TWI765165B - 內埋元件封裝結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種內埋元件封裝結構，包括一介電結構、一半導體晶片、一第一高分子層以及一圖案化導電層。半導體晶片內埋於介電結構中。第一高分子層覆蓋半導體晶片且具有一第一厚度，第一厚度大於對應位於第一高分子層上方的介電結構的一第二厚度，其中第一高分子層具有一第一開孔，介電結構具有一第二開孔，第一開孔小於第二開孔。圖案化導電層覆蓋介電結構的一上表面並延伸於第一高分子層上方及第一開孔與第二開孔中，圖案化導電層與半導體晶片電性連接。

Description

內埋元件封裝結構及其製造方法
本發明是有關於一種元件封裝結構及其製造方法，且特別是有關於一種內埋元件封裝結構及其製造方法。
在系統級封裝結構中，將半導體晶片埋入封裝基板中的內埋元件技術（Semiconductor Embedded in SUBstrate，簡稱SESUB），因為具有降低封裝基板產品受到雜訊干擾及產品尺寸減小的優點，近年來已成為本領域製造商的研發重點。為了提高生產的良率，內埋元件必須固定在線路基板的介電結構內，以利於後續製作的圖案化導電層能與內埋元件電性連接。
目前內埋元件上方的介電結構中的盲孔以噴砂製程完成，然而，盲孔的深度會直接影響到開口尺寸（即孔徑），造成開口尺寸無法進一步縮小的問題，需進一步解決。
本發明係有關於一種內埋元件封裝結構及其製造方法，利用高分子材料取代內埋元件上方的一介電結構，進而使介電結構的厚度降低，以降低後續噴砂製程中的開口尺寸。
根據本發明之一方面，提出一種內埋元件封裝結構，包括一介電結構、一半導體晶片、一第一高分子層以及一圖案化導電層。半導體晶片內埋於介電結構中。第一高分子層覆蓋半導體晶片且具有一第一厚度，第一厚度大於位於第一高分子層上方的介電結構的一第二厚度。圖案化導電層覆蓋介電結構的一上表面並延伸於第一高分子層上方，圖案化導電層與半導體晶片電性連接。
根據本發明之一方面，提出一種內埋元件封裝結構，包括一介電結構、一半導體晶片、一第一高分子層以及一圖案化導電層。半導體晶片內埋於介電結構中。第一高分子層覆蓋半導體晶片且具有一第一厚度，第一厚度大於對應位於第一高分子層上方的介電結構的一第二厚度，其中第一高分子層具有一第一開孔，介電結構具有一第二開孔，第一開孔小於第二開孔。圖案化導電層覆蓋介電結構的一上表面並延伸於第一高分子層上方及第一開孔與第二開孔中，圖案化導電層與半導體晶片電性連接。
根據本發明之一方面，提出一種內埋元件封裝結構的製造方法，包括下列步驟。提供一半導體晶片於一載體上，半導體晶片包括一高分子層。提供一介電結構於載體上以包覆半導體晶片，並使高分子層的厚度大於對應位於高分子層上方的介電結構的厚度。形成一圖案化導電層於介電結構的一上表面並延伸於高分子層上方。
為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉實施例，並配合所附圖式詳細說明如下：
以下係提出實施例進行詳細說明，實施例僅用以作為範例說明，並非用以限縮本發明欲保護之範圍。以下是以相同/類似的符號表示相同/類似的元件做說明。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考所附圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
請參照第1A至1C圖，其繪示對內埋元件封裝結構10進行噴砂製程的局部示意圖。首先，提供一元件11，並將元件11內埋於一介電結構16中。內埋元件11的上表面例如設有複數個電性接墊12。介電結構16的材料例如為樹脂，此樹脂可加熱固化而將元件11固定於介電結構16中。接著，對介電結構16進行噴砂，以形成盲孔16a。接著，形成導電層17於介電結構16的上表面並延伸至盲孔16a中，並經由蝕刻以形成一圖案化導電層17a。然而，介電結構16的厚度D需大於12微米，才能有良好的壓合均勻性，且介電結構16的厚度D越高，相對需要更多噴砂數才能形成盲孔16a。此外，盲孔16a的深度越大，盲孔16a的孔徑W也相對越大，造成後需噴砂製程形成的盲孔16a孔徑W無法小於40微米，且位於盲孔16a下方的電性接墊12的最小尺寸也無法小於60微米，因而無法縮小電性接墊12之間的間距。
依照本發明之一實施例，提出一種內埋元件封裝結構，可使內埋元件上方的介電結構的厚度小於一預設值且仍具有良好的壓合均勻性，由於介電結構的厚度減少，因此相對需要較少的噴砂數來形成盲孔，且盲孔的孔徑也相對縮小。
請參照第2圖，依照本發明之一實施例，內埋元件封裝結構100包括一半導體晶片111、一第一高分子層115a、一介電結構116以及一圖案化導電層117。半導體晶片111內埋於介電結構116中。第一高分子層115a覆蓋半導體晶片111且具有一第一厚度D1，第一厚度D1大於位於第一高分子層115a上方的介電結構116a的一第二厚度D2。由於介電結構116a的厚度小於第一高分子層115a的厚度，因此可減少後續對介電結構116a形成盲孔所需的噴砂數。圖案化導電層117覆蓋介電結構116的一上表面並延伸於第一高分子層115a上方，圖案化導電層117與半導體晶片111電性連接。介電結構116可由半固化態的介電材料（例如樹脂）以壓膜的方式覆蓋在半導體晶片111上並經由加熱固化而形成介電結構116。為了使介電材料具有良好的壓合均勻性，壓膜的厚度例如大於12微米，後續可經由噴砂以減少位於半導體晶片111上方的介電結構116a的厚度（即第二厚度D2）。
在一實施例中，半導體晶片111包括至少一個電性接墊112以及一絕緣層113，其中第一高分子層115a設置於絕緣層113的頂部，圖案化導電層117可穿過絕緣層113及第一高分子層115a的開口並電性連接至電性接墊112。此外，半導體晶片111例如具有一重佈線層114，重佈線層114覆蓋絕緣層113的頂部且位於第一高分子層115a與絕緣層113之間，圖案化導電層117可經由重佈線層114電性連接至電性接墊112。電性接墊112可為鋁墊或銅墊，而絕緣層113例如為氮化矽或氮氧化矽。第一高分子層115a例如為固化態感光型樹脂，可經由曝光顯影(微影製程)而形成圖案化開口，並經由加熱固化而成形。上述曝光顯影製程相對於介電結構116需經由噴砂形成開孔的作法不同。
在一實施例中，第一高分子層115a的材料可為感光型聚醯亞胺樹脂或感光型壓克力樹脂，其中高吸光係數光起始劑與交聯劑進行摻合，可獲得曝光能量低之高感光度且低膜厚損失的高分子層，以利於形成圖案化開孔。
在第2圖中，第一高分子層115a的厚度（即第一厚度D1）例如大於3微米，小於15微米，其中第一高分子層115a的開孔尺寸取決於曝光的能力，以利於形成較小孔徑W1。此外，位於第一高分子層115a上方的介電結構116a的厚度（即第二厚度D2）例如小於4.5微米，相對於第1A圖中介電結構16的厚度需大於12微米明顯減少。第一厚度D1與第二厚度D2的總和例如介於3微米至7.5微米之間，但本發明不以此為限。當第一厚度D1與第二厚度D2的總和低於3微米時，電絕緣性不夠，當第一厚度D1與第二厚度D2的總和高於7.5微米時，則孔深加大，不利於後續的電鍍。因此，介電結構116a的厚度較佳小於4.5微米，但不以此為限。
在本實施例中，由於第一高分子層115a為感光型樹脂，經由曝光顯影(微影製程)所形成開孔的孔徑W1相對較小（即W1小於W2），此外，介電結構116a的厚度小於第一高分子層115a的厚度，可減少後續對介電結構116a形成盲孔的孔徑W2，且相對地可減少孔深(D1+D2)，因此可減少噴砂數以及孔徑W1、W2的尺寸，以符合小孔徑的需求（約20微米左右）。
請參照第3圖，其繪示本發明另一實施例之內埋元件封裝結構100。與上述實施例不同之處在於，第一高分子層115a上方無介電結構116a，故介電結構116a的厚度（即第二厚度D2）為0。也就是說，圖案化導電層117直接覆蓋在第一高分子層115a上。圖案化導電層117例如包括一無電電鍍的種子層117a以及一電鍍銅層117b，電鍍銅層117b可覆蓋在無電電鍍的種子層117a上，並經由局部蝕刻電鍍銅層117b及種子層117a而形成圖案化導電層117。其餘元件與上述實施例所述的元件相同，在此不再贅述。
請參照第4圖，其繪示本發明另一實施例之內埋元件封裝結構100。與上述二個實施例不同之處在於，本實施例更包括一第二高分子層115b，其中重佈線層114疊合於第一高分子層115a與第二高分子層115b之間，而第二高分子層115b疊合於重佈線層114與絕緣層113之間。相對於第2圖中具有介電結構116a的實施例，本實施例不需以噴砂形成盲孔，只需預先在第一高分子層115a中形成盲孔因此可進一步減少孔深D1以及孔徑W1的尺寸，以符合小孔徑的需求（約20微米左右）。
請參照第5圖，其繪示本發明另一實施例之內埋元件封裝結構100。與上述三個實施例不同之處在於，本實施例更包括一第三高分子層115c，其中重佈線層114可包括一第一重佈線層114a以及一第二重佈線層114b，第一重佈線層114a疊合於第一高分子層115a與第二高分子層115b之間，而第二高分子層115b疊合於第一重佈線層114a與第二重佈線層114b之間，第三高分子層115c則疊合於第二重佈線層114b與絕緣層113之間。圖案化導電層117可經由第一重佈線層114a及第二重佈線層114b與電性接墊112電性連接。相對於第2圖中具有介電結構116a的實施例，本實施例不需以噴砂形成盲孔，只需在第一高分子層115a中形成盲孔因此可減少孔深D1以及孔徑W1的尺寸，以符合小孔徑的需求（約20微米左右）。
請參照第6A至6D圖，其繪示依照本發明一實施例的內埋元件封裝結構110的製造方法的流程圖。首先，在第6A圖中，提供一半導體晶片111於一載體(圖未繪示)上，半導體晶片111可包括一第一高分子層115a、一重佈線層114以及多個電性接墊112。載體可為一預先形成一介電材料102的金屬基板。由於第一高分子層115a為一感光型樹脂，可藉由曝光顯影而形成圖案化開孔（第一開孔OP1），以顯露出下方的重佈線層114或電性接墊112。在第6B及6C圖中，提供一介電結構116於載體上以包覆半導體晶片111及填入第一高分子層115a的開口OP1中，並可透過噴砂或研磨方式去除部分介電結構116，以減少位於第一高分子層115a上方的介電結構116a的厚度。由於第一高分子層115a相對於介電結構116具有較強的抗噴砂性，因此不易被噴砂去除。此外，第一高分子層115a上方的介電結構116a的厚度減少，因此相對減少噴砂製程所需的時間及噴砂數。
在第6C圖中，介電結構116的上表面S1可低於第一高分子層115a的上表面S2。但在另一實施例中，如第2圖所示，介電結構116的上表面S1亦可高於或齊平於第一高分子層115a的上表面S2，本發明對此不加以限制。此外，在不計公差的情況下，半導體晶片111的側表面S3實質上齊平於第一高分子層115a的側表面S4。也就是說，第一高分子層115a形成於晶圓型態的半導體晶片111上，再將晶圓切割為複數個半導體晶片111，以使每一個半導體晶片111上皆具有切齊的第一高分子層115a。
在第6D圖中，形成一導電層117於介電結構116的一上表面並延伸於第一高分子層115a上方，包括先形成一無電電鍍的種子層117a於介電結構116的上表面，再形成一電鍍銅層117b於種子層117a上。導電層117可與重佈線層114電性連接。之後，蝕刻部分導電層117，以形成一圖案化導電層117（如第3圖所示）。
請參照第7A至7G圖，其繪示依照本發明另一實施例的內埋元件封裝結構110的製造方法的流程圖。本實施例與上述實施例不同之處在於，在第7C圖中，將覆銅層117c（例如銅箔）壓合在半固化態的介電結構116上，再加熱固化樹脂以將覆銅層117c固定於介電結構116上。由於介電結構116相對於第一高分子層115a具有較佳的黏著力，因此，本實施例中保留預定厚度（例如1至4.5微米）的介電結構116a，以加強固定覆銅層117c。同時，由於無電電鍍的種子層117a與介電結構116a的接合性較差，因此需額外透過覆銅層117c做為連接層（bonding layer）以讓種子層117a能順利形成在介電結構116a上，也可讓後續電鍍製程（參見第7F圖）能順利完成。接著，在第7D圖中，形成圖案化覆銅層117c。在第7E圖中，移除部分介電結構116，以使第一高分子層115a上方的介電結構116a具有一第二開孔OP2，且第二開孔OP2大於第一高分子層115a的第一開孔OP1。上述移除部分介電結構116包括以噴砂移除位於第一高分子層115a的第一開孔OP1中的介電結構116a。
在本實施例中，利用高分子材料取代半導體晶片111上方的一介電結構116a，進而使介電結構116a的厚度降低。在第7E圖中，第一高分子層115a的第一開孔OP1例如具有一第一孔徑W1，介電結構116的第二開孔OP2例如具有一第二孔徑W2。第一孔徑W1小於第二孔徑W2，且第一開孔OP1與第二開孔OP2於垂直投影面上相互重疊。在一實施例，第一開孔OP1處的孔壁與第二開孔OP2處的孔壁呈階梯狀，以使孔徑由第二孔徑W2遞減至第一孔徑W1。
在第7F圖中，形成一無電電鍍的種子層117a以及一電鍍銅層117b於第一開孔OP1及第二開孔OP2中，並與覆銅層117c電性連接。之後，蝕刻部分導電層117，以形成一圖案化導電層117（如第7G圖所示）。其餘步驟如上述實施例所述，在此不再贅述。
在第7G圖中，如上所述，圖案化導電層117可包括一覆銅層117c、一無電電鍍的種子層117a以及一電鍍銅層117b。其中，覆銅層117c可經由壓膜而覆蓋在介電結構116上，並經由加熱固著於介電結構116上。此外，電鍍銅層117b可覆蓋在無電電鍍的種子層117a上，並與覆銅層117c電性連接以形成圖案化導電層117。
請參照第8A至8J圖，其繪示依照本發明另一實施例的內埋元件封裝結構110的製造方法的流程圖。第8A至8B圖的步驟已於上述實施例中提及，用以提供一半導體晶片111於一載體101上，以介電結構116覆蓋半導體晶片111，使半導體晶片111內埋於介電結構116中。載體101例如是覆銅基板。在第8C圖中，以噴砂或蝕刻方式形成至少一盲孔116b於介電結構116中，接著，在第8D圖中，移除第一高分子層115a上方的介電結構116a，使介電結構116a的厚度（即第二厚度D2）等於0，或者選擇在不移除第一高分子層115a上方的介電結構116a的情況下，使介電結構116a的厚度（即第二厚度D2）大於0。接著，在第8E圖中，形成一上導電層117於介電結構116的上表面，且上導電層117延伸至盲孔116b中成為導電盲孔與下導電層103電性連接。接著，在第8F圖中，形成一介電層118（例如含玻纖的樹脂）於介電結構116上，並壓合另一上導電層119（例如銅箔）在介電層118上，再加熱固化樹脂以使二個上導電層117、119相互疊合。在第8G圖中，形成多個盲孔118a於介電層118中，接著，在第8H圖中，形成一無電電鍍的種子層於上導電層119的上表面及盲孔118a中，再形成一電鍍銅層於種子層上，以使二個上導電層117、119之間經由導電盲孔118b電性連接。此外，在第8F圖中，載體101更可包括另一下導電層104，經由蝕刻下導電層104以形成圖案化的下導電層104，並在第8G圖中以噴砂形成多個盲孔105於載體101中，接著，在第8H圖中，形成一無電電鍍的種子層於下導電層104上及盲孔105中，再形成一電鍍銅層於種子層上，以使二個下導電層103、104之間經由導電盲孔106電性連接。
在第8I圖中，以蝕刻形成圖案化的上導電層119以及圖案化的下導電層104，接著，在第8J圖中，形成圖案化的第一焊罩層120（solder mask layer）於圖案化的上導電層119上，並顯露出部分上導電層119做為多個第一銲墊119a；以及形成圖案化的第二焊罩層108於圖案化的下導電層104上，並顯露出部分下導電層104做為多個第二銲墊104a。
根據本發明上述實施例，由於半導體晶片上預先形成一高分子層，以取代半導體晶片上方的一介電結構，進而使介電結構的厚度降低，相對地可減少盲孔的孔深，因此可減少噴砂數以及孔徑的尺寸，以符合小孔徑的需求（約20微米左右）。此外，上述實施例中，高分子層可預先形成圖案化的一開孔，可減少後續以雷射對高分子層進行蝕刻的成本，並可避免後續欲以噴砂同時移除介電結構及高分子層時，因噴砂對介電結構的破壞力大於對高分子層的破壞力，造成的噴砂作業時間拉長且會影響導電層的銅面品質等問題。
綜上所述，雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10:內埋元件封裝結構 11:元件 12:電性接墊 16:介電結構 16a:盲孔 17:導電層 17a:圖案化導電層 D:厚度 W:孔徑 100:內埋元件封裝結構 101:載體 103:下導電層 104:下導電層 105:盲孔 106:導電盲孔 110:內埋元件封裝結構 111:半導體晶片 112:電性接墊 113:絕緣層 114:重佈線層 114a:第一重佈線層 114b:第二重佈線層 115a:第一高分子層 115b:第二高分子層 115c:第三高分子層 116、116a:介電結構 117:圖案化導電層 117a:種子層 117b:電鍍銅層 117c:覆銅層 118:介電層 118a:盲孔 118b:導電盲孔 119:上導電層 D1:第一厚度 D2:第二厚度 S1、S2:上表面 S3、S4:側表面 OP1:第一開孔 OP2:第二開孔 W1:第一孔徑 W2:第二孔徑
第1A至1C圖繪示對內埋元件封裝結構進行噴砂製程的局部示意圖。 第2至5圖繪示依照本發明不同實施例的內埋元件封裝結構的局部剖面示意圖。 第6A至6D圖繪示依照本發明一實施例的內埋元件封裝結構的製造方法的流程圖。 第7A至7G圖繪示依照本發明另一實施例的內埋元件封裝結構的製造方法的流程圖。 第8A至8J圖繪示依照本發明一實施例的內埋元件封裝結構的製造方法的流程圖。
100:內埋元件封裝結構
111:半導體晶片
112:電性接墊
113:絕緣層
114:重佈線層
115a:第一高分子層
116、116a:介電結構
117:圖案化導電層
D1:第一厚度
D2:第二厚度
S1、S2:上表面
W1:第一孔徑
W2:第二孔徑

Claims (22)

  1. 一種內埋元件封裝結構，包括：一介電結構；一半導體晶片，內埋於該介電結構中；一第一高分子層，覆蓋該半導體晶片且具有一第一厚度，該第一厚度大於位於該第一高分子層上方的該介電結構的一第二厚度；以及一圖案化導電層，覆蓋該介電結構的一上表面並延伸於該第一高分子層上方，該圖案化導電層與該半導體晶片電性連接，其中該圖案化導電層穿過該介電結構及該第一高分子層並與該半導體晶片電性連接。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該第一高分子層為一固化態感光型樹脂。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該第一厚度大於3微米。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該第二厚度小於4.5微米且不等於等於0。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該第一厚度與該第二厚度的總和介於3微米至7.5微米之間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該半導體晶片的一側表面實質上齊平於該第一高分子層的一側表面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該介電結構的該上表面高於該第一高分子層的該上表面。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，更包括：一下導電層，鄰近於該半導體晶片的一背面，且經由該圖案化導電層電性連接至該半導體晶片。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，更包括一第二高分子層以及一重佈線層，其中該重佈線層疊合於該第一高分子層與該第二高分子層之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之封裝結構，其中該第一高分子層具有一第一開孔，該介電結構具有一第二開孔，該第一開孔小於該第二開孔。
  11. 一種內埋元件封裝結構，包括：一介電結構；一半導體晶片，內埋於該介電結構中，其中該介電結構覆蓋該半導體晶片的一上表面、一下表面及一側表面；一第一高分子層，覆蓋該半導體晶片的該上表面且具有一第一厚度，該第一厚度大於對應位於該第一高分子層上方的該介電結構的一第二厚度，其中該第一高分子層具有一第一開孔，該介電結構具有一第二開孔，該第一開孔小於該第二開孔；以及一圖案化導電層，覆蓋該介電結構的一上表面並延伸於該第一高分子層上方及該第一開孔與該第二開孔中，該圖案化導電層與該半導體晶片電性連接。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之封裝結構，其中該第一高分子層為一固化態感光型樹脂。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之封裝結構，其中該第一厚度大於3微米，且該第二厚度小於4.5微米且不等於0。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之封裝結構，更包括：一下導電層，覆蓋該介電結構的一下表面，且經由該圖案化導電層電性連接至該半導體晶片，且該介電結構的一部份設置於該半導體晶片及該下導電層之間。
  15. 如申請專利範圍第11項所述之封裝結構，其中該第一厚度與該第二厚度的總和介於3微米至7.5微米之間。
  16. 如申請專利範圍第11項所述之封裝結構，其中該半導體晶片包括至少一個電性接墊以及一絕緣層，該第一高分子層設置於該絕緣層的頂部，該圖案化導電層穿過該絕緣層並電性連接該至少一個電性接墊。
  17. 如申請專利範圍第11項所述之封裝結構，其中該介電結構的該上表面高於該第一高分子層的上表面。
  18. 如申請專利範圍第11項所述之封裝結構，更包括一第二高分子層以及一重佈線層，其中該重佈線層疊合於該第一高分子層與該第二高分子層之間。
  19. 一種內埋元件封裝結構的製造方法，包括：提供一半導體晶片於一載體上，該半導體晶片包括一高分子層； 藉由曝光移除該高分子層的一部分以形成一第一開孔；提供一介電結構於該載體上以包覆該半導體晶片並填入該第一開孔，並使該高分子層的厚度大於對應位於該高分子層上方的該介電結構的厚度；藉由噴砂移除該介電結構的一部份以形成露出該高分子層的一第二開孔；以及形成一圖案化導電層於該介電結構的一上表面並延伸於該高分子層上方。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中在藉由噴砂移除該介電結構的該部分時，該高分子層相對於該介電結構具有更強的抗噴砂性。
  21. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中移除該介電結構的該部分更包括移除位於該高分子層的該第一開孔中的該介電結構，並使該圖案化導電層形成於該高分子層的該第一開孔中。
  22. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其中該圖案化導電層更延伸於該第一開孔與該第二開孔中，以使該圖案化導電層電性連接至該半導體晶片。
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