專利名稱：降低凸塊橋接的堆疊封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及集成電路，尤其涉及降低凸塊橋接的堆疊封裝(package-on-package) 結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
為了加強功能及輸出/輸入總量，發(fā)明了堆疊封裝結(jié)構(gòu)，因此多層裸片可堆疊并互相接合作為集成封裝組件。雖然堆疊封裝結(jié)構(gòu)能節(jié)省空間，仍然有一些障礙需要克服。圖1為一傳統(tǒng)堆疊封裝結(jié)構(gòu)，其包含有封裝基板100和接合至該封裝基板100上的裸片102。另有一封裝基板104也通過焊接凸塊110接合至封裝基板100。此外，封裝基板104還有裸片106接合其上。封裝基板100可以接合至印刷電路板(未顯示)上。如圖1所示，在堆疊封裝結(jié)構(gòu)中由于存在裸片102及可能的模塑料112，使得封裝基板100和104的間距增加。因此增加了焊接凸塊110的高度，并導(dǎo)致焊接凸塊的橫向尺寸變大。這樣會產(chǎn)生許多問題。大的焊接凸塊110會使得堆疊封裝結(jié)構(gòu)中所容納的凸塊數(shù)量變少。為了能夠加入更多的焊接凸塊110以符合封裝需求，焊接凸塊相鄰的距離必須維持最小值。但是這樣會讓焊接凸塊110間產(chǎn)生橋接的危險。目前已有各種針對解決此問題的方法被探討，包括制造出高度遠大其橫向尺寸的加長型焊接凸塊等例子。然而，這會讓對工藝的精確度要求更嚴(yán)苛，并且使個別工藝更復(fù)雜，此外，橋接的危險仍然存在。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，依照本發(fā)明一實施例的半導(dǎo)體裝置，包含一封裝基板，包含一第一非回焊金屬凸塊，延伸至該封裝基板的頂面上；一裸片，位在該封裝基板上方且接合至該封裝基板；一封裝組件，位于該裸片上且接合至封裝基板，其中該封裝組件包含一延伸至該封裝基板底面下的一第二非回焊金屬凸塊，且該封裝組件大體上是擇自由一裝置裸片(device die)、一額外封裝基板、及其組合所組成的族群；一焊接凸塊，接合該第二非回焊金屬凸塊至該第一非回焊金屬凸塊。依照本發(fā)明另一實施例的半導(dǎo)體裝置，包含一封裝基板，包含一第一介電層； 多個第一銅凸塊，延伸至該第一介電層的頂面上；一裝置裸片，在該封裝基板上，且通過多個第一焊接凸塊接合至該封裝基板；一封裝組件，位于該裸片上且接合至該封裝基板，其中該封裝組件包含一第二介電層；多個第二銅凸塊，延伸至第二介電層的底面下；多個第二焊接凸塊，將所述多個第一銅凸塊接合至多個第二銅凸塊。依照本發(fā)明又一實施例的半導(dǎo)體裝置，包含一封裝基板，包含一第一介電層； 多個第一銅凸塊，延伸至該第一介電層的頂面上；一裝置裸片，在該封裝基板上，且通過多個第一焊接凸塊接合至該封裝基板；一封裝組件，位在該裝置裸片上且接合至該封裝基板， 其中該封裝組件包含一第二介電層；多個第二銅凸塊，延伸至該第二介電層的底面下；多個第二焊接凸塊，將所述多個第一銅凸塊接合至所述多個第二銅凸塊，其中所述多個第二焊接凸塊的高度比該第一介電層頂面和該第二介電層底面的間距小。
本發(fā)明的金屬凸塊間橋接的可能性更小且金屬凸塊的數(shù)量也可增加。為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉出優(yōu)選實施例，并配合所附附圖，作詳細說明如下


圖1為一傳統(tǒng)的堆疊封裝結(jié)構(gòu)。圖2至圖8為堆疊封裝結(jié)構(gòu)工藝的中間階段剖面示意圖。圖9至圖11為各實施例的堆疊封裝結(jié)構(gòu)工藝的中間階段剖面示意圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下10 -封裝基板12 連接線
14 -金屬墊16 金屬墊
18 -金屬墊20 介電層
20a 介電層20的頂面M 凸塊底金屬層
26 -掩模28 '開口
30 -金屬凸塊30A ‘ 金屬凸塊
30B 金屬凸塊32 -預(yù)焊凸塊
40 4果片40a ‘ 裸片40的表面
42 -焊接凸塊43 -底部填充料
44 -接合墊45 4莫塑料
47 -底部填充料50 -封裝組件
52 -有源裝置54 -封裝基板
56 4果片58 -金屬凸塊
60 -介電層60a ‘ 介電層60的表面
62 -焊接凸塊66 -焊接凸塊
100 封裝基板102 ‘ 裸片
104 封裝基板106 ‘ 裸片
110 焊接凸塊112 ‘ 模塑料
Hl -金屬凸塊30超出介電層20頂面的高度
H2 -金屬凸塊58超出介電層60的頂面60a的
Sl -封裝基板10和封裝組件50的間隔
S2 -封裝基板10和封裝組件50減少后的間隔
具體實施例方式本發(fā)明接下來將會提供許多不同的實施例以實施本發(fā)明中不同的特征。值得注意的是，這些實施例提供許多可行的發(fā)明概念并可實施于各種特定情況。然而，在此所討論的這些特定實施例僅用于舉例說明本發(fā)明的制造及使用方法，但非用于現(xiàn)定本發(fā)明的范圍。本發(fā)明提供了一新穎的堆疊封裝結(jié)構(gòu)和其形成方法。以下說明制造一實施例的中間階段與不同的實施例。在各圖示及實施例中，將以類似的元件符號來標(biāo)示類似的元件。圖2為一封裝基板10的一部分，在一實施例中，封裝基板10不包含晶體管等有源裝置。此外，連接線12形成于封裝基板10中且與封裝基板10相反兩面的金屬元件互連， 其中該金屬特點包含金屬墊14，16和18。雖然連接線12 (又稱作重分配線)以直線表示， 但其包含了形成一層以上介電層的金屬線及導(dǎo)通孔(未標(biāo)示)。金屬墊16和18由銅(純銅或近純銅)、鋁、銀和/或其合金構(gòu)成。一額外的阻障層(未標(biāo)示)可形成于每個金屬墊 16和18上，其中該阻障層為鎳或鎳合金，但也可使用其他金屬。在實施例中，介電層20在封裝基板10的頂面上形成，且覆蓋金屬墊16和18的邊緣部分，但露出金屬墊16和18的中心部分。其次，如圖3所示，凸塊底金屬層M毯覆性地形成于介電層20上，且與金屬墊16 和18相接觸。凸塊底金屬層M包含一鈦層和一位于該鈦層上的銅層(未標(biāo)示)。掩模26 由一干膜或一光致抗蝕劑構(gòu)成，形成于凸塊底金屬層M上，并將其圖案化。該圖案化的掩模沈覆蓋金屬墊16以及其上部分的介電層20和凸塊底金屬層M。開口觀形成于掩模 26中，因此暴露出凸塊底金屬層M直接覆蓋金屬墊18的部分。參見圖4，金屬凸塊30成形于開口 28，例如使用一選擇性(selective)電鍍法，如化學(xué)電鍍。因此，金屬凸塊30延伸至該介電層20頂面上。金屬凸塊30由近純銅構(gòu)成，雖然也可添加或使用其他金屬。由此可知，因為金屬凸塊30無法在焊接凸塊后續(xù)的回焊中被回焊，所以其又被稱作非回焊金屬凸塊。預(yù)焊凸塊32 (又稱作焊帽)可是需要的形成于金屬凸塊30上，且可例如由SnAgCu構(gòu)成，但也可使用其他焊接材料，包括含鉛或無鉛的焊接材料。圖5中，移除掩模沈，接著進行蝕刻步驟去除凸塊底金屬層M的外露部分，剩下金屬凸塊30。在整份說明書中，凸塊底金屬層M剩下的部分也可視為金屬凸塊30的一部分。實施范例中，金屬凸塊30超出(高于)介電層20頂面的高度Hl大于30微米，甚至大于50微米，雖然高度Hl可更大或更小。此例中，介電層20的頂面20a也是封裝基板10的頂面，且金屬凸塊30因此延伸至該封裝基板10的頂面上。參見圖6，裸片40接合于封裝基板10上，例如通過倒裝芯片接合。使用焊接凸塊 42將金屬墊16接合至位于裸片40的接合墊44。裸片40為一包含晶體管(未標(biāo)示)于其內(nèi)的集成電路的裝置裸片。在一實施例中，裸片40接合至封裝基板10的中心區(qū)域，且金屬凸塊30形成于封裝基板10的一邊緣區(qū)域。金屬凸塊30可排列在裸片40周圍。在一實施例中，接合墊44位于裸片40內(nèi)，且沒有延伸超出裸片40的表面40a。底部填充料43設(shè)置在封裝基板10和裸片40間。此外，模塑料45可視需要形成以覆蓋裸片40。圖7為一封裝組件50的剖面圖。實施例中，如圖7和圖8A所示，封裝組件50為一包含晶體管等有源裝置52的裝置裸片。在替代實施例中，如圖8A所示，封裝組件50包含封裝基板M，且頂部裸片56位于并接合至封裝基板M上。封裝基板M和頂部裸片56 間的連結(jié)為倒裝芯片接合、焊線接合等等?；仡^參見圖7，封裝組件50還包含了延伸超出介電層60的金屬凸塊58，該介電層 60形成于封裝組件50表面。在整份說明書中，介電層60的表面60a也可視為封裝組件50 的表面。金屬凸塊58超出(高于)頂面60a的高度H2大于30微米，甚至大于50微米，雖然高度H2可更大或更小。實施例中，金屬凸塊58為銅凸塊，雖然也可使用其他金屬材料。 因此，金屬凸塊58又可稱作非回焊金屬凸塊。焊接凸塊62形成于金屬凸塊58的頂面上。 焊接凸塊62舉例來說可由SMg構(gòu)成，雖然也可使用其他焊接材料。金屬凸塊58及焊接凸塊62的形成工藝分別與金屬凸塊30及預(yù)焊凸塊32相似，如圖3至圖5所示。參見圖8A和圖8B，封裝組件50接合于封裝基板10。預(yù)焊凸塊32及焊接凸塊62 借由一回焊步驟接合以形成焊接凸塊66。裸片40因此位于封裝組件50及封裝基板10間， 且不與封裝組件50接合。介于封裝組件50和封裝基板10中的空間足夠容納裸片40以及焊接凸塊42。圖8A中，封裝組件50為一具有有源裝置52(其內(nèi)可包含晶體管)的裝置裸片。圖8B中，封裝組件50包含封裝基板M和接合于封裝基板M上的裝置裸片56。其他實施例中，封裝組件50包含更多裸片和/或接合在一起的封裝基板。底部填充料47設(shè)置在封裝組件50和封裝基板10間，且與焊接凸塊66及介電層20和60相接觸。圖9至圖11為依照各種不同的替代實施例來制造堆疊封裝結(jié)構(gòu)的中間步驟剖面圖。除非指明，否則這些實施例中的元件符號代表圖2至圖8中實施例的類似元件。參見圖9，金屬凸塊30 (包含金屬凸塊30A和30B)形成于封裝基板10的表面上，并形成選擇性的(optional)預(yù)焊凸塊32。金屬凸塊30A和30B可同時形成，其基本上使用如同圖3至圖 5所示一樣的工藝。再一次，金屬凸塊30延伸超出/高于介電層20的頂面20a，其中頂面 20a也是封裝基板10的頂面。高度Hl舉例來說可大于30微米。接下來，如圖10所示，裸片40借由金屬凸塊30A接合于封裝基板10上。裸片40 內(nèi)可包含金屬墊44，其中金屬墊44可自裸片40的表面40a凹下，然后放設(shè)底部填充料43 和選擇性(optional)模塑料45。圖11顯示將封裝組件50接合至封裝基板10，其中金屬凸塊58與金屬凸塊30B接合。再一次，裸片40位于封裝組件50和封裝基板10間，且不與封裝組件50相接合。封裝組件50可為一內(nèi)部包含有源裝置的裝置裸片，如圖8A和圖11 所示，或者封裝組件50可包含封裝基板M及一或多個與封裝基板M接合的裸片56，就如同圖8A所示。底部填充料47設(shè)置于封裝基板10和封裝組件50間以保護金屬凸塊66，此外，底部填充料47與介電層20和60相接觸。該實施例中，借由形成延伸超出個別封裝基板及封裝組件表面的金屬凸塊30和 58 (圖8A，圖8B，圖11)，焊接凸塊66的高度自封裝基板10和封裝組件50的間隔Sl減少至S2，其等于(S1-H1-H2)，其中高度Hl和H2分別為金屬凸塊30和58的高。隨著金屬凸塊66垂直高度的減少，其所須的橫向尺寸和金屬凸塊66的間距也可減少。因此，金屬凸塊 66間橋接的可能性更小。金屬凸塊66的數(shù)量也可增加。雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作各種的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)視所附的權(quán)利要求所界定的范圍為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體裝置，包含 一封裝基板，包含一第一非回焊金屬凸塊，延伸至該封裝基板的頂面上； 一裸片，位在該封裝基板上方且接合至該封裝基板；一封裝組件，位于該裸片上且接合至封裝基板，其中該封裝組件包含一延伸至該封裝基板底面下的一第二非回焊金屬凸塊，且該封裝組件大體上是擇自由一裝置裸片、一額外封裝基板、及其組合所組成的族群；一焊接凸塊，接合該第二非回焊金屬凸塊至該第一非回焊金屬凸塊。
2.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中該裸片不與該封裝組件相接合。
3.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中該封裝基板包含一第一介電層，該封裝組件包含一第二介電層，且該第一和第二非回焊金屬凸塊延伸介于該第一和第二介電層之間， 其中該半導(dǎo)體裝置還包含一位于第一及第二介電層間且與其接觸的底部填充料。
4.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中該裸片通過該封裝基板上的金屬墊和多個額外焊接凸塊與該封裝基板接合，且其中沒有非回焊金屬凸塊置于封裝基板的頂面上，并將此多個額外焊接凸塊上接合至該封裝基板。
5.如權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中該封裝基板還包含一延伸至該封裝基板頂面上的第三非回焊金屬凸塊，且該第三非回焊金屬凸塊與該裸片相接合。
6.一種半導(dǎo)體裝置，包含 一封裝基板，包含一第一介電層；多個第一銅凸塊，延伸至該第一介電層的頂面上；一裝置裸片，在該封裝基板上，且通過多個第一焊接凸塊接合至該封裝基板； 一封裝組件，位于該裸片上且接合至該封裝基板，其中該封裝組件包含 一第二介電層；多個第二銅凸塊，延伸至第二介電層的底面下；多個第二焊接凸塊，將所述多個第一銅凸塊接合至所述多個第二銅凸塊。
7.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中還包含一位于該第一及該第二介電層間且與其接觸的底部填充料。
8.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中該封裝組件包含一裝置裸片。
9.如權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體裝置，其中該封裝組件包含一額外的封裝基板，及一與額外封裝基板接合的額外裝置裸片，且該第二介電層位于該額外封裝基板內(nèi)。
10.一種半導(dǎo)體裝置，包含 一封裝基板，包含 一第一介電層；多個第一銅凸塊，延伸至該第一介電層的頂面上；一裝置裸片，位于該封裝基板上，且通過多個第一焊接凸塊接合至該封裝基板； 一封裝組件，位在該裝置裸片上且接合至該封裝基板，其中該封裝組件包含 一第二介電層；多個第二銅凸塊，延伸至該第二介電層的底面下；多個第二焊接凸塊，將所述多個第一銅凸塊接合至所述多個第二銅凸塊，其中所述多個第二焊接凸塊的高度比該第一介電層頂面和該第二介電層底面的間距小。
全文摘要
一種半導(dǎo)體裝置，包含封裝基板，該封裝基板包含一延伸至該封裝基板頂面上的第一非回焊金屬凸塊，一位于該封裝基板上，且通過多個第一焊接凸塊接合至該封裝基板的裸片，一位于此裸片上且接合至上述封裝基板的封裝組件。此封裝組件包含一延伸至上述封裝基板底面下的第二非回焊金屬凸塊。上述封裝組件大體上是擇自由一裝置裸片、一額外封裝基板及其組合所組成的族群。一焊接凸塊將第一非回焊金屬凸塊接合至第二非回焊金屬凸塊。本發(fā)明的金屬凸塊間橋接的可能性更小且金屬凸塊的數(shù)量也可增加。
文檔編號H01L23/31GK102347319SQ20101055895
公開日2012年2月8日 申請日期2010年11月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月26日
發(fā)明者劉醇鴻, 史朝文, 李明機, 楊宗穎, 蔡豪益, 陳憲偉 申請人:臺灣積體電路制造股份有限公司