TWI708286B - 半導體裝置及其製作方法 - Google Patents

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Abstract

本揭露提供一種半導體裝置及其製作方法。該半導體裝置包括一半導體晶圓、複數半導體晶片、以及複數第一保護壩。該半導體晶圓具有被複數垂直切割道及複數水平切割道區隔開來的複數功能區。該半導體晶片分別裝設於該等功能區。該等第一保護壩設於該等垂直切割道及該等水平切割道，且與該等半導體晶片相間隔。該第一保護壩之高度不小於該半導體晶片之高度。

Description

半導體裝置及其製作方法
本申請案主張2018/10/02申請之美國正式申請案第16/149,888號的優先權及益處，該美國正式申請案之內容以全文引用之方式併入本文中。
本揭露關於一種半導體裝置及其製作方法，特別關於一種具有複數半導體晶片之待切割的半導體晶圓及其製作方法。
半導體裝置對於許多現代的設備十分重要。隨著電子技術的進步，半導體裝置尺寸逐漸變小，但提供日益強大的功能並包括更多的積體電路。因為半導體裝置的微型化，晶圓級晶片尺寸封裝(WLCSP)廣泛用於製造上。
WLCSP係一薄型晶片封裝，形成過程無須基材或封裝材保護，因此於搬運與組裝程序時，易使晶片崩壞或破裂，進而產生可靠度的問題。
上文之「先前技術」說明僅係提供背景技術，並未承認上文之「先前技術」說明揭示本揭露之標的，不構成本揭露之先前技術，且上文之「先前技術」之任何說明均不應作為本案之任一部分。
本揭露一方面提供一種半導體裝置。該半導體裝置包括一半導體晶圓、複數半導體晶片、以及複數第一保護壩。該半導體晶圓具有被複數垂直切割道及複數水平切割道區隔開來的複數功能區。該半導體晶片分別裝設於該等功能區。該等第一保護壩設於該等垂直切割道及該等水平切割道，且與該等半導體晶片相間隔。該第一保護壩之高度不小於該半導體晶片之高度。
在一些實施例中，該半導體晶片之一側壁至該第一保護壩之一外表面的距離小於10微米，該外表面遠離該半導體晶片。
在一些實施例中，該第一保護壩之厚度實質上等於4微米。
在一些實施例中，該半導體晶片之該側壁至該第一保護壩之該外表面的距離不小於1微米。
在一些實施例中，該等第一保護壩分別圍繞該等半導體晶片。
在一些實施例中，該等第一保護壩位於該等半導體晶片之彎角處，且其中各該第一保護壩包括一垂直區段、一水平區段、以及一交叉區段；該垂直區段設於該垂直切割道，該水平區段設於該水平切割道，以及該交叉區段設於該垂直區段與該水平區段之一交叉點。
在一些實施例中，從該半導體晶圓之側視圖觀之，該垂直區段與該水平區段部分地疊設於該半導體晶片。
在一些實施例中，該垂直區段、該水平區段、與該交叉區段係一體成型。
在一些實施例中，該半導體裝置更包括複數第二保護壩，設於該等垂直切割道及該等水平切割道，且介於相鄰的二該垂直區段與相鄰的二該水平區段。
在一些實施例中，從該半導體晶圓之側視圖觀之，該第二保護壩至少部分地疊設於該半導體晶片。
在一些實施例中，從該半導體晶圓之側視圖觀之，該垂直區段與該水平區段並未疊加於該半導體晶片。
在一些實施例中，該半導體晶片之一側壁與該第二保護壩之一外表面的距離實質上小於10微米，該外表面遠離該半導體晶片。
在一些實施例中，該半導體晶片之該側壁與該第二保護壩之該外表面的距離實質上不小於1微米。
在一些實施例中，該等第二保護壩之高度不小於該等半導體晶片之高度。
在一些實施例中，該等第一保護壩之高度與該等第二保護壩之高度不同。
在一些實施例中，該等第二保護壩之厚度實質上等於4微米。
在一些實施例中，該等第一保護壩與該等第二保護壩係一體成型。
在一些實施例中，該等第一保護壩與該等第二保護壩之材料相同。
本揭露另一方面提供一種半導體裝置的製作方法。該製作方法包括提供一半導體基材，其中該半導體基材包括複數主動區域與複數 非主動區域；提供一半導體結構於該半導體基材之一上表面；形成複數開口於非主動區域內，其中該等開口與該等主動區域相間隔；以及填充一保護層於該等開口內。
在一些實施例中，填充該保護層於該等開口內之步驟包括設置該保護層於該半導體結構之上表面內與該等開口內；以及局部去除該保護層以顯露該上表面。
藉由本揭露之半導體裝置之構造，半導體晶片之彎角處或/及邊側係由第一保護壩或/及第二保護壩保護，因此於搬運與組裝之過程中半導體晶片可避免破裂。
上文已相當廣泛地概述本揭露之技術特徵及優點，俾使下文之本揭露詳細描述得以獲得較佳瞭解。構成本揭露之申請專利範圍標的之其它技術特徵及優點將描述於下文。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者應瞭解，可相當容易地利用下文揭示之概念與特定實施例可作為修改或設計其它結構或製程而實現與本揭露相同之目的。本揭露所屬技術領域中具有通常知識者亦應瞭解，這類等效建構無法脫離後附之申請專利範圍所界定之本揭露的精神和範圍。
100:半導體裝置
100A:半導體裝置
100B:半導體裝置
110:半導體晶圓
112:區域、功能區
114:垂直切割道
116:水平切割道
117:非功能區
118:表面
120:半導體晶片
120’:半導體結構
121:上表面
122:側壁
124:主動區域
126:非主動區域
130:第一保護壩
132:外表面
140:氣隙
230:第一保護壩
232:垂直區段
234:水平區段
236:交叉區段
240:氣隙
330:第一保護壩
332:垂直區段
334:水平區段
336:交叉區段
340:氣隙
350:第二保護壩
352:外表面
400:光阻層
410:光阻
420:開口
450:保護層
200:流程圖
202:步驟
204:步驟
206:步驟
208:步驟
210:步驟
212:步驟
214:步驟
H1:高度
H2:高度
Hc:高度
T1:厚度
T2:厚度
Tc:厚度
D、d:距離
W:寬度
參閱實施方式與申請專利範圍合併考量圖式時，可得以更全面了解本申請案之揭示內容，圖式中相同的元件符號係指相同的元件。
圖1為俯視圖，例示本揭露之一些實施例之待切割的半導體晶圓；圖2為俯視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置；圖3為剖面視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置；圖4為側視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置； 圖5為俯視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置；圖6為剖面視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置；圖7為側視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置；圖8為俯視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置；圖9為剖面視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置；圖10為剖面視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置；圖11為局部剖面視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置；圖12為流程圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置的製作方法；以及圖13至20為示意圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置的製作方法。
本揭露之以下說明伴隨併入且組成說明書之一部分的圖式，說明本揭露實施例，然而本揭露並不受限於該實施例。此外，以下的實施例可適當整合以下實施例以完成另一實施例。
「一實施例」、「實施例」、「例示實施例」、「其他實施例」、「另一實施例」等係指本揭露所描述之實施例可包含特定特徵、結構或是特性，然而並非每一實施例必須包含該特定特徵、結構或是特性。再者，重複使用「在實施例中」一語並非必須指相同實施例，然而可為相同實施例。
為了使得本揭露可被完全理解，以下說明提供詳細的步驟與結構。顯然，本揭露的實施不會限制該技藝中的技術人士已知的特定細節。此外，已知的結構與步驟不再詳述，以免不必要地限制本揭露。本揭 露的較佳實施例詳述如下。然而，除了實施方式之外，本揭露亦可廣泛實施於其他實施例中。本揭露的範圍不限於實施方式的內容，而是由申請專利範圍定義。
圖1為俯視圖，例示本揭露之一些實施例之待切割的半導體晶圓110。請參考圖1，半導體晶圓110具有複數區域112，區域112視應用包括複數積體電路或半導體晶片。區域112被複數垂直切割道114與複數水平切割道116區隔開來。
在一些實施例中，區域112沿垂直方向X與水平方向Y間隔排列。在一些實施例中，垂直切割道114與水平切割道116為半導體晶圓110之非功能區117，而裝設半導體晶片或積體電路之區域112為功能區。在一些實施例中，於半導體晶圓110，垂直切割道114與水平切割道116為不具有半導體晶片或積體電路之區域。在一些實施例中，垂直切割道114與水平切割道116係形成於區域112之間，於切割半導體晶圓110之切割製程中，垂直切割道114與水平切割道116係用以定義切割的區域。在一些實施例中，垂直切割道114以及水平切割道116提供切割區域，以使半導體晶圓110單顆化為個別之積體電路或半導體晶片。在一些實施例中，半導體晶圓110係使用雷射切割工具或鋸片來進行單顆化。在一些實施例中，半導體晶圓110為矽晶圓。
圖2為俯視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置100。圖3為剖面視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置100。請參照圖2與圖3，在一些實施例中，半導體裝置100包括半導體晶圓110、裝設於半導體晶圓110上之複數半導體晶片120、以及複數第一保護壩130，第一保護壩130設於半導體晶圓110上且位於半導體晶片120之邊側。
具體地，半導體晶圓110可以使用如圖1所示之半導體晶圓。半導體晶片120裝設於半導體晶圓110之表面118上且分別位於如圖1所視之區域112。在一些實施例中，各第一保護壩130設於半導體晶圓110之非功能區117上，且氣隙140存在於半導體晶片120與第一保護壩130之間，在搬運與組裝程序中，第一保護壩130用於保護半導體晶片120。在一些實施例中，第一保護壩130圍繞半導體晶片120。
在一些實施例中，裝設於半導體晶圓110之區域112上的半導體晶片120包括一個或以上的半導體結構。藉由一系列之程序步驟，包括摻雜、沈積、光刻、蝕刻、平坦化，半導體結構形成於半導體晶圓110之表面118之上。
在一些實施例中，如圖3所示，第一保護壩130藉由有機材料形成。在一些實施例中，第一保護壩130係由聚醯亞胺形成。在一些實施例中，第一保護壩130之厚度T1實質上等於4微米。在一些實施例中，如圖3與圖4所示，半導體晶片120的側壁122至第一保護壩130之遠離半導體晶片120之外表面132的距離D實質上等於或小於10μm。在一些實施例中，半導體晶片120的側壁122至第一保護壩130之遠離半導體晶片120之外表面132的距離D實質上不小於1微米。在一些實施例中，如圖3所示，第一保護壩130之高度H1不小於半導體晶片120之高度Hc。在一些實施例中，第一保護壩130之高度H1實質上等於半導體晶片120之高度Hc。在一些實施例中，第一保護壩130係用作晶片切割的破裂擋止部。
在一些實施例中，半導體晶片120之主動或/及被動元件形成時，第一保護壩130亦於原位(in-situ)形成。此處所使用之術語「原位」(in-situ)係用來表示具有半導體晶片120之半導體晶圓110維持在一製 程系統(例如包含晶圓載入/載出腔體(load lock chamber)、晶圓傳送腔體(transfer chamber)、製程腔體(processing chamber)或任何其他流通式耦接腔體(fluidly coupled chamber))中來進行的製程。如此一來，術語「原位」亦可用以稱作半導體晶圓110在製程過程中未顯露於外部環境(例如製程系統之外部)之製程。
圖5為俯視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置100A。請參照圖5，在一些實施例中，半導體裝置100A包括一半導體晶圓110、複數半導體晶片120、及複數第一保護壩230。半導體晶圓110可以如圖1所描述之半導體晶圓來實施。半導體晶片120裝設於半導體晶圓110之表面118上且分別位於如圖1所示之功能區112。在一些實施例中，第一保護壩230設於非功能區117上及半導體晶片120之彎角處，非功能區117包括半導體晶圓110之垂直切割道114與水平切割道116，於搬運與組裝過程中，第一保護壩230用於保護半導體晶片120。在一些實施例中，第一保護壩230不接觸半導體晶片120；另一方面，氣隙240存在於半導體晶片120與第一保護壩230之間。
在一些實施例中，半導體晶片120包括四側壁及與相鄰之側壁耦接的彎角。在一些實施例中，第一保護壩230具有設於垂直切割道114上之垂直區段232、設於水平切割道116上之水平區段234、以及形成於垂直區段232與水平區段234之交叉點上的交叉區段236。在一些實施例中，垂直區段232、水平區段234、與交叉區段236一體成型。在一些實施例中，如圖6所示，第一保護壩130之垂直區段232的厚度T1實質上等於4微米；同樣地，第一保護壩230之水平區段234之厚度為4微米，且交叉區段236之厚度實質上等於4微米。
在一些實施例中，從半導體晶圓110之側視圖觀之，第一保護壩230之垂直區段232部分地疊設於半導體晶片120；同樣地，從半導體晶圓110之另一側視圖觀之，第一保護壩230之水平區段234部分地疊設於半導體晶片120。在一些實施例中，如圖6及7所示，半導體晶片120之側壁122與第一保護壩130之遠離半導體晶片120的外表面132之間的距離D實質上小於10微米。在一些實施例中，半導體晶片120之側壁122與第一保護壩130之遠離半導體晶片120的外表面132之間的距離D實質上不小於1微米。在一些實施例中，第一保護壩130係用作晶片切割之破裂擋止部。在一些實施例中，第一保護壩130係由聚醯亞胺所形成。
圖8是俯視圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置100B。請參照圖8，在一些實施例中，半導體裝置100B包括半導體晶圓110、複數半導體晶片120、複數第一保護壩330、以及複數第二保護壩350。半導體晶圓110亦可以使用如圖1所示之半導體晶圓來實施。半導體晶片120裝設於半導體晶圓110之表面118上且分別位於如圖1所示之功能區112。在一些實施例中，第一保護壩330與第二保護壩350係設於半導體晶圓110之非功能區117上。在一些實施例中，第一保護壩330係設於半導體晶片120之彎角處，且第二保護壩350設於半導體晶片120之邊側，於搬運與組裝程序中，用於保護半導體晶片120。在一些實施例中，第一保護壩330與第二保護壩350不接觸半導體晶片120；另一方面，氣隙340存在於半導體晶片120、第一保護壩330、與第二保護壩350之間。
在一些實施例中，第一保護壩330具有設於垂直切割道114上之垂直區段332、設於水平切割道116上之水平區段334、以及形成於垂直區段332與水平區段334之交叉點上的交叉區段336。在一些實施例中， 垂直區段332、水平區段334、及交叉區段336係一體成型。在一些實施例中，如圖9所示，第一保護壩130之垂直區段232的厚度T1實質上等於4微米；同樣地，第一保護壩230之水平區段234之厚度實質上等於4微米，且交叉區段236之厚度實質上等於4微米。在一些實施例中，第一保護壩330之厚度T1小於半導體晶片120之厚度Tc。
在一些實施例中，如圖9所示，從半導體晶片120之側壁122至第一保護壩330之遠離半導體晶片120之外表面332的距離D實質上等於或小於10微米。在一些實施例中，從半導體晶片120之側壁122至第二保護壩350之遠離半導體晶片120之外表面352的距離D實質上不小於1微米。
在一些實施例中，第二保護壩350之高度H2與第一保護壩330之高度H1不同。在一些實施例中，第二保護壩350之高度H2不低於半導體晶片120之高度Hc。在一些實施例中，如圖9所示，第二保護壩350之高度H2等於半導體晶片120之高度Hc。在一些實施例中，如圖10所示，第一保護壩330之高度H1實質上等於第二保護壩350之高度H2。
在一些實施例中，從半導體晶圓110之側視圖觀之，第一保護壩330之垂直區段332並未疊加於半導體晶片120；同樣地，從半導體晶圓110之另一側視圖觀之，第一保護壩330之水平區段334並未疊設於半導體晶片120。在一些實施例中，第二保護壩350之寬度W並不大於半導體晶片120之寬度。在一些實施例中，從半導體晶圓110之側視圖觀之，第二保護壩350疊設於半導體晶片120。
在一些實施例中，第一保護壩330與第二保護壩350用作為晶片切割的破裂擋止部。在一些實施例中，第一保護壩330與第二保護壩 350係用相同材料所形成。在一些實施例中，第一保護壩330與第二保護壩350係由聚醯亞胺所形成。在一些實施例中，第一保護壩330與第二保護壩350係一體成型。
圖12是流程圖200，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置100的製作方法。圖13至20為示意圖，例示本揭露之一些實施例之半導體裝置的製作方法。如圖13至20所示之步驟係用以說明圖12之製程流程。以下之討論，如圖13至20所示之製程係參照圖13之製程步驟。
請參照圖13，在一些實施例中，根據如圖12所示之步驟202，提供具有一個或以上之半導體結構120'之半導體晶圓110，半導體結構120'設於半導體晶圓110上。半導體結構120'設於半導體晶圓110之正面112上。各半導體結構120'包括複數主動區域124與複數非主動區域126。為了說明本揭露，如圖13至20所示，僅有二主動區域124及一非主動區域126在實施例中被描述，且非主動區域126設於主動區域124之間。
請參照圖14，在一些實施例中，根據如圖12所示之步驟204，提供光阻層400於半導體結構120'之上表面121之上。請參照圖15，在一些實施例中，根據如圖12所示之步驟206，圖案化光阻層400以形成一圖案化光阻410。在一些實施例中，圖案化光阻410係藉由去除部分位於非主動區域126的光阻層400。在一些實施例中，上表面121之一部分顯露於圖案化之光阻410。
圖16所示，在一些實施例中，根據如圖12所示之步驟208，進行一蝕刻製程以在非主動區域126內形成複數開口420。在一些實施例中，藉由使用圖案化之光阻410作為遮罩，蝕刻移除非主動區域126內之半導體結構120'之一部分。在一些實施例中，半導體晶圓110之一部 分由開口420顯露。如圖17所示，去除圖案化之光阻410。在一些實施例中，開口與主動區域124相間隔。
請參照圖18，在一些實施例中，根據如圖12所示之步驟210，形成保護層450在半導體結構120'的上表面121以及於開口420內。在一些實施例中，保護層450具有足以填充開口420之厚度。在一些實施例中，保護層450包括聚醯亞胺。
請參照圖19，根據如圖12所示之步驟212，在一些實施例中，適當地局部去除保護層450以顯露上表面121。在一些實施例中，使用研磨製程去除保護層450之一部分。
請參照圖20，在一些實施例中，根據如圖12所示之步驟214，可視情況選擇性局部去除位於非主動區域124的半導體結構120'以形成半導體裝置100。在一些實施例中，剩餘之保護層450之厚度T實質上等於4微米。在一些實施例中，主動區域124與保護層450之間的距離d等於或小於6微米。在一些實施例中，距離d不小於1微米。
總之，藉由本揭露之半導體裝置之構造，半導體晶片之彎角處或/及邊側係由第一保護壩或/及第二保護壩保護，因此於搬運與組裝之過程中半導體晶片可避免破裂。
本揭露一方面提供一種半導體裝置。該半導體裝置包括一半導體晶圓、複數半導體晶片、以及複數第一保護壩。該半導體晶圓具有被複數垂直切割道及複數水平切割道區隔開來的複數功能區。該半導體晶片分別裝設於該等功能區。該等第一保護壩設於該等垂直切割道及該等水平切割道，且與該等半導體晶片相間隔。該第一保護壩之高度不小於該半導體晶片之高度。
本揭露另一方面提供一種半導體裝置的製作方法。該製作方法包括提供一半導體基材；提供一半導體結構於該半導體基材之一上表面，其中該半導體基材包括複數主動區域與複數非主動區域；形成複數開口於非主動區域內，其中該等開口與該等主動區域相間隔；以及填充一保護層於該等開口內。
雖然已詳述本揭露及其優點，然而應理解可進行各種變化、取代與替代而不脫離申請專利範圍所定義之本揭露的精神與範圍。例如，可用不同的方法實施上述的許多製程，並且以其他製程或其組合替代上述的許多製程。
再者，本申請案的範圍並不受限於說明書中所述之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法與步驟之特定實施例。該技藝之技術人士可自本揭露的揭示內容理解可根據本揭露而使用與本文所述之對應實施例具有相同功能或是達到實質相同結果之現存或是未來發展之製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟。據此，此等製程、機械、製造、物質組成物、手段、方法、或步驟係包含於本申請案之申請專利範圍內。
100:半導體裝置
110:半導體晶圓
114:垂直切割道
116:水平切割道
117:非功能區
118:表面
120:半導體晶片
130:第一保護壩
140:氣隙

Claims (20)

  1. 一種半導體裝置，包括：一半導體晶圓，具有被複數垂直切割道及複數水平切割道區隔開來的複數功能區；複數半導體晶片，分別裝設於該等功能區上；以及複數第一保護壩，設於該等垂直切割道及該等水平切割道上，且與該等半導體晶片相間隔；其中該第一保護壩之高度不小於該半導體晶片之高度。
  2. 如請求項1所述的半導體裝置，其中該半導體晶片之一側壁至該第一保護壩之一外表面的距離小於10微米，該外表面遠離該半導體晶片。
  3. 如請求項2所述的半導體裝置，其中該半導體晶片之該側壁至該第一保護壩之該外表面的距離不小於1微米。
  4. 如請求項3所述的半導體裝置，其中該第一保護壩之厚度實質上等於4微米。
  5. 如請求項1所述的半導體裝置，其中該等第一保護壩分別圍繞該等半導體晶片。
  6. 如請求項1所述的半導體裝置，其中該等第一保護壩位於該等半導體 晶片之彎角處，且其中各該第一保護壩包括：一垂直區段，設於該垂直切割道；一水平區段，設於該水平切割道；以及一交叉區段，設於該垂直區段與該水平區段之一交叉點。
  7. 如請求項6所述的半導體裝置，其中從該半導體晶圓之側視圖觀之，該垂直區段與該水平區段部分地疊設於該半導體晶片。
  8. 如請求項6所述的半導體裝置，其中該垂直區段、該水平區段、與該交叉區段係一體成型。
  9. 如請求項6所述的半導體裝置，更包括複數第二保護壩，設於該等垂直切割道及該等水平切割道，且介於相鄰的二該垂直區段與相鄰的二該水平區段。
  10. 如請求項9所述的半導體裝置，其中從該半導體晶圓之側視圖觀之，該第二保護壩至少部分地疊設於該半導體晶片。
  11. 如請求項9所述的半導體裝置，其中從該半導體晶圓之側視圖觀之，該垂直區段與該水平區段並未疊加於該半導體晶片。
  12. 如請求項9所述的半導體裝置，其中該半導體晶片之一側壁與該第二保護壩之一外表面的距離實質上小於10微米，該外表面遠離該半導體晶 片。
  13. 如請求項12所述的半導體裝置，其中該半導體晶片之該側壁與該第二保護壩之該外表面的距離實質上不小於1微米。
  14. 如請求項9所述的半導體裝置，其中該等第二保護壩之高度不小於該等半導體晶片之高度。
  15. 如請求項14所述的半導體裝置，其中該等第一保護壩之高度與該等第二保護壩之高度不同。
  16. 如請求項9所述的半導體裝置，其中該等第二保護壩之厚度實質上等於4微米。
  17. 如請求項9所述的半導體裝置，其中該等第一保護壩與該等第二保護壩係一體成型。
  18. 如請求項9所述的半導體裝置，其中該等第一保護壩與該等第二保護壩之材料相同。
  19. 一種半導體裝置的製造方法，包括：提供一半導體基材，其中該半導體基材包括複數主動區域與複數非主動區域； 提供一半導體結構於該半導體基材之一上表面；形成複數開口於該等非主動區域之該半導體結構內，其中該等開口與該等主動區域相間隔；以及填充一保護層於該等開口內。
  20. 如請求項19所述的製造方法，其中填充該保護層於該等開口內之步驟包括：設置該保護層於該半導體結構之該上表面內與該等開口內；以及局部去除該保護層以顯露該上表面。
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