一种晶圆级封装结构及封装方法技术

本申请提供一种晶圆级封装结构及封装方法，所述结构包括：半导体转接板，所述半导体转接板的第一面设置有第一键合焊垫；若干按照设计要求排布的封装芯片，位于所述半导体转接板的第一面上，所述封装芯片靠近所述半导体转接板的一面设置有顶层焊垫；第二键合焊垫，所述第二键合焊垫通过第一层间金属连线与所述顶层焊垫电连接，且所述第一键合焊垫与所述第二键合焊垫相对应；其中，所述半导体转接板和所述若干封装芯片通过所述第二键合焊垫与所述第一键合焊垫键合；注塑层，位于所述若干封装芯片之间。本申请所述的晶圆级封装结构及封装方法，可以简化半导体转接板的工艺，降低封装整体翘曲，提高芯片封装引线密度，提高芯片性能。能。能。

【技术实现步骤摘要】
一种晶圆级封装结构及封装方法


[0001]本申请涉及半导体
，尤其涉及一种晶圆级封装结构及封装方法。

技术介绍

[0002]随着5G，人工智能和传感器等应用的不断发展，常需要将集成有多个功能的芯片封装在一起，进行有效的整合。因此，在芯片封装领域出现了晶圆级封装技术。在晶圆级封装技术中，通过硅转接板(Si interposer)及焊接凸点(bump、u
‑
bump)将不同芯片连接，封装在一起。
[0003]目前封装厂的系统级封装，由于bump工艺的限制，仅可以实现较为基础的芯片间的电性连接。随着现今小芯片(chiplet)技术的飞速发展，多种芯片电性连接的需求剧增，封装的需求和复杂性不断增加，需要开发能符合现今多种需求的封装方式。而芯片代工厂，由于具有工艺精度更高，可将先进封装与芯片制造统一协调，调整器件特性等优势，在晶圆级3D封装中将具有更多的机遇。
[0004]然而，目前对于芯片间的连接，芯片与硅转接板之间的连接，主要采用bump技术。但bump技术主要存在以下问题：bump的工艺节点较大，bump往往在十几微米级，最新的u
‑
bump技术也有微米级，这限制了芯片I/O数量，不利于芯片性能的提升；由于硅转接板与芯片的bump数量将会明显高于硅转接板与下方PCB板的bump数量，会导致封装整体具有比较大的翘曲，影响良率。因此，有必要提供更有效、更可靠的技术方案。

技术实现思路

[0005]本申请提供一种晶圆级封装结构及封装方法，可以简化半导体转接板的工艺，降低封装整体翘曲，提高芯片封装引线密度，提高芯片性能。
[0006]本申请的一个方面提供一种晶圆级封装方法，包括：提供第三载体晶圆，所述第三载体晶圆上装配有若干按照设计要求排布的待封装芯片，所述待封装芯片远离所述第三载体晶圆的表面形成有第一保护层，所述第一保护层下形成有顶层焊垫；在所述第三载体晶圆表面以及所述第一保护层表面形成注塑层，随后研磨所述注塑层和所述第一保护层至暴露所述顶层焊垫；在所述顶层焊垫上方形成第二键合焊垫，所述第二键合焊垫通过第一层间金属连线与所述顶层焊垫电连接；提供半导体转接板，所述半导体转接板的第一面形成有第一键合焊垫，所述第一键合焊垫与所述第二键合焊垫相对应；对准并键合所述第一键合焊垫与所述第二键合焊垫；去除所述第三载体晶圆，并塑封所述待封装芯片。
[0007]在本申请的一些实施例中，所述半导体转接板的第二面包括焊接凸点以及通过所述焊接凸点连接并承载所述半导体转接板的第二载体晶圆，所述封装方法还包括：移除所述第二载体晶圆并暴露所述焊接凸点；将所述焊接凸点焊接至基板。
[0008]在本申请的一些实施例中，所述基板包括印制线路板、覆铜板或柔性电路板中的任意一种。
[0009]在本申请的一些实施例中，形成所述半导体转接板的方法包括：提供半导体基底、
位于所述半导体基底第一面上的复合介质层以及硅通孔，所述硅通孔的一部分位于所述半导体基底中，另一部分延伸至所述复合介质层中，所述复合介质层中还形成有若干层金属互连结构，所述金属互连结构电连接形成于所述半导体基底中的有源器件和所述硅通孔；形成覆盖所述金属互连结构表面以及所述复合介质层表面的第二保护层；将所述第二保护层与第一载体晶圆键合；减薄所述半导体基底的第二面使所述硅通孔凸出所述半导体基底的第二面；在所述半导体基底的第二面形成第三介质层，所述第三介质层的表面与所述硅通孔的表面共面；在所述第三介质层上形成第三保护层，并在所述硅通孔上形成直接电连接所述硅通孔的焊接凸点；通过所述焊接凸点电连接所述半导体基底和第二载体晶圆；移除所述第一载体晶圆；在所述第二保护层上方形成电连接所述金属互连结构的第一键合焊垫。
[0010]在本申请的一些实施例中，形成所述第一键合焊垫的方法包括：减薄所述第二保护层并在所述第二保护层表面形成第四介质层；在所述第四介质层中形成第二沟槽以及连通所述第二沟槽底部并贯穿所述第二保护层至暴露所述金属互连结构的第二通孔；在所述第二通孔中填充金属材料形成第二层间金属连线，在所述第二沟槽中填充金属材料形成第一键合焊垫。
[0011]在本申请的一些实施例中，将所述第二保护层与第一载体晶圆进行键合的方法为使用临时键合胶将所述第二保护层与第一载体晶圆进行键合。
[0012]在本申请的一些实施例中，减薄所述半导体基底的第二面使所述硅通孔凸出所述半导体基底的第二表面的方法包括：使用化学机械研磨工艺研磨所述半导体基底的第二表面至暴露所述硅通孔；使用刻蚀工艺刻蚀所述半导体基底的第二表面至所述硅通孔凸出所述半导体基底的第二表面。
[0013]在本申请的一些实施例中，移除所述第一载体晶圆、移除所述第二载体晶圆和去除所述第三载体晶圆的方法分别包括：激光解离或机械解离。
[0014]在本申请的一些实施例中，在所述顶层焊垫上形成第二键合焊垫，所述第二键合焊垫通过第一层间金属连线与所述顶层焊垫电连接的方法包括：在所述顶层焊垫表面形成层间介质层；在所述层间介质层中形成第一沟槽以及连通所述第一沟槽底部并贯穿所述层间介质层至暴露所述顶层焊垫的第一通孔；在所述第一通孔中填充金属材料形成所述第一层间金属连线，在所述第一沟槽中填充金属材料形成第二键合焊垫。
[0015]本申请的另一个方面还提供一种晶圆级封装结构，包括：半导体转接板，所述半导体转接板的第一面设置有第一键合焊垫；若干按照设计要求排布的封装芯片，位于所述半导体转接板的第一面上，所述封装芯片靠近所述半导体转接板的一面设置有顶层焊垫；第二键合焊垫，所述第二键合焊垫通过第一层间金属连线与所述顶层焊垫电连接，且所述第一键合焊垫与所述第二键合焊垫相对应；其中，所述半导体转接板和所述若干封装芯片通过所述第二键合焊垫与所述第一键合焊垫键合；注塑层，位于所述若干封装芯片之间。
[0016]在本申请的一些实施例中，所述半导体转接板的第二面包括焊接凸点以及通过所述焊接凸点连接并承载所述半导体转接板的基板。
[0017]在本申请的一些实施例中，所述基板包括印制线路板、覆铜板或柔性电路板中的任意一种。
[0018]在本申请的一些实施例中，所述半导体转接板包括：半导体基底、位于所述半导体
基底第一面上的复合介质层以及硅通孔，所述硅通孔的一部分位于所述半导体基底中，另一部分延伸至所述复合介质层中，所述复合介质层中还形成有若干层金属互连结构，所述金属互连结构电连接形成于所述半导体基底中的有源器件和所述硅通孔；第二保护层，覆盖所述金属互连结构表面以及复合介质层表面；第一键合焊垫，位于所述第二保护层上且电连接所述金属互连结构；第三介质层，位于所述半导体基底的第二面，所述第三介质层的表面与所述硅通孔的表面共面；第三保护层，位于所述第三介质层表面，所述第三保护层中设置有直接电连接所述硅通孔的焊接凸点。
[0019]在本申请的一些实施例中，所述第二保护层表面设置有第四介质层，所述第四介质层中设置有所述第一键合焊垫以及位于所述第一键合焊垫下方且电连接所述本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种晶圆级封装方法，其特征在于，包括：提供第三载体晶圆，所述第三载体晶圆上装配有若干按照设计要求排布的待封装芯片，所述待封装芯片远离所述第三载体晶圆的表面形成有第一保护层，所述第一保护层下形成有顶层焊垫；在所述第三载体晶圆表面以及所述第一保护层表面形成注塑层，随后研磨所述注塑层和所述第一保护层至暴露所述顶层焊垫；在所述顶层焊垫上方形成第二键合焊垫，所述第二键合焊垫通过第一层间金属连线与所述顶层焊垫电连接；提供半导体转接板，所述半导体转接板的第一面形成有第一键合焊垫，所述第一键合焊垫与所述第二键合焊垫相对应；对准并键合所述第一键合焊垫与所述第二键合焊垫；去除所述第三载体晶圆，并塑封所述待封装芯片。2.如权利要求1所述的晶圆级封装方法，其特征在于，所述半导体转接板的第二面包括焊接凸点以及通过所述焊接凸点连接并承载所述半导体转接板的第二载体晶圆，所述封装方法还包括：移除所述第二载体晶圆并暴露所述焊接凸点；将所述焊接凸点焊接至基板。3.如权利要求2所述的晶圆级封装方法，其特征在于，所述基板包括印制线路板、覆铜板或柔性电路板中的任意一种。4.如权利要求2所述的晶圆级封装方法，其特征在于，形成所述半导体转接板的方法包括：提供半导体基底、位于所述半导体基底第一面上的复合介质层以及硅通孔，所述硅通孔的一部分位于所述半导体基底中，另一部分延伸至所述复合介质层中，所述复合介质层中还形成有若干层金属互连结构，所述金属互连结构电连接形成于所述半导体基底中的有源器件和所述硅通孔；形成覆盖所述金属互连结构表面以及所述复合介质层表面的第二保护层；将所述第二保护层与第一载体晶圆键合；减薄所述半导体基底的第二面使所述硅通孔凸出所述半导体基底的第二面；在所述半导体基底的第二面形成第三介质层，所述第三介质层的表面与所述硅通孔的表面共面；在所述第三介质层上形成第三保护层，并在所述硅通孔上形成直接电连接所述硅通孔的焊接凸点；通过所述焊接凸点电连接所述半导体基底和第二载体晶圆；移除所述第一载体晶圆；在所述第二保护层上方形成电连接所述金属互连结构的第一键合焊垫。5.如权利要求4所述的晶圆级封装方法，其特征在于，形成所述第一键合焊垫的方法包括：减薄所述第二保护层并在所述第二保护层表面形成第四介质层；在所述第四介质层中形成第二沟槽以及连通所述第二沟槽底部并贯穿所述第二保护层至暴露所述金属互连结构的第二通孔；在所述第二通孔中填充金属材料形成第二层间金属连线，在所述第二沟槽中填充金属
材料形成第一键合焊垫。6.如权利要求4所述的晶圆级封装方法，其特征在于，将所述第二保护层与第一载体晶圆进行键合的方法为使用临时键合胶将所述第二保护层与第一载体晶圆进行键合。7.如权利要求4所述的晶圆级封装方法，其特征在于，减薄所述半导体基底的第二面使所述硅通孔凸出所述半导体基底的第二表面的方法包括：使用化学机械研磨工艺研磨所述半导体基底的...

【专利技术属性】
技术研发人员：强力，张京晶，赵娅俊，槐宝，
申请(专利权)人：中芯国际集成电路制造上海有限公司，
类型：发明
国别省市：