【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多级3D堆叠式封装和其形成方法
[0001]相关申请
[0002]本申请要求2020年12月11日提交的第63/124,456号临时专利申请的权益，所述临时专利申请的公开内容由此以全文引用的方式并入本文中。
[0003]本公开涉及一种多级三维(3D)封装及其制造方法，并且更具体地说，涉及一种具有在晶片级扇出(WLFO)组件上堆叠的薄化裸片的多级3D封装，以及提供具有竖直堆叠的多个薄化裸片的多级3D封装的晶片级封装方法。
技术介绍
[0004]随着智能手机、平板电脑等便携式消费电子产品的流行，在微电子封装中，堆叠式裸片组件越来越有吸引力，以小占据面积实现电子件密集化。然而，每个堆叠式半导体裸片的厚度可能导致微电子封装的较大厚度，这可能不满足现代便携式产品的低轮廓要求。此类低轮廓要求显著限制可堆叠的半导体裸片的数目。
[0005]在大多数半导体裸片中，所有信号处理都在裸片的非常薄部分中执行。半导体裸片的其余部分(高度高达150um或更大)是半导体基板，其对于信号处理是无用的。厚半导体基板仅在裸片处置和组装期间使用以提供机械稳定性。
[0006]另一方面，对于便携式射频(RF)应用，晶片级扇出(WLFO)封装技术广泛应用于提供高密度输入/输出端口(I/O)，而不会增大封装的大小。WLFO封装技术的这种能力允许将半导体裸片密集地封装在单个晶片内。
[0007]因此，为了适应对便携式产品的低轮廓要求，并且为了利用WLFO封装技术的优点，因此本公开的目的是提供具有减小的封装大小的改进的封装...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多级三维(3D)封装，包括：
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下部封装级，其包含下部重布结构和在所述下部重布结构上方的下部裸片区段，其中：
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所述下部裸片区段包含下部薄化裸片、下部模制化合物、下部中间模制化合物和下部竖直通孔结构，其中所述下部薄化裸片和所述下部模制化合物设置在所述下部重布结构上方，所述下部模制化合物围绕所述下部薄化裸片并且竖直地延伸超过所述下部薄化裸片的顶表面，以在所述下部薄化裸片上方和所述下部模制化合物内限定下部开口，所述下部中间模制化合物位于所述下部薄化裸片上方，并且填充所述下部模制化合物内的所述下部开口，并且每个下部竖直通孔结构延伸穿过所述下部模制化合物；
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所述下部薄化裸片基本上不包含硅基板，并且具有在几微米与几十微米之间的厚度；并且
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所述下部中间模制化合物的顶表面与所述下部模制化合物的顶表面是共面的；以及
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上部封装级，其包含在所述下部封装级上方的上部重布结构和在所述上部重布结构上方的上部裸片区段，其中：
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所述上部裸片区段包含上部薄化裸片、上部模制化合物和上部中间模制化合物，其中所述上部薄化裸片和所述上部模制化合物设置在所述上部重布结构上方，所述上部模制化合物围绕所述上部薄化裸片，并且竖直地延伸超过所述上部薄化裸片的顶表面，以在所述上部薄化裸片上方和所述上部模制化合物内限定上部开口，并且所述上部中间模制化合物位于所述上部薄化裸片上方且填充所述上部模制化合物内的所述上部开口；
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所述上部薄化裸片基本上不包含硅基板，并且具有在几微米与几十微米之间的厚度；并且
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所述上部中间模制化合物的顶表面与所述上部模制化合物的顶表面是共面的。2.根据权利要求1所述的多级3D封装，其中：
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所述下部重布结构包含下部介电图案和在所述下部介电图案内的下部重布互连件；
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所述上部重布结构包含上部介电图案和在所述上部介电图案内的上部重布互连件；并且
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所述下部薄化裸片通过所述下部重布结构中的所述下部重布互连件、所述下部裸片区段中的所述下部竖直通孔结构以及所述上部重布结构中的所述上部重布互连件连接到所述上部薄化裸片。3.根据权利要求2所述的多级3D封装，还包括形成于所述下部重布结构下方的多个凸块结构，其中：
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所述多个凸块结构中的每个通过所述下部介电图案连接到所述下部重布互连件；
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所述多个凸块结构彼此分离，并且从所述下部介电图案突出；并且
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所述多个凸块结构是铜柱或焊球。4.根据权利要求2所述的多级3D封装，其还包括竖直堆叠在所述下部封装级与所述上部封装级之间的一个或多个内部封装级，其中：
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所述一个或多个内部封装级中的每个包含内部重布结构和在所述内部重布结构上方的内部裸片区段；
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每个内部裸片区段包含内部薄化裸片、内部模制化合物、内部中间模制化合物和内
部竖直通孔结构，其中所述内部薄化裸片和所述内部模制化合物设置在所述内部重布结构上，所述内部模制化合物围绕所述内部薄化裸片并且竖直地延伸超过所述内部薄化裸片的顶表面，以在所述内部薄化裸片上方和所述内部模制化合物内限定内部开口，所述内部中间模制化合物位于所述内部薄化裸片上方，并且填充所述内部模制化合物内的所述内部开口，并且每个内部竖直通孔结构延伸穿过所述内部模制化合物；
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所述内部薄化裸片基本上不包含硅基板，并且具有在几微米与几十微米之间的厚度；并且
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所述内部中间模制化合物的顶表面与所述内部模制化合物的顶表面是共面的。5.根据权利要求4所述的多级3D封装，其中：
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每个内部重布结构包含内部介电图案和在所述内部介电图案内的内部重布互连件；并且
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所述下部薄化裸片、在所述一个或多个封装级中的每个中的所述内部薄化裸片以及所述上部薄化裸片通过所述下部重布结构中的所述下部重布互连件、所述下部裸片区段中的所述下部竖直通孔结构、每个内部重布结构中的所述内部重布互连件、每个内部裸片区段中的所述内部竖直通孔结构和所述上部重布结构中的所述上部重布互连件连接。6.根据权利要求4所述的多级3D封装，其中：
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至少一个内部裸片区段包含多个薄化裸片，其中所述内部薄化裸片包含在所述多个薄化裸片中；
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所述至少一个内部裸片区段包含多个中间模制化合物，其中所述内部中间模制化合物包含在所述多个中间模制化合物中；
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所述多个薄化裸片中的每个设置在所述内部重布结构上方且由所述内部模制化合物围绕，其中所述内部模制化合物竖直地延伸超过所述多个薄化裸片中的每个的顶表面，以在所述多个薄化裸片中的每个上方且在所述内部模制化合物内限定开口；
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所述多个中间模制化合物中的每个位于所述多个薄化裸片中的对应一个上方，并且填充所述内部模制化合物内的对应开口；
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所述多个薄化裸片中的每个基本上不包含硅基板，并且具有在几微米与几十微米之间的厚度；并且
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所述多个中间模制化合物中的每个的顶表面与所述内部模制化合物的顶表面是共面的。7.根据权利要求1所述的多级3D封装，还包括在所述上部封装级的所述上部裸片区段上方的顶部保护结构，其中：
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所述顶部保护结构与所述上部裸片区段中的所述上部模制化合物和所述上部中间模制化合物接触；
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所述顶部保护结构被配置成提供化学和气体/空气污染保护。8.根据权利要求7所述的多级3D封装，还包括在所述顶部保护结构上方的金属屏蔽件，其中所述金属屏蔽件被配置成提供所述多级3D封装的电磁屏蔽。9.根据权利要求1所述的多级3D封装，其中：
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所述上部中间模制化合物是由由以下各项组成的群组中的一个形成：有机环氧树脂系统、具有高于50W/mK的热导率的模制材料、具有高于50的磁导率的模制材料，以及具有高
于10的电容率的模制材料；并且
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所述下部中间模制化合物是由由以下各项组成的群组中的一个形成：有机环氧树脂系统、具有高于50W/mK的热导率的模制材料、具有高于50的磁导率的模制材料以及具有高于10的电容率的模制材料。10.根据权利要求1所述的多级3D封装，其中所述上部薄化裸片与所述下部薄化裸片是不同类型的裸片。11.根据权利要求10所述的多级3D封装，其中所述上部中间模制化合物与所述下部中间模制化合物是由不同材料形成。12.根据权利要求1所述的多级3D封装，其中：
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所述上部薄化裸片和所述下部薄化裸片中的至少一个是有源裸片，其包含绝缘层、在所述绝缘层下方的有源层和在所述有源层下方的后段工艺(BEOL)部分；
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所述有源层被配置成提供一个或多个有源装置；并且
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所述BEOL部分包含介电层和在所述介电层内的金属结构，其中所述金属结构被配置成将所述有源层中的所述有源装置彼此连接和/或被配置成将所述有源层中的所述有源装置连接到外部部件。13.根据权利要求12所述的多级3D封装，其中：
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所述有源裸片是由绝缘体上硅(SOI)结构形成；
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所述有源裸片的所述有源层是通过将所述一个或多个有源装置集成到所述SOI结构的硅外延层中或上来形成；并且
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所述有源裸片的所述绝缘层是所述SOI结构的埋入氧化物层。14.根据权利要求1所述的多级3D封装，其中：
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所述上部薄化裸片和所述下部薄化裸片中的至少一个是无源裸片，其包含绝缘层和在所述绝缘层下方的BEOL部分；并且
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所述BEOL部分包含介电层和在所述介电层内的金属结构，其中所述金属结构被配置成提供一个或多个无源装置且被配置成将所述无源装置连接到外部部件。15.根据权利要求1所述的多级3D封装，还包括在所述上部封装级的所述上部裸片区段上方的顶部重布结构，其中：
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所述上部裸片区段还包含上部竖直通孔结构，所述上部竖直通孔结构中的每个延伸穿过所述上部模制化合物；
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所述顶部重布结构包含顶部介电图案和在所述顶部介电图案内的顶部重布互连件；并且
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所述顶部重布互连件被配置成连接到所述上部竖直通孔结构。16.根据权利要求15所述的多级3D封装，还包括位于所述顶部重布结构上方的一个或多个未薄化部件，其中：
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所述一个或多个未薄化部件中的每个具有在100微米与几百微米之间的厚度；
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所述上部重布结构包含上部介电图案和在所述上部介电图案内的上部重布互连件；并且
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所述一个或多个未薄化部件被配置成通过所述顶部重布互连件、所述上部竖直通孔结构和所述上部重布互连件连接到所述上部薄化裸片。
17.根据权利要求16所述的多级3D封装，其中所述一个或多个未薄化部件中的每个是砷化镓(GaAs)裸片、互补金属氧化物半导体(CMOS)裸片和表面安装装置(SMD)中的一个。18.根据权利要求1所述的多级3D封装，还包括位于所述下部裸片区段的所述下部重布结构下方的一个或多个未薄化部件，其中：
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所述一个或多个未薄化部件中的每个具有在100微米与几百微米之间的厚度；
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所述下部重布结构包含下部介电图案和在所述下部介电图案内的下部重布互连件；并且
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所述一个或多个未薄化部件被配置成通过所述下部重布互连件连接到所述下部薄化裸片。19.根据权利要求18所述的多级3D封装，还包括形成于所述下部重布结构下方的多个凸块结构，其中：
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所述多个凸块结构中的每个通过所述下部介电图案连接到所述下部重布互连件；
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所述多个凸块结构中的每个与所述下部重布结构下方的所述一个或多个未薄化部件分离，并且从所述下部介电图案突出；
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每个所述多个凸块结构具有相同的高度，并且比一个或多个未薄化部件高；并且
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所述多个凸块结构是铜柱或焊球。20.根据权利要求1所述的多级3D封装，其中：
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所述下部裸片区段包含多个薄化裸片，其中所述下部薄化裸片包含在所述多个薄化裸片中；
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所述下部裸片区段包含多个中间模制化合物，其中所述下部中间...
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