TW202212427A - 半導體元件的製造方法 - Google Patents

Abstract

一種製造半導體元件的方法，包含：將聚合物混合物施加在基底上方；曝光和顯影聚合物混合物的至少一部分以形成顯影的介電質；以及固化顯影的介電質以形成介電層。聚合物混合物包含聚合物前驅物、光敏劑以及溶劑。聚合物前驅物可以是聚醯胺酸酯。

Description

半導體元件的製造方法

本發明實施例是有關於一種半導體元件的製造方法。

半導體行業已經由於多種電子元件（例如，電晶體、二極體、電阻器、電容器等）的積集密度的持續改進而經歷快速增長。主要來說，最小特徵尺寸的反復減小已經帶來積集密度的改進，這允許將更多構件整合到給定區域中。隨著對縮小的電子元件的需求的增長，對半導體晶粒的更小和更有創造性的封裝技術的需求也已經出現。這些封裝系統的實例是疊層封裝（Package-on-Package；PoP）技術。在PoP元件中，頂部半導體封裝堆疊在底部半導體封裝的頂部上以提供高水準的積集度和元件密度。PoP技術通常能夠在印刷電路板（printed circuit board；PCB）上生產功能性增強和小佔據面積的半導體元件。

本發明實施例提供一種製造半導體元件的方法，所述方法包括：將聚合物材料放置在基底上方，圖案化聚合物材料以及在200℃到300℃的範圍內的溫度下固化聚合物材料。聚合物材料包含聚合物前驅物、光敏劑以及溶劑。所述聚合物前驅物包含

其中R表示

。

以下公開內容提供用於實現本發明的不同特徵的許多不同實施例或實例。下文描述元件和佈置的具體實例以簡化本公開。當然，這些元件和佈置只是實例且並不意欲為限制性的。舉例來說，在以下描述中，第一特徵在第二特徵上方或第二特徵上的形成可包含第一特徵與第二特徵直接接觸地形成的實施例，且還可包含額外特徵可在第一特徵與第二特徵之間形成以使得第一特徵與第二特徵可不直接接觸的實施例。另外，本公開可在各種實例中重複圖式元件符號和/或字母。這種重複是出於簡化和清楚的目的且本身並不指示所論述的各種實施例和/或配置之間的關係。

另外，為易於描述，本文中可使用如「在…之下（beneath）」、「在…下方（below）」、「下部（lower）」、「在…之上（above）」、「上部（upper）」以及類似術語的空間相對術語來描述如各圖中所示出的一個元件或特徵與另一（一些）元件或特徵的關係。除圖中所描繪的定向以外，空間相對術語意欲涵蓋元件在使用或操作中的不同定向。裝置可以其它方式定向（旋轉90度或處於其它定向），且本文中所使用的空間相對描述詞同樣可相應地進行解釋。

現將針對利用聚醯亞胺材料在半導體元件內形成介電層的特定實施例來描述實施例。然而，所描述的實施例並不旨在限於本文中所描述的實施例，而是可用於廣泛多種實施例中。

圖1示出根據一些實施例的積體電路晶粒50的橫截面視圖。積體電路晶粒50將在後續處理中封裝以形成積體電路封裝。積體電路晶粒50可以是邏輯晶粒（例如，中央處理單元（central processing unit；CPU）、圖形處理單元（graphics processing unit；GPU）、系統晶片（system-on-a-chip；SoC）、應用處理器（application processor；AP）、微控制器等）、記憶體晶粒（例如，動態隨機存取記憶體（dynamic random access memory；DRAM）晶粒、靜態隨機存取記憶體（static random access memory；SRAM）晶粒等）、功率管理晶粒（例如，功率管理積體電路（power management integrated circuit；PMIC）晶粒）、射頻（radio frequency；RF）晶粒、感測器晶粒、微機電系統（micro-electro-mechanical-system；PMIC）晶粒、信號處理晶粒（例如，數位信號處理（digital signal processing；DSP）晶粒）、前端晶粒（例如，模擬前端（analog front-end；AFE）晶粒）、類似物或其組合。

積體電路晶粒50可形成於晶片中，所述晶片可包含在後續步驟中單體化以形成多個積體電路晶粒的不同元件區。積體電路晶粒50可根據可適用的製造製程進行處理，以形成積體電路。舉例來說，積體電路晶粒50包含半導體基底52，如摻雜或未摻雜的矽，或絕緣體上半導體（semiconductor-on-insulator；SOI）基底的主動層。半導體基底52可包含：其它半導體材料，如鍺；化合物半導體，包含碳化矽、砷化鎵、磷化鎵、磷化銦、砷化銦和/或銻化銦；合金半導體，包含SiGe、GaAsP、AlInAs、AlGaAs、GaInAs、GaInP和/或GaInAsP；或其組合。也可使用其它基底，如多層或梯度基底。半導體基底52具有主動表面（例如，圖1中面朝上的表面），有時稱為前側，以及非主動表面（例如，圖1中面朝下的表面），有時稱為背側。

元件（由電晶體表示）54可形成於半導體基底52的前表面處。元件54可以是主動元件（例如，電晶體、二極體等）、電容器、電阻器等。層間介電質（inter-layer dielectric；ILD）56在半導體基底52的前表面上方。ILD 56包圍且可覆蓋元件54。ILD 56可包含由如磷矽酸鹽玻璃（Phospho-Silicate Glass；PSG）、硼矽酸鹽玻璃（Boro-Silicate Glass；BSG）、硼摻雜磷矽酸鹽玻璃（Boron-Doped Phospho-Silicate Glass；BPSG）、未摻雜矽酸鹽玻璃（undoped Silicate Glass；USG）或類似物的材料形成的一或多個介電層。

導電插塞58延伸穿過ILD 56從而以電氣和物理方式耦合元件54。舉例來說，當元件54是電晶體時，導電插塞58可耦合電晶體的閘極和源極/汲極區。導電插塞58可由鎢、鈷、鎳、銅、銀、金、鋁、類似物或其組合形成。內連線結構60在ILD 56和導電插塞58上方。內連線結構60互連元件54，以形成積體電路。內連線結構60可通過例如ILD 56上的介電層中的金屬化圖案來形成。金屬化圖案包含形成在一或多個低k介電層中的金屬線和通孔。內連線結構60的金屬化圖案通過導電插塞58電耦合到元件54。

積體電路晶粒50更包含與其進行外部連接的接墊62，如鋁接墊。接墊62在積體電路晶粒50的主動側上，如在內連線結構60中和/或上。一或多個鈍化膜64在積體電路晶粒50上，如在部分內連線結構60和部分接墊62上。開口穿過鈍化膜64延伸到接墊62。如導電柱（例如，由如銅的金屬形成）的晶粒連接件66延伸穿過鈍化膜64中的開口，且以物理和電氣方式耦合到相應一個接墊62。晶粒連接件66可通過例如鍍覆或類似方法形成。晶粒連接件66電耦合積體電路晶粒50的相應積體電路。

任選地，焊料區（例如，焊料球或焊料凸塊）可安置在接墊62上。焊料球可用於對積體電路晶粒50執行晶片探針（chip probe；CP）測試。可對積體電路晶粒50執行CP測試以確定積體電路晶粒50是否是已知良好晶粒（known good die；KGD）。因此，僅作為KGD的積體電路晶粒50經歷後續處理且進行封裝，且未通過CP測試的晶粒不進行封裝。在測試之後，可在後續處理步驟中去除焊料區。

介電層68可（或可不）在積體電路晶粒50的主動側上，如在鈍化膜64和晶粒連接件66上。介電層68橫向密封晶粒連接件66，且介電層68與積體電路晶粒50橫向相連。首先，介電層68可掩埋晶粒連接件66，以使得介電層68的最頂部表面在晶粒連接件66的最頂部表面上方。在其中焊料區安置在晶粒連接件66上的一些實施例中，介電層68也可掩埋焊料區。可替代地，可在形成介電層68之前去除焊料區。

介電層68可以是聚合物，如PBO、聚醯亞胺、BCB或類似物；氮化物，如氮化矽或類似物；氧化物，如氧化矽、PSG、BSG、BPSG或類似物；類似物；或其組合。介電層68可例如通過旋轉塗布、層壓、化學氣相沉積（chemical vapor deposition；CVD）或類似操作而形成。在一些實施例中，在積體電路晶粒50的形成期間，晶粒連接件66外露於介電層68。在一些實施例中，晶粒連接件66保持掩埋，且在用於封裝積體電路晶粒50的後續製程期間暴露。暴露晶粒連接件66可去除晶粒連接件66上可能存在的任何焊料區。

在一些實施例中，積體電路晶粒50是包含多個半導體基底52的堆疊元件。舉例來說，積體電路晶粒50可以是包含多個記憶體晶粒的記憶體元件，如混合記憶體立方體（hybrid memory cube；HMC）模組、高頻寬記憶體（high bandwidth memory；HBM）模組或類似物。在這類實施例中，積體電路晶粒50包含通過基底穿孔（through-substrate via；TSV）互連的多個半導體基底52。每一個半導體基底52可（或可不）具有內連線結構60。

圖2到圖20示出根據一些實施例的在用於形成第一封裝組件100的製程期間的中間步驟的橫截面視圖。示出第一封裝區100A和第二封裝區100B，且一或多個積體電路晶粒50被封裝以在每一個封裝區100A和每一個封裝區100B中形成積體電路封裝。積體電路封裝也可稱為整合扇出型（integrated fan-out；InFO）封裝。

在圖2中，提供載體基底102，且在載體基底102上形成釋放層104。載體基底102可以是玻璃載體基底、陶瓷載體基底或類似物。載體基底102可以是晶片，以使得多個封裝可同時形成在載體基底102上。

釋放層104可由聚合物類材料形成，所述材料可連同載體基底102一起從將在後續步驟中形成的上覆結構去除。在一些實施例中，釋放層104是環氧樹脂類熱釋放材料，所述材料在加熱時失去其黏合屬性，如光到熱轉換（light-to-heat-conversion；LTHC）釋放塗層。在其它實施例中，釋放層104可以是紫外線（ultra-violet；UV）膠，所述紫外線膠在暴露於UV光時失去其黏合屬性。釋放層104可以液體形式分配且固化，可以是層壓到載體基底102上的層壓膜，或可以是類似物。釋放層104的頂部表面可齊平且可具有高度的平面性。

在圖3中，在釋放層104上可形成介電層408。介電層408的底部表面可與釋放層104的頂部表面接觸。在一些實施例中，介電層408由聚合物形成，如聚苯並惡唑（polybenzoxazole；PBO）、聚醯亞胺、苯環丁烷（benzocyclobutene；BCB）或類似物。在其它實施例中，介電層408由以下形成：氮化物，如氮化矽；氧化物，如氧化矽、磷矽酸鹽玻璃（phosphosilicate glass；PSG）、硼矽酸鹽玻璃（borosilicate glass；BSG）、硼摻雜磷矽酸鹽玻璃（boron-doped phosphosilicate glass；BPSG）或類似物；或類似物。介電層408可通過任何可接受的沉積製程形成，如旋轉塗布、CVD、層壓、類似製程或其組合。

在圖4中，在介電層408上可形成金屬化圖案410。作為形成金屬化圖案410的實例，晶種層形成在介電層408上方。在一些實施例中，晶種層是金屬層，所述金屬層可以是單個層或包括由不同材料形成的多個子層的複合層。在一些實施例中，晶種層包括鈦層和在鈦層上方的銅層。晶種層可使用例如物理氣相沉積（physical vapor deposition；PVD）或類似操作而形成。隨後，在晶種層上形成光阻（未繪示）且圖案化光阻。光阻可通過旋轉塗布或類似操作而形成，且可暴露於光以用於圖案化。光阻的圖案對應於金屬化圖案410。圖案化形成穿過光阻的開口以暴露晶種層。導電材料形成在光阻的開口中和晶種層的暴露部分上。導電材料可通過鍍覆（如電鍍或化學鍍）或類似方法形成。導電材料可包括金屬，如銅、鈦、鎢、鋁或類似物。隨後，去除光阻和晶種層上不形成導電材料的部分。可通過可接受的灰化或剝離製程（如使用氧電漿或類似製程）去除光阻。一旦將光阻去除，那麼如通過使用可接受的蝕刻製程（如通過濕式或乾式蝕刻）來去除晶種層的暴露部分。晶種層和導電材料的剩餘部分形成金屬化圖案410。

在一些實施例中，將如積體電路晶粒的晶粒（未示出）附接到介電層408和/或金屬化圖案410。晶粒可大體上類似於下文關於圖14所描述的積體電路晶粒50。如下文關於積體電路晶粒50的圖14所描述的方法，晶粒可附接到介電層408和/或金屬化圖案410。

在圖5中，在金屬化圖案410上形成穿孔416。作為形成穿孔416的實例，在金屬化圖案410上形成光阻且圖案化光阻。光阻可通過旋轉塗布或類似操作而形成，且可暴露於光以用於圖案化。光阻的圖案對應於導通孔。圖案化形成穿過光阻的開口以暴露晶種層。在光阻的開口中和在金屬化圖案410的暴露部分上形成導電材料，從而形成穿孔416。導電材料可通過鍍覆（如電鍍或化學鍍）或類似方法形成。導電材料可包括金屬，如銅、鈦、鎢、鋁或類似物。如通過可接受的灰化或剝離製程（如使用氧電漿或類似製程）去除光阻。

在圖6中，將密封體420形成在各種元件上和周圍。在形成之後，密封體420密封穿孔416。密封體420可以是模制化合物、環氧樹脂或類似物。密封體420可通過壓縮模制、轉移模制或類似方法來塗覆，且可形成在載體基底102上方，使得掩埋或覆蓋穿孔416。密封體420進一步形成在金屬化圖案410上方且可延伸以覆蓋介電層408的部分。在一些實施例中，密封體420進一步密封附接到介電層408和/或金屬化圖案410的晶粒（未示出）。密封體420可以液體或半液體形式塗覆且隨後相繼固化。

在圖7中，對密封體420執行平坦化製程以暴露穿孔416。平坦化製程也可去除穿孔416的材料。在製程變化內的平坦化製程之後，穿孔416和密封體420的頂部表面大體上共面。平坦化製程可以是例如化學機械拋光（chemical-mechanical polish；CMP）、研磨製程或類似製程。在一些實施例中，例如，如果穿孔416已暴露，那麼可省略平坦化。在一些實施例中，平坦化還暴露附接到介電層408和/或金屬化圖案410的晶粒（未示出）上的晶粒連接件。

在圖8到圖12中，可在密封體420和穿孔416的頂部表面上形成背側重佈線結構106（未在圖8中完全示出，但在下文關於圖12完全示出）。在所繪示的實施例中，背側重佈線結構106包含介電層108、包含延伸穿過介電層108的導通孔的金屬化圖案110（有時稱為重佈線層或重佈線線路）、介電層112、金屬化圖案422以及介電層425。可在背側重佈線結構106中形成更多或更少介電層和金屬化圖案，如兩個到五個介電層和一個到四個金屬化圖案。如果將形成更少介電層和金屬化圖案，那麼可省略下文論述的步驟和製程。如果將形成更多介電層和金屬化圖案，那麼可重複下文論述的步驟和製程。

現參考圖8，在密封體420和穿孔416上形成介電層108。在一些實施例中，介電層108可由聚合物材料形成，所述聚合物材料包括溶劑、聚合物前驅物500、交聯劑510以及光敏劑。混合物可進一步包括一或多種添加劑。

在一些實施例中，聚合物前驅物500可以是聚合物，所述聚合物設計成與剩餘組分一起起作用以便形成介電層108。可選擇聚合物前驅物500以產生具有更少醯亞胺環的聚醯亞胺主鏈，這可降低聚合物材料的耗散因數（dissipation factor；Df）且減少元件插入損耗。如此，在一些實施例中，聚合物前驅物500可以是包括具有下式的多個單體的聚醯胺酸酯：

其中R具有下式：

在一些實施例中，混合物包括約20重量%到約40重量%的聚醯胺酸酯，如約25%到約35%。

圖9A和圖9B示出，在利用上文所描述的聚醯胺酸酯形成介電層108的實施例中，可使用一系列反應物製備聚合物前驅物500。例如且首先參見圖9A，第一反應物502和第二反應物504可一起反應以獲得第一中間產物506。在一實施例中，第一反應物502可包括芳香族酸酐，如3,3,4,4-聯苯四甲酸二酐（3,3,4,4-Biphenyltetracarboxylic dianhydride；BPDA）、4,4'-氧雙苯二甲酸酐（4,4’-Oxydiphthalic anhydride）或4,4'-(4,4'-亞異丙基二苯氧基)雙(鄰苯二甲酸酐)（4,4’-(4,4’-Isopropylidenediphenoxy)bis(phthalic anhydride)），而第二反應物504可包括如甲基丙烯酸2-羥基乙酯（2-Hydroxyethyl methacrylate）的化學物質。然而，可利用任何合適的反應物。

圖9B示出，一旦已獲得第一中間產物506，那麼第一中間產物506可與第三反應物508反應以獲得所需聚合物前驅物500。在一實施例中，第三反應物508可以是芳香族胺，如2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷（4,4-(4,4-isopropylidenediphenyl-1,1-diyldioxy)dianiline；BAPP）、4,4'-(1,1'-聯二苯-4,4'-二基二氧基)二苯胺（4,4’-(1,1’-Biphenyl-4,4’-diyldioxy)dianiline）或4,4'-(1,4-亞苯基二異亞丙基)雙苯胺（4,4’-(1,4-Phenylenediisopropylidene)bisaniline）。然而，可利用任何合適的反應物。

圖9C到圖9D示出可形成的替代中間前驅物。舉例來說，圖9C示出可在形成聚合物前驅物500之前產生的第一中間聚合物前驅物500'，而圖9D示出也可在形成聚合物前驅物500之前產生的第二中間聚合物前驅物500''。可形成任何合適的中間聚合物前驅物，且所有這些前驅物完全意欲包含在實施例的範圍內。

在一些實施例中，溶劑包括可用於混合、運輸以及分散聚合物材料的剩餘組分的有機溶劑。如此，在一些實施例中，有機溶劑可包括1-甲基-2-吡咯烷酮（1-Methyl-2-pyrrolidone；NMP）、γ-丁內酯（gamma-butyrolactone；GBL）、四氫呋喃（tetrahydrofuran；THF）或二甲亞碸（Dimethyl sulfoxide；DMSO）。然而，可利用任何合適的有機溶劑。在一些實施例中，聚合物材料包括約30重量%到約60重量%的溶劑。

在額外實施例中，溶劑不僅可額外包括如上文所描述的有機溶劑，而且也可包括第二溶劑以實現更好的溶解度。在這類實施例中，溶劑可不僅包括1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），而且也可包括第二有機溶劑，如乳酸乙酯（ethyl lactate；EL）、二甲基甲醯胺（dimethylformamide；DMF）或二甲亞碸（DMSO）。然而，任何合適的有機溶劑可用於第二有機溶劑。

在一些實施例中，聚合物材料包括約45重量%到約55重量%的NMP。使用約45重量%到約55重量%的NMP可用於實現合適的粘度以便產生所需膜厚度。使用小於約45重量%的NMP可以是不利的，因為它可導致高粘度和差的溶解度。使用大於約55重量%的NMP可以是不利的，因為它可導致低粘度和不合期望的薄膜。

在一些實施例中，聚合物材料包括約10重量%到約15重量%的EL。使用約10重量%到約15重量%的EL可用於實現所需溶解度。使用小於約10重量%的EL可以是不利的，因為它可導致非所需的沉澱。使用大於約15重量%的EL可以是不利的，因為它可導致溶液中的非所需空隙的形成。

交聯劑510（未在圖9A到圖9D中示出，但在下文關於圖10B示出）可形成在聚合物材料的曝光期間將一個聚合物鏈連接到另一個聚合物鏈的鍵（參見下文的圖10B）。所得組合物可具有比沒有交聯時更大的剛性。在一些實施例中，交聯劑510包括任何合適的交聯劑，如四乙二醇二甲基丙烯酸酯（丙烯酸酯）。聚合物材料可包括約1重量%到約5重量%的交聯劑510。在其它實施例中，在混合物中不使用交聯劑以形成聚合物材料，且聚合物材料不包括交聯劑510。

光敏劑或光活性組分（photoactive component；PAC）可以是光活性組分，如光酸產生劑、光鹼產生劑、自由基產生劑或類似物，且光敏劑可以是正性作用的或負性作用的。在其中光敏劑是光酸產生劑的實施例中，光敏劑可包括鹵代三嗪、鎓鹽、重氮鹽、芳香族重氮鹽、磷鎓鹽、硫鎓鹽、碘鎓鹽、醯亞胺磺酸鹽、肟磺酸鹽、二碸、鄰硝基苄基磺酸鹽、磺化酯、鹵代磺醯基氧基二甲醯亞胺、重氮二碸、α-氰基氧基胺-磺酸酯、醯亞胺磺酸酯、酮重氮碸、磺醯基重氮酯、1,2-二(芳基磺醯基)肼、硝基苄基酯以及均三嗪衍生物、這些的合適的組合以及類似物。

可使用的光酸產生劑的具體實例包含α.-(三氟甲基磺醯氧基)-雙環[2.2.1]庚-5-烯-2,3-二甲醯亞胺（MDT）、N-羥基-萘二甲醯亞胺（DDSN）、安息香甲苯磺酸酯、叔丁基苯基-α-(對甲苯磺醯基氧基)-乙酸酯和叔丁基-α-(對甲苯磺醯基氧基)-乙酸酯、六氟銻酸三芳基硫鎓鹽和六氟銻酸二芳基碘鎓鹽、六氟砷酸鹽、三氟甲烷磺酸鹽、全氟辛烷磺酸碘鎓鹽、N-樟腦磺醯氧基萘二甲醯亞胺、N-五氟苯基磺醯氧基萘二甲醯亞胺、離子碘鎓磺酸鹽（如二芳基碘鎓（烷基或芳香基）磺酸鹽和雙-(二叔丁基苯基)碘鎓莰基磺酸鹽）、全氟烷磺酸酯（如全氟戊烷磺酸酯、全氟辛烷磺酸酯、全氟甲烷磺酸酯）、芳香基（例如，苯基或苄基）三氟甲磺酸酯（如三苯基硫鎓三氟甲磺酸鹽或雙-(叔丁基苯基)碘鎓三氟甲磺酸鹽）；連苯三酚衍生物（例如，連苯三酚的三甲磺酸酯）、羥基醯亞胺的三氟甲烷磺酸酯、α,α'-雙-磺醯基-重氮甲烷、硝基取代的苄醇的磺酸酯、萘醌-4-二疊氮、烷基二碸以及類似物。

在其中光敏劑是自由基產生劑的實施例中，光敏劑可包括正苯基甘氨酸、芳香族酮（如二苯甲酮、N,N'-四甲基-4,4'-二氨基二苯甲酮、N,N'-四乙基-4,4'-二氨基二苯甲酮、4-甲氧基-4'-二甲基氨基苯並-苯酮、3,3'-二甲基-4-甲氧基二苯甲酮、p,p'-雙(二甲基氨)苯並-苯酮、p,p'-雙(二乙基氨)-二苯甲酮、蒽醌、2-乙基蒽醌、萘醌以及菲醌）、安息香（如安息香、安息香甲基醚、安息香乙基醚、安息香異丙醚、安息香-正-丁基醚、安息香-苯醚、甲基安息香以及乙基安息香）、苄基衍生物（如二苄基、苄基二苯基二硫化物以及苄基二甲基縮酮）、吖啶衍生物（如9-苯基吖啶和1,7-雙(9-吖啶基)庚烷）、噻噸酮（如2-氯噻噸酮、2-甲基噻噸酮、2,4-二乙基噻噸酮、2,4-二甲基噻噸酮以及2-異丙基噻噸酮）、苯乙酮（如1,1-二氯苯乙酮、對叔丁基二氯-苯乙酮、2,2-二乙氧基苯乙酮、2,2-二甲氧基-2-苯基苯乙酮以及2,2-二氯-4-苯氧基苯乙酮）、2,4,5-三芳基咪唑二聚體（如2-(鄰氯苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2-(鄰氯苯基)-4,5-二(間甲氧基苯基咪唑二聚體、2-(鄰氟苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2-(鄰甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2-(對甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體、2,4-二(對甲氧基苯基)-5-苯基咪唑二聚體、2-(2,4-二甲氧基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體以及2-(對甲基巰基苯基)-4,5-二苯基咪唑二聚體）、這些的合適的組合或類似物。

在其中光敏劑是光鹼產生劑的實施例中，光敏劑可包括季銨二硫代氨基甲酸鹽、α氨基酮、含有分子的肟-尿烷（如二二苯甲酮肟六亞甲基二尿烷）、四有機基硼酸銨鹽以及N-(2-硝基苄氧基羰基)環胺，這些的合適的組合或類似物。在一實施例中，正型光敏劑（如二苯甲醯基甲烷）或負型光敏劑（如2,2'-(苯基亞氨基)二乙醇）可用作光敏劑。然而，如本領域的普通技術人員將認識到，在本文中所列的化學化合物僅旨在作為光敏劑的所示出實例且並不旨在將實施例僅限制為具體描述的那些光敏劑。更確切而言，可利用任何合適的光敏劑，且所有這些光敏劑完全意欲包含在本發明的實施例的範圍內。聚合物材料可包括約1重量%到8重量%的光敏劑。在其它實施例中，在混合物中不使用光敏劑來形成聚合物材料，且聚合物材料不包括光敏劑。

除光敏劑之外，混合物也可包括添加劑。添加劑有助於降低用於固化的溫度。確切地說，添加劑可用於增大混合物的自由體積。添加劑的高極性和/或高位阻可用於（例如通過降低偶極矩）克服在曝光期間和曝光之後形成的聚合物的極性。因此，如下文所論述，可使用較低的曝光能量。聚合物的反應性部分上的降低的極性允許分子的分支鏈出現在一起以形成環，且由此改進在較低溫度下固化期間的環化。添加劑可充當反應的催化劑，且因此在固化之前和之後與聚合物保持分離，但在固化之後，最終聚合物層或介電層可包括原始添加劑中的一些或全部。

添加劑可包括適合於增大聚合物材料或聚合物混合物的自由體積的任何分子。如上文所論述，添加劑可具有高極性和/或高位阻。為增大混合物的自由體積，可選擇添加劑且添加劑可具有與所選擇的交聯劑510類似的結構。舉例來說，添加劑可以是聚醚，如聚乙二醇（polyethylene glycol；PEG）（例如，分子量為600且包括5重量%的聚合物材料）、聚丙二醇（polypropylene glycol；PPG）、這些的組合或類似物。類似地，在其中將四乙二醇二甲基丙烯酸酯（tetraethylene glycol dimethacrylate）用作交聯劑510的實施例中，例如，添加劑可以是上文所列的化合物、下文所示出的以下化合物或具有類似化學結構的化合物中的一種。舉例來說，添加劑可包括如下的含有醚基或端基的長烷基鏈：

或

其中R ₁可包括-H、烷基鏈、甲基或叔丁基，R ₂可包括-H、-烷基鏈、甲基、叔丁基、-OH、-NH2、-SH、-F、-Cl、-Br、-I或-SO ₃H，且其中n在約4到約200之間，但可使用任何合適的數目。

在圖10A中，一旦已放置介電層108，那麼使用例如微影罩幕和蝕刻製程來圖案化介電層108以形成暴露部分穿孔416的開口424，或如果介電層108的材料是光敏的，則是曝光和顯影介電層108的材料。

在一些實施例中，能量來源將能量（如光）供應到介電層108以便誘發光敏劑的反應，所述光敏劑的反應又與第一重佈線鈍化層聚合物樹脂反應以化學地改變能量撞擊到介電層108的那些部分。在一實施例中，能量可以是電磁輻射，如g射線（具有約436奈米的波長）、i射線（具有約365奈米的波長）、紫外輻射、遠紫外輻射、x射線、電子束或類似物。能量來源可以是電磁輻射的來源，且可以是KrF准分子雷射（具有248奈米的波長）、ArF准分子雷射（具有193奈米的波長）、F2准分子雷射（具有157奈米的波長）或類似物，但也可利用任何其它合適的能量源，如汞蒸氣燈、氙燈、碳弧燈或類似物。

圖案化罩幕位於能量源與介電層108之間，以便在能量實際撞擊在介電層108上之前阻擋能量的部分以形成圖案化能量。在一實施例中，圖案化罩幕可包括一系列層（例如，基底、吸收層、抗反射塗層、遮罩層等）以反射、吸收或以其它方式阻擋能量的部分到達不希望照射的介電層108的那些部分。通過以所希望的照射形狀形成穿過圖案化罩幕的開口，可在圖案化罩幕中形成所需圖案。

在一些實施例中，介電層108放置在支撐板上。一旦圖案已與介電層108對準，那麼能量源產生所需能量（例如，光），所述能量在其到達介電層108的途中穿過圖案化罩幕。撞擊在介電層108的部分上的圖案化能量誘發介電層108內的光敏劑的反應。在一些實施例中，小於約250毫焦的曝光能量可用於誘發介電層108內的光敏劑的反應。這種減小的曝光能量可用於實現臨界尺寸（如隨後在重佈線層中形成的導電特徵的寬度）的較高解析度。舉例來說，為形成具有約7微米的寬度的開口424，可使用在約175毫焦（mJ）到約225毫焦的範圍內的曝光能量。光敏劑吸收圖案化能量的化學反應產物（例如，酸/鹼/自由基）隨後與第二重佈線鈍化層聚合物樹脂反應，在通過圖案化罩幕照射的那些部分中化學地更改介電層108。

圖10B示出根據一些實施例的聚合物前驅物500（如聚醯胺酸酯）與交聯劑510之間的反應，所述反應可在曝光已經引發與光敏劑的反應之後發生。交聯劑510形成將一個聚合物鏈連接到另一個聚合物鏈的鍵，例如在圖10B中所示出的聚醯胺酸酯500的鏈，從而產生交聯聚合物鏈520。所得交聯聚合物鏈520可具有比沒有交聯時更大的剛性。

在介電層108已曝光之後，可使用第一曝光後烘烤（post-exposure bake；PEB）以便輔助在曝光期間由能量對光敏劑的撞擊所產生的酸/鹼/自由基的產生、分散以及反應。這種輔助有助於產生或增強化學反應，所述化學反應在受能量撞擊的那些區與不受能量撞擊的那些區之間產生化學差異和不同的極性。這些化學差異還導致受能量撞擊的區與不受能量撞擊的那些區之間的溶解度的差異。在一些實施例中，可在約180毫焦到約350毫焦的範圍內在一段時期將介電層108的溫度升高到在約70℃到約120℃的範圍內。

一旦介電層108已曝光和烘烤，那麼可使用顯影劑對介電層108進行顯影。在其中介電層108是低溫固化的聚醯亞胺的實施例中，第一顯影劑可以是如有機溶劑或臨界流體的負型顯影劑，所述負型顯影劑可用於去除介電層108的未暴露於能量且由此保持它們的原始溶解度的那些部分。可利用的材料的具體實例包含烴類溶劑、醇溶劑、醚溶劑、酯溶劑、臨界流體、這些的組合或類似物。可用於負型溶劑的材料的具體實例包含環戊酮（A515）、己烷、庚烷、辛烷、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、三氯乙烯、甲醇、乙醇、丙醇、丁醇、臨界二氧化碳、乙醚、二丙醚、二丁醚、乙基乙烯基醚、二惡烷、環氧丙烷、四氫呋喃、溶纖劑、甲基溶纖劑、丁基溶纖劑、甲基卡必醇、二乙二醇單乙醚、丙酮、甲基乙基酮、甲基異丁基酮、異佛爾酮、環己酮、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、吡啶、甲醯胺、N,N-二甲基甲醯胺或類似物。

可使用例如旋塗製程將第一顯影劑塗覆到介電層108。在這種製程中，在旋轉介電層108的同時，將第一顯影劑從介電層108上方塗覆到介電層108。在一實施例中，第一顯影劑可處於約20℃到約30℃的範圍內的溫度下，且顯影可在約50秒到約70秒的範圍內持續，這可有利於增加產量。

然而，雖然本文中所描述的旋塗方法是用於在曝光之後顯影介電層108的一種合適的方法，但其意欲是說明性的且不意欲限制實施例。更確切而言，可使用用於顯影的任何合適的方法，包含浸漬方法、覆液方法、噴塗方法、這些的組合或類似方法。所有這些顯影方法完全意欲包含在實施例的範圍內。

一旦介電層108已顯影，那麼可沖洗介電層108。在一實施例中，可用沖洗液體（如丙二醇單甲基醚乙酸酯）沖洗介電層108，但可使用任何合適的沖洗溶液，如水。

在顯影之後，可利用顯影後烘烤製程以幫助在顯影製程之後聚合和穩定介電層108。在一實施例中，可在約80℃到約200℃之間或在約80℃到約170℃之間的溫度下執行顯影後烘烤製程約60秒到約300秒之間（如約2分鐘）的時間。

在顯影後烘烤之後，可固化介電層108。在其中介電層108包括低溫固化的聚醯亞胺的一些實施例中，可在約200℃到約300℃的範圍內的溫度下執行固化製程。在其它實施例中，可在大於約300℃的溫度下執行固化製程。介電層108可固化約10分鐘到約180分鐘的範圍內的時間。然而，可利用任何合適的溫度和時間。

圖10C示出，熱固化可將如上文關於圖10B所示出的交聯聚合物鏈520轉換為聚醯亞胺鏈530。在一個實施例中，聚醯亞胺鏈530可最終具有具有下式的單體：

在一些實施例中，上述聚醯亞胺鏈530具有在約30000到約60000的範圍內的分子量，這對於改進膜屬性（如強度和抗分層性）可以是有利的。由於具有較小強度且對分層的敏感性更高，具有小於約30000的分子量的聚醯亞胺鏈可以是不利的。由於溶解度較差，具有大於約80000的分子量的聚醯亞胺鏈可以是不利的。聚醯亞胺鏈530可具有有更少醯亞胺環的聚醯亞胺主鏈，這可降低聚合物材料的耗散因數（Df）且減少元件插入損耗。

在一些實施例中，介電層108可包括額外的單體，而不是具有如上文關於聚醯亞胺鏈530所呈現的精確化學結構，所述額外的單體具有聚醯亞胺鏈530的單體或另外代替所呈現的精確單體。舉例來說，在一些實施例中，介電層108可包括由以下化學式描述的一或多種單體：

在其它實施例中，介電層108可包括由式NH ₂-A-NH ₂描述的一或多種單體，其中A表示單體的核心。由式NH ₂-A-NH ₂描述的單體可包含以下化學結構：

在其中介電層108的聚合物材料在約230℃下固化的一些實施例中，介電層124的聚合物材料（如聚醯亞胺鏈530）在固化製程之後具有有利的屬性。聚合物材料在約60千兆赫（GHz）時可具有約2.9的介電常數（Dk），且在約60千兆赫時可具有在約0.007到約0.01的範圍內的耗散因數（Df）。可通過使用具有更少醯亞胺環的聚醯亞胺主鏈（如上文關於圖10D所示出的聚醯亞胺鏈530）將聚合物材料的Df降低到約0.007。具有在約0.003到約0.015的範圍內的Df可有益於減少元件插入損耗。在一些實施例中，可實現約100%的聚醯亞胺環化。

聚合物材料可具有在約206℃到約216℃的範圍內的熱機械分析玻璃轉化（thermomechanical analysis glass transition；TMA-Tg）溫度。聚合物材料可具有在約46百萬分率/℃（ppm/°C）到約53 ppm/°C或約48 ppm/°C到約49 ppm/°C的範圍內的線性熱膨脹係數（coefficient of linear thermal expansion；CTE1）。如在約46 ppm/°C到約53 ppm/°C的範圍內的較低CTE1可有益於減少隨後形成的重佈線層（redistribution layers；RDL）中的斷開的線，如下文關於圖11所描述的金屬化圖案110。聚合物材料可具有在約157百萬帕（MPa）到約181百萬帕或約168百萬帕到約177百萬帕的範圍內的拉伸強度。聚合物材料可具有在約500牛頓每米到約800牛頓每米的範圍內的黏合力。

聚合物材料可具有在約3.7十億帕（GPa）到約3.8十億帕的範圍內的楊氏模量。如上文關於圖10D所示出，可通過使用例如聚醯亞胺鏈530的聚醯亞胺主鏈在聚合物材料中實現約3.8十億帕的楊氏模量。具有約3.8十億帕的楊氏模量的較大剛性的聚合物材料可由於聚合物材料的增大的分子平坦度（molecular flatness）而有益於減小基底應力。舉例來說，晶粒拐角上的焊點的基底應力可從約1.0（其可引起不利分層）降低到約0.9。在隨後形成的金屬化層（如下文關於圖11所描述的金屬化圖案110）的導電特徵上的分層可通過聚合物材料的強度和剛性來降低，所述強度和剛性由約3.8十億帕的楊氏模量來顯現。

聚合物材料可具有在約74%到約86%或約80%到約85%的範圍內的伸長百分比。介電層108可收縮到在約5微米到約20微米的範圍內的厚度。

圖10D示出如圖10A所示出的區400的詳細視圖，其繪示在圖案化介電層108之後的開口424。在一些實施例中，可用約250毫焦的曝光能量、約10微米的深度、小於10微米的寬度W1（如在約3.9微米到約9.2 微米的範圍內）來圖案化開口424。聚焦深度（depth of focus；DOF）可大於約20微米。較低曝光能量可允許形成開口424的法線輪廓，以使得開口424的側壁與介電層108的頂部表面之間所測量的角度α在小於約90°（如約80°到約90°）的範圍內，這對於良好的晶種層覆蓋可以是有利的。大於約90°的角度α可以是不利的，因為其可導致較差晶種層覆蓋。

圖10E提供品質分析結果，所述品質分析結果示出在聚合物材料（例如聚醯亞胺）中包含聚醯胺酸酯500的實施例的一個結果。在一些實施例中，在包括聚醯胺酸酯500的聚合物材料固化之後，圖10E示出使用第三單體508（例如BAPP）和第二反應物504以便形成在質子核磁共振譜中作為峰的聚合物材料。

在圖11中，隨後形成金屬化圖案110。金屬化圖案110包含沿著介電層108的主表面延伸且延伸穿過介電層108從而以物理和電氣方式耦合到穿孔416的導電元件。作為形成金屬化圖案110的實例，在介電層108上方和延伸穿過介電層108的開口中形成晶種層。在一些實施例中，晶種層是金屬層，所述金屬層可以是單個層或包括由不同材料形成的多個子層的複合層。在一些實施例中，晶種層包括鈦層和在鈦層上方的銅層。晶種層可使用例如PVD或類似操作來形成。隨後在晶種層上形成光阻且圖案化光阻。光阻可通過旋轉塗布或類似操作而形成，且可暴露於光以用於圖案化。光阻的圖案對應於金屬化圖案146。圖案化形成穿過光阻的開口以暴露晶種層。隨後在光阻的開口中且在晶種層的暴露部分上形成導電材料。導電材料可通過鍍覆（如電鍍或化學鍍）或類似方法形成。導電材料可包括金屬，如銅、鈦、鎢、鋁或類似物。

導電材料和晶種層的下伏部分的組合形成金屬化圖案110，所述金屬化圖案110包含形成在開口424中的導通孔426。金屬化圖案110可具有約10微米的解析度，如金屬化圖案110的導電特徵具有約10微米或小於10微米的寬度和厚度。舉例來說，導通孔426可具有約7微米的寬度，其通過使用約175毫焦到約225毫焦的範圍內的較低曝光能量來實現。導通孔426可以物理和電氣方式耦合到穿孔416。在一些實施例中，如上文關於圖4所描述，一些導通孔426形成在附接到介電層408和/或金屬化圖案410的晶粒（未示出）的晶粒連接件上方且以物理和電氣方式耦合到所述晶粒連接件。去除光阻和晶種層上不形成導電材料的部分。可通過可接受的灰化或剝離製程（如使用氧電漿或類似製程）去除光阻。一旦將光阻去除，那麼如通過使用可接受的蝕刻製程（如通過濕式或乾式蝕刻）來去除晶種層的暴露部分。

金屬化圖案110也可包括如導電線的導電特徵。介電層108的聚合物材料可提供較低CTE1和較高黏合力，這可用於減少斷開的導電線。這可將良率損失從約100%降低到約0%。

在圖12中，介電層112可形成在金屬化圖案110和介電層108上。如上文關於圖8到圖10所描述，可以與介電層108類似的方式形成和圖案化介電層112。圖案化形成暴露部分金屬化圖案110的開口。圖案化可通過可接受的製程形成，如通過當介電層112是光敏材料時將介電層112暴露於光或通過使用例如非等向性蝕刻進行蝕刻。如果介電層112是光敏材料，那麼可在曝光之後使介電層112顯影。

出於說明性目的，圖12示出具有兩層單個金屬化圖案110和金屬化圖案422的重佈線結構106。在一些實施例中，背側重佈線結構106可包含任何數目的介電層和金屬化圖案。如果將形成更多介電層和金屬化圖案，那麼可重複上文論述的步驟和製程。金屬化圖案可包含一或多個導電元件。導電元件可在金屬化圖案形成期間通過在下伏介電層的表面上方和在下伏介電層的開口中形成金屬化圖案的晶種層和導電材料來形成，由此互連和電耦合各種導電線。

在圖13中，將穿孔116形成在開口114中且遠離背側重佈線結構106的最頂部介電層（例如，介電層425）延伸。作為形成穿孔116的實例，在背側重佈線結構106上方，例如在介電層425和由開口114所暴露的金屬化圖案422的部分上形成晶種層（未繪示）。在一些實施例中，晶種層是金屬層，所述金屬層可以是單個層或包括由不同材料形成的多個子層的複合層。在特定實施例中，晶種層包括鈦層和在鈦層上方的銅層。晶種層可使用例如PVD或類似操作來形成。在晶種層上形成光阻且圖案化光阻。光阻可通過旋轉塗布或類似操作而形成，且可暴露於光以用於圖案化。光阻的圖案對應於導通孔。圖案化形成穿過光阻的開口以暴露晶種層。導電材料形成在光阻的開口中和晶種層的暴露部分上。導電材料可通過鍍覆（如電鍍或化學鍍）或類似方法形成。導電材料可包括金屬，如銅、鈦、鎢、鋁或類似物。去除光阻和晶種層上不形成導電材料的部分。可通過可接受的灰化或剝離製程（如使用氧電漿或類似製程）去除光阻。一旦將光阻去除，那麼如通過使用可接受的蝕刻製程（如通過濕式或乾式蝕刻）來去除晶種層的暴露部分。晶種層和導電材料的剩餘部分形成穿孔116。

在圖14中，將積體電路晶粒50（例如，第一積體電路晶粒50A和第二積體電路晶粒50B）通過黏合劑118黏合到介電層425。所需類型和數量的積體電路晶粒50黏合在封裝區100A和封裝區100B中的每一個中。在所繪示的實施例中，多個積體電路晶粒50彼此相鄰地黏合，所述多個積體電路晶粒50包含第一封裝區100A和第二封裝區100B中的每一個中的第一積體電路晶粒50A和第二積體電路晶粒50B。第一積體電路晶粒50A可以是邏輯元件，如中央處理單元（CPU）、圖形處理單元（GPU）、系統晶片（SoC）、微控制器或類似物。第二積體電路晶粒50B可以是記憶體元件，如動態隨機存取記憶體（DRAM）晶粒、靜態隨機存取記憶體（SRAM）晶粒、混合記憶體立方體（HMC）模組、高頻寬記憶體（HBM）模組或類似物。在一些實施例中，積體電路晶粒50A和積體電路晶粒50B可以是相同類型的晶粒，如SoC晶粒。第一積體電路晶粒50A和第二積體電路晶粒50B可在相同技術節點的製程中形成，或可在不同技術節點的製程中形成。舉例來說，第一積體電路晶粒50A可具有比第二積體電路晶粒50B更高級的製程節點。積體電路晶粒50A和積體電路晶粒50B可具有不同尺寸（例如，不同高度和/或表面積），或可具有相同尺寸（例如，相同高度和/或表面積）。在第一封裝區100A和第二封裝區100B中的可用於穿孔116的空間可能是有限的，特別是當積體電路晶粒50包含具有大佔據面積的元件（如SoC）時。當第一封裝區100A和第二封裝區100B具有可用於穿孔116的有限空間時，使用背側重佈線結構106可以改進內連線佈置。

黏合劑118位於積體電路晶粒50的背側上，且將積體電路晶粒50黏合到背側重佈線結構106，如黏合到介電層425。黏合劑118可以是任何合適的黏合劑、環氧樹脂、晶粒貼合膜（die attach film；DAF）或類似物。黏合劑118可塗覆到積體電路晶粒50的背側，如果不利用背側重佈線結構106，那麼可塗覆在載體基底102的表面上方，或如果可適用，那麼可塗覆到背側重佈線結構106的上部表面。舉例來說，可在單體化以分離積體電路晶粒50之前將黏合劑118塗覆到積體電路晶粒50的背側。

在圖15中，將密封體120形成在各種元件上和周圍。在形成之後，密封體120密封穿孔116和積體電路晶粒50。密封體120可以是模制化合物、環氧樹脂或類似物。密封體120可通過壓縮模制、轉移模制或類似方法來塗覆，且可形成在載體基底102上方，以使得掩埋或覆蓋穿孔116和/或積體電路晶粒50。密封體120進一步形成在積體電路晶粒50之間的間隔區中。密封體120可以液體或半液體形式塗覆且隨後相繼固化。

在圖16中，對密封體120執行平坦化製程以暴露穿孔116和晶粒連接件66。平坦化製程也可去除穿孔116、介電層68和/或晶粒連接件66的材料，直到暴露晶粒連接件66和穿孔116。在製程變化內的平坦化製程之後，穿孔116、晶粒連接件66、介電層68以及密封體120的頂部表面大體上共面。平坦化製程可以是例如化學機械拋光（CMP）、研磨製程或類似製程。在一些實施例中，例如，如果穿孔116和/或晶粒連接件66已暴露，那麼可省略平坦化。

在圖17到圖20中，將前側重佈線結構122（參見圖20）形成在密封體120、穿孔116以及積體電路晶粒50上方。前側重佈線結構122包含介電層124、介電層128、介電層132以及介電層136；以及金屬化圖案126、金屬化圖案130以及金屬化圖案134。金屬化圖案也可稱為重佈線層或重佈線線路。將前側重佈線結構122繪示為具有三層金屬化圖案的實例。更多或更少介電層和金屬化圖案可形成在前側重佈線結構122中。如果將形成更少介電層和金屬化圖案，那麼可省略下文論述的步驟和製程。如果將形成更多介電層和金屬化圖案，那麼可重複下文論述的步驟和製程。

在圖17中，將介電層124沉積在密封體120、穿孔116以及晶粒連接件66上。在一些實施例中，介電層124由可使用微影罩幕來圖案化的光敏材料形成，所述光敏材料如PBO、聚醯亞胺、BCB或類似物。介電層124可通過旋轉塗布、層壓、CVD、類似方法或其組合形成。隨後圖案化介電層124。圖案化形成暴露部分穿孔116和部分晶粒連接件66的開口。圖案化可通過可接受的製程來進行，如通過當介電層124是感光性材料時曝光和顯影介電層124或通過使用例如非等向性蝕刻進行蝕刻。

隨後形成金屬化圖案126。金屬化圖案126包含沿著介電層124的主表面延伸且延伸穿過介電層124從而以物理和電氣方式耦合到穿孔116和積體電路晶粒50的導電元件。作為形成金屬化圖案126的實例，在介電層124上方和延伸穿過介電層124的開口中形成晶種層。在一些實施例中，晶種層是金屬層，所述金屬層可以是單個層或包括由不同材料形成的多個子層的複合層。在一些實施例中，晶種層包括鈦層和在鈦層上方的銅層。晶種層可使用例如PVD或類似操作來形成。隨後在晶種層上形成光阻且圖案化光阻。光阻可通過旋轉塗布或類似操作而形成，且可暴露於光以用於圖案化。光阻的圖案對應於金屬化圖案126。圖案化形成穿過光阻的開口以暴露晶種層。隨後在光阻的開口中且在晶種層的暴露部分上形成導電材料。導電材料可通過鍍覆（如電鍍或化學鍍）或類似方法形成。導電材料可包括金屬，如銅、鈦、鎢、鋁或類似物。晶種層的導電材料和下伏部分的組合形成金屬化圖案126。去除光阻和晶種層上不形成導電材料的部分。可通過可接受的灰化或剝離製程（如使用氧電漿或類似製程）去除光阻。一旦將光阻去除，那麼如通過使用可接受的蝕刻製程（如通過濕式或乾式蝕刻）來去除晶種層的暴露部分。

在圖18中，將介電層128沉積在金屬化圖案126和介電層124上。介電層128可以與介電層124類似的方式來形成，且可由與介電層124類似的材料形成。

隨後形成金屬化圖案130。金屬化圖案130包含位於介電層128的主表面上且沿著所述主表面延伸的部分。金屬化圖案130更包含延伸穿過介電層128從而以物理和電氣方式耦合金屬化圖案126的部分。金屬化圖案130可以與金屬化圖案126類似的方式和類似的材料形成。在一些實施例中，金屬化圖案130具有與金屬化圖案126不同的尺寸。舉例來說，金屬化圖案130的導電線和/或通孔可比金屬化圖案126的導電線和/或通孔更寬或更厚。另外，金屬化圖案130可形成為比金屬化圖案126更大的間距。

在圖19中，介電層132沉積在金屬化圖案130和介電層128上。介電層132可以與介電層124類似的方式來形成，且可由與介電層124類似的材料形成。

隨後形成金屬化圖案134。金屬化圖案134包含位於介電層132的主表面上且沿著所述主表面延伸的部分。金屬化圖案134更包含延伸穿過介電層132從而以物理和電氣方式耦合金屬化圖案130的部分。金屬化圖案134可以與金屬化圖案126類似的方式和類似的材料形成。金屬化圖案134是前側重佈線結構122的最頂部金屬化圖案。如此，前側重佈線結構122的所有中間金屬化圖案（例如金屬化圖案126和金屬化圖案130）安置在金屬化圖案134與積體電路晶粒50之間。在一些實施例中，金屬化圖案134具有與金屬化圖案126和金屬化圖案130不同的尺寸。舉例來說，金屬化圖案134的導電線和/或通孔可比金屬化圖案126和金屬化圖案130的導電線和/或通孔更寬或更厚。另外，金屬化圖案134可形成為比金屬化圖案130更大的間距。

在圖20中，將介電層136沉積在金屬化圖案134和介電層132上。介電層136可以與介電層124類似的方式來形成，且可由與介電層124相同的材料形成。介電層136是前側重佈線結構122的最頂部介電層。如此，前側重佈線結構122的所有金屬化圖案（例如，金屬化圖案126、金屬化圖案130以及金屬化圖案134）安置在介電層136與積體電路晶粒50之間。另外，前側重佈線結構122的所有中間介電層（例如，介電層124、介電層128、介電層132）安置在介電層136與積體電路晶粒50之間。

在圖21中，形成UBM 138以用於與前側重佈線結構122的外部連接。UBM 138具有在介電層136的主表面上且沿著所述主表面延伸的凸塊部分，且具有延伸穿過介電層136從而以物理和電氣方式耦合金屬化圖案134的通孔部分。因此，UBM 138電耦合到穿孔116和積體電路晶粒50。UBM 138可由與金屬化圖案126相同的材料形成。在一些實施例中，UBM 138具有與金屬化圖案126、金屬化圖案130以及金屬化圖案134不同的尺寸。

在圖22中，導電連接件150形成在UBM 138上。導電連接件150可以是球格陣列（ball grid array；BGA）連接件、焊料球、金屬柱、受控塌陷晶片連接（controlled collapse chip connection；C4）凸塊、微凸塊、無電鍍鎳鈀浸金技術（electroless nickel-electroless palladium-immersion gold technique；ENEPIG）形成的凸塊或類似物。導電連接件150可包含導電材料，如焊料、銅、鋁、金、鎳、銀、鈀、錫、類似物或其組合。在一些實施例中，導電連接件150首先通過蒸鍍、電鍍、印刷、焊料轉移、植球或類似方法形成焊料層來形成。一旦已在結構上形成焊料層，便可執行回焊以便使材料成形為所需凸塊形狀。在另一實施例中，導電連接件150包括通過濺鍍、印刷、電鍍、化學鍍、CVD或類似操作形成的金屬柱（如銅柱）。金屬柱可無焊料且具有大體上豎直側壁。在一些實施例中，在金屬柱的頂部上形成金屬頂蓋層。金屬頂蓋層可包含鎳、錫、錫鉛、金、銀、鈀、銦、鎳鈀金、鎳金、類似物或其組合，且可通過鍍覆製程形成。

在圖23中，執行載體基底剝離以將載體基底102與背側重佈線結構106（例如，介電層108）分離（或「剝離」）。根據一些實施例，剝離包含在釋放層104上投射光（如雷射或UV光），以使得釋放層104在光的熱量下分解，且可去除載體基底102。隨後將結構翻轉且放置在膠帶（未繪示）上。

在圖24中，形成導電連接件152以延伸穿過介電層408，進而接觸金屬化圖案410。形成開口以穿過介電層408，進而暴露出部分金屬化圖案410。開口可例如使用雷射鑽孔、蝕刻或類似方法形成。將導電連接件152形成在開口中。在一些實施例中，導電連接件152包括助焊劑且在助焊劑浸漬製程中形成。在一些實施例中，導電連接件152包括如焊膏、銀膏或類似物的導電膏，且在印刷製程中分配。在一些實施例中，導電連接件152以與導電連接件150類似的方式形成，且可由與導電連接件150類似的材料形成。

圖25和圖26示出根據一些實施例的元件堆疊的形成和實施。元件堆疊由形成在第一封裝組件100中的積體電路封裝形成。元件堆疊也可稱為疊層封裝（package-on-package；PoP）結構。

在圖25中，第二封裝元件200耦合到第一封裝元件100。第二封裝元件200中的一個在封裝區100A和封裝區100B中的每一個中耦合以在第一封裝元件100的每個區中形成積體電路元件堆疊。

第二封裝元件200包含例如基底202和耦合到基底202的一或多個堆疊晶粒210（例如，210A和210B）。雖然示出一組堆疊晶粒210（210A和210B），但在其它實施例中，可將多個堆疊晶粒210（各自具有一或多個堆疊晶粒）並排安置成耦合到基底202的同一表面。基底202可由半導體材料製成，如矽、鍺、金剛石或類似物。在一些實施例中，也可使用化合物材料，如矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化銦、磷化銦、碳化矽鍺、磷化鎵砷、磷化鎵銦、這些的組合以及類似物。此外，基底202可以是絕緣體上矽（silicon-on-insulator；SOI）基底。一般來說，SOI基底包含如外延矽、鍺、矽鍺、SOI、絕緣體上矽鍺（silicon germanium on insulator；SGOI）或其組合的半導體材料層。在一個替代實施例中，基底202基於絕緣芯，如玻璃纖維增強的樹脂芯。一種實例芯材料是玻璃纖維樹脂，如FR4。芯材料的替代物包含雙馬來醯亞胺-三嗪（bismaleimide-triazine；BT）樹脂，或替代地，其它印刷電路板（printed circuit board；PCB）材料或膜。如味之素堆積膜（Ajinomoto build-up film；ABF）的堆積膜或其它層壓體可用於基底202。

基底202可包含主動元件和被動元件（未繪示）。如電晶體、電容器、電阻器、這些的組合以及類似物的廣泛多種元件可用於產生第二封裝元件200的設計的結構和功能要求。可使用任何合適的方法來形成元件。

基底202也可包含金屬化層（未繪示）和導通孔208。金屬化層可形成在主動元件和被動元件上方，且設計成連接各種元件以形成功能電路。金屬化層可由具有使導電材料層互連的通孔的介電材料（例如，低k介電材料）和導電材料（例如，銅）的交替層形成，且可通過任何合適的製程（如沉積、鑲嵌、雙重鑲嵌或類似製程）形成。在一些實施例中，基底202大體上不含主動元件和被動元件。

基底202可在基底202的第一側上具有接合接墊204以耦合到堆疊晶粒210，且在基底202的第二側上具有接合接墊206以耦合到導電連接件152，第二側與基底202的第一側相對。在一些實施例中，通過在基底202的第一側和第二側上的介電層（未繪示）中形成凹部（未繪示）來形成接合接墊204和接合接墊206。可形成凹部以允許接合接墊204和接合接墊206嵌入到介電層中。在其它實施例中，由於可在介電層上形成接合接墊204和接合接墊206，因此省略凹部。在一些實施例中，接合接墊204和接合接墊206包含由銅、鈦、鎳、金、鈀、類似物或其組合製成的薄晶種層（未繪示）。接合接墊204和接合接墊206的導電材料可沉積在薄晶種層上方。導電材料可通過電化學鍍覆製程、化學鍍製程、CVD、原子層沉積（atomic layer deposition；ALD）、PVD、類似製程或其組合來形成。在一實施例中，接合接墊204和接合接墊206的導電材料是銅、鎢、鋁、銀、金、類似物或其組合。

在一些實施例中，接合接墊204和接合接墊206是包含導電材料的三個層（如鈦層、銅層以及鎳層）的UBM。材料和層的其它佈置（如鉻/鉻銅合金/銅/金的佈置、鈦/鈦鎢/銅的佈置或銅/鎳/金的佈置）可用於形成接合接墊204和接合接墊206。可用於接合接墊204和接合接墊206的任何合適的材料或材料層完全意欲包含在本申請的範圍內。在一些實施例中，導通孔208延伸穿過基底202且將接合接墊204中的至少一個耦合到接合接墊206中的至少一個。

在所示出的實施例中，堆疊晶粒210通過線接合（wire bonds）212耦合到基底202，但可使用其它連接，如導電凸塊。在一實施例中，堆疊晶粒210是堆疊記憶體晶粒。舉例來說，堆疊晶粒210可以是記憶體晶粒，如低功率（low-power；LP）雙倍資料傳輸率（double data rate；DDR）記憶體模組，如LPDDR1、LPDDR2、LPDDR3、LPDDR4或類似記憶體模組。

堆疊晶粒210和線接合212可由模制材料214密封。模制材料214可例如使用壓縮模制在堆疊晶粒210和線接合212上模制。在一些實施例中，模制材料214是模制化合物、聚合物、環氧樹脂、氧化矽填充物材料、類似物或其組合。可執行固化製程以固化模制材料214；固化製程可以是熱固化、UV固化、類似製程或其組合。

在一些實施例中，堆疊晶粒210和線接合212掩埋在模制材料214中，且在模制材料214固化之後，執行如研磨的平坦化步驟以去除模制材料214的多餘部分且為第二封裝元件200提供大體上平坦表面。

在形成第二封裝元件200之後，借助於導電連接件152、接合接墊206以及背側重佈線結構106的金屬化圖案將第二封裝元件200以機械和電氣方式接合到第一封裝元件100。在一些實施例中，堆疊晶粒210可通過線接合212、接合接墊204和接合接墊206、導通孔208、導電連接件152、金屬化圖案410、穿孔416、背側重佈線結構106、穿孔116以及前側重佈線結構122耦合到積體電路晶粒50A和積體電路晶粒50B。

在一些實施例中，在基底202的與堆疊晶粒210相對的側上形成阻焊劑（未繪示）。導電連接件152可安置在阻焊劑中的開口中，從而以電氣和機械方式耦合到基底202中的導電特徵（例如，接合接墊206）。阻焊劑可用於保護基底202的區域免受外部損壞。

在一些實施例中，在用將第二封裝元件200附接到第一封裝元件100之後所剩餘的環氧樹脂助焊劑的環氧樹脂部分中的至少一些進行回焊之前，導電連接件152可具有形成於其上的環氧樹脂助焊劑（未繪示）。

在一些實施例中，在第一封裝元件100與第二封裝元件200之間形成底部填充物（未繪示）從而包圍導電連接件152。底部填充物可減小應力且保護由對導電連接件152的回焊而產生的接合部。底部填充物可在附接第二封裝元件200之後通過毛細流動製程形成，或可在附接第二封裝元件200之前通過合適的沉積方法形成。在形成環氧樹脂助焊劑的實施例中，其可充當底部填充物。

在圖26中，通過沿著切割道區（例如，在第一封裝區100A與第二封裝區100B之間）鋸切來執行單體化製程。鋸切將第一封裝區100A與第二封裝區100B單體化。所得的單體化元件堆疊來自第一封裝區100A或第二封裝區100B中的一個。在一些實施例中，在第二封裝元件200耦合到第一封裝元件100之後，執行單體化製程。在其它實施例（未繪示）中，在第二封裝元件200耦合到第一封裝元件100之前（如在剝離載體基底102且形成導電連接件152之後）執行單體化製程。

隨後可使用導電連接件150將每一單體化第一封裝組件100安裝到封裝基底300。封裝基底300包含基底芯302和在基底芯302上方的接合接墊304。基底芯302可由如矽、鍺、金剛石或類似物的半導體材料製成。替代地，也可使用化合物材料，如矽鍺、碳化矽、砷化鎵、砷化銦、磷化銦、碳化矽鍺、磷化鎵砷、磷化鎵銦、這些的組合以及類似物。此外，基底芯302可以是SOI基底。一般來說，SOI基底包含如外延矽、鍺、矽鍺、SOI、SGOI或其組合的半導體材料層。在一個替代實施例中，基底芯302基於絕緣芯，如玻璃纖維增強的樹脂芯。一種實例芯材料是玻璃纖維樹脂，如FR4。芯材料的替代物包含雙馬來醯亞胺-三嗪BT樹脂，或替代地，其它PCB材料或膜。如ABF的堆積膜或其它層壓體可用於基底芯302。

基底芯302可包含主動元件和被動元件（未繪示）。如電晶體、電容器、電阻器、這些的組合以及類似物的廣泛多種元件可用於產生元件堆疊的設計的結構和功能要求。可使用任何合適的方法來形成元件。

基底芯302也可包含金屬化層和通孔（未繪示），其中接合接墊304以物理和/或電氣方式耦合到金屬化層和通孔。金屬化層可形成在主動元件和被動元件上方，且設計成連接各種元件以形成功能電路。金屬化層可由具有使導電材料層互連的通孔的介電材料（例如，低k介電材料）和導電材料（例如，銅）的交替層形成，且可通過任何合適的製程（如沉積、鑲嵌、雙重鑲嵌或類似製程）形成。在一些實施例中，基底芯302大體上不含主動元件和被動元件。

在一些實施例中，對導電連接件150進行回焊以將第一封裝元件100附接到接合接墊304。導電連接件150將封裝基底300（包含基底芯302中的金屬化層）以電氣和/或物理方式耦合到第一封裝組件100。在一些實施例中，阻焊劑（solder resist）306形成在基底芯302上。導電連接件150可安置在阻焊劑306中的開口中，從而以電氣和機械方式耦合到接合接墊304。阻焊劑306可用於保護基底芯302的區域免受外部損壞。

在用將第一封裝組件100附接到封裝基底300之後所剩餘的環氧樹脂助焊劑的環氧樹脂部分中的至少一些進行回焊之前，導電連接件150可具有形成於其上的環氧樹脂助焊劑（未繪示）。這一剩餘環氧樹脂部分可充當底部填充物以減小應力且保護由對導電連接件150進行回焊所產生的接合部。在一些實施例中，底部填充物308可在第一封裝元件100與封裝基底300之間形成且包圍導電連接件150。底部填充物308可在附接第一封裝元件100之後通過毛細流動製程形成，或可在附接第一封裝元件100之前通過合適的沉積方法形成。

在一些實施例中，被動元件（例如，表面安裝元件（surface mount device；SMD），未繪示）也可附接到第一封裝元件100（例如，附接到UBM 138）或附接到封裝基底300（例如，附接到接合接墊304）。舉例來說，被動元件可接合到第一封裝元件100或封裝基底300的與導電連接件150相同的表面。被動元件可在將第一封裝元件100安裝在封裝基底300上之前附接到封裝組件100，或者可在將第一封裝組件100安裝在封裝基底300上之前或之後附接到封裝基底300。

第一封裝元件100可在其它元件堆疊中實現。舉例來說，繪示PoP結構，但第一封裝組件100也可在覆晶球格陣列（Flip Chip Ball Grid Array；FCBGA）封裝中實施。在此類實施例中，第一封裝元件100安裝到如封裝基底300的基底，但省略第二封裝元件200。替代地，可將封蓋或散熱器附接到第一封裝組件100。當省略第二封裝元件200時，也可省略金屬化圖案410、穿孔416、背側重佈線結構106以及穿孔116。

雖然將聚合物材料形成和圖案化製程描述為形成和圖案化介電層108的一個可能實施例，但用於介電層108的聚合物材料形成和圖案化製程的實例意欲為說明性的且不旨在限制。更確切而言，聚合物材料形成和圖案化製程可用於形成和/或圖案化的任何合適的介電層，如如上文關於圖3所描述的介電層408和如上文關於圖20所描述的前側重佈線結構122的介電層124。所有這些製程完全旨在包含在實施例的範圍內。

還可包含其它特徵和製程。舉例來說，可包含測試結構以輔助對3D封裝或3DIC元件的校驗測試。測試結構可包含例如形成在重佈線層中或基底上的測試接墊，所述測試接墊允許對3D封裝或3DIC的測試、對探針和/或探針卡的使用以及類似操作。可對中間結構以及最終結構執行校驗測試。另外，本文中所公開的結構和方法可與並有已知良好晶粒的中間校驗的測試方法結合使用以增大良率且降低成本。

實施例可實現優勢。如低溫固化的聚醯亞胺的聚合物材料可用於形成元件的介電層，如整合扇出型（InFO）封裝。可通過使用具有更少醯亞胺環的聚醯亞胺主鏈來降低聚合物材料的耗散因數（Df），這可用於減少元件插入損耗。由於具有較高楊氏模量，聚醯亞胺主鏈可減少焊點對基底的應力，如在晶粒拐角處。聚合物材料可提供較低熱膨脹係數和較高黏合力，這可用於減少斷開的導電線且減少所得的良率損失。聚合物材料可在較低曝光能量下顯影，這可用於實現臨界尺寸（如重佈線層中的導電特徵的寬度）的較高解析度。聚合物材料可在更短時間間隔內顯影，這可用於增加產量。

根據實施例，製造半導體元件的方法包含在基底上方放置聚合物材料，圖案化聚合物材料以及在200℃到300℃的範圍內的溫度下固化聚合物材料。聚合物材料包含聚合物前驅物，所述聚合物前驅物包含

其中R表示

光敏劑和溶劑。在一實施例中，聚合物材料包含在20重量%到40重量%的範圍內的聚合物前驅物。在一實施例中，聚合物材料包含在1重量%到8重量%的範圍內的光敏劑。在一實施例中，光敏劑包含二苯甲醯基甲烷。在一實施例中，光敏劑包含2,2'-(苯基亞氨基)二乙醇。在一實施例中，聚合物材料更包含在1重量%到5重量%的範圍內的交聯劑。在一實施例中，交聯劑包含四乙二醇二甲基丙烯酸酯。在一實施例中，溶劑包含1-甲基-2-吡咯烷酮（NMP），聚合物材料包含在45重量%到55重量%的範圍內的NMP。在一實施例中，溶劑包含乳酸乙酯（EL），聚合物材料包含在10重量%到15重量%的範圍內的EL。

根據另一實施例，製造半導體元件的方法包含：形成聚合物前驅物；形成聚合物混合物，聚合物混合物包含聚合物前驅物和溶劑；將聚合物混合物施加在基底上方；曝光和顯影聚合物混合物的至少一部分以形成顯影的介電質；固化顯影的介電質以形成介電層；以及在介電層上方形成導電特徵。形成聚合物前驅物包含使3,3,4,4-聯苯四甲酸二酐與第一反應物反應以形成第二反應物，且使第二反應物與2,2-雙[4-(4-氨基苯氧基)苯基]丙烷（BAPP）反應以形成聚合物前驅物。在一實施例中，聚合物混合物更包含交聯劑。在一實施例中，在曝光和顯影聚合物混合物的至少部分期間，交聯劑與聚合物前驅物反應以形成交聯聚合物鏈。在一實施例中，固化介電層包含熱固化，熱固化將交聯聚合物鏈轉換為具有以下結構的聚醯亞胺

在一實施例中，介電層在約60千兆赫時的耗散因數在0.007到0.01的範圍內。在一實施例中，介電層的楊氏模量（Young's modulus）在3.7十億帕到3.8十億帕的範圍內。在一實施例中，介電層的介電常數約為2.9。在一實施例中，介電層的拉伸強度在157百萬帕到181百萬帕的範圍內。

根據又另一實施例，半導體封裝包含：第一密封體，位於第一介電層上，所述第一密封體密封第一穿孔；以及第一重佈線結構，位於第一密封體和第一穿孔上方。第一重佈線結構包含：第二介電層，所述第二介電層在60千兆赫時的耗散因數在0.007到0.01的範圍內的耗散因數且所述第二介電層的楊氏模量在3.7十億帕到3.8十億帕的範圍內；以及第一金屬化圖案，位於第二介電層上，所述第一金屬化圖案以物理和電氣方式耦合第一穿孔。在一實施例中，半導體封裝更包含：晶粒，位於第一重佈線結構上；第二穿孔，位於第一重佈線結構上；第二密封體，位於第一重佈線結構上，第二密封體密封晶粒和第二穿孔；以及第二重佈線結構，位於第二密封體、晶粒以及第二穿孔上方。第二重佈線結構包含：第三介電層和在第三介電層上的第二金屬化圖案，第二金屬化圖案以物理和電氣方式耦合晶粒和第二穿孔。在一實施例中，第二介電層包含以下結構

。

前文概述若干實施例的特徵，以使得本領域的技術人員可更好地理解本公開的各方面。本領域的技術人員應瞭解，其可容易地將本公開用作設計或修改用於實施本文中所引入的實施例的相同目的和/或實現相同優勢的其它製程和結構的基礎。本領域的技術人員還應認識到，此類等效構造並不脫離本公開的精神和範圍，且其可在不脫離本公開的精神和範圍的情況下在本文中進行各種改變、替代以及更改。

24、114、424:開口 50、50A、50B:積體電路晶粒 52:半導體基底 54:元件 56:層間介電質 58:導電插塞 60:內連線結構 62:接墊 64:鈍化膜 66:晶粒連接件 68、108、112、124、128、132、136、408、425:介電層 100:第一封裝組件 100A:第一封裝區 100B:第二封裝區 102:載體基底 104:釋放層 106:背側重佈線結構 110、126、130、134、146、410、422:金屬化圖案 116、416:穿孔 118:黏合劑 120、420:密封體 122:前側重佈線結構 138:UBM 150、152:導電連接件 200:第二封裝元件 202:基底 204、206、304:接合接墊 208、426:導通孔 210、210A、210B:堆疊晶粒 212:線接合 214:模制材料 300:封裝基底 302:基底芯 306:阻焊劑 308:底部填充物 400:區 500:聚合物前驅物 500':第一中間聚合物前驅物 500'':第二中間聚合物前驅物 502:第一反應物 504:第二反應物 506:第一中間產物 508:第三反應物 510:交聯劑 520:交聯聚合物鏈 530:聚醯亞胺鏈 W1:寬度

當結合隨附圖式閱讀以下詳細描述時最佳地理解本發明的態樣。應注意，根據業界中的標準慣例，各種特徵未按比例繪製。實際上，為論述清楚起見，可任意增加或減小各種特徵的尺寸。 圖1示出根據一些實施例的積體電路晶粒的橫截面視圖。 圖2到圖7示出根據一些實施例的在用於形成封裝元件的製程期間的中間步驟的橫截面視圖。 圖8示出根據一些實施例的介電層的形成。 圖9A到圖9D進一步示出根據一些實施例的介電層的形成。 圖10A到圖10E示出根據一些實施例的介電層的圖案化。 圖11到圖24示出根據一些實施例的在用於形成封裝元件的製程期間的中間步驟的橫截面視圖。 圖25和圖26示出根據一些實施例的元件堆疊的形成和實施的橫截面視圖。

50:積體電路晶粒

100:第一封裝組件

106:背側重佈線結構

116、416:穿孔

122:前側重佈線結構

138:UBM

150:導電連接件

200:第二封裝元件

202:基底

204、206、304:接合接墊

208:導通孔

210A、210B:堆疊晶粒

214:模制材料

300:封裝基底

302:基底芯

306:阻焊劑

308:底部填充物

408:介電層

410:金屬化圖案

420:密封體

Claims (1)

1. 一種製造半導體元件的方法，所述方法包括： 將聚合物材料放置在基底上方，所述聚合物材料包括： 聚合物前驅物，所述聚合物前驅物包括

   

   其中R表示

   

   ； 光敏劑；以及 溶劑； 圖案化所述聚合物材料；以及 在200℃到300℃的範圍內的溫度下固化所述聚合物材料。

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