TW201513238A - 半導體裝置和在重組晶圓中控制翹曲之方法 - Google Patents

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Abstract

一種半導體裝置具有基板，帶有設置在所述基板上方的硬化層。所述基板的形狀為圓形或矩形。複數個半導體晶粒被設置在所述基板的一部分上方，同時留下所述基板的不含所述半導體晶粒的一開放區域。所述基板的不含所述半導體晶粒的所述開放區域包括中央區域或在所述半導體晶粒之間的間隙位置。所述半導體晶粒被設置於圍繞所述基板的周圍。囊封體沉積在所述半導體晶粒和所述基板上方。將所述基板移除，並且互連結構形成在所述半導體晶粒上方。藉由留下所述基板的不含所述半導體晶粒的所述預定區域，在所述半導體晶粒的熱膨脹係數和除去所述基板後重組的晶圓上的囊封體的熱膨脹係數之間的任何不匹配的翹曲效果降低。

Description

半導體裝置和在重組晶圓中控制翹曲之方法
本發明一般涉及一種半導體裝置，更具體地說，涉及一種半導體裝置以及藉由留下臨時載體的不含半導體晶粒的開放區域而控制重組晶圓的翹曲的方法。
半導體裝置在現代電子產品中為常見的。半導體裝置在數量和電氣構件的密度上變化。分立的半導體裝置通常含有一種類型的電氣元件，諸如發光二極體(LED)、小信號電晶體、電阻器、電容器、電感器和功率金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)。整合的半導體裝置通常包含數百至數百萬的電氣構件。整合的半導體裝置的例子包括微控制器、微處理器、電荷耦合裝置(charged-coupled device，CCD)、太陽能電池和數位微鏡裝置(digital micro-mirror device，DMD)。
半導體設備執行多種功能，諸如信號處理、高速計算、發射和接收電磁信號、控制電子裝置、太陽光轉化為電能以及創造用於電視顯示器的視覺投影。半導體裝置被發現在娛樂、通信、功率轉換、網絡、計算機和消費產品的領域。半導體裝置也存在於軍事應用、航空、汽車、工業控制器和辦公設備。
半導體裝置利用半導體材料的電性能。半導體材料的結構使得其導電率藉由電場或基極電流的應用或通過摻雜的方法來操作。摻雜引入雜質進入半導體材料來操縱和控制半導體裝置的導電性。
一種半導體裝置包括主動和被動電子結構。包括雙極和場效應電晶體的主動結構控制電流的流動。藉由改變摻雜和電場或基極電流的應用的水平，電晶體促進或限制電流的流動。包括電阻器、電容器和電感器的被動結構建立在電壓和電流需求之間的關係來執行各種電性功能。主動和被動結構被電性連接，從而形成電路，其使半導體裝置能夠進行高速操作和其他有用的功能。
半導體裝置通常使用兩個複雜的製造製程來生產，即，前端製造和後端製造，每個可能涉及幾百個步驟。前端製造涉及複數個晶粒在半導體晶圓的表面上形成。每個半導體晶粒典型地是相同的，並且包含藉由電連接主動和被動構件而形成的電路。後端製造涉及從成品晶圓單一化個別的半導體晶粒並且封裝晶粒以提供結構支撐和環境隔離。如本文所用的術語“半導體晶粒”代表了單數和複數的詞語，並且相應地，可以代表單個半導體裝置和複數個半導體裝置兩者。
半導體製造的一個目標是生產更小的半導體裝置。更小的裝置通常消耗較少的功率，具有更高的性能，並且可以更有效地生產。此外，更小的半導體裝置具有更小的覆蓋區，這是理想的小型終端產品。較小的半導體晶粒的大小可以藉由造成帶有較小的更高密度的主動和被動構件的半導體晶粒的前端製程的改善來實現。後端製程可能會導致帶有藉由在電氣互連和封裝材料上的改善的更小的覆蓋區之半導體裝置封裝。
在半導體封裝的製造中，複數個半導體晶粒可以被安裝到一臨時載體。囊封體沉積在半導體晶粒和載體上方。然後移除臨時載體。由於在半導體晶粒和囊封體之間熱膨脹係數差異，重組的晶圓受到除去載體後的翹曲或彎曲。重組晶圓的翹曲在隨後的製造步驟期間(諸如形成互連結構在半導體晶粒和囊封體上方期間)產生的缺陷和處理問題。
存在一種去除臨時載體後的減少重組晶圓的翹曲之需要。因此，在一實施例中，本發明是製造半導體裝置的方法，包括以下步驟：提供複數個半導體晶粒；提供基板；將所述半導體晶粒設置在所述基板的一部分上方，同時留下所述基板的不含所述半導體晶粒的一預定區域；以及將囊封體沉積在所述半導體晶粒和所述基板上方。
在另一個實施例中，本發明是一種製造半導體裝置的方法，包括以下步驟：提供複數個半導體晶粒；提供基板；將所述半導體晶粒設置在所述基板的一部分上方，同時留下所述基板的一開放區域；以及將囊封體沉積在所述半導體晶粒和所述基板上方。
在另一個實施例中，本發明是一種半導體裝置，包括：基板以及複數個半導體晶粒，其中所述半導體晶粒設置在所述基板的一部分上方，同時留下所述基板的不含所述半導體晶粒的一預定區域。囊封體沉積在所述半導體晶粒和所述基板上方。
50‧‧‧電子裝置
52‧‧‧PCB
54‧‧‧導電信號跡線
56‧‧‧接合線封裝
58‧‧‧半導體晶粒/覆晶晶粒
60‧‧‧BGA
62‧‧‧BCC
64‧‧‧DIP
66‧‧‧LGA
68‧‧‧MCM
70‧‧‧QFN
72‧‧‧四方扁平封裝
74‧‧‧半導體晶粒
76‧‧‧接觸襯墊
78‧‧‧中間載體
80‧‧‧導體引線
82‧‧‧接合線
84‧‧‧囊封體
88‧‧‧半導體晶粒
90‧‧‧載體
92‧‧‧底部填充或環氧樹脂黏著材料
94‧‧‧接合線
96‧‧‧接觸襯墊
98‧‧‧接觸襯墊
100‧‧‧模塑化合物或囊封體
102‧‧‧接觸襯墊
104‧‧‧凸塊
106‧‧‧載體
108‧‧‧電路元件
110‧‧‧凸塊
112‧‧‧凸塊
114‧‧‧信號線
116‧‧‧模塑化合物或囊封體
120‧‧‧半導體晶圓
122‧‧‧基底基板材料
124‧‧‧半導體晶粒
126‧‧‧鋸切道
128‧‧‧背表面
130‧‧‧主動表面
132‧‧‧導電層
134‧‧‧鋸片或雷射切削工具
140‧‧‧載體
142‧‧‧箔層
144‧‧‧重組晶圓
146‧‧‧囊封體
147‧‧‧中央區域/區域
148‧‧‧中央區域/區域
150‧‧‧區域
152‧‧‧區域
154‧‧‧區域
156‧‧‧區域
158‧‧‧區域
160‧‧‧互連結構
162‧‧‧導電層/再分佈層
164‧‧‧絕緣層
166‧‧‧凸塊
168‧‧‧鋸片或雷射切割工具
170‧‧‧WLB
圖1說明帶有不同類型的安裝到PCB的表面的封裝之印刷電路板(PCB)； 圖2a-2c說明安裝到PCB的代表性半導體封裝的進一步細節；圖3a-3c說明帶有鋸切道所分離的複數個半導體晶粒之半導體晶片；圖4a-4h說明藉由留下載體的未含半導體晶粒的開放領域而形成帶有翹曲降低的重組晶圓的製程；圖5說明在從重組晶圓單一化後的半導體封裝；圖6a-6b說明帶有從晶圓的中心缺少一半導體晶粒之圓形重組晶圓；圖7a-7b說明帶有從晶圓的中心缺少多個半導體晶粒之圓形重組晶圓；圖8a-8c說明帶有在不含半導體晶粒的載體上的多個開放區域之圓形重組晶圓；圖9說明帶有在載體上的間隙開放位置之矩形重組晶圓；圖10說明帶有在載體上的間隙開放位置之另一個矩形重組晶圓；圖11說明帶有在載體上的間隙開放位置之另一個矩形重組晶圓；以及圖12說明帶有在載體上的間隙開放位置之另一個矩形重組晶圓。
本發明被描述在參照附圖的以下描述的一個或多個實施例中，其中相似的數位表示相同或相似的元件。雖然本發明被以用於實現本發明的目標的最佳模式方式來描述，但是熟知本領域的技術人士會了解它意圖覆蓋替換、修改和等同物，如可以被包括藉由下述公開內容和附圖所支持之所附的申請專利範圍書和它們的均等物所定義的本發明的精神和範圍內。
半導體裝置使用兩個複雜製造製程而一般地製造：前端製造和後端製造。前端製造涉及複數個晶粒在半導體晶圓的表面上形成。在晶 圓上的每個晶粒包含被動和主動電氣構件，其被電連接以形成功能電路。諸如電晶體和二極體的主動電子構件具有控制電流的流動的能力。諸如電容器、電感器和電阻器的被動電子構件創建在電壓和電流需要之間的關係來執行電路功能。
主動和被動構件是藉由包括摻雜、沉積、光微影、蝕刻和平坦化的一系列的製程步驟而形成在半導體晶圓的表面上方。摻雜通過諸如離子佈植或熱擴散技術而將雜質引入至半導體材料。摻雜製程藉由響應於電場或基極電流來動態地改變半導體材料導電率而修改在主動裝置中的半導體材料的導電性。電晶體含有視需求配置的不同類型的區域和摻雜程度，使得電晶體促進或限制電場或基極電流的應用之上的電流流動。
主動和被動構件藉由具有不同的電特性的材料的層所形成。所述層可以藉由透過將沉積的材料種類部分地確定不同的沉積技術來形成。例如，薄膜沉積可以涉及化學氣相沉積(CVD)、物理氣相沉積(PVD)、電鍍和無電電鍍製程。每一層通常被圖案化以形成主動構件、被動構件或構件之間的電連接的部分。
後端製造涉及將成品晶圓切割或單一化成個別的半導體晶粒，然後用於結構支撐和環境隔離來封裝半導體晶粒。為了單一化半導體晶粒，晶圓沿著被稱為鋸切道或劃線之晶圓的非功能區域來刻痕且斷裂。晶圓使用雷射切割工具或鋸片來單一化。單一化後，個別的半導體晶粒被安裝到包括用於與其他系統構件互連的接腳或接觸襯墊之封裝基板。形成在半導體晶粒上方的接觸襯墊然後連接到封裝內的接觸襯墊。電連接可以焊料凸塊、釘頭凸塊、導電膏或引線接合來進行。囊封體或其它模塑材料 沉積在封裝上方以提供物理支撐和電絕緣。成品封裝然後被插入至電氣系統，並且半導體裝置的功能被提供給其它系統構件。
圖1說明了具有晶粒載體基板或印刷電路板(PCB)52的電子裝置50，其中晶粒載體基板或印刷電路板(PCB)52具有複數個半導體封裝安裝在其表面上。電子裝置50可以具有一種類型的半導體封裝或者多種類型的半導體封裝，這取決於應用。用於說明的目的，不同類型的半導體封裝顯示於圖1。
電子裝置50可以是使用半導體封裝以執行一個或多個電子功能的獨立系統。另外，電子裝置50可以是一個更大的系統的子組件。例如，電子裝置50可以是蜂窩式電話(cellular phone)、個人數位助理(PDA)、數位視訊攝影機(digital video camera，DVC)或其他電子通信裝置的一部分。可替換地，電子裝置50可以是圖形卡、網絡介面卡或可以被插入到電腦中的其它信號處理卡。半導體封裝可以包括微處理器、記憶體、特定應用積體電路(ASIC)、邏輯電路、類比電路、射頻(RF)電路、分立裝置或其它半導體晶片或電子元件。小型化和輕量化是被市場所接受的產品必不可少的。半導體裝置之間的距離可以減小，實現更高的密度。
在圖1，PCB 52提供了用於結構上支撐和安裝在PCB上的半導體封裝的電性互連的通用基板。導電信號跡線54使用蒸發、電解電鍍、無電電鍍、網板印刷或其它合適的金屬沉積製程而形成在PCB 52的表面上或層內。信號跡線54提供用於在每個半導體封裝、安裝構件和其他外部系統構件之間的電性通訊。跡線54也提供電源和接地連接給各個半導體封裝。
在一些實施例中，半導體裝置具有兩個封裝等級。第一級封 裝是用於將半導體晶粒機械和電性附接到中間載體的技術。第二級封裝包括將中間載體機械和電性附接到PCB。在其他實施例中，半導體裝置可以僅具有第一級封裝，其中所述晶粒是機械地和直接電性安裝到PCB。
為了說明的目的，包括接合線封裝56和覆晶晶粒58之多種類型的第一級封裝顯示在PCB 52上。此外，包括球柵陣列(ball grid array，BGA)60、凸塊晶片載體(bump chip carrier，BCC)62、雙列直插式封裝(dual in-line package，DIP)64、平面網格陣列(land grid array，LGA)66、多晶片模組(multi-chip module，MCM)68、四方形扁平無引腳封裝(quad flat non-leaded package，QFN)70和四方形扁平封裝72之多種類型的第二級封裝顯示安裝在印刷電路板PCB 52上。根據系統的要求，半導體封裝的任意組合(配置有第一和第二級封裝樣式的任意組合以及其它電子組件)可以被連接到PCB52。在一些實施例中，電子裝置50包括單一附接的半導體封裝，而其他實施例中要求為多個相互連接的封裝。通過在單一基板上方結合一個或多個半導體封裝，製造商可以將預先製作的組件集成到電子裝置和系統。因為半導體封裝包括複雜的功能，所以電子裝置可以使用較少的昂貴組件和簡化的製造製程來製造。所得到的裝置是不容易失敗且具有更便宜的製造，導致對於消費者來說較低的成本。
圖2a-2c說明了示例性半導體封裝。圖2a說明了安裝在PCB 52的DIP 64的進一步詳細說明。半導體晶粒74包括主動區域，其含有類比或數位電路以實現在晶粒內形成的主動裝置、被動裝置、導電層和介電層以及根據晶粒的電性設計而電性互連。例如，電路可以包括一個或多個電晶體、二極體、電感器、電容器、電阻器和半導體晶粒74的主動區域內形成的其 它電路元件。接觸襯墊76為一層或多層導電材料所製成，例如鋁(Al)、銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)、金(Au)或銀(Ag)，並且電性連接到半導體晶粒74內所形成的電路元件。在DIP 64的組裝期間，半導體晶粒74使用金矽共晶層或例如熱環氧樹脂或環氧樹脂的黏著材料安裝到中間載體78。封裝體包括：絕緣封裝材料，諸如聚合物或陶瓷。導體引線80和接合線82提供半導體晶粒74和PCB 52之間的電性互連。囊封體84沉積在用於環境保護的封裝上方以防止水氣和顆粒進入封裝和污染半導體晶粒74或接合線82。
圖2b顯示了安裝在PCB 52上的BCC 62的進一步的細節。半導體晶粒88使用底部填充或環氧樹脂黏著材料92而被安裝在載體90上。接合線94提供接觸襯墊96和98之間的第一級封裝互連。模塑化合物或囊封體100沉積在半導體晶粒88和接合線94上方，以提供物理支持並電性隔離裝置。接觸襯墊102使用合適的金屬沉積製程(諸如電解電鍍或無電電鍍)而形成在PCB 52的表面上方，以防止氧化。接觸襯墊102電性連接到在PCB 52中的一個或多個導電信號跡線54。凸塊104形成在BCC 62的接觸襯墊98和PCB 52的接觸襯墊102之間。
在圖2C中，半導體晶粒58安裝成朝下面向具有覆晶型第一級封裝的中間載體106。半導體晶粒58的主動區域108包含類比或數位電路，其實現為主動裝置、被動裝置、導電層以及根據晶粒的電性設計所形成的介電層。例如，電路可以包括一個或多個電晶體、二極體、電感器、電容器、電阻器和主動區域內的其它電路元件108。半導體晶粒58通過凸塊110被電性和機械地連接到載體106。
BGA 60使用凸塊112電性和機械地連接到PCB 52，其具有 BGA型第二級封裝。半導體晶粒58通過凸塊110、信號線114以及凸塊112而電連接到PCB52中的導電信號跡線54。模塑化合物或囊封體116沉積在半導體晶粒58和載體106上方以提供用於裝置的物理支持和電性隔離。在覆晶晶粒半導體裝置提供從半導體晶粒58上的主動裝置至PCB 52上的傳導軌道的短的電性傳導路徑，以減少信號傳播距離、低電容並且提高整個電路性能。在另一個實施例中，半導體晶粒58可以使用覆晶型第一級封裝而未有中間載體106而直接機械地和電性連接到PCB 52。
圖3a說明具有基底基板材料122的半導體晶片120，例如矽、鍺、砷化鎵、磷化銦或碳化矽，用於提供結構上支撐。複數個半導體晶粒或構件124被形成在藉由非主動狀態、晶粒間的晶片區或鋸切道126所分離的晶圓120上，如上所述。鋸切道126提供切割區以單一化半導體晶片120為單獨的半導體晶粒124。在一個實施例中，半導體晶圓120具有200-300毫米(mm)的寬度或直徑。在另一個實施例中，半導體晶圓120具有100-450毫米的寬度或直徑。
圖3b說明半導體晶圓120的一部分的橫截面視圖。每個半導體晶粒124具有背面或非主動表面128和主動表面130，其包含類比或數位電路，其實現為在晶粒內形成的主動裝置、被動裝置、導電層和介電層和根據晶粒的電性設計和功能而電性互連。例如，電路可以包括一個或多個電晶體、二極體以及形成在主動表面130內的其它電路元件，以實現類比電路或數位電路，諸如數位信號處理器(DSP)、ASIC、記憶體或其它信號處理電路。半導體晶粒124也可包含積體被動裝置(IPD)，諸如電感器、電容器和電阻器，用於RF信號的處理。
導電層132採用PVD、CVD、電解電鍍、無電電鍍製程或其它合適的金屬沉積製程而被形成在主動表面130上方。導電層132可以是一層或多層鋁、銅、錫、鎳、金、銀或其它合適的導電材料。導電層132作為接觸襯墊來操作以電連接到主動表面130上的電路。導電層132可以被形成為接觸襯墊，其從半導體晶粒124的邊緣的第一距離並排佈置，如圖3b所示。可選擇地，導電層132可以被形成為在多個列中偏移的接觸襯墊，使得接觸襯墊的第一列被設置在從晶粒的邊緣的第一距離，並且與第一列交替的接觸襯墊的第二列是設置在從晶粒的邊緣的第二距離。
半導體晶圓120經歷作為質量控制製程的一部分的電子測試和檢查。人工視覺檢查和自動光學系統被用於對半導體晶圓120進行檢查。軟件可以使用在半導體晶圓120的自動光學分析。視覺檢查方法可以使用諸如掃描電子顯微鏡、高強度或超紫外光或金屬顯微鏡之設備。半導體晶圓120針對結構特徵而檢查，包括翹曲、厚度變化、表面顆粒、凹凸、裂縫、剝離和變色。
在半導體晶粒124內的主動和被動裝置在針對電性性能和電路功能的晶圓級進行測試。每個半導體晶粒124使用探針或其他測試裝置來測試功能和電性參數。探針用於使在每個半導體晶粒124上的節點或接觸襯墊132電性接觸並且提供電刺激至接觸襯墊。半導體晶粒124響應於電刺激，其經測量和與期望響應比較，以測試所述半導體晶粒的功能。電性測試可以包括電路功能、引線完整性、電阻、連續性、可靠性、接面深度、靜電放電(ESD)、射頻(RF)性能；驅動電流、閾值電流、漏電流和特定於構件類型的操作參數。半導體晶圓120的檢查和電氣測試使得通過且被指定為 已知良好晶粒(KGD)的半導體晶粒124用於半導體封裝。
在圖3c中，半導體晶圓120使用鋸片或雷射切削工具134通過鋸切道126而被單一化成個別的半導體晶粒124。個別的半導體晶粒124可以針對KGD交單一化的識別而檢查和電性測試。
相對於圖1和圖2a-2c所示，圖4a-4h說明了藉由保留臨時載體的開放區域而不含半導體晶粒而形成具有減小翹曲的再重組晶圓的製程。圖4a說明了含有犧牲基底材料的載體或臨時基板140的一部分的橫截面視圖，諸如矽、聚合物、鈹氧化物、玻璃或其它合適的用於結構支撐的低成本剛性材料。箔層142被層壓到載體140。箔層142可以是銅或其他加強材料，以減少翹曲的效果。可選地，界面層或雙面膠帶142被形成在載體140之上以作為臨時黏著接合膜、蝕刻停止層或熱剝離層。
載體140可以是圓形或矩形的面板(大於300毫米)，其具有用於多個半導體晶粒124的容量。載體140可以具有比半導體晶圓120的表面區還較大的表面面積。較大的載體降低了半導體封裝的製造成本，隨著多個半導體晶粒可被處理在較大載體上時，從而降低單位成本。半導體封裝和加工設備針對將被處理的晶圓或載體的尺寸而被設計和構造成。
為了進一步降低製造成本，載體140的尺寸為半導體晶粒124的尺寸或半導體晶圓120的尺寸之獨立選擇的。即，載體140的大小具有固定或標準化的尺寸，它可以容納從一個或多個半導體晶片120單一化的各種尺寸的半導體晶粒124。在一個實施例中，載體140是直徑為330mm的圓形。在另一個實施例中，載體140是矩形，其具有560毫米的寬度和600毫米的長度。半導體晶粒124可以具有10毫米乘以10毫米的尺寸，其被放置在標準化的載 體140上。可選地，半導體晶粒124可以具有20毫米乘以20毫米的尺寸，其被放置在相同標準化的載體140上。相應地，標準化的載體140可以處理任何大小的半導體晶粒124，其允許隨後的半導體加工設備進行標準化至共同的載體，即獨立的晶粒尺寸或接踵而來的晶圓尺寸。半導體封裝設備可以被設計和配置針對使用一組通用的加工工具、設備和材料清單的標準化的載體，來處理來自任何傳入的晶圓尺寸的任何半導體晶粒尺寸。共用或標準化的載體140藉由減少或省去了基於晶粒尺寸或傳入的晶圓尺寸的專門半導體加工處理生產線之所需而降低了製造成本和資本風險。通過預定載體大小以從所有的半導體晶片選擇用於任何尺寸的半導體晶粒，可撓性製造線可以被實現。
在圖4b中，從圖3c的半導體晶粒124安裝到載體140和箔層142，使用例如具有面向載體的主動表面130之拾取和放置操作。圖4c顯示半導體晶粒124，其如重組或重新配置的晶圓144安裝在載體140的箔層142。
重組晶圓144可以被加工成多種類型的半導體封裝，其包括嵌入式晶圓級球柵陣列(embedded wafer level ball grid array，eWLB)、扇入式晶圓級晶片尺寸封裝(fan-in wafer level chip scale package，WLCSP)、重組或嵌入式晶圓級晶片尺寸封裝(reconstituted or embedded wafer level chip scale package，eWLCSP)、扇出式WLCSP、覆晶封裝、三維(3D)封裝、諸如層疊封裝(package-on-package，PoP)或其它半導體封裝。重組晶圓144根據所得到的半導體封裝的規格配置。在一個實施例中，半導體晶粒124以高密度排列放置在載體140上，即，相距300微米(μm)或以下，以用於進行處理扇入式裝置。在另一個實施例中，半導體晶粒124是由50微米的距離上在載 體140上相互分離。在載體140上的半導體晶粒124之間的距離被用於以最低單位成本製造半導體封裝的優化。載體140的較大的表面面積可容納更多的半導體晶粒124並且降低製造成本，隨著每個重組晶圓144的更多的半導體晶粒124被處理。安裝到載體140的半導體晶粒124的數目可以大於從半導體晶圓120單一化的半導體晶粒124的數目。載體140和重組晶圓144提供了使用自不同尺寸的半導體晶圓120中的不同尺寸的半導體晶粒124來製造許多不同類型的半導體封裝的靈活度。
在圖4d中，囊封體或模塑化合物146被沉積在半導體晶粒124和載體140上方使用膏印刷、壓縮成型、傳遞成型、液體密封成型、真空層壓、旋轉塗覆或其它合適的塗佈器。具體地，囊封體146覆蓋導體晶粒124的四個側表面和背表面128。囊封體146可以是聚合物的複合材料，諸如環氧樹脂與填料、環氧丙烯酸酯和填料或聚合物與適當的填料。囊封體146是不導電的並且環境地保護半導體裝置免受外部元素和雜質。囊封體146還保護半導體晶粒124不由於暴露於光下而劣化。
在圖4e中，載體140和箔層142是通過化學蝕刻、機械剝離、化學機械平坦化(CMP)、機械研磨、熱烘、UV光、雷射掃描或濕式除去，以暴露主動表面130和導電層132。半導體晶粒124的背表面128以及半導體晶粒的兩側保持藉由作為保護面板的囊封體146所覆蓋，以增加產量，特別是當表面安裝半導體晶粒時。
在載體140和箔層142去除之後，由於半導體晶粒124和囊封體146的熱膨脹係數的差異，以及該囊封體的化學固化收縮的效果，重組晶圓144受到翹曲或彎曲，如圖4f所示。對於直徑為305毫米的圓形的載體140， 重組晶圓144可以表現出-2.0毫米的翹曲或彎曲。
在指出翹曲的問題後，圖6a返回到去除載體140和箔層142之前的重組晶圓144的狀態。具體地，圖6a示出了具有安裝到箔層142和載體140和藉由囊封體146所覆蓋的半導體晶粒124的圓形重組晶圓144的平面視圖，即與圖4d一致。載體140具有足夠的尺寸以容納以行和列設置在整個載體的多個半導體晶粒124。
載體140的常見佈局會建議最大量的半導體晶粒124應放置在載體140上，即，所有可用的載體空間應該加以利用。針對每個載體的晶粒最大產量，半導體晶粒的佈局應使用載體的所有可用空間。然而，為了減少重組晶圓144的翹曲，載體140的某些區域留下了開放的空間，即沒有半導體晶粒124被安裝到載體140的預定和選定區域。在圖6a的情況下，沒有半導體晶粒124被安裝到載體140的中央區域147。換句話說，然而中央區域147可以容納至少一個半導體晶粒124，載體140的中央區域是不含潛在的半導體晶粒124。圖6b示出沿著圖6a的線段6b-6b截取的重組晶圓144的截面視圖，其中該重組晶圓沒有安裝在載體140的中央區域147的半導體晶粒124。
在另一實施例中，圖7a說明了在除去具有安裝到箔層142和載體140並且藉由囊封體146所覆蓋的半導體晶粒124之載體140之前的圓形重組晶圓144的平面視圖。為了減少在去除載體140之後的重組晶圓144的翹曲，中央區域148保留了開放的空間，也就是說，沒有半導體晶粒124安裝到載體140的中央區域148。然而中心區域148可以容納在可用空間的一個或多個部分的列和行的多個半導體晶粒124，載體140的中央區域是不含這些潛在的半導體晶粒124。具體地，不含半導體晶粒124的區域148具有“+”的形 狀，如圖7a所示。圖7b示出了沿著圖7a的線段7b-7b所截取的重組晶圓144的截面視圖，其中該重組晶圓沒有安裝在載體140的中央區域148中的半導體晶粒124。
在另一實施例中，圖8a示出了在除去具有安裝到箔層142和載體140且藉由囊封體146所覆蓋的半導體晶粒124之載體140之前的圓形重組晶圓144的平面視圖。為了減少去除載體140後的重組晶圓144的翹曲，區域150保留了開放的空間，也就是說，沒有半導體晶粒124被安裝到載體140的區域150。然而區域150可以容納在可用空間的一個或多個部分的列和行中的多個半導體晶粒124，載體140的區域150是缺乏這些潛在的半導體晶粒124。具體地說，不含半導體晶粒124的區域150包括載體140的中央區域和在半導體晶粒124的行和列內的間隙位置，如圖8a所示。例如，在載體140中的半導體晶粒124的最左邊的行沒有開放的位置。在載體140中的半導體晶粒124的左邊數來第二行具有在上側的兩個半導體晶粒124和下側的兩個半導體晶粒124之間的一個開放間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124的左邊數來第三行具有兩個開放間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124具有在半導體晶粒124之間交替的三個開放間隙的位置。載體140中的半導體晶粒124的最右邊的行沒有開放的位置。在載體140中的半導體晶粒124的右邊數來第二行具有在上側的兩個半導體晶粒124和下側的兩個半導體晶粒124之間的一個開放間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124的右邊數來第三行具有兩個開放間隙的位置。圖8b示出了沿著圖8a線段8b-8b所截取的重組晶圓144的截面視圖，其中該重組晶圓沒有安裝在載體140的區域150中的半導體晶粒124。圖8c示出了沿著圖8a線段8c-8c所截取的重組晶圓144的截面視 圖，其中該重組晶圓沒有安裝在載體140的區域150中的半導體晶粒124。
從載體140的選定區域147-148或150的半導體晶粒124缺乏減少在載體的區域中的彎曲應力。藉由保留沒有半導體晶粒124的載體140的選定區域147-148或150，去除載體140之後的重組晶圓144上的半導體晶粒124的熱膨脹係數和囊封體146的熱膨脹係數之間的任何不匹配的翹曲效應被降低。在圓形的載體140的情況下，減少在載體140的中央區域147-148或區域150中的半導體晶粒124具有在平面外(out-of-plane)的變形上顯著地效果。如果在中央區域147-148或區域150中沒有半導體晶粒124，熱膨脹係數失配和模數隨著撓曲點是從載體的中央偏移而減少。任何在載體140的周邊區域的翹曲會在除去載體之後而支配。保護圍繞載體140的周邊的半導體晶粒124可幫助保持結構剛性，以便於處理。可替換地，用於結構剛性和容易處理，非功能性虛設晶粒或其他加勁支撐部件被佈置以圍繞載體140的周邊。
半導體晶粒124缺失的載體140的區域147-148或150的數量和位置是載體的大小和形狀的函數。對於直徑305毫米的圓形載體140，給予五到十個半導體晶粒124的缺乏以形成“+”形狀的區域148，後方載體拆除翹曲在14×14 eWLB封裝中降低約-1.4毫米。翹曲的減少增加了通過隨後的製造過程的產量，例如，圖4g的互連結構的形成，而不顯著損失整體良率，即使每個載體140上有較少的半導體晶粒124的給定事實。由於來自載體140的缺乏一些半導體晶粒124所致的產量損失是藉由在隨後的製造過程中形成互連結構的期間半導體晶粒的低故障率而部分減輕。
另外，由於中央區域147-148或區域150沒有半導體晶粒124減少了重組晶圓144的剛度。根據裝置的結構，某些重組晶圓顯示出翹曲的 突然變化，例如，直接從-2.0毫米到+2.0毫米。通過從中央區域147-148或區域150選擇性去除半導體晶粒124，重組晶圓144緩和並且翹曲可以調整到可接受的範圍。
圖9示出了在去除具有安裝到箔層142和載體140並且藉由囊封體146所覆蓋的半導體晶粒124之載體140之前矩形的重組晶圓144的平面視圖。為了減少去除載體140之後的重組晶圓144的翹曲，區域152保留開放的空間，也就是說，沒有半導體晶粒124被安裝到載體140的區域152。然而區域152可以容納在可用空間的一個或多個部分的列和行中的多個半導體晶粒124，載體140的區域152缺乏這些潛在的半導體晶粒124。具體地說，缺乏半導體晶粒124的區域152包括載體140的中央區域和在半導體晶粒124的行和列內間隙的位置，如圖9所示。在載體140中的半導體晶粒124的最左邊的行沒有開放的位置。在載體140中的半導體晶粒124的左邊數來第二行具有兩個開放間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124的左邊數來第三行具有一個開放間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124的中央行具有三個開放且一致的間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124的最右邊的行沒有開放的位置。在載體140中的半導體晶粒124的右邊數來第二行具有兩個開放間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124的右邊數來第三行具有一個開放間隙的位置。
圖10示出了在去除具有安裝到箔層142和載體140並且藉由囊封體146所覆蓋的半導體晶粒124之載體140之前另一個矩形的重組晶圓144的平面視圖。為了減少去除載體140之後的重組晶圓144的翹曲，區域154保留開放的空間，也就是說，沒有半導體晶粒124被安裝到載體140的區域 154。然而區域154可以容納在可用空間的一個或多個部分的列和行中的多個半導體晶粒124，載體140的區域154缺乏這些潛在的半導體晶粒124。具體地說，缺乏半導體晶粒124的區域154包括載體140的中央區域和在半導體晶粒124的行和列內間隙的位置，如圖10所示。在載體140中的半導體晶粒124的最左邊的行沒有開放的位置。在載體140中的半導體晶粒124的左邊數來第二行具有兩個開放間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124的左邊數來第三行具有兩個開放間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124的中央行具有一個開放間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124的最右邊的行沒有開放的位置。在載體140中的半導體晶粒124的右邊數來第二行具有兩個開放間隙的位置。在載體140中的半導體晶粒124的右邊數來第三行具有兩個開放間隙的位置。
圖11示出了在去除具有安裝到箔層142和載體140並且藉由囊封體146所覆蓋的半導體晶粒124之載體140之前另一個矩形的重組晶圓144的平面視圖。為了減少去除載體140之後的重組晶圓144的翹曲，區域156保留開放的空間，也就是說，沒有半導體晶粒124被安裝到載體140的區域156。然而區域156可以容納在可用空間的一個或多個部分的列和行中的多個半導體晶粒124，載體140的區域156缺乏這些潛在的半導體晶粒124。具體地說，缺乏半導體晶粒124的區域156包括載體140的中央區域和在半導體晶粒124的行和列內間隙的位置，如圖11所示。
圖12示出了在去除具有安裝到箔層142和載體140並且藉由囊封體146所覆蓋的半導體晶粒124之載體140之前另一個矩形的重組晶圓144的平面視圖。為了減少去除載體140之後的重組晶圓144的翹曲，區域158 保留開放的空間，也就是說，沒有半導體晶粒124被安裝到載體140的區域158。然而區域158可以容納在可用空間的一個或多個部分的列和行中的多個半導體晶粒124，載體140的區域158缺乏這些潛在的半導體晶粒124。具體地說，缺乏半導體晶粒124的區域158包括載體140的中央區域和在半導體晶粒124的行和列內間隙的位置，如圖12所示。
從在圖9-12中的載體140的選定區域152-158的半導體晶粒124缺乏減少在載體的區域中的彎曲應力。藉由保留沒有半導體晶粒124的載體140的選定區域152-158，去除載體140之後的重組晶圓144上的半導體晶粒124的熱膨脹係數和囊封體146的熱膨脹係數之間的任何不匹配的翹曲效應被降低。在矩形的載體140的情況下，減少在載體140的區域152-158中的半導體晶粒124具有在平面外的變形上顯著地效果。如果在152-158中沒有半導體晶粒124，熱膨脹係數失配和模數隨著撓曲點是從載體的中央偏移而減少。任何在載體140的周邊區域的翹曲會在除去載體之後而支配。保護圍繞載體140的周邊的半導體晶粒124可幫助保持結構剛性，以便於處理。
翹曲的減少增加了通過隨後的製造過程的產量，例如，圖4g的互連結構的形成，而不顯著損失整體良率，即使每個載體140上有較少的半導體晶粒124的給定事實。由於來自載體140的缺乏一些半導體晶粒124所致的產量損失是藉由在隨後的製造過程中形成互連結構的期間半導體晶粒的低故障率而部分減輕。
另外，由於區域152-158沒有半導體晶粒124減少了重組晶圓144的剛度。根據裝置的結構，某些重組晶圓顯示出翹曲的突然變化，例如，直接從-2.0毫米到+2.0毫米。通過從區域152-158選擇性去除半導體晶粒124， 重組晶圓144鬆弛並且翹曲可以調整到可接受的範圍。
去除載體140之後再次返回到圖4g，建立互連結構160形成在半導體晶粒124和囊封體146上方。建立互連結構160包括使用圖案化和例如濺射、電解電鍍或無電電鍍的金屬沉積製程所形成的導電層或再分佈層(RDL)162。導電層162可以是鋁、銅、錫、鎳、金、銀或其它合適的導電材料所製成的一個或多個層。導電層162的一部分被電連接到導電層132。取決於半導體晶粒124的設計和功能，導電層162的其他部分可以是電共用或電隔離。
絕緣或鈍化層164使用PVD、CVD、印刷、層壓、旋轉塗覆、噴塗、燒結或熱氧化而形成在導電層162周圍和之間。絕緣層164包含二氧化矽(SiO2)、氮化矽(Si3N4)、氮氧化矽(SiON)、五氧化二鉭(Ta2O5)、氧化鋁(Al2O3)或具有類似的絕緣特性和結構特性的其他材料中的一個或多個層。絕緣層164的一部分通過蝕刻製程或雷射方向燒蝕(LDA)除去，以暴露導電層162。
導電性凸塊材料使用蒸發、電解電鍍、無電電鍍、落球或網板印刷製程來沉積在導電層162上方。凸塊的材料可以是Al、Sn、Ni、Au、Ag、Pb、Bi、Cu、焊料和它們的組合以及可選的焊劑溶液。例如，凸塊材料可以是共晶錫/鉛、高鉛焊料或無鉛焊料。凸塊材料是使用合適的連接或接合製程而接合到導電層162。在一個實施例中，凸塊材料是通過將材料加熱到其熔點以上來回焊，以形成球或凸塊166。在某些應用中，凸塊166被兩次回焊，以提高至導電層162的電接觸。在一個實施例中，凸塊166形成在凸塊下金屬化(UBM)層上方。凸塊166也可以是壓接或熱壓接合至導電層 162。凸塊166代表一種類型的互連結構，其可以形成在導電層162上方。互連結構還可以使用接合線、導電膏、立柱凸塊、微凸塊或其他電氣互連。
在圖4h中，半導體晶粒124通過囊封體146以鋸片或雷射切割工具168來單片化成個別的eWLB 170。圖5顯示在單一化之後的eWLB 170。半導體晶粒124電連接到導電層162及凸塊166以用於外部互連。eWLB 170可以在單一化之前或之後進行電氣測試。來自載體140的選定區域的半導體晶粒124的缺乏降低了載體在該區域中的彎曲應力。通過保留不含半導體晶粒124的載體140的選定區域，在去除載體140之後的重組晶圓144上的半導體晶粒124的熱膨脹係數和囊封體146的熱膨脹係數之間的任何不匹配的翹曲效應被減小。翹曲的減少增加了通過隨後的製造過程使用標準的半導體製程工具的產量，而不顯著損失整體良率，即使每個載體140上有較少的半導體晶粒124的給定事實。
雖然本發明的一個或多個實施例已進行了詳細說明，但是本領域技術人將了解可以對這些實施例進行調整和修改而不脫離如在下面申請專利範圍書中闡述的本發明的精神和範疇。
124‧‧‧半導體晶粒
140‧‧‧載體
142‧‧‧箔層
144‧‧‧重組晶圓
146‧‧‧囊封體
148‧‧‧中央區域

Claims (15)

  1. 一種製造半導體裝置的方法，包括：提供複數個半導體晶粒；提供基板；將所述半導體晶粒設置在所述基板的一部分上方，同時留下所述基板的不含所述半導體晶粒的一預定區域；以及將囊封體沉積在所述半導體晶粒和所述基板上方。
  2. 如申請專利範圍第1項的方法，其中所述基板的不含所述半導體晶粒的所述預定區域包括所述基板的中心區域。
  3. 如申請專利範圍第1項的方法，其中所述基板的不含所述半導體晶粒的所述預定區域包括在所述半導體晶粒之間的間隙位置。
  4. 如申請專利範圍第1項的方法，進一步包括將一硬化層設置在所述基板上方。
  5. 如申請專利範圍第1項的方法，進一步包括：移除所述基板；以及形成互連結構在所述半導體晶粒上方。
  6. 一種製造半導體裝置的方法，包括：提供複數個半導體晶粒；提供基板；將所述半導體晶粒設置在所述基板的一部分上方，同時留下所述基板的一開放區域；以及將囊封體沉積在所述半導體晶粒和所述基板上方。
  7. 如申請專利範圍第6項的方法，其中所述基板的所述開放區域包括所述基板的中央區域。
  8. 如申請專利範圍第6項的方法，其中所述基板的所述開放區域包括在所述半導體晶粒之間的間隙位置。
  9. 如申請專利範圍第6項的方法，進一步包括將硬化層設置在所述基板上方。
  10. 如申請專利範圍第6項的方法，進一步包括將所述半導體晶粒設置成圍繞所述基板的周圍。
  11. 如申請專利範圍第6項的方法，進一步包括：移除所述基板；以及形成互連結構在所述半導體晶粒上方。
  12. 一種半導體裝置，包括：基板；複數個半導體晶粒，其設置在所述基板的一部分上方，同時留下所述基板的不含所述半導體晶粒的一預定區域；以及囊封體，其沉積在所述半導體晶粒和所述基板上方。
  13. 如申請專利範圍第12項的半導體裝置，其中所述基板的不含所述半導體晶粒的所述預定區域包括所述基板的中央區域。
  14. 如申請專利範圍第12項的半導體裝置，其中所述基板的不含所述半導體晶粒的所述預定區域包括在所述半導體晶粒之間的間隙位置。
  15. 如申請專利範圍第12項的半導體裝置，進一步包括設置在所述基板上方的硬化層。
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