一种芯片的封装方法及其封装结构技术

本发明专利技术提供了一种芯片的封装方法及其封装结构，属于芯片封装技术领域，该封装方法包括：（1）提供硅晶圆，所述硅晶圆包括厚度方向相对的功能面和非功能面，从所述功能面的表面向所述非功能面的方向刻蚀多个硅通孔结构，并使得各硅通孔结构在所述功能面的表面呈菱形阵列排布；（2）在所述功能面上形成金属布线层，并对所述非功能面进行减薄，直至漏出硅通孔结构；（3）在所述非功能面上刻蚀散热孔结构，得到第一芯片层；（4）重复步骤（1）至（3）得到第二芯片层，将所述第一芯片层的非功能面和所述第二芯片层的功能面进行键合，完成芯片的封装。本发明专利技术减小了芯片封装过程中热应力的累积，且能够增强芯片间的散热能力，保证芯片的可靠性。保证芯片的可靠性。保证芯片的可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种芯片的封装方法及其封装结构


[0001]本专利技术涉及芯片封装
，特别涉及一种芯片的封装方法及其封装结构。

技术介绍

[0002]近年来，随着人工智能技术行业的迅猛发展，芯片逐渐向小尺寸、高集成度、大算力和低功耗方向发展，为了满足芯片的发展需求，三维封装技术应运而生，三维封装被认为是超越摩尔定律和开发高密度、小体积和多功能化器件的首选技术解决方案。
[0003]三维封装的核心是硅通孔技术，硅通孔技术需要通过在芯片等硅介质中刻蚀导电通孔，在形成绝缘层后再沉积如铜、钨等导电材料，从而实现各芯片间的短距离垂直互连。三维封装具有高性能、宽带宽、低功耗、低信号延迟、小尺寸等特点，然而由于三维封装的高集成度，芯片的热密度也更高，使得三维封装过程中的热问题愈发严峻；并且芯片在工作时硅通孔结构会产生较高的热量，该热量使得芯片中的有源器件的载流子迁移率发生改变，严重时甚至导致芯片的工作性能失效。因此，为了解决上述问题，有必要研究一种热应力小，散热性能好，且能够保证芯片工作的可靠性的封装方法和封装结构。

技术实现思路

[0004]为了解决现有技术中存在的一个或者多个技术问题，本专利技术提供了一种芯片的封装方法及封装结构，能够减小芯片封装过程中热应力的累积，且能够有效增强芯片间的散热能力，保证芯片工作的可靠性。
[0005]第一方面，本专利技术提供了一种芯片的封装方法，该封装方法包括如下步骤：（1）提供硅晶圆，所述硅晶圆包括厚度方向相对的功能面和非功能面，从所述功能面的表面向所述非功能面的方向刻蚀多个硅通孔结构，并使得各硅通孔结构在所述功能面的表面呈菱形阵列排布；（2）在所述功能面上形成金属布线层，并对所述非功能面进行减薄，直至漏出硅通孔结构；（3）在所述非功能面上刻蚀散热孔，得到第一芯片层；（4）重复步骤（1）至（3）得到第二芯片层，将所述第一芯片层的非功能面和所述第二芯片层的功能面对准键合，完成芯片的封装。
[0006]优选地，步骤（1）包括如下子步骤：（11）在所述硅晶圆表面需要刻蚀硅通孔结构的区域生长掩膜层，在所述掩膜层上进行刻蚀，形成硅盲孔；（12）向所述硅盲孔内填充聚合物溶液后，依次进行离心和固化以将所述聚合物溶液沉积到所述硅盲孔的底部和侧壁，形成绝缘层；（13）在所述绝缘层的底部和侧壁上依次沉积阻挡层和种子层后，利用自下而上镀铜工艺在所述硅盲孔内沉积金属铜，形成导电层；（14）在所述硅盲孔的外周刻蚀环形凹槽，完成硅通孔结构的制备；其中，所述环形
凹槽的圆心与所述硅盲孔的圆心相同。
[0007]优选地，在步骤（11）中，所述刻蚀的方法为湿法刻蚀、干法刻蚀或深度反应离子刻蚀中的至少一种。
[0008]优选地，在步骤（11）中，所述硅盲孔的半径为5.1~10.2μm，深度为50~100μm。
[0009]优选地，在步骤（12）中，所述聚合物溶液为聚酰胺酸溶液，所述聚酰胺酸溶液的粘度为1500~3000mP
·
s；所述离心的转速为3500~4500rpm，离心的时间为25~30s；所述固化的温度为100~300℃，固化时间为1~2h。
[0010]优选地，在步骤（12）中，先将其进行真空处理，再依次进行离心和固化；所述真空处理的真空度为40~50Pa，时间为5~10min。
[0011]优选地，在步骤（13）中，采用磁控溅射工艺在所述绝缘层的底部和侧壁上依次沉积阻挡层和种子层；所述阻挡层为金属钛或金属钽，所述种子层为金属铜。
[0012]优选地，在步骤（13）中，所述环形凹槽为圆环形凹槽或方环形凹槽；所述环形凹槽的深度为1~3μm，宽度为1~3μm，所述环形凹槽的内环与所述硅盲孔的边缘之间的距离为0.08~0.1μm。
[0013]优选地，在步骤（1）中，相邻硅通孔结构之间的间隔为18~20μm。
[0014]优选地，在步骤（3）中，采用深度反应离子刻蚀法在所述非功能面上刻蚀散热孔：所述散热孔位于所述硅通孔结构的周围，所述散热孔与所述硅通孔结构之间的间隔为0.5~1μm；所述散热孔的孔径为300~500nm，深度为300~1000nm。
[0015]优选地，在步骤（4）中，在每个芯片层的功能面上设置焊盘，非功能面上设置键合焊盘，并使得所述焊盘与所述功能面上的金属布线层相连接，所述键合焊盘与所述非功能面上的硅通孔结构相连接，通过所述焊盘和所述键合焊盘将所述第一芯片层和第二芯片层对准键合，完成芯片的封装。
[0016]第二方面，本专利技术提供了一种芯片的封装结构，采用上述第一方面任一所述的封装方法封装得到。
[0017]本专利技术与现有技术相比至少具有如下有益效果：（1）本专利技术中，通过在功能面上刻蚀多个硅通孔结构，并使得各硅通孔结构在功能面上呈菱形阵列排布，并将第一芯片层和第二芯片层之间通过硅通孔结构实现互连，如此不仅能够保证第一芯片层和第二芯片层之间的信号传输，而且能够有效防止硅晶圆上各硅通孔结构之间的热应力叠加，有利于提高芯片的工作的可靠性；同时本专利技术的硅晶圆的非功能面上还设置有散热孔结构，芯片层之间的热量能够通过散热孔结构进行散发，有效降低了芯片层之间的温度。
[0018]（2）在本专利技术一些优选的实施方式中，通过对硅通孔结构的工艺流程控制实现了一种新型的硅通孔结构的制备，该硅通孔结构中的环形凹槽能够为导电层提供一个自由变形的空间，能够切断硅通孔结构引入的应力对硅衬底的影响，可减小硅通孔结构的热应力。
附图说明
[0019]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0020]图1是本专利技术提供的一种芯片的封装方法流程图；图2是本专利技术提供的一种芯片的封装结构的示意图；图3是本专利技术提供的一种芯片的封装结构中硅通孔结构在芯片层上的排布示意图；图4是本专利技术提供一种芯片中的硅通孔结构的制备过程的结构示意图一；图5是本专利技术提供一种芯片中的硅通孔结构的制备过程的结构示意图二；图6是本专利技术提供一种芯片中的硅通孔结构的制备过程的结构示意图三；图7是本专利技术提供一种芯片中的硅通孔结构的制备过程的结构示意图四；图8是本专利技术提供一种芯片的封装结构中硅通孔结构的示意图；图9是本专利技术提供的一种芯片的封装结构中另一种硅通孔结构的示意图；图中：100：芯片层；200：功能面；300：非功能面；400：硅通孔；500：散热孔；201：焊盘；202：键合焊盘；401：导电层；402：绝缘层；403：环形凹槽；410：硅盲孔；600：介质层；700：金属布线层；404：阻挡层；405：种子层。
具体实施方式
[0021]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种芯片的封装方法，其特征在于，所述封装方法包括如下步骤：（1）提供硅晶圆，所述硅晶圆包括厚度方向相对的功能面和非功能面，从所述功能面的表面向所述非功能面的方向刻蚀多个硅通孔结构，并使得各硅通孔结构在所述功能面的表面呈菱形阵列排布；（2）在所述功能面表面上形成金属布线层，并对所述非功能面进行减薄，直至漏出硅通孔结构；（3）在所述非功能面上刻蚀散热孔，得到第一芯片层；（4）重复步骤（1）至（3）得到第二芯片层，将所述第一芯片层的非功能面和所述第二芯片层的功能面对准键合，完成芯片的封装。2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，步骤（1）包括如下子步骤：（11）在所述硅晶圆表面需要刻蚀硅通孔结构的区域生长掩膜层，在所述掩膜层上进行刻蚀，形成硅盲孔；（12）向所述硅盲孔内填充聚合物溶液后，依次进行离心和固化以将所述聚合物溶液沉积到所述硅盲孔的底部和侧壁，形成绝缘层；（13）在所述绝缘层的底部和侧壁上依次沉积阻挡层和种子层后，利用自下而上镀铜工艺在所述硅盲孔内沉积金属铜，形成导电层；（14）在所述硅盲孔的外周刻蚀环形凹槽，完成硅通孔结构的制备；其中，所述环形凹槽的圆心与所述硅盲孔的圆心相同。3.根据权利要求2所述的封装方法，其特征在于，在步骤（11）中，所述刻蚀的方法为湿法刻蚀、干法刻蚀或深度反应离子刻蚀中的至少一种；和/或所述硅盲孔的半径为5.1~10.2μm，深度为50~100μm。4.根据权利要求2所述的封装方法，其特征在于，在步骤（12）中，所述聚合物溶液为聚酰胺酸溶液，所述聚酰胺酸溶液的粘度为1500~3000mP
·
s；所述离心的转速为3500~4500r...

【专利技术属性】
技术研发人员：王嘉诚，张少仲，张栩，
申请(专利权)人：中诚华隆计算机技术有限公司，
类型：发明
国别省市：