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半导体器件

阅读：686发布：2023-03-06

专利汇可以提供半导体器件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及一种半导体器件，其包括具有金属化侧壁的裸片，其中将连续金属层施加至晶片的背侧的每一边缘。在所述背侧中形成的多个沟道的底部处切割所述晶片以产生单独的裸片，所述单独的裸片分别具有作为所述裸片的侧壁的一部分的凸缘，并且包括被所述金属层覆盖的部分。当将单独的裸片耦合至裸片焊盘时，半导电胶水将在所述侧壁上的所述金属层和所述裸片的背侧粘附至所述裸片焊盘，从而减少沿着所述裸片的侧面的层离的风险。所述凸缘还通过用作防止所述胶水粘附爬升到所述裸片的所述侧壁的障碍，来防止所述胶水接触所述裸片的所述有源侧。(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利，下面是半导体器件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种半导体器件，其特征在于，所述半导体器件包括：
裸片焊盘；
裸片，所述裸片具有裸片有源侧以及与所述裸片有源侧相对的裸片背侧；
侧壁，所述侧壁从所述裸片背侧延伸至所述裸片有源侧，所述侧壁具有第一部分、第二部分和第三部分；
凸缘，所述凸缘从位于与所述裸片有源侧相邻的位置的所述侧壁延伸，所述凸缘包括所述侧壁的所述第二部分和所述第三部分，所述第三部分与所述裸片有源侧垂直；
连续金属层，所述连续金属层覆盖所述裸片背侧、所述侧壁的所述第一部分和所述第二部分；
胶水，所述胶水将所述裸片耦合至所述裸片焊盘，所述胶水接触所述连续金属层和所述裸片焊盘；以及
模塑料，所述模塑料包封所述裸片和所述裸片焊盘。
2.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述侧壁的所述第二部分与所述侧壁的所述第三部分垂直。
3.根据权利要求2所述的半导体器件，其特征在于，所述侧壁的所述第一部分与所述侧壁的所述第三部分平行。
4.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述侧壁包括多个蚀刻表面。
5.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述胶水接触覆盖了所述裸片背侧、所述侧壁的所述第一部分和所述第二部分的所述连续金属层。
6.根据权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述半导体器件进一步包括：所述裸片具有从所述裸片有源侧至所述第二部分的凸缘高度；以及所述裸片具有从所述裸片背侧至所述第二部分的背侧高度。
7.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，所述凸缘高度等于所述背侧高度。
8.根据权利要求6所述的半导体器件，其特征在于，所述凸缘高度小于所述背侧高度。

说明书全文

半导体器件

技术领域

[0001] 本公开涉及一种半导体器件，其包括具有背侧和部分侧壁被连续金属层覆盖的裸片，以便改进在该裸片与烧结的半导电胶水之间的粘附作用。

背景技术

[0002] 半导体封装件的制造通常通过生产具有有源侧和背侧的硅片开始。通过各种工艺在有源侧上形成多个裸片。然后将晶片切割成单独的裸片，并且通过使用在裸片背侧与裸片焊盘之间的裸片粘合剂来将各个裸片耦合至在其背侧上的裸片焊盘，而将有源侧耦合至多个电子信号线和电压端子。然后将包封物用于覆盖组合的裸片和裸片焊盘以产生半导体封装件。当将裸片贴附至裸片焊盘时，使用烧结过程来产生半导体胶水和裸片焊盘之间的金属间粘合能够提供比裸片贴附薄膜或者标准胶水更好的电学特性和热学特性。然而，烧结过程在最终的半导体封装件中产生两个严重的问题。

[0003] 首先，当使用烧结过程时，胶水不粘附包括半导体裸片的硅材料。结果是，随着在使用期间裸片加热和冷却，裸片的连续膨胀和收缩造成在胶水与裸片自身之间的分离或者层离。这可能会使整个封装件开始层离或者可能会允许杂质(诸如，水分或者环境气体)更快地到达裸片的有源侧。一旦杂质到达裸片的有源侧，它们能够使有源侧短路，从而使裸片变得无效。其次，胶水粘附爬升到裸片的侧面可能会使胶水到达裸片的有源侧，这再次阻碍裸片执行其原本的电学功能并且因此破坏裸片。

[0004] 在尝试解决第一个问题时，如可以从图1-3了解到，在将晶片分成单独的裸片之前，对一些晶片背侧涂覆金属层。

[0005] 如在图1中示出的，晶片20包括在晶片有源侧21上形成的多个裸片22。该多个裸片22布置在具有切割线24的晶片有源侧21上以允许将该多个裸片22与晶片21分离而不损坏该多个裸片22。

[0006] 图2示出了晶片20的沿图1的线A-A的截面图。在将晶片20分成多个裸片22之前，将金属层26施加至晶片背侧23。然后，为了准备晶片20以便进行处理，将胶带28贴附至在晶片背侧23上的金属层26。在图2中的虚线24示出了裸片上的为切割组合的裸片22、金属层26和胶带28提供指导的划线的位置。

[0007] 图3描绘了通过使用刀片30对晶片20进行的典型切割过程。如切割线24所示出的，刀片30通过划线切割来去除切口32(kerf)。刀片30还完全切穿晶片20、金属层26和胶带28以便形成单独的裸片31。将裸片从晶片分割的另一个选择是通过蚀刻。参见Niclas Roxhed、Patrick Griss和 Stemme 2007年发表在J.Micromech.Microeng 17期第1087-92页的标题为“A Method For Tapered Deep Reactive Ion Etching Using A Modified Bosch Process”的文章。这种蚀刻过程可以包括在包括大多数裸片的硅材料中产生倒角边缘。在切割过程中的材料损失是切口32，该切口32直接位于划线下方与刀片30的宽度相对。一旦将晶片20切割成单独的裸片31，便将胶带28从裸片去除，并且利用特定类型的半导体胶水通过使用烧结过程来将金属层26耦合至裸片焊盘。

[0008] 遗憾的是，金属层26不延伸至各个单独的裸片的侧壁35。如可以在图3中看见的，侧壁35是无遮蔽的半导体材料。这样，在烧结的半导体胶水与裸片31的侧面之间不存在粘附作用或者粘附作用不良，这加剧了层离并且使杂质更快地到达在半导体封装件中的裸片的有源侧。另外，裸片的侧面35是平坦的并且它们不会辅助防止半导体胶水的粘附爬行，后者在半导体胶水到达裸片31的顶部的情况下，还可能使裸片31短路。实用新型内容

[0009] 本公开涉及一种半导体器件，其包括具有金属化侧壁来提高烧结的半导电胶水与裸片之间的粘合的裸片。在一个实施例中，裸片具有与裸片的有源侧相邻的凸缘。该凸缘是裸片的侧壁的从裸片有源侧延伸至裸片背侧的一部分。在粘附至裸片焊盘之前，在裸片侧壁的一部分和裸片背侧上形成金属层。

[0010] 当用半导电胶水将裸片耦合至裸片焊盘时，在裸片的侧壁上的金属层提高了在烧结的胶水与裸片之间的粘附作用。当裸片焊盘由于使用期间生成的热而膨胀和收缩时，这种提高的粘附作用防止沿着裸片的侧面发生层离。附加的粘附作用还在裸片与封装件之间提供了中间缓冲层。烧结的粘附层具有介于裸片焊盘和半导体裸片以及模塑料(molding compound)的热膨胀系数之间的热膨胀系数。通常，金属裸片焊盘具有最高的热膨胀系数并且模塑料具有最低的热膨胀系数，而裸片具有介于它们之间的热膨胀系数。烧结的粘附层将会具有介于裸片的热膨胀系数与金属的热膨胀系数之间的热膨胀系数，从而在裸片的侧壁与模塑材料之间提供膨胀和收缩缓冲，以便进一步防止层离过程。

[0011] 另外，凸缘用作防止胶水粘附爬升到裸片的侧壁的障碍。当将裸片耦合至裸片焊盘时，在胶水与侧壁之间的粘结力允许胶水爬升到侧壁并且朝向裸片的有源侧爬升。通过提供从裸片的侧壁延伸的凸缘，该凸缘用作限制粘结力的挡块，这是因为胶水必须转过第一拐角然后转过第二拐角才能通过凸缘，这有助于防止胶水到达有源侧。

[0012] 本公开还涉及一种制造具有金属化侧壁的裸片的方法。在一个示例性实施例中，通过使用机械刀片、激光器、或者蚀刻过程在晶片的背侧中形成多个沟道。然后，在将晶片胶带贴附至在晶片背侧上的金属层之前，将晶片背侧和该多个沟道的暴露出来的边缘金属化，并且在各个沟道的底部处将晶片分成分割的裸片。用烧结的半导电胶水将分割的裸片耦合至裸片焊盘，并且将接线贴附在裸片与引线之间。将所产生的组合用模塑料包封以形成半导体封装件。

[0013] 在替代示例性实施例中，可以在晶片背侧中形成多个沟道之前，将晶片胶带放置在晶片有源侧上。来自晶片胶带的附加的支撑使沟道进一步延伸至裸片的主体，并且增加了在裸片的侧壁上的金属的量以便进一步提高粘附作用。附图说明

[0014] 在附图中，相同的附图标记标识类似的元件或者动作，除非上下文另有指示。在附图中的元件的大小和相对位置并非按照比例绘制。

[0015] 图1-3是如现有技术中已知的晶片处理的视图；

[0016] 图4是晶片处理的示例性实施例的截面图，其中，在晶片背侧上形成多个沟道；

[0017] 图5是通过使用晶片蚀刻在晶片背侧上产生倒角边缘的替代实施例的放大截面图；

[0018] 图6是图4的晶片的截面图，其中，将连续金属层施加至晶片背侧和多个沟道；

[0019] 图7是图6的晶片的截面图，其中，在晶片处理之前将晶片胶带贴附至裸片的背侧；

[0020] 图8是图7的晶片的截面图，示出了将晶片分成多个分割的裸片的机械刀片；

[0021] 图9是利用烧结的半导体胶水将具有凸缘的经分割的裸片耦合至裸片焊盘的示例性实施例的截面图；

[0022] 图10是具有倒角边缘的图7的晶片的替代实施例的截面图；

[0023] 图11是晶片处理的替代实施例的截面图，其中，在形成多个沟道之前将晶片胶带施加至晶片的有源侧；

[0024] 图12是耦合至裸片焊盘的并且用模塑料包封的分割的裸片的示例性实施例的截面图；以及

[0025] 图13是具有倒角边缘的图12的裸片的替代实施例的截面图。

具体实施方式

[0026] 在下面的描述中，阐释了某些特定细节以便提供对本公开的各种实施例的彻底理解。然而，本领域中的技术人员要理解，可以在没有这些特定细节的情况下实践本公开。在其它实例中，尚未详细地描述与电子部件和制造技术相关联的熟知结构，以避免不必要地模糊对本公开的实施例的描述。

[0027] 除非上下文另有要求，否则，贯穿下面的说明书和权利要求书，词语“包括”及其变型，诸如，“包括(comprises)”和“包括(comprising)”，要以一种开放的、包容的方式来理解，即，理解为“包括但不限于”。

[0028] 诸如第一、第二和第三等序数词的使用不一定暗示存在优先顺序，相反，仅仅是对动作或者结构的多个实例的区分。

[0029] 贯穿本说明书，对“一个实施例”或者“实施例”的提及是指结合该实施例描述的特定特征、结构或者特性包括在至少一个实施例中。因此，在贯穿本说明的各处中出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”不一定全部指的是同一实施例。此外，可以按照任何合适的方式将该特定特征、结构、或者特性组合在一个或者多个实施例中。

[0030] 在本说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“一”、“一个”、和“该”包括多个所指物，除非该内容清楚指示并非如此。还应该注意，术语“或”的含义通常包括“和/或”，除非该内容清楚地指示并非如此。

[0031] 本公开大体上涉及提供具有金属化侧壁的裸片和制造该裸片的方法。在图4中示出了对晶片40进行处理的一个实施例的第一组步骤。在该实施例中，晶片40具有背侧41和与该背侧41相对的有源侧43。该制造过程开始于将晶片背侧41的一部分去除以形成多个沟道44。各个沟道44具有用机械锯42切割沟道44而形成的第一壁45、第二壁47和底部49。在其它实施例中，形成沟道44可以包括激光切割或者蚀刻。例如，在图5中，在沟道44的壁上蚀刻出倒角边缘48。蚀刻过程涉及在晶片40上放置掩膜46，该掩膜46标识待被去除的晶片40的一部分。然后，进行蚀刻过程(例如，化学蚀刻、等离子体蚀刻、气蚀等)来去除未被掩膜46保护的晶片40的该部分。该蚀刻过程可以产生多个所需的形状并且在蚀刻过程中使用的掩膜可以根据执行的蚀刻类型而改变。一旦蚀刻完成，可以去除掩膜46从而使得可以继续制造过程。

[0032] 如在图6中示出的(图6所示的晶片已经从在图4中示出的定向颠倒)，一旦形成多个沟道44，通过将金属层50施加至背侧41来将背侧41金属化。对晶片背侧41的金属化被执行为毯覆性保形沉积(blanket,conformal deposition)。因此，还将金属层50施加至多个沟道44中的每一个沟道的第一壁45、第二壁47和底部49。换句话说，金属层50是连续的并且被施加至晶片40的背侧41的所有暴露出来的边缘，从而使金属层50存在于晶片40的背侧41的所有侧面上。

[0033] 在施加金属层50之后，如图7所示，将晶片胶带52贴附至覆盖晶片40的背侧41的金属层50。该晶片胶带52不贴附至覆盖多个沟道44中的每一个沟道的第一壁45、第二壁47和底部49的金属层50。如图8所示，当将晶片40分成多个分割的裸片63时，晶片胶带向晶片40提供了附加的支撑。机械刀片54沿晶片的划线切割以完全地分割各个裸片。通过沿着划线，机械刀片54切断多个沟道44中的每一个沟道的底部49和金属层50以将晶片40分成多个分割的裸片63。在一些实施例中，机械刀片54还按照相同的切割步骤切断晶片胶带52，尽管在其它实施例中这不是必要的。

[0034] 图9示出了具有裸片有源侧61和裸片背侧62的分割的裸片60的示例性实施例。在该实施例中，裸片60的侧壁67从裸片背侧62延伸至裸片有源侧61。侧壁67具有三个部分：第一，竖直部分63；第二，水平部分64；以及第三，竖直部分65。水平部分64与这两个竖直部分63和65垂直。切割多个沟道44的底部49在各个分割的裸片60上产生凸缘66。该凸缘66与裸片有源侧61相邻地从裸片60延伸，并且包括侧壁67的第二部分64和第三部分65。晶片40的背侧41的金属化导致金属层50覆盖裸片背侧62、第一部分63、和第二部分64。

[0035] 用烧结的半导电胶水54将分割的裸片60耦合至裸片焊盘58。该胶水54含有增强胶水的电学特性和热学能力的夹带的金属颗粒。当加热或者烧结胶水时，胶水中的金属颗粒在胶水54、裸片焊盘58和金属层50之间产生金属间粘合。覆盖侧壁67的第一部分63和第二部分64的金属层50允许在那些部分与胶水54之间形成金属间粘合，这产生了在侧壁上不具有金属层的裸片的情况下所不存在的粘合作用。事实上，胶水54中的金属颗粒不与已知的裸片31的硅侧壁形成任何粘合作用。当裸片60和裸片焊盘58由于在使用期间生成的热度而膨胀和收缩时，在胶水54与覆盖第一部分63和第二部分64的金属层50之间的附加的粘附作用防止沿着裸片60的侧面发生层离。另外，对胶水54来说，不必同时粘附至覆盖第一部分63的金属层和覆盖第二部分64的金属层50。相反，相比在侧壁和胶水之间不具有任何金属或者任何粘合作用的已知裸片31，在胶水54与在裸片60的侧壁67上的金属层50的任何部分之间的任何粘合作用将使层离减少。

[0036] 凸缘66还用作阻止胶水54粘附爬升到侧壁67。具体地，当胶水54爬升到覆盖侧壁67的金属层50时，与第一部分63垂直的第二部分64迫使胶水54转过第一拐角。类似地，与第二部分64垂直的第三部分65迫使胶水54转过第二拐角以便到达裸片有源侧61。这样，在胶水54与侧壁67之间的粘结力不足以越过侧壁67的两个拐角，这防止胶水54到达裸片有源侧
61。

[0037] 在用于形成具有金属化侧壁的裸片的步骤的替代实施例中，如在图10中，通过蚀刻来形成倒角边缘48以增加沟道44的表面积。该蚀刻过程使得能够在晶片40中形成任何数量的可能的形状，并且还使多个沟道44能够向晶片40的背侧41内延伸任何优选距离。一旦形成倒角边缘48并且去除掩膜46，在毯覆性保形沉积过程中施加金属层50以在背侧41的各个边缘和各个倒角边缘48上产生连续层。如在其它实施例中，将晶片胶带52施加于覆盖背侧41的一部分而不是沟道44的金属层50，以便在将晶片40切割成单独的裸片时对晶片40进行支撑。

[0038] 图11示出了在晶片40的背侧41中形成多个沟道44之前将晶片胶带52施加至晶片40的有源侧43的步骤的替代示例性实施例。通过来自有源侧43上的晶片胶带52的添加的支撑，可以更深入背侧41地切割多个沟道44。在一些实施例中，多个沟道44延伸通过晶片的
75％或者更多，尽管所选择的特定深度可以根据所产生的裸片的所需特性而改变。如在其它实施例中，将晶片40颠倒，利用毯覆性保形沉积对晶片40进行金属化，并且通过来自晶片胶带的支撑来分离晶片40以形成单独的裸片。

[0039] 图12表示形成半导体封装件80的最终一系列步骤的示例性实施例。在用胶水54将分割的裸片60耦合至裸片焊盘58之后，接线70被附接以在裸片60与引线72之间提供电连接。然后用模塑料(molding compound)71将裸片60、裸片焊盘58和接线70包封在一起以产生半导体封装件80。在胶水54与在侧壁67的第一部分63和第二部分64上的金属层50之间形成的金属间粘合在裸片60与封装件80之间产生中间缓冲层。该烧结层具有介于裸片焊盘58和半导体裸片60以及模塑料71的热膨胀系数之间的热膨胀系数。通常，裸片焊盘58具有最高的热膨胀系数，并且模塑料71具有最低的热膨胀系数，而裸片60具有介于它们之间的热膨胀系数。烧结的粘附层将具有介于裸片60的热膨胀系数与金属的热膨胀系数之间的热膨胀系数，从而在裸片60的侧壁67与模塑料71之间提供膨胀和收缩缓冲，以便进一步防止层离过程。

[0040] 裸片60包括从裸片背侧62至侧壁66的第二部分64测量得到的背侧高度h1。因此，该背侧高度等于侧壁67的第一部分63的高度。裸片60还具有从裸片有源侧61至侧壁67的第二部分64测量得到的凸缘高度h2。换句话说，该凸缘高度h2等于第三部分65的高度。

[0041] 如在其它实施例中提到的，各种制造裸片60的方法使得能够将多个沟道44在晶片41的背侧40内形成不同深度。这样，多个沟道44的第一壁45和第二壁47的高度可以改变。一旦将晶片40分成单独的裸片60，第一壁45和第二壁47的高度变化导致裸片60具有不同的背侧高度h1和凸缘高度h2。在一些实施例中，凸缘高度h2基本上等于背侧高度h1。而在其它实施例中，凸缘高度h2基本上小于背侧高度h1，这取决于多个沟道44所形成的深度。改变凸缘高度h2和背侧高度h1的灵活性使得能够产生特性可以在某些情况下更加令人满意的裸片
60。例如，如果在胶水54与侧壁67之间要求附加的粘附强度，则本领域中的技术人员可以增加背侧高度h1从而使侧壁67的更大部分被金属层50覆盖，这将产生更大的接触表面积，因此使在胶水54与覆盖侧壁67的背侧高度h2的金属层50之间的粘附强度更强。

[0042] 如在图13中描绘的，半导体封装件80的替代示例性实施例包括具有倒角边缘48的裸片60。在该实施例中，侧壁67的第一部分63包括倒角边缘48。与其它实施例不同，第一部分63不与侧壁67的其它部分垂直，尽管通过使用蚀刻过程形成的其它实施例包括与侧壁67的其它部分基本上垂直的倒角边缘48。另外，蚀刻提供该灵活性以在侧壁67的第一部分63、第二部分64、或者第三部分65中产生边缘的任何适合的定向或者设计。代替使用更大的背侧高度h1来增加粘附作用，倒角边缘48通过增加在倒角边缘48上的金属层50与胶水54之间的接触表面积来提供类似的效果。该增加的接触表面积使胶水54能够通过侧壁67上的金属层50的更大部分产生金属间粘合，这增加了粘附强度并且进一步降低了在半导体封装件80中发生层离的可能性。

[0043] 另外，在倒角边缘48中的每一个边缘用作针对粘附爬行的小障碍。当胶水54尝试爬升到倒角边缘48上的金属层50时，胶水54被迫越过从裸片背侧62连续延伸得更远的一系列边缘或表面(很像在其它实施例中的凸缘66的拐角)，这使胶水54速度变缓并且防止胶水54到达裸片有源侧61。具有倒角边缘48的裸片60的一些实施例还包括凸缘66，该凸缘66具有侧壁67的与裸片有源侧61基本上垂直的第三部分65以及侧壁67的与该第三部分基本上垂直的第二部分64。具有该配置的凸缘66用作防止胶水54由于粘附爬行而接触裸片有源侧
61的最终障碍。另外，凸缘高度h2和背侧高度h1是可定制的，如在图12中，取决于裸片60的所需特性。

[0044] 可以将上面描述的各种实施例进行组合以提供进一步的实施例。将本说明书中参照的和/或在申请数据表中列出的所有美国专利、美国专利申请公开、美国专利申请、外国专利、外国专利申请和非专利公开的全部内容以引用的方式并入本文。如必要，可以修改实施例的各个方面，以采用各个专利、申请和公开的思路来提供又进一步的实施例。

[0045] 根据上面的详细描述，可以对实施例进行这些和其它改变。通常，在下面的权利要求书中，不应该将使用的术语解释为将权利要求书局限于在本说明书和权利要求书中公开的特定实施例，而应该将其解释为包括所有可能的实施例，连同这些权利要求有权获得的等效物的整个范围。因此，权利要求书不受本公开的限制。

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