堆叠式半导体芯片封装及其制造方法技术

一种堆叠式半导体芯片封装及其制造方法，该封装包括：数块半导体芯片，每块的上表面上设有多个焊盘；包封半导体芯片侧面和上表面的第一绝缘层；形成于第一绝缘层上表面上的第二绝缘层；形成于第二绝缘层上表面上的金属线图形，其中每根金属线与相应的一个焊盘电连接，并从芯片横向延伸，由此，从芯片侧面重新定位焊盘；形成于所得结构上表面上的第三绝缘层；及形成于第三绝缘层上表面上的第四绝缘层。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，特别涉及一种改进的，该封装及其制造方法很适用于研制大容量半导体芯片封装的三维芯片堆叠技术。一般情况下，三维芯片封装技术是研制大容量和小尺寸半导体芯片封装的关键技术。美国专利5104820和美国专利5279991中公开了上述技术。如附图说明图1所示，美国专利5104820公开的三维芯片堆叠技术中，在半导体芯片保持未切割晶片状态时，利用导线13，在芯片11的外缘部分，将多个形成于半导体芯片11上表面上的焊盘12的连接重新定位，从而形成重布线焊盘14。为了重新定位焊盘12，金属线12要占据芯片11周围其它芯片的面积。另外，切割带有多个焊盘重新定位芯片11的晶片，从而获得多个芯片，堆叠这样分离的芯片，形成组件，并使每块芯片的侧面与其它芯片的侧面绝缘。下面更详细地说明每块芯片侧面的绝缘。在多层堆叠焊盘重新定位的芯片的组件中，腐蚀每块芯片的侧面，只是金属线的端部除外，并用聚合物绝缘材料填充到腐蚀的部分中，从而绝缘每块芯片的侧面。即，侧面绝缘工艺不在晶片状态下进行，而是在堆叠式芯片组件上进行。下面说明美国专利5104820中公开的常规三维芯片堆叠技术的缺点。首先，由于要对每个堆叠式芯片组件进行多个处理，所以不能采用常规晶片处理技术。第二，为了在芯片的侧缘部分进行焊盘重新定位，和使堆叠的芯片间彼此绝缘，由于必须占用其它芯片的面积，所以相邻芯片便不能用，这样会降低产品的产量，增大芯片面积。第三，为了使侧面重新定位的焊盘绝缘，另需要诸如芯片腐蚀和绝缘聚合物涂敷工艺等附加工艺，这便会增加半导体芯片的生产成本。美国专利5279991中公开的三维芯片堆叠技术中，全部堆叠焊盘侧面重新定位的芯片，从而构成较大的单元，然后使每块芯片的侧面绝缘，并把以较大单元形式堆叠的芯片组件分离成较小尺寸的要实际应用的芯片组件。由于该技术要对堆叠的芯片进行多个工艺，所以无法直接采用常规晶片处理技术，于是使处理过程变复杂。此外，因处理过程复杂，所以必须另外使用多个设备。因此，本专利技术的目的是提供一利，解决现有技术中的上述问题。本专利技术的另一目的是提供一种改进的，能够在晶片状态下绝缘每块半导体芯片的侧面，堆叠侧面绝缘半导体芯片，并更简单地进行焊盘间的连接工艺。为了实现上述目的，提供一种可堆叠半导体芯片，这种芯片包括具有多个焊盘的半导体芯片；包封半导体芯片侧面和上表面的第一绝缘层；形成于第一绝缘层上表面上的第二绝缘层；形成于第二绝缘层上表面上的金属线图形，其中每根金属线与相应的一个焊盘电连接，并从芯片横向延伸，由此，从芯片侧面重新定位焊盘；形成于所得结构上表面上的第三绝缘层；及形成于第三绝缘层上表面上的第四绝缘层。每根金属线皆具有形成于第二绝缘层上的第一部分，和电连接第一部分与相应于每根金属线的一个焊盘的第二部件，并由绝缘层侧面暴露第一部分。为了实现上述目的，还提供一种堆叠式半导体芯片封装，该封装包括利用双面粘结部件堆叠多个半导体芯片的堆叠式半导体芯片组件；多个形成于堆叠式半导体芯片组件的侧面的外焊盘；及形成于外焊盘的外表面上的焊料球，其中每块半导体芯片皆包括设置于其上表面上的多个焊盘；包封每块半导体芯片侧面和上表面的第一绝缘层；形成于第一绝缘层上表面上的第二绝缘层；形成于第二绝缘层上表面上的金属线图形，其中每根金属线与相应的一个焊盘电连接，并从芯片横向延伸，由此，从芯片侧面重新定位焊盘；形成于所得结构上表面上的第三绝缘层；及形成于第三绝缘层上表面上的第四绝缘层。为了实现上述目的，还提供一种堆叠式半导体芯片封装的制造方法，该方法包括以下步骤沿形成于晶片的每块半导体芯片上的分离线形成沟槽；在沟槽中填充第一绝缘部件，并平整化所得结构；在第一绝缘部件上形成第二绝缘部件；在第一和第二绝缘部件层中形成通孔，从而使形成于半导体芯片上表面上的焊盘外露；在所得结构上形成第一导电部件层；构图第一导电部件层，构成多个金属线；在所得结构上形成第三绝缘部件层；在第三绝缘部件层上表面上形成第四绝缘部件层；去掉晶片的下表面，直到填充于沟槽中的第一绝缘部件暴露出来为止；沿半导体芯片分离线切割晶片，把晶片分离成侧面部分绝缘的多块芯片；利用绝缘粘合材料堆叠多个侧面部分绝缘的半导体芯片；在堆叠的半导体芯片的侧面上形成第二导电部件层；构图第二导电部件层，形成外焊盘；并在外焊盘的外表面上贴装焊料球。通过以下的说明会更清楚本专利技术的其它优点、目的和特征。通过以下的详细说明及只是说明性的附图会更充分的理解本专利技术，但这一切并不是对本专利技术的限制，其中图1是展示常规三维芯片堆叠技术中焊盘侧面重新定位的平面图；图2是展示本专利技术可堆叠半导体芯片的垂直剖面图；图3是展示本专利技术堆叠式半导体芯片封装的垂直剖面图；图4是图3封装的侧视图；图5A-5J是展示本专利技术堆叠式半导体芯片封装的制造方法的垂直剖面图；图6是图5H封装的侧视图；图7是图5I封装的侧视图；图8是图5J封装的侧视图。下面将结合附图详细说明本专利技术的堆叠式芯片封装及其制造方法。图2展示了本专利技术的可堆叠半导体芯片。芯片20适于多层堆叠，且芯片20的侧面是绝缘的。下面结合图2更详细地说明可堆叠半导体芯片20的构成。制备其上形成有多个焊盘21的半导体芯片(裸芯片)21。用第一绝缘层22包封半导体芯片21的侧面和上表面。第一绝缘层22由热乙醚亚酰胺(thermoetherimide)制成，这是一种热塑性聚合物粘合剂，其玻璃体转变温度Tg约为250℃。热乙醚亚酰胺由ultem制成。由一种作为聚酰亚胺的Kapton膜构成的第二绝缘层23形成于第一绝缘层22的上表面上。多根金属线24形成于第二绝缘层23的上表面上。金属线24与相应的一个焊盘21a电连接，并从半导体芯片21横向延伸。由此，由金属线24对形成于半导体芯片21上表面上的焊盘21a进行重新定位。金属线24由Ti/2μmAl构成，其中Al层为主要布线层，Ti层为辅助布线层，用于加强Al层与第二绝缘23间的附着力。此外，在所得结构上表面上形成与第一绝缘层22材料相同的第三绝缘层25。在第三绝缘层25上表面上形成与第二绝缘层23材料相同的第四绝缘层26。图3展示的是本专利技术的堆叠式半导体芯片封装，图4是图3封装的侧视图。如图所示，在可堆叠半导体芯片20之间插入聚酰亚按膜，并在该膜上涂敷环氧树脂，形成双面粘合剂31，多块可堆叠半导体芯片20利用该粘合剂堆叠。金属线24从可堆叠半导体芯片20横向延伸，从而形成外焊盘33，在外焊盘33外表面上贴装焊料球35。每个外焊盘33皆由Ti/Cu/Ni/Au层构成。这里Ti层用于增强附着力，Cu层是主布线层，Ni/Au层用于增强焊料球35的附着力。下面结合图5A-5J说明本专利技术堆叠式半导体芯片封装的制造方法。首先，如图5A所示，沿晶片50上表面上的半导体芯片51的分离线〔未示出)形成V形沟槽52。沟槽52的深度约为300μm，宽度约1000μm。即，利用KOH腐蚀工艺或45倾斜的金刚钻切割(锯切)工艺，形成每个深度约为晶片50厚度的三分之二的沟槽52。在附图中，参考数字51a表示的是半导体芯片51上的焊盘(52a)。如图5B所示，用第一绝缘部件53填充每个沟槽52。第一绝缘部件53由连续涂敷玻璃体转变温度Tg为250℃的热乙醚亚酰胺热塑性聚合物粘合剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可堆叠半导体芯片，包括： 具有多个焊盘的半导体芯片； 形成于半导体芯片的侧面和上表面上的绝缘层； 数根金属线，每根皆具有形成于绝缘层中的第一部分和用于电连接第一部分与相应于每根金属线的一个焊盘的第二部分，其中第一部分从绝缘层的一侧暴露出。

【技术特征摘要】
KR 1997-3-24 10082/971.一种可堆叠半导体芯片，包括具有多个焊盘的半导体芯片；形成于半导体芯片的侧面和上表面上的绝缘层；数根金属线，每根皆具有形成于绝缘层中的第一部分和用于电连接第一部分与相应于每根金属线的一个焊盘的第二部分，其中第一部分从绝缘层的一侧暴露出。2.如权利要求1的芯片，其特征在于，绝缘层包括第一绝缘层、第二绝缘层、第三绝缘层和第四绝缘层，其中相应于每根金属线的第一部分形成于第二绝缘层上。3.如权利要求2的芯片，其特征在于，所述第一绝缘层和第三绝缘层是热塑性聚合物粘合剂，其玻璃体转变温度Tg为250℃。4.如权利要求3的芯片，其特征在于，所述热塑性聚合物粘合剂是热乙醚亚酰胺。5.如权利要求1的芯片，其特征在于，所述第二绝缘层和第四绝缘层皆是Kapton聚酰亚胺。6.如权利要求1的芯片，其特征在于，所述金属线由Ti/Al层构成。7.一种堆叠式半导体芯片封装，包括利用双面粘结部件堆叠多个半导体芯片的堆叠式半导体芯片组件；多个形成于堆叠式半导体芯片组件的侧面上的外焊盘；及形成于外焊盘的外表面上的焊料球，其中所述每块半导体芯片皆包括设置于其上表面上的多个焊盘；包封半导体芯片侧面和上表面的第一绝缘层；形成于第一绝缘层上表面上的第二绝缘层；形成于第二绝缘层上表面上的金属线图形，其中每根金属线与相应的一个焊盘电连接，并从芯片横向延伸，由此，从芯片侧面重新定位焊盘；形成于所得结构上表面上的第三绝缘层；及形成于第三绝缘层上表面上的第四绝缘层。8.如权利要求7的封装，其特征在于，所述第一绝缘层和第三绝缘层是热塑性聚合物粘合剂，其玻璃体转变温度Tg为250℃。9.如权利要求8的封装，其特征在于，所述热塑性聚合物粘合剂是热乙醚亚酰胺。10.如权利要求9的封装，其特征在于，所述热乙醚亚酰胺是ultem。11.如权利要求7的封装，其特征在于，所述第二绝缘层和第四绝缘层皆是Kapton聚酰亚胺。12.如权利要求7的封装，其特征在于，所述金属线由...

【专利技术属性】
技术研发人员：白京煜，金榛洙，高亨守，
申请(专利权)人：LG半导体株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]