[发明专利]防护装置部件的应力缓冲

说明书

技术领域

公开整体涉及半导体装置及其形成方法，以及更特别涉及有效地将施加在精密装置部件上的应力扩展或分散的应力缓冲结构，从而防护这些部件免于破裂和/或损伤。

背景技术

半导体装置典型地包括各种装置部件(device feature)。这些部件中的一些也许实质上是精密的并且当它们暴露于内应力和外应力时易于破裂和损伤。更通常地，对装置部件的局部损伤导致半导体装置的灾难性失效。因此，如果不能充分防护装置部件免于在半导体装置的制造、处理和使用过程中出现的各种应力，那么半导体装置的完整性可能严重受损。

常规的半导体封装对灵敏的装置部件提供极少或者不提供额外防护。图1是常规半导体封装的横截面视图。封装结构包括多个连接垫3和钝化层1，其均形成在衬底10的面9(即外延层)上。封装还包括钝化层1下方的一个或多个装置部件2。

通常由非导电材料例如二氧化硅或氮化硅形成钝化层1。钝化层用于电隔离作用。它还能将灰尘和湿气保持在外，从而防护装置部件不被腐蚀。然而，钝化层1通常对于防护装置部件2免于由内应力和外应力所致的持续损伤不是有效的。

为了实现对装置部件的更好防护并降低成本，一些制造商利用聚合物涂层8代替钝化层1，如图2所示。通常由有机材料例如聚酰亚胺或苯并环丁烯(BCB)制备聚合物涂层8。此有机材料是柔顺的，因此聚合物涂层8可以用作防护装置部件2的应力缓冲层。然而，在某些环境下，聚合物涂层仍不足以对装置部件提供所需的防护，尤其是直接位于半导体衬底的表面下方的精密部件。

因此，仍然需要一种应力缓冲结构，该结构对于将施加在半导体装置部件上的应力扩展或分散是有效的，从而防护这些部件免于损伤，其进而改善了半导体装置的完整性。

发明内容

一方面，本公开提供了旨在设置于邻接半导体衬底的面的应力缓冲结构。该结构包括：具有至少第一侧的第一聚合物层，该至少第一侧与形成在半导体衬底上的至少一部分钝化层接触，半导体衬底在相同面上具有一个或多个连接垫(bond pad)；具有第一侧的第二聚合物层，该第一侧与第一聚合物层的相对的第二侧接触；金属板，其与第二聚合物层的相对的第二侧接触，其中金属板具有一个或多个金属层，并与半导体衬底的连接垫在物理上和电学上隔离。

所公开的金属板包括设置在第二聚合物层的第二侧上方的第一金属层。任选地，金属板包括设置在第一金属层上方的第二金属层，以及设置在第二金属层上方的任选的第三金属层。

另一方面，本公开提供了旨在设置于形成在半导体衬底的面上的聚合物涂层上方的应力缓冲结构。连同聚合物涂层，半导体衬底在衬底的相同面上具有一个或多个连接垫。此实施方案中的应力缓冲结构包括：具有至少第一侧的第一聚合物层，该至少第一侧与至少一部分聚合物涂层接触；以及金属板，其与第一聚合物层的相对的第二侧接触，其中金属板具有一个或多个金属层，并与半导体衬底的连接垫在物理上和电学上隔离。

所公开的应力缓冲结构在半导体封装上具有应力改善，因为它们将施加在半导体衬底的精密装置部件上的应力扩展和分散，因而防护这些部件在处理和使用过程中免于损伤。

本公开还提供了具有所公开的应力缓冲结构的半导体封装及其制备方法。

附图说明

图1示出了依照现有技术的第一实施方案的半导体封装的单独部分的横截面视图。

图2示出了依照现有技术的第二实施方案的半导体封装的单独部分的横截面视图。

图3a-3f示出了依照本公开的某些实施方案的半导体封装的单独部分的横截面视图，其显示了形成在半导体衬底的钝化层上的应力缓冲结构。

图4a-4d示出了依照本公开的某些实施方案的半导体封装的单独部分的横截面视图，其显示了包括位于金属板上的聚合物防护层的应力缓冲结构，其形成于半导体衬底的钝化层上。

图5a-5c示出了依照本公开的某些实施方案的半导体封装的单独部分的横截面视图，其显示了形成在半导体衬底的聚合物涂层上的应力缓冲结构。

具体实施方案

图3a-3f示出了依照所公开的第一实施方案形成于衬底10上的半导体结构的单独部分的横截面视图。如这些图所示，在衬底10的表面9上具有多个连接垫3。可以通过任何常规方法形成连接垫3。它由导电材料制成。最通常地使用Al或Cu。

形成在衬底10的面9上的是钝化层1。在图3a-3f中的钝化层1通常由例如二氧化硅或氮化硅的非导电材料形成。

在钝化层1上，存在将每一连接垫3的至少一部分暴露的多个孔。所述孔可以为任何形状和尺寸。