[发明专利]晶圆级器件封装

说明书

【技术领域】

本发明涉及晶圆级器件封装，特别涉及器件互连金属靠近功能器件的晶圆级器件封装。

【背景技术】

因为功能性增加的竞争需求以及越来越小的电子产品的竞争需求，迫使器件生产商要发明出更加复杂的封装设计，所以对于半导体器件来说，封装需求变得越来越严格。特别是，器件小型化的需求不断增加，已经使得封装生产商进行多芯片的垂直集成（vertical integration）以减小整个封装的尺寸，使得最终的电子产品能够更小。

例如“系统级封装（system-in-package）”设计已经用于CMOS图像传感器以及相关的数字信号处理器和存储器芯片。为了电连接在这些垂直集成封装里的芯片，已经有各种各样的技术存在。传统地，在硅芯片上形成硅通孔（TSV）并填充导体，其连接到每个芯片下面的焊球凸点（solder bump）上。

为了减少TSV的需求，就产生了(Tessera)技术。在SHELLCASE技术里，在每个器件芯片的边缘形成电引线，以使焊盘（bonding pad）和每个芯片下的焊球凸点互连。

TSV和SHELLCASE方法需要昂贵的晶圆处理（wafer processing）来生产最终的多芯片器件封装。而且，每个焊球凸点及其相应的金属化层需要大约100微米的高度，因此对最终封装的厚度有个下限。再者，SHELLCASE方法需要复杂的电路径，这会导致封装可靠性的降低，特别是由于金属化层和其下的半导体材料之间的热膨胀系数有很大的差异时。

因此需要有改良的晶圆级封装，其易于制作电连接，最小化封装厚度并提供可靠的互连。

【发明内容】

本发明披露了一种晶圆级封装的半导体器件，整个封装器件形成后才分离成单个器件。以这种方式，在器件分离过程中产生的小颗粒不会干扰到器件运行。

该半导体器件封装包括一半导体芯片，在其中形成有一个或多个半导体器件。有一个或多个焊盘与该半导体芯片连接，还有一保护层在所述一个或多个焊盘处连接在该半导体芯片之上，或通过所述焊盘上的一中间层连接在该半导体芯片之上。至少在半导体芯片的侧边缘和底表面上有一隔离层。在一个实施例中，有互连金属化凸点靠近该半导体芯片的一个或多个侧边缘，并电连接到至少一个焊盘上，它们是电连接焊盘。

在一个实施例中，可以这样制作一个图像传感器，其和数字信号处理器和存储器芯片以及透镜和保护盖垂直集成在一起。本发明可以达到低成本、可靠的互连、较薄的封装尺寸。

【附图说明】

图1是本发明一个实施例的多器件封装。

图2是用于形成图1封装的过程概览。

图2A-2M是图2相应方面的放大图。

图3描述填充材料和可选的散热片以及热界面材料。

图4描述图1多器件的散热封装结构。

图5是本发明半导体芯片封装的水平集成。

【具体实施方式】

详细参见图1，图1描述本发明一个实施例的晶圆级器件封装。有利地，单个器件的晶圆级封装避免了因器件分割（如切割）产生颗粒物质而导致的器件污染。也就是说，一个完成的塑封器件形成之后，才分割成单独器件，所以颗粒物根本碰不到单个的半导体芯片。

在图1的例子中，描述了一个图像传感器“系统级芯片”100，但是，图1描述的特征适用于单层（不是垂直集成）器件封装，将在以下描述。

在图1里，一个图像器件如CMOS图像传感器110其上有焊盘120。可选地，有金属垫片130位于焊盘120上，以提供额外的散热能力和/或增加图像传感器110上的间隙。金属垫片提供的额外间隙允许在图像传感器上形成透镜阵列200。保护层140通过焊盘120/金属垫片130连接到图像传感器110。对于图像传感器的应用，保护层140是透明材料，如玻璃、熔融石英（fused silica）、氧化铝（alumina）。也可以用透明的聚合物层。对于非图像应用，层140不需要是透明的。

隔离材料160至少覆盖图像传感器110的侧面和底面。可选地，隔离材料160还覆盖选择的部分焊盘120。凸点下金属化层170（Under bump metallization，UBM）接触焊盘120，形成与之的电连接。

电连接凸点180诸如焊球凸点形成在凸点下金属化层170上。焊盘上可选的隔离材料160有助于形成凸点下金属化层170（以下讨论）并提供结构支撑。单独的隔离材料190隔离焊盘120和铜垫片130。