DE102022131837A1

DE102022131837A1 - Integrierte schaltungspackages und verfahren zu deren herstellung

Info

Publication number: DE102022131837A1
Application number: DE102022131837.0A
Authority: DE
Inventors: Chun-Jen Chen; Wei-Chun Pai; Cheng Wei Ho; Sheng-Huan Chui
Original assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Current assignee: Taiwan Semiconductor Manufacturing Co TSMC Ltd
Priority date: 2022-01-31
Filing date: 2022-12-01
Publication date: 2023-08-03
Also published as: CN116314125A; KR20230117690A; KR20250058731A; US20230245991A1; TWI890017B; US12550784B2; US20250349784A1; TW202333336A

Abstract

Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung Folgendes auf: einen integrierten Schaltungs-Die mit einem Die-Verbindungselement; eine dielektrische Schicht auf dem integrierten Schaltungs-Die; eine UBM-Schicht (UBM: Metallisierung unter dem Kontakthügel), die einen Leitungsteil auf der dielektrischen Schicht und einen Durchkontaktierungsteil aufweist, der sich durch die dielektrische Schicht erstreckt, um das Die-Verbindungselement zu kontaktieren; eine Durchkontaktierung auf dem Leitungsteil der UBM-Schicht, wobei die Durchkontaktierung eine erste gewölbte Seitenwand in der Nähe des Die-Verbindungselements und eine zweite gewölbte Seitenwand hat, die von dem Die-Verbindungselement entfernt ist, wobei die erste gewölbte Seitenwand eine größere Bogenlänge als die zweite gewölbte Seitenwand hat; und ein Verkapselungsmaterial um die Durchkontaktierung und die UBM-Schicht.

Description

Prioritätsanspruch und Querverweis
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 31. Januar 2022 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 63/267.321, die durch Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist.
Hintergrund
Die Halbleiterindustrie hat durch ständige Verbesserungen bei der Integrationsdichte verschiedener elektronischer Komponenten (z. B. Transistoren, Dioden Widerstände, Kondensatoren usw.) ein rasches Wachstum erfahren. Zum größten Teil ist die Verbesserung der Integrationsdichte auf mehrmalige Verringerungen der kleinsten Strukturbreite zurückzuführen, wodurch mehr Komponenten auf einer gegebenen Fläche integriert werden können. Da die Forderung nach einer Verkleinerung von elektronischen Geräten stärker geworden ist, ist ein Bedarf an schnelleren und kreativeren Packaging-Verfahren für Halbleiter-Dies entstanden.
Figurenliste
Aspekte der vorliegenden Offenbarung lassen sich am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass gemäß der branchenüblichen Praxis verschiedene Merkmale nicht maßstabsgetreu dargestellt sind. Vielmehr können die Abmessungen der verschiedenen Merkmale zugunsten einer klaren Erläuterung willkürlich vergrößert oder verkleinert sein.

1 ist eines Schnittansicht eines integrierten Schaltungs-Dies.
Die 2 bis 10 sind Schnittansichten von Zwischenstufen beim Herstellen eines integrierten Schaltungspackages gemäß einigen Ausführungsformen.
11 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungspackages gemäß einigen Ausführungsformen.
12 ist eine Schnittansicht einer integrierten Schaltungsvorrichtung gemäß einigen Ausführungsformen.
Die 13A bis 13C sind Schnittansichten von Zwischenstufen beim Herstellen eines integrierten Schaltungspackages gemäß einigen weiteren Ausführungsformen.
Die 14 und 15 sind Schnittansichten eines integrierten Schaltungspackages gemäß einigen Ausführungsformen.
Die 16 und 17 sind Schnittansichten eines integrierten Schaltungspackages gemäß einigen Ausführungsformen.
Die 18 und 19 sind Schnittansichten eines integrierten Schaltungspackages gemäß einigen Ausführungsformen.

Detaillierte Beschreibung
Die nachstehende Offenbarung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der Erfindung. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich lediglich Beispiele und sollen nicht beschränkend sein. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element hergestellt werden können, sodass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Offenbarung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen der in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Vorrichtung umfassen. Die Vorrichtung kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können entsprechend interpretiert werden.
Bei verschiedenen Ausführungsformen werden Durchkontaktierungen für integrierte Schaltungspackages hergestellt, die gewölbte Seitenwände haben. Die Durchkontaktierungen werden auf UBM-Schichten (UBMLs; UBM: Metallisierung unter dem Kontakthügel) hergestellt. Um die Durchkontaktierungen und die UBM-Schichten wird ein Verkapselungsmaterial hergestellt. Die gewölbten Seitenwände der Durchkontaktierungen können konkave Seitenwände sein, sodass die Durchkontaktierungen Sanduhr-förmige Formen haben, oder sie können konvexe Seitenwände sein, sodass die Durchkontaktierungen ausgebauchte rechteckige Formen haben. Durch Herstellen der Durchkontaktierungen mit gewölbten Seitenwänden kann die Größe einer mechanischen Spannung, die sich an jeweiligen Grenzflächen zwischen den Durchkontaktierungen und dem Verkapselungsmaterial konzentriert, reduziert werden, wodurch die Gefahr verringert wird, dass sich das Verkapselungsmaterial von den Durchkontaktierungen löst. Zusätzlich oder alternativ kann durch Herstellen der Durchkontaktierungen mit gewölbten Seitenwänden die Größe einer mechanischen Spannung, die sich an jeweiligen Übergängen zwischen den Durchkontaktierungen und den tieferliegenden UBM-Schichten konzentriert, reduziert werden, wodurch die Gefahr verringert wird, dass sich Risse zwischen den Durchkontaktierungen und den UBM-Schichten bilden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit des resultierenden Packages erhöht werden. Bei einigen Ausführungsformen haben die Durchkontaktierungen proximale Seitenwände, die zu jeweiligen Die-Verbindungselementen eines tieferliegenden integrierten Schaltungs-Dies zeigen, und distale Seitenwände, die den proximalen Seitenwänden gegenüberliegen. Die proximalen Seitenwände haben eine größere Bogenlänge als die distalen Seitenwände. Auf die proximalen Seitenwände kann eine größere Spannung als auf die distalen Seitenwände aufgebracht werden, und durch Herstellen der proximalen Seitenwände mit einer größeren Bogenlänge können die proximalen Seitenwände mehr Spannung als die distalen Seitenwände reduzieren oder verteilen.
1 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungs-Dies 50. Bei einer späteren Bearbeitung werden die integrierten Schaltungs-Dies 50 verkappt, um ein integriertes Schaltungspackages herzustellen. Jeder integrierte Schaltungs-Die 50 kann Folgendes sein: eine Logikvorrichtung [z. B. ein Hauptprozessor (CPU), ein Grafikprozessor (GPU), ein Microcontroller usw.], eine Speichervorrichtung [z. B. ein DRAM-Die (DRAM: dynamischer Direktzugriffsspeicher), ein SRAM-Die (SRAM: statischer Direktzugriffsspeicher)], eine Power-Management-Vorrichtung [z. B. ein integrierter Power-Management-Schaltkreis-Die (PMIC-Die)], eine Hochfrequenzvorrichtung (HF-Vorrichtung), eine Sensorvorrichtung, eine MEMS-Vorrichtung (MEMS: mikroelektromechanisches System), eine Signalverarbeitungsvorrichtung [z. B. ein DSP-Die (DSP: digitale Signalverarbeitung)], eine Front-End-Vorrichtung [z. B. ein analoger Front-End-Die (AFE-Die)] oder dergleichen oder eine Kombination davon [z. B. ein SoC-Die (SoC: System-on-a-Chip)]. Der integrierte Schaltungs-Die 50 kann in einem Wafer hergestellt werden, der unterschiedliche Die-Bereiche aufweisen kann, die in späteren Schritten zu einer Mehrzahl von integrierten Schaltungs-Dies 50 vereinzelt werden. Der integrierte Schaltungs-Die 50 weist ein Halbleitersubstrat 52, eine Interconnect-Struktur 54, Die-Verbindungselemente 56 und eine dielektrische Schicht 58 auf.
Das Halbleitersubstrat 52 kann ein Substrat aus Silizium, das dotiert oder undotiert ist, oder eine aktive Schicht eines Halbleiter-auf-Isolator-Substrats (SOI-Substrats) sein. Das Halbleitersubstrat 52 kann Folgendes aufweisen: andere Halbleitermaterialien, wie etwa Germanium; einen Verbindungshalbleiter, wie etwa Siliziumcarbid, Galliumarsenid, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid; einen Legierungshalbleiter, wie etwa Siliziumgermanium, Galliumarsenidphosphid, Aluminiumindiumarsenid, Aluminiumgalliumarsenid, Galliumindiumarsenid, Galliumindiumphosphid und/oder Galliumindiumarsenidphosphid; oder eine Kombination davon. Andere Substrate, wie etwa mehrschichtige oder Gradient-Substrate, können ebenfalls verwendet werden. Das Halbleitersubstrat 52 hat eine aktive Seite (z. B. die Seite, die nach oben zeigt) und eine inaktive Seite (z. B. die Seite, die nach unten zeigt). Auf der aktiven Seite des Halbleitersubstrats 52 sind Vorrichtungen angeordnet. Die Vorrichtungen können aktive Vorrichtungen (z. B. Transistoren, Dioden usw.), Kondensatoren, Widerstände usw. sein. Auf der inaktiven Seite sind möglicherweise keine Vorrichtungen angeordnet.
Die Interconnect-Struktur 54 ist über der aktiven Seite des Halbleitersubstrats 52 angeordnet und wird zum elektrischen Verbinden der Vorrichtungen des Halbleitersubstrats 52 verwendet, um einen integrierten Schaltkreis herzustellen. Die Interconnect-Struktur 54 kann eine oder mehrere dielektrische Schichten und jeweilige Metallisierungsschichten in den dielektrischen Schichten aufweisen. Geeignete dielektrische Materialien für die dielektrischen Schichten sind Oxide, wie etwa Siliziumoxid oder Aluminiumoxid; Nitride, wie etwa Siliziumnitrid; Carbide, wie etwa Siliziumcarbid; oder dergleichen; oder Kombinationen davon, wie etwa Siliziumoxidnitrid, Siliziumoxidcarbid, Siliziumcarbonitrid, Siliziumoxidcarbonitrid oder dergleichen. Andere dielektrische Materialien können ebenfalls verwendet werden, wie etwa ein Polymer, z. B. Polybenzoxazol (PBO), ein Polyimid, ein BCB-basiertes Polymer (BCB: Benzocyclobuten), oder dergleichen. Die Metallisierungsschichten können leitfähige Durchkontaktierungen und/oder leitfähige Leitungen umfassen, um die Vorrichtungen des Halbleitersubstrats 52 miteinander zu verbinden. Die Metallisierungsschichten können aus einem leitfähigen Material hergestellt werden, wie etwa einem Metall wie Kupfer, Cobalt, Aluminium, Gold, Kombinationen davon oder dergleichen. Die Interconnect-Struktur 54 kann mit einem Damascene-Prozess hergestellt werden, wie etwa einem Single-Damascene-Prozess, einem Dual-Damascene-Prozess oder dergleichen.
Auf einer Vorderseite 50F des integrierten Schaltungs-Dies 50 sind Die-Verbindungselemente 56 angeordnet. Die Die-Verbindungselemente 56 können leitfähige Säulen, Pads oder dergleichen sein, mit denen Außenanschlüsse hergestellt werden. Die Die-Verbindungselemente 56 sind in und/oder auf der Interconnect-Struktur 54 angeordnet. Zum Beispiel können die Die-Verbindungselemente 56 Teil einer oberen Metallisierungsschicht der Interconnect-Struktur 54 sein. Die Die-Verbindungselemente 56 können aus einem Metall wie Kupfer, Aluminium oder dergleichen zum Beispiel durch Plattierung oder dergleichen hergestellt werden.
Optional können während der Herstellung des integrierten Schaltungs-Dies 50 Lotbereiche (nicht einzeln dargestellt) auf den Die-Verbindungselementen 56 erzeugt werden. Die Lotbereiche können zum Durchführen einer Chipsondenprüfung (CP-Prüfung) an dem integrierten Schaltungs-Die 50 verwendet werden. Die Lotbereiche können zum Beispiel Lotkugeln, Lötkontakthügel oder dergleichen sein, die zum Befestigen einer Chipsonde an den Die-Verbindungselementen 56 verwendet werden. Die Chipsondenprüfung kann an dem integrierten Schaltungs-Die 50 durchgeführt werden, um zu ermitteln, ob der integrierte Schaltungs-Die 50 ein erwiesenermaßen guter Die (KGD) ist. Somit werden nur integrierte Schaltungs-Dies 50, die KGDs sind, weiterbearbeitet und verkappt, und Dies, die die Chipsondenprüfung nicht bestehen, werden nicht verkappt. Nach der Prüfung können die Lotbereiche in späteren Bearbeitungsschritten entfernt werden.
Auf der Vorderseite 50F des integrierten Schaltungs-Dies 50 befindet sich eine dielektrische Schicht 58. Die dielektrische Schicht 58 ist auf und/oder in der Interconnect-Struktur 54 angeordnet. Die dielektrische Schicht 58 kann zum Beispiel eine obere dielektrische Schicht der Interconnect-Struktur 54 sein. Die dielektrische Schicht 58 verkapselt die Die-Verbindungselemente 56 seitlich. Die dielektrische Schicht 58 kann ein Oxid, ein Nitrid, ein Carbid, ein Polymer oder dergleichen oder eine Kombination davon sein. Die dielektrische Schicht 58 kann zum Beispiel durch Schleuderbeschichtung, Laminierung, chemische Gasphasenabscheidung (CVD) oder dergleichen hergestellt werden. Zunächst können die Die-Verbindungselemente 56 in der dielektrischen Schicht 58 vergraben werden, sodass sich eine Oberseite der dielektrischen Schicht 58 über Oberseiten der Die-Verbindungselemente 56 befindet. Die Die-Verbindungselemente 56 werden während der Herstellung des integrierten Schaltungs-Dies 50 durch die dielektrische Schicht 58 freigelegt. Durch das Freiliegen der Die-Verbindungselemente 56 können Lotbereiche entfernt werden, die sich auf den Die-Verbindungselementen 56 befinden können. An den verschiedenen Schichten kann ein Entfernungsprozess durchgeführt werden, um überschüssige Materialien über den Die-Verbindungselementen 56 zu entfernen. Der Entfernungsprozess kann ein Planarisierungsprozess, wie etwa eine chemisch-mechanische Polierung (CMP), eine Rückätzung, eine Kombination davon oder dergleichen, sein. Nach dem Planarisierungsprozess sind Oberseiten der Die-Verbindungselemente 56 und der dielektrischen Schicht 58 (innerhalb von Prozessschwankungen) koplanar, und sie liegen auf der Vorderseite 50F des integrierten Schaltungs-Dies 50 frei.
Bei einigen Ausführungsformen ist der integrierte Schaltungs-Die 50 eine Stapelvorrichtung, die mehrere Halbleitersubstrate 52 aufweist. Der integrierte Schaltungs-Die 50 kann zum Beispiel eine Speichervorrichtung sein, die mehrere Speicher-Dies aufweist, wie etwa eine HMC-Vorrichtung (HMC: Hybridspeicherwürfel), eine HBM-Vorrichtung (HBM: Speicher mit hoher Bandbreite) oder dergleichen. Bei diesen Ausführungsformen weist der integrierte Schaltungs-Die 50 mehrere Halbleitersubstrate 52 auf, die durch Substrat-Durchkontaktierungen (TSVs), wie etwa Silizium-Durchkontaktierungen (nicht einzeln dargestellt), miteinander verbunden sind. Jedes dieser Halbleitersubstrate 52 kann eine gesonderte Interconnect-Struktur 54 haben (oder auch nicht).
Die 2 bis 10 sind Schnittansichten von Zwischenstufen beim Herstellen eines integrierten Schaltungspackages 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Insbesondere wird ein integriertes Schaltungspackage 100 durch Verkappen eines oder mehrerer Schaltungs-Dies 50 in einem Packagebereich 102A hergestellt. Der Packagebereich 102A wird bei der späteren Bearbeitung zertrennt, um das integrierte Schaltungspackage 100 herzustellen. Es wird zwar die Bearbeitung nur eines Packagebereichs 102A dargestellt, aber es versteht sich, dass Packagebereiche 102A in jeder Anzahl gleichzeitig bearbeitet werden können, um integrierte Schaltungspackages 100 in jeder Anzahl herzustellen.
In 2 wird ein Trägersubstrat 102 bereitgestellt, und auf dem Trägersubstrat 102 wird eine Ablöseschicht 104 hergestellt. Das Trägersubstrat 102 kann ein Glas-Trägersubstrat, ein Keramik-Trägersubstrat oder dergleichen sein. Das Trägersubstrat 102 kann ein Wafer sein, sodass mehrere Packages gleichzeitig auf dem Trägersubstrat 102 hergestellt werden können. Die Ablöseschicht 104 kann aus einem polymerbasierten Material hergestellt werden und kann zusammen mit dem Trägersubstrat 102 von höherliegenden Strukturen, die in späteren Schritten hergestellt werden, entfernt werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Ablöseschicht 104 ein durch Wärme ablösbares Material auf Epoxidbasis, das beim Erwärmen sein Haftvermögen verliert, wie etwa ein LTHC-Ablösebelag (LTHC: Licht-Wärme-Umwandlung). Bei anderen Ausführungsformen kann die Ablöseschicht 104 ein Ultraviolett-Klebstoff (UV-Klebstoff) sein, der sein Haftvermögen bei Bestrahlung mit UV-Licht verliert. Die Ablöseschicht 104 kann als eine Flüssigkeit verteilt werden und gehärtet werden, kann als ein Schichtstoff auf das Trägersubstrat 102 aufgebracht werden, oder dergleichen. Die Oberseite der Ablöseschicht 104 kann planarisiert werden und kann ein hohes Maß an Planarität haben.
Auf der Ablöseschicht 104 sind Halbleiter-Dies angeordnet, wie etwa integrierte Schaltungs-Dies 50 (z. B. ein erster integrierter Schaltungs-Die 50A und ein zweiter integrierter Schaltungs-Die 50B). In dem Packagebereich 102A werden integrierte Schaltungs-Dies 50 einer gewünschten Art in einer gewünschten Menge platziert. Bei der dargestellten Ausführungsform werden mehrere integrierte Schaltungs-Dies 50, die den ersten integrierten Schaltungs-Die 50A und den zweiten integrierten Schaltungs-Die 50B umfassen, zueinander benachbart in dem Packagebereich 102A platziert. Der erste integrierte Schaltungs-Die 50A kann eine Logikvorrichtung sein, wie etwa ein Hauptprozessor (CPU), ein Grafikprozessor (GPU), ein System-on-a-Chip (SoC), ein Microcontroller oder dergleichen. Der zweite integrierte Schaltungs-Die 50B kann eine Speichervorrichtung sein, wie etwa ein DRAM-Die (DRAM: dynamischer Direktzugriffsspeicher), ein SRAM-Die (SRAM: statischer Direktzugriffsspeicher), ein HMC-Modul (HMC: Hybridspeicherwürfel), ein HBM-Modul (HBM: Speicher mit hoher Bandbreite) oder dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen können die integrierten Schaltungs-Dies 50A und 50B dieselbe Art von Dies, wie etwa SoC-Dies, sein. Der erste integrierte Schaltungs-Die 50A und der zweite integrierte Schaltungs-Die 50B können in Prozessen desselben Technologieknotens oder in Prozessen unterschiedlicher Technologieknoten hergestellt werden. Zum Beispiel kann der erste integrierte Schaltungs-Die 50A ein Schaltungs-Die eines moderneren Prozessknotens als der zweite integrierte Schaltungs-Die 50B sein. Die integrierten Schaltungs-Dies 50A und 50B können unterschiedliche Größen (z. B. unterschiedliche Höhen und/oder Flächeninhalte) haben, oder sie können dieselbe Größe (z. B. dieselben Höhen und/oder Flächeninhalte) haben.
In 3 wird ein Verkapselungsmaterial 108 um die integrierten Schaltungs-Dies 50 und auf der Ablöseschicht 104 hergestellt. Nach der Herstellung verkapselt das Verkapselungsmaterial 108 die integrierten Schaltungs-Dies 50. Das Verkapselungsmaterial 108 kann eine Formmasse, ein Epoxid oder dergleichen sein. Bei einigen Ausführungsformen ist das Verkapselungsmaterial 108 ein Polymerharz, das Füllstoffe enthält. Das Verkapselungsmaterial 108 kann durch Formpressen, Pressspritzen oder dergleichen über dem Trägersubstrat 102 aufgebracht werden, sodass die integrierten Schaltungs-Dies 50 vergraben oder bedeckt werden. Außerdem wird das Verkapselungsmaterial 108 in Spaltbereichen zwischen den integrierten Schaltungs-Dies 50 verteilt. Das Verkapselungsmaterial 108 kann in einer flüssigen oder halbflüssigen Form aufgebracht werden und anschließend gehärtet werden. An dem Verkapselungsmaterial 108 kann ein Entfernungsprozess durchgeführt werden, um die Die-Verbindungselemente 56 der integrierten Schaltungs-Dies 50 freizulegen. Mit dem Entfernungsprozess kann Material des Verkapselungsmaterials 108 und der integrierten Schaltungs-Dies 50 (z. B. der Die-Verbindungselemente 56 und der dielektrischen Schicht 58) entfernt werden, bis die Die-Verbindungselemente 56 freiliegen. Der Entfernungsprozess kann zum Beispiel ein Planarisierungsprozess sein, wie etwa eine chemisch-mechanische Polierung (CMP), ein Schleifprozess oder dergleichen. Nach dem Planarisierungsprozess sind Oberseiten des Verkapselungsmaterials 108 und der integrierten Schaltungs-Dies 50 (z. B. der Die-Verbindungselemente 56 und der dielektrischen Schicht 58) (innerhalb von Prozessschwankungen) im Wesentlichen koplanar. Bei einigen Ausführungsformen kann der Entfernungsprozess entfallen, zum Beispiel wenn die Die-Verbindungselemente 56 bereits freiliegen.
In 4 wird auf dem Verkapselungsmaterial 108 und den integrierten Schaltungs-Dies 50 (z. B. auf den Die-Verbindungselementen 56 und der dielektrischen Schicht 58) eine dielektrische Schicht 110 abgeschieden. Die dielektrische Schicht 110 kann aus einem lichtempfindlichen Material, das unter Verwendung einer lithografischen Maske strukturiert werden kann, wie etwa PBO (Polybenzoxazol), einem Polyimid, einem BCB-basierten Polymer (BCB: Benzocyclobuten), einem Cyclo-Olefin-Copolymer, einem acrylbasierten Copolymer oder dergleichen, durch Schleuderbeschichtung, Laminierung, CVD oder dergleichen hergestellt werden. Es können auch andere geeignete dielektrische Materialien verwendet werden, die mit einem geeigneten Prozess abgeschieden werden. Dann wird die dielektrische Schicht 110 strukturiert. Durch das Strukturieren entstehen in der dielektrischen Schicht 110 Öffnungen 112, die Teile der Die-Verbindungselemente 56 freilegen. Das Strukturieren kann mit einem geeigneten Verfahren erfolgen, wie etwa durch Belichten und Entwickeln der dielektrischen Schicht 110, wenn sie ein lichtempfindliches Material ist, oder durch Ätzen, zum Beispiel anisotropes Ätzen.
In 5 werden UBM-Schichten (UBMLs) 114 in den Öffnungen 112 hergestellt. Die UBMLs 114 weisen Leitungsteile auf einer Hauptfläche der dielektrischen Schicht 110 auf und erstrecken sich entlang dieser, und sie weisen Durchkontaktierungsteile auf, die sich durch die dielektrische Schicht 110 erstrecken, um die Die-Verbindungselemente 56 der integrierten Schaltungs-Dies 50 zu kontaktieren, sodass die UBMLs 114 physisch und elektrisch mit den integrierten Schaltungs-Dies 50 verbunden werden.
Auf einer ersten Teilmenge von UBMLs 114A (z. B. auf den Leitungsteilen der UBMLs 114A) werden Durchkontaktierungen 116 hergestellt. Eine zweite Teilmenge von UBMLs 114B weist keine Durchkontaktierungen 116 auf. Die UBMLs 114A und die Durchkontaktierungen 116 werden anschließend zum Verbinden mit höheren Schichten des integrierten Schaltungspackages 100 verwendet. Dann werden die UBMLs 114B zum Verbinden mit Verbindungs-Dies verwendet, die die integrierten Schaltungs-Dies 50 (z. B. die integrierten Schaltungs-Dies 50A und 50B; siehe 3) direkt miteinander verbinden und eine Kommunikation zwischen ihnen ermöglichen.
Wie später näher dargelegt wird, werden die Durchkontaktierungen 116 so hergestellt, dass sie gewölbte Seitenwände haben. Durch Herstellen der Durchkontaktierungen 116 mit gewölbten Seitenwänden kann die Größe einer mechanischen Spannung, die sich an den Durchkontaktierungen 116 konzentriert, reduziert werden, wodurch die Gefahr einer Ablösung und/oder Rissbildung verringert wird und die Zuverlässigkeit des resultierenden Packages erhöht wird. Bei dieser Ausführungsform sind die gewölbten Seitenwände der Durchkontaktierungen 116 konkave Seitenwände, sodass jede der Durchkontaktierungen 116 Sanduhr-förmig ist. Aufgrund der Sanduhr-Form haben die Durchkontaktierungen 116 mehrere Breiten (was später unter Bezugnahme auf 11 beschrieben wird), sodass mittlere Teile der Durchkontaktierungen 116 eine kleinere Breite als deren Endteile haben. Bei einer anderen Ausführungsform (die später unter Bezugnahme auf die 14 und 15 beschrieben wird) sind die gewölbten Seitenwände der Durchkontaktierungen 116 konvexe Seitenwände, sodass jede der Durchkontaktierungen 116 eine ausgebauchte rechteckige Form hat.
Die 6A bis 6H sind Schnittansichten von Zwischenstufen beim Herstellen der UBMLs 114 und der Durchkontaktierungen 116 gemäß einigen Ausführungsformen. Es sind Einzelheiten in einem Bereich 100R von 5 dargestellt. Es wird ein Verfahren zum Herstellen einer Durchkontaktierung 116 mit konkaven Seitenwänden gezeigt.
In 6A wird über der dielektrischen Schicht 110 und in den Öffnungen 112 eine Seedschicht 120 hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen ist die Seedschicht 120 eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Verbundschicht mit einer Mehrzahl von Teilschichten sein kann, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Seedschicht 120 eine Titanschicht und eine Kupferschicht über der Titanschicht. Die Seedschicht 120 kann zum Beispiel durch physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) oder dergleichen hergestellt werden.
Dann wird auf der Seedschicht 120 eine erste Maske 122 hergestellt, die anschließend strukturiert wird. Die erste Maske 122 kann ein Fotoresist sein, das durch Schleuderbeschichtung oder dergleichen hergestellt wird und für die Strukturierung belichtet werden kann. Die Struktur der ersten Maske 122 entspricht den UBMLs 114 (siehe 6H). Durch das Strukturieren werden Öffnungen 124 durch die erste Maske 122 erzeugt, um die Seedschicht 120 freizulegen. Die erste Maske 122 hat gerade Seitenwände, die die Öffnungen 124 definieren, wobei die geraden Seitenwände senkrecht zu einer Hauptfläche der ersten Maske 122 sind.
In 6B wird in den Öffnungen 124 der ersten Maske 122 und auf den freigelegten Teilen der Seedschicht 120 ein leitfähiges Material 126 abgeschieden. Das leitfähige Material 126 kann ein Metall wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen sein und kann durch Plattierung, wie etwa stromlose Plattierung oder Elektroplattierung oder dergleichen, abgeschieden werden. Bei einigen Ausführungsformen ist das leitfähige Material 126 ein Metall, das unter Verwendung der Seedschicht 120 plattiert wird.
Bei einigen Ausführungsformen wird das leitfähige Material 126 mit einem Elektroplattierungsprozess hergestellt. Insbesondere wird das leitfähige Material 126 durch Tauchen der Seedschicht 120 in ein Galvanisierbad hergestellt. Das Galvanisierbad kann z. B. ein Schwefelsäure-Elektrolyt sein. Das Galvanisierbad enthält Kationen des leitfähigen Materials 126. An das Galvanisierbad wird ein elektrischer Strom angelegt, um die Kationen zu reduzieren und dadurch das leitfähige Material 126 herzustellen.
Bei der dargestellten Ausführungsform hat das leitfähige Material 126 Seitenwände, die sich nach innen verjüngen. Somit nimmt eine Breite des leitfähigen Materials 126 in einer Richtung von der Seedschicht 120 weg ab. Die Seitenwände können (innerhalb von Prozessschwankungen) im Wesentlichen gerade sein, sodass das leitfähige Material 126 eine Trapezform hat. Das leitfähige Material 126 kann mit Seitenwänden, die sich nach innen verjüngen, dadurch hergestellt werden, dass zunächst ein unterer Teil des leitfähigen Materials 126 mit einer niedrigeren Plattierungsgeschwindigkeit plattiert wird und dann ein oberer Teil des leitfähigen Materials 126 mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit plattiert wird. Der Elektroplattierungsprozess kann mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer niedrigen Plattierungsstromdichte durchgeführt werden, und er kann mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer hohen Plattierungsstromdichte durchgeführt werden.
In 6C wird die erste Maske 122 entfernt. Bei Ausführungsformen, bei denen die erste Maske 122 ein Fotoresist ist, kann sie mit einem geeigneten Ablösungs- oder Stripping-Verfahren, zum Beispiel unter Verwendung eines Sauerstoff-Plasmas oder dergleichen, entfernt werden. Nachdem die erste Maske 122 entfernt worden ist, können freigelegte Teile der Seedschicht 120 zum Beispiel mit einem geeigneten Ätzprozess entfernt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Seedschicht 120 nicht in diesem Bearbeitungsschritt, sondern in einem späteren Bearbeitungsschritt entfernt.
In 6D wird auf dem leitfähigen Material 126 und der Seedschicht 120 eine zweite Maske 128 hergestellt, die anschließend strukturiert wird. Die zweite Maske 128 kann ein Fotoresist sein, das durch Schleuderbeschichtung oder dergleichen hergestellt wird und für die Strukturierung belichtet werden kann. Die Struktur der zweiten Maske 128 entspricht den Durchkontaktierungen 116 (siehe 6H). Durch das Strukturieren werden Öffnungen 130 durch die zweite Maske 128 erzeugt, um das leitfähige Material 126 freizulegen. Die zweite Maske 128 hat gerade Seitenwände, die die Öffnungen 130 definieren, wobei die geraden Seitenwände senkrecht zu einer Hauptfläche der zweiten Maske 128 sind.
Die 6E bis 6G zeigen ein Abscheiden eines leitfähigen Materials 132 für die Durchkontaktierungen 116 (siehe 6H). Das leitfähige Material 132 kann ein Metall wie Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen sein und kann durch Plattierung, wie etwa stromlose Plattierung oder Elektroplattierung oder dergleichen, abgeschieden werden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist das leitfähige Material 132 dasselbe Material wie das leitfähige Material 126, und es wird unter Verwendung der Seedschicht 120 plattiert. Bei diesen Ausführungsformen befinden sich keine Seedschichten zwischen den leitfähigen Materialien 126 und 132, sodass die leitfähigen Materialien 126 und 132 ein und dasselbe einzige zusammenhängende Metall sind.
Bei einigen Ausführungsformen wird das leitfähige Material 132 mit einem Elektroplattierungsprozess hergestellt. Insbesondere wird das leitfähige Material 132 durch Tauchen des leitfähigen Materials 126 in ein Galvanisierbad hergestellt. Das Galvanisierbad kann z. B. ein Schwefelsäure-Elektrolyt sein. Das Galvanisierbad enthält Kationen des leitfähigen Materials 132. An das Galvanisierbad wird ein elektrischer Strom angelegt, um die Kationen zu reduzieren und dadurch das leitfähige Material 132 herzustellen. Wie anschließend näher dargelegt wird, wird eine Mehrzahl von Plattierungsgeschwindigkeiten zum Plattieren eines unteren, eines mittleren und eines oberen Teils des leitfähigen Materials 132 verwendet, sodass das leitfähige Material 132 konkave Seitenwände erhält. Das in Bearbeitung befindliche Werkstück kann vertikal ausgerichtet werden, wenn das leitfähige Material 126 in das Galvanisierbad getaucht wird. Durch Gravitationskräfte kann ein unterer Teil des Galvanisierbads eine höhere Konzentration von Kationen als der obere Teil des Galvanisierbads haben, und daher kann das leitfähige Material 132 asymmetrisch plattiert werden, wenn das Werkstück vertikal ausgerichtet ist. Alternativ kann das in Bearbeitung befindliche Werkstück horizontal ausgerichtet werden, wenn das leitfähige Material 126 in das Galvanisierbad getaucht wird. Das leitfähige Material 132 kann symmetrisch plattiert werden, wenn das Werkstück horizontal ausgerichtet ist.
In 6E wird ein unterer Teil 132L des leitfähigen Materials 132 in den Öffnungen 130 der zweiten Maske 128 und auf dem freiliegenden Teil des leitfähigen Materials 126 hergestellt. Das leitfähige Material 132L hat Seitenwände, die sich nach innen verjüngen. Somit nimmt eine Breite des leitfähigen Materials 132L in einer Richtung von der Seedschicht 120 weg ab. Die sich nach innen verjüngenden Seitenwände können gewölbt sein. Das leitfähige Material 132L kann mit Seitenwänden, die sich nach innen verjüngen, dadurch hergestellt werden, dass zunächst ein unterer Teil des leitfähigen Materials 132L mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit plattiert wird und dann ein oberer Teil des leitfähigen Materials 132L mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit plattiert wird. Wenn der Elektroplattierungsprozess mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit beginnt und dann zu einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit übergeht, wird die Plattierungsgleichförmigkeit des Elektroplattierungsprozesses in den Öffnungen 130 reduziert, wodurch ein leitfähiges Material 132L mit sich nach innen verjüngenden Seitenwänden entsteht. Der Elektroplattierungsprozess kann mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer niedrigen Plattierungsstromdichte durchgeführt werden, und er kann mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer hohen Plattierungsstromdichte durchgeführt werden. Wenn eine niedrigere Plattierungsgeschwindigkeit verwendet wird, kann die Plattierung mit einer längeren Dauer durchgeführt werden, sodass das leitfähige Material 132L dick genug ist. Bei einigen Ausführungsformen wird das leitfähige Material 132L zunächst mit einer Plattierungsstromdichte von 8 A/dm² bis 12 A/dm² für eine Dauer von 600 s bis 800 s plattiert und wird dann mit einer Plattierungsstromdichte von 30 A/dm² bis 44 A/dm² für eine Dauer von 200 s bis 400 s plattiert. Durch Plattieren des leitfähigen Materials 132L unter Verwendung von Plattierungsstromdichten und Dauern in diesen Bereichen kann das leitfähige Material 132L mit einer ausreichenden Dicke und mit sich nach innen verjüngenden Seitenwänden hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen hat das leitfähige Material 132L eine Dicke von 15 µm bis 25 µm.
In 6F wird ein mittlerer Teil 132M des leitfähigen Materials 132 in den Öffnungen 130 der zweiten Maske 128 und auf dem unteren Teil des leitfähigen Materials 132L hergestellt. Das leitfähige Material 132M hat Seitenwände, die (innerhalb von Prozessschwankungen) im Wesentlichen gerade sind, wobei die geraden Seitenwände senkrecht zu einer Hauptfläche der Seedschicht 120 sind. Somit ist eine Breite des leitfähigen Materials 132M in einer Richtung von der Seedschicht 120 weg konstant. Das leitfähige Material 132M kann mit geraden Seitenwänden durch Plattieren des leitfähigen Materials 132M mit einer mittleren Plattierungsgeschwindigkeit hergestellt werden. Die mittlere Plattierungsgeschwindigkeit, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132M verwendet wird, kann höher oder als die niedrige Plattierungsgeschwindigkeit sein, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132L verwendet wird, und sie kann niedriger als die hohe Plattierungsgeschwindigkeit sein, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132L verwendet wird. Das leitfähige Material 132M kann mit einer mittleren Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer mittleren Plattierungsstromdichte plattiert werden. Bei einigen Ausführungsformen wird das leitfähige Material 132M mit einer Plattierungsstromdichte von 25 A/dm² bis 30 A/dm² für eine Dauer von 600 s bis 800 s plattiert. Durch Plattieren des leitfähigen Materials 132M unter Verwendung einer Plattierungsstromdichte und einer Dauer in diesen Bereichen kann das leitfähige Material 132M mit einer ausreichenden Dicke und mit geraden Seitenwänden hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen hat das leitfähige Material 132M eine Dicke von 35 µm bis 45 µm.
In 6G wird ein oberer Teil 132U des leitfähigen Materials 132 in den Öffnungen 130 der zweiten Maske 128 und auf dem mittleren Teil 132M des leitfähigen Materials 132 hergestellt. Das leitfähige Material 132U hat Seitenwände, die sich nach außen verjüngen. Somit nimmt eine Breite des leitfähigen Materials 132U in einer Richtung von der Seedschicht 120 weg zu. Die sich nach außen verjüngenden Seitenwände sind gewölbt. Das leitfähige Material 132U kann mit Seitenwänden, die sich nach außen verjüngen, dadurch hergestellt werden, dass das leitfähige Materials 132U zunächst mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit und dann mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit plattiert wird. Die mittlere Plattierungsgeschwindigkeit, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132U verwendet wird, kann höher als die niedrige Plattierungsgeschwindigkeit sein, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132U verwendet wird, und sie kann niedriger als die hohe Plattierungsgeschwindigkeit sein, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132U verwendet wird. Wenn der Elektroplattierungsprozess mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit beginnt und dann zu einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit übergeht, nimmt die Plattierungsgleichförmigkeit des Elektroplattierungsprozesses in den Öffnungen 130 zu, wodurch ein leitfähiges Material 132U mit sich nach außen verjüngenden Seitenwänden entsteht. Der Elektroplattierungsprozess kann mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer hohen Plattierungsstromdichte durchgeführt werden, und er kann mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer niedrigen Plattierungsstromdichte durchgeführt werden. Wenn eine niedrigere Plattierungsgeschwindigkeit verwendet wird, kann die Plattierung mit einer längeren Dauer durchgeführt werden, sodass das leitfähige Material 132U dick genug ist. Bei einigen Ausführungsformen wird das leitfähige Material 132U zunächst mit einer Plattierungsstromdichte von 30 A/dm² bis 44 A/dm² für eine Dauer von 200 s bis 400 s plattiert und wird dann mit einer Plattierungsstromdichte von 8 A/dm² bis 12 A/dm² für eine Dauer von 600 s bis 1000 s plattiert. Durch Plattieren des leitfähigen Materials 132U unter Verwendung von Plattierungsstromdichten und Dauern in diesen Bereichen kann das leitfähige Material 132U mit einer ausreichenden Dicke und mit sich nach außen verjüngenden Seitenwänden hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen hat das leitfähige Material 132U eine Dicke von 15 µm bis 25 µm.
In 6H werden die zweite Maske 128 und die freiliegenden Teile der Seedschicht 120 entfernt. Die freiliegenden Teile der Seedschicht 120 sind die Teile, auf denen kein leitfähiges Material 126 hergestellt ist. Bei Ausführungsformen, bei denen die zweite Maske 128 ein Fotoresist ist, kann sie mit einem geeigneten Ablösungs- oder Stripping-Verfahren, zum Beispiel unter Verwendung eines Sauerstoff-Plasmas oder dergleichen, entfernt werden. Nachdem die zweite Maske 128 entfernt worden ist, werden die freiliegenden Teile der Seedschicht 120 zum Beispiel mit einem geeigneten Ätzprozess, wie etwa einer Nass- oder Trockenätzung, entfernt. Die verbliebenen Teile der Seedschicht 120 und das leitfähige Material 126 bilden die UBMLs 114 (die Trapezformen haben). Die verbliebenen Teile des leitfähigen Materials 132 bilden die Durchkontaktierungen 116 (die Sanduhr-Formen haben).
Wie vorstehend dargelegt worden ist, weisen die UBMLs 114 Leitungsteile 114L auf der Hauptfläche der dielektrischen Schicht 110 auf, die sich entlang dieser Hauptfläche erstrecken, und sie weisen Durchkontaktierungsteile 114V auf, die sich durch die dielektrische Schicht 110 erstrecken. Jede Durchkontaktierung 116 wird von einem Leitungsteil 114L einer tieferliegenden UBML 114 gebildet. Bei dieser Ausführungsform ist jede Durchkontaktierung 116 seitlich von dem Durchkontaktierungsteil 114V der tieferliegenden UBML 114 versetzt, sodass die Durchkontaktierung 116 nicht zu dem Durchkontaktierungsteil 114V ausgerichtet ist. Bei anderen Ausführungsformen (die später unter Bezugnahme auf die 16 bis 19 beschrieben werden) ist jede Durchkontaktierung 116 zu dem Durchkontaktierungsteil 114V der tieferliegenden UBML 114 ausgerichtet, sodass die Durchkontaktierung 116 von dem Durchkontaktierungsteil 114V nicht seitlich versetzt ist.
In 7 werden ein oder mehrere Halbleiter-Dies, wie etwa ein Verbindungs-Die 140, an den UBMLs 114B befestigt. Der Verbindungs-Die 140 kann ein lokaler Silizium-Interconnect (LSI), ein Package mit hohem Integrationsgrad, ein Interposer-Die oder dergleichen sein. Bei der dargestellten Ausführungsform wird nur ein Verbindungs-Die 140 an den UBMLs 114B in dem Packagebereich 102A befestigt. Es ist zu beachten, dass die Verbindungs-Dies 140 in jeder gewünschten Anzahl in dem Packagebereich 102A platziert werden können. Der Verbindungs-Die 140 kann z. B. mit einem Pick-and-Place-Prozess platziert werden. Der Verbindungs-Die 140 weist ein Substrat 142 auf, in und/oder auf dem leitfähige Strukturelemente hergestellt sind. Das Substrat 142 kann ein Halbleitersubstrat, eine oder mehrere dielektrische Schichten oder dergleichen umfassen. Der Verbindungs-Die 140 wird mittels Die-Verbindungselementen 144, die auf der Vorderseite des Verbindungs-Dies 140 angeordnet sind, an den UBMLs 114B befestigt. Einige der Die-Verbindungselemente 144 können durch Substrat-Durchkontaktierungen (TSVs) 146, die sich in oder durch das Substrat 142 erstrecken, mit der Rückseite des Verbindungs-Dies 140 elektrisch verbunden werden. Bei der dargestellten Ausführungsform erstrecken sich die TSVs 146 durch das Substrat 142, sodass sie auf der Rückseite des Verbindungs-Dies 140 freiliegen. Bei einer anderen Ausführungsform kann ein Material des Substrats 142 die TSVs 146 bedecken.
Bei Ausführungsformen, bei denen der Verbindungs-Die 140 ein LSI ist, kann er eine Brückenstruktur haben, die Die-Brücken 148 aufweist. Die Die-Brücken 148 können Metallisierungsschichten sein, die z. B. in und/oder auf dem Substrat 142 hergestellt sind und so funktionieren, dass sie jedes Die-Verbindungselement 144 mit einem anderen Die-Verbindungselement 144 verbinden. Somit kann der LSI zum direkten Verbinden verwendet werden und kann eine Kommunikation zwischen den integrierten Schaltungs-Dies 50 (z. B. den integrierten Schaltungs-Dies 50A und 50B; siehe 3) ermöglichen. Bei diesen Ausführungsformen kann der Verbindungs-Die 140 über einem Bereich platziert werden, der sich zwischen den integrierten Schaltungs-Dies 50 befindet, sodass jeder Verbindungs-Die 140 die tieferliegenden integrierten Schaltungs-Dies 50 überlappt. Bei einigen Ausführungsformen kann der Verbindungs-Die 140 außerdem Logikvorrichtungen und/oder Speichervorrichtungen aufweisen.
Auf den UBMLs 114B und/oder den Die-Verbindungselementen 144 werden leitfähige Verbindungselemente 150 hergestellt. Die leitfähigen Verbindungselemente 150 können BGA-Verbindungselemente (BGA: Ball Grid Array), Lotkugeln, Metallsäulen, C4-Kontakthügel (C4: Chipverbindung mit kontrolliertem Kollaps), Mikrobumps, mit dem ENEPIG-Verfahren hergestellte Kontakthügel (ENEPIG: Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold) oder dergleichen sein. Die leitfähigen Verbindungselemente 150 können ein leitfähiges Material wie Lot, Kupfer, Aluminium, Gold, Nickel, Silber, Palladium, Zinn oder dergleichen oder einer Kombination davon enthalten. Bei einigen Ausführungsformen werden die leitfähigen Verbindungselemente 150 dadurch hergestellt, dass zunächst eine Schicht aus Lot durch Aufdampfung, Elektroplattierung, Drucken, Lotübertragung, Kugelplatzierung oder dergleichen hergestellt wird. Nachdem die Schicht aus Lot auf der Struktur hergestellt worden ist, kann ein Aufschmelzprozess durchgeführt werden, um das Material in gewünschte Kontakthügelformen zu bringen. Der Verbindungs-Die 140 wird mittels der leitfähigen Verbindungselemente 150 an den UBMLs 114B befestigt. Das Befestigen des Verbindungs-Dies 140 an den UBMLs 114B kann ein Platzieren des Verbindungs-Dies 140 auf den UBMLs 114B und ein Aufschmelzen der leitfähigen Verbindungselemente 150 zum physischen und elektrischen Verbinden der Die-Verbindungselemente 144 mit den UBMLs 114B umfassen.
Bei einigen Ausführungsformen wird um die leitfähigen Verbindungselemente 150 und zwischen der dielektrischen Schicht 110 und dem Verbindungs-Die 140 eine Unterfüllung 152 hergestellt. Die Unterfüllung 152 kann mechanische Spannungen reduzieren und die durch das Aufschmelzen der leitfähigen Verbindungselemente 150 entstandenen Verbindungsstellen schützen. Die Unterfüllung 152 kann auch dazu dienen, den Verbindungs-Die 140 sicher an die dielektrische Schicht 110 zu bonden und eine konstruktive Abstützung und einen Umgebungsschutz bereitzustellen. Die Unterfüllung 152 kann aus einer Formmasse, einem Epoxid oder dergleichen hergestellt werden. Die Unterfüllung 152 kann nach dem Befestigen des Verbindungs-Dies 140 mit einem Kapillarfluss-Verfahren hergestellt werden, oder sie kann vor dem Befestigen des Verbindungs-Dies 140 mit einem geeigneten Abscheidungsverfahren hergestellt werden. Die Unterfüllung 152 kann in einer flüssigen oder halbflüssigen Form aufgebracht werden und anschließend gehärtet werden.
In 8 wird um die UBMLs 114, die Durchkontaktierungen 116, den Verbindungs-Die 140 und die Unterfüllung 152 (falls vorhanden) oder die leitfähigen Verbindungselemente 150 ein Verkapselungsmaterial 154 hergestellt. Nach der Herstellung verkapselt das Verkapselungsmaterial 154 die UBMLs 114, die Durchkontaktierungen 116, den Verbindungs-Die 140 und die Unterfüllung 152 (falls vorhanden) oder die leitfähigen Verbindungselemente 150. Das Verkapselungsmaterial 154 kann eine Formmasse, ein Epoxid oder dergleichen sein. Das Verkapselungsmaterial 154 kann durch Formpressen, Pressspritzen oder dergleichen aufgebracht werden und kann so auf der dielektrischen Schicht 110, den UBMLs 114, den Durchkontaktierungen 116 und dem Verbindungs-Die 140 verteilt werden, dass der Verbindungs-Die 140 und die Durchkontaktierungen 116 vergraben oder bedeckt werden. Außerdem wird das Verkapselungsmaterial 154 in Spaltbereichen zwischen dem Verbindungs-Die 140 und den Durchkontaktierungen 116 verteilt. Das Verkapselungsmaterial 154 kann in einer flüssigen oder halbflüssigen Form aufgebracht werden und anschließend gehärtet werden. An dem Verkapselungsmaterial 154 kann ein Entfernungsprozess durchgeführt werden, um die TSVs 146 und die Durchkontaktierungen 116 freizulegen. Mit dem Entfernungsprozess kann Material des Verkapselungsmaterials 154, des Verbindungs-Dies 140 (z. B. der TSVs 146 und des Substrats 142) und der Durchkontaktierungen 116 entfernt werden, bis die TSVs 146 und die Durchkontaktierungen 116 freiliegen. Der Entfernungsprozess kann zum Beispiel ein Planarisierungsprozess sein, wie etwa eine CMP, ein Schleifprozess oder dergleichen. Nach dem Planarisierungsprozess sind Oberseiten des Verkapselungsmaterials 154, des Verbindungs-Dies 140 (z. B. der TSVs 146 und des Substrats 142) und der Durchkontaktierungen 116 (innerhalb von Prozessschwankungen) im Wesentlichen koplanar. Bei einigen Ausführungsformen kann der Entfernungsprozess entfallen, zum Beispiel wenn die TSVs 146 und die Durchkontaktierungen 116 bereits freiliegen.
In 9 wird auf den Oberseiten des Verkapselungsmaterials 154, des Verbindungs-Dies 140 (z. B. der TSVs 146 und des Substrats 142) und der Durchkontaktierungen 116 eine Umverteilungsstruktur 170 hergestellt. Die Umverteilungsstruktur 170 weist dielektrische Schichten 172 und Metallisierungsschichten 174 (die gelegentlich als Umverteilungsschichten oder Umverteilungsleitungen bezeichnet werden) zwischen den dielektrischen Schichten 172 auf. Die Umverteilungsstruktur 170 kann zum Beispiel eine Mehrzahl von Metallisierungsschichten 174 aufweisen, die durch jeweilige dielektrische Schichten 172 voneinander getrennt sind. Die Metallisierungsschichten 174 der Umverteilungsstruktur 170 sind durch die Durchkontaktierungen 116 und den Verbindungs-Die 140 (z. B. die TSVs 146) mit den integrierten Schaltungs-Dies 50 elektrisch verbunden.
Bei einigen Ausführungsformen werden die dielektrischen Schichten 172 aus einem Polymer hergestellt, das ein lichtempfindliches Material sein kann, wie etwa PBO, ein Polyimid, ein BCB-basiertes Polymer oder dergleichen. Bei anderen Ausführungsformen werden die dielektrischen Schichten 172 aus einem Nitrid, wie etwa Siliziumnitrid; einem Oxid, wie etwa Siliziumoxid, Phosphorsilicatglas (PSG), Borsilicatglas (BSG), Borphosphorsilicatglas (BPSG); oder dergleichen hergestellt. Die dielektrischen Schichten 172 können durch Schleuderbeschichtung, Laminierung, CVD oder dergleichen oder eine Kombination davon hergestellt werden. Nachdem jede dielektrische Schicht 172 hergestellt worden ist, wird sie strukturiert, um Öffnungen zu erzeugen, die tieferliegende leitfähige Strukturelemente freilegen, wie etwa Teile der tieferliegenden Durchkontaktierungen 116, TSVs 146 oder Metallisierungsschichten 174. Das Strukturieren kann mit einem geeigneten Verfahren erfolgen, wie etwa durch Belichten der dielektrischen Schichten 172, wenn sie lichtempfindliche Materialien sind, oder durch Ätzen, zum Beispiel anisotropes Ätzen. Wenn die dielektrischen Schichten 172 lichtempfindliche Materialien sind, können sie nach dem Belichten entwickelt werden.
Die Metallisierungsschichten 174 weisen jeweils leitfähige Durchkontaktierungen und leitfähige Leitungen auf. Die leitfähigen Durchkontaktierungen erstrecken sich durch die dielektrischen Schichten 172, und die leitfähigen Leitungen erstrecken sich entlang den dielektrischen Schichten 172. Eine Metallisierungsschicht 174 wird zum Beispiel dadurch hergestellt, dass zunächst eine Seedschicht (nicht dargestellt) über den jeweiligen tieferliegenden Strukturelementen hergestellt wird. Zum Beispiel kann die Seedschicht auf einer jeweiligen dielektrischen Schicht 172 und in Öffnungen durch die jeweilige dielektrische Schicht 172 hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen ist die Seedschicht eine Metallschicht, die eine einzelne Schicht oder eine Verbundschicht mit einer Mehrzahl von Teilschichten sein kann, die aus unterschiedlichen Materialien hergestellt sind. Bei einigen Ausführungsformen umfasst die Seedschicht eine Titanschicht und eine Kupferschicht über der Titanschicht. Die Seedschicht kann mit einem Abscheidungsverfahren wie PVD oder dergleichen hergestellt werden. Dann wird auf der Seedschicht ein Fotoresist hergestellt, das anschließend strukturiert wird. Das Fotoresist kann durch Schleuderbeschichtung oder dergleichen hergestellt werden und kann für die Strukturierung belichtet werden. Die Struktur des Fotoresists entspricht der Metallisierungsschicht. Durch das Strukturieren werden Öffnungen durch das Fotoresist erzeugt, um die Seedschicht freizulegen. In den Öffnungen des Fotoresists und auf den freigelegten Teilen der Seedschicht wird dann ein leitfähiges Material abgeschieden. Das leitfähige Material kann durch Plattierung, wie etwa stromlose Plattierung oder Elektroplattierung von der Seedschicht, oder dergleichen abgeschieden werden. Das leitfähige Material kann ein Metall oder eine Metalllegierung, wie etwa Kupfer, Titan, Wolfram, Aluminium oder dergleichen, oder eine Kombination davon sein. Dann werden das Fotoresist und die Teile der Seedschicht entfernt, auf denen das leitfähige Material nicht abgeschieden worden ist. Das Fotoresist kann mit einem geeigneten Ablösungs- oder Stripping-Verfahren, zum Beispiel unter Verwendung eines Sauerstoff-Plasmas oder dergleichen, entfernt werden. Nachdem das Fotoresist entfernt worden ist, werden freigelegte Teile der Seedschicht zum Beispiel mit einem geeigneten Ätzprozess, z. B. durch Nass- oder Trockenätzung, entfernt. Die verbliebenen Teile der Seedschicht und des leitfähigen Materials bilden eine Metallisierungsschicht 174 für eine einzelne Ebene der Umverteilungsstruktur 170.
Die Umverteilungsstruktur 170 ist lediglich als ein Beispiel dargestellt. Es können mehr oder weniger dielektrische Schichten 172 und Metallisierungsschichten 174 als dargestellt in der Umverteilungsstruktur 170 hergestellt werden, indem zuvor beschriebene Schritte wiederholt oder weggelassen werden.
Metallisierungen unter dem Kontakthügel (UBMs) 176 werden zum Herstellen von äußeren Anschlüssen mit der vorderseitigen Umverteilungsstruktur 170 hergestellt. Die UBMs 176 weisen Kontakthügelteile auf der Hauptfläche einer oberen dielektrischen Schicht 172U der Umverteilungsstruktur 170, die sich entlang dieser Hauptfläche erstrecken, sowie Durchkontaktierungsteile auf, die sich durch die obere dielektrische Schicht 172U der Umverteilungsstruktur 170 erstrecken, um eine obere Metallisierungsschicht 174U der Umverteilungsstruktur 170 physisch und elektrisch zu verbinden. Dadurch werden die UBMs 176 elektrisch mit den Durchkontaktierungen 116 und dem Verbindungs-Die 140 (z. B. den TSVs 146) verbunden. Die UBMs 176 können aus demselben Material und mit einem ähnlichen Verfahren wie die Metallisierungsschichten 174 hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen haben die UBMs 176 eine andere (z. B. größere) Größe als die Metallisierungsschichten 174.
Auf den UBMs 176 werden leitfähige Verbindungselemente 178 hergestellt. Die leitfähigen Verbindungselemente 178 können BGA-Verbindungselemente, Lotkugeln, Metallsäulen, C4-Kontakthügel, Mikrobumps, mit dem ENEPIG-Verfahren hergestellte Kontakthügel oder dergleichen sein. Die leitfähigen Verbindungselemente 178 können ein leitfähiges Material wie Lot, Kupfer, Aluminium, Gold, Nickel, Silber, Palladium, Zinn oder dergleichen oder einer Kombination davon enthalten. Bei einigen Ausführungsformen werden die leitfähigen Verbindungselemente 178 dadurch hergestellt, dass zunächst eine Schicht aus Lot durch Aufdampfung, Elektroplattierung, Drucken, Lotübertragung, Kugelplatzierung oder dergleichen hergestellt wird. Nachdem die Schicht aus Lot auf der Struktur hergestellt worden ist, kann ein Aufschmelzprozess durchgeführt werden, um das Material in gewünschte Kontakthügelformen zu bringen. Bei einer anderen Ausführungsform sind die leitfähigen Verbindungselemente 178 Metallsäulen (wie etwa Kupfersäulen), die durch Sputtern, Drucken, Elektroplattierung, stromlose Plattierung, CVD oder dergleichen hergestellt werden. Die Metallsäulen können lotfrei sein und im Wesentlichen vertikale Seitenwände haben. Bei einigen Ausführungsformen wird eine metallische Verkappungsschicht auf den Metallsäulen hergestellt. Die metallische Verkappungsschicht kann Nickel, Zinn, Zinn-Blei, Gold, Silber, Palladium, Indium, Nickel-Palladium-Gold, Nickel-Gold oder dergleichen oder eine Kombination davon aufweisen und kann mit einem Plattierungsprozess hergestellt werden.
In 10 wird eine Trägersubstratablösung durchgeführt, um das Trägersubstrat 102 von den integrierten Schaltungs-Dies 50 und dem Verkapselungsmaterial 108 abzulösen. Bei einigen Ausführungsformen erfolgt das Ablösen durch Projizieren von Licht, wie etwa Laserlicht oder UV-Licht, auf die Ablöseschicht 104, sodass sich die Ablöseschicht 104 durch die Wärme des Lichts zersetzt und das Trägersubstrat 102 entfernt werden kann.
Um die Herstellung des integrierten Schaltungspackages 100 fertigzustellen, kann eine weitere Bearbeitung durchgeführt werden. Zum Beispiel kann der Packagebereich 102A zertrennt werden, um das integrierte Schaltungspackage 100 herzustellen. Der Zertrennungsprozess kann ein Zersägen entlang Ritzgrabenbereichen, z. B. zwischen dem Packagebereich 102A und benachbarten Packagebereichen, umfassen. Durch das Zersägen wird der Packagebereich 102A von den benachbarten Packagebereichen getrennt, und das resultierende integrierte Schaltungspackage 100 stammt aus dem Packagebereich 102A.
11 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungspackages 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Hier sind Einzelheiten eines Bereichs 11 von 10 dargestellt. Insbesondere sind eine Durchkontaktierung 116 und eine tieferliegende UBML 114 gezeigt.
Die Durchkontaktierung 116 hat gewölbte Seitenwände 116S. Während der Prüfung oder bei Gebrauch können zum Beispiel durch eine Diskrepanz von Wärmeausdehnungskoeffizienten (WAK) zwischen den Materialien der Durchkontaktierung 116 und des Verkapselungsmaterials 154 mechanische Spannungen in einem Package entstehen. Vorteilhafterweise reduzieren oder verteilen die gewölbten Seitenwände 116S Spannungen besser als gerade Seitenwände, und sie tragen dazu bei, die Konzentration von Spannungen an den gewölbten Seitenwänden 116S der Durchkontaktierung 116 zu reduzieren. Durch Herstellen der Durchkontaktierung 116 mit gewölbten Seitenwänden 116S kann die Größe der Spannungen, die sich an der Grenzfläche zwischen der Durchkontaktierung 116 und dem Verkapselungsmaterial 154 konzentrieren, reduziert werden, wodurch die Gefahr verringert wird, dass sich das Verkapselungsmaterial 154 von der Durchkontaktierung 116 löst. Zusätzlich oder alternativ kann durch Herstellen der Durchkontaktierung 116 mit gewölbten Seitenwänden die Größe der Spannungen, die sich an dem Übergang zwischen der Durchkontaktierung 116 und der UBML 114 konzentrieren, reduziert werden, wodurch die Gefahr verringert wird, dass sich Risse zwischen der Durchkontaktierung 116 und der UBML 114 bilden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit des resultierenden Packages erhöht werden.
Bei dieser Ausführungsform sind die gewölbten Seitenwände 116S konkave Seitenwände, sodass die Durchkontaktierung 116 Sanduhr-förmig ist. Durch die Sanduhr-Form hat die Durchkontaktierung 116 mehrere Breiten (die auch als „kritische Abmessungen“ bezeichnet werden). Ein mittlerer Teil der Durchkontaktierung 116 hat eine erste Breite W₁, und Endteile der Durchkontaktierung 116 haben jeweils eine zweite Breite W₂, wobei die zweite Breite W₂ größer als die erste Breite W₁ ist. Die Endteile der Durchkontaktierung 116 umfassen einen ersten Endteil (der physisch und elektrisch mit der UBML 114 verbunden ist) und einen zweiten Endteil (der physisch und elektrisch mit der unteren Metallisierungsschicht 174L der Umverteilungsstruktur 170 verbunden ist). Bei einigen Ausführungsformen beträgt die erste Breite W₁ etwa 150 µm (z. B. 145 µm bis 155 µm), und die zweite Breite W₂ beträgt etwa 135 µm (z. B. 130 µm bis 140 µm). Eine Breite der Durchkontaktierung 116 nimmt in einer Richtung zu der UBML 114 bis zu einem Punkt ab und nimmt dann in dieser Richtung zu.
Wie vorstehend dargelegt worden ist, kann die Durchkontaktierung 116 seitlich von einem Durchkontaktierungsteil 114V der tieferliegenden UBML 114 versetzt sein. Die Durchkontaktierung 116 hat eine proximale Seitenwand 116S_P, die zu dem Durchkontaktierungsteil 114V der UBML 114 und somit zu einem jeweiligen Die-Verbindungselement 56 (siehe 10) zeigt, das mit dem Durchkontaktierungsteil 114V der UBML 114 verbunden ist. Die Durchkontaktierung 116 hat außerdem eine distale Seitenwand 116S_D, die von dem Durchkontaktierungsteil 114V der UBML 114 und somit von dem Die-Verbindungselement 56 (siehe 10) weg zeigt, das mit dem Durchkontaktierungsteil 114V der UBML 114 verbunden ist. Anders ausgedrückt, die proximale Seitenwand 116S_P der Durchkontaktierung 116 ist in der Nähe eines jeweiligen Die-Verbindungselements 56, und die distale Seitenwand 116S_D der Durchkontaktierung 116 ist von dem jeweiligen Die-Verbindungselement 56 entfernt, sodass die proximale Seitenwand 116S_P näher als die distale Seitenwand 116S_D an dem Die-Verbindungselement 56 ist. Die proximale Seitenwand 116S_P befindet sich an einer ersten Grenzfläche zwischen der Durchkontaktierung 116 und dem Verkapselungsmaterial 154, sodass die erste Grenzfläche gewölbt ist. Die distale Seitenwand 116S_D befindet sich an einer zweiten Grenzfläche zwischen der Durchkontaktierung 116 und dem Verkapselungsmaterial 154, sodass die zweite Grenzfläche ebenfalls gewölbt ist. Die proximale Seitenwand 116S_P kann zu einem längeren Segment des Leitungsteils 114L der UBML 114 als die distale Seitenwand 116S_D zeigen, und dadurch kann auf die proximale Seitenwand 116S_P eine größere Spannung als auf die distale Seitenwand 116S_D aufgebracht werden. Die proximale Seitenwand 116S_P hat eine größere Bogenlänge (oder, allgemeiner, eine andere Bogenlänge) als die distale Seitenwand 116S_D, sodass die proximale Seitenwand 116S_P mehr Spannung als die distale Seitenwand 116S_D reduzieren oder verteilen kann. Bei einigen Ausführungsformen hat die proximale Seitenwand 116S_P eine Bogenlänge von etwa 105 µm (z. B. von 100 µm bis 110 µm), und die distale Seitenwand 116S_D hat eine Bogenlänge von etwa 90 µm (z. B. von 85 µm bis 95 µm). Durch asymmetrisches Plattieren des leitfähigen Materials 132 (das unter Bezugnahme auf die 6E bis 6G beschrieben worden ist) kann die proximale Seitenwand 116S_P mit einer größeren Bogenlänge als die distale Seitenwand 116S_D hergestellt werden.
Da die gewölbten Seitenwände 116S konkave Seitenwände sind, bilden sie stumpfe Winkel mit der Oberseite der UBML 114 und mit der Unterseite der unteren dielektrischen Schicht 172L der Umverteilungsstruktur 170. Die proximale Seitenwand 116S_P bildet einen ersten Winkel θ₁ mit der Oberseite der UBML 114 und einen zweiten Winkel θ₂ mit der Unterseite der unteren dielektrischen Schicht 172L. Die distale Seitenwand 116S_D bildet einen dritten Winkel θ₃ mit der Oberseite der UBML 114 und einen vierten Winkel θ₄ mit der Unterseite der unteren dielektrischen Schicht 172L. Die Winkel θ₁, θ₂, θ₃, θ₄ betragen jeweils 90° bis 120°. Wenn einer der Winkel θ₁, θ₂, θ₃, θ₄ mehr als 120° beträgt, kann die erste Breite W₁ der Durchkontaktierung 116 zu klein werden, sodass die Strukturfestigkeit der Durchkontaktierung 116 reduziert wird. Der erste Winkel θ₁ kann gleich dem zweiten Winkel θ₂ sein, und der dritte Winkel θ₃ kann gleich dem vierten Winkel θ₄ sein. Bei Ausführungsformen, bei denen die proximale Seitenwand 116S_P eine größere Bogenlänge als die distale Seitenwand 116S_D hat, ist der erste Winkel θ₁ größer als der dritte Winkel θ₃ und der vierte Winkel θ₄, und der zweite Winkel θ₂ ist ebenfalls größer als der dritte Winkel θ₃ und der vierte Winkel θ₄.
12 ist eine Schnittansicht einer integrierten Schaltungsvorrichtung 300 gemäß einigen Ausführungsformen. Die integrierte Schaltungsvorrichtung 300 wird durch Bonden eines integrierten Schaltungspackages 100 an ein Packagesubstrat 200 hergestellt. Der Bondprozess kann z. B. ein Flip-Chip-Bondprozess sein.
Nach seiner Herstellung wird das integrierte Schaltungspackage 100 gewendet und unter Verwendung der leitfähigen Verbindungselemente 178 an dem Packagesubstrat 200 befestigt. Das Packagesubstrat 200 kann ein Interposer, eine gedruckte Leiterplatte (PCB) oder dergleichen sein. Das Packagesubstrat 200 weist einen Substratkern 202 und Bondpads 204 über dem Substratkern 202 auf. Der Substratkern 202 kann aus einem Halbleitermaterial wie Silizium, Germanium, Diamant oder dergleichen hergestellt sein kann. Alternativ können auch Verbundmaterialien wie Siliziumgermanium, Siliziumcarbid, Galliumarsen, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Siliziumgermaniumcarbid, Galliumarsenphosphid, Galliumindiumphosphid, Kombinationen davon oder dergleichen verwendet werden. Außerdem kann der Substratkern 202 ein SOI-Substrat sein. Im Allgemeinen weist ein SOI-Substrat eine Schicht aus einem Halbleitermaterial auf, wie etwa epitaxialem Silizium, Germanium, Siliziumgermanium, SOI, SGOI oder Kombinationen davon. Bei einer alternativen Ausführungsform basiert der Substratkern 202 auf einem Isolierkern, wie etwa einem glasfaserverstärkten Harzkern. Ein beispielhaftes Kernmaterial ist Glasfaser-Harz, wie etwa FR₄. Alternativen für das Kernmaterial sind Bismaleimid-Triazin-Harz (BT-Harz) oder auch andere PCB-Materialien oder -Schichten. Aufbauschichten, wie etwa eine Ajinomoto-Aufbauschicht (ABF), oder andere Schichtstoffe können ebenfalls für den Substratkern 202 verwendet werden.
Der Substratkern 202 kann aktive und passive Vorrichtungen (nicht einzeln dargestellt) aufweisen. Es können viele verschiedene Vorrichtungen, wie etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Kombinationen davon und dergleichen, zum Realisieren von baulichen und funktionellen Entwürfen für einen Vorrichtungsstapel verwendet werden. Die Vorrichtungen können mit geeigneten Verfahren hergestellt werden.
Der Substratkern 202 kann außerdem Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen aufweisen, wobei die Bondpads 204 physisch und/oder elektrisch mit den Metallisierungsschichten und den Durchkontaktierungen verbunden sind. Die Metallisierungsschichten können über den aktiven und den passiven Vorrichtungen hergestellt werden, und sie sind so konzipiert, dass sie die verschiedenen Vorrichtungen zu funktionellen Schaltungen verbinden. Die Metallisierungsschichten können aus wechselnden Schichten aus dielektrischem Material (z. B. einem dielektrischen Low-k-Material) und leitfähigem Material (z. B. Kupfer) hergestellt werden, wobei Durchkontaktierungen die Schichten aus leitfähigem Material miteinander verbinden, und sie können mit einem geeigneten Verfahren (wie etwa Abscheidung, Single-Damascene-Prozess, Dual-Damascene-Prozess oder dergleichen) hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen weist der Substratkern 202 im Wesentlichen keine aktiven und passiven Vorrichtungen auf.
Bei einigen Ausführungsformen werden die leitfähigen Verbindungselemente 178 aufgeschmolzen, um die UBMs 176 an den Bondpads 204 zu befestigen. Die leitfähigen Verbindungselemente 178 verbinden das Packagesubstrat 200, das Metallisierungsschichten in dem Substratkern 202 aufweist, physisch und/oder elektrisch mit dem integrierten Schaltungspackage 100, das Metallisierungsschichten in der Umverteilungsstruktur 170 aufweist. Bei einigen Ausführungsformen wird ein Lotresist auf dem Substratkern 202 hergestellt. Die leitfähigen Verbindungselemente 178 können in Öffnungen in dem Lotresist angeordnet werden, um physisch und elektrisch mit den Bondpads 204 verbunden zu werden. Das Lotresist kann zum Schützen von Bereichen des Packagesubstrats 200 gegen äußere Beschädigung verwendet werden.
Zwischen dem integrierten Schaltungspackage 100 und dem Packagesubstrat 200 kann eine Unterfüllung 206 so hergestellt werden, dass sie die leitfähigen Verbindungselemente 178 umschließt, um Spannungen zu reduzieren und die Verbindungsstellen zu schützen, die durch das Aufschmelzen der leitfähigen Verbindungselemente 178 entstehen. Bei einigen Ausführungsformen wird die Unterfüllung 206 mit einem Kapillarfluss-Prozess hergestellt, nachdem das integrierte Schaltungspackage 100 befestigt worden ist, oder die Unterfüllung 206 wird mit einem geeigneten Abscheidungsverfahren hergestellt, bevor das integrierte Schaltungspackage 100 befestigt wird. Bei einigen Ausführungsformen wird auf die leitfähigen Verbindungselemente 178 ein Epoxid-Flussmittel (nicht einzeln dargestellt) aufgebracht, bevor sie aufgeschmolzen werden, wobei zumindest ein Teil des Epoxidanteils des Epoxid-Flussmittels bestehen bleibt, nachdem das integrierte Schaltungspackage 100 an dem Packagesubstrat 200 befestigt worden ist. Dieser verbliebene Epoxidanteil kann als die Unterfüllung 206 fungieren.
Bei einigen Ausführungsformen können außerdem passive Vorrichtungen, z. B. Vorrichtungen zur Oberflächenmontage (SMDs; nicht einzeln dargestellt), an dem integrierten Schaltungspackage 100 (z. B. an den UBMs 176) oder an dem Packagesubstrat 200 (z. B. an den Bondpads 204) befestigt werden. Die passiven Vorrichtungen können an dieselbe Fläche des integrierten Schaltungspackages 100 oder des Packagesubstrats 200 wie die leitfähigen Verbindungselemente 178 gebondet werden. Die passiven Vorrichtungen können an dem integrierten Schaltungspackage 100 befestigt werden, bevor dieses an das Packagesubstrat 200 montiert wird, oder sie können an dem Packagesubstrat 200 befestigt werden, nachdem das integrierte Schaltungspackage 100 an das Packagesubstrat 200 montiert worden ist.
Es können auch andere Elemente und Prozesse verwendet werden. Zum Beispiel können Prüfstrukturen zur Unterstützung bei der Verifikationsprüfung einer 3D-Verkappung oder von 3D-IC-Vorrichtungen verwendet werden. Die Prüfstrukturen können zum Beispiel Prüfpads, die in einer Umverteilungsschicht oder auf einem Substrat hergestellt sind und die Prüfung der 3D-Verkappung oder der 3D-IC-Vorrichtungen ermöglichen, die Verwendung von Sonden und/oder Prüfkarten und dergleichen umfassen. Die Verifikationsprüfung kann an Zwischenstrukturen sowie an der Endstruktur durchgeführt werden. Außerdem können die hier offenbarten Strukturen und Verfahren in Verbindung mit Prüfmethodologien verwendet werden, die eine Zwischenverifikation von erwiesenermaßen guten Dies umfassen, um die Ausbeute zu steigern und die Kosten zu senken.
Ausführungsformen können Vorzüge erzielen. Durch Herstellen der Durchkontaktierungen 116 mit gewölbten Seitenwänden 116S kann die Größe von mechanischen Spannungen, die sich an jeweiligen Grenzflächen zwischen den Durchkontaktierungen 116 und dem Verkapselungsmaterial 154 konzentrieren, reduziert werden, wodurch die Gefahr verringert wird, dass sich das Verkapselungsmaterial 154 von den Durchkontaktierungen 116 löst. Zusätzlich oder alternativ kann durch Herstellen der Durchkontaktierungen 116 mit gewölbten Seitenwänden 116S die Größe der mechanischen Spannungen, die sich an jeweiligen Übergängen zwischen den Durchkontaktierungen 116 und den tieferliegenden UBMLs 114 konzentrieren, reduziert werden, wodurch die Gefahr verringert wird, dass sich Risse zwischen den Durchkontaktierungen 116 und den UBMLs 114 bilden. Dadurch kann die Zuverlässigkeit des resultierenden integrierten Schaltungspackages 100 erhöht werden. Bei einigen Ausführungsformen haben die proximale Seitenwände 116S_P der Durchkontaktierungen 116 eine größere Bogenlänge als die distalen Seitenwände 116S_D der Durchkontaktierungen 116. Auf die proximalen Seitenwände 116S_P kann eine größere Spannung als auf die distalen Seitenwände 116S_D aufgebracht werden, und durch Herstellen der proximalen Seitenwände 116S_P mit einer größeren Bogenlänge können die proximalen Seitenwände 116S_P mehr Spannung als die distalen Seitenwände 116S_D reduzieren oder verteilen.
Die 13A bis 13C sind Schnittansichten von Zwischenstufen beim Herstellen der UBMLs 114 und der Durchkontaktierungen 116 gemäß einigen weiteren Ausführungsformen. Es sind Einzelheiten eines Bereichs 100R von 5 gezeigt. Die 13A bis 13C zeigen ein Abscheiden eines leitfähigen Materials 132 für die Durchkontaktierungen 116 mit konvexen Seitenwänden, sodass jede der Durchkontaktierungen 116 eine ausgebauchte rechteckige Form hat. Der unter Bezugnahme auf die 13A bis 13C beschriebene Prozess kann statt des unter Bezugnahme auf die 6E bis 6G beschriebenen Prozesses durchgeführt werden, sodass der unter Bezugnahme auf die 6A bis 6D beschriebene Prozess vor dem unter Bezugnahme auf die 13A bis 13C beschriebenen Prozess durchgeführt wird und nach dem unter Bezugnahme auf die 13A bis 13C beschriebenen Prozess der unter Bezugnahme auf 6H beschriebene Prozess durchgeführt wird. Ähnlich wie bei dem unter Bezugnahme auf die 6E bis 6G beschriebenen Prozess wird eine Mehrzahl von Plattierungsgeschwindigkeiten zum Plattieren des unteren, mittleren und oberen Teils des leitfähigen Materials 132 verwendet, sodass das leitfähige Material 132 konvexe Seitenwände erhält.
In 13A wird ein unterer Teil 132L des leitfähigen Materials 132 in den Öffnungen 130 der zweiten Maske 128 und auf dem freiliegenden Teil des leitfähigen Materials 126 hergestellt. Das leitfähige Material 132L hat Seitenwände, die sich nach außen verjüngen. Somit nimmt eine Breite des leitfähigen Materials 132L in einer Richtung von der Seedschicht 120 weg zu. Die sich nach außen verjüngenden Seitenwände sind gewölbt. Das leitfähige Material 132L kann mit Seitenwänden, die sich nach außen verjüngen, dadurch hergestellt werden, dass zunächst das leitfähige Material 132L mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit und dann mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit plattiert wird. Wenn der Elektroplattierungsprozess mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit beginnt und dann zu einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit übergeht, wird die Plattierungsgleichförmigkeit des Elektroplattierungsprozesses in den Öffnungen 130 erhöht, wodurch ein leitfähiges Material 132L mit sich nach außen verjüngenden Seitenwänden entsteht. Der Elektroplattierungsprozess kann mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer hohen Plattierungsstromdichte durchgeführt werden, und er kann mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer niedrigen Plattierungsstromdichte durchgeführt werden. Wenn eine niedrigere Plattierungsgeschwindigkeit verwendet wird, kann die Plattierung mit einer längeren Dauer durchgeführt werden, sodass das leitfähige Material 132L dick genug ist. Bei einigen Ausführungsformen wird das leitfähige Material 132L zunächst mit einer Plattierungsstromdichte von 25 A/dm² bis 44 A/dm² für eine Dauer von 200 s bis 400 s plattiert und wird dann mit einer Plattierungsstromdichte von 8 A/dm² bis 12 A/dm² für eine Dauer von 600 s bis 1600 s plattiert. Durch Plattieren des leitfähigen Materials 132L unter Verwendung von Plattierungsstromdichten und Dauern in diesen Bereichen kann das leitfähige Material 132L mit einer ausreichenden Dicke und mit sich nach außen verjüngenden Seitenwänden hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen hat das leitfähige Material 132L eine Dicke von 15 µm bis 25 µm.
In 13B wird ein mittlerer Teil 132M des leitfähigen Materials 132 in den Öffnungen 130 der zweiten Maske 128 und auf dem unteren Teil des leitfähigen Materials 132L hergestellt. Das leitfähige Material 132M hat Seitenwände, die (innerhalb von Prozessschwankungen) im Wesentlichen gerade sind, wobei die geraden Seitenwände senkrecht zu einer Hauptfläche der Seedschicht 120 sind. Somit ist eine Breite des leitfähigen Materials 132M in einer Richtung von der Seedschicht 120 weg konstant. Das leitfähige Material 132M kann mit geraden Seitenwänden durch Plattieren des leitfähigen Materials 132M mit einer mittleren Plattierungsgeschwindigkeit hergestellt werden. Die mittlere Plattierungsgeschwindigkeit, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132M verwendet wird, kann höher als die niedrige Plattierungsgeschwindigkeit sein, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132L verwendet wird, und sie kann niedriger als die hohe Plattierungsgeschwindigkeit sein, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132L verwendet wird. Das leitfähige Material 132M kann mit einer mittleren Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer mittleren Plattierungsstromdichte plattiert werden. Bei einigen Ausführungsformen wird das leitfähige Material 132M mit einer Plattierungsstromdichte von 12 A/dm² bis 16 A/dm² für eine Dauer von 1000 s bis 1600 s plattiert. Durch Plattieren des leitfähigen Materials 132M unter Verwendung einer Plattierungsstromdichte und einer Dauer in diesen Bereichen kann das leitfähige Material 132M mit einer ausreichenden Dicke und mit geraden Seitenwänden hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen hat das leitfähige Material 132M eine Dicke von 35 µm bis 45 µm.
In 13C wird ein oberer Teil 132U des leitfähigen Materials 132 in den Öffnungen 130 der zweiten Maske 128 und auf dem mittleren Teil 132M des leitfähigen Materials 132 hergestellt. Das leitfähige Material 132U hat Seitenwände, die sich nach innen verjüngen. Somit nimmt eine Breite des leitfähigen Materials 132U in einer Richtung von der Seedschicht 120 weg ab. Die sich nach innen verjüngenden Seitenwände sind gewölbt. Das leitfähige Material 132U kann mit Seitenwänden, die sich nach innen verjüngen, dadurch hergestellt werden, dass das leitfähige Materials 132U zunächst mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit und dann mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit plattiert wird. Die mittlere Plattierungsgeschwindigkeit, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132M verwendet wird, kann höher als die niedrige Plattierungsgeschwindigkeit sein, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132U verwendet wird, und sie kann niedriger als die hohe Plattierungsgeschwindigkeit sein, die zum Plattieren des leitfähigen Materials 132U verwendet wird. Wenn der Elektroplattierungsprozess mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit beginnt und dann zu einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit übergeht, nimmt die Plattierungsgleichförmigkeit des Elektroplattierungsprozesses in den Öffnungen 130 ab, wodurch ein leitfähiges Material 132U mit sich nach innen verjüngenden Seitenwänden entsteht. Der Elektroplattierungsprozess kann mit einer hohen Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer hohen Plattierungsstromdichte durchgeführt werden, und er kann mit einer niedrigen Plattierungsgeschwindigkeit durch Plattieren mit einer niedrigen Plattierungsstromdichte durchgeführt werden. Wenn eine niedrigere Plattierungsgeschwindigkeit verwendet wird, kann die Plattierung mit einer längeren Dauer durchgeführt werden, sodass das leitfähige Material 132U dick genug ist. Bei einigen Ausführungsformen wird das leitfähige Material 132U zunächst mit einer Plattierungsstromdichte von 8 A/dm² bis 12 A/dm² für eine Dauer von 600 s bis 1000 s plattiert und wird dann mit einer Plattierungsstromdichte von 30 A/dm² bis 44 A/dm² für eine Dauer von 150 s bis 300 s plattiert. Durch Plattieren des leitfähigen Materials 132U unter Verwendung von Plattierungsstromdichten und Dauern in diesen Bereichen kann das leitfähige Material 132U mit einer ausreichenden Dicke und mit sich nach innen verjüngenden Seitenwänden hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen hat das leitfähige Material 132U eine Dicke von 15 µm bis 25 µm.
14 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungspackages 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Diese Ausführungsform ist der unter Bezugnahme auf 10 beschriebenen Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme, dass jede der Durchkontaktierungen 116 eine ausgebauchte rechteckige Form hat. Durch die ausgebauchte rechteckige Form haben die Durchkontaktierungen 116 mehrere Breiten (wie nachstehend unter Bezugnahme auf 15 dargelegt wird), sodass die mittleren Teile der Durchkontaktierungen 116 eine größere Breite als deren Endteile haben. Ähnlich wie es vorstehend unter Bezugnahme auf 12 dargelegt worden ist, kann eine integrierte Schaltungsvorrichtung 300 durch Bonden des integrierten Schaltungspackages 100 von 14 an ein Packagesubstrat 200 hergestellt werden.
15 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungspackages 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Es sind Einzelheiten eines Bereichs 15 von 14 dargestellt. Insbesondere sind eine Durchkontaktierung 116 und eine tieferliegende UBML 114 gezeigt.
Bei dieser Ausführungsform sind die gewölbten Seitenwände 116S konvexe Seitenwände, sodass die Durchkontaktierung 116 eine ausgebauchte rechteckige Form hat. Durch die ausgebauchte rechteckige Form ist die zweite Breite W₂ kleiner als die erste Breite W₁. Bei einigen Ausführungsformen beträgt die erste Breite W₁ etwa 135 µm (z. B. 130 µm bis 140 µm), und die zweite Breite W₂ beträgt etwa 150 µm (z. B. 145 µm bis 155 µm). Eine Breite der Durchkontaktierung 116 nimmt in einer Richtung zu der UBML 114 bis zu einem Punkt zu und nimmt dann in dieser Richtung ab.
Wie vorstehend dargelegt worden ist, kann die Durchkontaktierung 116 seitlich von einem Durchkontaktierungsteil 114V der tieferliegenden UBML 114 versetzt sein. Die proximale Seitenwand 116S_P hat eine größere Bogenlänge als die distale Seitenwand 116S_D, sodass die proximale Seitenwand 116S_P mehr Spannung als die distale Seitenwand 116S_D reduzieren oder verteilen kann. Bei einigen Ausführungsformen hat die proximale Seitenwand 116S_P eine Bogenlänge von etwa 105 µm (z. B. von 100 µm bis 110 µm), und die distale Seitenwand 116S_D hat eine Bogenlänge von etwa 90 µm (z. B. von 85 µm bis 95 µm). Durch asymmetrisches Plattieren des leitfähigen Materials 132 (das bereits unter Bezugnahme auf die 13A bis 13C beschrieben worden ist) kann die proximale Seitenwand 116S_P mit einer größeren Bogenlänge als die distale Seitenwand 116S_D hergestellt werden.
Da die gewölbten Seitenwände 116S konvexe Seitenwände sind, bilden sie spitze Winkel mit der Oberseite der UBML 114 und mit der Unterseite der unteren dielektrischen Schicht 172L der Umverteilungsstruktur 170. Die Winkel θ₁, θ₂, θ₃, θ₄ betragen jeweils 60° bis 90°. Wenn einer der Winkel θ₁, θ₂, θ₃, θ₄ kleiner als 60° ist, kann die erste Breite W₁ der Durchkontaktierung 116 zu groß werden, sodass das Volumen und somit die Herstellungskosten der Durchkontaktierung 116 steigen. Der erste Winkel θ₁ kann gleich dem zweiten Winkel θ₂ sein, und der dritte Winkel θ₃ kann gleich dem vierten Winkel θ₄ sein. Bei Ausführungsformen, bei denen die proximale Seitenwand 116S_P eine größere Bogenlänge als die distale Seitenwand 116S_D hat, ist der erste Winkel θ₁ kleiner als der dritte Winkel θ₃ und der vierte Winkel θ₄, und der zweite Winkel θ₂ ist ebenfalls kleiner als der dritte Winkel θ₃ und der vierte Winkel θ₄.
16 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungspackages 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Diese Ausführungsform ist der unter Bezugnahme auf 10 beschriebenen Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Durchkontaktierungen 116 zu den Durchkontaktierungsteilen 114V der tieferliegenden UBMLs 114 ausgerichtet sind, sodass die Durchkontaktierungen 116 nicht von den jeweiligen Durchkontaktierungsteilen 114V seitlich versetzt sind. In ähnlicher Weise wie unter Bezugnahme auf 12 beschrieben, kann eine integrierte Schaltungsvorrichtung 300 durch Bonden des integrierten Schaltungspackages 100 von 16 an ein Packagesubstrat 200 hergestellt werden.
17 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungspackages 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Es sind Einzelheiten eines Bereichs 17 von 16 dargestellt. Insbesondere sind eine Durchkontaktierung 116 und eine tieferliegende UBML 114 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform haben die proximalen Seitenwände 116S_P dieselbe Bogenlänge wie die distalen Seitenwände 116S_D. Außerdem ist der erste Winkel θ₁ gleich dem dritten Winkel θ₃, und der zweite Winkel θ₂ ist gleich dem vierten Winkel θ₄. Durch symmetrisches Plattieren des leitfähigen Materials 132 (das bereits unter Bezugnahme auf die 6E bis 6G beschrieben worden ist) kann die proximale Seitenwand 116S_P mit derselben Bogenlänge wie die distale Seitenwand 116S_D hergestellt werden.
18 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungspackages 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Diese Ausführungsform ist der unter Bezugnahme auf 14 beschriebenen Ausführungsform ähnlich, mit der Ausnahme, dass die Durchkontaktierungen 116 zu den Durchkontaktierungsteilen 114V der tieferliegenden UBMLs 114 ausgerichtet sind, sodass die Durchkontaktierungen 116 nicht von den jeweiligen Durchkontaktierungsteilen 114V seitlich versetzt sind. In ähnlicher Weise wie unter Bezugnahme auf 12 beschrieben, kann eine integrierte Schaltungsvorrichtung 300 durch Bonden des integrierten Schaltungspackages 100 von 18 an ein Packagesubstrat 200 hergestellt werden.
19 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltungspackages 100 gemäß einigen Ausführungsformen. Es sind Einzelheiten eines Bereichs 19 von 18 dargestellt. Insbesondere sind eine Durchkontaktierung 116 und eine tieferliegende UBML 114 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform haben die proximalen Seitenwände 116S_P dieselbe Bogenlänge wie die distalen Seitenwände 116S_D. Außerdem ist der erste Winkel θ₁ gleich dem dritten Winkel θ₃, und der zweite Winkel θ₂ ist gleich dem vierten Winkel θ₄. Durch symmetrisches Plattieren des leitfähigen Materials 132 (das bereits unter Bezugnahme auf die 13A bis 13C beschrieben worden ist) kann die proximale Seitenwand 116S_P mit derselben Bogenlänge wie die distale Seitenwand 116S_D hergestellt werden.
Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung Folgendes auf: einen integrierten Schaltungs-Die mit einem Die-Verbindungselement; eine dielektrische Schicht auf dem integrierten Schaltungs-Die; eine UBM-Schicht, die einen Leitungsteil auf der dielektrischen Schicht und einen Durchkontaktierungsteil aufweist, der sich durch die dielektrische Schicht erstreckt, um das Die-Verbindungselement zu kontaktieren; eine Durchkontaktierung auf dem Leitungsteil der UBM-Schicht, wobei die Durchkontaktierung eine erste gewölbte Seitenwand in der Nähe des Die-Verbindungselements und eine zweite gewölbte Seitenwand hat, die von dem Die-Verbindungselement entfernt ist, wobei die erste gewölbte Seitenwand eine größere Bogenlänge als die zweite gewölbte Seitenwand hat; und ein Verkapselungsmaterial um die Durchkontaktierung und die UBM-Schicht. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung sind die erste und die zweite gewölbte Seitenwand jeweils eine konkave Seitenwand. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung bilden die konkaven Seitenwände stumpfe Winkel mit einer Oberseite des Leitungsteils der UBM-Schicht. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung hat ein mittlerer Teil der Durchkontaktierung eine erste Breite, und Endteile der Durchkontaktierung haben jeweils eine zweite Breite, wobei die zweite Breite größer als die erste Breite ist. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung sind die erste und die zweite gewölbte Seitenwand jeweils eine konvexe Seitenwand. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung bilden die konvexen Seitenwände spitze Winkel mit einer Oberseite des Leitungsteils der UBM-Schicht. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung hat ein mittlerer Teil der Durchkontaktierung eine erste Breite, und Endteile der Durchkontaktierung haben jeweils eine zweite Breite, wobei die zweite Breite kleiner als die erste Breite ist. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung weist die UBM-Schicht eine Seedschicht und ein erstes leitfähiges Material auf, die Durchkontaktierung weist ein zweites leitfähiges Material auf, und zwischen dem ersten und dem zweiten leitfähigen Material sind keine Seedschichten angeordnet.
Bei einer Ausführungsform weist eine Vorrichtung Folgendes auf: einen ersten integrierten Schaltungs-Die; einen zweiten integrierten Schaltungs-Die benachbart zu dem ersten integrierten Schaltungs-Die; eine UBM-Schicht, die physisch und elektrisch mit dem zweiten integrierten Schaltungs-Die verbunden ist; ein Verkapselungsmaterial auf der UBM-Schicht; eine Durchkontaktierung, die sich durch das Verkapselungsmaterial erstreckt, wobei die Durchkontaktierung und die UBM-Schicht dasselbe zusammenhängende Metall aufweisen, eine erste Grenzfläche zwischen der Durchkontaktierung und dem Verkapselungsmaterial gewölbt ist, eine zweite Grenzfläche zwischen der Durchkontaktierung und dem Verkapselungsmaterial gewölbt ist, und die erste Grenzfläche eine erste Bogenlänge hat und die zweite Grenzfläche eine zweite Bogenlänge hat, wobei die zweite Bogenlänge von der ersten Bogenlänge verschieden ist; und einen Verbindungs-Die in dem Verkapselungsmaterial, wobei der Verbindungs-Die Die-Brücken aufweist, wobei die Die-Brücken den ersten integrierten Schaltungs-Die direkt mit dem zweiten integrierten Schaltungs-Die verbinden. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung hat die Durchkontaktierung eine Sanduhr-Form. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung hat die Durchkontaktierung eine ausgebauchte rechteckige Form. Bei einigen Ausführungsformen weist die Vorrichtung weiterhin eine Umverteilungsstruktur auf dem Verkapselungsmaterial auf, wobei die Umverteilungsstruktur eine Umverteilungsleitung aufweist, die physisch und elektrisch mit der Durchkontaktierung verbunden ist. Bei einigen Ausführungsformen der Vorrichtung ist der Verbindungs-Die ein lokaler Silizium-Interconnect.
Bei einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren Folgendes: Herstellen einer ersten Maske auf einer Seedschicht, wobei eine erste Öffnung in der ersten Maske einen ersten Teil der Seedschicht freilegt; Plattieren eines ersten leitfähigen Materials in der ersten Öffnung und auf dem ersten Teil der Seedschicht; Entfernen der ersten Maske; Herstellen einer zweiten Maske auf dem ersten leitfähigen Material und der Seedschicht, wobei eine zweite Öffnung in der zweiten Maske einen zweiten Teil des ersten leitfähigen Materials freilegt; Plattieren eines zweiten leitfähigen Materials in der zweiten Öffnung und auf dem zweiten Teil des ersten leitfähigen Materials, wobei das zweite leitfähige Material mit einer Mehrzahl von Plattierungsgeschwindigkeiten plattiert wird und gewölbte Seitenwände hat; und Entfernen der zweiten Maske und der freigelegten Teile der Seedschicht. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens sind die gewölbten Seitenwände konkave Seitenwände. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Plattieren des zweiten leitfähigen Materials Folgendes: Plattieren eines unteren Teils des zweiten leitfähigen Materials mit einer ersten Plattierungsgeschwindigkeit und anschließend mit einer zweiten Plattierungsgeschwindigkeit, wobei die zweite Plattierungsgeschwindigkeit höher als die erste Plattierungsgeschwindigkeit ist; Plattieren eines mittleren Teils des zweiten leitfähigen Materials; und Plattieren eines oberen Teils des zweiten leitfähigen Materials mit einer dritten Plattierungsgeschwindigkeit und anschließend mit einer vierten Plattierungsgeschwindigkeit, wobei die vierte Plattierungsgeschwindigkeit niedriger als die dritte Plattierungsgeschwindigkeit ist. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens wird der untere Teil des zweiten leitfähigen Materials mit einer ersten Plattierungsstromdichte und anschließend mit einer zweiten Plattierungsstromdichte plattiert, der obere Teil des zweiten leitfähigen Materials wird mit einer dritten Plattierungsstromdichte und anschließend mit einer vierten Plattierungsstromdichte plattiert, wobei die zweite Plattierungsstromdichte größer als die erste Plattierungsstromdichte ist und die vierte Plattierungsstromdichte kleiner als die dritte Plattierungsstromdichte ist. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens sind die gewölbten Seitenwände konvexe Seitenwände. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Plattieren des zweiten leitfähigen Materials Folgendes: Plattieren eines unteren Teils des zweiten leitfähigen Materials mit einer ersten Plattierungsgeschwindigkeit und anschließend mit einer zweiten Plattierungsgeschwindigkeit, wobei die zweite Plattierungsgeschwindigkeit niedriger als die erste Plattierungsgeschwindigkeit ist; Plattieren eines mittleren Teils des zweiten leitfähigen Materials; und Plattieren eines oberen Teils des zweiten leitfähigen Materials mit einer dritten Plattierungsgeschwindigkeit und anschließend mit einer vierten Plattierungsgeschwindigkeit, wobei die vierte Plattierungsgeschwindigkeit höher als die dritte Plattierungsgeschwindigkeit ist. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens wird der untere Teil des zweiten leitfähigen Materials mit einer ersten Plattierungsstromdichte und anschließend mit einer zweiten Plattierungsstromdichte plattiert, und der obere Teil des zweiten leitfähigen Materials wird mit einer dritten Plattierungsstromdichte und anschließend mit einer vierten Plattierungsstromdichte plattiert, wobei die zweite Plattierungsstromdichte niedriger als die erste Plattierungsstromdichte ist und die vierte Plattierungsstromdichte höher als die dritte Plattierungsstromdichte ist.
Vorstehend sind Merkmale verschiedener Ausführungsformen beschrieben worden, sodass Fachleute die Aspekte der vorliegenden Offenbarung besser verstehen können. Fachleuten dürfte klar sein, dass sie die vorliegende Offenbarung ohne Weiteres als eine Grundlage zum Gestalten oder Modifizieren anderer Verfahren und Strukturen zum Erreichen der gleichen Ziele und/oder zum Erzielen der gleichen Vorzüge wie bei den hier vorgestellten Ausführungsformen verwenden können. Fachleute dürften ebenfalls erkennen, dass solche äquivalenten Auslegungen nicht von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abweichen und dass sie hier verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Abwandlungen vornehmen können, ohne von dem Grundgedanken und Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.

Claims

Vorrichtung mit: einem integrierten Schaltungs-Die mit einem Die-Verbindungselement; einer dielektrischen Schicht auf dem integrierten Schaltungs-Die; einer UBM-Schicht, die einen Leitungsteil auf der dielektrischen Schicht und einen Durchkontaktierungsteil aufweist, der sich durch die dielektrische Schicht erstreckt, um das Die-Verbindungselement zu kontaktieren; einer Durchkontaktierung auf dem Leitungsteil der UBM-Schicht, wobei die Durchkontaktierung eine erste gewölbte Seitenwand in der Nähe des Die-Verbindungselements und eine zweite gewölbte Seitenwand hat, die von dem Die-Verbindungselement entfernt ist, wobei die erste gewölbte Seitenwand eine größere Bogenlänge als die zweite gewölbte Seitenwand hat; und einem Verkapselungsmaterial um die Durchkontaktierung und die UBM-Schicht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite gewölbte Seitenwand jeweils eine konkave Seitenwand sind.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die konkaven Seitenwände stumpfe Winkel mit einer Oberseite des Leitungsteils der UBM-Schicht bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein mittlerer Teil der Durchkontaktierung eine erste Breite hat und Endteile der Durchkontaktierung jeweils eine zweite Breite haben, wobei die zweite Breite größer als die erste Breite ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste und die zweite gewölbte Seitenwand jeweils eine konvexe Seitenwand sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei die konvexen Seitenwände spitze Winkel mit einer Oberseite des Leitungsteils der UBM-Schicht bilden.
Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei ein mittlerer Teil der Durchkontaktierung eine erste Breite hat und Endteile der Durchkontaktierung jeweils eine zweite Breite haben, wobei die zweite Breite kleiner als die erste Breite ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die UBM-Schicht eine Seedschicht und ein erstes leitfähiges Material aufweist, die Durchkontaktierung ein zweites leitfähiges Material aufweist, und zwischen dem ersten und dem zweiten leitfähigen Material keine Seedschichten angeordnet sind.
Vorrichtung mit: einem ersten integrierten Schaltungs-Die; einem zweiten integrierten Schaltungs-Die benachbart zu dem ersten integrierten Schaltungs-Die; einer UBM-Schicht, die physisch und elektrisch mit dem zweiten integrierten Schaltungs-Die verbunden ist; einem Verkapselungsmaterial auf der UBM-Schicht; einer Durchkontaktierung, die sich durch das Verkapselungsmaterial erstreckt, wobei die Durchkontaktierung und die UBM-Schicht dasselbe zusammenhängende Metall aufweisen, eine erste Grenzfläche zwischen der Durchkontaktierung und dem Verkapselungsmaterial gewölbt ist, eine zweite Grenzfläche zwischen der Durchkontaktierung und dem Verkapselungsmaterial gewölbt ist, und die erste Grenzfläche eine erste Bogenlänge hat und die zweite Grenzfläche eine zweite Bogenlänge hat, wobei die zweite Bogenlänge von der ersten Bogenlänge verschieden ist; und einem Verbindungs-Die in dem Verkapselungsmaterial, wobei der Verbindungs-Die Die-Brücken aufweist, wobei die Die-Brücken den ersten integrierten Schaltungs-Die direkt mit dem zweiten integrierten Schaltungs-Die verbinden.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Durchkontaktierung eine Sanduhr-Form hat.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Durchkontaktierung eine ausgebauchte rechteckige Form hat.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, die weiterhin eine Umverteilungsstruktur auf dem Verkapselungsmaterial aufweist, wobei die Umverteilungsstruktur eine Umverteilungsleitung aufweist, die physisch und elektrisch mit der Durchkontaktierung verbunden ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei der Verbindungs-Die ein lokaler Silizium-Interconnect ist.
Verfahren, umfassend: Herstellen einer ersten Maske auf einer Seedschicht, wobei eine erste Öffnung in der ersten Maske einen ersten Teil der Seedschicht freilegt; Plattieren eines ersten leitfähigen Materials in der ersten Öffnung und auf dem ersten Teil der Seedschicht; Entfernen der ersten Maske; Herstellen einer zweiten Maske auf dem ersten leitfähigen Material und der Seedschicht, wobei eine zweite Öffnung in der zweiten Maske einen zweiten Teil des ersten leitfähigen Materials freilegt; Plattieren eines zweiten leitfähigen Materials in der zweiten Öffnung und auf dem zweiten Teil des ersten leitfähigen Materials, wobei das zweite leitfähige Material mit einer Mehrzahl von Plattierungsgeschwindigkeiten plattiert wird und gewölbte Seitenwände hat; und Entfernen der zweiten Maske und der freigelegten Teile der Seedschicht.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die gewölbten Seitenwände konkave Seitenwände sind.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Plattieren des zweiten leitfähigen Materials Folgendes umfasst: Plattieren eines unteren Teils des zweiten leitfähigen Materials mit einer ersten Plattierungsgeschwindigkeit und anschließend mit einer zweiten Plattierungsgeschwindigkeit, wobei die zweite Plattierungsgeschwindigkeit höher als die erste Plattierungsgeschwindigkeit ist; Plattieren eines mittleren Teils des zweiten leitfähigen Materials; und Plattieren eines oberen Teils des zweiten leitfähigen Materials mit einer dritten Plattierungsgeschwindigkeit und anschließend mit einer vierten Plattierungsgeschwindigkeit, wobei die vierte Plattierungsgeschwindigkeit niedriger als die dritte Plattierungsgeschwindigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei der untere Teil des zweiten leitfähigen Materials mit einer ersten Plattierungsstromdichte und anschließend mit einer zweiten Plattierungsstromdichte plattiert wird, der obere Teil des zweiten leitfähigen Materials mit einer dritten Plattierungsstromdichte und anschließend mit einer vierten Plattierungsstromdichte plattiert wird, und die zweite Plattierungsstromdichte höher als die erste Plattierungsstromdichte ist und die vierte Plattierungsstromdichte niedriger als die dritte Plattierungsstromdichte ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, wobei die gewölbten Seitenwände konvexe Seitenwände sind.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei das Plattieren des zweiten leitfähigen Materials Folgendes umfasst: Plattieren eines unteren Teils des zweiten leitfähigen Materials mit einer ersten Plattierungsgeschwindigkeit und anschließend mit einer zweiten Plattierungsgeschwindigkeit, wobei die zweite Plattierungsgeschwindigkeit niedriger als die erste Plattierungsgeschwindigkeit ist; Plattieren eines mittleren Teils des zweiten leitfähigen Materials; und Plattieren eines oberen Teils des zweiten leitfähigen Materials mit einer dritten Plattierungsgeschwindigkeit und anschließend mit einer vierten Plattierungsgeschwindigkeit, wobei die vierte Plattierungsgeschwindigkeit höher als die dritte Plattierungsgeschwindigkeit ist.
Verfahren nach Anspruch 19, wobei der untere Teil des zweiten leitfähigen Materials mit einer ersten Plattierungsstromdichte und anschließend mit einer zweiten Plattierungsstromdichte plattiert wird, der obere Teil des zweiten leitfähigen Materials mit einer dritten Plattierungsstromdichte und anschließend mit einer vierten Plattierungsstromdichte plattiert wird, und die zweite Plattierungsstromdichte niedriger als die erste Plattierungsstromdichte ist und die vierte Plattierungsstromdichte höher als die dritte Plattierungsstromdichte ist.