[0001] 本
申请是申请日为2015年01月19日、申请号为201510025635.1、
发明名称为“半导体装置及其制造方法”的申请的分案申请。
技术领域
[0002] 本发明是有关一种半导体装置及一种半导体装置的制造方法。
背景技术
[0003] 当制作影像感测器的晶片(例如CMOS)时,通常会将玻璃片
覆盖于
晶圆(wafer)的表面,用以保护晶圆,使灰尘不易附着于晶圆的影像感测区。然而,当晶圆切割后形成的晶片使用于
电子产品时,因电子产品通常在对齐晶片的壳体上会设置透光片,而透光片与晶片表面上的玻璃片具有相似的保护功能。当晶圆的表面不具玻璃片时,虽然可提升透光度,使晶圆切割后的晶片感测影像的能
力提升,但因晶圆的厚度很薄,要移动已形成球栅阵列的晶圆是相当困难的。
[0004] 一般而言,可先将玻璃片贴附于晶圆上。玻璃片可提供晶圆
支撑力,使晶圆不易因
翘曲而破裂。在
研磨晶圆减薄后,可经由球栅阵列(Ball Grid Array;BGA)制程于晶圆的表面形成球栅阵列。之后便可将具玻璃片的晶圆放到
铁框的紫外光
胶带上,并将玻璃片从晶圆上移除,以进行切割紫外光胶带的制程。待紫外光胶带切割后,需将具紫外光胶带的晶圆放到另一铁框的切割胶带上,并照射紫外光以移除紫外光胶带。最后,于切割胶带上对晶圆施以切割制程,而形成多个晶片。
[0005] 然而,在玻璃片从晶圆上移除后,仍是以晶圆尺寸(wafer level)继续作后续制程,因此晶圆的影像感测区易于制程中被污染,使良率难以提升。为了避免产品受到污染,在玻璃片从晶圆上移除后的制程均需于无尘室中执行,因此会增加无尘室设备与技术人员的成本。此外,紫外光胶带的价格高,也会造成制造成本增加。
发明内容
[0006] 本发明的一技术态样为一种半导体装置的制造方法。
[0007] 根据本发明一实施方式,一种半导体装置的制造方法包含下列步骤:a)使用暂时粘着层将载板贴合于晶圆的第一表面上。b)于晶圆相对第一表面的第二表面上形成布线层、阻隔层与导电结构,而形成半导体元件。c)从半导体元件的阻隔层切割至载板,使得半导体元件形成至少一子半导体元件。d)将紫外光照射于子半导体元件,使得暂时粘着层的粘性消失。e)移除子半导体元件的载板。
[0008] 在本发明一实施方式中,上述半导体装置的制造方法还包含:将半导体元件的载板贴合于框体围绕的切割胶带上。
[0009] 在本发明一实施方式中,上述半导体装置的制造方法还包含:将子半导体元件接合于
电路板上,使得导电结构电性连接
电路板。
[0010] 在本发明一实施方式中,上述晶圆的第一表面具有多个影像感测元件。半导体装置的制造方法还包含:于晶圆的第一表面形成保护层,使得影像感测元件由保护层覆盖。
[0011] 在本发明一实施方式中,上述晶圆的第一表面具有多个影像感测元件。步骤a)还包含:控制暂时粘着层与影像感测元件的
接触位置,使得影像感测元件的顶端与暂时粘着层点接触。
[0012] 在本发明一实施方式中,上述晶圆的第一表面具有多个影像感测元件与围绕影像感测元件的间隔元件。步骤a)还包含:于间隔元件上贴合暂时粘着层,使得影像感测元件由暂时粘着层覆盖。
[0013] 在本发明一实施方式中,上述步骤c)还包含:从半导体元件的间隔元件切割至载板。
[0014] 在本发明一实施方式中,上述间隔元件相对第一表面的表面具有凸部。步骤a)还包含:于凸部上贴合暂时粘着层,使得影像感测元件由暂时粘着层覆盖。
[0015] 在本发明一实施方式中,上述半导体装置的制造方法还包含:移除子半导体元件的暂时粘着层。
[0016] 在本发明一实施方式中,上述半导体装置的制造方法还包含:将镜头模组设置于暂时粘着层移除后的子半导体元件上。
[0017] 在本发明上述实施方式中,在载板通过暂时粘着层将贴合于晶圆的第一表面上后,晶圆的第二表面可形成布线层、阻隔层与导电结构。接着便可切割晶圆、布线层、阻隔层与导电结构构成的半导体元件,使半导体元件可形成至少一子半导体元件。因此在后续制程中,即是以晶片尺寸(chip level)来制作半导体装置。
[0018] 由于子半导体元件形成后的制程仍有载板保护晶圆切割后的晶片,因此晶片上的影像感测元件不易于制程中被污染,使良率得以提升。如此一来,可在将子半导体元件接合于电路板上后,才将子半导体元件照射紫外光,并移除子半导体元件的载板。在载板移除后的制程才需于无尘室中执行,因此可降低无尘室设备与技术人员的成本。此外,本发明的半导体装置的制造方法可省略紫外光胶带的使用,可降低制造成本。
[0019] 本发明的一技术态样为一种半导体装置。
[0020] 根据本发明一实施方式,一种半导体装置包含晶片、绝缘层、布线层、阻隔层与导电结构。晶片具有焊垫、凹孔、相对的第一表面与第二表面。焊垫位于第一表面上。凹孔位于第二表面中。晶片的第一表面具有影像感测元件。绝缘层位于第二表面上与凹孔的孔壁上,使焊垫由凹孔与绝缘层裸露。布线层位于绝缘层与焊垫上,使布线层电性连接焊垫。阻隔层位于布线层上,且部分布线层从阻隔层的开口裸露。导电结构位于开口中的布线层上。
[0021] 本发明的一技术态样为一种半导体装置。
[0022] 根据本发明一实施方式,一种半导体装置包含晶片、绝缘层、布线层、阻隔层与导电结构。晶片具有焊垫、缺口、相对的第一表面与第二表面。焊垫位于第一表面上。焊垫的
侧壁从缺口裸露,晶片的第一表面具有影像感测元件。绝缘层位于第二表面上与焊垫上,且焊垫的侧壁从绝缘层裸露。布线层位于绝缘层上与焊垫的侧壁上,使布线层与焊垫电性连接。阻隔层位于布线层上,且部分布线层从阻隔层的开口裸露。导电结构位于开口中的布线层上。
[0023] 本发明还提供一种半导体装置的制造方法,包含:a)使用一暂时粘着层将一载板贴合于一晶圆的一第一表面上,该步骤a)包含:使用该暂时粘着层将一间隔元件贴合于该载板上;以及将该间隔元件接合于该晶圆的该第一表面;b)于该晶圆相对该第一表面的一第二表面上形成一布线层、一阻隔层与一导电结构,而形成一半导体元件,该步骤b)还包含:于该晶圆的该第二表面形成一凹孔;于该晶圆的该第二表面上与该凹孔的孔壁上形成
图案化的一绝缘层,使该晶圆的一焊垫由该凹孔与该绝缘层裸露;以及于该焊垫与该间隔元件中形成连通该凹孔的一子凹孔;c)从该半导体元件的该阻隔层切割至该载板,使得该半导体元件形成至少一子半导体元件;d)将紫外光照射于该子半导体元件,使得该暂时粘着层的粘性消失;以及e)移除该子半导体元件的该载板。
[0024] 本发明还提供一种半导体装置,包含:一晶片,具有一焊垫、一凹孔、相对的一第一表面与一第二表面,其中该焊垫位于该第一表面上,该凹孔位于该第二表面中,该晶片的该第一表面具有一影像感测元件;一间隔元件,位于该第一表面上且围绕该影像感测元件,其中该焊垫与该间隔元件具有一子凹孔,且该子凹孔连通该凹孔;一绝缘层,位于该第二表面上与该凹孔的孔壁上,使该焊垫由该凹孔与该绝缘层裸露;一布线层,位于该绝缘层与该焊垫上,使该布线层电性连接该焊垫;一阻隔层,位于该布线层上,且部分该布线层从该阻隔层的一开口裸露;以及一导电结构,位于该开口中的该布线层上。
附图说明
[0025] 图1绘示根据本发明一实施方式的半导体装置的制造方法的
流程图。
[0026] 图2绘示根据本发明一实施方式的载板贴合于晶圆后的示意图。
[0027] 图3绘示图2的晶圆形成布线层、阻隔层与导电结构后的示意图。
[0028] 图4绘示图3的半导体元件切割时的示意图。
[0029] 图5绘示图4的子半导体元件从切割胶带取下后的示意图。
[0030] 图6绘示图5的子半导体元件接合于电路板后的示意图。
[0031] 图7绘示图6的子半导体元件移除载板时的示意图。
[0032] 图8绘示图7的子半导体元件移除暂时粘着层时的示意图。
[0033] 图9绘示图8的子半导体元件移除暂时粘着层后的示意图。
[0034] 图10A绘示图6的子半导体元件的放大剖面图。
[0035] 图10B绘示图4的半导体元件的俯视图。
[0036] 图11绘示根据本发明一实施方式的子半导体元件的剖面图。
[0037] 图12绘示根据本发明一实施方式的子半导体元件的剖面图。
[0038] 图13绘示根据本发明一实施方式的子半导体元件的剖面图。
[0039] 图14绘示图9的半导体装置的一实施方式。
[0040] 图15绘示图9的半导体装置的另一实施方式。
[0041] 图16绘示图9的半导体装置的又一实施方式。
[0042] 其中,附图中符号的简单说明如下:
[0043] 100:半导体元件 100a:子半导体元件
[0044] 100b:子半导体元件 100c:子半导体元件
[0045] 100d:子半导体元件 110:暂时粘着层
[0046] 120:载板 130:晶圆
[0047] 130a:晶片 130b:
硅基底结构
[0048] 131:凹孔 131a:切割道
[0049] 132:第一表面 133:子凹孔
[0050] 134:第二表面 135:缺口
[0051] 136:影像感测元件 138:焊垫
[0052] 140:布线层 150:阻隔层
[0053] 150a:绝缘层 160:导电结构
[0054] 170:电路板 172:软性电路板
[0055] 180:间隔元件 182:凸部
[0056] 184:表面 190:保护层
[0057] 200:半导体装置 210:框体
[0058] 212:切割胶带 220:刀具
[0059] 10A-10A:线段 L:紫外光
[0060] P:顶端 S1:步骤
[0061] S2:步骤 S3:步骤
[0062] S4:步骤 S5:步骤。
具体实施方式
[0063] 以下将以图式揭露本发明的多个实施方式,为明确说明起见,许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而,应了解到,这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说,在本发明部分实施方式中,这些实务上的细节是非必要的。此外,为简化图式起见,一些现有惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示。
[0064] 图1绘示根据本发明一实施方式的半导体装置的制造方法的流程图。半导体装置的制造方法包含下列步骤:首先在步骤S1中,使用暂时粘着层将载板贴合于晶圆的第一表面上。接着在步骤S2中,于晶圆相对第一表面的第二表面上形成布线层、阻隔层与导电结构,而形成半导体元件。之后在步骤S3中,从半导体元件的阻隔层切割至载板,使得半导体元件形成至少一子半导体元件。接着在步骤S4中,将紫外光照射于子半导体元件,使得暂时粘着层的粘性消失。最后在步骤S5中,移除子半导体元件的载板。在以下叙述中,将具体说明上述各步骤。
[0065] 图2绘示根据本发明一实施方式的载板120贴合于晶圆130后的示意图。晶圆130具有相对的第一表面132与第二表面134。其中,第一表面132可具有多个影像感测元件,第二表面134为待研磨的表面。载板120是通过暂时粘着层110贴合于晶圆130的第一表面132上。载板120可以为玻璃板,但并不以此为限。晶圆130的材质可以包含硅,例如为硅
基板。在本实施方式中,暂时粘着层110包含被紫外光照射时会失去粘性的材质。
[0066] 图3绘示图2的晶圆130形成布线层140、阻隔层150与导电结构160后的示意图。同时参阅图2与图3,待暂时粘着层110将载板120贴合于晶圆130后,可研磨晶圆130的第二表面134,使晶圆130的厚度减薄。载板120可提供晶圆130支撑力,可避免晶圆130在研磨时破裂。接着,便可于晶圆130研磨后的第二表面134上形成布线层140、阻隔层150与导电结构160,而形成图3的半导体元件100。其中,布线层140的材质可以包含
铝、
铜或其他可导电的金属。阻隔层150可以为防焊绿漆(solder mask)。导电结构160可以为导电
凸块或球栅阵列(Ball Grid Array;BGA)的
锡球。在后续制程中,晶圆130已是经导电结构制程后的晶圆。
[0067] 图4绘示图3的半导体元件100切割(dicing)时的示意图。图5绘示图4的子半导体元件100a从切割胶带212取下后的示意图。同时参阅图4与图5,待半导体元件100形成后,可将半导体元件100的载板120贴合于框体210围绕的切割胶带212上。接着,便可使用刀具220从半导体元件100的阻隔层150切割至载板120,使得半导体元件100形成至少一子半导体元件100a。晶圆130被切割后,便可形成晶片130a。其中,半导体元件100为晶圆级尺寸(wafer level)封装,意指包含整片晶圆130的半导体结构。子半导体元件100a为晶片级尺寸(chip level)封装,意指包含晶片130a的半导体结构。在后续制程中,以晶片尺寸的子半导体元件100a来制作半导体装置。
[0068] 图6绘示图5的子半导体元件100a接合于电路板170后的示意图。待半导体元件100切割成子半导体元件100a后,可将子半导体元件100a接合于电路板170上,使得导电结构160电性连接电路板170。子半导体元件100a可使用表面粘着技术(Surface Mount Technology;SMT)的回焊(reflow)制程固定于电路板170上。在本实施方式中,电路板170具有软性电路板172,可用来连接外部电子装置。
[0069] 图7绘示图6的子半导体元件100a移除载板120时的示意图。同时参阅图6与图7,待子半导体元件100a接合于电路板170后,可使用紫外光L照射电路板170上的子半导体元件100a,使得暂时粘着层110的黏性消失。为了避免晶片130a的影像感测元件于制程中被污染,在后续的制程可于无尘室(clean room)中进行。接着,便可将子半导体元件100a的载板
120从晶片130a上移除(de-bond)。
[0070] 图8绘示图7的子半导体元件100a移除暂时粘着层110时的示意图。图9绘示图8的子半导体元件100a移除暂时粘着层110后的示意图。同时参阅图8与图9,待载板120移除后,由于暂时粘着层110的粘性已消失,因此可使用外力剥除或清洗的方式来移除子半导体元件100a的暂时粘着层110。待暂时粘着层110移除后,便可得到图9的半导体装置200。半导体装置200的子半导体元件100a可以为影像感测晶片,例如前照式或背照式的CMOS影像感测晶片。
[0071] 在后续制程中,便可将镜头模组设置于半导体装置200上,也就是移除暂时粘着层110后的子半导体元件100a上。
[0072] 同时参阅图4与图9,由于子半导体元件100a形成后的制程仍有载板120保护晶圆130切割后的晶片130a,因此晶片130a上的影像感测元件不易于制程中被污染,使良率得以提升。如此一来,可在接合子半导体元件100a于电路板170上后,才将子半导体元件100a照射紫外光L(见图6),并移除子半导体元件100a的载板120。在载板120移除后的制程才需于无尘室中执行,因此可降低无尘室设备与技术人员的成本。此外,本发明的半导体装置200的制造方法可省略紫外光胶带的使用,可降低制造成本。
[0073] 在以下叙述中,将说明图6的子半导体元件100a的细部结构。
[0074] 图10A绘示图6的子半导体元件100a的放大剖面图。同时参阅图2与第10图,晶圆130切割成晶片130a后,晶片130a的第一表面132上具有影像感测元件136。在本实施方式中,当使用暂时粘着层110将载板120贴合于晶圆130的第一表面132时,可控制暂时粘着层
110与影像感测元件136的接触位置,使得影像感测元件136的顶端P与暂时粘着层110点接触。这样的设计,当暂时粘着层110照射紫外光而粘性消失时,由于暂时粘着层110与影像感测元件136的接触面积小,因此暂时粘着层110较容易从晶片130a上移除。然而在其他实施方式中,暂时粘着层110亦可面接触影像感测元件136。
[0075] 图10B绘示图4的半导体元件100的俯视图。同时参阅图4与图10B,当刀具220切割半导体元件100后,会形成刀具220的切割道131a(trench),且切割道131a的一侧即为图10A的子半导体元件100a。同时参阅图10A与图10B,经由切割制程后,子半导体元件100a的晶片130a边缘具有残余的切割道131a与硅基底结构130b。晶片130a具有对齐焊垫138的凹孔131(TSV),且硅基底结构130b位于切割道131a与凹孔131之间。
[0076] 应了解到,在以下叙述中,已叙述过的元件连接关系与材料将不再重复赘述,仅叙述其他型式的子半导体元件。
[0077] 图11绘示根据本发明一实施方式的子半导体元件100b的剖面图。与图10A实施方式不同的地方在于:晶片130a的第一表面132还具有围绕影像感测元件136的间隔元件180。在本实施方式中,当使用暂时粘着层110将载板120贴合于晶圆130(见图2)的第一表面132时,暂时粘着层110可贴合于间隔元件180上,使得影像感测元件136由暂时粘着层110覆盖。
当暂时粘着层110照射紫外光而粘性消失时,载板120可从暂时粘着层110上移除,而暂时粘着层110可从间隔元件180上移除。此外,子半导体元件100b在图4的切割制程中,可从半导体元件100的间隔元件180切割至载板120。
[0078] 间隔元件180可通过光微影制程形成于晶圆130(见图2)上。间隔元件180的材质可以包含环
氧树脂,但并不用以限制本发明。
[0079] 图12绘示根据本发明一实施方式的子半导体元件100c的剖面图。与图11实施方式不同的地方在于:间隔元件180相对第一表面132的表面具有凸部182。在本实施方式中,当使用暂时粘着层110将载板120贴合于晶圆130(见图2)的第一表面132时,暂时粘着层110可贴合于凸部182上,使得影像感测元件136由暂时粘着层110覆盖。当暂时粘着层110照射紫外光而粘性消失时,载板120可从暂时粘着层110上移除,而暂时粘着层110可从凸部182上移除。其中,凸部182与间隔元件180的材质可以是相同的也可以是不同的。
[0080] 图13绘示根据本发明一实施方式的子半导体元件100d的剖面图。同时参阅图2与图13,与图10A实施方式不同的地方在于:于晶圆130的第一表面132保护层190形成。待晶圆130切割成晶片130a后,晶片130a上的影像感测元件136便由保护层190覆盖。在本实施方式中,当使用暂时粘着层110将载板120贴合于晶圆130的第一表面132时,暂时粘着层110贴合于保护层190上。当暂时粘着层110照射紫外光而粘性消失时,载板120可从暂时粘着层110上移除,而暂时粘着层110可从保护层190上移除。
[0081] 图14绘示图9的半导体装置200的一实施方式。半导体装置200包含晶片130a、绝缘层150a、布线层140、阻隔层150与导电结构160。晶片130a具有焊垫138、凹孔131、相对的第一表面132与第二表面134。焊垫138位于第一表面132上。凹孔131位于第二表面134中。晶片130a的第一表面132具有影像感测元件136。绝缘层150a位于第二表面134上与凹孔131的孔壁上,使焊垫138由凹孔131与绝缘层150a裸露。布线层140位于绝缘层150a与焊垫138上,使布线层140电性连接焊垫132。阻隔层150位于布线层140上,且部分布线层140从阻隔层150的开口裸露。导电结构160位于阻隔层150的开口中的布线层140上。以上的结构与图10A子半导体元件100a去除载板120与暂时粘着层110后的结构雷同。在本实施方式中,半导体装置200还包含间隔元件180。间隔元件180位于晶片130a的第一表面132上且围绕影像感测元件136。
[0082] 图14半导体装置200的制造方法与图1实施方式不同的地方在于:图1步骤S1还包含使用暂时粘着层110(见图2)将间隔元件180的表面184贴合于载板120(见图2)上,并将间隔元件180接合于晶圆130(见图2)的第一表面132。在图1步骤S2中,还包含于晶圆130的第二表面134形成凹孔131;于晶圆130的第二表面134上与凹孔131的孔壁上形成图案化的绝缘层150a,使晶圆130的焊垫138由凹孔131与绝缘层150a裸露;于绝缘层150a上与焊垫138上形成图案化的布线层140,使布线层140与焊垫138电性连接;于布线层140上形成图案化的阻隔层150,使部分布线层140裸露;于裸露的布线层140上形成导电结构160,使导电结构160与焊垫138电性连接。
[0083] 图15绘示图9的半导体装置200的另一实施方式。半导体装置200包含晶片130a、绝缘层150a、布线层140、阻隔层150与导电结构160。与图14实施方式不同的地方在于:焊垫138与间隔元件180具有子凹孔133,且子凹孔133连通凹孔131。如此一来,布线层140便可位于子凹孔133的孔壁上。在本实施方式中,布线层140位于绝缘层150a上、间隔元件180上与焊垫138上,使布线层140与焊垫138电性连接。
[0084] 图15半导体装置200的制造方法与图14实施方式不同的地方在于:在图1步骤S2中,还包含于焊垫138与间隔元件180中形成连通凹孔131的子凹孔133;于绝缘层150a上、焊垫138上与间隔元件180上形成图案化的布线层140,使布线层140与焊垫138电性连接。
[0085] 图16绘示图9的半导体装置200的又一实施方式。半导体装置200包含晶片130a、绝缘层150a、布线层140、阻隔层150与导电结构160。晶片130a具有焊垫138、缺口135、相对的第一表面132与第二表面134。焊垫138位于第一表面132上。焊垫138的侧壁从缺口135裸露。晶片130a的第一表面132具有影像感测元件136。绝缘层150a位于晶片130a的第二表面134上与焊垫138上,且焊垫138的侧壁从绝缘层150a裸露。布线层140位于绝缘层150a上与焊垫
138的侧壁上,使布线层140与焊垫138电性连接。阻隔层150位于布线层140上,且部分布线层140从阻隔层150的开口裸露。导电结构160位于阻隔层150开口中的布线层140上。
[0086] 图16半导体装置200的制造方法与图1实施方式不同的地方在于:还包含蚀刻晶圆130(见图2),使晶圆130形成缺口135,且晶圆130的焊垫138的侧壁从缺口135裸露。在图1步骤S2中,还包含于晶圆130的第二表面134上与焊垫138的侧壁上形成绝缘层150a;
切除覆盖焊垫138的侧壁的部分绝缘层150a,使焊垫138的侧壁裸露;于绝缘层150a上与焊垫138的侧壁上形成图案化的布线层140,使布线层140与焊垫138电性连接;于布线层140上形成图案化的阻隔层150,使部分布线层140裸露;于裸露的布线层140上形成导电结构160,使导电结构160与焊垫138电性连接。
[0087] 以上所述仅为本发明较佳
实施例,然其并非用以限定本发明的范围,任何熟悉本项技术的人员,在不脱离本发明的精神和范围内,可在此
基础上做进一步的改进和变化,因此本发明的保护范围当以本申请的
权利要求书所界定的范围为准。