使用穿透硅通道的半导体封装方法技术

一种微电子单元可包括半导体元件，所述半导体元件具有前表面、靠近前表面的微电子半导体器件、位于前表面的接触部和远离前表面的后表面。半导体元件可具有从后表面延伸穿过半导体元件并且穿过接触部的通孔。介电层可铺衬于通孔。导电层可层叠于通孔中的介电层上。导电层可将接触部与单元接触部导电互连。

【技术实现步骤摘要】
使用穿透硅通道的半导体封装方法本申请是申请日为2008年7月31日、申请号为200880106618.9、专利技术名称为“使用穿透硅通道的半导体封装方法”的专利技术专利申请的分案申请。相关申请的交叉引用本申请要求2007年7月31日提交的美国临时专利申请No.60/962,752的申请日的权益，该申请的公开内容以引用方式并入本申请。
技术介绍
微电子器件通常包括薄板式半导体材料，例如硅或砷化镓，通常称作晶粒或半导体芯片。在晶粒的一个面上制作出有源电路。为了便于电连接至有源电路，晶粒在同一面上设有结合垫。结合垫典型地布置成规则阵列，该阵列或者围绕着晶粒边缘，或者如在许多存储器件中那样布置在晶粒中心。结合垫通常由导电金属制成，例如金或铝，厚度为大约0.5μm。结合垫的尺寸基于器件的类型而变化，但在一侧测量通常为几十至几百微米。引线结合和倒装贴片互连是用于在晶粒结合垫上形成接触部的两个方案。在引线结合中，晶粒以面向上方的定向附连于基底，并且精细线材通过固态结合方法例如超声焊接或热补偿扩散结合而连接到每个结合垫。在倒装贴片互连中，金属粒被安置在每个结合垫上。然后晶粒被倒置，以使金属粒提供结合垫和基底之间的电路径以及晶粒向基底的机械附连结构。倒装贴片工艺有多种改型，但一种常用配置是金属粒使用焊料并且熔化焊料，作为将其紧固至结合垫和基底的方法。当焊料熔化后，其流动形成截头球体。取决于焊料球的尺寸，可称其为球栅阵列（BGA）界面或微球栅阵列（μBGA）界面。用作图像传感器的半导体器件通常要求采用面朝上定向，以使得感兴趣图像可以被聚焦（或投射）在有源电路上。出于商业原因，常希望利用BGA或μBGA界面将晶粒连接到基底。使晶粒前表面的晶粒结合垫与位于晶粒后表面的BGA界面相连的一个措施是提供配线迹线，其从晶粒结合垫延伸经过晶粒的前表面，沿着晶粒的侧面向下并且到达晶粒的后表面。这种类型的引线接触部常被称作"T型接触部"，因为晶粒边缘上的配线迹线与晶粒前表面的配线迹线在它们的汇合处形成"T"形。图2a和2b示出了T型接触部的一个例子。图2a示出了封装体的单一T型接触部的示意性前视图200，图2b示出了其剖视图250。晶粒被上下倒置，以使得前表面201/251朝向图页底侧，而后表面202/252朝向图页顶侧。前表面的结合垫203/253连接着位于晶粒边缘的配线迹线204/254。配线迹线延续到后表面的岛区205/255，在此结合到焊料球206/256。T型接触部257的形状在剖视图中清楚可见，而侧壁角度207显示在前视图中。图中并未按比例绘制。一种替代性的图像传感器封装体的措施是使用穿透硅通道（throughsiliconvia，TSV）来将结合垫连接到BGA界面。图3是一种典型TSV的剖视图300。TSV是延伸穿过半导体的厚度的孔（或盲通道），其终止于结合垫304的底侧。通孔的侧面或壁被涂覆金属，以在晶粒前后表面之间形成导电路径。在工程领域称作'波希法（Boschprocess）'的一种深反应离子蚀刻工艺可以用于形成示于图3的TSV。与示于图3的结合垫304相连的接触部常被称作U型的。为了完成晶粒结合垫底侧与施加在TSV的壁上的导电涂层之间的电路，要求在两种金属之间进行固态结合。图3示出了前表面301和后表面302被倒置的半导体晶粒。孔310延伸穿过晶粒和位于结合垫304下面的介电膜303的厚度而终止于结合垫304。介电材料311和导电涂层312铺衬于孔的壁。铺衬通孔310的介电材料和导电涂层312都延伸到晶粒后表面302上的区域。延伸穿过硅的孔310具有平行的侧面并且垂直于晶粒表面301和302。
技术实现思路
在本专利技术的一个实施方式中，微电子单元可包括半导体元件，其具有前表面、靠近前表面的微电子半导体器件、位于前表面的接触部和远离前表面的后表面。半导体元件可具有通孔，其从后表面延伸穿过半导体元件并且穿过接触部。介电层可铺衬于通孔中。导电层可以层叠于通孔中的介电层上。导电层可以将所述接触部与单元接触部（单元触头）导电互连。在本专利技术的另一个实施方式中，微电子单元可包括半导体元件，其具有前表面、位于前表面的多个接触部和远离前表面的后表面的。后表面可包括至少一个凹坑。多个通孔可以从凹坑延伸穿过半导体元件并且穿过接触部。通孔中的导电通道可将接触部与所述至少一个凹坑中的导体互连。在本专利技术的另一个实施方式中，微电子单元可包括层叠和结合在一起的多个半导体元件。每个半导体元件可具有限定出水平面的前表面、位于前表面的接触部和远离前表面的后表面。半导体元件可沿横贯水平面的竖直方向层叠。多个通孔可以延伸穿过至少一个层叠半导体元件并且穿过所述至少一个半导体元件的接触部。所述多个层叠半导体元件的接触部可以暴露在通孔内。介电层可铺衬于通孔中，并且导电层可以层叠于通孔中的介电层上。导电层可以与微电子单元的单元接触部导电连通。在本专利技术的一个实施方式中，微电子单元可包括半导体元件，其具有前表面、位于前表面的接触部、远离前表面的后表面和在前后表面之间延伸的边缘。介电元件可从半导体元件的至少一个所述边缘向外延伸。介电元件可具有前表面和远离前表面的后表面，并且可包括多个连接着接触部的导电垫。介电元件可还包括延伸在前后表面之间并且穿过所述多个导电垫的多个通孔。多个单元接触部可以暴露在微电子单元的外侧。导电特征可以从通孔中的接触部延伸，并且可以与单元接触部导电连通。在本专利技术的另一个实施方式中，一种形成暴露在微电子元件后表面的单元接触部的方法可包括形成第一通孔，其从微电子元件的后表面朝向位于微电子元件前表面的元件接触部延伸。绝缘覆层可以形成为至少层叠于第一孔的壁上。第二孔可以被形成为延伸穿过元件接触部。暴露在后表面的单元接触部可以形成，其包括可以层叠于第一孔的壁并且可以层叠于第二孔的壁上并且与元件接触部导电连接的导电材料。在本专利技术的另一个实施方式中，一种形成暴露在微电子元件后表面的单元接触部的方法可包括（a）形成通孔，其从微电子元件的后表面延伸穿过位于微电子元件前表面的元件接触部。绝缘层可以暴露在孔的壁上。此外，微电子元件可包括形成暴露在后表面的单元接触部，其包括层叠于绝缘层且与元件接触部导电连接的导电层。附图说明图1是半导体晶粒的透视图，所述半导体晶粒在其周边具有晶粒结合垫。图2a是前（正）视图，图2b是剖视图示出了一种具有T型接触部的传统芯片级封装体。图3是剖视图，示出了封装体具有暴露结合垫底侧（内表面）的穿透硅通道。图4a是剖视图，示出了根据本专利技术一个实施方式的封装体具有穿透硅通道。图4b是相应的俯视图，进一步示出了图4a所示的封装体。图4c是剖视图，示出了图4a中的封装体的改型。图4d-4h是剖视图，示出了根据本专利技术一个实施方式形成导电通道的过程中的各阶段。图5a是剖视图，示出了根据本专利技术一个实施方式的微电子单元包括多个竖直层叠的半导体元件。图5b是剖视图，示出了根据图5a所示实施方式的改型的微电子单元。图6a是局部俯视图，示出了根据本专利技术一个实施方式的包括半导体元件和靠近半导体元件边缘的介电元件的重构晶片的一部分。图6b是相应的剖视图，示出了根据本专利技术一个实施方式的延伸在示于图6a的重构晶片的半导体元件和介电元件之间的导电迹线。图7a-7b是示于图6a-6b的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种微电子单元，包括：半导体元件，其具有前表面、与前表面相反的后表面、靠近前表面的微电子半导体器件以及位于前表面的接触部，所述半导体元件具有从所述后表面延伸穿过半导体元件并且穿过接触部的通孔，所述接触部具有背对半导体元件的外表面以及与外表面相反的内表面，所述通孔限定出在接触部中从所述内表面朝向所述外表面延伸的壁表面；单块式介电层，其铺衬于所述通孔的一些部分且至少部分地层叠于所述内表面；以及导电元件，其层叠于位于通孔中的介电层，所述导电元件至少接触所述接触部中的所述壁表面，从而将所述接触部与单元接触部导电互连。

【技术特征摘要】
2007.07.31 US 60/962，7521.一种微电子单元，包括：半导体元件，其具有前表面、与前表面相反的后表面、靠近前表面的微电子半导体器件以及位于前表面的接触部，所述半导体元件具有从所述后表面延伸穿过半导体元件并且穿过接触部的通孔，所述接触部具有背对半导体元件的外表面以及与外表面相反的内表面，所述通孔限定出在接触部中从所述内表面朝向所述外表面延伸的壁表面；单块式介电层，其铺衬于所述通孔的一些部分且至少部分地层叠于所述内表面；以及导电元件，其层叠于位于通孔中的介电层，所述导电元件至少接触所述接触部中的所述壁表面，从而将所述接触部与单元接触部导电互连。2.如权利要求1所述的微电子单元，其中，所述前表面为最外侧前表面，所述后表面为最外侧后表面，半导体元件还包括层叠于所述最外侧后表面的接触部。3.如权利要求2所述的微电子单元，其中，所述通孔是锥形的，所述通孔随着与所述后表面之间距离的增大而缩小。4.如权利要求3所述的微电子单元，其中，所述通孔的壁相对于所述后表面的法线以5度或以上的角度定向。5.如权利要求4所述的微电子单元，其中，所述壁相对于所述后表面的法线以小于或等于40度的角度定向。6.如权利要求1所述的微电子单元，其中，每个通孔的总面积被包围在一个所述接触部的面积内。7.如权利要求1所述的微电子单元，还包括层叠于接触部内表面的介电膜，其中，所述单块式介电层部分地覆盖所述介电膜。8.一种微电...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·哈巴，G·汉普斯通，M·毛尔高丽特，
申请(专利权)人：英闻萨斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US