一種晶圓封裝方法和結構與流程
2023-06-05 06:55:21
本發明涉及半導體封裝技術領域，具體涉及一種晶圓封裝方法和結構。
背景技術：
晶圓級晶片封裝技術是對整片晶圓進行封裝測試後再切割得到單個成品晶片，封裝後的晶片尺寸與裸片一致，是當前封裝領域的熱點和未來發展的趨勢。晶圓級晶片封裝技術通常把半導體晶片外圍排列的焊墊通過再分布過程分布成面陣列排列的大量金屬焊球，有時被稱為焊接凸點。
在晶圓鍵合過程中，採用矽通孔技術(throughsiliconvia,tsv)實現晶片和晶片之間、晶圓和晶圓之間的垂直導通，使之在三維方向上堆疊集成。
現有技術中晶圓整面電鍍完成後需要進行線路圖形化處理，實現矽通孔和凸點的連接，在圖形化處理過程中因刻蝕造成線路表面不平整粗糙度高，線路有側刻，晶片表面平整度差，這些缺陷影響電信號的傳輸性能。
技術實現要素：
因此，本發明要解決的技術問題在於克服現有技術中的圖形化處理過程中因刻蝕而造成線路表面不平整粗糙度高，線路有側刻以及晶片表面平整度差的缺陷。
為此，本發明提供一種晶圓封裝方法，包括以下步驟：
在晶圓內形成若干晶片單元，在一個或多個所述晶片單元的背面刻蝕出輪廓與線路形貌對應的凹槽，所述凹槽位於所述晶圓的焊盤的上方；
在所述凹槽底部打孔，將所述凹槽與所述焊盤連通；
在晶圓背部的外表面澱積絕緣層，刻蝕沉積在所述焊盤表面的絕緣層；
在所述晶圓背面進行電鍍，電鍍材料填充所述凹槽及其與焊盤連通的孔；
對所述晶圓背面進行拋光，拋光至所述絕緣層,使得所述凹槽間不連通；
在所述晶圓背面澱積保護層，在位於凹槽上部的所述保護層上開窗，在所述開窗處製備凸點，所述凸點與所述凹槽內的電鍍材料連接。
優選地，所述在所述晶圓的背面刻蝕出輪廓與線路形貌對應的凹槽的步驟中，所述凹槽的形狀根據線路需求設計，所述線路需求根據所述凸點和所述焊盤的位置確定。
優選地，所述凹槽包括與凸點位置對應的第一圓槽和與所述焊盤對應的第二圓槽，第一圓槽與第二圓槽連通。
優選地，所述對所述晶圓背面進行拋光的步驟中，對所述晶圓背面進行化學機械拋光，將所述晶圓背面拋光至所述絕緣層。
優選地，在所述在所述晶圓的背面刻蝕出輪廓與線路形貌對應的凹槽的步驟之前先將所述晶圓鍵合併減薄至目標厚度。
優選地，還包括將所述晶圓切割，形成單顆晶片。
優選地，所述凹槽底部的孔的尺寸小於所述焊盤的尺寸。
相應地，本發明提供一種晶圓封裝結構，包括晶圓，所述晶圓內形成若干晶片單元,其特徵在於,在一個或多個所述晶片單元的背面形成與線路形貌對應的凹槽，所述凹槽的底部與所述晶片單元內部的焊盤連通，在其形成的腔的內壁設置有絕緣材料，腔體內部設置有電鍍材料，在所述凹槽的上部沉積有保護層，所述保護層上開窗，在窗口處設置凸點，所述凸點與所述凹槽內部的電鍍材料連接。
優選地，所述凹槽內的絕緣材料與所述凹槽的槽口持平。
優選地，所述凹槽包括與凸點位置對應的第一圓槽和與所述焊盤對應的第二圓槽，第一圓槽與第二圓槽連通。
本發明技術方案，具有如下優點：
1.本發明提供的一種晶圓封裝方法和結構，晶圓內形成若干晶片單元，在一個或多個所述晶片單元背面刻蝕出輪廓與線路形貌對應的凹槽，凹槽位於晶圓的焊盤的上方；在凹槽底部打孔，將凹槽與焊盤連通；在晶圓背部的外表面澱積絕緣層，刻蝕沉積在焊盤表面的絕緣層；在晶圓背面進行電鍍，電鍍材料填充凹槽及其與焊盤連通的孔；對晶圓背面進行拋光，拋光至絕緣層,使得凹槽間不連通；在晶圓背面澱積保護層，在位於凹槽上部的保護層上開窗，在開窗處製備凸點，凸點與凹槽內的電鍍材料連接。該晶圓封裝方法，先在晶圓上刻蝕與線路形貌對應的凹槽，凹槽底部連通焊盤，凹槽內壁沉積絕緣層後，採用電鍍的方式填充凹槽，再對凹槽進行拋光，電鍍、拋光時可以對整個晶圓進行操作，拋光完成後沉積保護層，在保護層上開窗設置凸點，實現了焊盤與凸點的線路連接，這樣使得線路表面平整、粗糙度小，線路無側刻現象且晶片表面平整度高，線路製作在晶片背面刻蝕的凹槽上，減小封裝尺寸。通過該方式製備的晶片,線路表面平整、粗糙度小、無側刻現象，晶片表面平整度高。
2.本發明提供的一種晶圓封裝方法和結構，在晶圓的背面刻蝕出輪廓與線路形貌對應的凹槽，凹槽包括與凸點位置對應的第一圓槽和與所述焊盤對應的第二圓槽，第一圓槽與第二圓槽連通，凹槽位於晶圓的焊盤的上方；在凹槽底部打孔，將凹槽與焊盤連通；在晶圓背部的外表面澱積絕緣層，刻蝕沉積在焊盤表面的絕緣層；在晶圓背面進行電鍍，電鍍材料填充凹槽及其與焊盤連通的孔；對晶圓背面進行拋光，拋光至絕緣層,使得凹槽間不連通；在晶圓背面澱積保護層，在位於凹槽上部的保護層上開窗，在開窗處製備凸點，凸點與凹槽內的電鍍材料連接。該晶圓封裝方法，第一圓槽與凸點位置對應，第二圓槽與焊盤位置對應，第一圓槽和第二圓槽連通，在對晶圓進行電鍍時，電鍍材料完全填滿凹槽內部形成線路連接，提高焊盤與凸點連接的可靠性。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明具體實施方式或現有技術中的技術方案，下面將對具體實施方式或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發明的一些實施方式，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為本發明實施例1中晶圓封裝方法的流程圖；
圖2a-2j為本發明實施例1中晶圓封裝方法的具體步驟的流程圖；
圖3a-3c為本發明實施例2中晶圓結構的示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖對本發明的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
在本發明的描述中，需要說明的是，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方位或位置關係為基於附圖所示的方位或位置關係，僅是為了便於描述本發明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本發明的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。
在本發明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，還可以是兩個元件內部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對於本領域的普通技術人員而言，可以具體情況理解上述術語在本發明中的具體含義。
此外，下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特徵只要彼此之間未構成衝突就可以相互結合。
實施例1
本實施例提供一種晶圓封裝方法，用於對晶圓進行封裝，封裝完成後可以製備成單片晶片，如圖1所示，本實施例中的晶圓封裝方法包括如下步驟：
s1：首先製備得到一晶圓100，此處的晶圓100內已經形成了若干個晶片單元110，如圖2a所示；先將製備好的晶圓100與載體晶圓200進行鍵合，鍵合後減薄至所需的目標厚度，晶片單元110上設置有焊盤120，如圖2b所示，再針對每個需要線路連接的晶片單元110，在晶片單元110的背面刻蝕出輪廓與線路形貌對應的凹槽130，凹槽130位於晶片單元110的焊盤120的上方，如圖2c所示。剛製作好的晶圓的厚度通常為幾百微米，為了便於搬運和加工這種超薄晶圓，需要將晶圓與載體圓片實現鍵合，之後才能進行減薄等後續工序，鍵合方式可以是cis鍵合、mems鍵合，也可以是晶圓的臨時鍵合。晶圓減薄是對晶圓背面多餘的基體材料去除一定的厚度，這樣可以改善晶片散熱效果，有利於後續的劃片工作，也有利於後期封裝工藝，減小封裝尺寸。凹槽130的形狀根據線路需求設計，線路需求根據凸點180和焊盤120的位置確定。凹槽130的個數和形狀可以如圖2c所示，為4個，包括與凸點180位置對應的第一圓槽131和與焊盤120位置對應的第二圓槽132，第一圓槽131與第二圓槽132連通。當然，在其他的實施方式中凹槽130也可以設置為其他形狀，根據需要合理設置能夠實現焊盤120與凸點180的連接即可，凹槽130的個數根據所需合理設置即可。焊盤是晶片單元的輸入/輸出埠，也稱作焊墊或者pad。
s2：在凹槽130底部進行打孔，形成連接孔140，連接孔140將凹槽130與焊盤120連通，凹槽130底部的孔的尺寸小於所述焊盤120的尺寸，如圖2d所示，孔的尺寸越大工藝操作越簡單，孔的尺寸小於焊盤的尺寸，在後續填充電鍍材料後可以有效保證只有焊盤與電鍍材料連接，提高電鍍材料與焊盤連接的可靠性。打孔方式可以採用矽通孔工藝。
s3：在晶圓100背部的外表面澱積絕緣層150，刻蝕沉積在焊盤120表面的絕緣層150，如圖2e所示，澱積絕緣層可以採用化學氣相澱積、等離子體增強化學氣相澱積法等，絕緣層材料可以是sio2、si4o3、sioc、sicn；該步驟中通過沉積絕緣層150，使得凹槽130內壁以及連接孔140的內壁都沉積上絕緣層150，由於凹槽130底部的連接孔140連通到焊盤120，所以焊盤120上也被沉積了絕緣層150。之後通過刻蝕的方式，將焊盤表面的絕緣層刻蝕掉。之後還可以澱積阻擋層和種子層，澱積方法可以採用金屬濺射、化學氣相澱積、物理氣相澱積、有機金屬化學氣相澱積等。
s4：在晶圓100背面進行電鍍，電鍍材料160填充凹槽130，如圖2f所示，電鍍材料可以是銅。採用在晶圓背面電鍍的方式，一次操作即可以完成對所有晶片的凹槽的填充，由於精度要求不高，因此加工方式更加簡單、容易操作。但是電鍍會在晶片的外表面鍍上一層電鍍材料，不僅凹槽內有電鍍材料，絕緣層上也有電鍍材料。
s5：對晶圓100背面進行拋光，拋光至絕緣層150,使得凹槽130之間不連通，如圖2g所示。通過整體拋光的方式，將晶圓背面拋光至絕緣層,這樣只有每個凹槽內填充了電鍍材料。通過這種方式，不需要高精度的控制去填充各個晶片內的凹槽，通過整體電鍍和整體拋光的方式，則完成了在凹槽內填充電鍍材料。電鍍材料填充凹槽後完成線路的連接，無需拋光後製作線路的工序步驟，簡化了工藝流程。拋光方式可以是化學拋光、機械拋光、化學機械拋光等，其中採用化學機械拋光方法將晶圓背面拋光至絕緣層，拋光後的晶圓表面平整度高。
s6：在晶圓100背面澱積保護層170，在位於凹槽130上部的保護層170上開窗，在所述開窗處製備凸點180，凸點180與凹槽130內的電鍍材料160連接，如圖2h所示。晶圓進行切割，形成單顆晶片。晶圓切割前臨時鍵合的晶圓要與載體晶圓200分離後再切割，如圖2h所示；永久鍵合的直接切割成單顆晶片，如圖2i所示。類似結構也可以是在晶圓切割之前先將晶圓100與載體200晶圓分離，然後在晶片110正面進行重布線設計，形成重布線層190，重布線層190上面覆蓋介質層300，在介質層300上開窗，在開窗處製備微凸點400，如圖2j所示，便於與其他晶圓實現垂直方向上的堆疊，滿足各種不同半導體材料和工藝的需求，三維堆疊集成使得封裝尺寸小，傳輸延遲減小、集成度高。當然，在其他的實施方式中，也可以在晶片正面的焊盤上直接進行微凸點設置。
上述晶圓封裝方法，在晶圓100的背面刻蝕出輪廓與線路形貌對應的凹槽110，凹槽110位於晶圓100的焊盤120的上方；在凹槽130底部打孔，形成連接孔140，連接孔140將凹槽130與焊盤120連通；在晶圓100背部的外表面澱積絕緣層150，刻蝕沉積在焊盤120表面的絕緣層150；在晶圓100背面進行電鍍，電鍍材料160填充凹槽130；對晶圓100背面進行拋光，拋光至絕緣層150,使得凹槽130間不連通；在晶圓100背面澱積保護層170，在位於凹槽130上部的保護層170上開窗，在開窗處製備凸點180，凸點180與凹槽130內的電鍍材料160連接。該晶圓封裝方法，先在晶圓上刻蝕與線路形貌對應的凹槽，凹槽底部連通焊盤，凹槽內壁沉積絕緣層後，採用電鍍的方式填充凹槽，再對凹槽進行電鍍、拋光，電鍍、拋光時可以對整個晶圓進行操作，拋光完成後沉積保護層，在保護層上開窗設置凸點，實現了焊盤與凸點的線路連接，這樣使得線路表面平整、粗糙度小，線路無側刻現象且晶片表面平整度高。
實施例2
本施例提供一種晶圓封裝結構，如圖3a所示，包括晶圓100，晶圓內形成若干晶片單元110,在一個或多個所述晶片單元110的背面形成與線路形貌對應的凹槽130，凹槽130包括與凸點180位置對應的第一圓槽131和與焊盤120對應的第二圓槽132，第一圓槽131與第二圓槽132連通，如圖3b所示,凹槽130的底部與晶片單元110內部的焊盤120連通的連接孔140，在凹槽130和連接孔140形成的腔的內壁設置有絕緣材料150，凹槽130內的絕緣材料150與凹槽130的槽口持平,腔體內部設置有電鍍材料160，在凹槽130的上部沉積有保護層170，保護層170上開窗，在窗口處設置凸點180，凸點180與凹槽130內部的電鍍材料160連接。上述晶圓封裝結構，線路表面平整度高、無側刻，晶片表面平整度高。
作為另外一種晶圓封裝結構，如圖3c所示，在上述實施例的基礎上，在晶片正面設置有重布線層190，重布線層190上覆蓋介質層300，在介質層300上開窗，在窗口處設置微凸點400，便於與其它晶圓實現垂直方向上的堆疊，滿足各種不同半導體材料和工藝的需求，三維堆疊集成使得封裝尺寸小，傳輸延遲減小、集成度高。當然，在其他的實施方式中，類似的結構還可以是3d-tsv，2.5d轉接板，mems，cis類型等。
顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而並非對實施方式的限定。對於所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這裡無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處於本發明創造的保護範圍之中。