TWI767769B - 有機中介層及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一種有機中介層,包括內埋重分佈互連結構的介電材料層、位於介電材料層的第一側的封裝側凸塊結構、以及位於介電材料層的第二側的晶粒側凸塊結構。在包括第一晶粒側凸塊結構的第一區域與包括第二晶粒側凸塊結構的第二區域之間存在間隙區域。應力減輕線路結構位於在平面圖中在間隙區域的範圍內的介電材料層之上或之內。每個應力減輕線路結構包括沿各自的水平方向橫向地延伸的多個直線段部,並且不電性連接到重分佈互連結構。應力減輕線路結構可以包括與位於相同水平高度的重分佈互連結構或凸塊結構的金屬材料相同或不同的材料。
Description
本發明實施例係關於一種半導體製造技術,特別係有關於一種用於半導體封裝的有機中介層及其形成方法。
扇出晶圓級封裝(fan-out wafer-level package,FOWLP)可在半導體晶粒和封裝基板之間使用中介層(interposer)。可接受的中介層具有足夠的機械強度,以承受用於連接半導體晶粒和封裝基板的接合(bonding)製程。
本揭露一些實施例提供一種有機中介層(organic interposer)。所述有機中介層包括多個介電材料層、多個封裝側凸塊結構、多個晶粒側凸塊結構以及多個應力減輕(stress-relief)線路結構。所述介電材料層內埋多個重分佈互連結構(redistribution interconnect structures)。所述封裝側凸塊結構位於所述介電材料層的第一側,並連接到所述重分佈互連結構中的封裝側子集(package-side subset)。所述晶粒側凸塊結構位於所述介電材料層的第二側,並連接到所述重分佈互連結構中的晶粒側子集(die-side subset)。其中,所述晶粒側凸塊結構包括位於一第一區域中的多個第一晶粒側凸塊結構和位於一第二區域中的多個第二晶粒側凸塊結構。在平面圖中,第二區域與第一區域橫向地間隔開一間隙區域,
在間隙區域中沒有任何晶粒側凸塊結構。所述應力減輕線路結構位於在平面圖中在間隙區域的範圍內的所述介電材料層之上或之內。其中,所述應力減輕線路結構與所述封裝側凸塊結構、所述重分佈互連結構和所述晶粒側凸塊結構中之一者包括相同的材料且位於相同的水平高度。
本揭露另一些實施例提供一種有機中介層。所述有機中介層包括多個介電材料層、多個封裝側凸塊結構、多個晶粒側凸塊結構以及多個應力減輕線路結構。所述介電材料層內埋多個重分佈互連結構。所述封裝側凸塊結構位於所述介電材料層的第一側,並連接到所述重分佈互連結構中的封裝側子集。所述晶粒側凸塊結構位於所述介電材料層的第二側,並連接到所述重分佈互連結構中的晶粒側子集。其中,所述晶粒側凸塊結構包括位於一第一區域中的多個第一晶粒側凸塊結構和位於一第二區域中的多個第二晶粒側凸塊結構。在平面圖中,第二區域與第一區域橫向地間隔開一間隙區域,在間隙區域中沒有任何晶粒側凸塊結構。所述應力減輕線路結構位於在平面圖中在間隙區域的範圍內的所述介電材料層之上或之內。其中,所述應力減輕線路結構與從所述封裝側凸塊結構、所述重分佈互連結構和所述晶粒側凸塊結構中選擇的一金屬部件位於相同的水平高度。其中,所述應力減輕線路結構包括與金屬部件不同的材料。
本揭露又另一些實施例提供一種形成有機中介層的方法。所述方法包括在載體基板上方形成內埋在封裝側介電材料層內的多個封裝側凸塊結構。所述方法也包括在所述封裝側凸塊結構上方形成多個互連級(interconnect-level)介電材料層和多個重分佈互連結構。所述方法還包括在所述互連級介電材料層上方形成晶粒側介電材料層。所述方法還包括在晶粒側介電材料層上方形成多個晶粒側凸塊結構。其中,所述晶粒側凸塊結構包括位於一第一區域中的多個第一晶粒側凸塊結構和位於一第二區域中的多個第二晶粒側凸
塊結構。在平面圖中,第二區域與第一區域橫向地間隔開一間隙區域,在間隙區域中沒有任何晶粒側凸塊結構。此外,所述方法包括在平面圖中在間隙區域的範圍內的封裝側介電材料層、所述互連級介電材料層或晶粒側介電材料層中的一者之內或之上形成多個應力減輕線路結構。其中,所述應力減輕線路結構中的每一者包括沿各自的水平方向橫向地延伸的多個直線段部,並且所述應力減輕線路結構具有選自以下的至少一特徵:所述應力減輕線路結構不電性連接到所述重分佈互連結構;以及所述應力減輕線路結構與所述封裝側凸塊結構或所述晶粒側凸塊結構位於相同的水平高度。
12:(封裝側)介電材料層
18:封裝側凸塊結構
20:(互連級)介電材料層
22:(第一)介電材料層
24:(第二)介電材料層
26:(第三)介電材料層
28:(第四)介電材料層
40:重分佈互連結構
42:第一重分佈互連結構
44:第二重分佈互連結構
46:第三重分佈互連結構/金屬基板
48:金屬焊墊結構
60:(晶粒側)介電材料層
80:晶粒側凸塊結構
80A:第一晶粒側凸塊結構
80B:第二晶粒側凸塊結構
100:印刷電路板
110:PCB基板
118:(封裝側)應力減輕線路結構
140:(互連級)應力減輕線路結構
180:(晶粒側)應力減輕線路結構
188:PCB接合焊墊
190:焊料接點
192:底部填充材料部分
200:封裝基板
210:核心基板
212:介電襯層
214:貫穿核心導孔結構
240:板側表面增層電路
242:板側絕緣層
244:內埋板側佈線互連
248:板側接合焊墊
260:晶片側表面增層電路
262:晶片側絕緣層
264:內埋晶片側佈線互連
268:晶片側接合焊墊
292,780:底部填充材料部分
294:穩定結構
300:載體基板
301:黏合劑層
400:有機中介層
450,788:焊料部分
701:(第一)半導體晶粒
702:(第二)半導體晶粒
708:晶粒凸塊結構
790:EMC晶粒框架
710,712,720,722,730,740,742:步驟
B:區域
DA1:第一區域
DA2:第二區域
GR:間隙區域
UIA:單元中介層區域
α:第一角度
β:第二角度
ls1:第一直線段部
ls2:第二直線段部
hd1:第一水平方向
hd2:第二水平方向
第1A圖是根據本揭露一些實施例的包括形成在載體基板上方的有機中介層的示例性結構的垂直截面圖。
第1B圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第一構造的放大圖。
第1C圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第二構造的放大圖。
第1D圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第三構造的放大圖。
第1E圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第四構造的放大圖。
第1F圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第五構造的放大圖。
第1G圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第六構造的放大
圖。
第1H圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第七構造的放大圖。
第1I圖是第1A圖的示例性結構的平面圖。
第2圖是根據本揭露一些實施例的在將半導體晶粒附接到有機中介層之後的示例性結構的垂直截面圖。
第3圖是根據本揭露一些實施例的在形成扇出晶圓級封裝之後的示例性結構的垂直截面圖。
第4圖是根據本揭露一些實施例的在切割扇出晶圓級封裝之後的示例性結構的垂直截面圖。
第5圖是根據本揭露一些實施例的在將封裝基板附接到扇出晶圓級封裝之後的示例性結構的垂直截面圖。
第6圖是根據本揭露一些實施例的在將封裝基板附接到印刷電路板(printed circuit board,PCB)之後的示例性結構的垂直截面圖。
第7A圖是示出根據本揭露一些實施例的用於形成有機中介層的第一種處理步驟順序的第一流程圖。
第7B圖是示出根據本揭露一些實施例的用於形成有機中介層的第二種處理步驟順序的第二流程圖。
第7C圖是示出根據本揭露一些實施例的用於形成有機中介層的第三種處理步驟順序的第三流程圖。
以下的揭露內容提供許多不同的實施例或範例以實施本案的不同特徵。以下描述具體的構件及其排列方式的實施例以闡述本揭露。當然,這些
實施例僅作為範例,而不該以此限定本揭露的範圍。例如,在說明書中敘述了一第一特徵形成於一第二特徵之上或上方,其可能包含第一特徵與第二特徵是直接接觸的實施例,亦可能包含了有附加特徵形成於第一特徵與第二特徵之間,而使得第一特徵與第二特徵可能未直接接觸的實施例。另外,在本揭露不同範例中可能使用重複的參考符號及/或標記,此重複係為了簡化與清晰的目的,並非用以限定所討論的各個實施例及/或結構之間有特定的關係。
再者,空間相關用語,例如「在...下方」、「下方」、「較低的」、「上方」、「較高的」及類似的用語,係為了便於描述圖示中一個元件或特徵與另一個(些)元件或特徵之間的關係。除了在圖式中繪示的方位外,這些空間相關用語意欲包含使用中或操作中的裝置之不同方位。設備可能被轉向不同方位(旋轉90度或其他方位),則在此使用的空間相關詞也可依此相同解釋。除非另有明確說明,否則假定具有相同參考符號的每個元件具有相同的材料組成及具有相同厚度範圍內的厚度。
本揭露實施例涉及半導體裝置,特別是涉及包含有機中介層(organic interposer)的晶片封裝結構及其形成方法,所述有機中介層包括耐應力的接合結構(stress-resistant bonding structure),其各個方面將在後面做詳細描述。
總的來說,本揭露實施例的方法和結構可用於提供一種有機中介層,其可以抵抗(resistant to)在將至少一半導體晶粒附接到其上的期間可能發生的應力引起的結構破壞。具體地,在有機中介層與半導體晶粒之間施加底部填充材料部分(underfill material portion)通常會在有機中介層上引起機械應力。這樣的施加和引起的應力可能導致有機中介層中的重分佈互連結構的變形或破裂。根據本揭露一些實施例,應力減輕線路結構(stress-relief line structures)可以形成在有機中介層的用於附接半導體晶粒的相鄰區域之間的間隙區域中。應力減輕線路結構可以包括與重分佈互連結構或凸塊(bump)結構相同的材料,或者可以
包括與重分佈互連結構或凸塊結構不同的材料。應力減輕線路結構的機械強度可小於重分佈互連結構的機械強度,使得應力減輕線路結構的變形在重分佈互連結構變形之前發生。換句話說,應力減輕線路結構在機械應力作用下可變形,從而保護重分佈互連結構不變形,並防止重分佈互連結構的有害變形。
在應力減輕線路結構包括與重分佈互連結構相同的材料的實施例中,可以選擇應力減輕線路結構的尺寸(例如,寬度)(舉例來說,通過使用比重分佈互連結構的平均寬度小的寬度),使得應力減輕線路結構在重分佈互連結構變形之前先變形。在應力減輕線路結構包括與重分佈互連結構不同的材料的實施例中,應力減輕線路結構的材料可以具有較小的楊氏模數(Young’s modules),因此可變形並吸收外部的應力,同時避免重分佈互連結構的變形。
應力減輕線路結構可以是導電的,並可電性連接到位於與晶粒側(die-side)凸塊結構的區域重疊的區域內的重分佈互連結構。或者,應力減輕線路結構可以與位於與晶粒側凸塊結構的區域重疊的區域內的重分佈互連結構和凸塊結構電性隔離。應力減輕線路結構可以設置成許多不同的圖案。應力減輕線路結構可以具有包括多個直線段部的曲折線路的構造、可以包括通過曲線段部連接的多個直線段部、或者可以具有形成網格結構的網(mesh)的構造。以下參考附圖描述本揭露實施例的方法和結構的各個方面。
第1A圖是根據本揭露一些實施例的包括形成在載體基板上方的有機中介層的示例性結構的垂直截面圖。第1B圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第一構造的放大圖。第1C圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第二構造的放大圖。第1D圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第三構造的放大圖。第1E圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第四構造的放大圖。第1F圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第五構造的放大圖。第1G圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結
構的第六構造的放大圖。第1H圖是位於第1A圖的區域B內的應力減輕線路結構的第七構造的放大圖。第1I圖是第1A圖的示例性結構的平面圖。
參照第1A圖,根據本揭露一些實施例的示例性結構可以包括形成在載體基板300上方的多個有機中介層400。有機中介層指的是包括至少一有機絕緣材料(例如,有機聚合物基質材料)的中介層。每個有機中介層400可以形成在個別的單元中介層區域(unit interposer area,UIA)內。可以在載體基板300上形成有機中介層400的二維陣列。載體基板300可以是圓形晶圓或矩形晶圓。載體基板300的橫向尺寸(例如,圓形晶圓的直徑或矩形晶圓的邊長)可以在100毫米(mm)到500毫米的範圍內(例如,200毫米到400毫米),儘管也可以使用較小或較大的橫向尺寸。載體基板300可以包括半導體基板、絕緣基板或導電基板。載體基板300可以是透明或不透明的。載體基板300的厚度可以足以為隨後在其上形成的有機中介層400的陣列提供機械支撐。舉例來說,載體基板300的厚度可以在60微米(microns)到1毫米的範圍內,儘管也可以使用較小或較大的厚度。
可以將黏合劑層301施加到載體基板300的頂表面上。在一些實施例中,載體基板300可以包括例如玻璃或藍寶石的光透明材料。在本實施例中,黏合劑層301可以包括光熱轉換(light-to-heat-conversion,LTHC)層。光熱轉換層是使用旋轉塗布方法施加的溶劑型塗層。光熱轉換層可以形成將紫外線光轉換成熱的層,從而使光熱轉換層失去黏附力。或者,黏合劑層301可以包括熱分解的黏合劑材料。舉例來說,黏合劑層301可以包括在高溫下分解的丙烯酸壓敏黏合劑(acrylic pressure-sensitive adhesive)。熱分解的黏合劑材料的脫膠(debonding)溫度可以在150度到400度的範圍內。可在其他溫度下分解的其他合適的熱分解的黏合劑材料也在本揭露的發明範圍內。
隨後可以在黏合劑層301上方形成凸塊結構。這些凸塊結構是後續用於提供與封裝基板的接合,因此在本文中被稱為封裝側(package-side)凸塊結構
18。封裝側凸塊結構18可以包括可接合到焊料的任何金屬材料。舉例來說,可以在黏合劑層301上方沉積凸塊下金屬(underbump metallurgy,UBM)層堆疊(layer stack)。可以選擇UBM層堆疊內的材料層的順序,使得後續可以將焊料部分接合到UBM層堆疊的底表面的部分。可用於UBM層堆疊的層堆疊包括但不限於Cr/Cr-Cu/Cu/Au、Cr/Cr-Cu/Cu、TiW/Cr/Cu、Ti/Ni/Au和Cr/Cu/Au的堆疊。其他合適的材料也在本揭露的發明範圍內。UBM層堆疊的厚度可以在5微米到60微米的範圍內(例如,10微米到30微米),儘管也可以使用較小或較大的厚度。
可以在UBM層堆疊上方施加光阻層,並且可以對光阻層進行微影圖案化以形成離散的圖案化光阻材料部分的陣列。可以執行蝕刻製程以去除UBM層堆疊的未遮蔽的(unmasked)部分。蝕刻製程可以是等向性蝕刻製程或非等向性蝕刻製程。UBM層堆疊的留下部分包括封裝側凸塊結構18。在一些實施例中,封裝側凸塊結構18可以佈置為二維陣列,其可以是二維週期陣列,例如矩形週期陣列。在一些實施例中,封裝側凸塊結構18可形成為可控塌陷晶片連接(controlled collapse chip connection,C4)凸塊結構。
根據本揭露一些實施例,可以在封裝側凸塊結構18的水平高度處形成應力減輕線路結構。在應力減輕線路結構形成在與封裝側凸塊結構18相同的水平高度的實施例中,這樣的應力減輕線路結構被稱為封裝側應力減輕線路結構118。如本文中所使用的,線路結構是指以具有均勻的寬度或大致上均勻的寬度(即,寬度具有相對於結構的平均寬度小於50%的寬度變化)橫向地延伸的結構。線路結構可以具有均勻的高度,並且可以是直線的、彎曲的、或者可以具有彼此鄰接的多個線路段部,其中每個線路段部是直線的或彎曲的。如本文中所使用的,ㄍ路結構是指為了減輕對包括應力減輕線路結構的組件的應力的目的而使用的線路結構,使得組件內的另一結構在外部機械應力的作用下不會變形,而應力減輕線路結構則響應於外部機械應力而變形。
在一些實施例中,每個有機中介層400可以形成在一單元中介層區域UIA內。每個單元中介層區域UIA可以包括第一區域DA1(也稱為第一晶粒區域),其中第一半導體晶粒將被附接到有機中介層400,以及第二區域DA2(也稱為第二晶粒區域),其中第二半導體晶粒將被附接到有機中介層400。間隙區域GR位於第一區域DA1與第二區域DA2之間。通常,可以在每個單元中介層區域UIA中設置多個不重疊區域,使得隨後可以在每個不重疊區域內將半導體晶粒附接到有機中介層400。可以在每個單元中介層區域UIA內的多個不重疊區域的每個相鄰對之間設置間隙區域GR。儘管在此描述的各種實施例中使用了包括一第一區域DA1和一第二區域DA2的單元中介層區域UIA,但是本揭露的發明範圍明確涵蓋在單元中介層區域UIA內可包括用於接合半導體晶粒的三個或更多個區域以及在單元中介層區域UIA內設置兩個或更多個間隙區域GR的實施例。
封裝側應力減輕線路結構118可以形成在一個或多個及/或每個間隙區域GR中。在一些實施例中,可以通過圖案化用於形成封裝側凸塊結構18(例如,UBM層堆疊)的至少一金屬材料,使得封裝側應力減輕線路結構118可與封裝側凸塊結構18的形成同時形成。換句話說,所述至少一金屬材料的圖案化部分可包括封裝側凸塊結構18和封裝側應力減輕線路結構118。在一些實施例中,可以在載體基板300上方沉積包括至少一金屬材料(例如,UBM層堆疊)的原胚(blanket)材料層,並且可以在原胚材料層上方施加光阻層且對光阻層進行圖案化。光阻層中的圖案可以通過例如非等向性蝕刻製程的蝕刻製程轉移到原胚材料層。原胚材料層的圖案化部分可包括封裝側應力減輕線路結構118和封裝側凸塊結構18。在本實施例中,封裝側應力減輕線路結構118可以包括與封裝側凸塊結構18相同的材料,並可具有與封裝側凸塊結構18相同的厚度。可以選擇封裝側應力減輕線路結構118的圖案和尺寸,使得封裝側應力減輕線路結構118可在封裝側凸塊結構18或隨後要形成的重分佈線路結構的變形之前變形。
在另一些實施例中,可以通過沉積包括與封裝側凸塊結構18的材料不同的材料的原胚材料層,使得封裝側應力減輕線路結構118可在封裝側凸塊結構18的形成之前或之後形成。原胚材料層可以包括金屬材料、半導體材料或介電材料。原胚材料層可以包括具有楊氏模數比隨後要形成的重分佈線路結構的材料的楊氏模數低的材料。舉例來說,如果隨後要形成的重分佈線路結構包括銅(楊氏模數約為128GPa),則原胚材料層可以包括楊氏模數在1GPa到120GPa的範圍內(例如,5GPa到100GPa)的材料。可用於原胚材料層的示例性材料包括但不限於鋁、銀、金、鎵、銦、鉛及氧化矽。可以在原胚材料層上方施加光阻層,並對光阻層進行圖案化。光阻層中的圖案可以通過例如非等向性蝕刻製程的蝕刻製程轉移到原胚材料層。原胚材料層的圖案化部分可包括封裝側應力減輕線路結構118。在本實施例中,封裝側應力減輕線路結構118可以包括與封裝側凸塊結構18不同的材料,並可具有與封裝側凸塊結構18不同的厚度。在一些實施例中,可以選擇封裝側應力減輕線路結構118的圖案和尺寸,使得封裝側應力減輕線路結構118容易在封裝側凸塊結構18或隨後要形成的重分佈線路結構的變形之前變形。
可以在封裝側凸塊結構18上方沉積介電材料層,在此稱為封裝側介電材料層12。封裝側介電材料層12可以包括介電聚合物材料,例如聚醯亞胺(polyimide,PI)、苯並環丁烯(benzocyclobutene,BCB)或聚苯噁唑(polybenzobisoxazole,PBO)。其他合適的材料也在本揭露的發明範圍內。封裝側介電材料層12的厚度可以在4微米到60微米的範圍內,儘管也可以使用較小或較大的厚度。封裝側凸塊結構18內埋在載體基板300上方的封裝側介電材料層12內。
隨後可以在封裝側凸塊結構18和封裝側介電材料層12上方形成多個重分佈互連結構40和多個額外的介電材料層。所述額外的介電材料層在本文
中統稱為互連級(interconnect-level)介電材料層20。互連級介電材料層20可以包括多個介電材料層(22、24、26、28),例如第一介電材料層22、第二介電材料層24、第三介電材料層26以及第四介電材料層28。儘管在此描述的各種實施例中使用了四個介電材料層(22、24、26、28)內埋重分佈互連結構40,但是本揭露的發明範圍明確涵蓋互連級介電材料層20可包括兩個、四個、五個或更多個介電材料層的實施例。
通常,介電材料層(22、24、26、28)中的至少一者可以包括有機聚合物基質層,即,包括及/或基本上由有機聚合物組成的連續材料層。在一些實施例中,介電材料層(22、24、26、28)中的每一個可以包括有機聚合物基質層。因此,隨後要形成的有機中介層包括至少一有機聚合物基質層。
重分佈互連結構40包括多層重分佈互連結構40,其分別形成為穿過介電材料層(22、24、26、28)中的一相應者。重分佈互連結構40可以包括金屬導孔(via)結構、金屬線路結構、及/或整合式(integrated)線路和導孔結構。每個整合式線路和導孔結構包括包含一金屬線路結構和至少一金屬導孔結構的整體結構(unitary structure)。整體結構是指單個連續結構,其中結構內的每個點可以通過僅在結構內延伸的連續線(可以是直線,也可以不是直線)連接。
在一說明性示例中,重分佈互連結構40可以包括第一重分佈互連結構42,其穿過第一介電材料層22及/或在第一介電材料層22的頂表面上而形成;第二重分佈互連結構44,其穿過第二介電材料層24及/或在第二介電材料層24的頂表面上而形成;以及第三重分佈互連結構46,其穿過第三介電材料層26及/或在第三介電材料層26的頂表面上而形成。儘管在此描述的各種實施例中重分佈互連結構40是內埋在三個介電材料層(22、24、26)內,但是本揭露的發明範圍明確涵蓋重分佈互連結構40內埋在一個、兩個、四個或更多個介電材料層內的實施例。
互連級介電材料層20中的每一者可以包括介電聚合物材料,例如聚醯亞胺(PI)、苯並環丁烯(BCB)或聚苯噁唑(PBO)。其他合適的材料也在本揭露的發明範圍內。每個互連級聚合物基質層20的厚度可以在4微米到20微米的範圍內,儘管也可以使用較小或較大的厚度。重分佈互連結構40中的每一者包括至少一金屬材料,例如Cu、Mo、Co、Ru、W、TiN、TaN、WN、或其組合或堆疊。其他合適的材料也在本揭露的發明範圍內。舉例來說,重分佈互連結構40中的每一者可以包括TiN層和Cu層的層堆疊。在重分佈互連結構40包括金屬線路結構的實施例中,金屬線路結構的厚度可以在2微米到20微米的範圍內,儘管也可以使用較小或較大的厚度。
位於最頂部的金屬互連級(level)的重分佈互連結構40可以包括金屬焊墊結構48。金屬焊墊結構48可以形成在隨後要形成晶粒側凸塊結構80的區域中。在一些實施例中,金屬焊墊結構48可以形成為二維陣列。
在一些實施例中,金屬焊墊結構48可以形成為包括一金屬焊墊結構48和一金屬導孔結構的個別的整體結構的焊墊部分。舉例來說,金屬焊墊結構48可以位於第三介電材料層26的頂表面上,並且金屬導孔結構可以垂直地延伸穿過第三介電材料層26。連接到上方的金屬焊墊結構48的每個金屬導孔結構可以與相應的下面的重分佈互連結構(可以是第二重分佈互連結構44中的一者)的頂表面接觸。
根據本揭露一些實施例,可以在重分佈互連結構40中的一或多者的水平高度(一或多級)處形成應力減輕線路結構。在應力減輕線路結構形成在與重分佈互連結構40中的任一者(任一級)相同的水平高度的實施例中,這樣的應力減輕線路結構被稱為互連級應力減輕線路結構140。在一些實施例中,每個有機中介層400可以形成在一單元中介層區域UIA內。每個單元中介層區域UIA可以包括第一區域DA1(也稱為第一晶粒區域),其中第一半導體晶粒將被附接到有機
中介層400,以及第二區域DA2(也稱為第二晶粒區域),其中第二半導體晶粒將被附接到有機中介層400。間隙區域GR位於第一區域DA1與第二區域DA2之間及/或隨後用於附接半導體晶粒的每個相鄰區域之間。
互連級應力減輕線路結構140可以形成在一個或多個及/或每個間隙區域GR中。在一些實施例中,可以通過圖案化用於形成重分佈互連結構40的至少一金屬材料,使得互連級應力減輕線路結構140可與重分佈互連結構40的形成同時形成。換句話說,所述至少一金屬材料的圖案化部分可包括重分佈互連結構40和互連級應力減輕線路結構140。在一些實施例中,可以在封裝側介電材料層12或互連級介電材料層20中的一者上方沉積包括至少一金屬材料(例如,金屬障蔽層和銅層的層堆疊)的原胚材料層,並且可以在原胚材料層上方施加光阻層且對光阻層進行圖案化。光阻層中的圖案可以通過例如非等向性蝕刻製程的蝕刻製程轉移到原胚材料層。原胚材料層的圖案化部分可包括互連級應力減輕線路結構140和重分佈互連結構40。在本實施例中,互連級應力減輕線路結構140可以包括與重分佈互連結構40相同的材料,並可具有與重分佈互連結構40相同的厚度。可以選擇互連級應力減輕線路結構140的圖案和尺寸,使得互連級應力減輕線路結構140可在封裝側凸塊結構18或重分佈互連結構40的變形之前變形。
在另一些實施例中,可以通過沉積包括與重分佈互連結構40中的一級的材料不同的材料的原胚材料層,使得互連級應力減輕線路結構140可在重分佈互連結構40中的該級的形成之前或之後形成。原胚材料層可以包括金屬材料、半導體材料或介電材料。原胚材料層可以包括具有楊氏模數比重分佈互連結構40的材料的楊氏模數低的材料。舉例來說,如果重分佈互連結構40包括銅(楊氏模數約為128GPa),則原胚材料層可以包括楊氏模數在1GPa到120GPa的範圍內(例如,5GPa到100GPa)的材料。可用於原胚材料層的示例性材料包括但不限於鋁、銀、金、鎵、銦、鉛及氧化矽。可以在原胚材料層上方施加光阻層,並
對光阻層進行圖案化。光阻層中的圖案可以通過例如非等向性蝕刻製程的蝕刻製程轉移到原胚材料層。原胚材料層的圖案化部分可包括互連級應力減輕線路結構140。在本實施例中,互連級應力減輕線路結構140可以包括與重分佈互連結構40不同的材料,並可具有與重分佈互連結構40不同的厚度。在一些實施例中,可以選擇互連級應力減輕線路結構140的圖案和尺寸,使得在機械應力(其例如在接合製程中可能產生)的作用下,互連級應力減輕線路結構140容易在封裝側凸塊結構18或重分佈互連結構40的變形之前變形。
可以在每個有機中介層400的金屬焊墊結構48和至少一金屬基板46上方沉積額外的介電材料層。此額外的介電材料層在本文中被稱為晶粒側介電材料層60。晶粒側介電材料層60包括介電聚合物材料,例如聚醯亞胺(PI)、苯並環丁烯(BCB)或聚苯噁唑(PBO)。其他合適的材料也在本揭露的發明範圍內。晶粒側介電材料層60的厚度可以在4微米到60微米的範圍內(例如,8微米到30微米),儘管也可以使用較小或較大的厚度。在本文中,封裝側介電材料層12、互連級介電材料層20和晶粒側介電材料層60統稱為介電材料層(12、20、60)。
可以在晶粒側介電材料層60上方施加光阻層,並且可以對光阻層進行微影圖案化以形成穿過其中的離散的開口。光阻層中的開口包括上覆於金屬焊墊結構48中的一相應者的第一開口以及上覆於所述至少一金屬基板46的第二開口。可以執行非等向性蝕刻,以將光阻層中的開口的圖案轉移到晶粒側介電材料層60。由此,形成穿過晶粒側介電材料層60的第一導孔孔穴和第二導孔孔穴。第一導孔孔穴延伸到金屬焊墊結構48中的一相應者的頂表面,而第二導孔孔穴延伸到所述至少一金屬基板46的頂表面。
可以在凸塊導孔孔穴中以及在晶粒側介電材料層60的頂表面上方沉積至少一金屬材料。所述至少一金屬材料可以包括金屬襯層和銅層。金屬襯層可以包括例如Ti、Ta、W、TiN、TaN、WN或其組合的材料,並且可以具有
在30奈米(nm)到300奈米的範圍內的厚度。銅層可以具有在10微米到60微米的範圍內的厚度,儘管也可以使用較小或較大的厚度。
可以在所述至少一金屬材料上方施加光阻層,並且可對其進行微影圖案化以覆蓋離散的區域。可以執行蝕刻製程以去除所述至少一金屬材料的未遮蔽的部分。所述至少一金屬材料的每個圖案化部分包括一凸塊結構,其在本文中稱為晶粒側凸塊結構80。晶粒側凸塊結構80可以包括形成在第一區域DA1內的第一晶粒側凸塊結構80A以及形成在第二區域DA2內的第二晶粒側凸塊結構80B。在一些實施例中,每個晶粒側凸塊結構80可以包括金屬襯層和銅部分。結構上,每個晶粒側凸塊結構80可以包括延伸穿過晶粒側介電材料層60並接觸金屬焊墊結構的凸塊導孔部分、以及上覆於晶粒側介電材料層60的接合凸塊部分。在一些實施例中,每個接合凸塊部分可以具有圓柱形狀,即,具有圓形的水平截面的圓柱形狀。每個接合凸塊部分可以具有側壁,其具有圓柱表面的形狀。
根據本揭露一些實施例,可以在晶粒側凸塊結構80的水平高度處形成應力減輕線路結構。在應力減輕線路結構形成在與晶粒側凸塊結構80相同的水平高度的實施例中,這樣的應力減輕線路結構被稱為晶粒側應力減輕線路結構180。在一些實施例中,每個有機中介層400可以形成在一單元中介層區域UIA內。每個單元中介層區域UIA可以包括第一區域DA1(也稱為第一晶粒區域),其中第一半導體晶粒將被附接到有機中介層400,以及第二區域DA2(也稱為第二晶粒區域),其中第二半導體晶粒將被附接到有機中介層400。間隙區域GR位於第一區域DA1與第二區域DA2之間及/或隨後用於附接半導體晶粒的每個相鄰區域之間。
晶粒側應力減輕線路結構180可以形成在一個或多個及/或每個間隙區域GR中。在一些實施例中,可以通過圖案化用於形成晶粒側凸塊結構80的
至少一金屬材料,使得晶粒側應力減輕線路結構180可與晶粒側凸塊結構80的形成同時形成。換句話說,所述至少一金屬材料的圖案化部分可包括晶粒側凸塊結構80和晶粒側應力減輕線路結構180。在一些實施例中,可以在晶粒側介電材料層60上方沉積包括至少一金屬材料(例如,金屬障蔽層和銅層的層堆疊)的原胚材料層,並且可以在原胚材料層上方施加光阻層且對光阻層進行圖案化。光阻層中的圖案可以通過例如非等向性蝕刻製程的蝕刻製程轉移到原胚材料層。原胚材料層的圖案化部分可包括晶粒側凸塊結構80和晶粒側應力減輕線路結構180。在本實施例中,晶粒側應力減輕線路結構180可以包括與晶粒側凸塊結構80相同的材料,並可具有與晶粒側凸塊結構80相同的厚度。可以選擇晶粒側應力減輕線路結構180的圖案和尺寸,使得晶粒側應力減輕線路結構180可在封裝側凸塊結構18、重分佈互連結構40或晶粒側凸塊結構80的變形之前變形。
在另一些實施例中,可以通過沉積包括與晶粒側凸塊結構80的材料不同的材料的原胚材料層,使得晶粒側應力減輕線路結構180可在晶粒側凸塊結構80的形成之前或之後形成。原胚材料層可以包括金屬材料、半導體材料或介電材料。原胚材料層可以包括具有楊氏模數比重分佈互連結構40的材料的楊氏模數低的材料。舉例來說,如果重分佈互連結構40包括銅(楊氏模數約為128GPa),則原胚材料層可以包括楊氏模數在1GPa到120GPa的範圍內(例如,5GPa到100GPa)的材料。可用於原胚材料層的示例性材料包括但不限於鋁、銀、金、鎵、銦、鉛及氧化矽。可以在原胚材料層上方施加光阻層,並對光阻層進行圖案化。光阻層中的圖案可以通過例如非等向性蝕刻製程的蝕刻製程轉移到原胚材料層。原胚材料層的圖案化部分可包括晶粒側應力減輕線路結構180。在本實施例中,晶粒側應力減輕線路結構180可以包括與晶粒側凸塊結構80不同的材料,並可具有與晶粒側凸塊結構80不同的厚度。在一些實施例中,可以選擇晶粒側應力減輕線路結構180的圖案和尺寸,使得在機械應力(其例如在接合製程中
可能產生)的作用下,晶粒側應力減輕線路結構180容易在封裝側凸塊結構18、重分佈互連結構40或晶粒側凸塊結構80的變形之前變形。
可用於應力減輕線路結構(118、140及/或180)的示例性圖案如第1B圖到第1H圖所示。參照第1B圖到第1H圖,應力減輕線路結構(118、140及/或180)中的每一者可以包括多個直線段部(ls1、ls2),所述直線段部(ls1、ls2)沿各自的水平方向橫向地延伸。在一些實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)中的每一者分別包括彼此平行的一組直線段部(ls1、ls2)。
在一些實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)可以橫向地延伸到間隙區域GR的範圍之外,並且延伸到第一區域DA1和第二區域DA2中,如第1B圖到第1D圖所示。在本實施例中,應力減輕線路結構118可以延伸穿過間隙區域GR,並可橫向地突出到第一區域DA1及/或第二區域DA2中。在一些實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)可以包括金屬材料,並可用作導電路徑,作為第一區域DA1與第二區域DA2之間的信號路徑。
在一些實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)可以完全位於間隙區域GR的範圍內,因此不橫向地延伸到第一區域DA1或第二區域DA2中,如第1E圖到第1H圖所示。在本實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)不電性連接到隨後要形成的重分佈互連結構。
在一些實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)中的每一者可以包括多個第一直線段部ls1,沿第一水平方向hd1橫向地延伸,以及多個第二直線段部ls2,沿不同於第一水平方向hd1的第二水平方向hd2橫向地延伸,如第1B圖、第1C圖以及第1E圖到第1H圖所示。第一水平方向hd1與第二水平方向hd2之間的角度可以在10度到145度的範圍內。
在第1B圖、第1C圖、第1F圖以及第1G圖所示的實施例中,應力減輕線路結構中的每一者的第一直線段部ls1的側壁和第二直線段部ls2的側壁通過
垂直邊緣(vertical edges)彼此鄰接。第一直線段部ls1的側壁可以以小於180度的第一角度α和大於180度的第二角度β和第二直線段部ls2的側壁鄰接。
在第1D圖和第1H圖所示的實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)的直線段部可以通過具有彎曲側壁的曲線段部相互連接。
在第1E圖所示的實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)可以包括沿第一水平方向hd1橫向地延伸的多個第一應力減輕線路結構(因此,包括沿第一水平方向hd1橫向地延伸的多個第一第一直線段部ls1),以及沿第二水平方向hd2橫向地延伸的多個第二應力減輕線路結構(因此,包括沿第二水平方向hd2橫向地延伸的多個第二直線段部ls2)。應力減輕線路結構(118、140及/或180)可以佈置為互連網(interconnected mesh),其中第一應力減輕線路結構和第二應力減輕線路結構以網格圖案形式鄰接。
共同參照第1A圖到第1I圖以及根據本揭露各種實施例,提供有機中介層400,其包括:介電材料層(12、20、60),內埋重分佈互連結構40;封裝側凸塊結構18,位於介電材料層(12、20、60)的第一側,並連接到重分佈互連結構40的封裝側子集(package-side subset);晶粒側凸塊結構80,位於介電材料層(12、20、60)的第二側,並連接到重分佈互連結構40的晶粒側子集(die-side subset),其中,晶粒側凸塊結構80包括位於第一區域DA1中的第一晶粒側凸塊結構80A和位於第二區域DA2中的第二晶粒側凸塊結構80B,在平面圖中(即,沿著垂直於介電材料層(12、20、60)的水平面的垂直方向的視圖),第二區域DA2與第一區域DA1橫向地間隔開一間隙區域GR,在間隙區域GR中沒有任何晶粒側凸塊結構80;以及應力減輕線路結構(118、140及/或180),位於在平面圖中在間隙區域GR的範圍內的介電材料層(12、20、60)之上或之內。其中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)與封裝側凸塊結構18、重分佈互連結構40和晶粒側凸塊結構80中之一者包括相同的材料且位於相同的水平高度。
在一些實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)中的每一者包括沿各自的水平方向橫向地延伸的多個直線段部,並且不電性連接到重分佈互連結構40。
在一些實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)中的每一者包括:多個第一直線段部ls1,沿第一水平方向hd1橫向地延伸;以及多個第二直線段部ls2,沿不同於第一水平方向hd1的第二水平方向hd2橫向地延伸。在一些實施例中,應力減輕線路結構中的每一者的第一直線段部的側壁和第二直線段部的側壁通過垂直邊緣彼此鄰接。在一些實施例中,直線段部通過具有彎曲側壁的曲線段部彼此相連。
在一些實施例中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)包括沿第一水平方向橫向地延伸的多個第一應力減輕線路結構,以及沿第二水平方向橫向地延伸的多個第二應力減輕線路結構。並且,應力減輕線路結構是佈置為互連網,其中第一應力減輕線路結構和第二應力減輕線路結構以網格圖案形式鄰接,如第1E圖所示。
在一些實施例中,介電材料層(12、20、60)包括晶粒側介電材料層60。晶粒側凸塊結構80各自包括與晶粒側介電材料層60的水平面接觸的水平面。應力減輕線路結構(在應力減輕線路結構包括晶粒側應力減輕線路結構180的實施例中)與晶粒側介電材料層60的水平面接觸。並且,應力減輕線路結構具有與晶粒側凸塊結構80相同的材料組成和相同的厚度。
在一些實施例中,介電材料層(12、20、60)包括封裝側介電材料層12,封裝側介電材料層12內埋封裝側凸塊結構18和應力減輕線路結構(在應力減輕線路結構包括封裝側應力減輕線路結構180的實施例中)。並且,封裝側凸塊結構18的水平面和不與介電材料層(12、20、60)或重分佈互連結構40接觸的應力減輕線路結構的水平面位於同一水平平面(例如,包括有機中介層400的最底表面的
水平平面)內。在一些實施例中,應力減輕線路結構具有與封裝側凸塊結構18相同的材料組成和相同的厚度。
在一些實施例中,應力減輕線路結構(在應力減輕線路結構包括互連級應力減輕線路結構140的實施例中)內埋在介電材料層(12、20、60)內,並位於一第一水平平面與一第二水平平面之間,第一水平平面包括封裝側凸塊結構18與重分佈互連結構40中的第一子集之間的界面,第二水平平面包括晶粒側凸塊結構80與重分佈互連結構40中的第二子集之間的界面。在一些實施例中,應力減輕線路結構具有與重分佈互連結構40中的一子集相同的材料組成和相同的厚度,其中該子集與第一子集和第二子集中的一者不同或相同。
根據本揭露另一些實施例,提供有機中介層400,其包括:介電材料層(12、20、60),內埋重分佈互連結構40;封裝側凸塊結構18,位於介電材料層(12、20、60)的第一側,並連接到重分佈互連結構40的封裝側子集;晶粒側凸塊結構80,位於介電材料層(12、20、60)的第二側,並連接到重分佈互連結構40的晶粒側子集,其中,晶粒側凸塊結構80包括位於第一區域DA1中的第一晶粒側凸塊結構80A和位於第二區域DA2中的第二晶粒側凸塊結構80B,在平面圖中,第二區域DA2與第一區域DA1橫向地間隔開一間隙區域GR,在間隙區域GR中沒有任何晶粒側凸塊結構80;以及應力減輕線路結構(118、140及/或180),位於在平面圖中在間隙區域GR的範圍內的介電材料層(12、20、60)之上或之內。其中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)與從封裝側凸塊結構18、重分佈互連結構40和晶粒側凸塊結構80中選擇的一金屬部件位於相同的水平高度。其中,應力減輕線路結構(118、140及/或180)包括所述金屬部件不同的材料。
在一些實施例中,介電材料層(12、20、60)包括晶粒側介電材料層60。晶粒側凸塊結構80各自包括與晶粒側介電材料層60的水平面接觸的水平面。應力減輕線路結構(在應力減輕線路結構包括晶粒側應力減輕線路結構180
的實施例中)與晶粒側介電材料層60的水平面接觸。並且,應力減輕線路結構具有與晶粒側凸塊結構80不同的材料組成或不同的厚度。
在一些實施例中,介電材料層(12、20、60)包括封裝側介電材料層12,封裝側介電材料層12內埋封裝側凸塊結構18和應力減輕線路結構(在應力減輕線路結構包括封裝側應力減輕線路結構180的實施例中)。封裝側凸塊結構18的水平面和不與介電材料層(12、20、60)或重分佈互連結構40接觸的應力減輕線路結構的水平面位於同一水平平面(例如,包括封裝側介電材料層12的最底表面的水平平面)內。並且,應力減輕線路結構具有與封裝側凸塊結構18不同的材料組成或不同的厚度。
在一些實施例中,應力減輕線路結構(在應力減輕線路結構包括互連級應力減輕線路結構140的實施例中)內埋在介電材料層(12、20、60)內,並位於一第一水平平面與一第二水平平面之間,第一水平平面包括封裝側凸塊結構18與重分佈互連結構40中的第一子集之間的界面,第二水平平面包括晶粒側凸塊結構80與重分佈互連結構40中的第二子集之間的界面。並且,應力減輕線路結構具有與重分佈互連結構不同的材料組成。
在一些實施例中,晶粒側凸塊結構80各自包括與晶粒側介電材料層60的水平面接觸的水平面,並且應力減輕線路結構(例如,晶粒側應力減輕線路結構180)與晶粒側介電材料層60的水平面接觸。
第2圖是根據本揭露一些實施例的在將半導體晶粒附接到有機中介層之後的示例性結構的垂直截面圖。至少一半導體晶粒(701、702)可以附接到各個有機中介層400。每個半導體晶粒(701、702)可以通過焊料部分788接合到在個別的單元中介層區域UIA內的晶粒側凸塊結構80中的相應的子集(subset)。每個半導體晶粒(701、702)可以包括晶粒凸塊結構708。在一些實施例中,晶粒凸塊結構708可以包括微凸塊結構的二維陣列,並且每個半導體晶粒(701、702)可以
通過C2接合(即,一對微凸塊之間的焊料接合)附接到晶粒側凸塊結構80。在將半導體晶粒(701、702)的晶粒凸塊結構708設置在焊料部分788的陣列上方之後,可以執行C2接合製程,使焊料部分788回焊(reflow)。
所述至少一半導體晶粒(701、702)可以包括本領域中已知的任何半導體晶粒。在一些實施例中,所述至少一半導體晶粒(701、702)可以包括晶片上系統(system-on-chip,SoC)晶粒,例如應用處理器晶粒。在一些實施例中,所述至少一半導體晶粒(701、702)可以包括多個半導體晶粒(701、702)。在一些實施例中,多個半導體晶粒(701、702)可以包括第一半導體晶粒701和至少一第二半導體晶粒702。在一些實施例中,第一半導體晶粒701可以是中央處理單元晶粒,而所述至少一第二半導體晶粒702可以包括圖形處理單元晶粒。在另一些實施例中,第一半導體晶粒701可以包括晶片上系統(SoC)晶粒,而所述至少一第二半導體晶粒702可以包括至少一高頻寬記憶體(high bandwidth memory,HBM)晶粒,每個高頻寬記憶體晶粒都包括多個靜態隨機存取記憶體晶粒的垂直堆疊,並提供根據JEDEC標準(即,JEDEC固態技術協會所定義的標準)定義的高頻寬。附接到同一有機中介層400的半導體晶粒(701、702)的頂表面可以位於同一水平平面內。通常,至少一半導體晶粒(701、702)可以通過至少一組焊料部分788附接到晶粒側凸塊結構80。
第3圖是根據本揭露一些實施例的在形成扇出晶圓級封裝之後的示例性結構的垂直截面圖。至少一底部填充材料部分780可以形成在每一組接合的焊料部分788的周圍。在對焊料部分788回焊之後,可藉由在焊料部分788的陣列的周圍注入底部填充材料來形成各個底部填充材料部分780。可以使用任何已知的底部填充材料施加方法,其可以是例如毛細力(capillary)底部填充方法、模製(molded)底部填充方法或印刷底部填充方法。在一些實施例中,多個半導體晶粒(701、702)可以附接到在每個單元中介層區域UIA內的有機中介載層400,並且
單個底部填充材料部分780可以在多個半導體晶粒(701、702)的下方連續地延伸。
根據本揭露一些實施例,應力減輕線路結構(118、140、180)可以在底部填充材料的施加和固化期間吸收到有機中介層400的機械應力。具體地,底部填充材料施加過程可對晶粒側介電材料層60施加壓力。應力減輕線路結構(118、140、180)可響應於機械應力而變形,使得位於第一區域DA1和第二區域DA2內有機中介層400的部分在底部填充材料施加過程中或在隨後可產生機械應力的過程中變形較少。
環氧模塑料(epoxy molding compound,EMC)被施加到有機中介層400和半導體晶粒(701、702)之間的間隙。EMC包括可硬化(即固化)的含環氧基的化合物,以提供具有足夠剛性和機械強度的介電材料部分。EMC可以包括環氧樹脂、硬化劑、二氧化矽(作為填充材料)和其他添加劑。EMC可以以液體形式或固體形式來提供,取決於其黏度和流動性。液體的EMC可以提供較好的操控性、良好的流動性、較少的空隙、較好的填充效果和較少的流痕(flow marks)。固體的EMC可以減少固化收縮率、提高支撐力和減少晶粒漂移。EMC內較高的填料含量(例如,重量的85%)可以縮短成模的時間、降低模具收縮率(mold shrinkage)和減少模具翹曲。EMC中填料尺寸的均勻分布可以減少流痕,並可以提高流動性。EMC的固化溫度可以低於黏合劑層301的釋放(脫膠)溫度。舉例來說,EMC的固化溫度可以在125℃到150℃的範圍內。
可以在固化溫度下固化EMC,以形成橫向地包圍每個半導體晶粒(701、702)的EMC基質(matrix)。EMC基質包括彼此橫向地鄰接的多個EMC晶粒框架790。每個EMC晶粒框架790位於個別的單元中介層區域UIA內,並且橫向地圍繞和內埋至少一半導體晶粒(701、702)的相應集合(可以是多個半導體晶粒(701、702))。可以藉由平坦化製程(可使用化學機械平坦化方法)從包括半導體晶粒(701、702)的頂表面的水平平面上方去除EMC的多餘部分。
第4圖是根據本揭露一些實施例的在切割扇出晶圓級封裝之後的示例性結構的垂直截面圖。可以將載體基板300與有機中介層板400、半導體晶粒(701、702)和EMC晶粒框架790的組件分離。可以例如通過在高溫下的熱退火而使黏合劑層301失去活性。實施例可以包括黏合劑層301,其具有熱去活性的(thermally-deactivated)黏合劑材料。在黏合劑層301可以是透明的其他實施例中,黏合劑層301可以具有紫外線去活性的(ultraviolet-deactivated)黏合劑材料。
可以沿著切割通道切割有機中介層400、半導體晶粒(701、702)和EMC晶粒框架790的組件,所述切割通道是位於單元中介層區域UIA的邊界。有機中介層400、半導體晶粒(701、702)和EMC晶粒框架790的每個經切割的部分包括扇出晶圓級封裝(fan-out wafer-level package,FOWLP),其包括至少一半導體晶粒(701、702)(可以是多個半導體晶粒)、有機中介層400、底部填充材料部分780以及EMC晶粒框架790。EMC晶粒框架790和有機中介層400可以具有垂直地重合的側壁,即,兩者的側壁位於同一垂直平面內。在扇出晶圓級封裝包括多個半導體晶粒(701、702)的實施例中,底部填充材料部分780可以接觸多個半導體晶粒(701、702)的側壁。EMC晶粒框架790在扇出晶圓級封裝內的所述至少一半導體晶粒(701、702)的周圍連續地延伸,並橫向地包圍半導體晶粒(701、702)。
第5圖是根據本揭露一些實施例的在將封裝基板附接到扇出晶圓級封裝之後的示例性結構的垂直截面圖。參照第5圖,提供封裝基板200。封裝基板200可以是包括核心基板210的有核心(cored)封裝基板、或者是不包括封裝核心的無核心(coreless)封裝基板。或者,封裝基板200可以包括系統整合封裝基板(system-integrated package substrate,SoIS),其包括重分佈層及/或介電中間層、至少一內埋的中介層(例如,矽中介層)。這樣的系統整合封裝基板可以包括使用焊料部分、微凸塊、底部填充材料部分(例如,模製底部填充材料部分)及/或黏合膜的層到層互連(layer-to-layer interconnections)。儘管在此使用一示例性封裝
基板來描述本揭露實施例,但是應當理解,本揭露的發明範圍不以任何特殊類型的封裝基板為限制,並可以包括系統整合封裝基板(SoIS)。
核心基板210可以包括玻璃環氧樹脂板(glass epoxy plate),其包括貫穿板孔(through-plate holes)的陣列。可以在貫穿板孔中設置包括金屬材料的貫穿核心導孔結構(through-core via structures)214。每個貫穿核心導孔結構214可以或可以不包括圓柱形空心內部。可選地,介電襯層212可用於將貫穿核心導孔結構214與核心基板210電性隔離。
封裝基板200可以包括板側(board-side)表面增層電路(surface laminar circuit,SLC)240和晶片側表面增層電路(SLC)260。板側表面增層電路240可以包括內埋板側佈線互連(board-side wiring interconnects)244的板側絕緣層242。晶片側表面增層電路260可以包括內埋晶片側佈線互連264的晶片側絕緣層262。板側絕緣層242和晶片側絕緣層262可以包括光敏環氧樹脂材料,其可以被微影圖案化以及隨後被固化。內埋板側佈線互連244和內埋晶片側佈線互連264可以包括銅,其可以通過電鍍沉積在板側絕緣層242或晶片側絕緣層262中的圖案內。板側接合焊墊248的陣列可以電性連接到內埋板側佈線互連244,並可以配置為允許通過焊球進行接合。晶片側接合焊墊268的陣列可以電性連接到晶片側佈線互連264,並可以配置為允許通過C4焊球進行接合。
可以將附接到有機中介層400、至少一半導體晶粒(701、702)和EMC晶粒框架790的組件的封裝側凸塊結構18的焊料部分450設置在封裝基板200的晶片側接合焊墊268的陣列上。可以執行回焊製程以使焊料部分450回焊,從而引起有機中介層400與封裝基板200之間的接合。在一些實施例中,焊料部分450可以包括C4焊球,並且有機中介層400、所述至少一半導體晶粒(701、702)和EMC晶粒框架790的組件可以使用C4焊球的陣列附接到封裝基板200。可以通過施加底部填充材料並對其塑形,以在焊料部分450的周圍形成底部填充材料部分
292。可選地,可以將例如蓋結構或環結構的穩定結構294附接到有機中介層400、所述至少一半導體晶粒(701、702)、EMC晶粒框架790和封裝基板200的組件上,以減少所述組件在後續的處理步驟中及/或組件的使用期間的變形。
第6圖是根據本揭露一些實施例的在將封裝基板附接到印刷電路板(PCB)之後的示例性結構的垂直截面圖。參照第6圖,提供印刷電路板(PCB)100,其包括PCB基板110和PCB接合焊墊188。PCB基板110至少在PCB基板110的一側上包括印刷電路(未示出)。可以形成焊料接點190的陣列,以將板側接合焊墊248的陣列接合到PCB接合焊墊188的陣列。可以通過在板側接合焊墊248的陣列與PCB接合焊墊188的陣列之間設置焊球的陣列,並通過回焊焊球的陣列,來形成焊料接點190。可以通過施加底部填充材料並對其塑形,以在焊料接點190的周圍形成底部填充材料部分192。封裝基板200通過焊料接點190的陣列附接到PCB基板110。
第7A圖是示出根據本揭露一些實施例的用於形成有機中介層的第一種處理步驟順序的第一流程圖。參照步驟710和第1A圖到第1I圖,在載體基板300上方形成內埋在封裝側介電材料層12中封裝側凸塊結構18。參照步驟712和第1A圖到第1I圖,在平面圖中在間隙區域GR的範圍內的封裝側介電材料層12之內及/或之上形成應力減輕線路結構(例如,封裝側應力減輕線路結構118)。每個應力減輕線路結構包括沿各自的水平方向橫向地延伸的多個直線段部。應力減輕線路結構可以與封裝側凸塊結構18位於相同水平高度。參照步驟720和第1A圖到第1H圖,在封裝側凸塊結構18上方形成互連級介電材料層20和重分佈互連結構40。在一些實施例中,應力減輕線路結構(例如,封裝側應力減輕線路結構118)不電性連接到重分佈互連結構40。參照步驟730和第1A圖到第1I圖,在互連級介電材料層20上方形成晶粒側介電材料層60。參照步驟740和第1A圖到第1I圖,在晶粒側介電材料層60上方形成晶粒側凸塊結構80。晶粒側凸塊結構80包括位於
第一區域DA1中的第一晶粒側凸塊結構80A和位於第二區域DA2中的第二晶粒側凸塊結構80B,在平面圖中,第二區域DA2與第一區域DA1橫向地間隔開一間隙區域GR,在間隙區域GR中沒有任何晶粒側凸塊結構80。
第7B圖是示出根據本揭露一些實施例的用於形成有機中介層的第二種處理步驟順序的第二流程圖。參照步驟710和第1A圖到第1I圖,在載體基板300上方形成內埋在封裝側介電材料層12中封裝側凸塊結構18。參照步驟720和第1A圖到第1H圖,在封裝側凸塊結構18上方形成互連級介電材料層20和重分佈互連結構40。參照步驟722和第1A圖到第1I圖,在平面圖中在間隙區域GR的範圍內的互連級介電材料層20之內及/或之上形成應力減輕線路結構(例如,互連級應力減輕線路結構140)。每個應力減輕線路結構包括沿各自的水平方向橫向地延伸的多個直線段部。應力減輕線路結構可以與重分佈互連結構40位於相同水平高度。在一些實施例中,應力減輕線路結構(例如,互連級應力減輕線路結構140)不電性連接到重分佈互連結構40。參照步驟730和第1A圖到第1I圖,在互連級介電材料層20上方形成晶粒側介電材料層60。參照步驟740和第1A圖到第1I圖,在晶粒側介電材料層60上方形成晶粒側凸塊結構80。晶粒側凸塊結構80包括位於第一區域DA1中的第一晶粒側凸塊結構80A和位於第二區域DA2中的第二晶粒側凸塊結構80B,在平面圖中,第二區域DA2與第一區域DA1橫向地間隔開一間隙區域GR,在間隙區域GR中沒有任何晶粒側凸塊結構80。
第7C圖是示出根據本揭露一些實施例的用於形成有機中介層的第三種處理步驟順序的第三流程圖。參照步驟710和第1A圖到第1I圖,在載體基板300上方形成內埋在封裝側介電材料層12中封裝側凸塊結構18。參照步驟720和第1A圖到第1H圖,在封裝側凸塊結構18上方形成互連級介電材料層20和重分佈互連結構40。參照步驟730和第1A圖到第1I圖,在互連級介電材料層20上方形成晶粒側介電材料層60。參照步驟740和第1A圖到第1I圖,在晶粒側介電材料層60
上方形成晶粒側凸塊結構80。晶粒側凸塊結構80包括位於第一區域DA1中的第一晶粒側凸塊結構80A和位於第二區域DA2中的第二晶粒側凸塊結構80B,在平面圖中,第二區域DA2與第一區域DA1橫向地間隔開一間隙區域GR,在間隙區域GR中沒有任何晶粒側凸塊結構80。參照步驟742和第1A圖到第1I圖,在平面圖中在間隙區域GR的範圍內的晶粒側介電材料層60之內及/或之上形成應力減輕線路結構(例如,晶粒側應力減輕線路結構180)。每個應力減輕線路結構包括沿各自的水平方向橫向地延伸的多個直線段部。應力減輕線路結構可以與晶粒側凸塊結構80位於相同水平高度。在一些實施例中,應力減輕線路結構(例如,晶粒側應力減輕線路結構180)不電性連接到重分佈互連結構40。
本揭露各種實施例可用於提供有機中介層400以及包括有機中介層400、半導體晶粒(701、702)和封裝基板200的半導體結構。有機中介層400包括應力減輕線路結構(118、140、180),應力減輕線路結構(118、140、180)可以有利地用於在不存在半導體晶粒(701、702)的範圍中(即,在間隙區域GR中)引起變形,而不是在平面圖中與半導體晶粒(701、702)在面積上重疊的區域內的有機中介層400中的變形。因此,可以提高包括有機中介層400和多個半導體晶粒(701、702)的扇出晶圓級封裝(FOWLP)的良率。
根據本揭露一些實施例,提供一種有機中介層。所述有機中介層包括多個介電材料層、多個封裝側凸塊結構、多個晶粒側凸塊結構以及多個應力減輕線路結構。所述介電材料層內埋多個重分佈互連結構。所述封裝側凸塊結構位於所述介電材料層的第一側,並連接到所述重分佈互連結構中的封裝側子集。所述晶粒側凸塊結構位於所述介電材料層的第二側,並連接到所述重分佈互連結構中的晶粒側子集。其中,所述晶粒側凸塊結構包括位於一第一區域中的多個第一晶粒側凸塊結構和位於一第二區域中的多個第二晶粒側凸塊結構。在平面圖中,第二區域與第一區域橫向地間隔開一間隙區域,在間隙區域
中沒有任何晶粒側凸塊結構。所述應力減輕線路結構位於在平面圖中在間隙區域的範圍內的所述介電材料層之上或之內。其中,所述應力減輕線路結構與所述封裝側凸塊結構、所述重分佈互連結構和所述晶粒側凸塊結構中之一者包括相同的材料且位於相同的水平高度。
在一些實施例中,應力減輕線路結構中的每一者包括沿各自的水平方向橫向地延伸的多個直線段部,並且不電性連接到重分佈互連結構。在一些實施例中,應力減輕線路結構中的每一者包括:多個第一直線段部,沿一第一水平方向橫向地延伸;以及多個第二直線段部,沿不同於第一水平方向的一第二水平方向橫向地延伸。在一些實施例中,應力減輕線路結構中的每一者的第一直線段部的側壁和第二直線段部的側壁通過多個垂直邊緣彼此鄰接。在一些實施例中,應力減輕線路結構中的每一者的直線段部通過具有彎曲側壁的多個曲線段部相互連接。在一些實施例中,應力減輕線路結構包括沿一第一水平方向橫向地延伸的多個第一應力減輕線路結構和沿一第二水平方向橫向地延伸的多個第二應力減輕線路結構,並且應力減輕線路結構佈置為互連網,其中第一應力減輕線路結構和第二應力減輕線路結構以網格圖案形式鄰接。在一些實施例中,介電材料層包括晶粒側介電材料層,晶粒側凸塊結構各自包括與晶粒側介電材料層的水平面接觸的水平面,應力減輕線路結構與晶粒側介電材料層的水平面接觸,並且應力減輕線路結構具有與晶粒側凸塊結構相同的材料組成和相同的厚度。在一些實施例中,介電材料層包括封裝側介電材料層,封裝側介電材料層內埋封裝側凸塊結構和應力減輕線路結構,並且封裝側凸塊結構的水平面和不與介電材料層或重分佈互連結構接觸的應力減輕線路結構的水平面位於同一水平平面內。在一些實施例中,應力減輕線路結構具有與封裝側凸塊結構相同的材料組成和相同的厚度。在一些實施例中,應力減輕線路結構內埋在介電材料層內,並位於一第一水平平面與一第二水平平面之間,第一水平平
面包括封裝側凸塊結構與重分佈互連結構中的第一子集之間的界面,第二水平平面包括晶粒側凸塊結構與重分佈互連結構中的第二子集之間的界面。在一些實施例中,應力減輕線路結構具有與重分佈互連結構中的一子集相同的材料組成和相同的厚度,該子集與第一子集和第二子集中的一者不同或相同。
根據本揭露另一些實施例,提供一種有機中介層。所述有機中介層包括多個介電材料層、多個封裝側凸塊結構、多個晶粒側凸塊結構以及多個應力減輕線路結構。所述介電材料層內埋多個重分佈互連結構。所述封裝側凸塊結構位於所述介電材料層的第一側,並連接到所述重分佈互連結構中的封裝側子集。所述晶粒側凸塊結構位於所述介電材料層的第二側,並連接到所述重分佈互連結構中的晶粒側子集。其中,所述晶粒側凸塊結構包括位於一第一區域中的多個第一晶粒側凸塊結構和位於一第二區域中的多個第二晶粒側凸塊結構。在平面圖中,第二區域與第一區域橫向地間隔開一間隙區域,在間隙區域中沒有任何晶粒側凸塊結構。所述應力減輕線路結構位於在平面圖中在間隙區域的範圍內的所述介電材料層之上或之內。其中,所述應力減輕線路結構與從所述封裝側凸塊結構、所述重分佈互連結構和所述晶粒側凸塊結構中選擇的一金屬部件位於相同的水平高度。其中,所述應力減輕線路結構包括與金屬部件不同的材料。
在一些實施例中,介電材料層包括晶粒側介電材料層,晶粒側凸塊結構各自包括與晶粒側介電材料層的水平面接觸的水平面,應力減輕線路結構與晶粒側介電材料層的水平面接觸,並且應力減輕線路結構具有與晶粒側凸塊結構不同的材料組成或不同的厚度。在一些實施例中,介電材料層包括封裝側介電材料層,封裝側介電材料層內埋封裝側凸塊結構和應力減輕線路結構,封裝側凸塊結構的水平面和不與介電材料層或重分佈互連結構接觸的應力減輕線路結構的水平面位於同一水平平面內,並且應力減輕線路結構具有與封裝側
凸塊結構不同的材料組成或不同的厚度。在一些實施例中,應力減輕線路結構內埋在介電材料層內,並位於一第一水平平面與一第二水平平面之間,第一水平平面包括封裝側凸塊結構與重分佈互連結構中的第一子集之間的界面,第二水平平面包括晶粒側凸塊結構與重分佈互連結構中的第二子集之間的界面,並且應力減輕線路結構具有與重分佈互連結構不同的材料組成。
根據本揭露又另一些實施例,提供一種形成有機中介層的方法。所述方法包括在載體基板上方形成內埋在封裝側介電材料層內的多個封裝側凸塊結構。所述方法也包括在所述封裝側凸塊結構上方形成多個互連級介電材料層和多個重分佈互連結構。所述方法還包括在所述互連級介電材料層上方形成晶粒側介電材料層。所述方法還包括在晶粒側介電材料層上方形成多個晶粒側凸塊結構。其中,所述晶粒側凸塊結構包括位於一第一區域中的多個第一晶粒側凸塊結構和位於一第二區域中的多個第二晶粒側凸塊結構。在平面圖中,第二區域與第一區域橫向地間隔開一間隙區域,在間隙區域中沒有任何晶粒側凸塊結構。此外,所述方法包括在平面圖中在間隙區域的範圍內的封裝側介電材料層、所述互連級介電材料層或晶粒側介電材料層中的一者之內或之上形成多個應力減輕線路結構。其中,所述應力減輕線路結構中的每一者包括沿各自的水平方向橫向地延伸的多個直線段部,並且所述應力減輕線路結構具有選自以下的至少一特徵:所述應力減輕線路結構不電性連接到所述重分佈互連結構;以及所述應力減輕線路結構與所述封裝側凸塊結構或所述晶粒側凸塊結構位於相同的水平高度。
在一些實施例中,應力減輕線路結構與封裝側凸塊結構、重分佈互連結構和晶粒側凸塊結構中的一者包括相同的材料且位於相同的水平高度。在一些實施例中,應力減輕線路結構與選自以下的一金屬部件位於相同的水平高度:封裝側凸塊結構、重分佈互連結構以及晶粒側凸塊結構,並且應力減輕
線路結構包括與所述金屬部件不同的材料。在一些實施例中,應力減輕線路結構的材料的楊氏模數小於所述金屬部件的楊氏模數。在一些實施例中,應力減輕線路結構通過以下步驟而形成:在載體基板、封裝側介電材料層、互連級介電材料層或晶粒側介電材料層上方沉積原胚材料層;在原胚材料層上方施加光阻層,並圖案化光阻層;以及將光阻層中的圖案轉移到原胚材料層。其中,原胚材料層的圖案化部分包括應力減輕線路結構,並且應力減輕線路結構中的每一者分別包括一組彼此平行的直線段部。
前述內文概述了許多實施例的特徵,使本技術領域中具有通常知識者可以從各個方面更佳地了解本揭露。本技術領域中具有通常知識者應可理解,且可輕易地以本揭露為基礎來設計或修飾其他製程及結構,並以此達到相同的目的及/或達到與在此介紹的實施例等相同之優點。本技術領域中具有通常知識者也應了解這些相等的結構並未背離本揭露的發明精神與範圍。在不背離本揭露的發明精神與範圍之前提下,可對本揭露進行各種改變、置換或修改。
12:(封裝側)介電材料層
18:封裝側凸塊結構
20:(互連級)介電材料層
22:(第一)介電材料層
24:(第二)介電材料層
26:(第三)介電材料層
28:(第四)介電材料層
40:重分佈互連結構
42:第一重分佈互連結構
44:第二重分佈互連結構
46:第三重分佈互連結構/金屬基板
48:金屬焊墊結構
60:(晶粒側)介電材料層
80:晶粒側凸塊結構
80A:第一晶粒側凸塊結構
80B:第二晶粒側凸塊結構
118:(封裝側)應力減輕線路結構
140:(互連級)應力減輕線路結構
180:(晶粒側)應力減輕線路結構
300:載體基板
301:黏合劑層
400:有機中介層
B:區域
DA1:第一區域
DA2:第二區域
GR:間隙區域
UIA:單元中介層區域
Claims (10)
- 一種有機中介層,包括:複數個介電材料層,內埋複數個重分佈互連結構;複數個封裝側凸塊結構,位於該些介電材料層的一第一側,並連接到該些重分佈互連結構中的一封裝側子集;複數個晶粒側凸塊結構,位於該些介電材料層的一第二側,並連接到該些重分佈互連結構中的一晶粒側子集,其中,該些晶粒側凸塊結構包括位於一第一區域中的複數個第一晶粒側凸塊結構和位於一第二區域中的複數個第二晶粒側凸塊結構,在一平面圖中,該第二區域與該第一區域橫向地間隔開一間隙區域,在該間隙區域中沒有任何晶粒側凸塊結構;以及複數個應力減輕線路結構,位於在該平面圖中在該間隙區域的範圍內的該些介電材料層之上或之內,其中,該些應力減輕線路結構與該些封裝側凸塊結構、該些重分佈互連結構和該些晶粒側凸塊結構中之一者包括相同的材料且位於相同的水平高度。
- 如請求項1之有機中介層,其中,該些應力減輕線路結構中的每一者包括沿各自的水平方向橫向地延伸的複數個直線段部,並且不電性連接到該些重分佈互連結構。
- 如請求項1之有機中介層,其中,該些應力減輕線路結構中的每一者包括:複數個第一直線段部,沿一第一水平方向橫向地延伸;以及複數個第二直線段部,沿不同於該第一水平方向的一第二水平方向橫向地延伸,其中,該些應力減輕線路結構中的每一者的該些第一直線段部的側壁和該些第二直線段部的側壁通過複數個垂直邊緣彼此鄰接。
- 如請求項2之有機中介層,其中,該些直線段部通過具有彎 曲側壁的複數個曲線段部相互連接。
- 如請求項1之有機中介層,其中:該些應力減輕線路結構包括沿一第一水平方向橫向地延伸的複數個第一應力減輕線路結構和沿一第二水平方向橫向地延伸的複數個第二應力減輕線路結構;以及該些應力減輕線路結構佈置為一互連網,其中該些第一應力減輕線路結構和該些第二應力減輕線路結構以網格圖案形式鄰接。
- 如請求項1之有機中介層,其中:該些介電材料層包括一晶粒側介電材料層;該些晶粒側凸塊結構各自包括與該晶粒側介電材料層的一水平面接觸的水平面;該些應力減輕線路結構與該晶粒側介電材料層的該水平面接觸;以及該些應力減輕線路結構具有與該些晶粒側凸塊結構相同的材料組成和相同的厚度。
- 如請求項1之有機中介層,其中:該些介電材料層包括一封裝側介電材料層,該封裝側介電材料層內埋該些封裝側凸塊結構和該些應力減輕線路結構;以及該些封裝側凸塊結構的水平面和不與該些介電材料層或該些重分佈互連結構接觸的該些應力減輕線路結構的水平面位於同一水平平面內,其中,該些應力減輕線路結構具有與該些封裝側凸塊結構相同的材料組成和相同的厚度。
- 如請求項1之有機中介層,其中,該些應力減輕線路結構內埋在該些介電材料層內,並位於一第一水平平面與一第二水平平面之間,該第一水平平面包括該些封裝側凸塊結構與該些重分佈互連結構中的一第一子集之間的界面,該第二水平平面包括該些晶粒側凸塊結構與該些重分佈互連結構中 的一第二子集之間的界面,其中,該些應力減輕線路結構具有與該些重分佈互連結構中的一子集相同的材料組成和相同的厚度,該子集與該第一子集和該第二子集中的一者不同或相同。
- 一種有機中介層,包括:複數個介電材料層,內埋複數個重分佈互連結構;複數個封裝側凸塊結構,位於該些介電材料層的一第一側,並連接到該些重分佈互連結構中的一封裝側子集;複數個晶粒側凸塊結構,位於該些介電材料層的一第二側,並連接到該些重分佈互連結構中的一晶粒側子集,其中,該些晶粒側凸塊結構包括位於一第一區域中的複數個第一晶粒側凸塊結構和位於一第二區域中的複數個第二晶粒側凸塊結構,在一平面圖中,該第二區域與該第一區域橫向地間隔開一間隙區域,在該間隙區域中沒有任何晶粒側凸塊結構;以及複數個應力減輕線路結構,位於在該平面圖中在該間隙區域的範圍內的該些介電材料層之上或之內,其中,該些應力減輕線路結構與從該些封裝側凸塊結構、該些重分佈互連結構和該些晶粒側凸塊結構中選擇的一金屬部件位於相同的水平高度;以及其中,該些應力減輕線路結構包括與該金屬部件不同的材料。
- 一種形成有機中介層的方法,包括:在一載體基板上方形成內埋在一封裝側介電材料層內的複數個封裝側凸塊結構;在該些封裝側凸塊結構上方形成複數個互連級介電材料層和複數個重分佈互連結構;在該些互連級介電材料層上方形成一晶粒側介電材料層;在該晶粒側介電材料層上方形成複數個晶粒側凸塊結構,其中,該些晶粒側 凸塊結構包括位於一第一區域中的複數個第一晶粒側凸塊結構和位於一第二區域中的複數個第二晶粒側凸塊結構,在一平面圖中,該第二區域與該第一區域橫向地間隔開一間隙區域,在該間隙區域中沒有任何晶粒側凸塊結構;以及在該平面圖中在該間隙區域的範圍內的該封裝側介電材料層、該些互連級介電材料層或該晶粒側介電材料層中的一者之內或之上形成複數個應力減輕線路結構,其中,該些應力減輕線路結構中的每一者包括沿各自的水平方向橫向地延伸的複數個直線段部,並且該些應力減輕線路結構具有選自以下的至少一特徵:該些應力減輕線路結構不電性連接到該些重分佈互連結構;以及該些應力減輕線路結構與該些封裝側凸塊結構或該些晶粒側凸塊結構位於相同的水平高度。
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