TW200924034A - Method for stacking semiconductor chips - Google Patents

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Description

200924034 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明-般係關於半導體器件及程序；且更特定士之 :關於垂直堆疊及水平接合之半導體晶片的結構㈣造方 法0 【先前技術】 母18個月使半導體產品之功能複雜性加倍的半導體技術 ("莫耳（M。。咐律"）中之長期趨勢已有若干不可明喻的結 果。首先’更高產品複雜性應藉由縮小晶片組件之特徵大 小而保持封裝尺核定大幅地達到；較佳«至封裝應縮 小。其次，增加之功能複雜性應藉由產品可靠性中之相等 增加平行地進行。第三，每―功能單元之成本應隨複雜性 的各產生而降下，使具有其雙倍功能性之產品的成本將僅 輕微地增加。 關於半導體封£方面的挑戰，主要之趨勢係努力使封裝 卜形縮j以使當封裝係設置在電路板上時其消耗較少面 積及較低回度，及以最小成本(材料及製造成本兩者)達到 等標近來，另一需要係新加至此列表，即需要設計 封裝T使晶片及/或封裝之堆疊成為增加功能密度及減少 器件厚度之一選項。用於堆疊晶片及封裝之一成功策略縮 短達到創新產品市場之時間，其利用各種能力之可用晶片 (例如處理H及記憶晶片）且無須等待晶片的重新設計。 有利於堆疊半導體晶片及封裝之技術係覆晶方法。覆晶 裝配件之廣泛應用係藉由若干事實驅動。首先，當與習知 134794.doc 200924034 線、.’σ 口互連技術相關之寄生電感減少日夺’可改進半導體器 件的電性能。其次’覆晶裝配件在^及封裝間提供比線 結合更高之互連密度。尤其係，缺少迴路線允許與晶片、 引線框架及囊封之厚度減少一致地減少封裝高度（輪廟）。 第三，覆晶裝配件消耗比線結合更少之矽"佔用面積"，且 因此有助於節省矽區域及減少器件成本。及第四當使用 並仃成組（gang)結合技術而非持續個別結合步驟時，可減 少製造成本。
習知製程使用以錫為基焊球及其回焊特性作為球結合的 標準方法。然而，可達到之凸塊間距係受限。對於焊接材 料，凸塊或焊球目前係受限於約16〇 ^出之中心至中心間 距。當欲接觸具有相對較小區域晶片的器件時，此等限制 嚴重地限制可在可用晶片表面上製成之連接的數目，且因 而限制覆晶技術的使用。 對於矽晶片，係努力用一藉由經修改線球技術附接至鋁 頂部接合接墊之金來替換以回焊為基的互連球。藉由此技 術提供之金凸塊提供一實質上較精細凸塊間距；25 直 徑係用於目前生產中器件的較低值。 堆疊矽晶片中之最近發展係提出使用藉由延伸穿過半導 體晶片厚度之導電通孔的導線或層替換電連接。用於填充 通孔之較佳金屬係銅。令人遺憾的係銅（或大多數其他金 屬）之熱膨脹係數係比用於矽之係數的量值更高至少一量 級；與大量所需通孔結合’可能產生對於主動晶片組件的 一嚴重熱機械應力問題。 134794.doc 200924034 【發明内容】 本案申請人認知發現一用於解決藉由應力及微裂產生 (尤其當在半導體晶片之周邊產生時)之可靠度問題的共同 方法，而後結合此方法與使用現存完全發展的電路設=之 機會用於建構晶片及基板之創新堆疊之現存需要。此等結 合器件可（例如）展現記憶體及處理器組件的特性。本申請 人進一步認知產生此等器件及縮小最後產品之橫向與垂= 尺寸的需要。 ’ 本發明藉由在圍繞晶片周邊使用"低衝擊"區以定位金屬 填充通孔（較佳係依線性或交錯式陣列）來解決問題。此等 區亦包含晶片結合接墊以使通孔可電連接至接塾。同時， 係使用-或多個類型密封件之列以遮蔽主動電路防止起源 於晶片切割之微裂，及防止藉由金屬填充通孔造成之熱機 械應力。 通孔經構造以使其可電連接至其他晶片或基板，其垂直 地以形成-三維堆4，或纟平地以形成一二維鏈。 本發明之一具體實施例係一包括一晶片及一工件的半導 體系統。該晶片在接近其邊緣處具有一第一接觸塾且遠離 其邊緣之主動組件。該晶片進一步具有定位在接墊及個別 邊緣間之通孔；各通孔具有—絕緣塗層、—金屬填充芯， 且係連接至-接塾。此外’防止微裂及熱機械應力之密封 件係位於通孔及主動組件間，且在某些具體實施例亦在通 孔及個別最接近邊緣間。該工件可為一第二半導體晶片或 一基板；其具有匹配通孔之位置的第二接觸墊。當工件係 134794.doc 200924034 一第二晶片時，其可具有不同於第一晶片之組件的主動組 件。該晶片係在工件上垂直地堆疊，以使各第二接觸塾對 齊且與對應通孔電接觸。 本發明之另一具體實施例係一包括兩個晶片的半導體系 統。各晶片具有接近其邊緣之接觸墊及遠離其邊緣的主動 組件。各晶片進一步具有與一邊緣相鄰之金屬填充通孔， 該金屬芯沿晶片側至少部分地曝露。此外，防止微裂及熱 機械應力之密封件係位於通孔及主動組件間。第二晶片之 通孔係位於匹配第一晶片的通孔位置之位置，且係與該晶 片邊緣位置相鄰；該金屬芯沿該晶片側至少部分地曝露。 再次，防止微裂及熱機械應力之密封件係位於通孔及主動 組件間。第一晶片之曝露通孔係對齊且接觸第二晶片的曝 露通孔，因而第一及第二晶片形成一水平鏈。 本發明之另一具體實施例係一製造垂直地堆疊晶片或晶 片基板結合的一半導體系統之方法。其提供一具有第一及 第二表面的半導體晶圓，該晶圓具有藉由切割道而分隔之 複數個晶片。各晶片具有接觸墊、從第一延伸至第二表面 之^屬填充通孔’及如以上描述之防止微裂及熱機械應力 之密封件。該等晶片較佳係藉由鑛切沿切割道自晶圓上切 開。金屬凸塊係附接至各通孔的第二表面’較佳係藉由焊 球打線接合。提供如基板或第二晶片之工件，其具有一包 括匹配通孔位置之第二接觸墊的第三表面。各晶片係接著 在-工件上垂直地堆疊’以使各通孔凸塊對齊且與個別 二接觸墊電接觸。 134794.doc 200924034 本發明之又另—且 鍵的方法。兩個半導體晶圓具有’藉二:造晶片的-水平 -et) 孔的至少-部分帛-晶片之通 通孔的至少1八孫乂 # —切割道相鄰；第二晶片之 π刀係在匹配與第一切 的位置令與至少一第-切到…、相鄰之弟-通孔 切門… 刀。J道相鄰。該等晶片係自晶圓上 n 至少部分地曝露與至少—切t丨、t 金屬芯。-來自笛-… 切割道相鄰之通孔的 第一曰曰圓的晶片及-來自第-晶圓的晶片 :二=第二通孔之曝露金屬芯與第-通孔之個別曝露 金屬心對背。該等個別金屬_著附接及電連接。 【實施方式】 圖1描述本發明之—範例具體實施例；示意性透視圖顯 示兩個曰半導體晶片⑻及102，以裝配至一大體上指示為 100之曰曰片堆疊内。頂部晶片1〇1及底部晶片1〇2展現根據 本發明之特徵，其促進堆疊裝配而無須重新設計任一晶片 的電路。結果，晶片堆疊產品100之裝配產生一器件，其 結合現存晶片101及現存晶片102之特性而無須花費心力、 時間及費用以設計新器件或修改任一晶片的電路。 半導體晶片101具有邊緣11〇、111、112及113;其進一 步具有第一表面l〇la及第二表面101b。第一表面101&包括 接近邊緣110之第一接觸墊120，接近邊緣111之接觸墊 121 ’接近邊緣Π2之接觸墊122及接近邊緣113之接觸墊 123。晶片1〇1具有主動組件，例如積體電路130及13ι，其 遠離邊緣110、111等等。 Ι 34794.doc ^ ΙΟ 200924034 圖1進一步顯示穿透半導體通孔（TSV)14〇，其係從半導 體晶片101的第一表面l〇la延伸至第二表面1〇11)。一通孔
140之放大斷面係在圖2中說明。通孔具有一直徑21〇，其 有一環形斷面之開口，或一藉由半導體的結晶方位給定的 幾何斷面。較佳直徑係在約3及5〇 μη^Βΐ。因為通孔芯中之 金屬量決定對於半導體材料之CTE差異的大小，故具有小 直徑之通孔係較佳。對於矽，其CTE控制在直徑小於約％ μιη之通孔中的金屬CTEe對於一圓柱型通孔，直徑21〇在 整個通孔長度中係恆定。通孔14〇之壁藉由藉由一絕緣層 (塗層）201覆蓋。該通孔之芯係用金屬2〇2填充，較佳係 銅。在第一晶片表面101&上，通孔14〇具有一至一特定接 墊墊121之布線跡線141(較佳係銅），且在第二晶片表面 i〇ib上，通孔140可具有一金屬端子142(較佳係具有一可 接合表面的銅）連同一金屬凸塊22〇 ’較佳係藉由一線球接 合技術（參見下文）製成一金球（或者成為一銅球）。 晶片HH進一步具有密封件，其防止微裂及防止熱機械 應力。在圖1中，此等密封件係藉由點概要地指示；在圖2 中’係提供-範㈣於在-料配置巾之料密封件結 構；及在圖4至13中，係說明許多較佳之密封件結合。 在圖1及2中，指示為150之密封件結構係設計以最小化 或甚至消除微裂。密封件15〇係位於通孔14〇及個別最接近 的晶片邊緣間（在圖！及2的範例中指示為11〇);指示為23〇 之半導體區係切割道且表示將由切割作業犧牲的材料。密 封件的作用在於阻止半導體材料中的微裂；此等微裂 134794.doc 200924034 係在曰曰片切割作業期間當一旋轉鋸片切穿切割道23〇 時產生#至在使用雷射之一替代切割技術中，亦會產生 微裂。 内队於鄰接切割道的半導體中之各種金屬結構“ο已經 發展及運用為有效微裂密封件。一成功的密封件結構之範 例係在2002年4月2日核發之美國專利第6,365,958號中描述 且在圖2中重製。該等密封件結構沿晶片邊緣（例如圖1中 的no)延伸及從表面穿入至半導體材料内如主動組件13〇 等一樣深。該結構包括鄰接主動組件之至少一連續阻障壁 251，與一在該阻障壁251及切割道23〇間之犧牲複合結構 252相結合。該複合結構具有使裂紋傳播之相關能量消散 的Bb力 具有穿透複合結構之足夠能量的裂紋將被轉變 成複數個較弱的裂紋，而無法穿透該壁。該複合結構包括 相交金屬線之至少兩個格柵，該等格柵藉由金屬填充通孔 連接，形成一分佈在複數個氧化物絕緣層内之金屬的三維 網路。 進步如圖1及2中描述’指示為i 5 i之密封件結構係設 計以最小化或甚至消除熱機械應力^此等應力起源於通孔 中之金屬及半導體材料間的熱膨脹係數（CTE)的差異。作 為一範例，銅之CTE係約比矽的CTE之量值更高至少一量 級。在器件操作或熱測試之溫度急升期間，CTE差異造成 (壓縮或拉伸）應力。一較佳密封件係一從晶片表面1〇13延 伸至半導體材料内的溝槽。較佳係，該溝槽窄小，以使其 僅耗用少數半導體佔用面積但足夠深以延伸該主動組件深 I34794.doc 12 200924034 度的至少一明顯部分。優先之钮刻已在文獻中描述以I虫刻 特定用於半導體結晶方位之溝槽。取決於敍刻技術，溝槽 可-、有一角形、矩形或其他斷面。溝槽操作以阻抗或甚至 阻隔應力’其係藉&器件之溫度循S或操作溫度變動，或 藉由機械壓縮、拉伸或剪力造成。 本發明之具體實施例進一步包括一工件，其具有匹配晶 片101之通孔140的位置之第二接觸墊。圖丨之具體實施例 #述用於係一第二半導體晶片的情況之工件，且圖3描述 如一以導電跡線層壓之絕緣基板之工件。圖丨實際上包括 兩個用於第二半導體晶片的選項： 在選項甲，第二晶片（指示為102)具有邊緣16〇、161 等，一具有第二接觸墊之第三表面1〇2&匹配通孔14〇之位 置：接近邊緣160之接墊17〇，接近邊緣161之接墊17ι等 等。晶片102具有遠離邊緣之主動組件18〇、181等等。具 有匹配通孔140之位置的接墊墊17〇、17丨等等，晶片可 I〆 垂直地堆疊在晶片102上以使第三表面1〇2&面對第二表面 101b，且使各第二接觸墊17〇、1γι等對齊且與通孔“ο之 對應金屬凸塊電接觸。 在另 &項中，第一晶片（指示為103)係類似晶片1 〇 1製 ^ /、/、有疋位在第一接塾及個別邊緣間之第二通孔 190。與匹配第一晶片1〇1之通孔Μ〇的位置之第二接墊不 同之處在於，第二通孔190可匹配通孔14〇的位置。此外， 防止微裂之密封件191係位於介於第二通孔19〇，及個別最 接近邊緣間，且防止熱機械應力之密封件（未在晶片丨〇3中 134794.doc 200924034 顯示）可位於第二通孔190及主動組件間。如圖ι顯示，各 第二通孔190可具有一在第三表面上至一個別第二接墊之 布線連接192’且在第四表面上之一金屬端子193適於附接 一金屬凸塊（類似圖2中說明的凸塊 在一較佳配置中，晶片1〇1可具有在平行於晶片邊緣之 規則列中形成陣列之複數個通孔14〇。在另一較佳配置 中，晶片101可具有在交錯位置中形成陣列的通孔。在該 情況下，晶片彳進-步具有位於交錯式通孔間防止熱機械 應力之密封件。 圖3描述大體上指示為3〇〇之本發明的另一具體實施例； 示意性透視圖顯示一欲在一基板3 〇 2上裝配的半導體晶片 3〇1。晶片301具有類似於圖i中之晶片1〇1製造的一第一表 面301 a及一第二表面3〇lb。其展現如積體電路之電子組 件’其在晶片的中心部分中具有接觸塾，及接近晶片邊緣 之金屬填充通孔340。各通孔具有一布線跡線341至一接觸 墊及-金屬凸塊(圖3中未顯示)以使其能夠電接觸至在基板 3 02上之接墊。 基板3 ◦2可由例如用導電跡線層壓之塑膠或陶究的絕緣 材料1成。基板3 02具有一包括第二接觸墊32〇的第三表面 302a，此等接墊匹配晶片3〇1之通孔的位置。各接墊 320較佳係藉由一導電跡線321連接至接墊，其較佳係 二有可焊接表面以提供至焊球之附接。或者，接墊322 可具有一可接合表面以提供對於線接合之附接。 可將曰曰片301垂直地堆疊在基板3〇2上，以使第三表面 134794.doc 200924034 3〇2a面對第二表面301b。使各第二接觸墊32〇對齊且與對 應凸點通孔320電接觸。 如指出’密封件一般係需要保護晶片的電子組件防止由 切割過程所產生之微裂從晶片側向内傳播，及防止起源於 溫度急升中之通孔金屬及半導體材料間之CTE失配的熱機 械應力。圖4至9顯示藉由本發明之具體實施例的各種較佳 密封件配置。圖5及6之斷面圖說明用於圖4之俯視圖中所 不的晶片之兩種密封件配置。主動組件的區域4〇1係遠離 保留用於切割道之點區域4〇5。作用區域之組件亦具有接 合接塾402 ;各接墊4〇2係、藉由跡線4()4連接至—金屬填充 通孔彻。在圖4中，通孔4〇3係在平行於切割道之 成陣列。 在圖4中，，點線410指示在圖5及6中之微裂密封件51〇; 此等密封件係在圖2中更詳細顯示為一在絕緣材料中之金 屬結構的三維網路150。實際上，可將圖2視為圖5之密封 件配置的擴大及更完整表示法。 點線411指不圖5及6中之 應力阻抗溝槽密封件5丨〗；此等密 此寻在封件在圖2中更詳細顯示 :從晶片表面切入至主動組件區域的多層金屬/絕緣體結 :内的溝槽151。在圖6的具體實施例中，額外之溝槽密封 件601係實施為電路之伴讀 电之保Μ進—步使熱機械應力變小。 ^一方面’在—些具體實施財，微裂密封件或應力密封 件可能不需要。 通孔^密封件及接合接墊的另—具體實施例係在圖7、8 9中说明。圖8及9之斷面圖說明用於圖7之俯視圖中所示 134794.doc 200924034 的晶片之密封件配置。主動組件的晶片區域7〇ι具有接合 接墊702。保留用於晶片之切割道的點狀區域係指示為 7〇5。複數個金屬填充通孔7〇3係在平行於切割道之列中形 成陣列且此外在交錯式位置中。在圖7、8及9中，在較接 近切割道之列中的通孔係指示為7Q3a，且在較遠離切割道 之列中的通孔係指U 703b。此夕卜，接合接塾7〇2係在平 行於切割道之列中形成陣列且亦在交錯位置中。各接堅 係藉由跡線704連接至—金屬填充通孔7〇3。在圖7中， 點線71G指示在圖8及9中之微裂密封件㈣；此等密封件係 在圖2中更詳細顯不為_在絕緣材料中之金屬結構的三維 網路150。點線711指示在圖8及9中之應力阻抗溝槽密封件 811 ’此等⑥封件係在圖2中更詳細顯示為從晶片表面切入 至主動組件區域的多層金屬/絕緣體結構内的溝槽1 5 1。 在圖9之具體實施例中，額外之密封# 9〇1(微裂密封件 及應力密封件）係實施為電路之保護以進—步使熱機械應 力變小。另一方面，在一些具體實施例中微裂密封件或 應力密封件可能不需要。 藉由使用金屬填充通孔所堆疊之晶片的完全益處可在例 如圖10之基板上封裝器件或圖丨丨之層疊封裝 package)器件的產品中見到。在圖切中，一信號處理晶片 1001在晶片1001之區中具有金屬填充通孔1〇〇2，其係未用 於主動組件（例如沿晶片邊緣的周邊晶片區）。此外，晶片 1001具有接近通孔之防止微裂及熱機械應力的密封件（圖 10中未顯示）。在晶片1001之作用表面上係再分佈線 134794.doc • 16 - 200924034 1004(較佳係由銅或鋁製成）’其具有接觸墊以附接記憶晶 片1010。在晶片1001之被動表面上係附接至通孔1〇〇2之金 屬凸塊1003(較佳係由金製成）。 晶片1010係藉由金屬凸塊1011附接至晶片1001用於信號 及電源’其較佳係由金或銅製成。此外，一些凸塊1 〇 12可 增加用於平衡構造。較佳係該晶片1〇1〇無須額外的再布線 跡線。在晶片1001及1010之裝配後，金屬凸塊1〇11間之間 隙可用黏著聚合物底部填充用於熱機械應力的再分佈。 在圖10中’金屬填充通孔1002之凸塊1〇〇3係附接至基板 1020。較佳係，基板1 〇2〇係由例如聚合物或陶瓷的絕緣材 料製成’與用於凸塊1003之導電跡線與接觸墊及焊料本體 103 0整合。在晶片1〇〇1於基板1 〇2〇上的裝配後，金屬凸塊 1003間之間隙可用一黏著聚合物底部填充用於熱機械應力 的再分佈。繼而，焊料本體1〇3〇可附接至外部部分 1040(例如印刷電路板）。 對於許多產品’經裝配器件之輪廓係藉由圖丨〇中的線 1021給定。然而’應注意基板1〇2〇可經組態以支援層疊封 裝器件的進一步裝配。由於此目的，基板1〇2〇可藉由長度 1022延伸以提供用於額外接觸墊1〇23之區域，其適於一額 外封裝的焊料附接。此層疊封裝配置之一範例係在圖丨丨中 顯示。 在圖U中’金屬填充通孔11〇2連同再布線跡線11〇4及金 屬凸塊1103係用以裝配晶片1110與晶片11〇1及與基板 1 1 20，兩個晶片11 〇 1及1丨1 〇可執行數位微處理器或類比功 134794.doc •17· 200924034 月&。基板1120具有用於焊點π 5〇至另一封裝丨丨6〇的接觸墊 1123 例如一 δ己憶體產品。基板1120進一步具有焊點1130 至外部部分1140(如印刷電路板）。此緊密裝配之一技術優 點（例如由市場尋求用於手持產品後）係最後產品之所得低 總厚度。晶片1101及1110之厚度可保持至各約01 mm ;金 屬凸塊1103可約0.03 111111高。對於具有約〇5 mm厚度1161 的封裝1160，具有約0.13 mm厚度1121的基板112〇，具有 約〇.25 mm高度11S1的焊點115〇，及具有約〇 12爪阳高度 1131的焊點1130，總產品厚度1170總計約1,〇 mm。 本發明之另一具體實施例係一至少兩個半導體晶片的水 平鏈，其係沿其立方體的個別小側彼此附接。圖12說明一 第一半導體晶片1200之一部分的一第一小側12〇1，其具有 一至第一側1201之第一邊緣12〇2。晶片12〇〇進一步具有一 第一表面120〇a及一第二表面12〇〇b ;第一表面12〇〇&包括 接近第一邊緣1202之第一接觸墊1212及遠離第一邊緣之主 動組件1220。 複數個第一通孔1241係與第一邊緣12〇2相鄰。該等通孔 具有直徑1242 ' 一絕緣塗層1243及一金屬填充芯1244。 如圖12所示，心1 244係沿第一側丨2〇 1至少部分地曝露（造 成曝露之切割程序係在下文中描述）。各第一通孔1241在 第一表面1200a上具有一布線跡線12u至一第一接墊 1212。 藉由圖12中之點線1250指示，防止微裂之密封件及防止 熱機械應力之密封件係位於第一晶片12〇〇之第一通孔l24i 134794.doc •18· 200924034 及主動組件1220間。 圖13以簡化方式指示第一半導體晶片12〇〇之一部分及第 二半導體晶片1300之一部分。此第二晶片1300具有一至第 二側1301之第二邊緣13〇2、一第三表面i3〇〇a及一第四表 面1300b。類似第一晶片1200，但為了明顯而未在圖13中 顯不’第三表面13〇〇a包括接近第二邊緣13〇2之第二接觸 墊及遠離第二邊緣13〇2的主動組件。
複數個第二通孔1341係與第二邊緣1302相鄰。通孔1341 係在匹配第一邊緣12〇2處之第一通孔1241的位置之位置 中。類似通孔1202，通孔1302的芯係沿第二側13〇1至少部 分地曝露。另外，類似晶片1200，各第二通孔1341在第三 表面1300a上具有至一第二接墊的一布線跡線（為明顯而未 在圖13中顯示）。亦為明顯而未顯示係防止微裂之密封件 及防止熱機械應力的密封件，其係位於在第二晶片之第二 通孔1 34 1及主動組件之間。 為了在晶片1200及晶片1300間形成 面對第一側1201，如圖13中所干#曰/第一側 u T所不。使晶片側12〇1及 测間之距離減少至零，而將第二側13G1附接至第一側 1201 ’以使各第：通孔叫對齊且與個別第—通孔12^電 接觸，較佳使用焊料或導電黏著劑。 ::明之另-具體實施例係一用於製造一半導體晶片及 之堆疊的方法’該工件可為另—半導體晶片或一基 板。該方法首先提供一含 件(”晶片”)製成的半導體晶圓.：曰门電路之複數個電子組 卞守遛日日圓，s亥晶圓具有一第一及一第 I34794.doc -19- 200924034 一表面。該第—表面包括複數個晶片，該等晶片布局為藉 由保留作為用於分隔晶片之切割道而會被犧牲的半導體區 所分隔。各晶片在第一表面上具有遠離切割道之主動組 件、接近切割道的第一接觸墊，及位在第一接墊及切割道 間之通孔。 該等通孔具有一直徑、一絕緣塗層、一金屬填充芯及— 在第一表面上至一接墊的布線跡線；較佳係各通孔在第二
表面上亦具有金屬端子。通孔可藉由化學蝕刻、雷射或電 漿製成。 各sa片進步具有位在通孔及個別最接近切割道間之防 止微裂㈣封件’及位於通孔及主動組件間之防止熱機械 應力的密封件。防止《之密封件包含金屬及絕緣體區交 替的三維犧牲結才冓；防止熱機械應力t密封件包含從晶片 表面延伸進入至半導體材料内的凹溝或溝槽。 在下t程步驟中，將該等晶片係沿切割道自晶圓上切 開。較佳之切割技術係沿切割道切穿晶圓的藍寶石轉轴 鋸。藉由一三維金屬/絕緣體網路構成之密封件結構而阻 止在鄰接於切割道之半導體材料中因鑛切過程而可能產生 的任何微裂。 除了設在通孔及切割道間防止微裂的金屬/絕緣體密封 件以外n之防止„之密封件可位於通孔及主動組 件間 一金屬凸塊係接著附接至各通孔的第 金或銅之凸塊。較佳之附接方法係一 面’較佳係一 經修改的線球接合技 134794.doc -20. 200924034 術。 其次，係提供複數個工件。該等工件具有一第三表面， 其包括匹配晶片之通孔位置的第二接觸墊。該等工件可為 以導電線層壓之絕緣基板。或者，該等工件可為第二半導 體晶片；在此情況下，工件接觸墊可透過第二晶片與金屬 填充通孔重合。 明確言之，當工件係半導體晶片時，各晶片具有邊緣及
一第二及一第四表面；第三表面包括接近個別邊緣之第二 接觸墊，及遠離邊緣之主動組件；第二晶片具有定位在第 二接墊及個別邊緣間的第二通孔，其係在匹配第一晶片通 孔之位置的位置中；及位於第二通孔及個別最接近=緣間 防止微裂之另外密封件’及位於第二通孔及主動組件間防 止熱機械應力之密封件。 在下一製程步驟中，一晶片經選擇且在一工件上垂直地 堆疊’因此使第二表面面對第三表面，且使各通孔凸塊對 齊且與個別第二接觸塾電接觸。通孔之凸塊係以冶金方式 附接至第二接塾，較佳係使用―焊料回焊技術，或— 導電黏著劑。 本發明之另—具體實施例係—用於製造半導體晶片的一 水平鏈之方法。該方法以提供一具有一第—及— :第-半導體晶圓開始；該第一表面包括複 道分隔的晶片。各晶片在第-表面上具有接近切，道之: 觸塾，及遠離切割道之主動組件。該晶片進—步且有第一 通孔，其具有一直徑、一絕緣塗層、—金屬填充芯，及在
•2N I34794.doc 200924034 第表面上至一接墊的一布線跡線。第一通孔之至少一部 刀係與至）-第—切割道相鄰。此外，各晶片具有位在第 通孔及主動組件間防止熱機械應力的密封件。 在下一製程步驟中，該等晶片係沿切割道自第一晶圓上 切開。切割半導體材料之較佳方法使用—旋轉錯。此製程 V驟（至V邛分地）曝露第一通孔的金屬芯，其係與至少一 切割道相鄰。 Μ
其次’係提供一第二半導體晶圓，其具有一第三及一第 四f面。該第三表面包括藉由切割道分隔之複數個晶片； 各曰曰片在第二表面上具有接近切割道之接觸墊，及遠離切 割道之主動組件。 通孔，其具有一直徑 第 絕緣塗 各晶片具有另 層、-金屬填充芯’及在第三表面上至一接墊的布線跡 線。第二通孔的至少一部分係與至少—第二切割道相鄰， 其係在匹配與第一切割道相鄰之第一通孔的位置之位置 片進一步具有位在第二通孔及主動組件間防止熱 機械應力的密封件。 在下一製程步驟中，該箄曰y 寻曰9片係沿切割道自第二晶圓上 :開。切割半導體材料之較佳方法使用—旋制。此製程 步驟(至少部分地)曝露第二通孔的金屬过，其係 一 切割道相鄰。 〃 接著，係選擇來自第二晶圓之—曰 —曰 日日片及來自第一晶圓的 曰曰片，其係彼此相對地定向， 從乐一逋孔中之曝露合 屬芯對齊第一通孔的個別曝露 一 隹屬心。晶片的個別金屬芯 134794.doc -22- 200924034 係以冶金方式附接及電連接，較佳係使用—焊 術，或者使用一導電黏著劑。在此方式十， 糸產生晶片的 一水平鏈，其係藉由附接之通孔金屬芯連結。 對於某些切割密封件組態，可能需要_、= 一二、四或更多 個密封件結構。此外，可修改微裂及溝槽密封件之社人。 另外，金屬填充通孔可以線性方式形成陣列或依任=序 配置形成陣列。另外，除了周邊晶片區以外，通孔可置放 在晶片之任何非作用半導體區内。 具有在具有所有或僅—些此等特徵或步驟之範例具體實 施例的背景中描述之-或多個特徵或步驟的不同結^之具 體實施例係意欲在此涵蓋。 熟習此項技術人士將會瞭解在本發明所宣稱的中請專利 範圍之範Μ亦可能有許多其他具及變化。 【圖式簡單說明】 範例具體實施例係參考附圖在上文中描述，其中： J Wl及3顯示本發明之具體實施例’其中一半導體晶片經 結構化以促進與一工件裝配來產生一堆疊。 立圖1描述欲裝配至一晶片堆疊内的兩個半導體晶片的示 思性透視圖；頂部晶片展現根據本發明之特徵以促進堆疊 裝配。 圖2 員示一在圖i中之頂部晶片的一部分之放大斷面，其 說明根據本發明用於促進晶片堆疊裝配之一金屬填充穿透 通孔的特徵。 圖3描述欲裝配至一堆疊内之一半導體晶片及一基板的 134794.doc -23· 200924034 不意性透視圖；該晶片展現根據本發明之特徵以促進堆疊 裝配。 圖4至9顯示關於金屬填充通孔及密封件結構之配置的本 發明具體實施例。 圖4顯示一描述關於晶片切割道及金屬填充通孔、密封 件及接觸墊的某一配置的本發明之具體實施例的半導體晶 片之示意性俯視圖。
圖5係圖4中接近切割道之晶片的一部分之示意性斷面， 其說明一金屬填充通孔及密封件結構的某一配置。 圖6係圖4中接近切割道之晶片的一部分之示意性斷面， 其說明一金屬填充通孔及密封件結構的另一配置。 圖7係顯示一描述關於晶片切割道及金属填充通孔、密 封件及接觸墊的某一配置的本發明之另一具體實施例的半 導體晶片之示意性俯視圖。 圖8係圖7中接近切割道之晶片的一部分之示意性斷面， 其說明金屬填充通孔及密封件結構的交錯式配置。 圖9係圖7中接近切割道之晶片的一部分之示意性斷面， 其說明金屬填充通孔之交錯式配置及㈣件結構的另 置0 國1 u S兄明一藉由 疊封裝器件的示意 圖11說明一藉由 體層疊封裝器件之 圖12描述一半導 本發 明 的 一 具 體 實 性斷 面 〇 本發 明 的 一 具 體 實 一部 分 的 示 意 性斷 體晶 片 的 — 部 分 之 施例實現之半導體層 施例實現之另一半導 面。 示意性透視圖，其具 134794.doc -24- 200924034 有根據本發明另一具體實施例的結構以促進與另_半導體 晶片裝配來產生一晶片鏈。 圖13描述兩個半導體晶片的一部分之示意性透視圖，其 具有根據本發明之具體實施例的結構以促進兩個晶片之裝 配來產生一晶片鏈。 【主要元件符號說明】 100 晶片堆疊 101 半導體晶片
101a 第一表面 101b 第二表面 102 半導體晶片 102a 第三表面 1 03 第二晶片 110 邊緣 111 邊緣 112 邊緣 113 邊緣 120 第一接觸墊 121 接觸墊 122 接觸墊 123 接觸墊 130 積體電路 131 積體電路 140 半導體通孔/金屬填充通孔 134794.doc -25- 200924034
141 布線跡線 142 金屬端子 150 密封件/三維網路 151 密封件結構/溝槽 160 邊緣 161 邊緣 170 接墊 171 接墊 180 主動組件 181 主動組件 190 第二通孔 191 密封件 192 布線連接 193 金屬端子 201 絕緣層/塗層 202 金屬 220 金屬凸塊 230 半導體區/切割道 251 連續阻障壁 252 複合結構 301 半導體晶片 301a 第一表面 301b 第二表面 302 基板 134794.doc -26- 200924034 302a 第三表面 320 第二接觸墊 321 導電跡線 322 接墊 340 通孔 341 布線跡線 401 主動組件區域 402 接墊 403 金屬填充通孔 404 跡線 405 點區域 411 點線 510 微裂密封件 511 應力阻抗溝槽密封件 601 溝槽密封件 701 晶片區域 702 接合接墊 703a 通孔 703b 通孔 704 跡線 705 點狀區域 810 微裂密封件 811 應力阻抗溝槽密封件 901 密封件 134794.doc -27- 200924034 1001 信號處理晶片 1002 金屬填充通孔 1003 金屬凸塊 1004 再分佈線 1010 記憶晶片 1011 金屬凸塊 1012 凸塊 1020 基板 1023 接觸墊 1030 焊料本體 1040 外部部分 1101 晶片 1102 金屬填充通孔 1103 金屬凸塊 1104 再布線跡線 1110 晶片 1120 基板 1123 接觸墊 1130 焊點 1140 外部部分 1150 焊點 1160 封裝 1200 第一半導體晶 1200a 第一表面 134794.doc -28- 200924034 1200b 第 二表面 1201 第 一小側/第一側 1202 第 一邊緣/通孔 1211 布線跡線 1212 第 一接觸墊 1220 主動組件 1241 第 一通孔 1243 絕緣塗層 1244 金屬填充芯 1300 第二半導體晶片 1300a 第 三表面 1300b 第四表面 1301 第 二側 1302 第二邊緣/通孔 1341 第 二通孔 134794.doc -29-

Claims (1)

  1. 200924034 十、申請專利範圍： 1. 一種半導體裝置，其包含： 半導體晶片’其具有邊緣、一第一表面及—第二表 面’該第一表面包括接近該等個別邊緣之第一接觸塾及 遠離該等邊緣之主動組件； 通孔’其係從該第一表面延伸至該第二表面且定位在 該等第一接墊及該等個別邊緣間，該等通孔具有一直 徑、一絕緣塗層、及一金屬填充芯；各通孔在該第一表 f 面上具有至一接墊的一布線跡線，及在該第二表面上之 一金屬凸塊； 位在该等通孔及個別最接近邊緣間防止微裂的密封 件’及位於該等通孔及該等主動組件間防止熱機械應力 的密封件； 一工件’其具有一包括匹配該等通孔之位置的第二接 觸墊之第三表面；及 I 該晶片垂直地堆疊在該工件上，以使該第三表面面對 該第二表面，及使各第二接觸墊對齊且電接觸對應之通 孔凸塊。 2. 如請求項1之裝置，其中該工件係一第二半導體晶片； 且其中該第二晶片具有邊緣、一第三及一第四表面，該 第二表面包括接近該等個別邊緣之第二接觸塾及遠離該 等邊緣之主動組件，該第二晶片進一步具有定位在該等 第二接墊及該等個別邊緣間之第二通孔，其係位在匹配 第一晶片通孔之位置的位置中，及位在該等第二通孔及 134794.doc 200924034 該個別最接近邊緣間防止微裂的密封件，及位於該等第 二通孔及該等主動組件間防止熱機械應力的密封件。 3·如請求項2之裝置，其中各第二通孔在該第三表面上具 有一至一第二接墊的布線連接，且在該第四表面上之— 適於附接一金屬凸塊的金屬端子。 4_如咐求項1之裝置，其中該晶片進一步具有防止微裂的 迸封件，其係位在該等通孔及該個別最接近邊緣間。 如請求項丨之裝置，其中該等密封件包括以下至少一 者：a)金屬及絕緣區交替之犧牲結構；b)自該晶片表面 延伸進入至該半導體材料内之溝槽。 6. 如》月求項1之裝置，其中該晶片具有在平行於一晶片邊 緣之列中形成陣列的複數個該等通孔。 7. 如叫求項1之裝置，其中該等通孔係在交錯式位置中形 成陣列，且其中該晶片進一步具有位在該等交錯式通孔 間之防止熱機械應力的密封件。 8 ’ 士 °月求項1或2之裝置’其中該等通孔之直徑係在約3至 50 μηι 間。 9·如μ求項1或2之裝置，其中填充該等通孔之芯的金屬係 銅。 10. —種半導體裝置，其包含： 一第一半導體晶片，其具有一至一第一側之第一邊 緣 第表面及一第二表面，該第一表面包括接近該 第邊緣之第一接觸墊及遠離該第一邊緣之主動組件； 第—通孔’其係與該第一邊緣相鄰，該等通孔具有一 134794.doc 200924034 直徑、-絕緣塗層及-金屬填充芯，該&沿該第一側至 少部分地曝露；各第一通孔在該第一表面上具有至一第 一接墊的一布線跡線； 防止微裂及熱機械應力的密封件，其位在該第一晶片 之該等第一通孔及該等主動組件間； 一第二半導體晶片，其具有至一第二側之一第二邊 緣、一第二表面及一第四表面，該第三表面包括接近該 第二邊緣之第二接觸墊及遠離該第二邊緣之主動組件； 第二通孔，其係與該第二邊緣相鄰，該等通孔係位在 匹配”亥第一邊緣之該等第一通孔的位置之位置中，該芯 沿該第二側至少部分地曝露；各第二通孔在該第三表面 上具有至一第二接墊的一布線跡線；防止微裂及熱機械 應力之密封件，該等密封件位在該第二晶片之該等第二 通孔及該等主動組件間；及 該第二側，其附接至該第一側以使各第二通孔對齊且 電接觸該等個別第一通孔，從而該第一及該第二晶片形 成一水平鏈。 11. 一種製造一半導體裝置之方法，其包含以下步驟： 提供一半導體晶圓，其具有一第一及一第二表面，該 第一表面包括藉由切割道分隔之複數個晶片； 各晶片在該第一表面上具有遠離該等切割道之主動組 件、接近該等切割道之第一接觸墊’及在該等第一接塾 及該等切割道間之通孔，該等通孔具有一直徑、一絕緣 塗層、一金屬填充芯，及在該第一表面上至一接墊的一 134794.doc 200924034 布線跡線； 各晶片進一步具有位在該等通孔及該個別最接近切割 道間防止微裂的密封件，及位於該等通孔及該等主動組 件間防止熱機械應力的密封件； 沿該等切割道自該晶圓上切開該等晶片； 附接一金屬凸塊至各通孔之該第二表面； 提供複數個工件，其具有一包括匹配該等通孔之位置 的第一接觸塾之第三表面； 在：工件上垂直地堆疊各晶片，以使該第二表面面對 該第二表面’及使各通孔凸塊對齊且與該個別第二接觸 墊電接觸；及 个 一 3bT 。 12·如請求㈣之方法，其中該工件係—第二半導體晶片； =其中㈣二晶片具有邊緣、—第三及-第四表面，該 面包括接近該等個別邊緣之第二接觸墊及遠離該 ϋ 等第二=動，件’該第二晶片進—步具有：定位在該 ，等第二:等個別邊緣間之第二通孔’其係在匹配 該等弟通孔之該等位置的位置中；位在該 • 通孔及該個別最接近邊緣間的進-步之防止微裂的密封 件，及位於該等第二通孔及該等主動組 、 應力的密封件。 、0防止熱機械 13.如請求項10或11之方法’其中該等晶片進—步…/ 該等通孔及該等主動組件間防止微裂的密封件：、 請求項12之方法，其中-防止微裂的密封件包括交替 134794.doc 200924034 金屬及絕緣體區的犧牲結構。 15. 如請求項1〇之方法，其中該晶片包括一防止熱機械應力 的後封件’其包括自该晶片表面延伸進入至該半導體材 料内的溝槽。 16. —種製造一半導體裝置之方法，其包含下列步驟： 提供一第一半導體晶圓，其具有一第一及—第二表 面，該第一表面包括藉由切割道分隔之複數個晶片； 各晶片在該第一表面上具有接近該等切割道之接觸 藝’及遠離該等切割道之主動組件；第一通孔具有一直 徑、一絕緣塗層、一金屬填充芯，及在該第一表面上至 一接墊的一布線跡線；該等第一通孔之至少一部分與至 少一第一切割道相鄰； 各晶片㈣介在料第一通孔及該等主動組件間防止 熱機械應力的密封件； 沿該等切割道使該等晶片自該第一晶圓上切開，藉此 至少使與該至少一切割道相鄰之該等第一通孔的該等金 屬芯至少部分地曝露； 提供一第二半導體晶圓，其具有一第三及一第四表 面，該第二表面包括藉由切割道分隔之複數個晶片； 各晶片在該第三表面上具有接近該等切割道之接觸 墊，及遠離該等切割道之主動組件；進一步之第二通孔 具有-直徑、-絕緣塗層、—金屬填充芯，及在該第三 表面上纟-接墊的-布線跡線；料第二通孔之至少一 部分與至少-第二切割道相鄰，該第二切割道係位在匹 134794.doc 200924034 一通孔的該等位置之位 配與該第一切割道相鄰之該等第 置中； 各S曰片進_步具有位在該等第二通孔及該等主動組件 間之防止熱機械應力的密封件； 沿該等切割道使該等晶片自該第二晶圓上切開，藉此 至少使與該至少一切割道相鄰之該等第二通孔之該等金 屬芯至少部分地曝露； 定向
    片 -來自該第二晶圓之晶片及—來自該第一晶圓之 以使該等第二通孔之該等曝露金屬芯對齊該等第 一通孔之該等個別曝露金屬芯； 附接及電連接該等個別金屬芯以形成該等晶片之一水 平鏈。 134794.doc
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