[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体芯片封装设计，特别涉及一种新颖的衬底设计，其有利于倒装芯片封装(flip chip package)的进行。

背景技术

倒装芯片是一种半导体装置的型式。半导体装置是非常小型的电子构件，其内连接于执行各种计算以及存储功能的集成电路，上述计算以及存储功能是当前的电子产品必须具有的功能。以此半导体装置为主的产品包括个人电脑、移动电话与个人娱乐装置以及许多其他的电子产品。这样的电子产品不仅受欢迎，而且由于材料、设计与制造技术的发展，使一般的消费者负担得起。此负担性已经依次使得许多使用此半导体装置的额外的应用成为可能，当然也增加此电子产品大众化的程度。

通常，半导体装置的制造是通过形成数以百万计的微小电子构件于例如硅的半导体材料的薄片上。此硅薄片常称为“晶圆”，可利用不纯物处理晶圆而产生电性。具体的说，硅可施以处理或掺杂以赋予半导体性质。半导体只在某种状况下才会导电，例如应用电荷来操作，成为不需要移动零件的开关(switch)。晶体管正是此半导体装置的例子。晶体管是通过设置掺杂的硅、各种小型导电构件以及绝缘构件于附近来形成，这些构件是经由晶体管用来导电或控制电流。

晶体管的构件的形成，通过交替的沉积导电、绝缘材料层以及选择性蚀刻去除一部分的导电、绝缘材料层，而形成所需的构件零件。介于这些零件之间的内连线的形成方法是与上述的方法类似。典型的晶圆是用来作为衬底，以形成多个，或许很多个独立的元件，称为“裸片”(dice)。所有的裸片通常是同时制造而形成于一片晶圆上，然后分隔开来以进行封装及使用。

每个裸片包括大多数或所有需要执行的功能的电路，而且虽然两个或更多裸片封装在一起且一起贩售(有时也称为混合芯片(hybrid chip))的情况已经愈来愈普遍，然而裸片通常仍以分离单元来贩售。在使用之前，每个独立的裸片(或每组裸片)通常会被包覆或封装于保护材料之中。此保护材料必须稳固地容纳裸片，而且须允许外部电子连接用的导体通过。为了完成此目的，裸片，例如可具有多个接合焊盘，以建立电子连接。微细导线(fine wire)的一端接合于接合焊盘，另一端则是接合于引线(lead)。此引线延伸超越此保护封装体，以连接于印刷电路板或类似的装置。通常，形成有电子构件于上方的裸片的正面会面对上方，所以导线接合连接得以建立。此处面对上方是指除了其安装与电子连接点的裸片的有效表面(active face)。

芯片或封装裸片面对其安装的一侧，所以通常也称为倒装芯片。虽然此方位会引起一些传统的结构不存在的难题，然而由于倒装芯片经常可包封于较小的封装体，而适用于较小的元件，所以倒装芯片已经渐渐地普及化。原因之一，以及同时此设计面临的难题为，裸片与的外部连接不是由接合导线来形成。在倒装芯片中，虽然不是所有的连接都是通过小型的导电物件，然而至少有一些是使用又称为凸块或球体的导电物件来进行连接。以下将参考图1来说明。

图1显示典型倒装芯片10半导体装置的选择的构件的剖面侧视图。图1的例子中，倒装芯片10包括具有有效表面13的裸片12，裸片12的有效表面13已形成有装置的电子构件于其上(虽然图未显示也不常见，但是电子构件也可以形成于裸片的其他区域，而产生更多的有效面积)。如上所述，倒装芯片10的有效表面13面对着安装裸片12于上方的衬底15。裸片12是利用导电凸块阵列安装于衬底15，图1可看到五个标示为符号21～25的导电凸块。导电凸块21～25例如为焊接球，以阵列的方式提供结构上以及机械上连接裸片12的有效表面13与衬底15的正面16两者。与有效表面13或衬底正面16的接触点通常在接合焊盘上(图1未显示)，或者依此目的设计的类似的结构上，并且叠层或者粘接于各个的表面。也可能会存在中间结构，其有时又称为UBM(焊接球下方金属层)。值得注意的是，虽然图1只显示五个焊接球，用以执行此功能，然而通常具有更多个焊接球。

裸片12与导电凸块21～25被容纳于包覆体20之中，而包覆体20提供倒装芯片10一般的外观且可保护内部的构件。焊接球31～37被安装于衬底15的外部表面17上，且提供将倒装芯片10电性上及机械上的连接于印刷电路板或类似的安装表面的手段。焊接球31～37是安装于焊盘(未显示于图1)上，这些焊盘经由形成于衬底15中的介层孔(图未显示)而连接于导电凸块21～25或者其他的内部构件。值得注意的是，图1是倒装芯片的简化的图式，通常存在更多的内部构件。