586169 玖、發明說明 (>月說明應敘明.發明所屬之技術領域、先前技術、内容、實施方式及圖式簡單說明） 【明^^ 屬 -ϋ. 】 相關申請案的交叉參考 本申請案係請求2001年1月22曰申請的美國臨時專利 5申請案60/351，587號之申請曰期的利益，此美國臨時專利 申μ案以引用方式整體併入本文中。 本發明係主要關於一種含具有側向電氣連接之半導體 晶粒的半導體晶粒封裝體。 Γ ^ 10 發明背景 具有數種半導體晶粒封裝體，半導體晶粒封裝體的 一範例中，一半導體晶粒以導線安裝至一導線架，利用 線將半導體晶㈣合至導線’線、半導體晶粒及大部份 的導線架（不含往外延伸的導線）隨後係以一模製材料加 15以包封，模製材料隨後受到定型，成形的半導體元件封 裝體係包括一模製體部，模製體部具有橫向延伸遠離模 製體部之導線，半導體晶粒封裝體隨後安裝至一電路板 上。 此等半導體晶粒封裳體雖然有效，仍可加以改良，譬 士由灰肩費性電子產品(譬如行動電話、膝上型電腦等 不斷縮小尺寸，益加需要降低電子元件厚度並提高元件密 度。此外，亦需要改良習知半導體晶粒封裳體的散熱性i ，晶片的散熱-直是半導體封襄領域的問題，其他需解決 的問題係包括降低電路板上的組件之“接通電阻（RDS吨， 5 586169 玖、發明說明 以及降低電路板上的組件之足跡面積，對於此等組件的足 跡面積而言，在上述模製封裝體範例中，橫向延伸遠離模 製體部之導線係增大封裝體的足跡面積，希望能夠降低此 等組件的足跡面積藉以將更多組件放置在一電路板上。孽 5如對於包括含有一功率MOSFET的半導體晶粒而言，其中 功率MOSFET包括-源區、-閘區及_汲區，希望最終達 成約1:1的晶片：封裝體尺寸比而不降低半導體晶粒中的有 效源極面積。 本發明的實施例係各別地及共同地解決上述與其他問題。 10 【明内溶L】 發明概要 本發明的實施例係有關於半導體晶粒封裝體。 本發明的一實施例係針對一種包含以下步驟之方法·· ⑷形成-半導體晶圓’其包含由切割道所界定的複數個半 15導體晶粒；⑻在切割道附近於半導體晶圓中形成複數個腔 體；（C)沿切割道分割晶圓以分離半導體晶粒，其中各個分 離的半導體晶粒係包含一垂直電晶體且包括位於半導體晶 粒的一邊緣上之至少一凹部。 本發明另-實施例係針對一種半導體晶粒封裝體，此 2〇半導體晶粒封裝體包含:⑷一電路基材，其包括一傳導區 ;⑻-半導體晶粒，其位於電路基材上，其中半導體晶粒 包含-垂直電晶體且包括一邊緣及位於邊緣上的一凹部； 及⑷一焊料接合部’其經由凹部來耗合半導體晶粒及傳導區。 下文進m細描述本發明之上述及其他實施例。 6 586169 玖、發明說明 圖式簡單說明 第1(a)圖顯示一半導體晶圓的背側之示意平面圖； 第1(b)圖顯示在第i⑷圖所示的半導體晶圓背側所界 定之汲極連接部位； 5 第1(C)圖顯示在第〗（b)圖所示的半導體晶圓背側所界 疋之及極連接部位經過進一步加工後之情形； 第1(d)圖顯示一半導體晶粒背側之經噴濺可焊式背金屬； 第1 (e)及1 (f)圖顯示半導體晶粒的側視圖； 第1(g)圖顯示一經凸製的半導體晶粒前側之立體圖； 1〇 第1(h)圖顯示第Hg)圖所示沿線A1-A1所取之經凸製晶 粒的一部份； 第2(a)圖顯示一半導體晶圓中之一陣列的經凸製半導 月豆晶粒之平面圖； 第2(b)圖顯示晶片盤上分割後之複數個經凸製的半導 15 體晶粒之立體圖； 第3(a)圖顯示一陣列的經凸製半導體晶粒之平面圖； 第3(b)圖顯示晶片盤上分割後之一陣列的經凸製半導 體晶粒之平面圖； 第3(〇-3(f)圖顯示一陣列的半導體晶粒在裝設散熱器 20 時之情形； 第3(g)-3(j)圖顯示具有一散熱器之一半導體晶粒的不 同圖式； 第3(k)圖顯示第3(h)圖所示沿線A2-A2所取的半導體晶 粒之一部份的剖視圖； 7 586169 玖、發明說明 第4⑷-4⑷圖顯示—半導體晶粒安楚在一電路基材上 時之情形； 第4⑷圖為-電路基材上之一半導體晶粒的平面圖； 弟4(f)-4(h)圖顯示—經凸製半導體晶粒的一部份安裝 在一電路基材上時之剖視圖； 第5(a)-5(b)圖顯示_雷政其士 電路基材上之一半導體晶粒在安 裝後及重流後的立體圖； 第5(〇-5⑷圖顯示—半導體晶粒的—部份安裝在—電 路基材上時之側剖視圖； 10 第6⑷-6(b)圖顯示一半導體晶粒的一部份安裝在一電 路基材上時之側剖視圖； 以⑷圖顯示—半導體晶粒之-角落區的-放大部份； 弟6(d)圖顯示位於一雷收苴4 ^電路基材上之一半導體晶粒的平 面圖。 15 第⑷6(d)圖中類似的編號代表類似的元件。 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明 20 本發明的實施例中，數個汲極部位連接係在切割道附 近形成於-半導體晶圓的背側，切割道界定半導體晶片中 之半導體晶粒的邊界。在較佳實施例中，沒極部位連接係 為形成於半導體晶片背側之圓錐形腔體（譬如雉蝶），腔體 可能部份地或完全地延伸通過半導體晶圓，可選擇各圓工錐且 ㈣體的輪磨以經由毛細作用盡量加大一焊料接合部的形 成構造’具有許多種不同的封裝組態，但對於各此等組態 8 玖、發明說明 之取、、“及極連接可在半導體晶粒安裝至一電路基材的期間 4生亦在板女裝程序的期間將源及閘凸塊焊接在其位於 電路基材上之各別岸面上。 士此處所使用，半導體晶粒封裝體可包括安裝至任何 適田尺寸的任何適當基材之任何適當數量的半導體晶粒， 本發明的實施例較佳係為其中半導體晶粒封裝體的尺寸接 近半導體晶粒本身的尺寸之‘‘晶片尺寸封裝體”。 2發明的實施例具有數項優點，第―，本發明的實施 例在每單位足跡面積中具有高的RDSf第二，本發明的 實施例中，經由圓錐形汲極連接在晶粒周邊盡量加大汲極 接觸藉以增強半導體晶粒封裝體的熱效能；第三，半導體 晶粒可能在其背部附接有散熱器，散熱器可能為銅丸塊的 开以’使用大約4密耳厚的半導體晶粒（具有背側溝槽）時， 藉由在I導體晶粒背部出現一銅丸塊係為一種實際的方 式；第四’本發明的實施例中’ 一半導體晶粒中的一 MOSFET的源區係直接連接至一電路板上的一源極接觸部 ’這將盡量增大前往M0SFET的源電流並降低m〇sfet的 接通電阻（RDS〇n);第五’半導體晶粒封裝體令的谭料接 觸部跨過閘、源及汲極而具有高的總剖面積，故本發明實 施例可使用於高電流應用；第六’本發明的實施例中，位 於半導體晶粒邊緣之凹部係促進焊料的毛細流動以大致自 動地形成谭料接合部，焊料接合部的形成係具有可重覆性 與精確性。 本發明的實施例中，形成一種包含由切割道所界定的 坎、發明說明 硬數個半導體晶粒之半導體晶圓，㈣，複數個腔體在切 割道附近形成於半導體晶圓巾，晶圓隨後沿著切割道分割 乂刀雖半導體晶粒，各個經分割及分離的半導體晶粒係包 括位於半導體晶粒的—邊緣上之至少—凹部。部份實施例 中，各邊緣可包括-或多個凹部，#如，—半導體晶粒的 所有四個邊緣在部份實施例中可能包括至少一凹部。 半導體晶粒可包括垂直功率電晶體，垂直功率電晶體 係包括VDM0S電晶體及垂直雙載子功率電晶體，侧二 電晶體為-種具有擴散形成的兩或更多個半導體區之 10 15 MOSFET(金屬氧化物半導體場效電晶體） 其具有一源區 汲區及一閘。此元件由於源區及汲區位於半導體晶粒 的相對表面上而為垂直，閘可能為—溝道式閘結構或一平 面式閘結構並形成於與源區相同的表面上。操作期間，在 - VDMOSS件中從源區至汲區的電流流動係大致垂直於 晶粒表面。其他實施例中，半導體晶粒中的電晶體可為雙 載子電晶冑，此等實施例中，半導體晶粒的一側可具有一 射極區及一基極區，晶粒的另一側可具有一集極區。 第1(a)圖顯示一半導體晶圓2〇的背側且在其中形成有 複數個半導體晶粒24，半導體晶粒24係由切割道22所界定 2〇 ，半導體晶圓20可能包括如矽與砷化鎵等任何適當的半導 體材料，半導體晶圓20背側可對應於半導體晶粒24中之 MOSFET的沒區。 如第1(b)圖所示，複數個腔體28在切割道22附近形成 於半導體晶圓20中，各腔體28可部份地延伸通過半導體晶 10 586169 玖、發明說明 圓20或兀王地延伸通過半導體晶圓⑼，各腔體邮可為圓 錐φ而以圓錐$腔體的較大部份緊鄰晶圓別背側且以圓錐 形腔體的較窄部份緊鄰晶圓2〇前側。 可以任何適當的方式形成任何數量的腔體28，譬如可 5由微影及姓刻程序形成複數個腔體^，微影及姓刻程序為 此技藝所熟知，可利用濕㈣或乾韻刻形成腔體Μ。另一 範例中，可利用雷射餘刻或水喷注㈣程序形成複數個腔 體28。 第1(c)圖顯示半導體晶圓2〇背側在額外處理後之示意 1〇圖，可進行的額外處理步驟係包括將半導體晶圓加以背; 磨乂及進行系、列的應力減輕姓刻程序，亦可進行一背金 屬化程序。 在一 S金屬化程序中，金屬沉積在半導體晶圓的背側 上，在此程序期間，金屬亦可在複數個腔體28中塗覆於腔 15體内壁與底部，可利用各種不同程序將金屬沉積在半導體 晶圓20背側上，示範性程序包括噴錢、離子輔助式沉積及 氣相沉積，背金屬化程序期間所沉積的金屬較佳可由焊料 沾濕，示範性背金屬化金屬係包括鋁、銅、鎳、鎢等。 在將半導體晶圓20背金屬化之後，可將半導體晶圓分 2〇剎以使各別的半導體晶粒24彼此分離，可以任何適當的方 式發生分割，譬如可利用分割鋸或雷射來分割半導體晶圓 20。 曰曰 第丨（句· 1(f)圖顯示已經分割及凸製後之一半導體晶粒 24 ’第1(d)-1(f)圖顯示半導體晶粒24的後視圖且其上具有 11 586169 玖、發明說明 一經喷濺可焊接的背金屬3〇，半導體晶粒24的邊緣具有數 個凹部34且其中出現有先前形成的腔體。此範例中，每個 邊緣具有兩個凹部34，半導體晶粒24具有四個邊緣，但在 其他實施例中每個邊緣可具有較多或較少個凹部。 5 第1 (e)]⑴圖顯示位於半導體晶粒24前側上之複數個 丈干料凸塊32，焊料凸塊32可作為半導體晶粒24中的一 MOSFET所用之源及閘連接部，焊料凸塊32可在分割程序 中與其他半導體晶粒24分離前或分離後沉積在半導體晶粒 24上，其可利用包括楝放、模板列印及電鍍等任何適當的 10 焊料沉積程序加以沉積。 第1(g)圖顯示一放大及經凸製的半導體晶粒24，如第 1(g)圖所示，半導體晶粒24側邊具有數個凹部34，各凹部 34具有緊鄰半導體晶粒24背側之一較大部份及緊鄰半導體 晶粒24前側之一較小部份。如第1(g)及1(h)圖所示，凹部 15 34起自於半導體晶粒24背側、並部份地延伸通過半導體晶 粒24。其他實施例中，凹部34可完全地延伸通過半導體晶 粒24，各凹部34的深度可大於半導體晶粒的一半厚度。 各凹部34可具有供一汲極接觸使用之一雉堞狀部位且 可類似半圓錐形，各凹部34可具有足以使出現在凹部34底 2〇部的焊料在焊料重流之前接觸位於一電路基材的一傳導性 岸面上的焊料之深度藉以經過凹部34形成一側向電氣連接 。一般而言，出現在凹部34的基底34(a)之焊料（未圖示）係 將與出現在一電路基材的一傳導性岸面上的焊料形成一電 氣連接，此電氣連接可為對於半導體晶粒24背側之汲極連 12 玖、發明說明 接0 , 參照第1(h)圖，當半導體晶粒24安裝至一諸如印刷電 路板等電路基材時’凹部34提供用於焊料流動與接觸之一 部：’傾斜角(Θ)可確保在形成背金屬層3〇的期間背金屬 5將元全且均勻地覆蓋到達圓錐狀凹部的基底，適當的傾斜 2可能約為60。至約45。’低的傾斜角(譬如小於約⑼。)會使 得最後部份地形成於凹部34内側的焊料接合部與晶粒邊緣 相分隔之可能性增高，譬如第4⑻圖所示（如下述），位於 一焊料接合部68底下至少大部份的傳導區μ⑻可位於半導 1 〇體晶粒2 4周邊的外側以確保所形成的焊料接合部6 8延伸遠 離曰b粒24，可利用包括雷射蝕刻或（乾或濕）化學蝕刻等此 技藝習知的技術來形成特定的傾斜角。 晶粒邊緣及焊料接合部之介面可為應力點，與汲極接 觸重合之-電路基材（譬如電路板）上的傳導性岸面圖案配 15置較佳係可在焊料接合部與晶粒邊緣之間確保間隔。部份 形成於晶粒中而非一路通過半導體晶粒之凹部亦有助於使 焊料接合部與半導體晶粒邊緣分隔。 第2(a)-2(b)圖顯示用於形成各別晶粒上不具有散熱器 之半導體晶粒之程序。第2(a)圖顯示一未經分割的半導體 20晶圓20，此半導體晶圓20包括複數個半導體晶粒24及位於 半導體晶粒24上的複數個焊料凸塊32，此範例中，半導體 晶粒2 4在分割鈾以焊料凸製’其他實施例中，半導體晶粒 24可在分割後凸製。在分割半導體晶圓2〇以使半導體晶粒 24彼此分離之後，則如第2(b)圖所示放置在晶片盤4〇上， 13 586169 玖、發明說明 然後半導體晶粒24可作電性測試，測試過後，可將半導體 晶粒24放置在卷帶上然後捲繞在捲軸上。 可*照第3⑷-3(k)圖描述一種形成在半導體晶粒背部 上具有散熱器之半導體晶粒之程序，此等晶粒封裝體將表 5現出改良的熱效能，上述範例中，散熱器為平面性銅丸塊 的形式，但在其他實施例中可使用具有定向式散熱片的散 熱器。 第3(a)圖顯示具有分割前經凸製半導體晶粒以之一半 導體晶圓20,分割之後，如第3(b)圖所示，半導體晶粒μ 10放在晶片盤4〇中’但與第2⑻圖不同，半導體晶粒Μ放在 晶片盤40(譬如陶曼托盤）中使得其上的焊料凸塊面朝下進 入晶片盤40。如第3(c)圖所示，焊膏46可沉積在半導體晶 粒24¾側上，焊貧46可能包含Pb-Sn焊料或另一種適當的 焊接材料。然後，如第3⑷及3⑷圖所示，散熱器48附接 15至半導體晶粒24的背側然後加熱半導體晶粒24使焊膏重流 ，可使用單一裝置來進行第3(c)-3(e)圖所示的處理步驟。 部份實施例中’散熱器48可作標記以識別半導體晶粒 ，將散熱器48附接至半導體晶粒24之後，可測試半導體晶 粒，測試過後可將半導體晶粒24放置在一卷帶與捲軸上， 20第3(i)-3(h)圖以不同視圖顯示一種其上有散熱器“之半導 體晶粒24。 第3(k)圖顯示凹部34附近之一半導體晶粒的放大部份 ，凹部34具有一基底34(a)，焊料（未圖示）可出現在基底 34(a)上。 14 坎、發明說明 m4(a)-4(h)圖描述半導體晶粒之安裝方式。 弟4⑷圖顯示具有複數個傳導區64之一電路基材62， 電路基材62可為-電路板或一用於半導體晶粒之載體，電 路基材6 2可包括一或多個含有一聚合或陶曼材料之絕緣層 5，傳導區64可為諸如傳導性岸面、傳導性線等可焊金屬二 線的形式。 第4(b)圖顯示形成於傳導區64上之複數個焊料凸塊& ，複數個焊料凸塊66可由電鑛、模板、揀放、絲網印μ 方式形成。 1〇 如第4(C)圖所示，在側邊具有凹部34之半導體晶粒24 係可女I在電路基材62上，位於半導體晶粒24側邊之凹部 34係接觸位於傳導區64上的焊料凸塊66，可利用_種棟放 程序將半導體晶粒24安裝在電路基材62上，安裝之後可進 行一重流程序使焊料66重流，如第4(句及4(e)圖所示，重 机的焊料凸塊係形成至少部份地出現在凹部μ中之焊料接 合部68，這些焊料接合部68可作為對於半導體晶粒以背側 之汲極連接。 此範例中，在安裝之前，半導體晶粒24在半導體晶粒 24上不具有焊料凸塊，因此，此範例中，安裝之前，半導 20體晶粒24可視為安裝在電路基材62上的“無凸塊，，晶粒，這 比起具有凸製晶粒的情形將更容易焊接，當然在其他實施 例中，晶粒可由焊料加以凸製。 第4(f)-4(h)圖顯示一半導體晶粒24安裝在一電路基材 62上時之近視圖，電路基材62包括數個具有焊料凸塊66(&) 15 586169 玖、發明說明 、66(b)的傳導區64(a)、64(b)，焊料凸塊66(a)耦合至半導 體晶粒24上的焊料凸塊32，焊料凸塊66(b)耦合至半導體晶 粒34側邊上的凹部34。如第4(h)圖所示，重流之後形成一 焊料接合部68且使焊料接合部68的頂部接觸凹部34壁，焊 5料接合部68的基底坐接在傳導區04(b)上，此傳導區64(b) 可為一印刷電路板（PCB)的一金屬跡線。 請瞭解半導體晶粒24及其他組件為了在第4(f>4(h)圖 及其他圖中說明而具有簡化的描述，請瞭解熟悉此技藝者 可在半導體晶粒24中提供一適當的邊緣終止結構藉以電性 1〇隔離焊料凸塊32與焊料接合部68。譬如，可利用感光性 BCB(苯環丁烯）或聚醯亞胺來塗覆一晶粒的邊緣或底部藉 以電性隔離焊料凸塊32及焊料接合部68。 第5(a)及5(b)圖顯示一形成有較大焊料接合部之半導 體晶粒封裝體’ 一晶粒可以第4(a)_4⑷圖所示的方式安裝 1 5在t路基材上，然後如第5⑷圖所示，在半導體晶粒24 安裝至電路基材62之後將額外焊料86沉積在凹部34上。第 5(b)圖,.、、員示重級後之半導體晶粒封裝體，重流之後形成較 大的焊料接合部86，這些焊料接合部86將凹部耦合至電路 基材62的傳導區。 〇 如第5(C)圖所不，以前述方式處理的一焊料凸製半導 體晶粒24係安裝在一具有傳導區料⑷、64⑻的電路基材 62上’傳導區64⑷、64(b)上具有焊料凸塊66(a)、66(b)。 如第5⑷圖所示，半導體晶粒24上的焊料凸塊32係接觸傳 導區64⑷上的焊料凸塊66⑷，焊料凸塊66⑻係接觸半導 16 586169 玖、發明說明 體晶粒24邊緣上之凹部34,然後，額外的焊料⑽沉積在焊 料凸塊66(b)上以提供對於背側金屬3〇及半導體晶粒24中 MOSFET中的汲區之良好電性連接。如第5(e)圖所示，重 流之後，焊料66(b)、88形成一焊料接合部86。 5 第5(c)-5(e)圖所不的實施例中，第二焊膏列印或配送 步驟可允許對於凹部34中的金屬具有更大的汲極接觸，凹 部34中的金屬係連接至半導體晶粒24中1^〇卯£丁的汲極， 這將在重流之後導致更高且更寬的焊料接合部。 第6⑷及6⑻圖中的半導體晶粒24係具有類似第5(c)_ 1〇 5(e)圖的半導體晶粒24之安裝方式，但在第6⑷及6⑼圖中 ，一散熱為48及一焊料層46係位於半導體晶粒24上。 第6(c)圖顯不半導體晶粒24的一角落的放大圖，如圖 斤示、、、邑、、彖層92出現在半導體晶粒24的前側，絕緣層92 可包含一諸如苯環丁烯（BCB)等材料，絕緣層％可具有約8 15至約1〇微米之間的厚度，其覆蓋範圍可延伸至一半導體晶 圓中的切割道且將在重流之後接觸焊料接合部，此隔離作 用可確保不會接觸矽邊緣而造成影響焊料接合部可靠度之 應力點，第6(d)圖顯示半導體晶粒24的俯視圖。 本文所用的名δ司與表達方式僅為描述性質而#限制性 2〇質，此等名詞與表達方式無意排除所顯示與描述的特性之 均寻物或其一部份，已知可在所申請的本發明範圍内作出 口種改，並且，本發明的一或多項實施例的一或多種特 性係可與本發明的其他實施例之一或多種特性合併而不脫 離本發明之範圍。 17 586169 玖、發明說明 【圖式簡單說^明】 第1(a)圖顯示一半導體晶圓的背側之示意平面圖； 第1(b)圖顯示在第1(a)圖所示的半導體晶圓背側所界 定之汲極連接部位； 5 第1(C)圖顯示在第丨⑼圖所示的半導體晶圓背側所界 定之汲極連接部位經過進一步加工後之情形； 第1 (d)圖顯示一半導體晶粒背側之經噴減可焊式背金屬； 第He)及1(f)圖顯示半導體晶粒的側視圖； 第1 (g)圖顯示一經凸製的半導體晶粒前側之立體圖； 1〇 第1(h)圖顯示第丨（§)圖所示沿線A1-A1所取之經凸製晶 粒的一部份； 第2(a)圖顯示一半導體晶圓中之一陣列的經凸製半導 體晶粒之平面圖； 第2(b)圖顯示晶片盤上分割後之複數個經凸製的半導 15體晶粒之立體圖； 第3(a)圖顯示一陣列的經凸製半導體晶粒之平面圖； 第3(b)圖顯示晶片盤上分割後之一陣列的經凸製半導 體晶粒之平面圖； 第3(c)-3(f)圖顯示一陣列的半導體晶粒在裝設散熱器 20 時之情形； 第3(g)-3⑴圖顯示具有一散熱器之一半導體晶粒的不 同圖式； 第3(k)圖顯示第3(h)圖所示沿線A2-A2所取的半導體晶 粒之一部份的剖視圖； 18 586169 玖、發明說明 第4(a)-4(d)圖顯示_丰 +導體晶粒安裝在一電路基材上 時之情形； 第4(e)圖為一電路其士 基材上之一半導體晶粒的平面圖； 第4(f)-4(h)圖顯示_經 衣半^體晶粒的一部份安裝 在一電路基材上時之剖視圖； 弟5(a)-5(b)圖顯示一雷敗| 电路基材上之一半導體晶粒在安 裝後及重流後的立體圖； 弟5(c)-5(e)圖顯示一本墓 千导肖豆晶粒的一部份安裝在一電 路基材上時之側剖視圖； ίο 第6(a)-6(b)圖顯示一半導體晶粒的一部份安裝在一電 路基材上時之側剖視圖； 15 第6(c)圖顯示一丰導，曰 么朴 干V體日日粒之一角洛區的一放大部份 弟6(d)圖顯示位於一雷 ^電路基材上之一半導體晶粒丨 面圖。 第l(a)-6(d)圖中類似的編號代表類似的元件。 【圖式之主要元件代表符號表】 (0)…傾斜角 40…晶片盤 20…半導體晶圓 46…焊膏 22…切割道 48…散熱器 24…半導體晶粒 62…電路基材 28···腔體 64,64(a)，64(b) ···傳導區 32,66,66(a)，66(b) ···焊料凸塊 68,86···焊料接合部 34…凹部 88…焊料 34(a)…基底 92···絕緣層 19