堆叠式的芯片、制造方法、图像传感器和电子设备技术

技术编号:26045358 阅读:51 留言:0更新日期:2020-10-23 21:25
一种堆叠式的芯片、制造方法、图像传感器和电子设备,能够降低堆叠式芯片的制造成本。该一种堆叠式的芯片包括:载体单元,其中设置有第一容置结构,该第一容置结构为凹槽或通孔;第一晶片,设置于该第一容置结构中;再布线层,设置于该第一晶片上方;第一焊盘,设置于该再布线层上方,该第一焊盘通过该再布线层与该第一晶片电连接;第二晶片,堆叠于该载体单元和该第一晶片的上方,该第二晶片包括第二焊盘,该第二焊盘与该第一焊盘电连接,其中,该第二晶片的表面面积大于该第一晶片的表面面积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】堆叠式的芯片、制造方法、图像传感器和电子设备
本申请涉及半导体芯片领域,并且更为具体地,涉及一种堆叠式的芯片、制造方法、图像传感器和电子设备。
技术介绍
随着半导体和集成电路技术的发展,芯片的器件类型越来越丰富,集成度越来越高,在二维平面上,随着半导体工艺发展到某个极致程度,无法进一步提高芯片的性能,因此,目前业内提出了一种三维堆叠的概念,将芯片从二维扩展到三维,即将不同功能的芯片模块上下堆叠在一起进行封装,从而提高芯片的整体性能和良率。在一种实现方式中,上层晶片(Die)和下层晶片通过晶圆级键合工艺(Wafer-levelBondingProcess),以晶圆(Wafer)到晶圆的方式堆叠至一起,以形成堆叠式的三维芯片。为了满足堆叠的工艺要求,上层晶片和下层晶片具有相同的晶片尺寸,上层晶圆上上层晶片的数量与下层晶圆上晶片的数量相等,但当上层晶片和下层晶片不是同一类型的晶片时,该堆叠方式会造成晶圆面积的浪费,增加堆叠式芯片的制造成本。因此,何如降低堆叠式芯片的制造成本,是一项亟待解决的问题。
技术实现思路
本申请实施例提供了一种堆叠式的芯片、制造方法、图像传感器和电子设备,能够降低堆叠式芯片的制造成本。第一方面,提供了一种堆叠式的芯片,包括:载体单元,其中设置有第一容置结构,该第一容置结构为凹槽或通孔;第一晶片,设置于该第一容置结构中;再布线层,设置于该第一晶片上方;第一焊盘,设置于该再布线层上方,该第一焊盘通过该再布线层与该第一晶片电连接;第二晶片,堆叠于该载体单元和该第一晶片的上方,该第二晶片包括第二焊盘,该第二焊盘与该第一焊盘电连接,其中,该第二晶片的表面面积大于该第一晶片的表面面积。在本申请实施例中,通过载体单元中第一容置结构为第一晶片提供支撑和稳定,实现将大面积的第二晶片堆叠在小面积的第一晶片上,从而可以在实现堆叠芯片结构的同时,还能够在晶圆上尽可能多的制造小面积的第一晶片,降低单颗第一晶片的成本,从而降低整体的制造成本。此外,第一晶片不是以晶圆的方式与第二晶片进行键合,而是单颗的放入载体单元的第一凹槽中,可以在对第一晶片和第二晶片堆叠前,对第一晶片和第二晶片进行测试以筛选出性能良好的晶片,去除性能较差的晶片,提高整体芯片的良率,进一步降低整体的制造成本。此外,不同于晶圆级的键合方式,本申请中的方案,将单颗的第二晶片与载体单元中的第一晶片堆叠,不需要将堆叠的两个晶圆上所有的芯片进行对准,能够降低工艺的复杂度,从而提高芯片的制造效率。在一种可能的实施方式中,该第二晶片的表面面积小于该载体单元的表面面积。在一种可能的实施方式中,该芯片还包括:特定焊盘,设置于该再布线层上方,该特定焊盘通过该再布线层与该第一晶片电连接;该特定焊盘用于通过引线与该芯片所在的装置中的电路板连接。在一种可能的实施方式中,该特定焊盘位于该第二晶片在垂直方向的投影之外。在一种可能的实施方式中,该堆叠式的芯片为图像传感芯片;该第二晶片为像素晶片,该像素晶片包括像素阵列,用于接收光信号并转换为电信号;该第一晶片为逻辑晶片,该逻辑晶片包括信号处理电路,用于处理该电信号。在一种可能的实施方式中,该第二晶片还包括衬底、第一介质层以及第二金属线路层;该像素阵列形成于该衬底中,该第一介质层设置在该衬底的表面,该第二金属线路层形成于该第一介质层中;该第二金属线路层电连接于该像素阵列,且该第二金属线路层中设置有该第二焊盘。在一种可能的实施方式中,该第二焊盘设置于该像素阵列在该第二金属线路层所在平面的投影之外,该第一焊盘位于该第二焊盘的正上方。在一种可能的实施方式中,该第二晶片为背照式结构,该像素阵列靠近于该衬底的下表面,且该第一介质层设置在该衬底的下表面。在一种可能的实施方式中,该第二金属线路层与该第一介质层的下表面之间设置有开孔以在该第二金属线路层中形成该第二焊盘。在一种可能的实施方式中,该第二晶片还包括第二介质层,该第二介质层设置于该第一介质层下表面的非开孔区域,该第二金属线路层与该第一介质层的下表面之间设置有开孔以在该第二金属线路层中形成该第二焊盘。在一种可能的实施方式中,该第二晶片还包括第二介质层,该第二介质层覆盖该第一介质层的下表面,该第二金属线路层与该第二介质层的下表面之间设置有开孔以在该第二金属线路层中形成该第二焊盘。在一种可能的实施方式中,该第二晶片为正照式结构,该像素阵列靠近于该衬底的上表面,且该第一介质层设置在该衬底的上表面;该第二金属线路层与该衬底的下表面之间设置有开孔以形成该第二焊盘。在一种可能的实施方式中,该第二焊盘下方设置有凸块底层金属化层,或者设置有通孔互连结构,该凸块底层金属化层或者该通孔互连结构下方设置有焊球。在一种可能的实施方式中,该第二晶片还包括:光学组件,设置在该像素阵列上方,该光学组件包括滤光层和/或微透镜阵列。在一种可能的实施方式中,该第二晶片还包括透明盖板,该透明盖板设置在该光学元件上方,其中,该透明盖板与该光学元件之间为空气或者透明介质层。在一种可能的实施方式中,该芯片还包括:第三介质层和第四介质层,该第三介质层设置在该再布线层与该载体单元之间,用于形成导电通道连接该再布线层与该第一晶片的第一金属线路层;该第四介质层设置在该第一焊盘与该再布线层之间,用于形成导电通道连接该再布线层与该第一焊盘。在一种可能的实施方式中,该芯片还包括第一导热金属层,该第一导热金属层设置在该第四介质层的上表面,该第一导热金属层与该第一焊盘位于同一水平面上。在一种可能的实施方式中,若该第一容置结构为凹槽,该芯片还包括:第二导热金属层,设置在该第一容置结构的底部,该第一晶片设置于该第二导热金属层上,该第二导热金属层通过至少一个导热金属结构连接至该载体单元的下表面。在一种可能的实施方式中,该载体单元的下表面还设置有第三导热金属层,该第三导热金属层与该至少一个导热金属结构连接。在一种可能的实施方式中,该载体单元中还设置有第二容置结构,该第二容置结构为凹槽或通孔;该芯片还包括:第三晶片,设置于该第二容置结构中;该第二晶片,堆叠于该载体单元、该第一晶片和该第三晶片的上方,该第二晶片通过其下表面的第二焊盘与该第一焊盘电连接,且该第二晶片的表面面积大于该第一晶片与该第三晶片的表面面积之和。在一种可能的实施方式中,该再布线层设置于该第一晶片和该第三晶片的上方,该第三晶片通过该再布线层与该第一晶片电连接。在一种可能的实施方式中,该芯片还包括第三焊盘,设置于该再布线层上方,该第三焊盘通过该再布线层与该第三晶片电连接;该第二晶片还包括第四焊盘,该第四焊盘与该第三焊盘电连接。在一种可能的实施方式中,该第三晶片为图像传感芯片中的内存晶片,该内存晶片包括存储电路,用于存储该第一晶片和/或该第二晶片产生的电信号。在一种可能的实施方式中,该第三晶片为伪芯片,用于平衡该芯片加工过程中的机械应力。在一种可能的实施方式中,该载体单元为衬底、塑封料、封装基板中的任意一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种堆叠式的芯片,其特征在于,包括:/n载体单元,其中设置有第一容置结构,所述第一容置结构为凹槽或通孔;/n第一晶片,设置于所述第一容置结构中;/n再布线层,设置于所述第一晶片上方;/n第一焊盘,设置于所述再布线层上方,所述第一焊盘通过所述再布线层与所述第一晶片电连接;/n第二晶片,堆叠于所述载体单元和所述第一晶片的上方,所述第二晶片包括第二焊盘,所述第二焊盘与所述第一焊盘电连接,其中,所述第二晶片的表面面积大于所述第一晶片的表面面积。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种堆叠式的芯片,其特征在于,包括:
载体单元,其中设置有第一容置结构,所述第一容置结构为凹槽或通孔;
第一晶片,设置于所述第一容置结构中;
再布线层,设置于所述第一晶片上方;
第一焊盘,设置于所述再布线层上方,所述第一焊盘通过所述再布线层与所述第一晶片电连接;
第二晶片,堆叠于所述载体单元和所述第一晶片的上方,所述第二晶片包括第二焊盘,所述第二焊盘与所述第一焊盘电连接,其中,所述第二晶片的表面面积大于所述第一晶片的表面面积。


2.根据权利要求1所述的芯片,其特征在于,所述第二晶片的表面面积小于所述载体单元的表面面积。


3.根据权利要求1或2所述的芯片,其特征在于,所述芯片还包括:特定焊盘,设置于所述再布线层上方,所述特定焊盘通过所述再布线层与所述第一晶片电连接;
所述特定焊盘用于通过引线与所述芯片所在的装置中的电路板连接。


4.根据权利要求3所述的芯片,其特征在于,所述特定焊盘位于所述第二晶片在垂直方向的投影之外。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的芯片,其特征在于,所述堆叠式的芯片为图像传感芯片;
所述第二晶片为像素晶片,所述像素晶片包括像素阵列,用于接收光信号并转换为电信号;
所述第一晶片为逻辑晶片,所述逻辑晶片包括信号处理电路,用于处理所述电信号。


6.根据权利要求5所述的芯片,其特征在于,所述第二晶片还包括衬底、第一介质层以及第二金属线路层;
所述像素阵列形成于所述衬底中,所述第一介质层设置在所述衬底的表面,所述第二金属线路层形成于所述第一介质层中;
所述第二金属线路层电连接于所述像素阵列,且所述第二金属线路层中设置有所述第二焊盘。


7.根据权利要求6所述的芯片,其特征在于,所述第二焊盘设置于所述像素阵列在其垂直方向的投影之外,所述第一焊盘位于所述第二焊盘的正上方。


8.根据权利要求6或7所述的芯片,其特征在于,所述第二晶片为背照式结构,所述像素阵列靠近于所述衬底的下表面,且所述第一介质层设置在所述衬底的下表面。


9.根据权利要求8所述的芯片,其特征在于,所述第二金属线路层与所述第一介质层的下表面之间设置有开孔以在所述第二金属线路层中形成所述第二焊盘。


10.根据权利要求9所述的芯片,其特征在于,所述第二晶片还包括:第二介质层,所述第二介质层设置于所述第一介质层下表面的非开孔区域。


11.根据权利要求9所述的芯片,其特征在于,所述第二晶片还包括:第二介质层,所述第二介质层覆盖所述第一介质层的下表面,所述第二金属线路层与所述第二介质层的下表面之间设置有开孔以在所述第二金属线路层中形成所述第二焊盘。


12.根据权利要求6或7所述的芯片,其特征在于,所述第二晶片为正照式结构,所述像素阵列靠近于所述衬底的上表面,且所述第一介质层设置在所述衬底的上表面;
所述第二金属线路层与所述衬底的下表面之间设置有开孔以在所述第二金属线路层中形成所述第二焊盘。


13.根据权利要求6至12中任一项所述的芯片,其特征在于,所述第二焊盘下方设置有凸块底层金属化层,或者设置有通孔互连结构,所述凸块底层金属化层或者所述通孔互连结构下方设置有焊球。


14.根据权利要求6至13中任一项所述的芯片,其特征在于,所述第二晶片还包括:光学组件,设置在所述像素阵列上方,所述光学组件包括滤光层和/或微透镜阵列。


15.根据权利要求14所述的芯片,其特征在于,所述第二晶片还包括透明盖板,所述透明盖板设置在所述光学元件上方,其中,所述透明盖板与所述光学元件之间为空气或者透明介质层。


16.根据权利要求1至15中任一项所述的芯片,其特征在于,所述芯片还包括:第三介质层和第四介质层,
所述第三介质层设置在所述再布线层与所述载体单元之间,用于形成导电通道连接所述再布线层和所述第一晶片的第一金属线路层;
所述第四介质层设置在所述第一焊盘与所述再布线层之间,用于形成导电通道连接所述再布线层和所述第一焊盘。


17.根据权利要求16所述的芯片,其特征在于,所述芯片还包括第一导热金属层,所述第一导热金属层设置在所述第四介质层的上表面,所述第一导热金属层与所述第一焊盘位于同一水平面上。


18.根据权利要求1至17中任一项所述的芯片,其特征在于,若所述第一容置结构为凹槽,所述芯片还包括:第二导热金属层,设置在所述第一容置结构的底部,所述第一晶片设置于所述第二导热金属层上表面,所述第二导热金属层通过至少一个导热金属结构连接至所述载体单元的下表面。


19.根据权利要求18所述的芯片,其特征在于,所述载体单元的下表面还设置有第三导热金属层,所述第三导热金属层与所述至少一个导热金属结构连接。


20.根据权利要求1至19中任一项所述的芯片,其特征在于,所述载体单元中还设置有第二容置结构,所述第二容置结构为凹槽或通孔;
所述芯片还包括:第三晶片,设置于所述第二容置结构中;
所述第二晶片,堆叠于所述载体单元、所述第一晶片和所述第三晶片的上方,所述第二晶片通过其下表面的第二焊盘与所述第一焊盘电连接,且所述第二晶片的表面面积大于所述第一晶片与所述第三晶片的表面面积之和。


21.根据权利要求20所述的芯片,其特征在于,所述再布线层设置于所述第一晶片和所述第三晶片的上方,所述第三晶片通过所述再布线层与所述第一晶片电连接。


22.根据权利要求21所述的芯片,其特征在于,所述芯片还包括:第三焊盘,设置于所述再布线层上方,所述第三焊盘通过所述再布线层与所述第三晶片电连接;
所述第二晶片还包括第四焊盘,所述第四焊盘与所述第三焊盘电连接。


23.根据权利要求20至22中任一项所述的芯片,其特征在于,所述第三晶片为图像传感芯片中的内存晶片,所述内存晶片包括存储电路,用于存储所述第一晶片和/或所述第二晶片产生的电信号。


24.根据权利要求20所述的芯片,其特征在于,所述第三晶片为伪芯片,用于平衡所述芯片加工过程中的机械应力。


25.根据权利要求1至24中任一项所述的芯片,其特征在于,所述载体单元为衬底、塑封料、封装基板、电路板中的任意一种,其中,所述衬底的材料为硅、玻璃、陶瓷中的任意一种。


26.一种堆叠式芯片的制造方法,其特征在于,包括:
从第一晶圆上分割出多个第一晶片;
将所述多个第一晶片封装在载体中;
在所述多个第一晶片上方制备再布线层;
在所述再布线层上方制备第一焊盘,所述第一焊盘通过所述再布线层与所述多个第一晶片中的第一目标晶片电连接;
在第二晶圆上制备多个第二晶片,并从所述第二晶圆上分割出所述多个第二晶片中的第二目标晶片,所述第二目标晶片包括第二焊盘;
将所述第二目标晶片堆叠于所述第一目标晶片上方,焊接所述第一焊盘与所述第二焊盘,以电连接所述第一目标晶片和所述第二目标晶片;
将电连接后的所述第一目标晶片与所述第二目标晶片的...

【专利技术属性】
技术研发人员:陆斌姚国峰沈健
申请(专利权)人:深圳市汇顶科技股份有限公司
类型:发明
国别省市:广东;44

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