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半導體元件及其制造方法與封裝構造的制作方法

文檔序號:6788917閱讀:340來源:國知局
專利名稱:半導體元件及其制造方法與封裝構造的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及一種半導體元件,特別是有關于一種半導體元件及其制造方法與封裝構造。
背景技術
在現有的半導體封裝制造工藝中,依產品需求而定,晶圓、芯片或是中介層(interposer)的娃基板內部會穿設有導電柱(又稱穿娃導通孔或是直通娃晶穿孔,through silicon via),所述導電柱會凸出于娃基板的非電路層的一第一表面,以與其他半導體構造(例如上層芯片)電性連接。所述硅基板的第一表面會設有鈍化層以提供保護,前述導電柱凸出部分的裸露頂面則會設置底金屬層,以連接導電柱與焊錫金屬。在現有技術中,可通過化學氣相沉積工藝沈積二氧化硅或者是涂布非導電型有機高分子材料來形成上述鈍化層。然而,以化學氣相沉積工藝沈積二氧化硅的方式需要耗費較高的成本,且需要另外的處理工序來清除導電柱上的二氧化硅,若清除不全也將會增加導電柱因此的開路風險。以非導電型有機高分子材料(例如聚亞酰胺,Polyimide)來形成上述鈍化層的方式也可能會因為清除不全而有殘留高分子材料在導電柱上,進而增加導電柱的開路風險,再者,有機高分子材料與硅基板之間的熱膨脹系數不匹配,將會導致兩者在溫度改變時產生應力拉扯,因而產生半導體元件翹曲的問題。故,有必要提供一種半導體元件及其制造方法與封裝構造,以解決現有技術所存在的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種半導體元件,其半導體基材表面裸露的導電柱頂面設置有金屬層,而半導體基材表面設置有鈍化層,所述鈍化層由所述金屬層的陽極氧化物構成,具有制作成本較低且不易導致半導體元件翹曲問題發(fā)生的優(yōu)點。為達成前述目的,本發(fā)明一實施例提供一種半導體元件,所述半導體元件包含:一半導體基材、一電路層、一金屬層與一鈍化層,其中所述半導體基材具有一第一表面、一第二表面及數個導電柱,所述第二表面相對所述第一表面,所述導電柱貫穿所述半導體基材且部分凸出所述第二表面而具有一外露的頂面;所述電路層設于所述半導體基材的第一表面,并電性連接所述導電柱;所述金屬層成形于所述導電柱的外露頂面上;所述鈍化層成形于所述半導體基材的第二表面,所述鈍化層為所述金屬層的陽極氧化物。本發(fā)明的另一目的在于提供一種半導體元件制造方法,所述半導體元件制造方法包含步驟:提供一半導體基材,其中所述具有一第一表面、一第二表面及數個導電柱,所述第二表面相對所述第一表面,所述導電柱貫穿所述半導體基材;對所述半導體基材的第二表面進行薄化處理,使所述第二表面裸露所述導電柱的一頂面;對所述半導體基材的第二表面進行蝕刻,使所述導電柱部分凸出于所述第二表面;成形一金屬層于所述半導體基材的第二表面及所述導電柱的裸露頂面;對所述半導體基材的第二表面上的金屬層進行陽極氧化工藝,以做為一鈍化層;以及形成一包覆所述導電柱凸出所述第二表面的部份的凸塊
下金屬層。本發(fā)明的另一目的在于提供一種半導體元件封裝構造,一封裝基板、一半導體元件、一芯片與封裝膠材,其中所述半導體元件的電路層電性連接所述封裝基板的一表面上;所述芯片電性連接凸出所述半導體元件的第二表面的所述導電柱;所述封裝膠材設于所述封裝基板的表面上而包覆所述芯片與所述半導體元件。由于本發(fā)明是一次性于導電柱裸露一側的半導體基材表面以及導電柱頂面成形金屬層,再通過陽極氧化工藝將半導體基材表面的金屬層氧化成鈍化層(即同一金屬的氧化層),而導電柱頂面的金屬層維持不變,相較于現有的氧化硅沉積工藝,可減少移除導電柱頂面的氧化硅的步驟,制作成本較低且不易導致半導體元件翹曲問題發(fā)生。


圖1是本發(fā)明一實施例的半導體元件的剖面示意圖。圖2是本發(fā)明一實施例的半導體元件封裝構造的剖面示意圖。圖3A 3E是制作圖1實施例的半導體元件的結構示意圖。
具體實施例方式為讓本發(fā)明上述目的、特征及優(yōu)點更明顯易懂,下文特舉本發(fā)明較佳實施例,并配合附圖,作詳細說明如下。再者,本發(fā)明所提到的方向用語,例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「內」、「外」、「側面」等,僅是參考附加圖式的方向。因此,使用的方向用語是用以說明及理解本發(fā)明,而非用以限制本發(fā)明。請參照圖1所示,圖1是本發(fā)明一實施例的半導體元件的結構平面示意圖。本發(fā)明所揭示的半導體元件包含一半導體基材10、一電路層20、一金屬層16及一鈍化層18。所述半導體基材10的材質可以是硅、砷化鎵、藍寶石基材或其他半導體材料。所述半導體基材10具有一第一表面(圖1中的下表面)、一第二表面(圖1中的上表面)及數個導電柱12。所述第二表面相對所述第一表面。在一實施例中,所述半導體基材10的第一表面(圖1中的下表面)可設有至少一有源元件(active component)(例如晶體管)。所述導電柱12可以是通過穿硅導通孔制作工藝所形成,其貫穿所述半導體基材10且部分凸出所述第二表面而具有一外露的頂面。在一實施例中,所述導電柱12可為例如銅、鎳,所述導電柱12的側壁受一絕緣層14包覆,所述絕緣層14可為例如二氧化硅。在一實施例中,所述導電柱12凸出所述第二表面的部份還包覆有一凸塊下金屬層19,所述凸塊下金屬層19可為鎳/金復合層及/或焊錫材料。所述電路層20設于所述半導體基材10的第一表面,并電性連接所述導電柱12。當所述半導體基材10未設置有源元件時,所述電路層20是一重布線層(redistributionlayer)。當所述半導體基材10設置有源元件時,所述電路層20電性連接所述導電柱12與有源元件。所述金屬層16成形于所述導電柱12的外露頂面上。在一實施例中,所述金屬層16可以是例如鉭或鋁,其厚度可以是介于50納米 600納米之間。所述鈍化層18成形于所述半導體基材10的第二表面,所述鈍化層18為所述金屬層16的同一金屬材質的陽極氧化物,故所述鈍化層18的厚度可以是等于或稍大于所述金屬層16的厚度。在一實施例中,當前述金屬層為鉭(Ta)時,所述金屬層16為五氧化二鉭(Ta2O5)。進一步參考圖2所示,圖2是本發(fā)明一實施例的半導體元件封裝構造的剖面示意圖。所述半導體元件封裝構造除了包含上述的半導體元件之外,還包含一封裝基板40、一芯片30與封裝膠材34。所述封裝基板40可以是例如可由玻璃纖維及環(huán)氧樹脂先構成其絕緣層,再由絕緣層與電路層交替堆疊而成。所述封裝基板40的上表面設有數個電性連接部22,例如銅凸塊,其下表面則設有錫球。所述半導體元件的電路層20電性連接所述封裝基板40的上表面的數個電性連接部22。所述芯片30則電性連接所述半導體元件的導電柱12,例如通過設置在芯片30底面的金屬凸塊32連接至所述導電柱12上的凸塊下金屬層19,構成電性連接。所述封裝膠材34可以是例如環(huán)氧樹脂,其設于所述封裝基板40的表面上而包覆所述芯片30與所述半導體元件。請參照圖3A 3E所示,其分別概要揭示制作圖1實施例的半導體元件的結構示意圖。請參照圖3A所示,首先提供一半導體基材(例如晶圓)10A,厚度例如介于150微米 250微米之間,所述半導體晶圓IOA的第一表面設有所述電路層20,以及所述導電柱12。接著,請參照圖3B,對所述半導體基材10的第二表面進行薄化處理,例如通過研磨工藝,進而移除所述半導體基材10的一部分與所述導電柱12及絕緣層14的一部分,使得所述半導體基材10的第二表面得以裸露所述導電柱12的一頂面以及一環(huán)狀的絕緣層14表面。所述半導體基材10薄化后的厚度例如介于80微米 120微米之間,例如為100微米;隨后,請參照圖3C,使用等離子體(plasma)對所述半導體基材10的第二表面進一步進行干蝕刻,以再進一步薄化所述半導體基材10,使得所述導電柱部分(包含絕緣層14)凸出于所述半導體基材10的第二表面;然后,請參照圖3D,成形一金屬層16于所述半導體基材10的第二表面及所述導電柱12的裸露頂面,例如通過濺鍍(sputtering)工藝以垂直于所述第二表面的一入射角將金屬粒子沉積在所述半導體基材10的第二表面及所述導電柱12的裸露頂面,值得注意的是,由于是以垂直于所述第二表面的一入射角進行濺鍍工藝,與金屬粒子入射方向平行的所述導電柱12側壁上的絕緣層14將不會同步生成所述金屬層16,進而將所述導電柱12頂面上的金屬層16與所述半導體基材10的第二表面上的金屬層16隔絕開;之后,請參照圖3E,使所述半導體基材10的第二表面上的金屬層16放置于一電解水氣形成氫氣與氧氣的環(huán)境中,并使所述金屬層16連接一電極,以對所述金屬層16進行陽極氧化工藝,使所述半導體基材10的第二表面上的金屬層16氧化,進而做為一鈍化層18 ;最后,請參照圖1,再形成包覆所述導電柱12凸出所述第二表面的部份的凸塊下金屬層19(UBM),即制作完成本發(fā)明的半導體元件。以五氧化二鉭(Ta2O5)為例,所述鈍化層18與半導體基材10另一側(即第一表面)的電路層20(如重布線層或有源電路層)所包含的二氧化硅基材的熱膨脹系數較為接近,因此相較于涂布有機高分子材料作為鈍化層的現有技術來說,本發(fā)明的半導體元件在整體上較不易發(fā)生翹曲問題。再者,由于垂直濺鍍的關系,使得所述導電柱12頂面上的金屬層16與所述半導體基材10的第二表面上的金屬層16被絕緣層14隔絕開,因此在選擇性對所述半導體基材10的第二表面上的金屬層16進行陽極氧化處理時,所述導電柱12頂面上的金屬層16不致于同步氧化,也因此,本發(fā)明相較于現有技術不必多出一道進行清除導電柱頂面的絕緣材料的步驟,有助于簡化制作工藝及減少制作工藝的成本,以相對提高制作效率。再者,以濺鍍方式配合陽極氧化處理的方式也較能精確控制鈍化層的厚度。綜上所述,相較于現有具有導電柱的半導體元件及其制作工藝的諸多缺失,本發(fā)明于導電柱裸露一側的半導體基材表面和導電柱頂面一次性成形金屬層,再通過陽極氧化工藝選擇性將半導體基材表面的金屬層氧化成為鈍化層,而導電柱頂面的金屬層維持不變,可相對減少移除導電柱頂面的絕緣材料的步驟,制作成本較低且不易導致翹曲問題發(fā)生。本發(fā)明已由上述相關實施例加以描述,然而上述實施例僅為實施本發(fā)明的范例。必需指出的是,已公開的實施例并未限制本發(fā)明的范圍。相反地,包含于權利要求書的精神及范圍的修改及均等設置均包括于本發(fā)明的范圍內。
權利要求
1.一種半導體元件,其特征在于:其包含: 一半導體基材,具有一第一表面、一第二表面及數個導電柱,所述第二表面相對所述第一表面,所述導電柱貫穿所述半導體基材且部分凸出所述第二表面而具有一外露的頂面;一電路層,設于所述半導體基材的第一表面,并電性連接所述導電柱; 一金屬層,成形于所述導電柱的外露頂面上;以及 一鈍化層,成形于所述半導體基材的第二表面,所述鈍化層為所述金屬層的陽極氧化物。
2.如權利要求1所述的半導體元件,其特征在于:所述半導體基材為一硅基材,所述電路層為一重布線層。
3.如權利要求1所述的半導體元件,其特征在于:所述半導體基材設有至少一有源元件。
4.如權利要求1所述的半導體元件,其特征在于:所述金屬層為鉭,所述鈍化層為五氧化二鉭。
5.如權利要求1所述的半導體元件,其特征在于:所述導電柱的側壁受一絕緣層包覆。
6.如權利要求1所述的半導體元件,其特征在于:所述導電柱凸出所述第二表面的部份包覆有一凸塊下金屬層。
7.一種半導體元件制造方法,其特征在于:其包含下列步驟: 提供一半導體晶圓,其中所述半導體晶圓包含一半導體基材及數個導電柱,所述半導體基材具有一第一表面、一第二表面,所述第二表面相對所述第一表面,所述導電柱貫穿所述半導體基材; 對所述半導體基材的第二表面進行薄化處理,使所述第二表面裸露所述導電柱的一頂面; 對所述半導體基材的第二表面進行蝕刻,使所述導電柱部分凸出于所述第二表面; 成形一金屬層于所述半導體基材的第二表面及所述導電柱的裸露頂面; 對所述半導體基材的第二表面上的金屬層進行陽極氧化工藝,以做為一鈍化層;以及 形成一包覆所述導電柱凸出所述第二表面的部份的凸塊下金屬層。
8.如權利要求7所述的半導體元件制造方法,其特征在于:所述金屬層是通過濺鍍工藝以垂直于所述第二表面的一入射角將金屬粒子沉積在所述半導體基材的第二表面及所述導電柱的裸露頂面。
9.如權利要求7所述的半導體元件制造方法,其特征在于:所述半導體基材的第一表面設有一電路層,所述電路層電性連接所述導電柱;所述導電柱的側壁受一絕緣層包覆;所述金屬層為鉭,所述鈍化層為五氧化二鉭。
10.一種半導體元件封裝構造,其特征在于:其包含: 一封裝基板; 一如權利要求1至6任一項所述的半導體元件,所述半導體元件的電路層電性連接所述封裝基板的一表面上; 一芯片,電性連接凸出所述半導體元件的第二表面的所述導電柱;以及 一封裝膠材,設于所述封裝基板的表面上而包覆所述芯片與所述半導體元件。
全文摘要
一種半導體元件及其制造方法與封裝構造。所述半導體元件包含一半導體基材,具有一第一表面、一第二表面及數個導電柱,所述第二表面相對所述第一表面,所述導電柱貫穿所述半導體基材且凸出所述第二表面;一電路層,設于所述半導體基材的第一表面,并電性連接所述導電柱;一金屬層,成形于所述導電柱裸露的一頂面上;以及一鈍化層,成形于所述半導體基材的第二表面上,所述鈍化層為所述金屬層的陽極氧化物。所述鈍化層厚度薄,制作成本較低且不易發(fā)生半導體元件翹曲問題。
文檔編號H01L21/56GK103165543SQ20131005028
公開日2013年6月19日 申請日期2013年2月8日 優(yōu)先權日2013年2月8日
發(fā)明者王盟仁 申請人:日月光半導體制造股份有限公司
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