專利名稱：封裝元件的工藝和封裝的元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及元件封裝工藝和一般用這種工藝封裝的元件，以及晶片級(jí)封裝工藝及特別地用這種工藝封裝的元件。
背景技術(shù)：
對(duì)于多種技術(shù)應(yīng)用，需要密封地封裝的芯片，因?yàn)槔?，用這種工藝可以保護(hù)半導(dǎo)體基片上的敏感集成電路。但是，封裝至少對(duì)光學(xué)元件和微機(jī)械元件同樣重要。
已知的工藝中首先將芯片與晶片組件分離，然后分別封裝。這是極其復(fù)雜的工藝，幾乎不適合用于敏感元件的大規(guī)模生產(chǎn)。特別地，集成電路或其它元件在從晶片分離時(shí)還沒有被保護(hù)，結(jié)果它們?cè)阡徑夭僮髦斜晃廴竞?或毀壞。
還有已知的工藝，其中首先在晶片級(jí)封裝元件，然后將其分離。這些工藝稱為晶片級(jí)封裝(WLP)。
先前技術(shù)公開了許多這樣的工藝。
但是，用晶片級(jí)封裝難以接觸連接集成電路，因?yàn)槿魏芜B接觸點(diǎn)一般都被覆蓋襯底所覆蓋。這會(huì)在以下描述的工藝基礎(chǔ)上說明。
已知的工藝通?；谶@樣的假設(shè)工作，與芯片上或集成電路中的接觸區(qū)的連接可以直接產(chǎn)生，像例如在存儲(chǔ)器片中的情形中可以毫無問題地實(shí)現(xiàn)一樣。
但是，這沒有考慮這樣的事實(shí)，例如，在帶有集成傳感器或光學(xué)元件的芯片的情形中，安裝好的光學(xué)有源表面，例如印刷電路板，必須保持裸露。
在這方面，WO 99/40624已經(jīng)公開了一種工藝，其中試圖消除出現(xiàn)在有源元件中，路線為從晶片或芯片的有源面到相對(duì)的底面上的連接觸點(diǎn)引起的問題。向下路由的連接接觸的進(jìn)一步接觸連接可以用已知的方法實(shí)現(xiàn)。
此外，Clearfield，H.M.；Young，J.L.；Wijeyesekera，S.D.；Logan，E.A.發(fā)表在《IEEE高級(jí)封裝》23卷2號(hào)247-251頁(yè)的“晶片級(jí)芯片尺寸封裝有利于集成無源元件”中描述了相似的工藝。
上面提及的工藝之所以杰出是因?yàn)?，將玻璃覆蓋應(yīng)用于晶片的光學(xué)有源正面之后，沿著晶片的背面形成了將晶片分割成單獨(dú)芯片區(qū)域的凹槽。在凹槽的形成過程中，晶片有源面上在任何情況下都在兩個(gè)芯片之間的過渡區(qū)域上的連接觸點(diǎn)位置，被分割并因此裸露在凹槽中。為了完整地封裝晶片或芯片，在凹槽形成之后，將玻璃片黏附在凹槽上，并用適當(dāng)?shù)姆椒▽⑵淝懈钍沟镁械陌疾酆瓦B接觸點(diǎn)位置再次可自由接觸。其后是已經(jīng)形成的凹槽中的接觸軌的淀鍍，這是為了影響連接觸點(diǎn)位置的接觸連接并將觸點(diǎn)位置放到封裝芯片的背面。
盡管提出的方法導(dǎo)致公知的從芯片或晶片的有源正面到無源背面的連接接觸的穿過接觸，這會(huì)導(dǎo)致許多嚴(yán)重缺點(diǎn)，制作已經(jīng)用討論中的異常昂貴的工藝生產(chǎn)的芯片。
發(fā)生這種情況的一個(gè)原因是在已知工藝中形成的凹槽比那些被認(rèn)為是晶片正常切割標(biāo)準(zhǔn)的明顯更寬。這導(dǎo)致芯片或集成電路之間的距離相對(duì)很大，結(jié)果晶片上的空間能容納的芯片更少。
如果只是由于這個(gè)原因，已知的工藝已經(jīng)提供了相對(duì)低的來自半導(dǎo)體晶片的芯片成品率。此外，建議的生產(chǎn)工藝也相對(duì)低。這尤其涉及到這樣的事實(shí)，凹槽必須連續(xù)研磨，凹槽形成過程中稱為鉆石輪劃片機(jī)的設(shè)備只能以相對(duì)低的推進(jìn)速度作業(yè)。除此之外，鋸條的磨損也高。由于這個(gè)原因和對(duì)于所描述機(jī)械工藝的尺寸精度的高要求以及相當(dāng)大的機(jī)床成本，必須使用的鉆石輪劃片機(jī)是非常昂貴的。
WO 99/40624中描述的工藝的一個(gè)重要問題還有當(dāng)切割操作影響凹槽研磨時(shí)連接觸點(diǎn)的裸露。這種類型的連接觸點(diǎn)的切割，如上面已經(jīng)提及的，需要極高的尺寸精度，因?yàn)槿绻贿@樣會(huì)至少損壞部分觸點(diǎn)。盡管如此，即使實(shí)現(xiàn)了連接觸點(diǎn)的精確切割，也不容易用已經(jīng)以這種方式裸露的連接觸點(diǎn)產(chǎn)生接觸連接。其原因尤其是依照現(xiàn)有技術(shù)的接觸連接會(huì)被晶片中凹槽斜面上的接觸軌淀鍍影響，但是均勻并因此成為目標(biāo)的淀鍍只在與淀膜方向陡峭至垂直的地方可能。
沿著觸點(diǎn)鋸切時(shí)，另外的特別缺點(diǎn)是許多接觸面至少被暫時(shí)裸露，這會(huì)導(dǎo)致腐蝕和擴(kuò)散，會(huì)因此對(duì)元件的使用壽命產(chǎn)生嚴(yán)重的負(fù)面影響。
Koyanagi，M；Kurino，H；Lee，K.W.；Sakuma，K.發(fā)表在1998年7月-8月的《IEEE Micro》17-22頁(yè)的“未來單晶片系統(tǒng)LSI芯片”，WO 98/52225和DE 197 46 641中也描述了用于芯片穿過接觸(through-contacting)的另外的工藝。但是，這些工藝不適合封裝例如光學(xué)芯片。
從WO 03/019653 A2中了解到進(jìn)一步改進(jìn)的晶片級(jí)封裝工藝，該工藝因此被完整地以參考的方式并入本公開的主題。
那個(gè)文獻(xiàn)描述的工藝中，封裝之后，觸點(diǎn)經(jīng)制作再次可以通過通道接觸，通過該通道觸點(diǎn)被用例如稱為球柵陣列的方式接觸連接。以這種工藝上面描述的缺陷可以相當(dāng)程度地被克服。
盡管如此，在某些情況下，會(huì)由于這樣的原因引起問題通常球柵陣列包含鉛-錫焊料，其熔點(diǎn)大約為230℃，結(jié)果，對(duì)某些應(yīng)用來說，這樣生產(chǎn)的芯片的熱穩(wěn)定性不足，或敏感元件在裝備過程中受過量熱負(fù)載的影響。而且，在與球柵陣列和半導(dǎo)體元件的連接之間的熱機(jī)械耦合會(huì)導(dǎo)致敏感元件中的問題。
無論如何，在某些環(huán)境下，需要能夠在沒有含鉛焊料的情況下制作。
此外，需要進(jìn)一步改進(jìn)所述工藝的效率和成品率，加寬所生產(chǎn)芯片的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明是基于提供普通類型的工藝的目的，該工藝有效并廉價(jià)地工作。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供保障高成品率并尤其適合光學(xué)和/或微機(jī)械元件的工藝。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供取得改善的來自功能區(qū)的連接的熱機(jī)械耦合的工藝和元件。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供廉價(jià)耐熱的元件，該元件具有高質(zhì)量和高穩(wěn)定性。
本發(fā)明還有另一個(gè)目的是提供避免或至少減輕現(xiàn)有技術(shù)的缺陷的工藝和元件。
該目的由獨(dú)立權(quán)利要求的主題以一種異常簡(jiǎn)單的方式實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明的有利的細(xì)微改進(jìn)限定在從屬權(quán)利要求中。
依照本發(fā)明，以下列方式實(shí)現(xiàn)元件的晶片級(jí)封裝和接觸連接。
基片襯底，它具有功能側(cè)面和功能側(cè)面反面的背表面，借助功能側(cè)面而被永久地結(jié)合到晶片級(jí)的覆蓋襯底。功能側(cè)面的特性是其上布置了大量相互分開間隔的功能區(qū)。更確切地說，每個(gè)即將生產(chǎn)的芯片或單元片有一個(gè)功能區(qū)。功能會(huì)被理解為表示帶有功能元件，例如集成電路或其它電子的、光學(xué)的、電光的、微機(jī)械的、微光機(jī)的或類似元件的區(qū)域。
例如，功能區(qū)會(huì)因此包含光學(xué)傳感器。也舉例子，例如基片襯底是帶有集成電路的硅半導(dǎo)體晶片。盡管如此，其它材料也可能適合基片襯底，像例如砷化鎵或磷化銦。
現(xiàn)在功能區(qū)在所有情況下都通過兩個(gè)襯底的結(jié)合，以密封或準(zhǔn)密封的密封方式封裝。一種可能的結(jié)合技術(shù)是黏附接合，例如用環(huán)氧樹脂，但陽(yáng)極接合也是可能的。對(duì)于陽(yáng)極接合，可能有利于將以例如蒸發(fā)涂鍍玻璃層的形式接合層(鍵合層)應(yīng)用于結(jié)合之前的襯底中的至少一個(gè)。這樣產(chǎn)生的接合層也可以用于直接接合。
對(duì)于用環(huán)氧樹脂連接，也應(yīng)該注意到這只能實(shí)現(xiàn)有限的密封封裝。因此，在本說明的上下文中，這種類型的連接指的是準(zhǔn)密封。
此外，基片襯底在其功能側(cè)面上有接觸表面(稱為接觸墊)，結(jié)合了襯底之后，這些接觸表面從基片襯底的背面露出，該背面在功能側(cè)面的反面。為了達(dá)到該目的，在基片襯底中接觸表面上特別地通過蝕刻形成接觸連接凹槽。接觸連接凹槽也作為通孔為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所了解，該通孔用于制作穿過基片襯底的穿過接觸。
在隨后的進(jìn)一步階段，沿著功能側(cè)面之間預(yù)先確定的切割線，至少?gòu)幕r底或覆蓋襯底形成的晶片組件被特別地通過鋸切切割成芯片或單元片。如果使用適當(dāng)?shù)拟g化作用，像例如構(gòu)圖成的蒸發(fā)涂鍍玻璃層，其厚度優(yōu)選為0.01μm到100μm，通常是8μm，會(huì)形成在所有情況下都以密封或準(zhǔn)密封的封裝形式封裝的各個(gè)芯片。應(yīng)用于晶片級(jí)的這種封裝工藝比單獨(dú)封裝的效率高得多。
在之后的進(jìn)一步階段，元件具有體區(qū)和連接區(qū)，其中連接區(qū)與接觸連接凹槽相鄰，元件，尤其是基片襯底，在體區(qū)或連接區(qū)中變薄直到在連接區(qū)和體區(qū)中達(dá)到不同的厚度。
換句話說，基片襯底被分成體區(qū)和連接區(qū)，體區(qū)在任何情況下都橫向延伸過功能區(qū)之上并形成用于后續(xù)芯片的分別封裝的一部分。連接區(qū)與接觸連接凹槽或通孔橫向鄰近。現(xiàn)在的特別特征是基片襯底在連接區(qū)中被薄化的程度比在體區(qū)中更大，或反之亦然。
這有利地為接觸連接增加了空間。而且，依照本發(fā)明的工藝建立了連接區(qū)與功能區(qū)之間的卓越的熱機(jī)械耦合。
如果合適，襯底基片被薄化至零厚度，即，一起除去。
在隨后的進(jìn)一步階段，芯片被優(yōu)選地插入電路載座，接觸表面或與接觸表面電連接的觸點(diǎn)再分配元件，通過基片襯底背面上的導(dǎo)線接合與電路載座上的相應(yīng)接觸元件相連。因此，被蝕刻干凈的接觸表面或觸點(diǎn)再分配元件特別地在各個(gè)元件已經(jīng)切割的情形下只接觸連接。
在導(dǎo)線接合的情形中，導(dǎo)電的，薄的，基本圓的導(dǎo)線，例如鋁的或金的，在沒有焊料的情況下被焊接到接觸表面。為了達(dá)到這個(gè)目的，導(dǎo)線被優(yōu)選引入撞鍵(ram)并被作用力壓緊到接觸表面。
實(shí)際焊接優(yōu)選冷焊和/或通過超聲波實(shí)現(xiàn)。該工藝的特征是其可靠性和產(chǎn)生的連接的質(zhì)量。盡管如此，球柵陣列作為用于接觸表面或接觸再分配元件的接觸連接的接觸元件的應(yīng)用也在本發(fā)明的范疇內(nèi)。
導(dǎo)線接合的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是這代表了非常簡(jiǎn)單并廉價(jià)的工藝，此外，它比用焊球或由焊球形成的稱為球柵陣列產(chǎn)生的連接有更好的熱穩(wěn)定性。而且，在導(dǎo)線接合過程中，元件上很少有熱負(fù)載。
本發(fā)明另外的特別好處是接觸連接，尤其是導(dǎo)線接合，在背面實(shí)現(xiàn)，使得該工藝，例如，還可以用于帶有透明覆蓋襯底，尤其是玻璃制的光學(xué)元件。當(dāng)然，該工藝并不局限于此，而是覆蓋襯底也可以由其它的材料，例如金屬或半導(dǎo)體組成，這取決于特別應(yīng)用領(lǐng)域。無論如何，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，使用依照本發(fā)明的工藝的背面接觸連接可以用簡(jiǎn)單有效的方式實(shí)現(xiàn)。
另外的優(yōu)點(diǎn)是該工藝產(chǎn)生的灰塵特別少。特別地，作為應(yīng)用覆蓋襯底的結(jié)果，在某些情況下非常敏感的功能區(qū)早在第一工藝步驟就被保護(hù)起來。
在基片襯底被結(jié)合到覆蓋襯底之前，將稱為接觸墊外延的放大元件應(yīng)用于功能側(cè)面上基片襯底的接觸表面是完全可能的。這增加了接觸表面的面積，并促進(jìn)接合撞鍵的使用。在這種情況下，如果合適，接觸連接凹槽可以延伸過放大元件。
在基片襯底被結(jié)合到覆蓋襯底之后，例如通過機(jī)械研磨和/或蝕刻將其均勻地薄化，以便達(dá)到減少的元件厚度，這是優(yōu)選的。
接觸表面的裸露特別地通過基片襯底的圖案化蝕刻，例如通過光刻工藝實(shí)現(xiàn)。此外，蝕刻可以通過濕式化學(xué)方法或通過等離子技術(shù)實(shí)現(xiàn)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員基本都知道這種類型的工藝。
此外，將鈍化層應(yīng)用于基片襯底的背面是有利的。該鈍化層被特別地構(gòu)圖，其接觸表面基本裸露。這可以通過將鈍化層應(yīng)用在已構(gòu)圖形式中，例如使用掩模來實(shí)現(xiàn)，或通過將鈍化層均勻地應(yīng)用于基片襯底的背面然后構(gòu)圖的方式實(shí)現(xiàn)。
其優(yōu)點(diǎn)是基片襯底，尤其是覆蓋襯底和在硅半導(dǎo)體襯底的情形中存在于功能側(cè)面上的二氧化硅層的界面被保護(hù)起來以避免例如氧化這樣的環(huán)境影響。而且，二氧化硅層也可以在蝕刻接觸連接凹槽和接觸連接通道時(shí)用作蝕刻終止掩模，但然后在接觸表面的背面上被開口。
合適的鈍化層特別地是一層玻璃，該玻璃層應(yīng)用蒸發(fā)涂鍍或可用照相法構(gòu)圖的塑料層例如BCB施加。鈍化層優(yōu)選地延伸到遠(yuǎn)至接觸面的邊緣區(qū)域。此外，如果需要可以提供更進(jìn)一步的鈍化層。
依照具體實(shí)施例，在接觸表面和/或觸點(diǎn)再分配元件已經(jīng)裸露之后，在背面用金屬層，例如金層，通過電鍍或無電鍍方法將它們覆蓋。這改善了接觸表面的表面質(zhì)量，因此進(jìn)一步改善了導(dǎo)線接合的可靠性。
此外，有利地，在背面沿預(yù)先確定的切割線蝕刻基片襯底以便確定凹槽或稱為鋸切道，該鋸切道(sawing street)沿著切割線的兩側(cè)和將晶片切割成芯片的線延伸。
此外，薄化連接區(qū)中的基片襯底特別地是在接觸表面通過導(dǎo)線接合結(jié)合到電路載座的接觸元件之前實(shí)施的。
這導(dǎo)致了這樣的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生了更多的空間來使導(dǎo)線接合能用接合撞鍵從背面實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)榇嬖谟谝阎に囍械拈_口通常如此小以至于如果不是一起做的話，導(dǎo)線接合至少會(huì)更困難依照特別簡(jiǎn)單的實(shí)施例，接觸連接凹槽和通孔，連接區(qū)和/或鋸切道在單一步驟中形成。這允許工藝更進(jìn)一步地簡(jiǎn)化。
優(yōu)選在第一步中首先薄化基片襯底，例如通過研磨，然后在第一步之后的第二步中，在連接區(qū)或體區(qū)通過例如照相法構(gòu)圖蝕刻而被更進(jìn)一步薄化，使得它變得在這些區(qū)域中比在各個(gè)其它區(qū)域中更薄，使得除了接觸連接凹槽之外，另外的區(qū)域有不同的基片襯底厚度，尤其是產(chǎn)生比通過均勻薄化形成得更薄的厚度。
在上下文中，術(shù)語(yǔ)基片襯底的薄化基本上也可以理解為包括將厚度薄化至零，即在相應(yīng)區(qū)域完全除去基片襯底。盡管如此，也可能在體區(qū)，連接區(qū)和在接觸連接凹槽形成至少三個(gè)不同厚度區(qū)域。
如果連接區(qū)中基片襯底的厚度被薄化到零，各連接的接觸連接可以特別成功地從功能區(qū)機(jī)械去耦是有利的。因此，例如通過導(dǎo)線接合進(jìn)行連接或連接導(dǎo)線連接時(shí)，沒有壓力或只有很小的壓力傳送到功能區(qū)。這尤其使避免敏感圖象傳感器中暗電流的增加成為可能。
然而，即使將焊球用作接觸元件，焊球和元件之間接觸的位置從功能區(qū)熱機(jī)械地去耦，使得熱循環(huán)使用過程中遇到的機(jī)械壓力不傳送到或很少傳送到功能區(qū)。
此外，特別優(yōu)選制作連接條，該連接條以延長(zhǎng)的方式平行延伸到預(yù)先確定的切割線。基片襯底在連接條中被再次薄化，程度比在體區(qū)更大。在這種情況下的優(yōu)點(diǎn)是不需要為每個(gè)接觸連接凹槽制造專門的連接區(qū)，而是用多個(gè)接觸連接凹槽毗連同一連接條。特別地，連接條基本上從一個(gè)切割線延伸到下一個(gè)，特別地在整個(gè)晶片上，使得晶片上形成條形圖案。
優(yōu)選以這樣的方式形成連接區(qū)它們至少?gòu)慕佑|連接凹槽延伸到鋸切道或預(yù)定切割線。換句話說，鋸切道和連接區(qū)可以形成單獨(dú)的區(qū)域，使得特別地在相鄰芯片的接觸表面之間完全除去基片襯底。這可以節(jié)省另外的工作步驟。
依照本發(fā)明的工藝還特別適合具有功能區(qū)的元件，該功能區(qū)封閉在例如MEMS或MOEMS元件這樣的空腔中。特別地為了達(dá)到這一目的，在基片襯底結(jié)合到覆蓋襯底之前，給覆蓋襯底提供功能區(qū)上的凹槽，使得基片結(jié)合到覆蓋襯底之后，在兩個(gè)襯底之間形成空腔，功能區(qū)封閉在該空腔中。
除了所述工藝之外，本發(fā)明另外的主題是在切割操作后可以用工藝生產(chǎn)的作為芯片的元件、切割之前的晶片級(jí)上的中間產(chǎn)物、和具有電路載座的電路結(jié)構(gòu)、和安裝于其中并通過導(dǎo)線接合與之電連接的切割元件。
切割的、封裝的元件，特別是電子的，光學(xué)的，光電的，微電機(jī)械的或微光電機(jī)械的元件依照本發(fā)明相應(yīng)地包括具有功能側(cè)面和背面的基片襯底，其中功能區(qū)上布置了元件功能區(qū)，背面在功能側(cè)面的對(duì)側(cè)，在基片襯底背面與之永久結(jié)合的覆蓋襯底，覆蓋襯底延伸過功能區(qū)，和基片襯底與覆蓋襯底之間的結(jié)合，或以在功能區(qū)周圍形成密封或準(zhǔn)密封式密封外罩的方式包圍功能區(qū)的連接層，和基片襯底上特別地穿過外罩與功能區(qū)電連接的接觸表面。
此外，基片襯底在接觸表面區(qū)域包括接觸連接凹槽，通過該接觸連接凹槽，從外罩外面和從基片襯底背面或通過基片襯底可以與或與接觸表面連接，基片襯底被分割成體區(qū)和連接區(qū)，體區(qū)橫向延伸過功能區(qū)并形成部分外罩，連接區(qū)相對(duì)于接觸連接橫向偏移，特別地，與之相連，和元件，尤其是基片襯底在體區(qū)和連接區(qū)有不同厚度，或基片襯底在體區(qū)或連接區(qū)被更大程度地薄化，特別地，如果合適，被一起除去。
此外，切割之后，元件有窄邊，在窄邊上元件從晶片組件分離開來，在這方面，連接區(qū)至少?gòu)慕佑|連接凹槽延伸到窄邊。
另外，參考該工藝特征。
在下文中，在典型實(shí)施例基礎(chǔ)上，參照附圖更詳?shù)亟忉尡景l(fā)明，在附圖中，一些情形下相同和類似的元件提供了同樣的附圖標(biāo)記，各種典型實(shí)施例的特征可以相互結(jié)合。


在附圖中圖1示出依照本發(fā)明的晶片級(jí)元件部分實(shí)施例的示意截面圖。
圖2示出圖1中元件切割和導(dǎo)線接合之后的示意截面圖。
圖3示出依照本發(fā)明帶有焊球的元件的部分實(shí)施例的示意截面圖。
圖4示出依照本發(fā)明的晶片級(jí)元件另外實(shí)施例的一部分的示意截面圖。
圖5示出依照本發(fā)明的元件的另外實(shí)施例的一部分的示意截面圖，該元件帶有提供了金屬層的接觸元件。
圖6示出依照本發(fā)明的晶片級(jí)元件實(shí)施例的示意平面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了經(jīng)過處理，即提供了功能區(qū)110(在該實(shí)例中，為集成電路110)后的基片襯底100。在這個(gè)范例中，基片襯底用硅半導(dǎo)體晶片100代替。
此外，在CMOS應(yīng)用或SOI電路的情形中，半導(dǎo)體晶片100有電介質(zhì)層120，例如處于二氧化硅層的形式。夾層120使電路110與硅晶片100隔離。
此外，在其功能側(cè)面101上，半導(dǎo)體晶片100有接觸表面或接觸墊130，功能側(cè)面101被其上布置的電路110限定。接觸墊130與電路110電連接(未示出)。與功能側(cè)面相對(duì)的半導(dǎo)體基片100的側(cè)面被稱為背面102。
然后，覆蓋襯底或覆蓋晶片200，在本例中為Borofloat-33玻璃晶片200，被黏附地接合到半導(dǎo)體晶片100上。使用Borofloat-33玻璃是特別有利的，因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)與半導(dǎo)體晶片100的相匹配。
兩個(gè)晶片100和200通過粘合層210例如環(huán)氧樹脂或丙烯酸鹽粘合劑而被結(jié)合。這導(dǎo)致電路110的準(zhǔn)密封封裝。
作為粘合層210的替換，也可以應(yīng)用玻璃層，尤其是通過蒸發(fā)涂鍍，使得基片襯底適合陽(yáng)極焊接或直接接合。因此，在這樣的情形下，這兩個(gè)晶片被陽(yáng)極地或直接地接合在一起。
在結(jié)合操作之后，第一步中，半導(dǎo)體晶片100在整個(gè)晶片上被均勻薄化，例如通過機(jī)械研磨薄化到厚度d1。這是可能的，因?yàn)楦采w晶片200賦予該組件需要的穩(wěn)定性。
在半導(dǎo)體晶片100均勻薄化或研磨之后的第二步中，半導(dǎo)體晶片100被以這樣的方式構(gòu)圖一方面，在接觸墊130上形成接觸連接凹槽或接觸連接通道301，另一方面，形成與接觸連接通道301橫向毗連的連接區(qū)300。這可以在單一或兩個(gè)分開的步驟中實(shí)現(xiàn)。對(duì)于構(gòu)圖優(yōu)選通過光刻濕法蝕刻工藝或等離子蝕刻工藝實(shí)現(xiàn)。
接觸連接通道301將從背面102橫向延伸通過半導(dǎo)體晶片100直接到接觸墊130。
因此晶片被分割成多個(gè)體區(qū)104和連接區(qū)300，連接區(qū)300被薄化的程度比體區(qū)104更大。換句話說，晶片材料100在連接區(qū)300中被薄化到厚度d2，d2小于d1。在本例中，d2不等于0。
換句話說，半導(dǎo)體晶片100均勻薄化之后，晶片材料在接觸連接通道301的區(qū)域中被進(jìn)一步除去，直到達(dá)到厚度d2。
此外，半導(dǎo)體晶片100還有鋸切道或鋸切凹槽302，橫向延伸到附圖的平面，沿著該凹槽，晶片組件100，200被相繼切割。
接觸連接通道301被形成或蝕刻，以及連接區(qū)300被薄化之后，用鈍化層400覆蓋半導(dǎo)體晶片的背面400，尤其是為了保護(hù)敏感接觸面，例如半導(dǎo)體晶片100和電介質(zhì)夾層120之間的。鈍化層400是例如一層蒸發(fā)涂鍍玻璃。鈍化層400還可以是多層的形式(圖1中未示出)。此外，尤其是使用蒸發(fā)涂鍍玻璃的情況下，鈍化層400還增加組件的氣密性密封。
接觸連接通道301和鋸切道或鋸切軌302有傾斜側(cè)壁303和304以便保證連續(xù)的鈍化層400。
同時(shí)，或在一個(gè)分開的步驟中，本例中示出的電介質(zhì)層120和鈍化層400在接觸墊130上以構(gòu)圖的形式除去，以便為了接觸連接使后者從背面102裸露出來。
然后，觸點(diǎn)再分配元件，尤其是金屬化形式的觸點(diǎn)再分配層410，例如基于Ti/W/Cu鍍的電鍍的Cu，被應(yīng)用在背面，至少在連接區(qū)300中從接觸表面130延伸到第二接觸表面132。相應(yīng)地，觸點(diǎn)再分配層410延伸直到連接區(qū)300，在此它形成第二接觸表面132。換句話說，觸點(diǎn)再分配層410在連接區(qū)300中提供第二接觸表面132，該第二接觸表面132經(jīng)布置在半導(dǎo)體晶片100的背面上相對(duì)于接觸墊130橫向偏置。這樣，第二接觸表面132有利地從功能區(qū)110熱機(jī)械去耦。
第二接觸表面132也在背面以接合層410，抗氧化層和/或擴(kuò)散阻擋層涂鍍。
于是，晶片組件100，200沿鋸切道302或沿中心線600被鋸切，即切割成芯片10。
圖2說明帶有以氣密密封的方式封裝的功能區(qū)110的鋸切芯片10。切割之后，通過導(dǎo)線接合，例如焊接到電路載座(未示出)，芯片10被進(jìn)一步處理。
現(xiàn)在參照?qǐng)D3，芯片10被提供焊球501，它體現(xiàn)了連接到電路載座的可替換接觸連接方式。焊球501可以在切割之前或之后應(yīng)用。
圖4示出晶片級(jí)元件；在本實(shí)施例中，在連接區(qū)300中半導(dǎo)體晶片100一直被薄化到二氧化硅層120，即，直到近似為0的厚度。因此，晶片100的半導(dǎo)體材料已經(jīng)在連接區(qū)300被完全除去。因此，在連接區(qū)300中，鈍化層400被直接施加于二氧化硅層120。
因此，在本例中，接觸連接通道300，接觸區(qū)300和鋸切道302熔合到一起至某程度以便在半導(dǎo)體晶片100的背面中形成公共凹槽。
切割之后施加的導(dǎo)線接合500被通過點(diǎn)線指示出。
此外，第二鈍化層402，尤其是用與第一鈍化層400相同的材料制成的，已經(jīng)被應(yīng)用于第一鈍化層400。第二鈍化層402至少延伸過與接觸表面130連接的觸點(diǎn)再分配層410的部分412，在本例中延伸過鋸切道302以便也鈍化后者。換句話說，應(yīng)用連續(xù)的第二鈍化層402但在第二接觸表面上保持無障礙或裸露。覆蓋襯底200中的凹槽限定空腔201。
圖5示出晶片組件，其中基片襯底的厚度d2在連接區(qū)中比在體區(qū)104中大。為了達(dá)到這個(gè)目的，半導(dǎo)體100首先均勻研磨到厚度d2并在體區(qū)104中以構(gòu)圖的形式進(jìn)一步薄化，使得半導(dǎo)體晶片100的厚度在連接區(qū)300中比在體區(qū)104中大。
關(guān)于進(jìn)一步的工藝步驟，參照?qǐng)D1。
將接合層或金層420應(yīng)用于代表晶片組件最厚的部分的連接區(qū)300，然后將焊接觸點(diǎn)502應(yīng)用與接合層或金層420。，如果合適，焊接觸點(diǎn)502類似地可以用電鍍涂鍍。
圖6示出晶片組件100，200連同接觸連接通道301。還說明了各種形式的連接部分300a，300b，300c。
連接區(qū)300a形成沿鋸切凹槽302a縱向延伸于整個(gè)芯片10上的公共連接條304a。此外，連接條304a關(guān)于其縱軸橫向地從鋸切凹槽的中心線600延伸過只被部分覆蓋的接觸連接通道301。
連接區(qū)300b被類似地結(jié)合以形成連接條304b，該連接條304b相對(duì)于其縱軸橫向地延伸過整個(gè)接觸連接通道301。
作為替換，還提供了連接區(qū)300c的第三變體，在每一情況下這些連接區(qū)在接觸連接通道301周圍相互分開地延伸，每個(gè)接觸連接通道301被分配給專用的連接區(qū)300c。在任何情況下，薄化區(qū)被提供在接觸連接通道301周圍。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)清楚上述的實(shí)施例可理解為范例，本發(fā)明不局限于這些特殊范例，而是能以多種方式變化而不脫離本發(fā)明的范疇。
權(quán)利要求
1.用于封裝元件的工藝，其中基片襯底在其功能側(cè)面上有多個(gè)相互間隔的功能區(qū)，并且借助功能側(cè)面，以在所有情況下功能區(qū)都被封裝的方式，在晶片級(jí)上與覆蓋襯底永久連接，其中基片襯底上的接觸表面通過在基片襯底中形成接觸連接凹槽而從基片襯底的背面裸露出來，該背面在功能側(cè)面的對(duì)側(cè)，其中基片襯底被分成體區(qū)和連接區(qū)，體區(qū)在每種情況下延伸過功能區(qū)并為功能區(qū)形成封裝的部分，連接區(qū)相對(duì)于接觸連接凹槽偏移，元件在體區(qū)或連接區(qū)被薄化直到它在體區(qū)和連接區(qū)中具有不同的厚度，以及其中至少由基片襯底和覆蓋襯底形成的晶片組件沿功能區(qū)之間的預(yù)定切割線被切割成芯片。
2.如權(quán)利要求1所述的工藝，其中在電路載座上布置芯片，接觸表面或觸點(diǎn)再分配元件借助基片襯底背面的導(dǎo)線接合與電路載座的接觸元件連接。
3.如權(quán)利要求2所述的工藝，其特征在于導(dǎo)線接合包括將連接導(dǎo)線焊接到接觸表面或觸點(diǎn)再分配元件。
4.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于將觸點(diǎn)再分配元件應(yīng)用于接觸表面的背面，該觸點(diǎn)再分配元件至少?gòu)慕佑|表面延伸到連接區(qū)，并且在連接區(qū)的背面上可以被接觸連接。
5.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于基片襯底與覆蓋襯底結(jié)合之后，覆蓋襯底被薄化。
6.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于通過基片襯底的構(gòu)圖蝕刻，接觸表面從背面裸露出來。
7.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于以構(gòu)圖的方式將鈍化層應(yīng)用于基片襯底的背面，接觸表面基本保持裸露，或?qū)⑩g化層應(yīng)用于基片襯底的背面然后以裸露接觸表面的方式將其構(gòu)圖。
8.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于在接觸表面裸露之后，通過電鍍或無電鍍方式在背面上以金屬層覆蓋接觸表面。
9.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于使用的基片襯底是帶有包含集成電路的功能區(qū)的半導(dǎo)體襯底。
10.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于使用的基片襯底是具有光學(xué)，微機(jī)械或電子功能元件或其組合的半導(dǎo)體襯底。
11.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于在背面上沿預(yù)定切割線蝕刻基片襯底以便限定鋸切道。
12.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于連接區(qū)沿橫向方向與接觸連接凹槽直接毗連。
13.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于接觸連接凹槽、連接區(qū)和鋸切道在單一步驟中形成。
14.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于基片襯底在連接區(qū)中的薄化在基片襯底通過導(dǎo)線接合與電路載座的接觸元件結(jié)合之前實(shí)施。
15.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于基片襯底在第一步中被均勻薄化，在第一步驟之后的第二步驟中更進(jìn)一步在連接區(qū)或體區(qū)中薄化。
16.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，在第二步驟中，基片在連接區(qū)或體區(qū)中以構(gòu)圖的方式蝕刻。
17.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于制出與預(yù)定切割線平行延伸的連接條，基片襯底在連接條中薄化的程度比在體區(qū)中更大，多個(gè)接觸連接凹槽與同一連接條毗連。
18.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于制出至少?gòu)慕佑|連接凹槽延伸到預(yù)定切割線的連接區(qū)。
19.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，在基片襯底與覆蓋襯底結(jié)合之前，將接合層應(yīng)用于基片襯底或覆蓋襯底。
20.如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其特征在于，在基片襯底與覆蓋襯底結(jié)合之前，覆蓋襯底在功能區(qū)上被提供以凹槽，使得在基片襯底與覆蓋襯底結(jié)合之后，在兩個(gè)襯底之間形成空腔，功能區(qū)被包圍于該空腔中。
21.用于封裝元件的工藝，尤其是如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝，其中基片襯底在其功能側(cè)面上有多個(gè)相互間隔的功能區(qū)，并且借助功能側(cè)面，以每一功能區(qū)被封裝的方式，在晶片級(jí)上與覆蓋襯底永久結(jié)合，其中基片襯底上的接觸表面通過在基片襯底中制成接觸連接凹槽而從基片襯底的背面裸露出來，背面在功能側(cè)面的對(duì)側(cè)，其中至少?gòu)幕r底到覆蓋襯底形成的晶片組件沿功能區(qū)之間的預(yù)定切割線被切割成封裝芯片，以及其中芯片被布置在電路載座上，并且接觸表面借助基片襯底背面上的導(dǎo)線接合而與電路載座的接觸元件相連接。
22.封裝元件，可以特別地通過如前述任一條權(quán)利要求所述的工藝制作，包括帶有功能側(cè)面和背面的基片襯底，在功能側(cè)面上布置元件的功能區(qū)，背面在功能側(cè)面的對(duì)側(cè)，覆蓋襯底，在基片襯底的功能側(cè)面上與基片襯底永久結(jié)合，覆蓋襯底延伸過功能區(qū)，并且該結(jié)合以在功能區(qū)周圍形成外罩的方式包圍功能區(qū)，以及與功能區(qū)連接的接觸表面，所述基片襯底，在接觸表面區(qū)，包含接觸連接凹槽，通過該接觸連接凹槽接觸表面就或可以從外罩外面和從基片襯底的背面被接觸連接，所述基片襯底具有體區(qū)和連接區(qū)，體區(qū)延伸過功能區(qū)并形成外罩的部分，連接區(qū)和接觸連接凹槽偏移，以及其中元件在體區(qū)和連接區(qū)的厚度不同。
23.如權(quán)利要求22的元件，其特征在于基片襯底是半導(dǎo)體襯底，功能區(qū)包含集成電路。
24.如前述任一條權(quán)利要求所述的元件，其特征在于功能區(qū)包括光學(xué)、微機(jī)械或電子元件或其組合。
25.如前述任一條權(quán)利要求所述的元件，其特征在于元件有窄邊，該元件在該窄邊上與晶片組件分離，連接區(qū)至少?gòu)慕佑|連接凹槽延伸到窄邊。
26.如前述任一條權(quán)利要求所述的元件，其特征在于多個(gè)連接區(qū)被組合以形成連接條，多個(gè)接觸連接凹槽與同一連接條毗連。
27.如前述任一條權(quán)利要求所述的元件，其特征在于接觸表面與觸點(diǎn)再分配元件連接，該觸點(diǎn)再分配元件至少?gòu)慕佑|表面延伸到連接區(qū)，并且可以在連接區(qū)被接觸連接。
28.如前述任一條權(quán)利要求所述的元件，其特征在于基片襯底與覆蓋襯底通過接合層，特別是粘合層或蒸發(fā)涂鍍玻璃層連接。
29.如前述任一條權(quán)利要求所述的元件，其特征在于覆蓋襯底有在功能區(qū)上的凹槽，使得形成空腔，功能區(qū)被包圍在該空腔中。
30.如前述任一條權(quán)利要求所述的元件，其特征在于將至少一個(gè)鈍化層應(yīng)用于基片襯底的背面。
31.如前述任一條權(quán)利要求所述的元件，其特征在于接觸表面被提供通過電鍍或無電鍍方法施加的金屬覆蓋。
32.如前述任一條權(quán)利要求所述的元件，其特征在于連接導(dǎo)線與接觸表面或觸點(diǎn)再分配元件導(dǎo)電地連接，連接導(dǎo)線借助導(dǎo)線接合與接觸表面連接。
33.如前述任一條權(quán)利要求所述的元件，其特征在于不使用焊料而將連接導(dǎo)線焊接到接觸表面或觸點(diǎn)再分配元件。
34.復(fù)合元件，包括在晶片級(jí)上多個(gè)如前述任一條權(quán)利要求所述元件。
35.電路結(jié)構(gòu)，具有電路載座、和并入其中的如前述任一條權(quán)利要求所述的元件。
全文摘要
本發(fā)明涉及晶片級(jí)封裝工藝和用這種工藝封裝的元件。本發(fā)明的一個(gè)目的是提供這種類型的工藝保證高成品率，適用于光學(xué)和/和微機(jī)械元件并實(shí)現(xiàn)改善的從功能區(qū)熱機(jī)械去耦。依照本發(fā)明的工藝，在將晶片裝備切割成芯片之前，基片襯底被分成體區(qū)和連接區(qū)，體區(qū)在所有情況下延伸過功能區(qū)，連接區(qū)關(guān)于接觸連接凹槽偏置。然后元件在體區(qū)或連接區(qū)被薄化直到其在體區(qū)和連接區(qū)中的厚度不同。
文檔編號(hào)H01L21/58GK1890789SQ200480035873
公開日2007年1月3日 申請(qǐng)日期2004年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月3日
發(fā)明者約根·雷伯 申請(qǐng)人:肖特股份公司