具有防开裂结构的半导体装置制造方法及图纸

本文揭示了具有包含防开裂结构的金属化结构的半导体装置以及相关联系统和方法。在一个实施例中，半导体装置包含形成于半导体衬底上方的金属化结构。所述金属化结构可包含经由一或多个导电材料层电耦合到所述半导体衬底的结合衬垫，以及至少部分地在所述导电材料周围的绝缘材料，例如低κ电介质材料。所述金属化结构可进一步包含定位于所述结合衬垫下方在所述结合衬垫与所述半导体衬底之间的防开裂结构。所述防开裂结构可包含(a)在所述结合衬垫与所述半导体衬底之间横向延伸的金属栅格，和(b)在所述金属栅格与所述结合衬垫之间竖直延伸的障壁部件。

【技术实现步骤摘要】
具有防开裂结构的半导体装置相关申请的交叉引用本申请案含有与同时申请的标题为“具有防开裂结构的半导体封装(SEMICONDUCTORPACKAGESHAVINGCRACK-INHIBITINGSTRUCTURES)”的美国专利申请案有关的主题。公开内容以引用的方式并入本文中的相关申请案转让于美光科技公司(MicronTechnology,Inc.)，且通过代理人案号010829-9366.US00识别。
本专利技术技术大体上涉及具有防开裂结构的半导体装置，且更具体地说涉及具有华夫格式金属结构的半导体装置，所述金属结构形成于所述半导体装置的结合衬垫下方。
技术介绍
包含存储器芯片、微处理器芯片和成像器芯片的封装半导体裸片通常包含安装在衬底上且包覆于保护性覆盖物中的半导体裸片。半导体裸片可包含功能特征，例如存储器单元、处理器电路和成像器装置，以及电连接到所述功能特征的结合衬垫。结合衬垫可电连接到保护性覆盖物外部的端子，以允许半导体裸片连接到更高层级电路。在一些半导体封装中，半导体裸片的结合衬垫可经由倒装芯片裸片附接操作(例如，热压缩结合或大规模回焊操作)电耦合到衬底，其中导电支柱形成于结合衬垫上且经由安置于导电支柱与衬底之间的结合材料耦合到衬底。为了将结合材料附接到衬底，将半导体封装加热到高于结合材料的液相线温度以回焊结合材料而实现成功结合。然而，加热半导体封装和/或随后冷却半导体封装会引发半导体裸片与衬底之间的显著机械应力，原因在于这些组件的热膨胀系数的失配。应力经常会引发在结合衬垫中的一或多个附近的半导体裸片的开裂，这可使半导体封装不能操作。
技术实现思路
根据本申请案的一个方面，提供一种半导体装置。所述半导体包括：衬底，其包含电路元件；以及金属化结构，其在所述衬底上方，其中所述金属化结构包含-绝缘材料；结合衬垫，其从所述绝缘材料暴露且电耦合到所述电路元件中的至少一个；以及防开裂结构，其包含(a)在所述结合衬垫与所述衬底之间横向延伸的金属栅格，和(b)在所述金属栅格与所述结合衬垫之间竖直延伸的障壁部件。根据本申请案的另一方面，提供一种半导体装置。所述半导体装置包括：衬底，其包含电路元件；以及金属化结构，其在所述衬底上方，其中所述金属化结构包含-绝缘材料；结合衬垫，其具有从所述绝缘材料暴露的第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，其中所述结合衬垫电耦合到所述电路元件中的至少一个；以及防开裂结构，其在所述结合衬垫的所述第二表面下方，其中所述防开裂结构包含(a)在第一方向上横向延伸且具有第一长度的第一障壁部件，和(b)在第二方向上横向延伸且具有第二长度的第二障壁部件，其中所述第一长度长于所述第二长度，且其中所述第一方向不同于所述第二方向。根据本申请案的又一方面，提供一种形成半导体装置的方法。所述方法包括：在半导体衬底上方形成金属栅格结构，其中所述金属栅格结构界定多个开口；在所述金属栅格上形成多个障壁部件；至少部分地在(a)所述障壁部件周围和(b)所述金属栅格结构的所述开口中安置绝缘材料；在所述障壁部件上方形成导电结合衬垫；以及将所述结合衬垫电耦合到所述半导体衬底。附图说明参照附图可以更好地理解本专利技术技术的许多方面。图中的组件不一定按比例绘制。实际上，重点是清楚地说明本专利技术技术的原理。图1A和1B是在根据本专利技术技术的实施例的制造方法中的各个阶段的半导体封装的侧视横截面图。图2A是在图1A和1B中示出且具有根据现有技术配置的金属化结构的半导体封装的一部分的放大侧视横截面图。图2B根据现有技术配置的图2A中所示的半导体封装的部分的仰视横截面图。图3A是在图1A和1B中示出且具有根据本专利技术技术的一实施例配置的金属化结构的半导体封装的一部分的放大侧视横截面图。图3B和3C是根据本专利技术技术的实施例配置的图3A中示出的半导体封装的部分的仰视横截面图。图4是包含根据本专利技术技术的实施例配置的半导体装置或封装的系统的示意图。具体实施方式下文描述半导体装置的若干实施例和相关联系统和方法的具体细节。本领域的技术人员将认识到，本文所描述的方法的合适阶段可在晶片级或在裸片级执行。因此，取决于其使用情境，术语“衬底”可以指晶片级衬底或经单分的裸片级衬底。此外，除非情境另有指示，否则可使用常规的半导体制造技术来形成本文中所揭示的结构。举例来说，可使用化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、电镀、无电电镀、旋涂和/或其它合适的技术沉积材料。类似地，举例来说，可使用等离子蚀刻、湿式蚀刻、化学-机械平坦化或其它合适的技术移除材料。相关领域的技术人员还将理解，本技术可具有额外实施例，且本技术可在没有下文参考图1A-4所描述的实施例的细节中的若干个的情况下实践。在下文描述的实施例的若干个中，半导体装置可包括包含电路元件的半导体衬底，以及至少部分地形成于衬底上方的金属化结构(例如，后段生产线(BEOL)结构)。所述金属化结构可包含电耦合到电路元件的结合衬垫。更确切地说，所述金属化结构可包含将结合衬垫电耦合到电路元件的一或多层导电材料以及至少部分地包围导电材料的一或多层绝缘材料。在一些实施例中，绝缘材料包括机械脆弱的材料，例如低κ电介质材料，其可由于机械应力而对开裂或其它机械和/或电学故障敏感，所述机械应力例如由将半导体装置直接附接到封装衬底引起的热机械应力。因此，金属化结构可进一步包含防开裂结构，所述防开裂结构定位于结合衬垫中的一些或全部下方且经配置以防止或延缓裂缝通过绝缘材料的传播。在一些实施例中，所述防开裂结构包含(i)在结合衬垫与衬底之间横向延伸的金属栅格，以及(ii)在金属栅格与结合衬垫之间竖直延伸的障壁部件。在一些实施例中，障壁部件是金属壁。在一些实施例中，障壁部件包含(i)第一障壁部件，其在结合衬垫下方在第一方向上横向延伸且具有第一长度，以及(ii)第二障壁部件，其在结合衬垫下方在第二方向上横向延伸且具有第二长度，其中第一长度长于第二长度，且其中第一方向不同于第二方向。防开裂结构可减少例如在实行倒装芯片裸片附接操作(例如，热压缩结合(TCB)或大规模回焊操作)以将半导体装置的结合衬垫紧固到封装衬底之后在结合衬垫周围的机械故障的可能性。本文揭示许多具体细节以提供本专利技术技术的实施例的详尽且有用的描述。然而，所属领域的技术人员将理解所述技术可具有额外实施例且所述技术可在没有下文参考图1A-4描述的实施例的若干细节的情况下实践。举例来说，已经省略此项技术中众所周知的半导体装置和/或封装的一些细节以免混淆本专利技术技术。一般来说，应理解，除了本文中所揭示的那些具体实施例之外的各种其它装置和系统可在本专利技术技术的范围内。如本文所使用，术语“竖直”、“橫向”、“上部”、“下部”、“上方”和“下方”可以鉴于图中示出的定向而指代半导体装置中的特征的相对方向或位置。举例来说，“上部”或“最上部”可以指比另一特征更接近页面的顶部定位的特征。然而，这些术语应广泛地理解为包含具有其它定向的半导体装置，所述定向例如倒置或倾斜定向，其中顶部/本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，其包括：/n衬底，其包含电路元件；以及/n金属化结构，其在所述衬底上方，其中所述金属化结构包含-/n绝缘材料；/n结合衬垫，其从所述绝缘材料暴露且电耦合到所述电路元件中的至少一个；以及/n防开裂结构，其包含(a)在所述结合衬垫与所述衬底之间横向延伸的金属栅格，和(b)在所述金属栅格与所述结合衬垫之间竖直延伸的障壁部件。/n

【技术特征摘要】
20181228 US 16/236,1431.一种半导体装置，其包括：
衬底，其包含电路元件；以及
金属化结构，其在所述衬底上方，其中所述金属化结构包含-
绝缘材料；
结合衬垫，其从所述绝缘材料暴露且电耦合到所述电路元件中的至少一个；以及
防开裂结构，其包含(a)在所述结合衬垫与所述衬底之间横向延伸的金属栅格，和(b)在所述金属栅格与所述结合衬垫之间竖直延伸的障壁部件。


2.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述防开裂结构未电耦合到所述电路元件中的任一者。


3.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述金属栅格界定多个开口，且其中所述绝缘材料处于所述开口中。


4.根据权利要求3所述的半导体装置，其中所述开口具有直线横截面形状。


5.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述金属栅格包含面对所述结合衬垫的第一表面，且其中所述第一表面包含在第一方向上延伸的第一通道，以及在不同于所述第一方向的第二方向上延伸的第二通道。


6.根据权利要求5所述的半导体装置，其中所述第一方向正交于所述第二方向。


7.根据权利要求5所述的半导体装置，其中所述障壁部件包含第一障壁部件和第二障壁部件，其中所述第一障壁部件沿着所述第一通道延伸，且其中所述第二障壁部件沿着所述第二通道延伸。


8.根据权利要求7所述的半导体装置，其中所述第一障壁部件跨越所述第一通道从邻近于所述金属栅格的第一侧连续地延伸到邻近于所述金属栅格的第二侧。


9.根据权利要求7所述的半导体装置，其中所述第二障壁部件具有比所述第一障壁部件的长度短的长度。


10.根据权利要求7所述的半导体装置，其中所述第一障壁部件中的两个或更多个(a)沿着所述第一通道中的个别者且(b)彼此平行延伸，且其中所述第二障壁部件中的两个或更多个(a)沿着所述第二通道中的个别者且(b)彼此平行延伸。


11.根据权利要求7所述的半导体装置，其中所述第一方向正交于所述第二方向，且其中所述第一障壁部件与所述第二障壁部件间隔开。


12.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述障壁部件具有矩形横截面形状。


13.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述障壁部件包括钨，且其中所述金属栅格结构包括选自由铜和铝组成的群组的材料。


14.根据权利要求1所述的半导体装置，其中所述障壁部件包含第一障壁部件和第二障壁部件，其中所述第一障壁部件跨越所述金属栅格在第一方向上横向延伸且具有第一长度，其中所述第二障壁部件跨越所述金属栅格在第二方向上横向延伸且具有第二长度，其中所述第一长度长于所述第二长度，且其中所述第一方向...

【专利技术属性】
技术研发人员：S·U·阿里芬，全炫锡，杨胜伟，川北计三，
申请(专利权)人：美光科技公司，
类型：发明
国别省市：美国;US