DE102004058413A1 - Chip-size package manufacture involves patterning dielectric layer to form openings exposing conductive lines - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Packung bzw. ein Gehäuse für Halbleiter, insbesondere eine chipgroße Packung bzw. ein chipgroßes Gehäuse.The This invention relates to a package for semiconductor, especially a chip-sized one Pack or a chip-sized Casing.
Halbleitertechnologien entwickeln sich sehr schnell, und insbesondere Halbleiterchips tendieren zur Miniaturisierung. Die Anforderungen an die Funktionen der Halbleiterchips tendieren jedoch entgegengesetzt zur Vielseitigkeit. So müssen die Halbleiterchips mehr E/A-Kontaktstellen bzw. -flächen auf einer kleineren Fläche aufweisen, so daß die Dichte der Anschlüsse schnell zunimmt. Dieses führt dazu, daß das Packen bzw. Anordnen der Halbleiterchips schwieriger wird und die Ausbeute abnimmt.Semiconductor technologies develop very fast, and in particular semiconductor chips tend to Miniaturization. The requirements for the functions of the semiconductor chips however, they tend to be contrary to versatility. So must the Semiconductor chips more I / O pads or surfaces on a smaller area have, so that the Density of connections increasing rapidly. This leads that the Packing or arranging the semiconductor chips is difficult and the Yield decreases.
Der Hauptzweck der Packungs- bzw. Gehäusestruktur besteht darin, die Chips vor äußerer Beschädigung zu schützen. Des weiteren muß von den Chips erzeugte Wärme effizient durch die Packungs- bzw. Gehäusestruktur verteilt werden, um den Betrieb der Chips sicherzustellen.Of the The main purpose of the package structure is to the chips from external damage too protect. Furthermore, must from heat generated by the chips be efficiently distributed through the packaging or housing structure, to ensure the operation of the chips.
Die frühere Leadframe-Packungstechnologie ist schon für moderne Halbleiterchips nicht geeignet, weil die Dichte der Anschlüsse zu hoch ist. Es wurde deshalb eine neue Packungstechnologie der BGA („Ball Grid Array"- Kugelgitteranordnung) entwickelt, um die Packungserfordernisse für moderne Halbleiterchips zu erfüllen. Die BGA-Packung hat den Vorteil, daß kugelförmige Anschlüsse einen kürzeren Rasterabstand als die Leadframe-Packung aufweisen und daß es unwahrscheinlich ist, daß die kugelförmigen Anschlüsse beschädigt und verformt werden. Darüber hinaus hat der kürzere Signalübertragungsabstand den Vorteil, daß sich die Betriebsfrequenz erhöht, um die Anforderung einer schnelleren Arbeitsleistung zu erfüllen. Beispielsweise offenbart das US-Patent 5,629,835 eine BGA-Packung bzw. ein BGA-Gehäuse nach Mahulikar et al. Das US-Patent 5,239,198 beschreibt eine andere Packung, bei der die FR4-Substrate mit einem Muster von Leitungszügen hierauf auf einem PCB montiert sind. Das taiwanesische Patent 177,766 offenbart eine WLP vom Fan-out-Typ vom Erfinder der vorliegenden Erfindung.The earlier Leadframe packaging technology is not enough for modern semiconductor chips suitable because the density of the connections is too high. It was because of that a new packing technology of the BGA ("Ball Grid Array") Designed to meet the packaging needs of advanced semiconductor chips fulfill. The BGA package has the advantage that spherical connections one shorter Grid spacing than the leadframe pack and that it is unlikely is that the spherical connections are damaged and damaged be deformed. About that In addition, the shorter one has Signal transmission distance the advantage of that increases the operating frequency, to meet the demand for faster job performance. For example For example, U.S. Patent No. 5,629,835 discloses a BGA package Mahulikar et al. U.S. Patent 5,239,198 describes another Pack on which the FR4 substrates with a pattern of cable runs on it mounted on a PCB. Taiwanese Patent 177,766 discloses a Fan-out type WLP by the inventor of the present invention.
Die meisten Packungstechnologien unterteilen die Chips auf einem Wafer in jeweilige Chips und packen und testen dann jeden Chip einzeln. Eine andere Packungstechnologie, die als Wafer Niveau-Packung („Wafer Level Package", WLP) bezeichnet wird, kann die Chips auf einem Wafer vor dem Unterteilen der Chips in jeweilige Chips anordnen. Die WLP-Technologie hat einige Vorteile, beispielsweise eine kürzere Produktionszykluszeit, geringere Kosten und die fehlende Notwendigkeit des Unterfüllens oder Formgießens.The Most packaging technologies divide the chips on a wafer into respective chips and then pack and test each chip individually. Another packaging technology, called Wafer Level Packing ("Wafer Level Package ", WLP), the chips can be placed on a wafer before dividing arrange the chips into respective chips. WLP technology has some advantages, such as one shorter Production cycle time, lower costs and the lack of need of underfilling or Form casting.
Wie bereits erwähnt, ist die Größe des Chips sehr klein, und die E/A-Kontaktflächen werden auf einer Oberfläche eines Chips in herkömmlicher Art und Weise gebildet. Deshalb ist die Anzahl von Kontaktflächen begrenzt, und ein zu kurzer Rasterabstand zwischen den Kontaktflächen führt zu dem Problem einer Signalkopplung oder Signalschnittstelle. Infolge des zu kurzen Rasterabstands zwischen den Kontaktflächen führt das Löten auch leicht zur Bildung einer Lötbrücke. Darüber hinaus wird die Größe des Chips allmählich kleiner, und der gepackte IC des Chips weist bei einigen Packungstechnologien (beispielsweise der chipgroßen Packung) keine Standardgröße auf. Testausrüstung, Packungsausrüstung usw. für Chips oder Packungen bestimmter Größen können nicht weiter genutzt werden. Neben der schlechten Leistung der Zwischenverbindung und einem höheren Kontaktwiderstand des Chips führt schlechte thermische Leitung der Basis zur Verminderung oder zum Ausfall von Funktionen des Chips.As already mentioned, the size of the chip is very small, and the I / O pads be on a surface a chip in conventional Fashion made. Therefore, the number of contact surfaces is limited, and too short a pitch between the contact surfaces leads to the Problem of signal coupling or signal interface. As a result of the too short grid spacing between the contact surfaces soldering also leads to easy formation a solder bridge. Furthermore becomes the size of the chip gradually smaller, and the packed IC of the chip points to some packaging technologies (for example, the chip-sized Pack) no standard size. Test equipment, packing equipment etc. for Chips or packs of certain sizes can not be used. In addition to the poor performance of the interconnect and a higher contact resistance of the chip performs bad thermal management of the base to reduce or eliminate Functions of the chip.
Die ErfindungThe invention
Ausgehend von den obigen Problemen des Standes der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, eine chipgroße Packungsstruktur und ein Verfahren zu deren Herstellung anzugeben.outgoing It is the object of the above problems of the prior art the invention, a chip-sized Package structure and to provide a method for their preparation.
Weiterhin ist es Aufgabe der Erfindung, eine chipgroße Packungsstruktur zu schaffen, um eine gute thermische Leitung zu erreichen wegen einer Siliziumrückseite mit Metall.Farther It is an object of the invention to provide a chip-sized package structure, to achieve a good thermal conduction because of a silicon backside with metal.
Des weiteren soll der Kontaktwiderstand der chipgroßen Packungsstruktur vermindert werden.Of Furthermore, the contact resistance of the chip-size packing structure should be reduced become.
Darüber hinaus sollen die Kosten der Packungsstruktur vermindert werden.Furthermore The costs of the packing structure should be reduced.
Auch die Ausbeute und die Zuverlässigkeit der Packungsstruktur sollen erhöht werden.Also the yield and the reliability of Pack structure should be increased become.
Des weiteren soll mit der Erfindung eine Packungsstruktur mit einer superdünnen Packungsdicke (weniger als 400μm) geschaffen werden.Of Another is to be with the invention, a packing structure with a super thin Packing thickness (less than 400μm) be created.
Die Erfindung liefert einen Prozeß für eine chipgroße Packung. Zuerst wird eine erste Leitungsschicht auf einem verarbeiteten Siliziumwafer mit mehreren Chips mit Kontaktflächen gebildet. Eine erste Fotolackschicht wird auf der ersten Kontaktleitungsschicht gebildet. Dann wird die erste Fotolackschicht auf der ersten Kontaktleitungsschicht gemustert. Zum Bilden erster leitender Leitungen wird die erste Kontaktleitungsschicht geätzt, um die Kontaktflächen zu bedecken. Die verbleibende erste Fotolackschicht wird entfernt. Danach wird auf den ersten leitenden Leitungen und dem verarbeiteten Siliziumwafer eine erste dielektrische Schicht gebildet. Die erste dielektrische Schicht wird mittels Licht / Ätzen gemustert, um erste Öffnungen auf den ersten leitenden Leitungen zu bilden. Danach wird der verarbeitete Siliziumwafer in Chips geteilt, um die mehreren Chips zu trennen. Die guten Chips werden aus den mehreren Chips herausgenommen und an einer Basis haftend angebracht. Die guten Chips und die Basis werden gehärtet. Dann wird eine erste Materialschicht auf der Basis gebildet, um einen Raum zwischen den mehreren Chips auf der Basis zu füllen. Die erste Materialschicht wird gehärtet. Eine zweite dielektrische Schicht wird auf der ersten Materialschicht gebildet, um die ersten Öffnungen in den ersten leitenden Leitungen zu füllen. Ein Teilbereich der zweiten dielektrischen Schicht wird entfernt, um zweite Öffnungen auf den ersten leitenden Leitungen zu bilden, wobei die zweiten Öffnungen im wesentlichen gleich zu den ersten Öffnungen sind. Eine zweite Kontaktleitungsschicht wird auf der zweiten dielektrischen Schicht gebildet, um die zweiten Öffnungen auf den ersten leitenden Leitungen zu füllen. Eine zweite Fotolackschicht wird gebildet, um zweite leitende Leitungen zu bilden, die mit den ersten leitenden Leitungen verbunden sind. Eine zweite Materialschicht wird auf den zweiten leitenden Leitungen und der zweiten dielektrischen Schicht gebildet. Eine zweite Fotolackschicht wird entfernt, um zweite leitende Leitungen zu bilden. Dann wird die zweite Materialschicht mittels Licht / Ätzen gemustert, um dritte Öffnungen auf den zweiten leitenden Leitungen zu bilden. Danach werden Lötkugeln auf die dritten Öffnungen gelötet. Schließlich wird die Basis geschnitten, um einzelne chipgroße Packungen bzw. Gehäuse zu bilden.The invention provides a process for a chip-sized package. First, a first wiring layer is formed on a processed silicon wafer having a plurality of chips with pads. A first photoresist layer is formed on the first contact line layer. Then, the first photoresist layer is patterned on the first contact line layer. To form first conductive lines, the first contact line layer is etched to cover the contact areas. The remaining first photo lacquer layer is removed. Thereafter, a first dielectric layer is formed on the first conductive lines and the processed silicon wafer. The first dielectric layer is patterned by light / etching to form first openings on the first conductive lines. Thereafter, the processed silicon wafer is divided into chips to separate the plurality of chips. The good chips are taken out of the several chips and adhered to a base. The good chips and the base are hardened. Then, a first layer of material is formed on the base to fill a space between the plurality of chips on the base. The first layer of material is cured. A second dielectric layer is formed on the first material layer to fill the first openings in the first conductive lines. A portion of the second dielectric layer is removed to form second openings on the first conductive lines, the second openings being substantially equal to the first openings. A second contact line layer is formed on the second dielectric layer to fill the second openings on the first conductive lines. A second photoresist layer is formed to form second conductive lines connected to the first conductive lines. A second layer of material is formed on the second conductive lines and the second dielectric layer. A second photoresist layer is removed to form second conductive lines. Then, the second material layer is patterned by light / etching to form third openings on the second conductive lines. After that, solder balls are soldered to the third openings. Finally, the base is cut to form individual chip-sized packages or packages.
Die Erfindung liefert auch eine chipgroße Packungs- bzw. Gehäusestruktur. Die Packungsstruktur umfaßt eine Basis, einen Chip, erste leitende Leitungen, eine erste dielektrische Schicht, eine erste Materialschicht, eine zweite dielektrische Schicht, zweite leitende Leitun gen, eine zweite Materialschicht und Lötkugeln. Der Chip mit Kontaktflächen haftet an der Basis. Die ersten leitenden Leitungen sind auf dem Chip gebildet, um die Kontaktflächen zu bedecken. Eine erste dielektrische Schicht ist auf dem Chip und den ersten leitenden Leitungen gebildet, und die erste dielektrische Schicht weist erste Öffnungen auf den ersten leitenden Leitungen auf. Eine erste Materialschicht ist auf der Basis gebildet und in einen Raum gefüllt, mit Ausnahme der Basis. Eine zweite dielektrische Schicht ist auf der ersten dielektrischen Schicht und der ersten Materialschicht gebildet, und die zweite dielektrische Schicht weist zweite Öffnungen auf den ersten leitenden Leitungen auf, wobei die zweiten Öffnungen im wesentlichen gleich zu den ersten Öffnungen sind. Die zweiten leitenden Leitungen sind auf den ersten Öffnungen gebildet, und die zweiten Öffnungen sind elektrisch mit den ersten leitenden Leitungen jeweils verbunden. Eine zweite Materialschicht ist auf den zweiten leitenden Leitungen und der zweiten dielektrischen Schicht gebildet, und die zweite Materialschicht weist dritte Öffnungen auf den zweiten leitenden Leitungen auf. Die Lötkugeln sind auf die dritten Öffnungen gelötet und jeweils an die zweiten leitenden Leitungen elektrisch gekoppelt. Die erste dielektrische Schicht und die erste Materialschicht sind im wesentlichen auf dem selben Niveau.The The invention also provides a chip-size package structure. The packing structure comprises a base, a chip, first conductive lines, a first dielectric Layer, a first material layer, a second dielectric layer, second conductive lines, a second layer of material and solder balls. The chip with contact surfaces sticks to the base. The first conductive wires are on the Chip formed to the contact surfaces to cover. A first dielectric layer is on the chip and formed the first conductive lines, and the first dielectric Layer has first openings on the first conductive lines. A first layer of material is formed on the base and filled in a space, except the base. A second dielectric layer is on the first dielectric Layer and the first layer of material formed, and the second dielectric layer has second openings on the first conductive Lines, wherein the second openings are substantially equal to the first openings are. The second conductive lines are on the first openings formed, and the second openings are electrically connected to the first conductive lines, respectively. A second layer of material is on the second conductive lines and the second dielectric layer, and the second one Material layer has third openings on the second conductive lines. The solder balls are on the third openings soldered and each electrically coupled to the second conductive lines. The first dielectric layer and the first material layer are essentially at the same level.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf Figuren der Zeichnung näher erläutert. Hierbei zeigen:The Invention will be described below with reference to exemplary embodiments with reference on figures of the drawing closer explained. Hereby show:
Beschreibung von AusführunsgbeispielenDescription of exemplary embodiments
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Es wird darauf hingewiesen, daß die Erfindung neben den explizit beschriebenen Ausführungsformen in einem großen Bereich praktiziert werden kann und daß der Bereich der Erfindung ausdrücklich nur durch die Ansprüche definiert wird.In the following, embodiments of the invention will be described in detail. It should be noted that the invention in addition to the embodiments explicitly described in a large The scope of the invention can be practiced and that the scope of the invention is expressly defined only by the claims.
Die Komponenten der unterschiedlichen Elemente sind nicht maßstabsgerecht dargestellt. Einige Abmessungen der in Beziehung stehenden Komponenten sind vergrößert und bedeutunglose Abschnitte sind nicht dargestellt, um eine klarere Beschreibung und ein Verständnis der Erfindung zu liefern.The Components of the different elements are not to scale shown. Some dimensions of the related components are enlarged and meaningless sections are not shown to be a clearer one Description and understanding to provide the invention.
Die Erfindung umfaßt einen Schritt zum Aufnehmen und zum Ablegen von Standardchips auf einer zusätzlichen Basis zum Erhalten eines geeigneten und weiteren Abstands zwischen den Chips im Vergleich zu dem ursprünglichen Abstand zwischen den Chips auf einem Wafer. Deshalb weist die Packungsstruktur eine größere Größe einer Kugelanordnung als die Größe des Chips auf, um das Problem des kurzen Rasterabstands zwischen Kugeln zu vermeiden. Das Verfahren umfaßt einen Schritt zum Aufnehmen und zum Ablegen von guten Standardchips auf einer Basis, um einen geeigneten und größeren Abstand zwischen den Chips als der ursprüngliche Abstand zwischen den Chips auf einem Wafer zu erhalten. Das Verfahren für die chipgroße Packung umfaßt die Schritte des Trennens von Chips auf einem Wafer, des Aufnehmens und des Ablegens der Chips auf einer Basis und des Füllens einer ersten Materialschicht auf die Basis in einen Raum zwischen den Chips auf der Basis. Eine dielektrische Schicht mit ersten Öffnungen wird gemustert, um einen Abschnitt einer leitenden Leitung des Chips freizulegen. Ein leitendes Material wird in die ersten Öffnungen und auf die dielektrische Schicht gefüllt. Danach wird eine zweite Materialschicht gebildet, so daß zweite Öffnungen entstehen, die das leitende Material freilegen, und dann werden Lötkugeln auf die zweiten Öffnungen gelötet.The Invention a step for picking up and dropping standard chips an additional one Basis for obtaining a suitable and further distance between the chips compared to the original distance between the Chips on a wafer. Therefore, the packing structure has a larger size Sphere arrangement as the size of the chip to address the problem of short pitch between balls avoid. The method comprises a step to picking up and dropping good standard chips on a base to make a suitable and larger distance between the Chips as the original one Distance between chips on a wafer. The procedure for the chip-sized pack comprises the steps of cutting chips on a wafer, picking them up and depositing the chips on a base and filling one first layer of material on the base in a space between the Chips on the base. A dielectric layer with first openings is patterned to a portion of a conductive line of the chip expose. A conductive material gets into the first openings and filled on the dielectric layer. After that, a second Material layer formed so that second openings arise, which will expose the conductive material, and then become solder balls on the second openings soldered.
Das detaillierte erfindungsgemäße Verfahren wird unten beschrieben.The Detailed method according to the invention described below.
Ein verarbeiteter Siliziumwafer mit Chips wird auf eine Basis gelegt, und dann wird die Dicke des verarbeiteten Siliziumwafers mittels rückseitigem Läppen vermindert, um einen Dickebereich von 50-300μm auszubilden. Der verarbeitete Siliziumwafer mit der vorgenannten Dicke kann leicht gesägt werden, um die Chips auf dem Wafer in jeweilige Chips zu teilen. Der Schritt des rückseitigen Läppens kann weggelassen werden, wenn der verarbeitete Siliziumwafer nicht hart ist, um ihn ohne rückseitiges Läppen zu sägen. Eine dielektrische Schicht (Schutzschicht) wird optional auf dem verarbeiteten Siliziumwafer vor dem Sägen gebildet, um die Chips vor Beschädigungen zu schützen.One processed silicon wafer with chips is placed on a base and then the thickness of the processed silicon wafer is determined by diminished on back lapping, around a thickness range of 50-300μm train. The processed silicon wafer with the aforementioned Thickness can be sawn easily to divide the chips on the wafer into respective chips. The step of the back Lapping can be omitted if the processed silicon wafer is not hard is to him without back lapping sawing. A dielectric layer (protective layer) is optional on the processed silicon wafers before sawing formed around the chips from damage to protect.
Jeder
einzelne und geteilte Chip
Die Erläuterung und die entsprechende Figur unten beziehen sich auf einen einzelnen Chip, um zu vereinfachen und eine klarere kompakte Beschreibung der Erfindung zu liefern.The explanation and the corresponding figure below relate to a single Chip to simplify and a clearer compact description to provide the invention.
Vor
dem Erreichen des Ergebnisses nach
Gemäß
Dann
wird auf der zweiten dielektrischen Schicht
Gemäß
Gemäß
Dann
kann die bearbeitete Basis
Schließlich wird
die gepackte Basis
Des
weiteren kann nach dem Schritt zum Schneiden der gepackten Basis
Erfindungsgemäß kann die vorgenannte Packungsstruktur eine chipgroße Packungsstruktur mit einer sehr dünnen Packungsdicke (weniger als 400μm) liefern, um aufgrund der Siliziumrückseite mit Metall einen guten Wärmeleiter zu erreichen. Deshalb erhöht die Erfindung die Ausbeute, die Zuverlässigkeit und vermindert den Kontaktwiderstand der Packungsstruktur. Des weiteren kann die erfindungsgemäße chipgroße Packungsstruktur die Kosten der Packungsstruktur vermindern.According to the invention, the The above-mentioned package structure has a chip-size package structure with a package structure very thin Packing thickness (less than 400μm) provide a good one due to the silicon backside with metal heat conductor to reach. Therefore increased the invention the yield, the reliability and reduces the Contact resistance of the package structure. Furthermore, the chip-sized package structure according to the invention reduce the cost of the packing structure.
Obwohl spezifische Ausführungsformen erläutert und beschrieben wurden, ergibt sich für den Fachmann, daß verschiedene Modifikationen gemacht werden können, ohne den mittels der Ansprüche begrenzten Bereich der Erfindung zu verlassen.Even though specific embodiments explained and described, it will be apparent to those skilled in the art that various Modifications can be made without the means of claims To leave the limited scope of the invention.
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