專利名稱：制造半導(dǎo)體器件封裝件的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及電子封裝技術(shù)，并且更具體地涉及能適用于功率半導(dǎo)體器件的電子封裝技術(shù)。
背景技術(shù)：
例如集成門雙極晶體管(IGBT)、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)、MOS 控制晶閘管(MCT)等先進的半導(dǎo)體器件技術(shù)為在廣泛的功率水平中的大范圍應(yīng)用提供提高的熱和電性能。然而，為了充分使用這樣的器件的能力，需要提供改進的封裝設(shè)計。典型的半導(dǎo)體模塊設(shè)計采用引線接合用于將半導(dǎo)體器件連接到電力總線和控制端子。這些半導(dǎo)體器件通常焊接到金屬化的絕緣陶瓷襯底上并且隨后接合到均熱器(heat spreader)。典型地，注入模塑的聚合物殼覆蓋模塊，僅暴露輸入/輸出和控制端子以及均熱器。均熱器附連到散熱器(heat sink)并且均熱器與散熱器之間的熱接觸通過熱膏或?qū)峋酆衔飳崿F(xiàn)。基于引線接合的半導(dǎo)體模塊設(shè)計的劣勢包括相對高的寄生阻抗、大的體積和重量、高的熱阻和有限的可靠性(主要由于引線接合引起)。電力覆蓋(POL)技術(shù)消除使用引線接合并且提供優(yōu)于基于引線接合的功率模塊封裝的明顯的優(yōu)勢，例如，更高的封裝密度、更低的封裝寄生、提高的可靠性、更低的重量、 更小的尺寸以及更高的效率。典型的電力覆蓋制造工藝牽涉使用在框架上拉伸的介電膜。 粘合層施加于該介電膜，在其上通過激光燒蝕形成通孔，接著將半導(dǎo)體器件附連到該介電膜。接著通過在該介電膜上電鍍厚的銅層并且將厚的銅層電鍍進入通孔而在膜上金屬化電路并且形成電路。然后將所得的封裝件附連到襯底。在一些實例中，用于電連接金屬化層與襯底的“饋通”結(jié)構(gòu)或“墊片(shim) ”可分開地附連到介電膜。因此，在POL技術(shù)中，通過金屬化的通孔實現(xiàn)到器件的電力和控制電路，從而排除對接合引線的需要。然而，目前的POL制造工藝可因為步驟數(shù)和每個步驟牽涉的時間而仍提出經(jīng)濟和技術(shù)挑戰(zhàn)。例如，金屬化步驟典型地牽涉電鍍幾小時來實現(xiàn)期望的銅厚度用于當前處理，其明顯地增加POL工藝的成本。此外，框架(frame)的使用降低用于封裝的可用面積并且還增加加工步驟到POL制造工藝。分開的銅墊片的使用可進一步增加制造步驟的成本并且可提出技術(shù)挑戰(zhàn)，例如，更低的粘合。從而，需要簡化POL制造工藝以便提供克服與當前POL工藝關(guān)聯(lián)的一個或多個劣勢的成本有效的半導(dǎo)體器件封裝制造工藝。

發(fā)明內(nèi)容
提供本發(fā)明的實施例以滿足這些和其他需要。一個實施例是制造半導(dǎo)體器件封裝件的方法。該方法包括提供疊層，其包括設(shè)置在第一金屬層上的介電膜，所述疊層具有介電膜外表面和第一金屬層外表面；根據(jù)預(yù)定圖案形成多個延伸通過該疊層的通孔；將一個或多個半導(dǎo)體器件附連到該介電膜外表面使得半導(dǎo)體器件在附連后接觸一個或多個通孔; 在該第一金屬層外表面和多個通孔的內(nèi)表面上設(shè)置導(dǎo)電層來形成互連層，其包括該第一金屬層和該導(dǎo)電層；以及根據(jù)預(yù)定電路配置圖案化該互連層來形成圖案化的互連層，其中該圖案化的互連層的一部分延伸通過一個或多個通孔來形成與半導(dǎo)體器件的電接觸。另一個實施例是制造半導(dǎo)體器件封裝件的方法。該方法包括提供疊層，其包括介于第一金屬層和第二金屬層之間的介電膜，所述疊層具有第一金屬層外表面和第二金屬層外表面；根據(jù)預(yù)定圖案圖案化該第二金屬層來形成圖案化的第二金屬層；根據(jù)預(yù)定圖案形成多個延伸通過該疊層的通孔；將一個或多個半導(dǎo)體器件附連到該圖案化的第二金屬層的一部分的第二金屬層外表面；在該第一金屬層外表面和一個或多個通孔的內(nèi)表面上設(shè)置導(dǎo)電層來形成互連層，其包括該第一金屬層和該導(dǎo)電層；以及根據(jù)預(yù)定電路配置圖案化該互連層來形成圖案化的互連層，其中該圖案化的互連層的一部分延伸通過一個或多個通孔來形成與半導(dǎo)體器件的電接觸。再另一個實施例是半導(dǎo)體器件封裝件。該半導(dǎo)體器件封裝件包括疊層，其包括設(shè)置在介電膜上的第一金屬層；根據(jù)預(yù)定圖案延伸通過該疊層的多個通孔；一個或多個半導(dǎo)體器件，其附連到該介電膜使得該半導(dǎo)體器件接觸一個或多個通孔；設(shè)置在介電膜上的圖案化的互連層，所述圖案化的互連層包括第一金屬層和導(dǎo)電層的一個或多個圖案化區(qū)域， 其中該圖案化的互連層的一部分延伸通過一個或多個通孔來形成與該半導(dǎo)體器件的電接觸。該圖案化的互連層包括頂部互連區(qū)和通孔互連區(qū)，其中封裝互連區(qū)具有大于該通孔互連區(qū)的厚度的厚度。


當下列詳細說明參照附圖閱讀時，本發(fā)明的這些和其他特征、方面和優(yōu)勢將變得更好理解，其中圖I是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖2是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖5是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖8是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖9是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖10是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖11是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖12是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。圖13是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制造工藝步驟的截面?zhèn)纫晥D。
具體實施例方式如在下文詳細論述的，本發(fā)明的實施例中的一些提供用于使用預(yù)金屬化的介電膜制造半導(dǎo)體器件封裝件的方法。如在本文中在整個說明書和權(quán)利要求書中使用的近似語言可應(yīng)用于修飾任何定量表示，其可以獲準地改變而不引起與之有關(guān)的基本功能中的變化。因此，由例如“大約”等術(shù)語或多個術(shù)語修飾的值不限于規(guī)定的精確值。在一些實例中，該近似語言可對應(yīng)于用于測量該值的儀器的精確度。在下列說明書和權(quán)利要求書中，單數(shù)形式“一”和“該”包括復(fù)數(shù)個指代物，除非上下文清楚地另外指明。如本文使用的，術(shù)語“可”和“可以是”指示在一組情況內(nèi)發(fā)生的可能性；具有規(guī)定的性質(zhì)、特性或功能；和/或通過表達與修飾的動詞關(guān)聯(lián)的能力、性能或可能性中的一個或多個來修飾另一個動詞。因此，“可”和“可以是”的使用指示所修飾的術(shù)語對于指示的能力、功能或使用是明顯適當?shù)?、有能力的或合適的，但考慮在一些情況下該修飾的術(shù)語可能有時不是適當?shù)?、有能力的或合適的。例如，在一些情況下，可以預(yù)期事件或能力，而在其他情況下該事件或能力不能發(fā)生，該區(qū)別由術(shù)語“可”和“可以是”正確表達。示范性半導(dǎo)體器件封裝件根據(jù)下列工藝步驟參照附圖描述。本文給出的任何尺寸和部件值是示范性的，僅用于說明用途，并且不意在限制本文描述的本發(fā)明的范圍。圖1-13 是根據(jù)本發(fā)明的一些實施例的制造工藝的步驟的截面?zhèn)纫晥D。如本文使用的，術(shù)語“設(shè)置在...上”或“附連到...”指互相直接接觸地設(shè)置或附連或通過具有其之間的介入層而互相間接接觸地設(shè)置或附連的層或器件。如在圖I中圖示的，方法包括提供疊層100，其包括設(shè)置在第一金屬層130上的介電膜120。如在圖I中圖不的，該疊層100進一步包括介電膜外表面122和第一金屬層外表面132。該介電膜120進一步包括內(nèi)表面121并且該第一金屬層包括內(nèi)表面131，使得該第一金屬層內(nèi)表面131設(shè)置成鄰近該介電層內(nèi)表面121。盡管疊層100圖示為具有矩形形狀，疊層100可具有適合用于形成本申請的結(jié)構(gòu)的任何期望的形狀或大小。在一個實施例中，介電膜120包括選擇成具有特定熱、結(jié)構(gòu)和電性質(zhì)、適合用于在半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)中使用的有機介電材料。在一些實施例中，介電膜120具有低模量(高順應(yīng)性)、低的X、y和z軸熱膨脹系數(shù)(CTE)和高的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)或熔化溫度(Tm)， 從而提高所得的半導(dǎo)體器件封裝件的熱和結(jié)構(gòu)可靠性。在一個實施例中，介電膜120包括穩(wěn)定用于在高于150°C溫度連續(xù)使用的電絕緣聚合物。適合的材料的非限制性示例包括聚酰亞胺，例如KAPTON(E. I. DuPont de Nemours and Co.的商標)；聚醚酰亞胺，例如ULTEM(General Electric Company的商標);聚喹啉；聚喹喔啉；聚醚酮；和雙馬來酰亞胺-三嗪樹脂。在一個特定實施例中，介電膜120包括聚酰亞胺，例如ΚΑΡΤ0Ν。在一個實施例中，第一金屬層130包括銅并且通過在介電層120上設(shè)置第一金屬層130提供疊層100。在一些實施例中，第一金屬層130可直接附連到介電膜120,即，在介電膜120和第一金屬層130之間可沒有粘合層存在。在一些其他實施例中，粘合層(未示出)介于介電膜120和第一金屬層130之間。在一些實施例中，第一金屬層可使用滾涂 (roll-on)制造法層疊在介電膜上。在一個實施例中，介電膜120具有從大約I微米至大約1000微米范圍中的厚度。 在另一個實施例中，介電膜120具有從大約5微米至大約200微米范圍中的厚度。在一個實施例中，第一金屬層具有從大約10微米至大約200微米范圍中的厚度。在另一個實施例中，第一金屬層具有從大約25微米至大約150微米范圍中的厚度。在特定實施例中，第一金屬層具有從大約50微米至大約125微米范圍中的厚度。如在下文詳細描述的，通過提供包括第一金屬層130 (其具有期望的厚度)的疊層100，隨后導(dǎo)電層沉積和通孔金屬化所花的時間可因此減少。如先前指出的，疊層100不包括框架并且因此方法不牽涉為介電膜120裝框架的步驟。在一些實施例中，第一金屬層130為介電膜120提供結(jié)構(gòu)支撐并且對由此制造的半導(dǎo)體器件封裝件提供尺寸穩(wěn)定性。此外，第一金屬層130可在缺乏典型地用于電力覆蓋制造工藝的載體框架情況下提供便于拿捏和便于運輸。無框架介電膜有利地提供增加的可用面積用于附連半導(dǎo)體器件，并且因此大量的半導(dǎo)體器件可使用本發(fā)明的方法附連。如在圖2中圖示的，方法進一步包括根據(jù)預(yù)定圖案形成多個延伸通過疊層100的通孔150。多個通孔(例如代表性通孔150)可通過例如標準機械沖壓工藝、置于水中的沖壓(water set punch)工藝、化學(xué)蝕刻工藝、等離子體蝕刻、反應(yīng)離子蝕刻或激光加工而形成通過疊層100。在一個實施例中，通孔150通過激光燒蝕形成通過疊層。通孔圖案由要附連的器件的數(shù)量、器件接觸盤的數(shù)量、器件接觸盤的大小和期望的電路配置中的一個或多個確定。如在圖2中示出的，多個通孔150進一步包括通孔內(nèi)表面152。在一個實施例中，如在圖2中圖示的，通孔150具有帶有垂直側(cè)壁的圓形形狀。然而，通孔150的形狀沒有限制并且通孔可包括任何適合的形狀。例如，通孔150可具有帶有圓角的橢圓形形狀或方形形狀，或另一個更復(fù)雜的形狀。在另一個實施例中，通孔150具有錐形側(cè)壁。通孔的大小和數(shù)量可部分取決于接觸盤210和220的大小以及器件200的電流要求。例如，如在圖4中圖示的，在一個示范性實施例中，傳導(dǎo)層180通過兩個通孔來接觸接觸盤210以及通過一個通孔來接觸接觸盤220，以便滿足器件200的期望的電流要求。 在另一個實施例中，三個或以上的通孔150可接觸接觸盤210。在備選實施例中，可采用更少的具有更大開口的通孔來滿足相同的期望的電流要求。例如，在圖4的實施例中，單個大的通孔可以代替多個通孔與接觸盤210接觸。在一個實施例中，多個通孔150具有從大約 25微米至大約10000微米范圍中的直徑。在另一個實施例中，多個通孔150具有大于大約 10000微米的范圍中的直徑。在再另一個實施例中，多個通孔150具有從大約2000微米至大約40000微米范圍中的直徑。在一個實施例中，第一金屬層130可提高疊層100的尺寸穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)對于通孔150更緊密的間隔。增加通孔150密度可有利地減少電阻損耗和電流擁擠。形成通過通孔到單個接觸盤的多個連接提供電連接，其可優(yōu)于單個引線接合。方法進一步包括在介電層120和器件200之間插入粘合層160。在一個實施例中， 如在圖3中示出的，方法包括在介電外表面122上設(shè)置粘合層160。該粘合層160可在通孔形成之前或之后施加。在一些實施例中，保護脫模層(未示出)可施加在該粘合層160上以在通孔形成過程期間使該粘合層160保持干凈。粘合層160可通過任何適合的方法施加于介電外表面122。例如，粘合層160可通過旋涂、彎月面涂覆、噴涂、真空沉積或疊層技術(shù)施加。在圖3中圖示的實施例中，粘合層160在通孔150形成之后施加于介電膜外表面122。 在備選實施例中，粘合層160在通孔150形成之前施加于介電膜外表面122。通孔150然后使用例如上文提到的機械鉆孔、激光處理、等離子體蝕刻、反應(yīng)離子蝕刻或化學(xué)蝕刻技術(shù)等任何適合的技術(shù)形成通過介電膜120和粘合層160兩者。在另一個實施例中，方法包括在器件200的有效表面202上設(shè)置粘合層160。該粘合層160可在通孔形成之前或之后施加。在一些實施例中，保護脫模層(未示出)可施加在該粘合層160上以在通孔形成過程期間使該粘合層160保持干凈。粘合層160可通過任何適合的方法施加于有效表面202。例如，粘合層160可通過旋涂、彎月面涂覆、噴涂、真空沉積或疊層技術(shù)施加。粘合層160可包括熱固性聚合物或熱塑性聚合物中的一個或多個。對于粘合層 160的適合的非限制性示例包括丙烯酸(acrylic)、環(huán)氧樹脂和聚醚酰亞胺。在一個實施例中，低溫固化熱固性物質(zhì)可用作粘合層以使高溫加工減至最少。在一個實施例中，粘合層具有從大約I微米至大約100微米范圍中的厚度。在一個實施例中，對于粘合層160適合的材料包括具有從大約10微米至大約25微米范圍中的厚度的聚醚酰亞胺。如在圖3中示出的，方法進一步包括將一個或多個半導(dǎo)體器件200附連到介電膜外表面122，使得半導(dǎo)體器件在附連后接觸一個或多個通孔150。在特定實施例中，半導(dǎo)體器件200代表功率器件。在一個實施例中，半導(dǎo)體器件200代表各種類型的功率半導(dǎo)體器件，例如但不限于在功率開關(guān)應(yīng)用中采用的功率MOSFET (金屬氧化物場效應(yīng)晶體管)和 IGBT(絕緣柵雙極晶體管)。在另一個實施例中，半導(dǎo)體器件200是二極管。僅通過示例提供單個半導(dǎo)體器件200。然而，在實際電力覆蓋制造工藝中，多個半導(dǎo)體器件可附連到介電膜外表面122。在示范性實施例中，在任何封裝或互連之前，這些器件200 —般采用具有有效表面202和相反表面204的半導(dǎo)體芯片的形式。有效表面202被圖案化并且具有金屬化的I/O (輸入/輸出)盤210和220，其在功率半導(dǎo)體器件220的情況下包括至少兩個端子，即，例如由接觸盤210代表的源極端子等器件主端子，和例如由接觸盤220代表的柵極端子等控制端子。在一些實施例中，為了提供低阻抗連接，在有效表面202上存在大的主端子210，或存在全部并聯(lián)的多個主端子210 (未示出)，并且另外地存在同樣并聯(lián)的一個或多個控制端子220 (未示出)。均勻的相反表面204包括另一個器件主端子230，例如漏極端子。在一個實施例中，在介電膜外表面122或器件200的有效表面202上設(shè)置粘合層 160之后，器件200的有效表面202接觸到粘合層160使得通孔150與接觸盤210和220對齊，如在圖3中示出的。在一個示范性實施例中，器件200使用拾取和安置機器安置到粘合層160上。器件200然后接合到介電膜120。在一個實施例中，粘合層160是熱塑性材料 (thermoplastic),并且通過提升溫度直到在該熱塑性材料中發(fā)生足夠的流動以允許接合發(fā)生而完成接合。在另一個實施例中，粘合層160是熱固性物質(zhì)并且通過提升粘合層的溫度直到發(fā)生交聯(lián)而完成接合。在一個實施例中，器件200使用熱固化循環(huán)和真空(如需要的話)接合到介電膜160以便于從粘合層160去除夾帶空氣并且放氣。備選的固化選擇包括例如微波固化和紫外光固化。在一個實施例中，如在圖4中不出的,方法進一步包括在第一金屬層外表面132上設(shè)置導(dǎo)電層180。方法進一步包括在多個通孔150的內(nèi)表面152上設(shè)置導(dǎo)電層180。如在圖4中圖不的，導(dǎo)電層180和第一金屬層130在介電膜外表面122上形成互連層190。如在圖4中示出的，互連層190進一步延伸通過通孔并且包括通孔150中的導(dǎo)電層180。導(dǎo)電層180可包括適合于在半導(dǎo)體器件互連中使用的任何傳導(dǎo)材料。在一個實施例中，導(dǎo)電層180包括難熔金屬、貴金屬或其的組合。適合的金屬和金屬合金的非限制性示例包括鎢、鑰、鈦/鎢、金、鉬、鈀、金/銦和金/鍺。在另一個實施例中，可采用銅、鋁或銅或鋁的合金作為導(dǎo)電層180。用于導(dǎo)電層180的材料可選擇成耐受住預(yù)期半導(dǎo)體器件180操作的溫度。在一個實施例中，導(dǎo)電層180包括與第一金屬層130相同的材料。在特定實施
8例中，導(dǎo)電層180包括銅。在一個實施例中，導(dǎo)電層180可通過濺射、化學(xué)氣相沉積、電鍍、無電鍍 (electroless plating)或任何其他適合的方法設(shè)置在第一金屬層外表面132和通孔的內(nèi)表面152上。在特定實施例中，導(dǎo)電層180通過電鍍設(shè)置。在一些實施例中，方法可進一步包括在設(shè)置導(dǎo)電層之前設(shè)置一個或多個附加層，例如，種子層(未示出)。在一個實施例中， 該種子層包括例如Ti、Cr或Ni等阻擋金屬，或在備選實施例中，該種子層包括例如Cu等非阻擋金屬。典型地，種子層是可取的以在導(dǎo)電層180和介電膜120之間獲得良好的粘合性。在一些實施例中，本發(fā)明的方法排除沉積分開的種子層的需要，因為第一金屬層130提供用于沉積導(dǎo)電層180所需要的表面特性并且還在導(dǎo)電層180和介電膜120之間提供提高的粘合性。導(dǎo)電層180的厚度可部分取決于將通過互連層的電流量、圖案化的互連層192中的圖案化區(qū)域的寬度以及已經(jīng)在介電膜上存在的第一金屬層130的厚度。在一個實施例中，導(dǎo)電層180具有從大約10微米至大約100微米范圍中的厚度。在特定實施例中，導(dǎo)電層具有從大約25微米至大約50微米范圍中的厚度。如先前指出的，導(dǎo)電層180的更低的厚度表示沉積導(dǎo)電層180(例如，使導(dǎo)電層180鍍層)所需要的時間更少，并且從而降低成本。 在一個實施例中，導(dǎo)電層180沉積到一定厚度，使得所得的互連層190的厚度能夠承載典型的用于半導(dǎo)體器件相對低電阻損耗地操作的相對高的電流。如先前指出的，本發(fā)明的方法有利地允許在介電膜上形成厚的互連層并且同時減少制造的時間和關(guān)聯(lián)的成本。例如，用于沉積125微米厚的互連層的典型的電鍍工藝可需要5-6小時的電鍍時間。在本發(fā)明的示范性實施例中，25微米厚的導(dǎo)電層可沉積在具有100微米厚的第一金屬層上，其可有利地使制造時間降低五分之一。方法進一步包括根據(jù)預(yù)定電路配置圖案化互連層190以形成圖案化的互連層 192，其中圖案化的互連層192的一部分延伸通過一個或多個通孔150來形成與半導(dǎo)體器件 200的電接觸，如在圖5中圖示的。圖5圖示在圖案化互連層192之后附連到介電膜120的器件200的橫截面視圖。通過選擇性地去除互連層190的部分來圖案化互連層192以形成圖案化的互連層192，其包括封裝結(jié)構(gòu)互連。如在圖5中示出的，圖案化的互連層192包括頂部互連區(qū)194和通孔互連區(qū)196。該頂部互連區(qū)194包括第一導(dǎo)電層180和第一金屬層 130的圖案化部分，并且鄰近介電膜外表面122形成。圖案化的互連層192進一步包括在多個通孔150中形成的通孔互連區(qū)196。該通孔互連區(qū)196的第一部分設(shè)置成鄰近通孔150 的側(cè)壁并且第二部分設(shè)置成鄰近半導(dǎo)體器件200的一個或多個接觸盤210/220。該通孔互連區(qū)196包括導(dǎo)電層180。如在圖5中圖示的，頂部互連區(qū)194具有大于通孔互連區(qū)196的厚度的厚度。在一個實施例中，通孔互連區(qū)196具有從大約10微米至大約75微米范圍中的厚度。在一個實施例中，通孔互連區(qū)196具有從大約25微米至大約50微米范圍中的厚度。在一個實施例中，頂部互連區(qū)194具有從大約50微米至大約200微米范圍中的厚度。在另一個實施例中，頂部互連區(qū)194具有從大約75微米至大約150微米范圍中的厚度。頂部互連區(qū)194和通孔互連區(qū)196可提供低電阻和低阻抗互連。在一個實施例中，包括頂部互連區(qū)194和通孔互連區(qū)196、與接觸盤210電接觸的互連區(qū)可起封裝主端子接觸的作用，并且可具有對于器件200足夠的電流承載能力。相似地，包括頂部互連區(qū)194和通孔互連區(qū)196、與接觸盤220電接觸的互連區(qū)可起封裝柵極端子接觸的作用。在一個實施例中，互連層190通過消減蝕刻法、半添加加工技術(shù)或例如自適應(yīng)光刻等光刻而圖案化。例如，在一個實施例中，光掩模材料可施加在互連層190的表面上, 接著將該光掩模材料光顯影為期望的互連圖案，并且然后使用標準濕蝕刻浴來蝕刻互連層 190的暴露部分。在備選實施例中，薄金屬種子層可在金屬層130上形成。光掩模材料施加在該薄金屬種子層的表面上，接著光顯影該光掩模材料使得該薄金屬種子層在要形成期望的互連圖案的地方暴露。然后采用電鍍工藝以在暴露的種子層上選擇性地沉積另外的金屬來形成更厚的層，接著去除剩余的光掩模材料并且蝕刻暴露的薄金屬種子層。在一個實施例中，如在圖5中示出的，提供半導(dǎo)體器件封裝件300。該半導(dǎo)體器件封裝件300包括疊層100，其包括設(shè)置在介電膜120上的第一金屬層130。該半導(dǎo)體器件封裝件300包括根據(jù)預(yù)定圖案延伸通過疊層100的多個通孔150。一個或多個半導(dǎo)體器件200 附連到介電膜120使得半導(dǎo)體器件200接觸一個或多個通孔150。圖案化的互連層192設(shè)置在介電膜120上，所述圖案化的互連層192包括第一金屬層130和導(dǎo)電層I 80的一個或多個圖案化區(qū)域，其中圖案化的互連層192的一部分延伸通過一個或多個通孔150來形成與半導(dǎo)體器件200的電接觸。圖案化的互連層192進一步包括頂部互連區(qū)194和通孔互連區(qū)196，其中封裝互連區(qū)194具有大于通孔互連區(qū)196的厚度的厚度。在本文上文中描述的實施例中，疊層包括只設(shè)置在介電膜的一側(cè)上的金屬層。在另一個實施例中，如在圖6中示出的，方法包括提供疊層100，其包括介于第一金屬層130和第二金屬層140之間的介電膜120。該疊層100進一步包括第一金屬層外表面132和第二金屬層外表面142。該第一金屬層進一步包括鄰近介電膜內(nèi)表面121設(shè)置的第一金屬層內(nèi)表面131。該第二金屬層140進一步包括鄰近介電膜外表面122設(shè)置的第二金屬層內(nèi)表面
111。在一個實施例中，該第二金屬層140包括銅。如先前指出的，疊層不包括框架并且因此方法不牽涉為介電膜裝框架的步驟。在一些實施例中，第一金屬層130和第二金屬層140共同為介電膜120提供結(jié)構(gòu)支撐并且對由此制造的半導(dǎo)體器件封裝件提供尺寸穩(wěn)定性。此外，第一金屬層130和第二金屬層140 可在缺乏典型地用于電力覆蓋制造工藝的載體框架情況下提供便于拿捏和便于運輸。在一個實施例中，如在圖7中示出的，方法進一步包括根據(jù)預(yù)定圖案圖案化第二金屬層140以形成圖案化的第二金屬層140。在一些實施例中，第二金屬層140通過消減蝕刻法或例如自適應(yīng)光刻而圖案化。在一個實施例中，第二金屬層140被圖案化以在介電膜 120上形成多個圖案化的第二金屬層區(qū)域，例如圖案化的第二金屬層區(qū)域141、143和145。 在一個實施例中，第二金屬層140被圖案化以形成一個或多個饋通結(jié)構(gòu)145。在一些實施例中，該一個或多個饋通結(jié)構(gòu)145可允許與設(shè)置在器件200的相反表面204上的漏極端子接觸230的電接觸，從而將所有電連接帶到半導(dǎo)體器件封裝件的頂部。在典型的電力覆蓋制造工藝中，饋通結(jié)構(gòu)分開制造并且隨后附連到介電膜120，其可增加制造步驟的數(shù)量并且還增加關(guān)聯(lián)的成本。此外，分開附連的饋通結(jié)構(gòu)可具有較低的粘合性以及在饋通結(jié)構(gòu)和介電膜之間的界面處具有缺陷增加的可能性。在一些實施例中，本發(fā)明的方法有利地提供用于使用第二金屬層140制造饋通結(jié)構(gòu)的集成工藝，其可導(dǎo)致制造步驟的數(shù)量降低并且在經(jīng)濟上可以是有利的。圖案化區(qū)域141、143和145的大小和厚度可部分取決于器件厚度、期望的饋通結(jié)構(gòu)的厚度和通孔圖案。在一個實施例中，第二金屬層140被進一步圖案化以形成一個或多個圖案化區(qū)域141和143，其具有由要附連到介電膜120的器件的厚度所確定的厚度。在這樣的實例中，例如圖案化的第二金屬層區(qū)域141和143的厚度可選擇性地調(diào)整使得附連的器件200與饋通結(jié)構(gòu)145大致上成平面，這可便于隨后平坦的襯底的附連。方法進一步包括根據(jù)預(yù)定圖案形成多個延伸通過疊層的通孔150。如在圖8中示出的，這樣形成的這些多個通孔150延伸通過第一金屬層130、介電膜120和圖案化的第二金屬層140的一部分。如在圖8中圖示的，這些多個通孔151、153和155延伸通過第一金屬層圖案化區(qū)域141和143，并且不通過饋通結(jié)構(gòu)145。這些多個通孔150可通過如先前描述的任何適合的方法形成。在一些實施例中，這些多個通孔可選擇性地形成通過疊層，使得僅去除圖案化的第二金屬層140的一部分來形成通孔。例如，如在圖8中示出的，圖示的通孔155形成通過疊層100使得通孔155與一個或多個饋通結(jié)構(gòu)145對齊并且不延伸通過饋通結(jié)構(gòu)145。在一些實施例中，在第二金屬層140圖案化之后形成多個通孔。在備選實施例中，在第二金屬層140圖案化之前形成多個通孔。在一些其他實施例中，第二金屬層140在形成通孔150之前被選擇性地圖案化以基于例如通孔151和153的預(yù)定圖案選擇性地去除圖案化的第二金屬層區(qū)域(例如圖案化區(qū)域141和143)的部分。如在圖9中圖示的，第二金屬層140被圖案化以形成圖案化的第二金屬層140，其中圖案化的金屬層140進一步包括圖案化區(qū)域141和143，使得圖案化區(qū)域的一部分基于通孔圖案而去除。在一些實施例中，如在圖9中示出的，第一金屬層130進一步在通孔150形成之前被選擇性地圖案化以基于例如通孔151和153的預(yù)定圖案選擇性地去除第一金屬層130的部分。在這樣的實施例中，如在圖8中示出的，通孔150的形成只包括去除介電膜120的選擇的部分以形成延伸通過疊層的通孔150。在一個實施例中，第二金屬層圖案化區(qū)域145中的一個或多個不與通孔150和互連層192接觸。在這樣的實施例中，在通孔形成期間，通孔155例如可不存在并且第二金屬層圖案化區(qū)域145可提供對介電膜的機械支撐并且在缺乏載體框架的情況下可起到框架的作用。方法進一步包括將一個或多個半導(dǎo)體器件200附連到圖案化的第二金屬層140的一部分的第二金屬層外表面142。如在圖10中圖示的，器件200附連到圖案化的第二金屬層區(qū)域141和143的第二金屬層外表面142。在一些實施例中，方法可進一步包括在附連器件之前在器件200和第二金屬層外表面142之間插入粘合層160。該粘合層160可通過如先前描述的方法設(shè)置。在一個實施例中，如在圖10中示出的，在設(shè)置粘合層160之后，器件 200的有效的主要表面202接觸到粘合層160使得通孔151和153與接觸盤210和220對齊。如上文指出的，圖案化的第二金屬層區(qū)域141和143允許器件對齊使得器件200的相反表面204與饋通結(jié)構(gòu)145的外表面對齊以形成大致上平坦的表面。在一個實施例中，如在圖11中示出的，方法進一步包括在第一金屬層外表面132 上設(shè)置導(dǎo)電層180。方法進一步包括在多個通孔150的內(nèi)表面152上設(shè)置導(dǎo)電層180。如在圖11中圖不的，導(dǎo)電層180和第一金屬層130在介電膜120上形成互連層190。如在圖 11中示出的，互連層190進一步延伸通過通孔，其中互連層190包括通孔150中的導(dǎo)電層 180。如在圖12中圖示的，方法進一步包括根據(jù)預(yù)定電路配置圖案化互連層190來形成圖案化的互連層192，其中該圖案化的互連層192的一部分延伸通過一個或多個通孔150來形成與半導(dǎo)體器件200的電接觸。圖12圖示在互連層190被圖案化之后附連到介電膜120 的器件200的橫截面視圖。通過選擇性地去除互連層190的部分而圖案化互連層190來形成圖案化的互連層192，其包括封裝結(jié)構(gòu)互連。如在圖12中示出的，圖案化的互連層192 包括頂部互連區(qū)194和通孔互連區(qū)196。該頂部互連區(qū)194包括第一導(dǎo)電層180和第一金屬層130的圖案化部分，并且鄰近介電膜形成。圖案化的互連層192進一步包括在多個通孔150中形成的通孔互連區(qū)196。該通孔互連區(qū)196的第一部分設(shè)置成鄰近通孔150的側(cè)壁并且第二部分設(shè)置成鄰近半導(dǎo)體器件200的一個或多個接觸盤210/220。該通孔互連區(qū) 196包括導(dǎo)電層180。此外，在一個實施例中，如在圖12中圖示的，圖案化的互連層192的一部分延伸通過一個或多個通孔150來形成與一個或多個饋通結(jié)構(gòu)145的電接觸。在一個實施例中，方法進一步包括在附連一個或多個器件之前圖案化第二金屬層 140來形成多個圖案化區(qū)域，其中至少兩個圖案化區(qū)域具有互不相同的厚度。在這樣的實施例中，不同的厚度的圖案化區(qū)域可有利地容納具有不同厚度的半導(dǎo)體器件，使得這些半導(dǎo)體器件的相反表面全部對齊并且提供用于襯底附連的大致上平坦的表面。在一個實施例中，方法進一步包括將多個半導(dǎo)體器件附連到圖案化的第二金屬層，其中至少兩個半導(dǎo)體器件具有互不相同的厚度。如在圖13中圖示的，具有不同厚度的半導(dǎo)體器件200和400有利地附連到介電膜使得半導(dǎo)體器件的相反表面互相對齊并且與饋通結(jié)構(gòu)的外表面對齊。在圖I 3中，僅示出一個接觸盤與通孔150對齊，然而，半導(dǎo)體器件200和400可包括多個與通孔150對齊的接觸盤，如在上文描述的。在一個實施例中，如在圖12中圖示的，提供半導(dǎo)體器件封裝件300。該半導(dǎo)體器件封裝件300包括疊層100，其包括設(shè)置在介電膜120上的第一金屬層130。該半導(dǎo)體器件封裝件300進一步包括設(shè)置在與第一金屬層130相反的側(cè)上的介電膜120上的圖案化的第二金屬層140。該圖案化的第二金屬層140包括圖案化的第二金屬層區(qū)域(例如141和 143)，和一個或多個饋通結(jié)構(gòu)145。該半導(dǎo)體器件封裝件300包括根據(jù)預(yù)定圖案延伸通過疊層100的多個通孔150。一個或多個半導(dǎo)體器件200附連到圖案化的第二金屬層140的一部分的第二金屬層外表面142，使得半導(dǎo)體器件200接觸一個或多個通孔150。圖案化的互連層192設(shè)置在介電膜120上，所述圖案化的互連層192包括第一金屬層130和導(dǎo)電層 180，其中圖案化的互連層192的一部分延伸通過一個或多個通孔150來形成與半導(dǎo)體器件 200的電接觸。圖案化的互連層192包括頂部互連區(qū)194和通孔互連區(qū)196，其中封裝互連區(qū)194具有大于通孔互連區(qū)196的厚度的厚度。此外，圖案化的互連層192的一部分延伸通過一個或多個通孔150來形成與一個或多個饋通結(jié)構(gòu)145的電接觸。在一個實施例中，半導(dǎo)體器件封裝件300可進一步附連到半導(dǎo)體器件襯底(未示出)。半導(dǎo)體器件襯底可包括絕緣襯底，其具有半導(dǎo)體器件200可與之電耦合的一個或多個導(dǎo)電襯底接觸。例如，半導(dǎo)體器件200可焊接到襯底接觸。半導(dǎo)體器件襯底還可包括背面?zhèn)鲗?dǎo)層，其可便于半導(dǎo)體器件200附連到例如散熱器。在一些實施例中，得到的半導(dǎo)體器件封裝件300提供高電流承載能力，以及提供用于將熱傳導(dǎo)遠離半導(dǎo)體器件的有效表面202的低阻抗熱通路。在一些實施例中，散熱器結(jié)構(gòu)、電互連結(jié)構(gòu)或這兩者可安裝到封裝件頂部、底部或頂部及底部二者。附上的權(quán)利要求意在如它已經(jīng)設(shè)想的那樣寬泛地要求本發(fā)明的權(quán)利并且本文提供的示例說明從所有可能實施例的集合中選擇的實施例。因此，申請者的意圖是附上的權(quán)利要求不受到用于說明本發(fā)明的特征的示例選擇的限制。如在權(quán)利要求書中使用的，詞“包括”和它在邏輯上的語法變化形式還對應(yīng)并且包括變化和不同程度的短語，例如但不限于 “基本上包括”和“由...組成”。在必要的地方，已經(jīng)提供范圍；那些范圍包括其間的所有子范圍。期望這些范圍中變化形式將為本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員和還未致力于公眾的地方的從業(yè)者想起，如可能，那些變化形式應(yīng)該解釋為由附上的權(quán)利要求涵蓋。還預(yù)期科學(xué)和技術(shù)的進步將使由于語言的不精確而現(xiàn)在未預(yù)想的等同物和替代成為可能，并且如可能，這些變化形式還應(yīng)該解釋為由附上的權(quán)利要求涵蓋。元件列表
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件封裝件的方法，其包括提供疊層，其包括設(shè)置在第一金屬層上的介電膜，所述疊層具有介電膜外表面和第一金屬層外表面；根據(jù)預(yù)定圖案形成多個延伸通過所述疊層的通孔；將一個或多個半導(dǎo)體器件附連到所述介電膜外表面使得所述半導(dǎo)體器件在附連后接觸一個或多個通孔；在所述第一金屬層外表面和所述多個通孔的內(nèi)表面上設(shè)置導(dǎo)電層來形成互連層，其包括所述第一金屬層和所述導(dǎo)電層；以及根據(jù)預(yù)定電路配置圖案化所述互連層來形成圖案化的互連層，其中所述圖案化的互連層的一部分延伸通過一個或多個通孔來形成與所述半導(dǎo)體器件的電接觸。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述圖案化的互連層包括頂部互連區(qū)和通孔互連區(qū)，并且其中所述頂部互連區(qū)具有大于所述通孔互連區(qū)的厚度的厚度。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述通孔互連區(qū)具有從大約5微米至大約125微米范圍中的厚度。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述頂部互連區(qū)具有從大約25微米至大約200微米范圍中的厚度。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中所述疊層是無框架的。
6.一種制造半導(dǎo)體器件封裝件的方法，其包括提供疊層，其包括介于第一金屬層和第二金屬層之間的介電膜，所述疊層具有第一金屬層外表面和第二金屬層外表面；根據(jù)預(yù)定圖案圖案化所述第二金屬層來形成圖案化的第二金屬層；根據(jù)預(yù)定圖案形成多個延伸通過所述疊層的通孔；將一個或多個半導(dǎo)體器件附連到所述圖案化的第二金屬層的一部分的所述第二金屬層外表面；在所述第一金屬層外表面和一個或多個通孔的內(nèi)表面上設(shè)置導(dǎo)電層來形成互連層，其包括所述第一金屬層和所述導(dǎo)電層；以及根據(jù)預(yù)定電路配置圖案化所述互連層來形成圖案化的互連層，其中所述圖案化的互連層的一部分延伸通過一個或多個通孔來形成與所述半導(dǎo)體器件的電接觸。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述圖案化的第二金屬層進一步包括與一個或多個通孔對齊的一個或多個饋通結(jié)構(gòu)，并且所述圖案化的互連層的一部分延伸通過所述一個或多個通孔來形成與所述一個或多個饋通結(jié)構(gòu)的電接觸。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其進一步包括在形成所述多個通孔之前根據(jù)通孔預(yù)定圖案圖案化所述第一金屬層。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中所述圖案化的第二金屬層進一步包括多個圖案化區(qū)域，其中至少兩個圖案化區(qū)域具有互不相同的厚度。
10.如權(quán)利要求6所述的方法，其進一步包括將多個半導(dǎo)體器件附連到所述圖案化的第二金屬層，其中至少兩個半導(dǎo)體器件具有互不相同的厚度。
11.一種半導(dǎo)體器件封裝件，其包括疊層，其包括設(shè)置在介電膜上的第一金屬層；根據(jù)預(yù)定圖案延伸通過所述疊層的多個通孔；一個或多個半導(dǎo)體器件，其附連到所述介電膜使得所述半導(dǎo)體器件接觸一個或多個通孔；以及設(shè)置在所述介電膜上的圖案化的互連層，所述圖案化的互連層包括導(dǎo)電層和所述第一金屬層的一個或多個圖案化區(qū)域，其中所述圖案化的互連層的一部分延伸通過一個或多個通孔來形成與所述半導(dǎo)體器件的電接觸，并且所述圖案化的互連層包括頂部互連區(qū)和通孔互連區(qū)，其中所述頂部互連區(qū)具有大于所述通孔互連區(qū)的厚度的厚度。
全文摘要
提供制造半導(dǎo)體器件封裝件的方法。該方法包括提供疊層，其包括設(shè)置在第一金屬層上的介電膜，所述疊層具有介電膜外表面和第一金屬層外表面；根據(jù)預(yù)定圖案形成多個延伸通過該疊層的通孔；將一個或多個半導(dǎo)體器件附連到該介電膜外表面使得半導(dǎo)體器件在附連后接觸一個或多個通孔；在該第一金屬層外表面和多個通孔的內(nèi)表面上設(shè)置導(dǎo)電層來形成互連層，其包括該第一金屬層和所述導(dǎo)電層；以及根據(jù)預(yù)定電路配置圖案化該互連層來形成圖案化的互連層，其中該圖案化的互連層的一部分延伸通過一個或多個通孔來形成與半導(dǎo)體器件的電接觸。還提供半導(dǎo)體器件封裝件。
文檔編號H01L21/768GK102593046SQ20111046333
公開日2012年7月18日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月22日
發(fā)明者A·V·高達, P·A·麥康內(nèi)李 申請人:通用電氣公司