[發明專利]一種堆疊晶圓的封裝結構及其封裝方法

在審

• 申請號: 202011632856.2
• 申請日: 2020-12-31
• 公開（公告）號: CN112382629A
• 公開（公告）日: 2021-02-19
• 發明（設計）人: 陳海杰;王金峰;陳棟;陳錦輝;謝皆雷
• 申請（專利權）人: 江陰長電先進封裝有限公司
• 主分類號: H01L25/18
• 分類號: H01L25/18;H01L25/065;H01L23/31;H01L23/48;H01L21/98;H01L21/768
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 趙華

1.一種堆疊晶圓的封裝結構，其特征在于，其包括晶圓堆疊體C2、晶圓A1、電氣連接層（150），所述晶圓堆疊體C2設置于承載晶圓A1上方并通過電氣連接層（150）連接，所述晶圓堆疊體C1包括若干層功能晶圓，

所述晶圓包括硅基（100）、硅穿孔（101）、介電層Ⅰ（110）和金屬互聯層（120），所述硅穿孔（101）上下貫穿硅基（100），所述介電層Ⅰ（110）設置于硅基（100）的上方并通過介電層Ⅰ開口（110）露出金屬互聯層（120）；

從下而上，所述晶圓尺寸逐層減小，其四周形成階梯狀的側壁，于承載晶圓A1上方，所述晶圓堆疊體C2的正面涂覆介電層Ⅲ（300）并形成介電層Ⅲ開口（301），所述介電層Ⅲ（300）向下涂覆晶圓堆疊體C2的階梯狀的側壁，所述介電層Ⅲ開口（301）上內設置金屬種子層（310）和金屬凸塊（360），所述金屬凸塊（360）與相鄰的晶圓的金屬互聯層（120）通過金屬種子層（310）連接。

2.根據權利要求1所述的封裝結構，其特征在于，所述晶圓B1與晶圓A1的外圈尺寸間距差△1不大于2.5毫米且晶圓B1與晶圓A1的外圈尺寸間距差△1最小應保證電鍍夾具金屬觸點（401）有效電氣互聯為準。

3.根據權利要求2所述的封裝結構，其特征在于，所述晶圓B2與晶圓B1的外圈尺寸間距差△2與晶圓B2本身的厚度t2的比值不低于2:1。

4.根據權利要求3所述的封裝結構，其特征在于，所述晶圓B3與晶圓B2的外圈尺寸間距差△3與晶圓B3本身的厚度t3的比值不低于2:1。

5.根據權利要求4所述的封裝結構，其特征在于，所述晶圓B4與晶圓B3的外圈尺寸間距差△4與晶圓B4本身的厚度t4的比值不低于2:1。

6.一種堆疊晶圓的封裝結構的封裝方法，其工藝步驟如下：

步驟一、提供晶圓A1和晶圓B1、晶圓B2、晶圓B3、晶圓B4，晶圓B1、晶圓B2、晶圓B3、晶圓B4的硅基（100）上完成硅穿孔（101）、介電層Ⅰ（110）和金屬互聯層（120），硅穿孔（101）內部沉積金屬，并與金屬互聯層（120）連接，金屬互聯層（120）的頂層（121）露出介電層Ⅰ（110），其中晶圓B1為封裝的最基層晶圓，未來與其他晶圓進行互聯，晶圓B4為最后生長金屬凸塊（360）的晶圓；

步驟二、對晶圓B1、晶圓B2、晶圓B3、晶圓B4的邊緣進行修整，修整長度后晶圓B1﹥晶圓B2﹥晶圓B3﹥晶圓B4，各晶圓厚度含其金屬互聯層的頂層厚度，定義：晶圓B1與晶圓A1的外圈尺寸間距差為△1，晶圓B2與晶圓B1的外圈尺寸間距差為△2，晶圓B3與晶圓B2的外圈尺寸間距差為△3，晶圓B4與晶圓B3的外圈尺寸間距差為△4，對修整長度進行定義：晶圓B1與晶圓A1的外圈尺寸間距差△1不大于2.5毫米且晶圓B1與晶圓A1的外圈尺寸間距差△1最小應保證電鍍夾具金屬觸點（401）的有效電氣互聯為準，晶圓B1與晶圓A1的外圈尺寸間距差△1與晶圓B1本身的厚度t1的比值不低于2:1；

晶圓B2與晶圓B1的外圈尺寸間距差△2與晶圓B2本身的厚度t2的比值不低于2:1，相應的，晶圓B3與晶圓B2的外圈尺寸間距差△3與晶圓B3本身的厚度t3的比值不低于2:1，晶圓B4與晶圓B3的外圈尺寸間距差△4與晶圓B4本身的厚度t4的比值不低于2:1；

步驟三、提供載板（200），將晶圓B1的上表面通過粘合劑（201）與載板（200）進行粘結；

步驟四、通過機械研磨或化學刻蝕等減薄工藝將晶圓B1的硅基（100）進行減薄，露出硅穿孔（101）的上表面；

步驟五、晶圓B1在硅穿孔（101）上通過涂覆或者化學沉積工藝形成介電層（130）并形成介電層開口（131），介電層開口（131）露出硅穿孔（101）的上表面；

步驟六、在介電層開口131）內通過蒸鍍、電鍍或化學鍍中的一種工藝或幾種工藝的組合形成導電層（120），導電層（120）與硅穿孔（101）連接；

步驟七、晶圓B1與晶圓B2進行互聯，晶圓B2的金屬互聯層的頂層與晶圓B1的導電層（120）連接；重復上述步驟，晶圓B3與晶圓B2進行堆疊，晶圓B4與晶圓B3進行堆疊，完成逐層互聯，形成晶圓堆疊體C1和其四周形成階梯狀側壁，晶圓B2、晶圓B3、晶圓B4進行同樣的減薄工藝，再通過涂覆或者化學沉積工藝形成各自的介電層，最后形成各自的導電層；

步驟八、在所需要的堆疊層數滿足后，解鍵合，移除載板（200）；

步驟九、再將晶圓堆疊體C1的晶圓B1與底層的晶圓A1面對面鍵合，即晶圓B1的凸出的金屬互聯層（120）的頂層（121）與底層的晶圓A1的焊盤（151）進行互聯，形成晶圓堆疊體C2，由于修整長度后晶圓A1﹥晶圓B1﹥晶圓B2﹥晶圓B3﹥晶圓B4，晶圓堆疊體C2的四周形成階梯狀側壁；因為晶圓堆疊體C2厚度可能超出晶圓封裝產線實際生產能力，晶圓A1背面也會進行研磨減薄以滿足機臺作業厚度限制；

步驟十、在晶圓堆疊體C2的正面及其四周的階梯狀側壁涂覆介電層Ⅲ（300），介電層Ⅲ（300）在晶圓B4正面及晶圓堆疊體C2的階梯狀側壁覆蓋，其介電層開口（301）露出晶圓B4的金屬互聯層的頂層；

步驟十一、利用磁控濺射或者蒸鍍的方法，晶圓堆疊體C2的正面及其四周的階梯狀側壁形成金屬種子層（310）覆蓋，金屬種子層（310）同時覆蓋B4的金屬互聯層的頂層；

步驟十二、再在金屬種子層（310）上繼續涂光刻膠，光刻膠層（320）的厚度T 需要不小于晶圓B1、晶圓B2、晶圓B3、晶圓B4之間最厚晶圓厚度的50%，即T≥0.5*max{晶圓B1、晶圓B2、晶圓B3、晶圓B4}；

在晶圓B4正面的光刻膠層（320）曝光出光刻膠層開口（323）；

步驟十三、利用電鍍工藝形成金屬凸塊（360），去除無用的光刻膠，并腐蝕掉無用的金屬種子層（310），完成金屬凸塊（360）的制作。