[发明专利]使用穿透硅通道的半导体封装方法

说明书

本申请是申请日为2008年7月31日、申请号为200880106618.9、发明名称为“使用穿透硅通道的半导体封装方法”的发明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。

背景技术

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（through silicon via，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（Bosch process）'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。

发明内容

在本发明的一个实施方式中，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。

在本发明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。