[發明專利]一種多芯片半導體封裝及其形成方法

有效

• 申請號: 202110017729.X
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112802760B
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發明（設計）人: 孫德瑞
• 申請（專利權）人: 湖南中科存儲科技有限公司
• 主分類號: H01L21/50
• 分類號: H01L21/50;H01L21/56;H01L21/60;H01L21/683;H01L23/31;H01L25/18
• 代理公司: 深圳泛航知識產權代理事務所(普通合伙) 44867
• 代理人: 鄧愛軍

本發明涉及一種多芯片半導體封裝及其形成方法，在對塑封樹脂層進行固化處理的過程中，通過分段固化處理，可以有效抑制硅基晶體管在固化過程中產生硅懸空鍵，通過先在氧氣氛圍中使得硅基晶體管充分產生硅懸空鍵，進而通過在氮氣的氛圍中熱處理過程以使得氧氣完全排出，進而在后續的固化過程中通過不同的氫氣氛圍進行充分的熱處理，進而使得硅基晶體管表面的硅懸空鍵充分的轉化為硅氫鍵，進而有效提高硅基晶體管的穩定性。

技術領域

本發明涉及芯片封裝領域，特別是涉及一種多芯片半導體封裝及其形成方法。

背景技術

半導體封裝技術伴隨集成電路發明應運而生，主要功能是完成電源分配、信號分配、快速散熱和保護芯片等作用。伴隨著半導體芯片技術的多樣化發展，相應的半導體封裝技術也相應的不斷進行革新。封裝互連密度不斷提高，封裝厚度不斷減小，三維封裝、系統封裝手段不斷演進。隨著集成電路應用多元化，智能便攜設備、物聯網、汽車電子、云計算、5G技術、人工智能等新興領域的高速發展，這對先進封裝也提出了更高的要求。其中，多芯片三維半導體封裝是現代集成電路技術的一個重要分支，多芯片三維半導體封裝工藝涉及塑封工藝以及對塑封層進行后固化的熱處理工藝，而常規的固化工藝通常會導致硅基芯片表面出現硅懸空鍵，進而造成硅基芯片的穩定性降低，現有技術中通過在含有氫氣的氣氛中進行固化處理以消除硅懸空鍵，通過研究發現現有的固化處理工藝無法有效消除硅懸空鍵，如何進一步優化固化處理工藝，以有效消除硅懸空鍵，這引起了相關技術人員的高度關注。

發明內容

本發明為解決現有技術存在的多芯片封裝結構在塑封層固化過程中導致硅懸空鍵的產生，進而造成多芯片封裝結構的穩定性下降的技術問題，提出一種多芯片半導體封裝及其形成方法。

一方面，本發明提出的一種多芯片半導體封裝結構的形成方法，包括以下步驟。

步驟(1)，提供一第一載體襯底，在所述第一載體襯底上設置一第一半導體芯片。

步驟(2)，接著在所述第一半導體芯片上鍵合一第二半導體芯片，所述第二半導體芯片的長度和寬度分別小于所述第一半導體芯片的長度和寬度，所述第一半導體芯片和/或第二半導體芯片中包括硅基晶體管。

步驟(3)，接著在所述第一載體襯底上設置一圖案化掩膜，所述圖案化掩膜包括第一開口和第二開口，所述第一開口暴露所述第一半導體芯片的上表面的一部分，所述第二開口暴露所述第一載體襯底的上表面的一部分。

步驟(4)，接著在所述第一開口中形成第一金屬柱，在所述第二開口中形成第二金屬柱，其中所述第一金屬柱用于傳導第一半導體芯片產生的熱量，所述第二金屬柱用于電連接，接著去除所述圖案化掩膜。

步驟(5)，接著在所述第一載體襯底上設置一塑封樹脂層，所述塑封樹脂層包裹所述第一半導體芯片、所述第二半導體芯片、所述第一金屬柱和所述第二金屬柱。

步驟(6)，接著對所述塑封樹脂層進行固化處理，所述固化處理具體為：首先進行步驟a1：在含有氧氣的氛圍中熱處理第一時間段；接著進行步驟a2：在氮氣的氛圍中熱處理第二時間段；接著進行步驟a3：在第一氫氣氛圍中熱處理第三時間段；接著進行步驟a4：在第二氫氣氛圍中熱處理第四時間段；接著進行步驟a5：在氮氣的氛圍中熱處理第五時間段；接著進行步驟a6：在第三氫氣氛圍中熱處理第六時間段；接著進行步驟a7：在氮氣氛圍中熱處理第七時間段；其中，第一時間段大于第二時間段，第三時間段小于第四時間段，且第三時間段大于所述第六時間段。

步驟(7)，接著在所述塑封樹脂層上設置第一掩膜，利用所述第一掩膜刻蝕所述第二金屬柱的一部分，以使得所述第二金屬柱的一端凹入所述塑封樹脂層。

步驟(8)，接著在所述塑封樹脂層上形成第一重新布線層，所述第二金屬柱與所述第一重新布線層電連接，且所述第一金屬柱不與所述第一重新分布層電連接，且所述第一重新布線層不覆蓋所述第一金屬柱。