TWI812143B - 封裝結構及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種封裝結構，包括一基板、一第一鈍化層、一金屬層、一第二鈍化層以及一聚合物層。第一鈍化層形成在基板之上。金屬層共形地形成在第一鈍化層上。第二鈍化層共形地形成在第一鈍化層及金屬層上。一階梯結構形成在第二鈍化層的頂表面上，且包括至少一較低部分，低於階梯結構的其他部分。聚合物層形成在第二鈍化層之上。聚合物層的一部分延伸到階梯結構的較低部分中以與階梯結構卡合。

Description

封裝結構及其形成方法
本發明實施例係關於一種半導體製造技術，特別係有關於一種具有防聚合物層分層設計的封裝結構及其形成方法。
半導體產業通過不斷減小最小特徵尺寸來持續提高各種電子構件(例如，電晶體、二極體、電阻器、電容器等)的積體密度，從而允許將更多構件整合到既定區域中。隨著對更小的電子裝置的需求不斷增長，越來越需要更小且更有創意的半導體晶粒封裝技術。
傳統封裝技術將晶圓分成多個單獨的晶粒並封裝每個個別的晶粒，按照以下順序：將單個晶粒放置在封裝基板上、一般通過打線接合或覆晶接合形成第一級互連(interconnects)、密封、測試、檢查以及在最終組裝中與電路板的第二級互連。這些技術和流程非常耗時。
晶圓級封裝(Wafer level package，WLP)技術是在晶圓級封裝晶粒的技術。晶圓級封裝技術可以生產尺寸小且電性能良好的晶粒，目前因其成本低且製程相對簡單而被廣泛使用。晶圓級封裝技術基本上包括裝置互連及裝置保護製程。在晶圓級封裝技術中，後段(back-end-of-line，BEOL)製程涉及一些遮罩層，從聚合物介電層開始、重分佈層、凸塊下金屬化層以及晶圓凸塊，所有這些都在切割之前進行。
儘管現有的晶圓級封裝技術通常已經足以滿足其預期目的，但它們仍不是在所有方面都完全令人滿意的。
本揭露一些實施例提供一種封裝結構，包括一基板、一第一鈍化層、一金屬層、一第二鈍化層以及一聚合物層。第一鈍化層形成在基板之上。金屬層共形地(conformally)形成在第一鈍化層上。第二鈍化層共形地形成在第一鈍化層及金屬層上。一階梯結構形成在第二鈍化層的頂表面上，且包括至少一較低部分，所述至少一較低部分係低於階梯結構的其他部分。聚合物層形成在第二鈍化層之上。聚合物層的一部分延伸到階梯結構的所述至少一較低部分中以與階梯結構卡合。
本揭露一些實施例提供一種封裝結構，包括一基板、一第一鈍化層、一金屬層、一第二鈍化層以及一聚合物層。第一鈍化層形成在基板之上。金屬層形成在第一鈍化層之上，且金屬層的至少一部分延伸到第一鈍化層中。第二鈍化層共形地形成在第一鈍化層及金屬層上。一階梯結構形成在第二鈍化層的頂表面上，且包括至少一較低部分，所述至少一較低部分係低於階梯結構的其他部分。階梯結構的所述至少一較低部分對應於金屬層在第一鈍化層中的所述至少一部分。聚合物層形成在第二鈍化層之上。聚合物層的一周邊部分延伸到階梯結構的所述至少一較低部分中。
本揭露一些實施例提供一種形成封裝結構的方法。所述方法包括在一基板之上形成一第一鈍化層。所述方法也包括在第一鈍化層上共形地形成一金屬層。所述方法還包括在第一鈍化層及金屬層上共形地形成一第二鈍化層，使得一階梯結構形成在第二鈍化層的頂表面上，其中階梯結構具有至少一較低部分，所述至少一較低部分係低於階梯結構的其他部分。此外，所述方法包括在第二鈍化層之上形成一聚合物層，其中聚合物層的一周邊部分延伸到階梯結構的所述至少一較低部分中以與階梯結構卡合。
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」、「在…上方」、「較高的」及類似的用語，是為了便於描述圖式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。
說明書中的用語「基本上(substantially)」，例如「基本上平坦」或「基本上共平面」等為本領域技術人員所能理解的。在一些實施例中，形容詞「基本上」可以被去除。在適用的情況下，用語「基本上」還可包括「全部(entirely)」、「完全(completely)」、「所有(all)」等的實施例。在適用的情況下，用語「基本上」還可以涉及90%或更高，例如95%或更高，特別是99%或更高，包括100%。此外，例如「基本上平行」或「基本上垂直」之類的用語應被解釋成不排除相較於特定佈置的微小偏差，且例如可包括高達10°的偏差。用語「基本上」不排除「完全」，例如「基本上不含(substantially free)」Y的組合物可以是完全不含Y。
與特定距離或尺寸結合使用的用語，例如「約」，應被解釋成不排除相較於特定距離或尺寸的微小偏差，且例如可包括高達10%的偏差。用於數值x的用語「約」可能表示x±5或10%。
根據本揭露的各個示例性實施例提供一種半導體裝置封裝(結構)及其形成方法。一些實施例的變體(variations)也被討論。在各個視圖和說明性實施例中，相同的參考符號用於表示相同的元件。根據一些實施例，一種封裝結構具有防聚合物層分層設計(polymer layer delamination prevention design)以增加聚合物層與下層結構之間的黏合力。因此，封裝結構的可靠性得到提升。
以下將針對特定的背景(context)來描述實施例，即晶圓級封裝(WLP)技術。其他實施例可以考量其他應用，例如不同的封裝類型或不同的配置，這對於本領域的普通技術人員在閱讀本揭露後將是顯而易見的。應注意的是，本文中討論的實施例不一定說明結構中可能存在的每個部件或特徵。此外，本文中討論的方法實施例可以被討論為以特定順序執行；然而，其他方法實施例也可以以任何邏輯順序執行。
第1A圖示出根據一些實施例的一晶圓級封裝(WLP)10的俯視圖，其包括在一晶圓12上製造並被模塑料(molding compound)13覆蓋的多個晶粒11。晶粒11的更多細節顯示在第1B圖中。
晶圓級封裝10可以是晶圓級晶片尺寸封裝(wafer level chip scale package，WLCSP)、扇出晶圓級封裝(fan-out wafer level package，FO-WLP)、嵌入式晶圓級封裝(embedded WLP)、三維晶圓級封裝(three-dimensional wafer level package，3D WLP)或晶圓級微機電系統(MEMS)。晶圓級封裝10可以是以各種其他技術開發並用於各種應用的任何其他的晶圓級封裝。
每個晶粒11可以是利用各種技術製成的晶片，例如互補式金屬氧化物半導體(CMOS)晶片、GaAs晶片、SiGe晶片或積體被動裝置(integrated passive device，IPD)。晶粒11可用於執行任何功能，例如處理器、記憶體晶片、功率放大器、光電子裝置例如影像感測器、類比/數位(A/D)轉換器等。
晶圓級封裝10包括形成在晶圓12上的多個彼此相同的晶粒11，它們由劃線14分開。晶圓12在晶粒11的生產過程中用作製造載體。在完成半導體製造製程之後，形成了多個晶粒11。晶粒11的製造製程在本領域中是眾所周知的，因此在此不再描述。這些晶粒11隨後通過晶粒切割或單體化(singulation)製程分開，其中機械或雷射鋸用於切穿各個晶粒11之間的晶圓12。為了便於晶粒切割製程，在晶圓12上提供相對窄的劃線14，沿著這些劃線14進行切割以分開晶粒11。每個劃線14可以是位於兩個晶粒11之間的區域。劃線14圍繞晶粒11的邊緣。
模塑料13覆蓋晶粒11和劃線14的頂部。在一些實例中，模塑料13是絕緣材料，例如其中分散有填料的環氧基樹脂。模塑料13可形成為對形成在晶粒11上的結構提供橫向支撐，例如電連接件(例如，第2圖中所示的電連接件30)。模塑料13可使用模具成型或模製。可以將脫模材料施加於模具以防止模塑料13黏附到模具上。在一些情況下可以省略模塑料13。
如第1B圖所示，多個接合墊(bond pads)241位於晶粒11的主動區11A內。主動區11A可以由一基板上的許多電子構件組成，例如主動裝置及被動裝置。主動區11A包含晶粒11的大部分高密度主動電路。這些構件最初可以相互隔離，形成在下方的基板上，然後通過金屬互連線互連在一起以形成功能電路。典型的互連結構包括橫向互連(例如金屬線或佈線)，以及垂直互連(例如通孔及接點)。
接合墊241可用於對主動區11A內的電路提供電壓信號。這些電壓信號通過附有積體電路裝置的一封裝供應到接合墊241。一般而言，在製造裝置之後，接合墊241位於介電層下方並且被暴露以用於測試及接合到合適的封裝。來自主動區11A的電信號通過金屬層的網路路由(routed)到一或多個接合墊241，所述接合墊241根據半導體裝置的功能進一步連接到焊料凸塊或其他電連接件。稍後將參照第2圖詳細描述上述封裝結構的示例。
每個晶粒11可包括一密封環結構15，其位於與相應的主動區11A相鄰並且圍繞相應的主動區11A的一周邊區11B(有時也稱作密封環區)中。在一些實施例中，密封環結構15由導電材料形成，例如鋁(Al)、鋁銅(Al-Cu)合金、鋁銅矽(Al-Cu-Si)合金等。密封環結構15可以阻擋不希望的水氣和移動離子汙染物到達主動區11A內的電路，從而提高封裝結構的可靠性。應瞭解的是，儘管第1B圖中僅示出密封環結構15的一個密封環，但在一些實施例中，每個晶粒11也可包括更多個密封環，包含外密封環環繞內密封環。
如第1B圖所示，俯視圖中的密封環結構15具有矩形或方形形狀並且以連續的封閉環環形延伸。然而，密封環結構15的配置不限於此。在一些其他實施例中，密封環結構15具有至少一狹縫部分(未顯示)，用於切割密封環結構15(即，在俯視圖中，它由多個斷續部分組成)，以防止在密封環結構15中感應出電流。在不同的實施例中，密封環結構15也可以以彎曲或圓形的形狀延伸。下面將描述密封環結構15的更多細節(例如構造及形成步驟)。
第2圖是根據一些實施例的一晶圓級封裝(WLP)結構(即，一晶粒11)的一部分的剖視圖。如上所述，晶圓級封裝結構具有一主動區11A以及圍繞主動區11A的一周邊區11B。在第2圖中，晶圓級封裝結構具有一基板20。基板20為半導體基板，其可以是體型(bulk)半導體基板、絕緣體上覆矽(silicon-on-insulator，SOI)基板、絕緣體上覆鍺(germanium-on-insulator，GOI)基板等。基板20的半導體材料可包括矽、鍺、化合物半導體(包括矽鍺、碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦及/或銻化銦)、合金半導體(包括SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP及/或 GaInAsP)或其組合。基板20可以是摻雜的或未摻雜的。也可使用其他基板，例如多層或梯度基板。
根據一些實施例，例如主動裝置或被動裝置的裝置21(為了簡化，僅描繪出一個裝置21)形成在基板20的主動區11A內。如本領域中普通技術人員所瞭解的，可以使用各種主動裝置和被動裝置例如電晶體、二極體、電容器、電阻器、電感器等生成晶粒11所需的結構及功能設計。裝置21可使用任何合適的製程形成在基板20的表面內或表面上。在一些替代實施例中，基板20可以是中介層基板或封裝基板，其中基本上不含積體電路裝置。
根據一些實施例，一互連結構22形成在基板20之上，並電耦接到裝置21，如第2圖所示。互連結構22具有相對的表面22A及22B，且表面22A面對並直接接觸基板20。互連結構22包括多個層壓的絕緣層221及被絕緣層221包圍的多個導電層222。
導電層222可包括在水平方向上提供電連接的導電線及在垂直方向上提供電連接的導電通孔。此外，導電層222包括從表面22A暴露並與裝置21直接接觸的接點222A，以及從表面22B暴露以與隨後形成的接合墊連接的接點222B(為了簡化，僅描繪出一個接點222B)。裝置21通過一或多個導電層222互連在一起以形成晶粒11所需的功能電路。
絕緣層221的材料可包括二氧化矽、未摻雜的矽酸鹽玻璃(undoped silicate glass，USG)、磷矽酸鹽玻璃(phosphosilicate glass，PSG)等，但也可使用其他合適的絕緣材料。根據一些實施例，用於形成絕緣層221的材料是光敏的(photosensitive)，因此可使用光微影製程在絕緣層221中形成具有所需圖案的開口。導電層222的材料可包括銅(Cu)、鋁(Al)、鎢(W)、鈷(Co)、其他金屬或金屬合金，但也可使用其他合適的導電材料。
互連結構22的形成可以涉及多個沉積或塗布製程、多個圖案化製程及/或多個平坦化製程。
沉積或塗布製程可用於形成所述絕緣層及/或導電層。沉積或塗布製程可包括旋轉塗布製程、電鍍製程、化學鍍製程、鑲嵌製程、雙鑲嵌製程、化學氣相沉積(chemical vapor deposition，CVD)製程、物理氣相沉積(physical vapor deposition，PVD)製程、原子層沉積(atomic layer deposition，ALD)製程、一或多種其他適用的製程或其組合。
圖案化製程可用於圖案化形成的絕緣層及/或形成的導電層。圖案化製程可包括光微影製程、能量束鑽孔製程(例如雷射束鑽孔製程、離子束鑽孔製程或電子束鑽孔製程)、蝕刻製程、機械鑽孔製程、一或多種其他適用的製程或其組合。
平坦化製程可用於為形成的絕緣層及/或形成的導電層提供平坦的頂表面，以利於後續製程。平坦化製程可包括機械研磨製程、化學機械拋光(chemical mechanical polishing，CMP)製程、一或多種其他適用的製程或其組合。
根據一些實施例，一鈍化層23進一步形成在基板20之上。在一些實施例中，如第2圖所示，鈍化層23形成在互連結構22的表面22B上，並被圖案化以形成開口231(為了簡化，僅描繪出一個開口231)以部分地暴露下方的接點222B。鈍化層23可包括或由氮化矽(SiN)、二氧化矽(SiO 2)、氮氧化矽(SiON)、聚酰亞胺(polyimide，PI)、苯並環丁烯(benzocyclobutene，BCB)、聚苯並噁唑(polybenzoxazole，PBO)或其他合適的絕緣材料製成，並可使用沉積製程形成，例如化學氣相沉積製程。鈍化層23中的開口231可通過使用遮罩定義的光阻蝕刻製程去除鈍化層23的一部分來形成。
根據一些實施例，一金屬層24共形地(conformally)形成在鈍化層23上。在一些實施例中，如第2圖所示，金屬層24包括多個金屬墊241(為了簡化，僅描繪出一個金屬墊241)，每個金屬墊241包括位於鈍化層23之上的多個(例如兩個)部分241A及位於所述部分241A之間並延伸到鈍化層23的一個開口231中的一個部分241B。金屬墊241通過開口231與接點222B直接接觸，並通過互連結構22的導電層222互連到裝置21。金屬墊241可用於對裝置21提供電壓信號，故有時也稱作接合墊241。
金屬層24(及金屬墊241)可包括或由鋁(Al)、銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)或其他合適的金屬材料製成。金屬墊241可使用例如電鍍製程的沉積製程在鈍化層23上及其開口231中形成一金屬層(即，金屬層24)，然後通過合適的製程(例如，光微影遮罩及蝕刻製程)去除在鈍化層23之上的部分金屬層來形成。然而，可使用任何其他合適的製程來形成金屬墊241。
根據一些實施例，如第2圖所示，一鈍化層25共形地形成在鈍化層23及金屬層24上。在一些實施例中，對鈍化層25進一步進行圖案化製程以形成開口251(為了簡化，僅描繪出一個開口251)以部分地暴露下方的金屬墊241，所述金屬墊241將進一步連接到隨後形成的電連接件。鈍化層25的材料及形成方法可以與鈍化層23的材料及形成方法相同或相似，故在此不再贅述。如第2圖所示，形成的鈍化層25的頂表面25A基本上平行於下方的互連結構22的表面22B。
根據一些實施例，晶圓級封裝還包括一(雙)密封環結構15，其包括形成在晶粒11的周邊區11B內的一內密封環151及環繞內密封環151的一外密封環152，如第2圖所示。外密封環152可用於保護內密封環151，但在一些情況下可省略外密封環152。內密封環151及外密封環152的配置(在俯視圖中)可以與第1B圖所示的密封環結構15的配置相同或相似。
根據一些實施例，為了保護在晶粒11的主動區11A內的裝置21及電路(包括導電層222及金屬墊241)，密封環結構15佈置成圍繞主動區11A，並從固定有裝置21的基板20的頂表面延伸到與金屬墊241相同的水平高度。
舉例來說，在第2圖中，密封環結構15的內密封環151包括在互連結構22內的多個堆疊的導電層223及在鈍化層23上的一個金屬墊242(也稱作密封環墊242)。導電層223的結構可以與前述導電層222的結構相同或相似，但導電層223(以及整個內密封環151)與裝置21絕緣。
與金屬墊241分離的金屬墊242包括位於鈍化層23之上的多個(例如兩個)部分242A及位於所述部分242A之間並延伸到鈍化層23的一個開口232中的一個部分242B。金屬墊242的部分242B通過開口232與導電層223的頂部(例如一接點)直接接觸。根據一些實施例，在鈍化層23之上形成金屬墊242之前，在鈍化層23中形成開口232。開口232的形成方法可以與開口231的形成方法相同或相似。在一些實施例中，開口232與開口231在同一步驟中形成。金屬墊242的材料及形成方法(例如，通過圖案化金屬層24)可以與金屬墊241的材料及形成方法相同或相似。在一些實施例中，金屬墊242與金屬墊241在同一步驟中形成。
類似地，密封環結構15的外密封環152由在互連結構22內的多個堆疊的導電層224及在鈍化層23上的一個金屬墊243(也稱作密封環墊243)組成，如第2圖所示。導電層224的結構可以與前述導電層222的結構相同或相似，但導電層224(以及整個外密封環152)與裝置21絕緣。
與金屬墊241和金屬墊242分離的金屬墊243包括位於鈍化層23之上的多個(例如兩個)部分243A及位於所述部分243A之間並延伸到鈍化層23的一個開口233中的一個部分243B。金屬墊243的部分243B通過開口233與導電層224的頂部(例如一接點)直接接觸。根據一些實施例，在鈍化層23之上形成金屬墊243之前，在鈍化層23中形成開口233。開口233的形成方法可以與開口231的形成方法相同或相似。在一些實施例中，開口233、開口232及開口231在同一步驟中形成。金屬墊243的材料及形成方法(例如，通過圖案化金屬層24)可以與金屬墊241的材料及形成方法相同或相似。在一些實施例中，金屬墊243、金屬墊242及金屬墊241在同一步驟中形成。
根據一些實施例，如第2圖所示，金屬墊242的部分242B在基本上平行於鈍化層25的頂表面25A的一水平方向D 1上的寬度W 1(等於鈍化層23的開口232的寬度)大於金屬墊243的部分243B在水平方向D 1上的寬度W 2(等於鈍化層23的開口233的寬度)。在一些實施例中，寬度W 1可以約為寬度W 2的兩倍，例如，寬度W 2約為2微米，寬度W 1約為4微米。然而，也可使用其他合適的數值。
因此，在鈍化層25的頂表面25A上形成一階梯結構SS，且階梯結構SS對應於具有一階梯結構的下方的金屬墊242(由鈍化層23上的部分242A及凹陷到鈍化層23中的部分242B組成)。根據一些實施例，如第2圖所示，階梯結構SS包括在金屬墊242的部分242A之上並對應於部分242A的多個(例如兩個)較高部分SS 1，以及在金屬墊242的部分242B之上並對應於部分242B的一個較低部分SS 2(在垂直於水平方向D 1的一垂直方向D 2上低於較高部分SS 1)。較低部分SS 2具有凹槽結構。
如上所述，由於金屬墊242(特別是部分242B)具有較大的寬度，因此在金屬墊242之上相應地實現較寬的階梯結構SS(因為較低部分SS 2具有較大的寬度)。階梯結構SS有利於後續的聚合物層穩定著陸(landing)在鈍化層25之上，這將在下面進一步描述。
根據一些實施例，晶圓級封裝結構還包括在鈍化層25上且部分地暴露金屬墊241(即，接合墊241)的一聚合物層26，如第2圖所示。在一些實施例中，聚合物層26形成在主動區11A之上，並停止於周邊區11B之前。聚合物層26可包括或由聚合物材料製成，例如環氧樹脂、聚酰亞胺、苯並環丁烯(BCB)、聚苯並噁唑(PBO)等，儘管也可使用其他相對柔軟的、通常是有機的介電材料。形成方法包括旋轉塗布或其他適用的方法。聚合物層26的用於暴露金屬墊241的開口可通過使用遮罩定義的光阻蝕刻製程去除聚合物層26的一部分來形成。
根據一些實施例，晶圓級封裝結構還包括在聚合物層26上方並與金屬墊241接觸的一後鈍化互連(post-passivation interconnect，PPI)層27。後鈍化互連層27也可被稱作重分佈層。後鈍化互連層27可包括或由鋁(Al)、銅(Cu)、銅合金或其他合適的金屬材料製成，並可通過電鍍製程、化學鍍製程、鑲嵌製程、雙鑲嵌製程、濺鍍製程、物理氣相沉積製程等或其組合來形成。應瞭解的是，晶圓級封裝結構也可以包括數個後鈍化互連層27以形成層間互連的網路，其可根據晶粒11的功能電連接到金屬墊241。
根據一些實施例，晶圓級封裝結構還包括在聚合物層26、後鈍化互連層27及鈍化層25上的一聚合物層28。在一些實施例中，聚合物層28形成在主動區11A之上，並延伸到周邊區11B中以覆蓋在內密封環151的金屬墊242之上的階梯結構SS。在一些實施例中，聚合物層28停止於鈍化層25在外密封環152的金屬墊243之上的部分之前。聚合物層28的材料及形成方法可以與聚合物層26的材料及形成方法相同或相似，故在此不再贅述。
如上所述，階梯結構SS(特別是較低部分SS 2)具有較大的寬度，因此聚合物層28在其周邊下方的一部分(即，周邊部分280)可延伸到階梯結構SS的較低部分SS 2中以與階梯結構SS卡合(應瞭解的是，儘管周邊部分280被示為填充較低部分SS 2的一部分，但它也可以填充整個較低部分SS 2)。結果，提高了聚合物層28與鈍化層25之間的黏合力，從而降低聚合物層28分層的風險。因此，整個封裝結構的可靠性得到提升。
根據一些實施例，如第2圖所示，聚合物層28也形成有開口以暴露下方的後鈍化互連層27的一部分。晶圓級封裝結構還包括形成在聚合物層28上並通過聚合物層28的開口與後鈍化互連層27接觸的一凸塊下金屬化(under bump metallization，UBM)層29。可以圖案化凸塊下金屬化層29(例如，使用遮罩定義的光阻蝕刻製程)以形成多個單獨的凸塊下金屬化元件291。多個電連接件30(例如焊球)形成在凸塊下金屬化元件291上，並電連接到凸塊下金屬化元件291。電連接件30通過凸塊下金屬化元件291和後鈍化互連層27互連到金屬墊241。電連接件30允許製造的封裝結構進一步連接到一外部電子構件，例如印刷電路板(printed circuit board，PCB)。
第3圖是根據一些實施例的一晶圓級封裝(WLP)結構(即，一晶粒11)的一部分的剖視圖。應瞭解的是，第3圖中的大部分結構與第2圖中的相同，故在此只描述不同的部分。在第3圖中，(內密封環151的)金屬墊242包括位於鈍化層23之上的多個(例如三個)部分242A及位於所述部分242A之間並延伸到鈍化層23的多個(例如兩個)開口232中的多個(例如兩個)部分242B。在一些實施例中，每個部分242B位於兩個部分242A之間，且中間的部分242A位於兩個部分242B之間。
在形成金屬墊242之前，在鈍化層23中形成開口232。在一些實施例中，一個開口231直接位於導電層223的頂部接點上方，且另一個開口231相對於頂部接點偏移。此外，金屬墊242的一個部分242B直接位於導電層223的頂部接點上方，且另一個部分242B相對於頂部接點偏移。
如第3圖所示，金屬墊242的所述部分242B在水平方向D 1上的寬度W 1(等於鈍化層23的所述開口232的寬度)是相同的，且寬度W 1可以等於或大於金屬墊243的部分243B在水平方向D 1上的寬度W 2(等於鈍化層23的開口233的寬度)。在一些其他實施例中，金屬墊242的所述部分242B(以及鈍化層23的所述開口232)可具有不同的寬度，且每個部分242B在水平方向D 1上的寬度W 1可以等於或大於金屬墊243的部分243B在水平方向D 1上的寬度W 2(等於鈍化層23的開口233的寬度)。
鈍化層25共形地形成在具有一階梯結構的金屬墊242(由在鈍化層23上的所述部分242A及凹陷到鈍化層23中的所述部分242B組成)上，因此在鈍化層25的頂表面25A上也形成一階梯結構SS。根據一些實施例，如第3圖所示，階梯結構SS包括在金屬墊242的所述部分242A之上並對應於所述部分242A的多個(例如三個)較高部分SS 1，以及在金屬墊242的所述部分242B之上並對應於所述部分242B的多個(例如兩個)較低部分SS 2(在垂直方向D 2上低於所述較高部分SS 1)。每個較低部分SS 2在水平方向D 1上的寬度可以根據相應的部分242B的寬度W 1來決定。
如上所述，由於金屬墊242的所述部分242B具有較大的寬度及/或所述部分242B的數量增加(在一些情況下增加為兩個或兩個以上)，因此在金屬墊242之上相應地實現較寬的階梯結構SS。如此一來，在鈍化層25之上的聚合物層28的周邊部分280可延伸到階梯結構SS的一或多個較低部分SS 2中以與階梯結構SS卡合(應瞭解的是，儘管周邊部分280被示為填充所述較低部分SS 2中的一者，但它也可以填充多個較低部分SS 2)。結果，提高了聚合物層28與鈍化層25之間的黏合力，從而降低聚合物層28分層的風險。因此，整個封裝結構的可靠性得到提升。
第4圖是根據一些實施例的形成一晶圓級封裝結構(例如第2圖或第3圖所示的晶圓級封裝結構)的方法400的簡化流程圖。為了說明，流程圖將與第2圖及第3圖所示的附圖一起描述。在不同的實施例中，一些所描述的操作可以被替換或消除。或者，可以在不同的實施例中添加一些操作。
方法400包括操作401，其中提供一基板20。在一些實施例中，基板20具有多個裝置21形成在其中，例如主動裝置及被動裝置。在一些實施例中，一互連結構22形成在基板20上，並電耦接到裝置21。互連結構22的細節可以參照第2圖的描述。
方法400還包括操作402，其中在基板20之上形成一(第一)鈍化層23(有時稱作底部鈍化層)。在一些實施例中，鈍化層23形成在基板20之上的互連結構22上。在一些實施例中，在鈍化層23上進行圖案化製程(例如遮罩定義的光阻蝕刻製程)以同時形成多個開口231、232及233，所述開口231、232及233分別用於接收隨後形成的接合墊241與密封環墊242及243。在一些實施例中，用於密封環墊242(靠近接合墊241)的開口232的寬度W 1大於用於密封環墊243(遠離接合墊241)的開口233的寬度W 2。附加地或替代地，可以有兩個或更多個開口232用於密封環墊242。
方法400還包括操作403，其中一金屬層24共形地形成在鈍化層23上。在一些實施例中，一部分的金屬層24延伸到鈍化層23的開口231、232及233中。在一些實施例中，在金屬層24上進行圖案化製程(例如遮罩定義的光阻蝕刻製程)以同時形成接合墊241與密封環墊242及243。
方法400還包括操作404，其中一(第二)鈍化層25(有時稱作頂部鈍化層)共形地形成在鈍化層23及圖案化的金屬層24(包括接合墊241與密封環墊242及243)上。在一些實施例中，一階梯結構SS形成在鈍化層25的頂表面25A上，並對應於具有階梯結構的密封環墊242(參見第2圖及第3圖)。在一些實施例中，階梯結構SS包括多個較高部分SS 1及一或多個較低部分(凹槽)SS 2，其與下方的密封環墊242的形貌相符。
方法400還包括操作405，其中進行後段(back-end-of-line，BEOL)製程，包括在鈍化層25之上形成和圖案化聚合物層26、後鈍化互連(PPI)層27、聚合物層28及凸塊下金屬化(UBM)層29，然後在圖案化的凸塊下金屬化層29上安裝多個電連接件30(例如焊球)，如第2圖所示。在一些實施例中，聚合物層28延伸以部分地覆蓋鈍化層25的階梯結構SS，並且聚合物層28的周邊部分280延伸到一或多個較低部分(凹槽)SS 2中以與階梯結構SS卡合，從而提高了聚合物層28在鈍化層25上的錨固(anchorage)。根據一些實施例，在完成BEOL製程之後，使用機械或雷射鋸進行一晶粒切割或單體化製程以從晶圓12(參見第1圖)中分割出多個單獨的晶粒11。
本揭露的實施例形成具有防聚合物層分層設計的晶圓級封裝結構。根據一些實施例，所述防聚合物層分層設計是通過增加底部鈍化層中的開口的數量及/或增加這些開口的寬度，以在頂部鈍化層的頂表面上形成階梯結構。階梯結構的形貌具有符合下層的形貌的高度差(即，不平坦)，使得著陸在頂部鈍化層上的聚合物層可以更好地與階梯結構卡合。因此，聚合物層分層的風險降低，且封裝結構的可靠性提高。
根據本揭露一些實施例，一種封裝結構，包括一基板、一第一鈍化層、一金屬層、一第二鈍化層以及一聚合物層。第一鈍化層形成在基板之上。金屬層共形地形成在第一鈍化層上。第二鈍化層共形地形成在第一鈍化層及金屬層上。一階梯結構形成在第二鈍化層的頂表面上，且包括至少一較低部分，所述至少一較低部分係低於階梯結構的其他部分。聚合物層形成在第二鈍化層之上。聚合物層的一部分延伸到階梯結構的所述至少一較低部分中以與階梯結構卡合。
在一些實施例中，聚合物層與階梯結構卡合的部分位於聚合物層的周邊之下。在一些實施例中，金屬層包括一第一金屬墊，且第一金屬墊包括複數個第一部分及一第二部分，所述第一部分位於第一鈍化層之上，第二部分位於所述第一部分之間並延伸到第一鈍化層中。其中，階梯結構包括複數個較高部分及一較低部分，較低部分位於所述較高部分之間並低於所述較高部分。其中，所述較高部分的位置對應於第一金屬墊的所述第一部分的位置，且較低部分的位置對應於第一金屬墊的第二部分的位置。在一些實施例中，一裝置放置在基板上，且金屬層更包括被聚合物層覆蓋並與第一金屬墊分離的一第二金屬墊。其中，第二金屬墊電耦接到裝置，且第一金屬墊與裝置絕緣。在一些實施例中，金屬層更包括比第一金屬墊更遠離聚合物層的一第二金屬墊，且第二金屬墊包括複數個第三部分及一第四部分，所述第三部分位於第一鈍化層之上，第四部分位於所述第三部分之間並延伸到第一鈍化層中。其中，在平行於第二鈍化層的頂表面的一水平方向上，第一金屬墊的第二部分的寬度大於第二金屬墊的第四部分的寬度。在一些實施例中，第一金屬墊更包括位於所述第一部分之間並延伸到第一鈍化層中的複數個第二部分。其中，階梯結構更包括位於所述較高部分之間並低於所述較高部分的複數個較低部分。其中，所述較高部分的位置對應於第一金屬墊的所述第一部分的位置，且所述較低部分的位置對應於第一金屬墊的所述第二部分的位置。在一些實施例中，所述第一部分中的一者位於所述第二部分中的兩者之間，且所述較高部分中的一者位於所述較低部分中的兩者之間。在一些實施例中，金屬層更包括比第一金屬墊更遠離聚合物層的一第二金屬墊，且第二金屬墊包括複數個第三部分及一第四部分，所述第三部分位於第一鈍化層之上，第四部分位於所述第三部分之間並延伸到第一鈍化層中。其中，在平行於第二鈍化層的頂表面的一水平方向上，第一金屬墊的所述第二部分中的每一者的寬度等於或大於第二金屬墊的第四部分的寬度。在一些實施例中，第一金屬墊的所述第二部分具有相同的寬度。在一些實施例中，聚合物與階梯結構卡合的部分延伸到所述較低部分中的一者中。
根據本揭露另一些實施例，一種封裝結構，包括一基板、一第一鈍化層、一金屬層、一第二鈍化層以及一聚合物層。第一鈍化層形成在基板之上。金屬層形成在第一鈍化層之上，且金屬層的至少一部分延伸到第一鈍化層中。第二鈍化層共形地形成在第一鈍化層及金屬層上。一階梯結構形成在第二鈍化層的頂表面上，且包括至少一較低部分，所述至少一較低部分係低於階梯結構的其他部分。階梯結構的所述至少一較低部分對應於金屬層在第一鈍化層中的所述至少一部分。聚合物層形成在第二鈍化層之上。聚合物層的一周邊部分延伸到階梯結構的所述至少一較低部分中。
在一些實施例中，金屬層包括一第一金屬墊以及一第二金屬墊。其中，第一金屬墊具有複數個第一部分及一第二部分，所述第一部分位於第一鈍化層之上，第二部分位於所述第一部分之間並延伸到第一鈍化層中，且其中階梯結構包括複數個較高部分及一較低部分，較低部分位於所述較高部分之間並低於所述較高部分，其中所述較高部分的位置對應於第一金屬墊的所述第一部分的位置，且較低部分的位置對應於第一金屬墊的第二部分的位置。其中，第二金屬墊比第一金屬墊更遠離聚合物層，且第二金屬墊具有複數個第三部分及一第四部分，所述第三部分位於第一鈍化層之上，第四部分位於所述第三部分之間並延伸到第一鈍化層中。其中，在平行於第二鈍化層的頂表面的一水平方向上，第一金屬墊的第二部分的寬度大於第二金屬墊的第四部分的寬度。在一些實施例中，金屬層更包括一第三金屬墊，第三金屬墊位於聚合物層下方並與第一金屬墊及第二金屬墊分離。其中，所述封裝結構更包括位於基板的一第一區域中的一裝置，且第三金屬墊電耦接到裝置。其中，第一金屬墊及第二金屬墊位於一第二區域中，第二區域圍繞第一區域。在一些實施例中，金屬層包括一第一金屬墊以及一第二金屬墊。其中，第一金屬墊具有複數個第一部分及複數個第二部分，所述第一部分位於第一鈍化層之上，所述第二部分位於所述第一部分之間並延伸到第一鈍化層中，且其中階梯結構包括複數個較高部分及複數個較低部分，所述較低部分位於所述較高部分之間並低於所述較高部分，其中所述較高部分的位置對應於第一金屬墊的所述第一部分的位置，且所述較低部分的位置對應於第一金屬墊的所述第二部分的位置。其中，第二金屬墊比第一金屬墊更遠離聚合物層，且第二金屬墊具有複數個第三部分及一第四部分，所述第三部分位於第一鈍化層之上，第四部分位於所述第三部分之間並延伸到第一鈍化層中。在一些實施例中，在平行於第二鈍化層的頂表面的一水平方向上，第一金屬墊的所述第二部分具有不同的寬度，且階梯結構的所述較低部分具有不同的寬度。
根據本揭露又另一些實施例，一種形成封裝結構的方法。所述方法包括在一基板之上形成一第一鈍化層。所述方法也包括在第一鈍化層上共形地形成一金屬層。所述方法還包括在第一鈍化層及金屬層上共形地形成一第二鈍化層，使得一階梯結構形成在第二鈍化層的頂表面上，其中階梯結構具有至少一較低部分，所述至少一較低部分係低於階梯結構的其他部分。此外，所述方法包括在第二鈍化層之上形成一聚合物層，其中聚合物層的一周邊部分延伸到階梯結構的所述至少一較低部分中以與階梯結構卡合。
在一些實施例中，所述方法更包括在形成金屬層之前，圖案化第一鈍化層以在第一鈍化層中形成至少一第一開口。其中，所述形成金屬層的步驟包括在第一鈍化層上共形地形成一第一金屬墊，且第一金屬墊具有延伸到所述至少一第一開口中的至少一第一部分。其中，在形成聚合物層之後，階梯結構的所述至少一較低部分對應於第一金屬墊的所述至少一第一部分。在一些實施例中，第一鈍化層的所述至少一第一開口包括彼此分離的複數個第一開口，第一金屬墊的所述至少一第一部分包括複數個第一部分，且階梯結構的所述至少一較低部分包括複數個較低部分。其中，所述較低部分的位置對應於所述第一開口的位置及所述第一部分的位置。在一些實施例中，在形成聚合物層之後，聚合物層的周邊部分延伸到所述較低部分中的一或多者中。在一些實施例中，所述方法更包括在形成金屬層之前，圖案化第一鈍化層以在第一鈍化層中形成一第二開口。其中，所述形成金屬層的步驟更包括在第一鈍化層上共形地形成一第二金屬墊，且第二金屬墊具有延伸到第二開口中的一第二部分。其中，在形成聚合物層之後，第二金屬墊比第一金屬墊更遠離聚合物層，且在平行於第二鈍化層的頂表面的一水平方向上，第一金屬墊的所述至少一第一部分的寬度大於第二金屬墊的第二部分的寬度。
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。
10:晶圓級封裝 11:晶粒 11A:主動區 11B:周邊區 12:晶圓 13:模塑料 14:劃線 15:密封環結構 151:內密封環 152:外密封環 20:基板 21:裝置 22:互連結構 22A, 22B:表面 221:絕緣層 222:導電層 222A, 222B:接點 223, 224:導電層 23:鈍化層 231, 232, 233:開口 24:金屬層 241:金屬墊/接合墊 241A, 241B:部分 242:金屬墊/密封環墊 242A, 242B:部分 243:金屬墊/密封環墊 243A, 243B:部分 25:鈍化層 25A:頂表面 251:開口 26:聚合物層 27:後鈍化互連層 28:聚合物層 280:周邊部分 29:凸塊下金屬化層 291:凸塊下金屬化元件 30:電連接件 400:方法 401, 402, 403, 404, 405:操作 D 1:水平方向 D 2:垂直方向 W 1, W 2:寬度 SS:階梯結構 SS 1:較高部分 SS 2:較低部分(凹槽)
根據以下的詳細說明並配合所附圖式做完整揭露。應被強調的是，根據本產業的一般作業，圖示並未必按照比例繪製。事實上，可能任意的放大或縮小元件的尺寸，以做清楚的說明。 第1A至1B圖是根據一些實施例的包括被模塑料覆蓋的多個晶粒的一晶圓級封裝(WLP)的俯視圖。 第2圖是根據一些實施例的一晶圓級封裝結構的一部分的剖視圖。 第3圖是根據一些實施例的一晶圓級封裝結構的一部分的剖視圖。 第4圖是根據一些實施例的形成一晶圓級封裝結構的方法的簡化流程圖。
11:晶粒
11A:主動區
11B:周邊區
15:密封環結構
151:內密封環
152:外密封環
20:基板
21:裝置
22:互連結構
22A,22B:表面
221:絕緣層
222:導電層
222A,222B:接點
223,224:導電層
23:鈍化層
231,232,233:開口
24:金屬層
241:金屬墊/接合墊
241A,241B:部分
242:金屬墊/密封環墊
242A,242B:部分
243:金屬墊/密封環墊
243A,243B:部分
25:鈍化層
25A:頂表面
251:開口
26:聚合物層
27:後鈍化互連層
28:聚合物層
280:周邊部分
29:凸塊下金屬化層
291:凸塊下金屬化元件
30:電連接件
D1:水平方向
D2:垂直方向
W1,W2:寬度
SS:階梯結構
SS1:較高部分
SS2:較低部分(凹槽)

Claims (8)

  1. 一種封裝結構，包括：一基板；一第一鈍化層，形成在該基板之上；一金屬層，共形地形成在該第一鈍化層上；一第二鈍化層，共形地形成在該第一鈍化層及該金屬層上，其中一階梯結構形成在該第二鈍化層的一頂表面上，且包括至少一較低部分，該至少一較低部分係低於該階梯結構的其他部分；以及一聚合物層，形成在該第二鈍化層之上，其中該聚合物層的一部分延伸到該階梯結構的該至少一較低部分中以與該階梯結構卡合，其中該金屬層包括一第一金屬墊，且該第一金屬墊包括複數個第一部分及一第二部分，該些第一部分位於該第一鈍化層之上，該第二部分位於該些第一部分之間並延伸到該第一鈍化層中，其中該階梯結構包括複數個較高部分及一較低部分，該較低部分位於該些較高部分之間並低於該些較高部分，其中該些較高部分的位置對應於該第一金屬墊的該些第一部分的位置，且該較低部分的位置對應於該第一金屬墊的該第二部分的位置，其中該金屬層更包括比該第一金屬墊更遠離該聚合物層的一第二金屬墊，且該第二金屬墊包括複數個第三部分及一第四部分，該些第三部分位於該第一鈍化層之上，該第四部分位於該些第三部分之間並延伸到該第一鈍化層中，及其中在平行於該第二鈍化層的該頂表面的一水平方向上，該第一金屬墊的該第二部分的寬度大於該第二金屬墊的該第四部分的寬度。
  2. 如請求項1之封裝結構，其中一裝置放置在該基板上，且該金屬層更包括被該聚合物層覆蓋並與該第一金屬墊分離的一第二金屬墊，及其中該第二金屬墊電耦接到該裝置，且該第一金屬墊與該裝置絕緣。
  3. 如請求項1之封裝結構，其中該第一金屬墊更包括位於該些第一部分之間並延伸到該第一鈍化層中的複數個第二部分，及其中該階梯結構更包括位於該些較高部分之間並低於該些較高部分的複數個較低部分，及其中該些較高部分的位置對應於該第一金屬墊的該些第一部分的位置，且該些較低部分的位置對應於該第一金屬墊的該些第二部分的位置。
  4. 如請求項3之封裝結構，其中在平行於該第二鈍化層的該頂表面的一水平方向上，該第一金屬墊的該些第二部分中的每一者的寬度等於或大於該第二金屬墊的該第四部分的寬度。
  5. 如請求項4之封裝結構，其中該第一金屬墊的該些第二部分具有相同的寬度。
  6. 如請求項3之封裝結構，其中該聚合物與該階梯結構卡合的該部分延伸到該些較低部分中的一者中。
  7. 一種封裝結構，包括：一基板；一第一鈍化層，形成在該基板之上；一金屬層，形成在該第一鈍化層之上，且該金屬層的至少一部分延伸到該第一鈍化層中； 一第二鈍化層，共形地形成在該第一鈍化層及該金屬層上，其中一階梯結構形成在該第二鈍化層的一頂表面上，且包括至少一較低部分，該至少一較低部分係低於該階梯結構的其他部分，其中該階梯結構的該至少一較低部分對應於該金屬層在該第一鈍化層中的該至少一部分；以及一聚合物層，形成在該第二鈍化層之上，其中該聚合物層的一周邊部分延伸到該階梯結構的該至少一較低部分中，其中該金屬層包括一第一金屬墊，且該第一金屬墊包括複數個第一部分及一第二部分，該些第一部分位於該第一鈍化層之上，該第二部分位於該些第一部分之間並延伸到該第一鈍化層中，其中該階梯結構包括複數個較高部分及一較低部分，該較低部分位於該些較高部分之間並低於該些較高部分，其中該些較高部分的位置對應於該第一金屬墊的該些第一部分的位置，且該較低部分的位置對應於該第一金屬墊的該第二部分的位置，其中該金屬層更包括比該第一金屬墊更遠離該聚合物層的一第二金屬墊，且該第二金屬墊包括複數個第三部分及一第四部分，該些第三部分位於該第一鈍化層之上，該第四部分位於該些第三部分之間並延伸到該第一鈍化層中，及其中在平行於該第二鈍化層的該頂表面的一水平方向上，該第一金屬墊的該第二部分的寬度大於該第二金屬墊的該第四部分的寬度。
  8. 一種形成封裝結構的方法，包括：在一基板之上形成一第一鈍化層；圖案化該第一鈍化層以在該第一鈍化層中形成至少一第一開口以及一第二開口； 在該第一鈍化層上共形地形成一金屬層，包括在該第一鈍化層上共形地形成一第一金屬墊以及一第二金屬墊，該第一金屬墊具有延伸到該至少一第一開口中的至少一第一部分，且該第二金屬墊具有延伸到該第二開口中的一第二部分；在該第一鈍化層及該金屬層上共形地形成一第二鈍化層，使得一階梯結構形成在該第二鈍化層的一頂表面上，其中該階梯結構具有至少一較低部分，該至少一較低部分係低於該階梯結構的其他部分；以及在該第二鈍化層之上形成一聚合物層，其中該聚合物層的一周邊部分延伸到該階梯結構的該至少一較低部分中以與該階梯結構卡合，其中在形成該聚合物層之後，該階梯結構的該至少一較低部分對應於該第一金屬墊的該至少一第一部分，且其中在形成該聚合物層之後，該第二金屬墊比該第一金屬墊更遠離該聚合物層，且在平行於該第二鈍化層的該頂表面的一水平方向上，該第一金屬墊的該至少一第一部分的寬度大於該第二金屬墊的該第二部分的寬度。
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US20120104541A1 (en) * 2010-11-03 2012-05-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Seal ring structure with polyimide layer adhesion
TW201724361A (zh) * 2015-11-13 2017-07-01 台灣積體電路製造股份有限公司 半導體裝置
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