201121009 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 [0001] 本發明涉及一種半導體封裝結構和製造方法’特別涉及 一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝及其製造方法。 【先前技術】 [0002] 晶圓級晶片尺寸封裝（Wafer Level Chip Scale
Packaging，WLCSP)是一種積體電路晶片封裝技術，不 同於傳統的晶片封裝方式（先切割再封測’而封裝後至 少增加原晶片20%的體積）’此種最新技術是先在晶圓上 進行封裝測試，然後切割成一個個的1C顆粒，因此封裝 後的體積即等同1C裸晶的原尺寸，對.於晶圓..級晶片封裝 而言’封裝面積與晶片面積的比率/丨、於1.2·。 最近所開發的電子裝置例如移動電話、可機式電腦、攝 像機、個人數位助理及其它類似裝置，借助晶圓級晶片 尺寸封裝技術的使用，在增加元件密度、性能、與成本 效益的同時，減少了裝置的重量與尺寸。 如中國專利公開號CN1 01 383292A中，坡露了一種晶片封 裝體、其導電柱的製造及修改其上載球層的方法。該晶 片尺寸封裝體包含：襯底；多個釘狀導電柱，從上述襯 底的表面延伸；以及多個軟焊料球狀物，其中每一個上 述軟焊料球狀物與上述釘狀導電柱的其中之一連接。當 工 1 即早人坪科琛狀物時，上述半導體的返 可僅需要除去與取代上騎狀導電㈣釘頭部 ，而可 減少返工的_。借助本發明，當軟焊料球狀物的尺寸 098142485 與釘狀導綠㈣有料部蚊料合時，僅需修改訂 針頭部二軟，_ 第4頁/共26頁 〇98343 201121009 列的植球時，可用較少的工藝步驟進行對應的結構修改 ，並可節省成本。該晶圓級晶片尺寸的封裝具有體積小 、重量輕的優點，導電性能好，工藝簡單的優點，但是 該導電柱僅解決了晶片垂直方向上的導電問題，對於襯 底水準方向的電連接，無法起作用。 對於雙擴散金屬氧化物半導體（DM0S)，尤其對於共漏 雙晶片結構的晶圓級晶片尺寸封裝，如第1圖所示，導電 路徑如圖中1的箭頭所示，分別為路徑a、路徑b、路徑c ，其中路徑a和c為襯底電阻，在晶圓級晶片尺寸封裝中 〇 ，襯底電阻可以接近整個導通電阻的50%，由於晶片本身 封裝的尺寸小，該比例顯然大大影響了晶片的性能，另 ‘ 外如果通過減薄襯底厚度來減少襯底電阻，由於晶圓的 厚度薄，在工藝的製造及操作過程中，極易造成晶圓的 破損。 【發明内容】 [0003] 本發明的目的是提供一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸 封裝及其製造方法，該封裝結構使晶圓級共漏雙晶片具 ^ 有低的襯底導通電阻，並且同時增加襯底的強度，使晶 片具有良好的電性能及可靠的穩定性。 為了達到上述目的，本發明的技術方案是：一種低襯底 電阻的晶圓級晶片尺寸封裝，其特點是，包括： 一個半導體晶片，所述的半導體晶片還包括一個丰導體 晶片上表面及一個半導體晶片下表面，所述的半導體晶 片上表面設有多個積體電路晶片、多個凸點下金屬化層 及每個凸點下金屬化層之上的用於晶片連接的多個焊接 球； 表單編號A0101 098142485 第5頁/共26頁 0983430223-0 201121009 -個導電加固件，所述的導電加固件還包括—個導電加 固件上表面’所述導電加固件上表面設有第—金屬層；° 所述的導電加固件的第—金屬層與半導體晶片下表面枯 合在一起。 上述—種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝，其中，所 述半導體晶片下表面設有第二金屬層。
上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝，其中，所 述第-金屬層與第二金屬；|之間設有導電性環氧樹腊。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裴，其中，所 述第一金屬層和第二金屬層為兩種相互易熔金屬。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝，其中，所 述第一金屬層和第二金屬層中，其中—個為Au。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封装，其中’所 述第一金屬層和第二金屬層令另一個為Sn。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裴，其中，所 述第一金屬層為一種與矽互熔的金屬。
上述一種低襯底電阻的晶圓級晶身尺夺封裝，其中，所 述第一金属層為Au。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝，其中，所 述第一金屬層為AuSn。 一種低概底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝的製造方法，其 特點是，包括： 步驟1 .提供具有原始厚度的半導體晶片，所述的半導體 晶片包含一個半導體晶片上表面及一個半導體晶片下表 面’所述的半導體晶片上表面設置多個積體電路晶片； 步驟2 :利用焊點技術在半導體晶片上表面形成多個凸點 098142485 表單編號A0101 第6頁/共26頁 0983430223-0 201121009 下金屬化層； 步驟3 :打磨半導體晶片下表面，磨去半導體晶片的下表 面二氧化矽層，使半導體晶片下表面為矽層； 步驟4 :減薄半導體晶片下表面的中央區域，保留半導體 晶片下表面邊緣的厚度； 步驟5 :在一個電傳導加固件的上表面設置第一金屬層， 將電傳導加固件上表面的金屬層與半導體晶片的下表面 粘合在一起； 步驟6 :在每個凸點下金屬化層上設置焊接球； Ο 步驟7 :切除半導體晶片具有厚度的邊緣區域； 步驟8 :從半導體晶片上切割下每個雙晶片單元。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝的製造方法 ，其中，在步驟4中還包括在半導體晶片下表面設置第二 金屬層。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝的製造方法 ，其中，在步驟5中，是利用導電性環氧樹脂將第一金屬 層和第二金屬層枯合在一起。 〇 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝的製造方法 ，其中，在步驟5中，還包括在電傳導加固件的上表面的 第一層金屬層上設置焊料，通過焊料將第一金屬層和第 二金屬層枯合在一起。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝的製造方法 ，其中，所述第一金屬層和第二金屬層為兩種相互易熔 金屬。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝的製造方法 ，其中，第一金屬層和第二金屬層中，其中一個金屬層 098142485 表單編號A0101 第7頁/共26頁 0983430223-0 201121009 為Au。 上述一種低槻底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝的製造方法 ，其中，第二金屬層和第二層金屬中另一個金屬層為Sn 〇 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝，其中，所 述第一金屬層為一種與石夕互溶的金屬。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝，其中，所 述第一金屬層為Au。 上述一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝，其中，所 述第一金屬層為AuSn。 本發明一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝及其製造 方法由於採用上述技術方案，使之與現有技術相比，具 有以下優點和積極效果： 1、 本發明由於減少了襯底厚度從而減少了襯底電阻，並 且在導電加固件的上表面設有第一金屬層，從而使雙晶 片源極之間的導電性能大大增加。 2、 本發明由於在晶片的下表面設置導電加固件，增強的 半導體晶片的牢固性，防止半導體晶片在製作過程中斷 裂損壞。 3、 本發明低概底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝的工藝製造 簡單、易操作，製造成本低。 【實施方式】 [0004] 實施例一，請參見附第2圖所示，一種低襯底電阻的晶圓 級晶片尺寸封裝，包括一個半導體晶片1和一個導電加固 件2，半導體晶片1包括一個半導體晶片上表面11及一個 半導體晶片下表面12，半導體晶片上表面11上設有多個 098142485 表單編號A0101 第8頁/共26頁 201121009 積體電路晶片（圖中未顯示）、多個凸點下金屬化層 及每個凸點下金屬化層1Π之上的用於晶片連接的多個焊 接球112 ’半導體晶片下表面12設有第二金屬層121 ;導 電加固件2包括一個導電加固件上表面21，導電加固件上 表面21上設有第一金屬層211 ;第一金屬層211與第二金 屬層121之間设有導電性環氧樹脂3，通過導電性環氧樹 脂3將第一金屬2Π和第二金屬121粘合，從而使半導體晶 片1與導電加固件2結合在一起。 一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝的製造方法，如 Ο ： .... . 第3圖所示，首先提供具有原始雇度的半導體晶片1， 常所用的半導體晶片的原始厚度為6〇〇ujn~7〇〇um，半導 體晶片1包含一個半導體晶片上表面π及一個半導體晶片 下表面12，半導體晶片上表面丨丨上設置多個積體電路晶
片（圖中未顯示），利用焊點技術在半導體晶片上表面 11形成多個凸點下金屬化層111 ;如第4圖所示，在半導 體工藝製作過程中，半導趙晶®的下表面备有-層硬度 向的二氧化矽層，打磨半導體晶片下表面12，磨去半導 體晶片的下表面這-層二氧化梦層，使半導體晶月的厚 度減薄，打磨後的優選厚度為500ufn ;如第5圖所示，進 一步減薄半導體晶片下表面的中央區域，該區域所對應 的上表面上設有多個積體電路晶片，保留半導體晶片下 098142485 表面邊緣的厚度，因為㈣半導體晶片的邊緣厚度大， 在工藝製作過針，便於操作過程中的移動半導體晶片 從而在減小半導體晶片尺寸的同時也能保證半導趙晶 片不易被損壞，·如第6圖所示，接著在半導趙晶片下表面 12上設置第二金屬層121，優選地，用濺射蒸發的方式在 表單編號A0101 第9頁/共26頁 0983430223-0 201121009 半導體晶片下表面12上設置第二金屬層】2】，第二金屬層 121增強了雙晶片結構的襯底導電能力，減小了橫向電阻 ’·如第7圖所示，接著在一個電傳導加固件2的上表面設 置第一金屬層211，通過導電性環氧樹脂3將電傳導加固 件上表面21的第一金屬層211與半導體晶片下表面ί2的第 二金屬層121粘合在一起，導電性環氧樹菔3不僅具有導 電性能，也增強了第一金屬層211與第二金屬層121之間 的粘合力，電傳導加固件2與半導體晶片〗的結合使半導 體晶片1牢固性加強的同時提高了襯底的橫向導電能力； 如第8圖所示，接著在每個凸點下金屬化層lu上設置焊 | 接球112 ;如第9圖所示，由於此時電傳導加固件2增強了 半導體晶片1的牢固性，半導體晶圓的邊緣區域可以切除 ，因此切除半導體晶片1的邊緣區域；如第1 〇圖所示， 最後從半導體晶片1上切割下晶片，得到具有雙晶片的晶 圓級晶片尺寸封裝，該結構尺寸小、牢固性強並且具有 較小的襯底電阻，大大提高了晶片的性能和可靠性。 實施例二’請參見附第η圖所示，-種低襯底電阻的晶 圓級晶片尺寸封裝，包括一嗰半導體晶片】，和一個導電 υ 加固件2’，半導體晶片！，包括—個半導體晶片上表面 11’及一個半導體晶片下表面12，，半導體晶片上表面 11，上設有多個積體電路晶片（圖中未顯示）、多個凸 點下金屬化層111’及每個凸點下金屬化層m，之上的 用於晶片連接的多個焊接球112，，半導體晶片下表面12 設有第二金屬層12Γ ;導電加固件2，包括—個導電 加固件上表面21，’導電加固件上表面21，設有第一金 屬層211，；第-金屬層211’與第二枯合在一起，從而 098142485 表機 A°101 第 i。頁/共 ％ 頁 0983430223-0 201121009 使半導體晶片Γ與導電加固件2’結合在一起。 該低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝的製造方法，其實 施的最終目的和實施例一相同，如第u圖所示，是將具 有第一金屬層211’的導電加固件2，與具有第二金屬層 121的半導體晶片Γ粘合在一起，所不同的是，第一 金屬層211’和第二金屬層121，不是利用導電性環氧樹 脂3增強第一金屬層211，和第二金屬層121’之間的粘合 力，而是通過現有技術中通過焊料的焊接作用將第—金 屬層21Γ和第二金屬層121，結合在一起，由於焊料焊 〇 接技術為現有技術’這裏不做進"·步展間描述，其他工 藝步驟與實施例一相同。 實施例三，在本實施例中低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸 封裝的結構與實施例一相同，其工藝過程也基本相同， 不同之處在於，實施例三中的第一金屬層和第二金屬層 為兩種相互易熔的金屬，因此不需要焊料的連接作用， 在高溫下，這兩種金屬便能相互熔合在一起，從而使導 電加固件與半導體晶摩結合在一起，具有低的襯底橫向 Ο 電阻。優選地，兩種相互易熔的金屬分別為Au和Sn。 實施例四，一種低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝，包 括一個半導體晶片1’，和一個導電加固件2，，，半導 體晶片Γ ,包括一個半導體晶片上表面U，，及一個半 導體晶片下表面12，，，半導體晶片上表面U,,上設 有多個積體電路晶片（圖中未顯示）、多俩凸點下金屬 化層11Γ，及每個凸點下金屬化層m，，之上的用於 晶片連接的多個焊接球112，’ ’半導體晶片下表面12， 的材料為矽；導電加固件2’，包括一個導電加固件上 098142485 0983430223-0 表單編號A0101 第11頁/共26頁 098142485 201121009 表面2】’ ’，導電加固件上表面21，，上設有第一金屬 層2il’ ’，·第-金屬層211’，與半導體晶片下表面 粘合在一起，從而使半導體晶片1，，與導電加固件 2 結合在一起。 一種低襯底f阻的晶®級晶片尺寸封裝的製造方法，如 第13圖所不，首先提供具有原始厚度的半導體晶片1，， ’通常所用的半導體晶片的原始厚度為60〇ura~70〇Uin， 半導體晶片1’ ’包含—個半導體晶片上表面u，，及一 個半導體晶片下表面12,，，半導體晶片上表面n，， 上叹置多個積體電路晶月(圖中未顯示），利用焊點技 丨 術在半導體晶片上表面U，’形成辣凸點下金屬化層 111 :如第14圖所示，在半導體工藝製作過程中，半 導體晶圓的下表面為—層硬度高的二氧化石夕層，打磨半 導體晶片下表面12’’，磨去半導體晶片的下表面這一 層二氧化矽層，使半導體晶片的厚度減薄，打磨後的優 選厚度為500um ;如第15圖所示，進一歩減薄半導體晶片 下表面12,，的中央區域，該區域所對應的上表面上設 有多個積體電路晶片，保留半導體晶片下表面邊緣的厚 ^ 度，因為由於半導體晶片的邊緣厚度大，在工藝製作過 程中，便於操作過程中的移動半導體晶片，從而在減小 半導體晶片尺寸的同時也能保證半導體晶片不易被損壞 ，如第16圖所圖示，接著在一個電傳導加固件2，，的上 表面設置第一金屬層21Γ， ’第一金屬層2il，，為與 矽互熔的金屬，因此該第一金屬層211’，與半導體晶片 的下表面的矽熔合在一起，從而使電傳導加固件2，，與 半導體晶片1’ ’緊密結合在一起，第一金屬層211’ ， 表單編號卿1 ㈣頁/共26頁 0983430223-0 f—————ϊί—ί •-•i'si、嗲 201121009 提高了襯底的橫向導電能力，同時電傳導加固件2’ ’對 半導體晶片Γ ’起支援作用，增加了半導體晶片的牢固 性，優選地，第一金屬層21Γ ’為Au，或者為AuSn; 如第17圖所示，接著在每個凸點下金屬化層11Γ ’上設 置焊接球112’ ’ ；如第18圖所示，由於此時電傳導加固 件2’ ’對半導體晶片Γ ’起支援作用，增強了半導體 晶片Γ ’的牢固性，半導體晶圓的邊緣'區域可以切除， 因此•切除半導體晶片Γ ’的邊緣區域；如第19圖所示， 最後從半導體晶片Γ ’上切割下晶片，得到具有雙晶片 〇 的晶圓級晶片尺寸封裝，該結構尺寸小、牢固性強並且 具有較小的襯底電阻，大大提高了晶片的性能和可靠性 0 當然，必須認識到，上述介紹是有關本發明優選實施例 的說明，只要不偏離隨後所附權利要求所顯示的精神和 範圍，本發明還存在著許多修改。 本發明決不是僅局限於上述說明或附圖所顯示的細節和 方法。本發明能夠擁有其他的實施例，並可採用多種方 Ο 式予以實施。另外，大家還必須認識到，這裏所使用的 措辭和術語以及文摘只是為了實現介紹的目的，決不是 僅僅局限於此。 正因為如此，本領域的技術人員將會理解，本發明所基 於的觀點可隨時用來作為實施本發明的幾種目標而設計 其他結構、方法和系統。所以，至關重要的是，所附的 權利要求將被視為包括了所有這些等價的建構，只要它 們不偏離本發明的精神和範圍。 【圖式簡單說明】 098142485 表單編號A0101 第13頁/共26頁 0983430223-0 201121009 [0005] 參考所附附圖，以更加充分的描述本發明的實施例。然 而，所附附圖僅用於說明和闡述，並不構成對本發明範 圍的限制。 第1圖為現有技術晶圓級晶片尺寸封裝中雙擴散金屬氧化 物半導體共漏雙晶片的導電路徑圖。 第2圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施例 一中的製作完成的雙晶片單元的結構圖。 第3圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸對裝實施例 一的工藝步驟流程中的在半導體晶片上表面形成多個凸 點下金屬化層的結構示意圖。 第4圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施例 一的工藝步驟流程中的磨去半導體晶圓下表面的二氧化 矽層的結構示意圖。 第5圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施例 一的工藝步驟流程中的減薄半導體晶片下表面中央區域 的結構示意圖。 第6圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施例 一的工藝步驟流程中的在半導體晶片下表面上設置第二 金屬層的結構示意圖。 第7圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施例 一的工藝步驟流程中的通過導電性環氧樹脂將帶有第一 金屬層的導電加固件與帶有第二金屬層的半導體晶片粘 結在一起的結構示意圖。 第8圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施例 一的工藝步驟流程中的在每個凸點下金屬化層上設置焊 接球的結構不意圖。 098142485 表單編號A0101 第14頁/共26頁 0983430223-0 201121009 第9圖為本發明低概底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝貫施例 一的工藝步驟流程中的切除半導體晶片的邊緣區域的結 構示意圖。 第1 0圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施 例一的從半導體晶片上切割為雙晶片單元的結構示意圖 〇 第11圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施 例二的製作完成後的雙晶片單元的結構示意圖。 Ο 第12圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施 例四的雙晶片單元的結構示意圖。 第13圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施 例四的工藝步驟流程中的在半導體晶片上表面形成多個 凸點下金屬化層的結構示意圖。 第14圖為本發明低概底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施 例四的工藝步驟流程中的磨去半導體晶圓下表面的二氧 化石夕層的結構示意圖。 ❹ 第1 5圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施 例四的工藝步驟流程中的減薄半導體晶片下表面中央區 域的結構示意圖。 第16圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施 例四的工藝步驟流程中的帶有第一金屬層的導電加固件 與半導體晶片粘結在一起的結構示意圖。 第1 7圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施 例四的工藝步驟流程中的在每個凸點下金屬化層上設置 焊接球的結構示意圖。 098142485 第18圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封裝實施 表單編號Α0101 第15頁/共26頁 0983430223-0 201121009 例四的工藝步驟流程中的切除半導體晶片的 ^ 透緣區域的 、’古構示意圖。 第19圖為本發明低襯底電阻的晶圓級晶片尺寸封穿〜^
:四的工藝步驟流财的從半導體晶片上切縣雙ΓΓ 單元的結構示意圖。 【主要元件符號說明】 [0006] 1、1，、Γ， 生、兹 +導體晶片 2 ' 2， 、 2，， 、 導電加固件 3 導電性環氧樹脂 η、11，、 12、12’ 、 11’， 12’， 半導體晶片上表面 2卜 21’ 、 21，’ 半導體.晶片下..表.面 111 ' 111， 、111， 、電加固件上表面 ， .：：!： ：· 2η、211’ 、211， 凸點下金屬化層 f m、121， 112、112’ 第 、112， 第一金屬層、. 二金屬層 * a、b、c 路徑 焊接球 098142485 表單編號A0101 第16頁/共26頁 0983430223-0