 aus der Formvorrichtung 600 entfernt werden, wie in 6C gezeigt ist. Wie man sieht, bleiben bei diesem Verfahren, wenn die Spritzgussvorrichtung 600 entfernt wurde, die oberen Flächen der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 freiliegend.
Während jedoch das Spritzpressverfahren (auch als freilegendes Formverfahren bekannt) wie oben beschrieben ein Verfahren zum Kapseln ist, das verwendet werden kann, sind die Ausführungsformen nicht auf das Spritzpressverfahren beschränkt. Stattdessen kann jedes geeignete Formverfahren wie beispielsweise ein nach unten gerichtetes Formverfahren oder ein anderes geeignetes Verfahren zur Herstellung wie beispielsweise ein Formverfahren zusammen mit einem getrennten Entfernungsvorgang verwendet werden, um die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 freizulegen. Alle solche Verfahren sollen vollständig in dem Schutzumfang der Ausführungsformen enthalten sein.
7 zeigt, dass nach dem Kapseln eine zweite Schutzschicht 701 und eine Nachpassivierungs-Zwischenverbindungs-(PPI-)Schicht 703 sowohl über das Verkapselungsmaterial 601 als auch die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 als erste Fan-Out-Schicht ausgebildet werden können, die über der Halbleitervorrichtung 100 ausgebildet werden soll. In einer Ausführungsform kann die zweite Schutzschicht 701 unter Verwendung ähnlicher Materialien und ähnlicher Verfahren wie die erste Schutzschicht 301 ausgebildet werden, die oben mit Bezug auf 3 beschrieben ist. Zum Beispiel kann die zweite Schutzschicht 701 aus einem Polyimidmaterial bestehen, das durch ein Aufschleuderverfahren ausgebildet wird. Es kann jedoch jedes geeignete Material und Ausbildungsverfahren verwendet werden, um die zweite Schutzschicht 701 auszubilden oder anzuordnen. In einer Ausführungsform kann die zweite Schutzschicht 701 so ausgebildet werden, dass sie die erste leitfähige Durchkontaktierung 401, die erste Schutzschicht 301 bedeckt und sich zudem über das Verkapselungsmaterial 601 hinaus erstreckt. Zusätzlich kann die zweite Schutzschicht 701 so ausgebildet werden, dass sie eine vierte Dicke T4 über dem Verkapselungsmaterial 601 von zwischen etwa 2 μm und etwa 8 μm, z. B. etwa 5 μm hat. Es kann jedoch jede geeignete Dicke verwendet werden.
Nachdem die zweite Schutzschicht 701 ausgebildet wurde, kann eine dritte Öffnung 705 durch die zweite Schutzschicht 701 erzeugt werden, indem Teile der zweiten Schutzschicht 701 entfernt werden, so dass zumindest ein Teil der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 freigelegt wird. Die dritte Öffnung 705 ermöglicht den Kontakt zwischen der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 und der PPI-Schicht 703. Die dritte Öffnung 705 kann unter Verwendung eines geeigneten photolithographischen Maskier- und Ätzverfahrens ausgebildet werden, obwohl jedes geeignete Verfahren zum Freilegen von Teilen der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 verwendet werden kann. Zusätzlich kann die dritte Öffnung 705 so ausgebildet werden, dass sie eine sechste Breite W6 von zwischen etwa 10 μm und etwa 30 μm hat, z. B. etwa 20 μm, obwohl jede geeignete Breite verwendet werden kann.
Nachdem die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 freigelegt wurde, kann die PPI-Schicht 703 so ausgebildet werden, dass sie sich entlang der zweiten Schutzschicht 701 erstreckt. Die PPI-Schicht 703 kann als eine Umverteilungsschicht oder Fan-Out-Schicht verwendet werden, um zu ermöglichen, dass erste externe Anschlüsse 905 (nicht in 7 gezeigt, aber weiter unten mit Bezug auf 9 gezeigt und beschrieben), die mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 elektrisch verbunden sind, an jedem gewünschten Ort auf der Halbleitervorrichtung 100 angeordnet werden können, anstatt den Ort der ersten externen Anschlüsse 905 auf den Bereich direkt über der ersten leitfähigen Durchkontaktierung 401 zu beschränken. In einer Ausführungsform kann die PPI-Schicht 703 ausgebildet werden, indem zuerst eine Keimschicht (in 7 nicht getrennt gezeigt) aus Titan-Kupfer-Legierung durch ein geeignetes Ausbildungsverfahren wie CVD oder Sputtern ausgebildet wird. Ein Photoresist (nicht gezeigt) kann dann so ausgebildet werden, dass er die Keimschicht bedeckt, und der Photoresist kann dann so strukturiert werden, dass diejenigen Abschnitte der Keimschicht freigelegt werden, die dort liegen, wo die PPI-Schicht 703 angeordnet werden soll.
Nachdem der Photoresist ausgebildet und strukturiert wurde, kann ein leitfähiges Material wie Kupfer auf der Keimschicht durch ein Abscheidungsverfahren wie beispielsweise Plattieren ausgebildet werden. Das leitfähige Material kann so ausgebildet werden, dass es eine Dicke von zwischen etwa 1 μm und etwa 10 μm hat, z. B. etwa 5 μm. Während das beschriebene Material und Verfahren geeignet sind, das leitfähige Material zu bilden, sind diese Materialien lediglich beispielhaft. Jedes andere geeignete Material wie AlCu oder Au und jedes andere geeignete Ausbildungsverfahren wie CVD oder PVD können alternativ verwendet werden, um die PPI-Schicht 703 auszubilden.
Sobald das leitfähige Material ausgebildet wurde, kann der Photoresist durch ein geeignetes Entfernungsverfahren wie beispielsweise Veraschung entfernt werden. Zusätzlich können nach der Entfernung des Photoresists diejenigen Abschnitte der Keimschicht, die von dem Photoresist bedeckt waren, beispielsweise durch ein geeignetes Ätzverfahren unter Verwendung des leitfähigen Materials als Maske entfernt werden.
8 zeigt das Ausbilden einer dritten Schutzschicht 801 über der PPI-Schicht 703. In einer Ausführungsform kann die dritte Schutzschicht 801 unter Verwendung ähnlicher Materialien und ähnlicher Verfahren wie die erste Schutzschicht 301 ausgebildet werden, die oben mit Bezug auf 3 beschrieben ist. Zum Beispiel kann die dritte Schutzschicht 801 aus einem Polyimidmaterial bestehen, das durch ein Aufschleuderverfahren ausgebildet wird. Es kann jedoch jedes geeignete Material und Ausbildungsverfahren verwendet werden, um die dritte Schutzschicht 801 auszubilden oder anzuordnen. In einer Ausführungsform kann die dritte Schutzschicht 801 so ausgebildet sein, dass sei die PPI-Schicht 703 und die zweite Schutzschicht 701 bedeckt. Zusätzlich kann die dritte Schutzschicht 801 so ausgebildet werden, dass sie eine fünfte Dicke T5 über der zweiten Schutzschicht 701 von zwischen etwa 3 μm und etwa 10 μm hat, z. B. etwa 5 μm. Es kann jedoch jede geeignete Dicke verwendet werden.
9 zeigt das Ausbilden einer oberen Schicht 901, Underbump-Metallisierungen 903 und die ersten externen Anschlüsse 905. In einer Ausführungsform umfasst die obere Schicht 901 optionale weitere PPI-Schichten (nicht separat gezeigt), die verwendet werden, um die Signale von der PPI-Schicht 703 zu jeweiligen Underbump-Metallisierungen 903 zu leiten und verbinden. Die zusätzlichen PPI-Schichten können wie oben mit Bezug auf die PPI-Schicht 703 beschrieben ausgebildet werden, beispielsweise durch Strukturieren der dritten Schutzschicht 801, Abscheiden einer Keimschicht und eines Photoresists und Plattieren von leitfähigem Material auf Abschnitte der Keimschicht, die von dem Photoresist freigelassen wurden. Nachdem die leitfähigen Schichten ausgebildet wurden, wird eine dielektrische Schicht über den leitfähigen Schichten ausgebildet.
Nachdem die obere Schicht 901 ausgebildet wurde, können die Underbump-Metallisierungen 903 in elektrischer Verbindung mit der PPI-Schicht 703 entweder durch, beispielsweise, die PPI-Schichten der oberen Schicht 901 oder auch in direkter Verbindung mit der PPI-Schicht 703 (in einer Ausführungsform, in der die obere Schicht 901 nicht verwendet wird) ausgebildet werden. In einer Ausführungsform können die Underbump-Metallisierungen 903 drei Schichten aus leitfähigen Materialien aufweisen, etwa eine Schicht aus Titan, eine Schicht aus Kupfer und eine Schicht aus Nickel. Ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass es viele geeignete Anordnungen von Materialien und Schichten geben kann, etwa eine Anordnung von Chrom/Chrom-Kupfer-Legierung/Kupfer/Gold, eine Anordnung aus Titan/Titan-Wolfram/Kupfer oder eine Anordnung aus Kupfer/Nickel/Gold, die zum Ausbilden der Underbump-Metallisierungen 903 geeignet sind. Alle geeigneten Materialien oder Schichten von Materialien, die für die Underbump-Metallisierungen 903 verwendet werden können, sollen vollständig in dem Schutzumfang der Ausführungsformen enthalten sein.
In einer Ausführungsform werden die Underbump-Metallisierungen 903 erzeugt, indem jede Schicht über der oberen Schicht 901 und in elektrischer Verbindung mit den leitfähigen Abschnitten der oberen Schicht 901 ausgebildet wird, um die Underbump-Metallisierungen 903 mit der PPI-Schicht 703 elektrisch zu verbinden. Das Ausbilden der Schichten kann unter durch ein Plattierverfahren wie elektrochemische Plattierung durchgeführt werden, obwohl andere Ausbildungsverfahren wie Sputtern, Verdampfen oder PECVD-Verfahren alternativ verwendet werden können, abhängig von den gewünschten Materialien. Die Underbump-Metallisierungen 903 können so ausgebildet werden, dass sie eine Dicke von zwischen etwa 0,7 μm und etwa 10 μm haben, z. B. etwa 5 μm.
Sobald die Underbump-Metallisierungen 903 ausgebildet wurden, können die ersten externen Anschlüsse 905 auf den Underbump-Metallisierungen 903 ausgebildet werden. In einer Ausführungsform können die ersten externen Anschlüsse 905 aus einem Ball-Grid-Array bestehen und ein Material wie beispielsweise Zinn oder andere geeignete Materialien wie Silber, bleifreies Zinn oder Kupfer aufweisen. In einer Ausführungsform, in der die ersten externen Anschlüsse 905 Zinn-Löthöcker sind, können die ersten externen Anschlüsse 905 ausgebildet werden, indem anfänglich eine Schicht aus Zinn durch solch übliche Verfahren wie Verdampfen, Galvanisieren, Drucken, Lötzinnzuführung, Lötkugelplatzierung etc. mit einer Dicke von z. B. etwa 100 μm ausgebildet wird. Nachdem eine Schicht aus Zinn auf der Struktur ausgebildet wurde, kann ein Aufschmelzen durchgeführt werden, um das Material in die gewünschte Höckerform zu formen.
Indem Vorrichtungen durch die hier beschriebenen Verfahren und Strukturen ausgebildet werden, kann eine kompaktere und kleinere Vorrichtung erreicht werden. Zusätzlich kann ein effizienteres Verfahren erhalten werden, das weniger Rohmaterialien verbraucht und einen erhöhten Durchsatz hat. Als solches kann eine effizientere und kostengünstigere Vorrichtung erhalten werden.
10 zeigt eine weitere Ausführungsform, die die erste Schutzschicht 301 verwendet, um die ersten Umverteilungsschicht 201 zu schützen. In dieser Ausführungsform kann die erste Schutzschicht 301 aus einem Polymermaterial wie Polyimid oder auch einem nicht-polymeren Material bestehen, um eine zweiten Passivierungsschicht auszubilden. In einer Ausführungsform kann das nicht-polymere Material aus einer Schicht aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid oder auch einem Verbundstoff aus einer Schicht aus Siliziumoxid und einer Schicht aus Siliziumnitrid bestehen. Es kann jedoch jedes geeignete Material verwendet werden.
In dieser Ausführungsform kann die erste Schutzschicht 301 durch ein Abscheidungsverfahren wie beispielsweise chemische Dampfabscheidung, physikalische Dampfabscheidung oder Atomlagenabscheidung ausgebildet werden, obwohl jedes geeignete Verfahren verwendet werden kann. Zusätzlich kann die erste Schutzschicht 301 in einer konformen Weise so abgeschieden werden, dass die erste Schutzschicht 301 die Form der darunterliegenden Strukturen (z. B. der ersten Umverteilungsschicht 201) annimmt. Als solche kann die erste Schutzschicht 301 in dieser Ausführungsform eine obere Fläche aufweisen, die in verschiedenen Abständen von der ersten Passivierungsschicht 113 angeordnet ist. Wenn die erste Schutzschicht 301 in physischem Kontakt mit der ersten Passivierungsschicht 113 steht, kann eine obere Fläche der ersten Schutzschicht 301 in einem Abstand D1 von der ersten Passivierungsschicht 113 von zwischen etwa 4 μm und etwa 1 μm, beispielsweise etwa 2 μm, angeordnet sein. Zusätzlich kann, wenn die erste Schutzschicht 301 über der ersten Umverteilungsschicht 201 liegt, eine obere Fläche der ersten Schutzschicht 301 in einem zweiten Abstand D3 von der ersten Passivierungsschicht 113 von zwischen etwa 14 μm und etwa 2 μm, beispielsweise etwa 4,5 μm, angeordnet sein. Es kann jedoch jede geeignete Dicke verwendet werden.
Ferner kann in einer Ausführungsform, in der die erste Schutzschicht 301 eine Verbundfolie ist, die Siliziumoxidschicht mit einer Dicke von zwischen etwa 2,5 μm und etwa 0,5 μm, beispielsweise etwa 1,2 μm, ausgebildet werden. Zusätzlich kann in dieser Ausführungsform die Siliziumnitridfolie mit einer Dicke von zwischen etwa 3 μm und etwa 0,3 μm ausgebildet werden, z. B. etwa 0,7 μm. Es kann jedoch jede geeignete Dicke für jede Schicht der Verbundfolie verwendet werden.
Nachdem die erste Schutzschicht 301 ausgebildet wurde, kann die erste Schutzschicht 301 strukturiert werden, um die zweiten Öffnungen 303 auszubilden und elektrische Verbindung mit der ersten Umverteilungsschicht 201 zu ermöglichen. In einer Ausführungsform kann die erste Schutzschicht 301 so strukturiert werden, wie oben mit Bezug auf 3 beschrieben ist. In dieser Ausführungsform können die zweiten Öffnungen 303 durch die erste Schutzschicht 301 mit einer siebten Breite W7 von zwischen etwa 5 μm und etwa 95 μm, z. B. etwa 10 μm, ausgebildet werden, obwohl jede geeignete Breite verwendet werden kann. In einer Ausführungsform kann die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 so ausgebildet werden, dass sie eine dritte Dicke T6 über der ersten Schutzschicht 301 von weniger als etwa 15 μm hat, z. B. etwa 10 μm oder etwa 3 μm. Zusätzlich kann die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 so ausgebildet werden, dass sie eine achte Breite W3 über der ersten Schutzschicht 301 von zwischen etwa 20 μm und etwa 120 μm hat, z. B. etwa 50 μm.
Nachdem die erste Schutzschicht 301 so strukturiert wurde, dass die zweiten Öffnungen 303 ausgebildet wurden, kann die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 durch die zweiten Öffnungen 303 ausgebildet werden, um physischen und elektrischen Kontakt mit der ersten Umverteilungsschicht 201 herzustellen. In einer Ausführungsform kann die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 so strukturiert werden, wie oben mit Bezug auf 4 beschrieben ist. Es kann beispielsweise anfänglich eine Keimschicht ausgebildet werden, ein Photoresist über der Keimschicht angeordnet und strukturiert werden und die Keimschicht in einem Plattierverfahren verwendet werden, um die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 (zusammen mit den Verdrahtungsleitungen 403, wenn erwünscht) auszubilden. In dieser Ausführungsform kann die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 so ausgebildet werden, dass sie eine konstante Breite wie die siebte Breite W7 hat, obwohl jede geeignete Breite verwendet werden kann, und kann auch so ausgebildet werden, dass sie eine sechste Dicke T6 über der ersten Schutzschicht 301 von weniger als etwa 15 μm hat, beispielsweise etwa 10 μm oder etwa 3 μm, obwohl jede geeignete Dicke verwendet werden kann.
Indem die erste Schutzschicht 301 und die erste leitfähige Durchkontaktierung 401 wie hier beschrieben ausgebildet werden, kann eine kompaktere Struktur mit weniger Material hergestellt werden. Als solches kann eine kleinere Struktur für weniger Geld hergestellt werden, was zu einem insgesamt effizienteren Verfahren führt
In Übereinstimmung mit einer Ausführungsform ist ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung vorgesehen, das das Aufbringen einer ersten Polymerschicht über einer ersten Umverteilungsschicht umfasst, wobei die erste Umverteilungsschicht über einem Halbleitersubstrat liegt. Die erste Polymerschicht wird so strukturiert, dass zumindest ein Teil der ersten Umverteilungsschicht freigelegt wird, und eine erste leitfähige Durchkontaktierung wird durch die erste Polymerschicht und in elektrischer Verbindung mit der ersten Umverteilungsschicht ausgebildet, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung eine erste Dicke von nicht mehr als 10 μm hat. Das Halbleitersubstrat wird nach dem Ausbilden der ersten leitfähigen Durchkontaktierung mit einem Verkapselungsmaterial gekapselt, wobei das Verkapselungsmaterial nicht in physischem Kontakt mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung steht. Eine zweite Polymerschicht wird über dem Verkapselungsmaterial und in physischem Kontakt mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung abgeschieden und eine erste Fan-Out-Umverteilungsschicht wird über und durch die zweite Polymerschicht ausgebildet.
In Übereinstimmung mit einer anderen Ausführungsform ist ein Herstellungsverfahren einer Halbleitervorrichtung vorgesehen, das das Ausbilden von aktiven Vorrichtungen auf einer ersten Seite eines Halbleitersubstrats und das Ausbilden von mehreren Metallisierungsschichten über den aktiven Vorrichtungen umfasst, wobei die mehreren Metallisierungsschichten eine obere Metallschicht aufweisen, wobei die obere Metallschicht weiter entfernt von dem Halbleitersubstrat als ein Rest der mehreren Metallisierungsschichten ist. Eine erste Passivierungsschicht wird in physischem Kontakt mit der oberen Metallschicht ausgebildet, wobei die erste Passivierungsschicht diejenige erste Passivierungsschicht über dem Halbleitersubstrat ist und wobei die erste Passivierungsschicht ein erstes dielektrisches Material in der ganzen ersten Passivierungsschicht umfasst. Eine erste Umverteilungsschichte wird in elektrischer Verbindung mit der oberen Metallschicht ausgebildet, wobei die erste Umverteilungsschicht ein erstes Material aufweist. Eine erste Schutzschicht wird über der ersten Umverteilungsschicht und in physischem Kontakt mit der ersten Passivierungsschicht ausgebildet und eine erste leitfähige Durchkontaktierung wird durch die erste Schutzschicht und in physischem Kontakt mit der ersten Umverteilungsschicht ausgebildet, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung ein zweites Material aufweist, das sich von dem ersten Material unterscheidet und eine Dicke von weniger als etwa 10 μm hat. Das Halbleitersubstrat wird mit einem Verkapselungsmaterial gekapselt, wobei nach dem Kapseln die erste leitfähige Durchkontaktierung keinen Kontakt mit dem Verkapselungsmaterial hat. Eine zweite Schutzschicht wird über der ersten leitfähigen Durchkontaktierung und dem Verkapselungsmaterial abgeschieden und eine Nachpassivierungs-Zwischenverbindung wird über der zweiten Schutzschicht ausgebildet, wobei die Nachpassivierungs-Zwischenverbindung in elektrischer Verbindung mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung steht und sich über das Verkapselungsmaterial erstreckt.
In Übereinstimmung mit noch einer anderen Ausführungsform ist eine Halbleitervorrichtung vorgesehen, die ein Halbleitersubstrat und eine obere Metallschicht über dem Halbleitersubstrat aufweist. Eine erste Passivierungsschicht liegt über und in physischem Kontakt mit der oberen Metallschicht und eine erste Umverteilungsschicht liegt über und in physischem Kontakt mit der ersten Passivierungsschicht. Eine erste Polymerschicht liegt über und in physischem Kontakt mit der ersten Umverteilungsschicht und ein Verkapselungsmaterial ist in physischem Kontakt mit dem Halbleitersubstrat, der ersten Passivierungsschicht und der ersten Polymerschicht. Eine erste leitfähige Durchkontaktierung erstreckt sich durch die erste Polymerschicht und in elektrischer Verbindung mit der ersten Umverteilungsschicht, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung seitlich von dem Verkapselungsmaterial getrennt ist und eine Dicke von nicht mehr als 10 μm hat.
Das Vorangegangene beschreibt Elemente von mehreren Ausführungsformen, so dass der Fachmann die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen kann. Der Fachmann sollte anerkennen, dass er die vorliegende Offenbarung leicht als Basis verwenden kann, um andere Verfahren und Strukturen zu entwerfen oder modifizieren, um die gleichen Ziele zu erreichen und/oder die gleichen Vorteile der hier eingeführten Ausführungsformen zu realisieren. Der Fachmann sollte auch erkennen, dass solche äquivalenten Konstruktionen nicht von dem Geist und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass er verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Modifikationen hier vornehmen kann, ohne von dem Geist und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend: Aufbringen einer ersten Polymerschicht über einer ersten Umverteilungsschicht, wobei die erste Umverteilungsschicht über einem Halbleitersubstrat liegt; Strukturieren der ersten Polymerschicht, um zumindest einen Teil der ersten Umverteilungsschicht freizulegen; Ausbilden einer ersten leitfähigen Durchkontaktierung durch die erste Polymerschicht und in elektrischer Verbindung mit der ersten Umverteilungsschicht, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung eine erste Dicke von nicht mehr als 10 μm hat; Kapseln des Halbleitersubstrats nach dem Ausbilden der ersten leitfähigen Durchkontaktierung mit einem Verkapselungsmaterial, wobei das Verkapselungsmaterial nicht in physischem Kontakt mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung steht; Abscheiden einer zweiten Polymerschicht über dem Verkapselungsmaterial und in physischem Kontakt mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung; und Ausbilden einer ersten Fan-Out-Umverteilungsschicht über und durch die zweite Polymerschicht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung Kupfer aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die erste Polymerschicht eine Polyimidschicht aufweist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste Polymerschicht eine erste Polyimidschicht ist, die auf dem Halbleitersubstrat abgeschieden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Fan-Out-Umverteilungsschicht sich über das Verkapselungsmaterial erstreckt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Kapseln des Halbleitersubstrats zumindest teilweise ein Spritzpressverfahren umfasst.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiter das Ausbilden einer ersten Passivierungsschicht auf dem Halbleitersubstrat umfasst, bevor die erste Polymerschicht aufgebracht wird, wobei die erste Passivierungsschicht in physischem Kontakt mit sowohl einer oberen Metallschicht als auch der ersten Polymerschicht steht, nachdem die erste Polymerschicht aufgebracht wurde, wobei die erste Passivierungsschicht eine konstante Zusammensetzung über der gesamten ersten Passivierungsschicht aufweist.
Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung, umfassend: Ausbilden von aktiven Vorrichtungen auf einer ersten Seite eines Halbleitersubstrats; Ausbilden von mehreren Metallisierungsschichten über den aktiven Vorrichtungen, wobei die mehreren Metallisierungsschichten eine obere Metallschicht aufweisen, wobei die obere Metallschicht von dem Halbleitersubstrat weiter entfernt ist als ein Rest der mehreren Metallisierungsschichten; Ausbilden einer ersten Passivierungsschicht in physischem Kontakt mit der oberen Metallschicht, wobei die erste Passivierungsschicht die erste Passivierungsschicht über dem Halbleitersubstrat ist und wobei die erste Passivierungsschicht ein erstes dielektrisches Material in der gesamten ersten Passivierungsschicht umfasst; Ausbilden einer ersten Umverteilungsschichte in elektrischer Verbindung mit der oberen Metallschicht, wobei die erste Umverteilungsschicht ein erstes Material aufweist; Ausbilden einer ersten Schutzschicht über der ersten Umverteilungsschicht und in physischem Kontakt mit der ersten Passivierungsschicht; Ausbilden einer ersten leitfähigen Durchkontaktierung durch die erste Schutzschicht und in physischem Kontakt mit der ersten Umverteilungsschicht, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung ein zweites Material aufweist, das sich von dem ersten Material unterscheidet und eine Dicke von weniger als etwa 10 μm hat; Kapseln des Halbleitersubstrats mit einem Verkapselungsmaterial, wobei nach dem Kapseln die erste leitfähige Durchkontaktierung keinen Kontakt mit dem Verkapselungsmaterial hat; Abscheiden einer zweiten Schutzschicht über der ersten leitfähigen Durchkontaktierung und dem Verkapselungsmaterial; und Ausbilden einer Nachpassivierungs-Zwischenverbindung über der zweiten Schutzschicht, wobei die Nachpassivierungs-Zwischenverbindung in elektrischer Verbindung mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung steht und sich über das Verkapselungsmaterial erstreckt.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Halbleitersubstrat eine zweite Seite gegenüber der ersten Seite aufweist, wobei die erste Schutzschicht eine erste Oberfläche aufweist, die von dem Halbleitersubstrat abgewandt ist, und wobei das Verkapselungsmaterial eine Dicke hat, die nicht größer als der Abstand von der zweiten Seite des Halbleitersubstrats zu der ersten Oberfläche ist.
Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, wobei die erste Schutzschicht aus einem nicht-polymeren dielektrischen Material besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei die erste Schutzschicht ein Verbundmaterial aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Verbundmaterial eine Schicht aus Siliziumoxid und eine Schicht aus Siliziumnitrid umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die erste Umverteilungsschicht einen ersten Abschnitt in physischem Kontakt mit der oberen Metallschicht und einen zweiten Abschnitt in physischem Kontakt mit der oberen Metallschicht aufweist, wobei der erste Abschnitt und der zweite Abschnitt voneinander durch die erste Passivierungsschicht getrennt sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, das weiter das Ausbilden erster externer Anschlüsse in elektrischer Verbindung mit der Nachpassivierungs-Zwischenverbindung umfasst.
Halbleitervorrichtung, umfassend: ein Halbleitersubstrat; eine obere Metallschicht über dem Halbleitersubstrat; eine erste Passivierungsschicht über und in physischem Kontakt mit der oberen Metallschicht; eine erste Umverteilungsschicht über und in physischem Kontakt mit der ersten Passivierungsschicht; eine erste Polymerschicht über und in physischem Kontakt mit der ersten Umverteilungsschicht; ein Verkapselungsmaterial in physischem Kontakt mit dem Halbleitersubstrat, der ersten Passivierungsschicht und der ersten Polymerschicht; und eine erste leitfähige Durchkontaktierung, die sich durch die erste Polymerschicht erstreckt und in elektrischer Verbindung mit der ersten Umverteilungsschicht steht, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung seitlich von dem Verkapselungsmaterial getrennt ist und eine Dicke von nicht mehr als 10 μm hat.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, wobei die erste Umverteilungsschicht Aluminium aufweist und die leitfähige Durchkontaktierung Kupfer aufweist.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15 oder 16, wobei die erste leitfähige Durchkontaktierung eine Seitenwand rechtwinklig zu dem Halbleitersubstrat aufweist und die Seitenwand keinen Kontakt mit dem Verkapselungsmaterial hat.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 15, 16 oder 17, die weiter eine zweite Umverteilungsschicht über und in elektrischer Verbindung mit der ersten leitfähigen Durchkontaktierung umfasst, wobei die zweite Umverteilungsschicht sich über das Verkapselungsmaterial erstreckt.
Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, die weiter einen ersten externen Anschluss in elektrischer Verbindung mit der zweiten Umverteilungsschicht umfasst.
Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, wobei ein erster Abschnitt und ein zweiter Abschnitt der ersten Umverteilungsschicht sich so erstrecken, dass sie eine obere Metallschicht berühren, wobei der erste Abschnitt von dem zweiten Abschnitt durch die erste Passivierungsschicht getrennt ist.