半導(dǎo)體裝置和半導(dǎo)體工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝的領(lǐng)域，且更具體地說(shuō)，涉及一種3-D半導(dǎo)體裝置和用于 制造所述3-D半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體工藝。
【背景技術(shù)】
[0002] 在堆棧式芯片封裝中，可以垂直堆棧式方式將多個(gè)集成電路芯片封裝于單個(gè)封裝 結(jié)構(gòu)中。此情形增加堆棧密度，從而使封裝結(jié)構(gòu)較小，且常?？s減信號(hào)必須在芯片之間橫穿 的路徑的長(zhǎng)度。因此，堆棧式芯片封裝傾向于增加在芯片之間的信號(hào)傳輸速度。另外，堆棧 式芯片封裝允許將具有不同功能的芯片集成于單個(gè)封裝結(jié)構(gòu)中。娃穿孔（ThroughSilicon Via，TSV)的使用因其具有可在芯片之間提供短垂直導(dǎo)電路徑的能力而成為實(shí)現(xiàn)堆棧式芯 片封裝集成的關(guān)鍵技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的一個(gè)方面涉及一種半導(dǎo)體裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體裝置包 括：襯底；導(dǎo)電通孔（ConductiveVia)，其形成于所述襯底中，所述導(dǎo)電通孔具有與所述襯 底的無(wú)源表面（InactiveSurface)實(shí)質(zhì)上共平面的第一末端；電路層，其鄰設(shè)（disposed adjacent)于所述襯底的有源表面（ActiveSurface)且電性連接到所述導(dǎo)電通孔的第二 末端；重新分布層（RedistributionLayer)，其鄰設(shè)于所述襯底的所述無(wú)源表面，所述重新 分布層具有第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第一末端上且電性連接到所述第 一末端，所述第二部分向上定位且遠(yuǎn)離所述第一部分；和裸片，其鄰設(shè)于所述襯底的所述無(wú) 源表面且電性連接到所述重新分布層的所述第二部分。所述半導(dǎo)體裝置可進(jìn)一步包含：電 介質(zhì)層，其位于所述襯底的所述無(wú)源表面與所述重新分布層的所述第二部分之間，和保護(hù) 層，其覆蓋所述重新分布層和所述電介質(zhì)層，所述保護(hù)層具有開口以暴露所述重新分布層 的部分。所述開口有助于所述裸片與所述重新分布層之間的所述電性連接。另外，所述半導(dǎo) 體裝置可包含多個(gè)凸塊下金屬層（underbumpmetallurgy,UBM)，所述凸塊下金屬層（UBM) 鄰設(shè)于所述襯底的所述有源表面且電性連接到所述電路層。所述電路層和所述裸片各自可 包含一個(gè)或一個(gè)以上集成被動(dòng)裝置（IntegratedPassiveDevice,IPD)。所述導(dǎo)電通孔可 包含包括以下各者的導(dǎo)電通孔：晶種層，其包括垂直地設(shè)置的環(huán)形部分，和基底部分，所述 基底部分與所述環(huán)形部分鄰接且鄰近于和實(shí)質(zhì)上平行于所述有源表面；和第二金屬層，其 位于所述晶種層的內(nèi)部表面上。在其它實(shí)施例中，所述導(dǎo)電通孔可為實(shí)心柱體。
[0004] 在另一實(shí)施例中，形成于所述襯底的所述襯底中的所述導(dǎo)電通孔可從所述襯底的 所述無(wú)源表面突出。在此情況下，所述重新分布層可位于所述導(dǎo)電通孔的突出尖端的所有 表面（包含側(cè)表面）上，以提供增強(qiáng)型電性接觸和較緊固附接。
[0005] 本發(fā)明的另一方面涉及制造一半導(dǎo)體裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，一種制成半導(dǎo)體裝 置的方法包括：(a)提供晶片，所述晶片具有襯底和電路層，其中所述襯底具有有源表面和 無(wú)源表面，且所述電路層鄰設(shè)于所述有源表面；(b)形成多個(gè)凸塊下金屬層（UBM)在所述 電路層上；（C)將載體附接到所述晶片，其中所述凸塊下金屬層（UBM)面對(duì)所述載體；（d) 形成重新分布層在所述無(wú)源表面上；（e)附接裸片鄰近于所述無(wú)源表面，其中所述裸片電 性連接到所述重新分布層；和（f)形成模塑料鄰近于所述無(wú)源表面以包覆所述裸片。在步 驟（a)中，所述電路層可包括多個(gè)第一接墊、多個(gè)第二接墊、第一保護(hù)層和第一電介質(zhì)層； 所述第一電介質(zhì)層位于所述襯底的所述有源表面上；所述第一接墊和所述第二接墊位于所 述第一電介質(zhì)層上；所述第一保護(hù)層覆蓋所述第一接墊且具有多個(gè)開口以暴露所述第二接 墊。在步驟（b)中，可在所述第一保護(hù)層的所述開口中形成所述凸塊下金屬層（UBM)以接觸 所述第二接墊。在步驟（c)之后，半導(dǎo)體工藝可包括以下步驟：（cl)在所述襯底中形成多個(gè) 互連金屬以電性連接所述電路層；和（c2)形成重新分布層鄰近于所述無(wú)源表面，其中所述 重新分布層電性連接到所述互連金屬。另外，步驟（cl)可包括以下步驟：（ell)從所述襯底 的所述無(wú)源表面形成多個(gè)圓柱形空腔，其中所述圓柱形空腔暴露所述電路層的局部；（cl2) 在所述圓柱形空腔中形成所述互連金屬；（cl3)從所述襯底的所述無(wú)源表面形成多個(gè)圓形 凹槽，其中每一所述圓形凹槽環(huán)繞每一所述互連金屬；和（cl4)在每一所述圓形凹槽中形 成絕緣環(huán)。
【附圖說(shuō)明】
[0006] 圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖；
[0007] 圖2(a)顯示圖1的半導(dǎo)體裝置的局部放大剖面圖；
[0008] 圖2(b)顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的局部放大剖面圖；
[0009] 圖3顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置的剖面圖；
[0010] 圖4至19顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體工藝；以及
[0011] 圖20至23顯示根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的用于制造半導(dǎo)體裝置的半導(dǎo)體工藝。
[0012] 貫穿圖式和詳細(xì)描述而使用共同參考數(shù)字以指示相同元件。本發(fā)明將從結(jié)合隨附 圖式的以下詳細(xì)描述更顯而易見。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 參看圖1，顯示根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置1的剖面圖。半導(dǎo)體裝置1包括 襯底11、第一電介質(zhì)層12、電路層13、多個(gè)凸塊下金屬層（UBM) 24、多個(gè)互連金屬35、中心絕 緣材料36、絕緣環(huán)361、第二電介質(zhì)層40、重新分布層48、第二保護(hù)層50、裸片2、多個(gè)焊線 21、多個(gè)焊球54和模塑料（MoldingCompound) 3。
[0014] 所述襯底11具有有源表面111、無(wú)源表面112和多個(gè)通孔（Through Hole) 115。在 此實(shí)施例中，所述襯底11的材料為例如硅或鍺的半導(dǎo)體材料。然而，在其它實(shí)施例中，所述 襯底11的材料可為玻璃。
[0015] 第一電介質(zhì)層12位于襯底11的有源表面111上。在此實(shí)施例中，第一電介質(zhì)層 12的材料為氧化硅或氮化硅。然而，在其它實(shí)施例中，第一電介質(zhì)層12可包含例如聚酰亞 胺（polyamide,PI)或聚丙烯（polypropylene,PP)的聚合物。
[0016] 電路層13鄰設(shè)于襯底11的有源表面111。在此實(shí)施例中，電路層13位于第一電介 質(zhì)層12上，且包含多個(gè)第一接墊14a、多個(gè)第二接墊14b和第一保護(hù)層16。第一接墊14a、 第二接墊14b和第一保護(hù)層16位于第一電介質(zhì)層12上。第一接墊14a和第二接墊14b為 電路層13的金屬層（未圖不）中的一者的局部。在此實(shí)施例中，金屬層的材料為銅。第一 保護(hù)層16覆蓋第一接墊14a且具有多個(gè)開口 161以暴露第二接墊14b。在此實(shí)施例中，第 一保護(hù)層16包含例如聚酰亞胺（PI)或聚丙烯（PP)的聚合物。然而，在其它實(shí)施例中，第 一保護(hù)層16的材料可為氧化硅或氮化硅。
[0017] 在此實(shí)施例中，電路層13進(jìn)一步包含至少一個(gè)第一集成被動(dòng)裝置（iro) 15,第一 集成被動(dòng)裝置（IPD) 15位于第一電介質(zhì)層12上且由第一保護(hù)層16所覆蓋。因此，第一集 成被動(dòng)裝置（IPD) 15鄰近于襯底11的有源表面111。在此實(shí)施例中，第一集成被動(dòng)裝置 (IPD)15為電感器。然而，第一集成被動(dòng)裝置（IPD)15可包含電容器、電阻器，或電感器、電 容器與電阻器的組合。
[0018] 每一凸塊下金屬層（UBM) 24位于第一保護(hù)層16的每一開口 161中以接觸第二接 墊14b，使得凸塊下金屬層（UBM)24電性連接到電路層13。在此實(shí)施例中，凸塊下金屬層 (UBM) 24包括第一金屬層22和第一晶種層18。第一金屬層22為單層或多層結(jié)構(gòu)。第一晶 種層18的材料為氮化鉭，且第一金屬層22的材料為以下各者的混合物：鎳（Ni)、鈀（Pd) 和金（Au);鎳（Ni)和金（Au);或鎳（Ni)和鈀（Pd)。然而，可省略第一晶種層18。焊球54 位于凸塊下金屬層（UBM) 24上。
[0019] 每一互連金屬35位于襯底11的相應(yīng)每一通孔115中，且電性連接到電路層13和 重新分布層48。在本實(shí)施例中，互連金屬35進(jìn)一步延伸通過第一電介質(zhì)層12以接觸第一 接墊14a?；ミB金屬35具有第二金屬層3