[發(fā)明專(zhuān)利]晶圓級(jí)含硅通孔的半導(dǎo)體封裝方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410678133.4
• 申請(qǐng)日: 2014-11-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104392958A
• 公開(kāi)（公告）日: 2015-03-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 秦飛;武偉;安彤;肖智軼
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H01L21/768
• 分類(lèi)號(hào): H01L21/768;H01L21/56
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓級(jí)含硅通孔的半導(dǎo)體封裝方法。所述的方法可以優(yōu)選地用于圖像傳感器、MEMS器件或集成芯片等。

背景技術(shù)

隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，個(gè)人消費(fèi)電子產(chǎn)品如手機(jī)、筆記本電腦等也朝著更輕、更薄、更快、更便攜的方向發(fā)展。半導(dǎo)體芯片的封裝形式也經(jīng)歷了由金屬圓形封裝(TO)、小外形封裝(SOP)、四邊扁平封裝(QFP)、焊球陣列封裝(BGA)到多芯片和系統(tǒng)級(jí)三維封裝。芯片面積與封裝面積之比越來(lái)越接近甚至超越1，引腳數(shù)越來(lái)越多、可靠性越來(lái)越好。

晶圓級(jí)封裝(WLP)是以BGA技術(shù)為基礎(chǔ)，是一種經(jīng)過(guò)改性和提高的芯片尺寸封裝(CSP)。晶圓級(jí)封裝的特征是利用再布線技術(shù)對(duì)分布在芯片周邊的焊盤(pán)進(jìn)行重新排布并在之后完成凸點(diǎn)(或者焊球)成型。它將半導(dǎo)體封裝技術(shù)與高密度封裝技術(shù)有機(jī)結(jié)合在一起，在晶圓狀態(tài)下進(jìn)行加工，最后切割形成單個(gè)器件，可以省略集成電路制造中的后工序，使得生產(chǎn)成本大幅度下降。

硅通孔(Through-Silicon?Via)技術(shù)是通過(guò)在芯片之間、晶圓之間制作垂直通孔，實(shí)現(xiàn)垂直方向互連的新技術(shù)。與以往的封裝技術(shù)相比，硅通孔技術(shù)可以使封裝的密度最大，外形尺寸最小。此外，還能大大提高芯片傳輸速度，并且具備低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

然而目前的半導(dǎo)體封裝產(chǎn)品中，特別是對(duì)于晶圓級(jí)圖像傳感器、MEMS器件以及集成芯片等封裝類(lèi)型，還存在著許多影響產(chǎn)品可靠性的問(wèn)題：

1.根據(jù)不同的芯片類(lèi)型，有時(shí)為了保護(hù)位于晶圓正面103a的芯片區(qū)，需要在蓋板101和晶圓103之間形成密閉的空腔結(jié)構(gòu)101c?，F(xiàn)有工藝通常采用在晶圓正面103a覆蓋一層蓋板101的方法，通過(guò)在二者之間制作帶有粘接作用、并且具有一定厚度的支撐墻來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。而選用的支撐墻材料一般多為高分子聚合物材料，由于蓋板101、晶圓103、支撐墻這三種材料的熱膨脹系數(shù)相差較大，而熱膨脹系數(shù)的不匹配會(huì)導(dǎo)致熱應(yīng)力的發(fā)生，造成封裝結(jié)構(gòu)在后續(xù)可靠性實(shí)驗(yàn)和服役中，容易發(fā)生支撐墻與蓋板101和晶圓103之間的分層、裂紋，從而導(dǎo)致器件功能下降甚至失效；此外，由于支撐墻都具有一定的高度，從而增加了封裝結(jié)構(gòu)總體的厚度，影響了產(chǎn)品最終的外形尺寸，特別是在厚度方向產(chǎn)生劣勢(shì)。

2.現(xiàn)有封裝工藝往往先是在晶圓背面103b整面上制作含金屬層108的重分布線路層，然后再對(duì)晶圓103進(jìn)行切割形成單顆的芯片。由于需要切割的區(qū)域包含重分布線路層、硅、聚合物、蓋板101等多種硬度不同的材料，這就對(duì)切割工藝提出了極大的挑戰(zhàn)，容易產(chǎn)生碎片、裂片等現(xiàn)象。另一方面，在封裝產(chǎn)品的后續(xù)服役過(guò)程中，由于金屬層108在封裝結(jié)構(gòu)的四周處是直接同外界接觸，一旦發(fā)生界面之間的分層，容易將外界環(huán)境中的濕氣引入封裝結(jié)構(gòu)內(nèi)部，造成器件的加速失效。

因此，為了克服以上問(wèn)題，研發(fā)一種晶圓級(jí)含硅通孔的半導(dǎo)體封裝方法顯得十分必要。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種晶圓級(jí)含硅通孔的半導(dǎo)體封裝方法。通過(guò)本發(fā)明的實(shí)施：提升了晶圓103切割工藝的良率；通過(guò)使金屬層108不直接與外界進(jìn)行接觸，降低了封裝結(jié)構(gòu)中的應(yīng)力水平；通過(guò)在蓋板101上制作空腔結(jié)構(gòu)101c，減小了封裝結(jié)構(gòu)的外形尺寸，提高了器件的可靠性。

為了實(shí)現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明實(shí)施的晶圓級(jí)含硅通孔的半導(dǎo)體封裝結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)包括：蓋板101，并且在蓋板正面101a制作有空腔結(jié)構(gòu)101c；晶圓103；在晶圓正面103a預(yù)制有多個(gè)芯片區(qū)，每個(gè)芯片區(qū)包括位于中央的功能區(qū)104和四周的若干個(gè)焊盤(pán)105；鍵合膠102，通過(guò)在蓋板正面101a涂布一層鍵合膠102，將蓋板正面101a同晶圓正面103a鍵合到一起；硅通孔106，通過(guò)在晶圓背面103b制作硅通孔106將焊盤(pán)105暴露出來(lái)，用以和后續(xù)的重分布線路層相連接；重分布線路層，所述重分布線路層包括鈍化層107、金屬層108、防焊層109，通過(guò)在晶圓背面103b制作重分布線路層，將晶圓正面103a的焊盤(pán)105與晶圓背面103b的焊球110實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通；焊球110，位于晶圓背面103b的重分布線路層上。

所述金屬層108在邊緣處被所述防焊層109所包裹而不與外界直接接觸。

可選的，所述半導(dǎo)體芯片可以為圖像傳感器芯片、MEMS?IC或集成芯片等。

可選的，所述蓋板101可以是玻璃、石英、塑膠等透明材質(zhì)，也可以為硅、陶瓷、金屬等材料。

可選的，所述空腔結(jié)構(gòu)101c位于功能區(qū)103的正上方；并且空腔結(jié)構(gòu)100c的截面為圓形或者方形。