專利名稱：使用防翹曲絕緣材料的層疊芯片封裝及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包括層疊芯片封裝結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件封裝及其制造方法，該層疊芯片封裝結(jié)構(gòu)利用包括帶粘性和防翹曲性能的光敏聚合物。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體制造和封裝技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到器件封裝可以包括多個(gè)集成電路芯片的程度，該多個(gè)集成電路芯片以層疊、三維關(guān)系被鍵合在一起。這種封裝在封裝級(jí)別提供較小的形狀因數(shù)和較高集成度。該芯片層疊結(jié)構(gòu)可滿足高速工作、信號(hào)的較高扇出(fan-out)、減小芯片之間的信號(hào)傳送的噪聲級(jí)別、低功率工作以及增加單個(gè)封裝內(nèi)的功能。
三維鍵合技術(shù)繼續(xù)發(fā)展。在封裝級(jí)鍵合結(jié)構(gòu)中，器件被形成在半導(dǎo)體晶片上，并被切割為芯片。單個(gè)芯片被封裝在分開(kāi)的封裝中，以及該封裝被層疊并鍵合在一起，以形成多個(gè)層疊封裝(MSP)。在過(guò)去，所得的MSP受到廣泛使用，但是對(duì)于現(xiàn)代應(yīng)用，MSP是比較龐大和笨重的。
在芯片級(jí)鍵合結(jié)構(gòu)中，器件被形成在半導(dǎo)體晶片上，并被切割為芯片。該單個(gè)芯片被層疊并鍵合，以及該芯片疊層被封裝在單個(gè)、公共、封裝內(nèi)，以形成多芯片封裝(MCP)或三維芯片層疊封裝(CSP)。所得的MCP具有高成品率的特性，但是，工藝處理量是一個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樵趯?duì)準(zhǔn)和鍵合工序期間，每個(gè)單個(gè)芯片需要被處理。
最近，晶片級(jí)鍵合結(jié)構(gòu)變得普及。在晶片級(jí)鍵合結(jié)構(gòu)中，器件被形成在半導(dǎo)體晶片上，并層疊多個(gè)晶片，以便它們的相應(yīng)芯片被對(duì)準(zhǔn)。該晶片疊層被鍵合在一起，然后被切割為芯片疊層。該芯片疊層每個(gè)被封裝在單個(gè)、公共、封裝內(nèi)，以形成晶片-級(jí)三維芯片層疊封裝(WLCSP)。所得的WL CSP具有低成品率的缺點(diǎn)。但是，工藝處理量是高的，因?yàn)橛捎谝跃?jí)層疊該芯片，不再需要每個(gè)單個(gè)芯片的處理。
芯片級(jí)鍵合和晶片級(jí)鍵合通常是復(fù)雜的和不穩(wěn)定的制造工藝。在這種鍵合方法中，各個(gè)芯片使用中間-芯片、垂直通孔在垂直方向上互相傳輸信號(hào)。中間芯片通孔貫穿各個(gè)芯片襯底，并包括在其頂部的連接(landing)焊盤特征和在其底部的凸塊特征。根據(jù)常規(guī)方法，當(dāng)一個(gè)芯片的凸塊與另一芯片的焊盤鍵合時(shí)，首先發(fā)生該凸塊和焊盤的電鍵合，例如，在至少等于該結(jié)點(diǎn)處采用的材料的鍵合共熔點(diǎn)的溫度下，使用熱壓工藝，接著進(jìn)行未填滿注射工序，用于填充芯片襯底之間的間隙，以保證機(jī)械鍵合。由于下和上芯片襯底之間的間隙較小，例如，約為20μm的數(shù)量級(jí)，未填滿工藝是不可靠的。如果未填滿工藝沒(méi)有致使間隙的完全和均勻填充，那么任意所得的空隙可能增加將來(lái)產(chǎn)生斷裂的可能性。在將來(lái)加熱和冷卻周期過(guò)程中，這種斷裂可能擴(kuò)展，減小所得的芯片層疊器件的可靠性。
此外，在芯片的層之間或封裝的相鄰芯片之間可能形成機(jī)械應(yīng)力。這種應(yīng)力典型地由兩個(gè)相鄰層之間的熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配引起。在上述芯片層疊結(jié)構(gòu)中，芯片襯底、連接焊盤的金屬以及鍵合材料都具有不同的CTR值。當(dāng)經(jīng)受大量加熱和冷卻熱循環(huán)時(shí)，這種CTE不匹配可能引起更多的斷裂和剝離，負(fù)面地影響制造過(guò)程中的成品率和工作過(guò)程中的器件可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及包括層疊的芯片疊層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體器件封裝及其制造方法，該層疊的芯片疊層結(jié)構(gòu)利用包括粘附性和防翹曲性能的光敏聚合物。
本發(fā)明提供一種層疊的芯片封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，其中使用相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝，完全填充下芯片和上芯片之間的間隙，該工藝消除空隙和與這種空隙相關(guān)的斷裂和剝離問(wèn)題。本發(fā)明可被應(yīng)用于芯片級(jí)鍵合和晶片級(jí)鍵合方法。在層疊芯片或?qū)盈B晶片之前，光敏聚合物層被應(yīng)用到第一芯片或晶片。該光敏聚合物層被部分固化，以便使該光敏聚合物層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)保持其粘附性能。第二芯片或晶片被層疊、對(duì)準(zhǔn)和鍵合到第一芯片或晶片，然后該光敏聚合物層被固化，以完全鍵合第一和第二芯片或晶片。以此方式，大大地提高芯片/晶片之間的粘附力，同時(shí)提供間隙的完全填充。此外，機(jī)械可靠性被提高和CTE不匹配被減小，減輕與斷裂和剝離相關(guān)的問(wèn)題。這導(dǎo)致器件成品率和器件可靠性的改進(jìn)。
在一個(gè)方面中，本發(fā)明涉及一種制造半導(dǎo)體器件的方法，該方法包括在第一襯底上形成第一半導(dǎo)體器件，該第一半導(dǎo)體器件包括在第一半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中的第一襯底的第一表面上的第一鍵合焊盤；在第一襯底的第一表面上形成第一互連，該第一互連電耦合到第一鍵合焊盤，以及穿過(guò)第一襯底形成導(dǎo)電通孔，該導(dǎo)電通孔被電耦合到第一互連并貫穿第一襯底的第二表面，第二表面與第一表面相對(duì)；在第二襯底上形成第二半導(dǎo)體器件，第二半導(dǎo)體器件包括第二半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中的第二襯底的第一表面上的第二鍵合焊盤；在第二襯底的第一表面上形成第二互連，該第二互連電耦合到第二鍵合焊盤；在第一襯底的第二表面上設(shè)置光敏聚合物層，通過(guò)該光敏聚合物層露出部分導(dǎo)電通孔；以及將包括光敏聚合物層的第一襯底的第二表面應(yīng)用到第二襯底的第一表面，并將第二襯底的第二互連與導(dǎo)電通孔的露出部分對(duì)準(zhǔn)，以將第一鍵合焊盤電耦合到第二鍵合焊盤。
在一個(gè)實(shí)施例中，設(shè)置該光敏聚合物層還包括，構(gòu)圖該光敏聚合物層，以露出部分導(dǎo)電通孔。
在另一實(shí)施例中，第一互連在朝向第一襯底的外緣的方向上，橫穿第一襯底的第一表面延伸，以及其中第二互連在朝向第二襯底的外緣的方向上，橫穿第二襯底的第一表面延伸。
在另一實(shí)施例中，在第一半導(dǎo)體器件的劃線區(qū)中形成該導(dǎo)電通孔。在另一實(shí)施例中，在第一半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中形成該導(dǎo)電通孔。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之前，部分地固化該光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之后，部分地固化該光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該光敏聚合物層包括絕緣的光敏聚合物層，以及在第一襯底的第二表面上設(shè)置該光敏聚合物層包括從第一襯底的第二表面除去襯底材料，以露出導(dǎo)電通孔的下端；在第一襯底的第二表面上設(shè)置絕緣的光敏聚合物層；構(gòu)圖該絕緣光敏聚合物層，以露出導(dǎo)電通孔的下端并覆蓋導(dǎo)電通孔的下側(cè)壁部分；以及固化該絕緣光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在該絕緣的光敏聚合物層上設(shè)置有粘性的光敏聚合物層；在將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之前，部分地固化該有粘性的光敏聚合物層；以及在將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之后，部分地固化該有粘性的光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括構(gòu)圖該有粘性的光敏聚合物層，以露出導(dǎo)電通孔的下端。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括將導(dǎo)電層應(yīng)用于第二互連的上表面。
在另一實(shí)施例中，形成穿過(guò)第一襯底的導(dǎo)電通孔包括在第一襯底中形成通孔，該通孔貫穿第一襯底的第一表面并部分地進(jìn)入第一襯底中；設(shè)置內(nèi)襯(line)通孔的側(cè)壁的絕緣層；用導(dǎo)電材料填充該通孔，以形成導(dǎo)電通孔；以及從第一襯底的第二表面除去襯底材料，以露出該導(dǎo)電通孔的下端。
在另一實(shí)施例中，除去該襯底材料包括研磨第一襯底的第二表面，以除去襯底材料；以及刻蝕第一襯底的第二表面和部分絕緣層，以露出導(dǎo)電通孔的下端和導(dǎo)電通孔下端側(cè)壁的下部。
在另一實(shí)施例中，在公共的半導(dǎo)體晶片上形成第一襯底上的第一半導(dǎo)體器件和第二襯底上的第二半導(dǎo)體器件。
在另一實(shí)施例中，在分開(kāi)的第一和第二半導(dǎo)體晶片上形成第一襯底上的第一半導(dǎo)體器件和第二襯底上的第二半導(dǎo)體器件。
在另一實(shí)施例中，該導(dǎo)電通孔包括第一導(dǎo)電通孔，并且該光敏聚合物層包括第一光敏聚合物層，以及還包括形成穿過(guò)第二襯底的第二導(dǎo)電通孔，第二導(dǎo)電通孔被電耦合到第二互連并貫穿第二襯底的第二表面，第二表面與第一表面相對(duì)；在第二襯底的第二表面上設(shè)置第二光敏聚合物，通過(guò)該第二光敏聚合物層露出部分第二通孔；在第三襯底的第一表面上形成包括第三鍵合焊盤的第三襯底；將包括第二光敏聚合物層的第二襯底的第二表面應(yīng)用于第三襯底的第一表面，以及將第三襯底的第三鍵合焊盤與第二導(dǎo)電通孔的露出部分對(duì)準(zhǔn)，以將第二鍵合焊盤電耦合到第三鍵合焊盤。
在另一實(shí)施例中，設(shè)置該第二光敏聚合物層還包括構(gòu)圖該第二光敏聚合物層，以露出部分第二導(dǎo)電通孔。
在另一實(shí)施例中，該第三襯底包括選自由印刷電路板(PCB)、半導(dǎo)體器件襯底和封裝內(nèi)插板構(gòu)成的組的襯底。
在另一實(shí)施例中，權(quán)利要求16的方法還包括在將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之前，部分地固化該第一光敏聚合物層；在將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第三襯底之前，部分地固化該第二光敏聚合物層；以及在與將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之后和將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第三襯底之后，同時(shí)固化該第一和第二光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該第二光敏聚合物層包括絕緣的第二光敏聚合物層，以及在第二襯底的第二表面上設(shè)置該第二光敏聚合物層包括從第二襯底的第二表面除去襯底材料，以露出第二導(dǎo)電通孔的下端；在第二襯底的第二表面上設(shè)置絕緣的第二光敏聚合物層；構(gòu)圖該絕緣的第二光敏聚合物層，以露出第二導(dǎo)電通孔的下端并覆蓋第二導(dǎo)電通孔的下側(cè)壁部分；以及固化該絕緣的第二光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在該絕緣的第二光敏聚合物層上設(shè)置有粘性的第二光敏聚合物層；在將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第三襯底之前，部分地固化該有粘性的第二光敏聚合物層；以及在將第二襯底應(yīng)用到并對(duì)準(zhǔn)到第三襯底之后，部分地固化該有粘性的第二光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括構(gòu)圖該有粘性的第二光敏聚合物層，以露出第二導(dǎo)電通孔的下端。
在另一實(shí)施例中，在第一襯底上形成第一半導(dǎo)體器件包括在公共的晶片上形成多個(gè)第一半導(dǎo)體器件，多個(gè)第一半導(dǎo)體器件的每一個(gè)具有相應(yīng)的第一互連和相應(yīng)的導(dǎo)電通孔，以及還包括在將多個(gè)第一襯底之一應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底的每一個(gè)之前，劃片該多個(gè)第一半導(dǎo)體器件，以將該多個(gè)第一半導(dǎo)體器件分開(kāi)。
在另一實(shí)施例中，形成第二半導(dǎo)體器件包括在公共的晶片上形成多個(gè)第二半導(dǎo)體器件，該多個(gè)第二半導(dǎo)體器件的每一個(gè)具有相應(yīng)的第二互連和相應(yīng)的導(dǎo)電通孔，以及還包括在將多個(gè)第二襯底之一應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一襯底的每一個(gè)之前，劃片該多個(gè)第二半導(dǎo)體器件，以將該多個(gè)第二半導(dǎo)體器件分開(kāi)。
在另一實(shí)施例中，在劃片該多個(gè)第二半導(dǎo)體器件之前執(zhí)行在第二襯底的第一表面上設(shè)置光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一襯底之前，部分地固化該光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一襯底之后，固化該光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，在第一襯底上形成第一半導(dǎo)體器件包括，在公共的第一晶片上形成多個(gè)第一半導(dǎo)體器件，該多個(gè)第一半導(dǎo)體器件的每一個(gè)具有相應(yīng)的第一互連和相應(yīng)的導(dǎo)電通孔，以及形成第二半導(dǎo)體器件包括，在公共的第二晶片上形成多個(gè)第二半導(dǎo)體器件，該多個(gè)第二半導(dǎo)體器件的每一個(gè)具有相應(yīng)的第二互連，以及其中將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一襯底包括，在將第二晶片上的多個(gè)第二半導(dǎo)體器件同時(shí)應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一晶片上的第一半導(dǎo)體器件。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括，在將第二晶片上的多個(gè)第二半導(dǎo)體器件同時(shí)應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一晶片上的多個(gè)第一半導(dǎo)體器件之后，劃片該第一和第二晶片，以將該多個(gè)相應(yīng)的第一和第二半導(dǎo)體器件分開(kāi)。
在另一實(shí)施例中，在劃片第一和第二晶片之前執(zhí)行在第二襯底的第一表面上設(shè)置光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在將第二晶片的多個(gè)第二半導(dǎo)體器件應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一晶片的第二晶片的多個(gè)第一半導(dǎo)體器件之前，部分地固化該光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該方法還包括在將第二晶片的多個(gè)第二半導(dǎo)體器件應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一晶片的第二晶片的多個(gè)第一半導(dǎo)體器件之后，部分地固化該光敏聚合物層。
在另一實(shí)施例中，該光敏聚合物層是選自由以下成分構(gòu)成的組的材料聚酰胺(polymide)、聚苯噁唑(PBO)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛清漆、三聚氰胺-苯酚、丙烯酸酯以及彈性體。
在另一實(shí)施例中，該光敏聚合物層包括光敏成分和鍵合劑。
在另一實(shí)施例中，該光敏聚合物層具有第一熱膨脹系數(shù)，高于襯底的第二熱膨脹系數(shù)。
在另一實(shí)施例中，高于襯底的第二熱膨脹系數(shù)的光敏聚合物層的第一熱膨脹系數(shù)補(bǔ)償在襯底的頂部上形成的有源器件，該頂部與具有第三熱膨脹系數(shù)的光敏聚合物層相對(duì)，第三熱膨脹系數(shù)高于襯底的第二熱膨脹系數(shù)，以防止在半導(dǎo)體器件的后續(xù)熱循環(huán)過(guò)程中半導(dǎo)體器件翹曲。
在另一方面，本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件，包括第一襯底上的第一半導(dǎo)體器件，第一半導(dǎo)體器件包括在第一半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中的第一襯底的第一表面上的第一鍵合焊盤；在第一襯底的第一表面上形成第一互連，第一互連電耦合到第一鍵合焊盤；穿過(guò)第一襯底的第一導(dǎo)電通孔，該導(dǎo)電通孔被電耦合到第一互連并貫穿第一襯底的第二表面，第二表面與第一表面相對(duì)；第二襯底，包括該第二襯底的第一表面上的第二鍵合焊盤；以及第一襯底的第二表面和第二襯底的第一表面之間的第一光敏聚合物，該第一光敏聚合物鍵合第一和第二襯底，第二鍵合焊盤和第一導(dǎo)電通孔的至少一個(gè)貫穿第一光敏聚合物層并接觸第二鍵合焊盤以及第一導(dǎo)電通孔的另一個(gè)，以將第一鍵合焊盤電耦合到第二鍵合焊盤。
在一個(gè)實(shí)施例中，該器件還包括第一襯底的第二表面和第一光敏聚合物層之間的第一絕緣層，該第一導(dǎo)電通孔貫穿第一絕緣層，以接觸第二襯底的第二鍵合焊盤，在另一實(shí)施例中，該第一絕緣層覆蓋第一導(dǎo)電通孔的底部的側(cè)壁。
在另一實(shí)施例中，該器件還包括第三襯底上的第二半導(dǎo)體器件，第二半導(dǎo)體器件包括第二半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中的第三襯底的第一表面上的第三鍵合焊盤；第三襯底的第一表面上的第二互連，該第二互連電耦合到第三鍵合焊盤；穿過(guò)第三襯底的第二導(dǎo)電通孔，該第二導(dǎo)電通孔被電耦合到第二互連并貫穿第三襯底的第二表面，該第二表面與第一表面相對(duì)；以及第三襯底的第二表面和第一襯底的第一表面之間的第二光敏聚合物層，該第二光敏聚合物層鍵合第三和第一襯底，該第一鍵合焊盤和第二導(dǎo)電通孔的至少一個(gè)貫穿第二光敏聚合物層并接觸第一鍵合焊盤和第二導(dǎo)電通孔的另一個(gè)，以將第一鍵合焊盤電耦合到第三鍵合焊盤。
在另一實(shí)施例中，該器件還包括第一襯底的第二表面和第一光敏聚合物層之間的第一絕緣層，該第一導(dǎo)電通孔貫穿第一絕緣層，以接觸第二襯底的第二鍵合焊盤，以及第三襯底的第二表面和第二光敏聚合物層之間的第二絕緣層，該第二導(dǎo)電通孔貫穿第二絕緣層，以接觸第一襯底的第一鍵合焊盤。
在另一實(shí)施例中，該第一絕緣層覆蓋第一導(dǎo)電通孔的底部的側(cè)壁，以及其中該第二絕緣層覆蓋該第二導(dǎo)電通孔的底部的側(cè)壁。
在另一實(shí)施例中，第一光敏聚合物層被構(gòu)圖，以露出第一導(dǎo)電通孔的一部分，以能夠與第二鍵合焊盤接觸，以及其中第二光敏聚合物層被構(gòu)圖，以露出第二導(dǎo)電通孔的一部分，以能夠與第一鍵合焊盤接觸。
在另一實(shí)施例中，第一互連在朝向第一襯底的外緣的方向上，橫穿第一襯底的第一表面延伸，以及其中第二互連在朝向第三襯底的外緣的方向上，橫穿第三襯底的第一表面延伸。
在另一實(shí)施例中，第一和第二導(dǎo)電通孔被定位于各自的第一和第二半導(dǎo)體器件的劃線區(qū)中。
在另一實(shí)施例中，第一和第二導(dǎo)電通孔被定位在各個(gè)第一和第二半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中。
在另一實(shí)施例中，每個(gè)第一和第二導(dǎo)電通孔的遠(yuǎn)端和部分遠(yuǎn)端側(cè)壁分別超出第一襯底和第二襯底的第二表面延伸。
在另一實(shí)施例中，在公共的半導(dǎo)體晶片上形成第一襯底上的第一半導(dǎo)體器件和第三襯底上的第二半導(dǎo)體器件。
在另一實(shí)施例中，在分開(kāi)的第一和第二半導(dǎo)體晶片上形成第一襯底上的第一半導(dǎo)體器件和第三襯底上的第二半導(dǎo)體器件。
在另一實(shí)施例中，該器件還包括第一互連的上表面上的導(dǎo)電層。
在另一實(shí)施例中，第二襯底包括選自由印刷電路板(PCB)、半導(dǎo)體器件襯底和封裝內(nèi)插板構(gòu)成的組的襯底。
在另一實(shí)施例中，該第一光敏聚合物層是選自由以下成分構(gòu)成的組的材料聚酰胺、聚苯噁唑(PBO)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛清漆、三聚氰胺-苯酚、丙烯酸酯以及彈性體。
在另一實(shí)施例中，第一光敏聚合物層具有第一熱膨脹系數(shù)，高于第一襯底的第二熱膨脹系數(shù)。
在另一實(shí)施例中，高于第一襯底的第二熱膨脹系數(shù)的第一光敏聚合物層的第一熱膨脹系數(shù)補(bǔ)償在襯底的頂部上形成的有源器件，第一襯底與具有第三熱膨脹系數(shù)的第一光敏聚合物層相對(duì)，第三熱膨脹系數(shù)高于第一襯底的第二熱膨脹系數(shù)，以防止半導(dǎo)體器件的后續(xù)熱循環(huán)過(guò)程中半導(dǎo)體器件翹曲。


從本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體描述將明白本發(fā)明的上述及其他目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，如附圖所示，其中在不同的視圖中，相同的參考字符自始至終指相同的部件。該圖未必按比例，重點(diǎn)說(shuō)明本發(fā)明的原理。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的層疊芯片封裝的剖面圖。
圖2至17圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，用于制造層疊芯片封裝的方法。
圖18至23是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，用于制造層疊芯片封裝的方法的剖面圖。
圖24至29是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，用于制造層疊芯片封裝的方法的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)在將參考附圖更完全地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。但是，本發(fā)明可以以不同的形式體現(xiàn)，不應(yīng)該被認(rèn)為局限于在此闡述的例子實(shí)施例。在附圖和相關(guān)描述中，如果第一層被稱為在另一層“上”，那么該第一層可以直接在另一層上，或可以存在插入層。在說(shuō)明書(shū)中相同數(shù)字始終指相同的元件。
圖1是根據(jù)本發(fā)明的層疊芯片封裝的剖面圖。根據(jù)圖1的實(shí)施例的層疊芯片封裝包括印刷電路板10，其上安裝包括第一芯片21和第二芯片51的芯片疊層。第一和第二芯片21，51的每一個(gè)包括用于與芯片以外的位置交換信號(hào)的多個(gè)鍵合焊盤53和從鍵合焊盤傳送信號(hào)到中間芯片垂直通孔11的導(dǎo)電互連64。該垂直通孔11穿過(guò)芯片的體區(qū)到疊層中的下芯片或襯底，在這里它們接觸下芯片或襯底的互連64或?qū)щ姾副P125。第一芯片21通過(guò)第一絕緣層被包括光敏聚合物層的第一粘結(jié)層123機(jī)械地鍵合到印刷電路板10。第二芯片51通過(guò)第二絕緣層122被包括光敏聚合物層的第二粘結(jié)層123機(jī)械地鍵合到第一芯片21。使用諸如環(huán)氧樹(shù)脂的保護(hù)包封材料82包封所得的多芯片封裝100。如圖1所描繪的本發(fā)明的實(shí)施例可以使用芯片級(jí)鍵合和晶片級(jí)鍵合工藝來(lái)制造。
圖2至17圖示了根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例，用于制造層疊芯片封裝的方法。在第一實(shí)施例中，采用芯片級(jí)鍵合工藝。
參考圖2，晶片50包括在晶片襯底52上形成的多個(gè)半導(dǎo)體芯片51，芯片51被限定在晶片50的劃片線56之間。通過(guò)沿劃片線56切割它們，芯片51被分成管芯。
參考圖3，每個(gè)半導(dǎo)體芯片51典型地包括在芯片51周邊周圍的多個(gè)鍵合焊盤53，鄰近劃片線56。鍵合焊盤53用于發(fā)送信號(hào)到芯片51以外的位置和從芯片51以外的位置發(fā)送信號(hào)。
圖4A-4H是劃片線56的區(qū)域中的兩個(gè)相鄰芯片51的剖面圖，例如，沿圖3的剖面線I-I，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的垂直互連通孔和水平導(dǎo)電互連的形成。參考圖4A，每個(gè)芯片51包括在襯底52中形成的半導(dǎo)體器件，以及每個(gè)芯片包括多個(gè)鍵合焊盤53或互連焊盤，用于外部信號(hào)通信。在包括半導(dǎo)體器件的襯底52的頂表面上設(shè)置介質(zhì)層54。
參考圖4B，在劃片線56中形成多個(gè)通孔13，例如，使用鉆孔工藝、激光鉆孔工藝或等離子體刻蝕工藝。通孔13每個(gè)相應(yīng)于鍵合焊盤53之一并部分地穿過(guò)襯底52形成。參考圖4C，在包括通孔13的所得結(jié)構(gòu)上形成隔離層61，以覆蓋通孔13的內(nèi)側(cè)壁和底部。參考圖4D，然后構(gòu)圖隔離層61，以露出鍵合焊盤53。參考圖4E，在通孔13中的隔離層61上和襯底52上形成阻擋金屬層63，并接觸底下的鍵合焊盤53。在各種實(shí)施例中，阻擋金屬層63包括層疊的金屬結(jié)構(gòu)，例如，Ti/Cu、Ti/TiN/Cu、Ta/Cu、Ta/TaN/Cu和Ti/Au/Cu的至少一種。參考圖4F，形成光刻膠層57并構(gòu)圖，以露出與底下的鍵合焊盤53接觸的點(diǎn)和通孔13的底部之間的阻擋金屬層63。參考圖4G，然后用金屬層64填充包括通孔13的光刻膠層圖形57之間的區(qū)域，如電鍍銅或金，以形成在通孔13中的垂直方向上延伸的垂直互連通孔11和在垂直互連通孔11和鍵合焊盤53之間的水平方向中延伸的重布置線。垂直互連通孔11和水平重布置線的組合在此被共同地稱作金屬互連64。金屬互連64每個(gè)在沿水平部分的水平方向上延伸，從與器件區(qū)中的相應(yīng)鍵合焊盤53的接觸點(diǎn)進(jìn)入劃線區(qū)56中，以及在沿垂直部分的垂直方向上延伸，從水平部分并進(jìn)入通孔13中，通孔13被互連的垂直部分填充，以在其中形成垂直互連通孔11。可選擇的導(dǎo)電層65被應(yīng)用到互連的金屬層64的頂表面，以促進(jìn)后續(xù)鍵合工序中的粘附力。導(dǎo)電層65包括，例如，低熔點(diǎn)金屬，如使用電鍍技術(shù)涂敷的焊料或促進(jìn)粘附的金屬如Ni、NiV、Cr和Pd。
參考圖5，然后使用標(biāo)準(zhǔn)的光刻膠去除工藝，剝離用來(lái)限定金屬互連64的光刻膠圖形57。盡管，圖5中示出了在器件的劃線區(qū)56中形成通孔11，但是該通孔可以選擇性地形成在器件的器件區(qū)27中。
參考圖6，晶片50的阻擋金屬層63的露出部分被除去，例如，使用標(biāo)準(zhǔn)的蝕刻技術(shù)。該步驟使互連64和劃片線56的相對(duì)側(cè)上的垂直通孔11隔離。
參考圖7，臨時(shí)粘合劑121被涂敷到所得結(jié)構(gòu)的頂表面，以及支撐板120被應(yīng)用于臨時(shí)粘合劑121的頂表面。在后續(xù)晶片減薄工序過(guò)程中，支撐板120保持晶片結(jié)構(gòu)的機(jī)械穩(wěn)定性，以及防止晶片減薄工序之后晶片50的翹曲。支撐板120可以使用具有與晶片50的襯底52材料相匹配的熱膨脹系數(shù)(CTE)的玻璃和其他透明材料。可以用于臨時(shí)粘合劑121的材料包括，尤其，旋涂帶和紫外光敏感帶。
參考圖8，在支撐板120的固定之后，晶片50的背面59、或底表面被部分地除去，以減薄晶片，例如使用機(jī)械研磨和/或化學(xué)-機(jī)械拋光，直到垂直互連通孔11的底部被露出。然后晶片50的底表面59被刻蝕，例如使用濕法刻蝕和/或干法刻蝕，以從垂直通孔11的底部除去附加襯底材料和隔離層61。以此方式，通孔連接凸塊36包括從晶片50的底表面59延伸或突出的垂直通孔11的底部。
參考圖9，在第二晶片50的底表面59上形成絕緣層122。在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣層122包括光敏聚合物材料，該光敏聚合物材料包括熱固性聚合物，包含感光成分、增塑劑、交聯(lián)劑和聚合樹(shù)脂。例如，該光敏聚合物層可以包括選自由以下成分構(gòu)成的組的至少一種材料聚酰胺、聚苯噁唑(PBO)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛清漆、三聚氰胺-苯酚、丙烯酸酯以及彈性體。
此外，為熱膨脹系數(shù)匹配(CTE-匹配)質(zhì)量選擇絕緣層122，以防止后續(xù)處理活動(dòng)期間，晶片50的拱起或彎曲。例如，介質(zhì)層54和襯底52的頂表面處的前端線(FEOL)和后端線(BEOL)成分具有較高的CTE參數(shù)值，而襯底52本身具有低CTE值。通過(guò)選擇襯底的底表面59的絕緣層122具有較高CTE值，頂表面處的成分和層的高CTE值被底表面的層122的高CTE值抵消。因此，在處理的后一階段，當(dāng)支撐板120被除去時(shí)，通過(guò)絕緣體層122的合適選擇，避免晶片50的翹曲。
參考圖10，絕緣體層122被構(gòu)圖，以提供露出底下的通孔連接凸塊(bump)36的第一開(kāi)口172。絕緣層122最初被露出，烘焙、顯影和完全固化。在曝光步驟過(guò)程中，曝光能量被調(diào)整，以便在第一開(kāi)口172中剩下絕緣層122的部分厚度，作為襯底50的底表面59和之后層疊在本晶片下面的下芯片、晶片或襯底的互連64或連接焊盤之間的絕緣體。在局部曝光之后，通過(guò)部分光刻工序，執(zhí)行該工序過(guò)程中的構(gòu)圖。因此，在開(kāi)口中剩下絕緣層122的材料，在連接凸塊36的每一側(cè)。
參考圖11，在絕緣層122和連接凸塊36上設(shè)置粘結(jié)層123。粘結(jié)層123包括，例如，如上所述的光敏聚合物材料。在一個(gè)實(shí)施例中，絕緣層122的厚度大于粘結(jié)層123的厚度。
參考圖12，光敏聚合物粘結(jié)層123被構(gòu)圖，以提供第二開(kāi)口174，該第二開(kāi)口174露出底下的通孔連接凸塊36和第一開(kāi)口172中的剩余絕緣材料122。完全曝光之后，通過(guò)光刻工序執(zhí)行該工序過(guò)程中的構(gòu)圖。然后光敏聚合物粘結(jié)層123被部分固化，以便它具有機(jī)械穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，同時(shí)仍保持其粘附性能。通過(guò)加熱該層至小于完全固化該層所需溫度的溫度，光敏聚合物粘結(jié)層123被部分地固化和交聯(lián)，例如，β-階段固化。例如，在一個(gè)實(shí)施例中，在一溫度下部分地固化光敏聚合物粘結(jié)層123，以便固化百分率小于100％，例如約為33-50％。在這種百分率下，光敏聚合物粘結(jié)層處于液體和固體之間的過(guò)渡態(tài)，因此被操作為機(jī)械穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，其保持穩(wěn)定，直到下一個(gè)處理階段，同時(shí)保持之后機(jī)械鍵合所必需的其粘附性能。光敏聚合物粘結(jié)層的選擇主要是基于相應(yīng)芯片上的器件的熱穩(wěn)定性。例如，DRAM器件具有在大約200C數(shù)量級(jí)的熱穩(wěn)定性，因此用于這種器件的理想光敏聚合物膠粘層將具有在大約150C數(shù)量級(jí)的部分固化溫度。低溫可固化彈性體、PBO、環(huán)氧樹(shù)脂、丙烯酸酯以及酚醛清漆材料很適合于DRAM器件應(yīng)用。另一方面，NAND快閃器件具有約為400C的熱穩(wěn)定性，因此用于這種器件的理想光敏聚合物粘結(jié)層將具有約為300C的部分固化溫度。BCB、三聚氰胺-苯酚和聚酰胺以及上述的低溫可固化聚合物很適合于NAND快閃器件應(yīng)用。光敏聚合物粘結(jié)層123和底下的絕緣層122可以包括相同的或不同的材料，取決于該應(yīng)用。
參考圖13，根據(jù)常規(guī)技術(shù)，沿相鄰互連64和互連通孔11之間的其劃片線56切割57晶片50。以此方式，晶片50被分成芯片51。
參考圖14，從芯片51的頂表面除去支撐板120和粘合劑121，例如使用熱處理或紫外線照射，以減弱粘結(jié)層121的粘附性能。這將分開(kāi)的芯片51與支撐板120分離。
以類似于從公共的晶片50形成和切割芯片51的方式，可以從另一公共晶片形成和切割其他芯片。為了本論述的剩余部分，這種其他芯片稱為第一芯片21，其由公共的第一晶片20形成和切割，而芯片51被稱為第二芯片51，其由公共的第二晶片50形成和切割。
參考圖15，分開(kāi)的第一芯片21的底表面被應(yīng)用于印刷電路板10的頂表面或其他封裝襯底。印刷電路板10包括多個(gè)芯片鍵合焊盤14或連接焊盤，用作用于印刷電路板10上的導(dǎo)電路徑的互連位置。鍵合焊盤14包括在其上表面上的可選導(dǎo)電焊盤125。導(dǎo)電焊盤125包括，例如，低熔點(diǎn)導(dǎo)電材料如使用電鍍技術(shù)涂敷的焊料或促進(jìn)粘結(jié)的導(dǎo)電材料如Ni、NiV、Cr和Pd。第一芯片21的下側(cè)上的第二開(kāi)口174對(duì)應(yīng)于印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14和芯片導(dǎo)電焊盤125的形狀和尺寸。第二開(kāi)口174中的連接凸塊36與芯片鍵合焊盤14對(duì)準(zhǔn)并被鍵合。在印刷電路板10上層疊第一芯片21的過(guò)程中，第一芯片21的光敏聚合物粘結(jié)層123完全填充第一芯片21和印刷電路板10之間的間隙或空間。此外，第一芯片21的硬化絕緣層122防止印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14和導(dǎo)電焊盤125接觸第一芯片21的襯底22。
此時(shí)可以選擇性地執(zhí)行熱壓鍵合工序，以便獲得完全固化，因此第一芯片21和印刷電路板10之間的光敏聚合物粘結(jié)層123全部粘結(jié)。同時(shí)，由于熱壓工序，在具有導(dǎo)電焊盤125的第一芯片21的連接凸塊和印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14之間發(fā)生電鍵合。為了執(zhí)行熱壓鍵合，在層疊結(jié)構(gòu)中層疊晶片或芯片之后，在鍵合器卡盤上安裝該結(jié)構(gòu)，以及該鍵合器被加熱到預(yù)定的鍵合峰值溫度。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定溫度時(shí)，在活塞的壓縮力的壓力下，該結(jié)構(gòu)被暴露于加熱環(huán)境預(yù)定時(shí)間周期。該鍵合峰值溫度和時(shí)間周期根據(jù)聚合物層的所需固化程度和根據(jù)導(dǎo)電層65的復(fù)合物的希望流量來(lái)決定。在鍵合工序的加熱階段之后，活塞的壓力被釋放以及該層疊結(jié)構(gòu)被冷卻。在熱壓工序之前，光敏聚合物粘結(jié)層123和相鄰的表面包括懸掛鍵。該熱壓工序促使懸掛鍵連接和加速鍵合工序。
參考圖16，分開(kāi)的第二芯片51的底表面被應(yīng)用于第一芯片21的頂表面。第二芯片51的下側(cè)上的第二開(kāi)口174對(duì)應(yīng)于第一芯片21的導(dǎo)電互連的形狀和尺寸，第一芯片21包括構(gòu)圖的阻擋金屬層63、金屬互連層64以及第一芯片21的導(dǎo)電層65。第二芯片51的第二開(kāi)口174中的連接凸塊36被對(duì)準(zhǔn)并與第一芯片21的部分導(dǎo)電互連鍵合。在第一芯片21上層疊第二芯片51的過(guò)程中，第二芯片51的光敏聚合物粘結(jié)層123完全填充第二芯片51和第一芯片21之間的間隙或空間。此外，第二芯片51的硬化絕緣層122防止第一芯片21的導(dǎo)電互連64接觸第二芯片51的襯底52。此時(shí)，可以選擇性地執(zhí)行該熱壓鍵合工序，以便獲得完全固化，因此第二芯片51和第一芯片21之間的光敏聚合物粘結(jié)層123全部粘結(jié)。同時(shí)，由于熱壓工序在具有導(dǎo)電層65的第二芯片51的連接凸塊和印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14之間發(fā)生電鍵合。
在第二和第一芯片51，21上可以選擇性地層疊附加芯片，以及在每個(gè)芯片層的層疊之后執(zhí)行熱壓工序，以連續(xù)地鍵合每個(gè)層，如上所述。另外，該熱壓工序可以被延遲，直到所有芯片被對(duì)準(zhǔn)并層疊，以及當(dāng)芯片層疊工序完成時(shí)，可以執(zhí)行單個(gè)的熱壓鍵合工序，以便同時(shí)獲得每個(gè)芯片21，51的所有光敏聚合物粘結(jié)層122的完全固化。同時(shí)，由于熱壓工序，在具有底下導(dǎo)電層65的連接凸塊36或底下的導(dǎo)電焊盤125之間發(fā)生電鍵合。
參考圖17，接下來(lái)，在芯片疊層101上形成包封材料82，每個(gè)疊層101包括第一和第二芯片21，51以及印刷電路板10。該包封材料包括，例如，環(huán)氧樹(shù)脂模制復(fù)合物(EMC)或其他適合的材料。
盡管結(jié)合以上例子展示并描述了兩個(gè)芯片，即第一和第二芯片21，51的層疊，但是本發(fā)明可被應(yīng)用于超過(guò)兩個(gè)芯片的層疊。此外，盡管上面所示的芯片疊層被應(yīng)用于印刷電路板，但是其他封裝基體同樣可應(yīng)用于本發(fā)明，包括，例如，半導(dǎo)體器件襯底或封裝內(nèi)插板。
圖18至23是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例，用于制造層疊芯片封裝的方法的剖面圖。在上面所示的第一實(shí)施例中，在用于提供絕緣和粘結(jié)功能的芯片疊層之間插入包括絕緣層122和光敏聚合物粘結(jié)層123的雙層薄膜。在如下所述的第二實(shí)施例中，使用具有絕緣和粘附性能的單層。
參考圖18，以類似于上面的圖4至8的方式制備晶片50。光敏聚合物層129被操作為絕緣體、防翹曲層，以及在第二晶片50的底表面59上形成粘結(jié)層。光敏聚合物層材料包括熱固性聚合物，包含感光成分和鍵合劑，例如，增塑劑、交聯(lián)劑以及聚合樹(shù)脂。如上所述，該光敏聚合物層可以包括，例如，選自由以下成分構(gòu)成的組的至少一種材料聚酰胺、聚苯噁唑(PBO)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛清漆、三聚氰胺-苯酚、丙烯酸酯和彈性體。為了熱膨脹系數(shù)匹配(CTE-匹配)質(zhì)量，進(jìn)一步選擇光敏聚合物層129，以防止后續(xù)處理活動(dòng)過(guò)程中，晶片50的拱起或彎曲，防止如上所述的晶片50的隨后翹曲。
參考圖19，光敏聚合物層129被構(gòu)圖，以提供開(kāi)口176，開(kāi)口176露出開(kāi)口176中的底下通孔連接凸塊36。光敏聚合物層129被最初露出、烘焙、顯影并部分地固化，如上所述。在曝光步驟過(guò)程中，曝光能量被調(diào)整，以便在第一開(kāi)口176中剩下光敏聚合物層129的部分厚度，作為襯底50的底表面59和之后在本晶片下面層疊的下芯片、晶片或襯底的互連64或連接焊盤之間的光敏聚合物。通過(guò)局部曝光之后的部分光刻工序執(zhí)行該處理過(guò)程中的構(gòu)圖。通過(guò)加熱該層至小于完全固化該層所需溫度的溫度，光敏聚合物粘結(jié)層129被部分地固化和交聯(lián)，例如，β-階段固化，如上所述。光敏聚合物層129的部分固化導(dǎo)致具有機(jī)械穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的層，仍然保持其粘附性能。
參考圖20，根據(jù)常規(guī)技術(shù)，沿相鄰互連64和互連通孔11之間的其劃片線56切割57晶片50。以此方式，晶片50被分成芯片51。
參考圖21，從芯片51的頂表面除去支撐板120和粘合劑121，例如使用熱處理或紫外線照射，以減弱粘結(jié)層121的粘附性能。這將分開(kāi)的芯片51與支撐板分離。
根據(jù)如上所述的第二實(shí)施例，以類似于由公共晶片50形成和切割芯片51的方式，可以從另一公共晶片形成和切割其他芯片。為了本論述的剩余部分，這種其他芯片稱為第一芯片，由公共第一晶片20形成和切割，而芯片51被稱為第二芯片51，由公共第二晶片50形成和切割。
參考圖22，分開(kāi)的第一芯片21的底表面被應(yīng)用于印刷電路板10的頂表面或其他封裝襯底。印刷電路板10包括多個(gè)芯片鍵合焊盤14或連接焊盤，用作用于印刷電路板10上的導(dǎo)電路徑的互連位置。鍵合焊盤14包括其上表面上的可選導(dǎo)電焊盤125。導(dǎo)電焊盤125包括，例如，低熔點(diǎn)材料，如使用電鍍技術(shù)涂敷的焊料或促進(jìn)粘結(jié)的材料如Ni、NiV、Cr和Pd。第一芯片21的下側(cè)上的第二開(kāi)口176對(duì)應(yīng)于印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14和芯片導(dǎo)電焊盤125的形狀和尺寸。第二開(kāi)口176中的連接凸塊36與芯片鍵合焊盤14對(duì)準(zhǔn)并被鍵合。在印刷電路板10上層疊第一芯片21的過(guò)程中，第一芯片21的光敏聚合物層129完全填充第一芯片21和印刷電路板10之間的間隙或空間。此外，第一芯片21的光敏聚合物層129防止印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14和導(dǎo)電焊盤125接觸第一芯片21的襯底22。此時(shí)可以選擇性地執(zhí)行熱壓鍵合工序，以便獲得第一芯片21和印刷電路板10之間的光敏聚合物層129的完全固化。同時(shí)，由于熱壓工序，在具有導(dǎo)電焊盤125的第一芯片21的連接凸塊和印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14之間發(fā)生電鍵合。
參考圖23，分開(kāi)的第二芯片51的底表面被應(yīng)用于第一芯片21的頂表面。第二芯片51的下側(cè)上的第二開(kāi)口176對(duì)應(yīng)于第一芯片21的導(dǎo)電互連的形狀和尺寸，第一芯片21包括構(gòu)圖的阻擋金屬層63、金屬互連層64以及第一芯片21的導(dǎo)電層65。第二芯片51的第二開(kāi)口176中的連接凸塊36與第一芯片21的部分導(dǎo)電互連對(duì)準(zhǔn)并鍵合在一起。在第一芯片21上層疊第二芯片51的過(guò)程中，第二芯片51的光敏聚合物層129完全填充第二芯片51和第一芯片21之間的間隙或空間，同時(shí)，防止第一芯片21的導(dǎo)電互連接觸第二芯片51的襯底52。此時(shí)，可以選擇性地執(zhí)行熱壓鍵合工序，以便在第二芯片51和第一芯片21之間獲得光敏聚合物層123的完全固化。同時(shí)，由于熱壓工序，在具有導(dǎo)電層65的第二芯片51的連接凸塊和印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14之間發(fā)生電鍵合。
在第二和第一芯片51，21上可以選擇性地層疊附加芯片，以及在層疊每個(gè)芯片層之后，執(zhí)行熱壓工序，如上所述。另外，該熱壓工序可以被延遲，直到所有芯片被對(duì)準(zhǔn)并層疊，以及當(dāng)芯片層疊工序完成時(shí)，可以執(zhí)行單個(gè)的熱壓鍵合工序，以便同時(shí)獲得每個(gè)芯片21，51的所有光敏聚合物粘結(jié)層122的完全固化。同時(shí)，由于熱壓工序，在具有底下導(dǎo)電層65的連接凸塊36或底下的導(dǎo)電焊盤125之間發(fā)生電鍵合。
如上所述，所得芯片疊層101的進(jìn)一步處理包括，在芯片疊層101上形成包封材料82。此外，如上所述，盡管結(jié)合以上例子展示和描述了兩個(gè)芯片的層疊，即第一和第二芯片21，51，但是本發(fā)明可被應(yīng)用于超過(guò)兩個(gè)芯片的層疊。此外，盡管上面所示的芯片層疊被應(yīng)用于印刷電路板，但是其他封裝基體同樣可應(yīng)用于本發(fā)明，包括，例如，半導(dǎo)體器件襯底或封裝內(nèi)插板。
圖24至29是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例，用于制造層疊芯片封裝的方法的剖面圖。
在上面的第一和第二實(shí)施例中，在襯底上分別對(duì)準(zhǔn)并層疊分開(kāi)的芯片，以與芯片級(jí)鍵合結(jié)構(gòu)一致的方式形成芯片層疊封裝。在以下的第三實(shí)施例中，在與晶片級(jí)鍵合結(jié)構(gòu)一致的方式切割芯片之前，包括多個(gè)芯片的整個(gè)晶片或包括多個(gè)芯片的這種晶片的片段被對(duì)準(zhǔn)和層疊，并應(yīng)用于襯底。
參考圖24，以類似于上面的圖4至12的方式制備第二晶片50，包括構(gòu)圖的絕緣體層122和構(gòu)圖的粘結(jié)層123，該粘結(jié)層包括，例如，如上所述的光敏聚合物材料。光敏聚合物粘結(jié)層123被部分地固化，如上所述。
參考圖25，包括支撐板120的第二晶片50與第一晶片20層疊。用如上所述的圖4至6的方法制備第一晶片20。包括多個(gè)第二芯片51的第二晶片50的底表面被應(yīng)用于包括多個(gè)第一芯片21的第一晶片20的頂表面。第二晶片50的第二芯片51下側(cè)上的第二開(kāi)口174對(duì)應(yīng)于第一晶片20的第一芯片21的導(dǎo)電互連的形狀和尺寸，包括第一晶片20的構(gòu)圖的阻擋金屬層63、金屬互連層64以及導(dǎo)電層65。第二晶片50的第二開(kāi)口174中的連接凸塊36與第一晶片20的部分導(dǎo)電互連對(duì)準(zhǔn)并鍵合。在第一晶片20上層疊第二晶片50的過(guò)程中，第二晶片50的光敏聚合物粘結(jié)層123完全填充第二晶片50的第二芯片51和第一晶片20的第一芯片21之間的間隙或空間。此外，第二晶片50的第二芯片51的硬化絕緣層122防止第一晶片20的第一芯片21的導(dǎo)電互連64接觸第二晶片的第二芯片51的襯底52。此時(shí)可以選擇性地執(zhí)行熱壓鍵合工序，以便在第二晶片50和第一晶片20之間獲得光敏聚合物粘結(jié)層123的完全固化，因此獲得晶片20，50的完全粘結(jié)。同時(shí)，由于該熱壓工序，在具有導(dǎo)電層65的第二晶片50的第二芯片51的連接凸塊36和第一晶片20的第一芯片21的導(dǎo)電互連64之間發(fā)生電鍵合。
在第二和第一晶片50，20上可以選擇性地層疊附加晶片，以及在層疊每個(gè)晶片之后，執(zhí)行熱壓工序，如上所述。另外，該熱壓工序可以被延遲，直到所有晶片被對(duì)準(zhǔn)并層疊，以及當(dāng)晶片層疊工序完成時(shí)，可以執(zhí)行單個(gè)熱壓鍵合工序，以便同時(shí)獲得每個(gè)晶片20，50的所有光敏聚合物粘結(jié)層123的完全固化。同時(shí)，由于該熱壓工序，在具有底下導(dǎo)電層65的連接凸塊36或底下的導(dǎo)電焊盤125之間發(fā)生電鍵合。
參考圖26，第一晶片50的底表面被減薄并刻蝕，如上所述，以便通孔連接凸塊36從底表面延伸或突出。然后用和如上所述的圖9至12相同的方法形成并構(gòu)圖絕緣層122和β-階段固化的光敏聚合物粘結(jié)層123。
參考圖27，根據(jù)常規(guī)技術(shù)，沿相鄰互連64和互連通孔11之間的它們劃片線56切割57層疊的第一和第二晶片20，50。以此方式，該晶片50被分成芯片疊層，每個(gè)疊層包括第一晶片20的第一芯片21和第二晶片50的第二芯片51。
在這里描述的本實(shí)施例中，在層疊過(guò)程中，在第二晶片50上保持支撐板120，用于在第二晶片50下面層疊附加晶片，然后該支撐板被除去。在替換的實(shí)施例中，第一晶片20可以保持其基本襯底22的主體和第二晶片50可以被應(yīng)用并鍵合到第一晶片20的頂表面。然后第二晶片的支撐板被除去，以及第三晶片和具有支撐板的可選后續(xù)晶片被應(yīng)用并鍵合到第二晶片50的頂表面。然后第三晶片的支撐板被除去。
參考圖28，從芯片疊層151的第二芯片51的頂表面除去支撐板120和粘結(jié)層128，例如使用熱處理或紫外線照射，以減弱粘結(jié)層128的粘附性能。這將分開(kāi)的芯片51與支撐板120分離。
參考圖29，然后芯片疊層151被對(duì)準(zhǔn)并鍵合到封裝襯底，例如，印刷電路板10。芯片疊層151的第一芯片21的底表面被應(yīng)用于印刷電路板10的頂表面或其他封裝襯底。如上所述，印刷電路板10包括多個(gè)芯片鍵合焊盤14或連接焊盤，用作用于印刷電路板10上的導(dǎo)電路徑的互連位置。鍵合焊盤14包括其上表面上的可選導(dǎo)電焊盤125。導(dǎo)電焊盤125包括，例如，使用電鍍技術(shù)涂敷的低熔點(diǎn)金屬或焊劑材料。芯片疊層151的第一芯片21的下側(cè)上的第二開(kāi)口174對(duì)應(yīng)于印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14和芯片導(dǎo)電焊盤125的形狀和尺寸。第二開(kāi)口174中的連接凸塊36與芯片鍵合焊盤14對(duì)準(zhǔn)并被鍵合。在印刷電路板10上層疊芯片疊層151的第一芯片21的過(guò)程中，第一芯片21的光敏聚合物粘結(jié)層123完全填充第一芯片21和印刷電路板10之間的間隙或空間。此外，第一芯片21的硬化絕緣層122防止印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14和導(dǎo)電焊盤125接觸第一芯片21的襯底22。此時(shí)可以選擇性地執(zhí)行熱壓鍵合工序，以便獲得完全固化，因此芯片疊層151的第一芯片21和印刷電路板10之間的光敏聚合物粘結(jié)層123全部粘結(jié)。同時(shí)，由于該熱壓工序，在具有導(dǎo)電焊盤125的芯片疊層151的連接凸塊和印刷電路板10的芯片鍵合焊盤14之間發(fā)生電鍵合。
在該芯片疊層的進(jìn)一步處理中，可以在如上所述的芯片疊層上提供包封材料82。
在上面所描述的本第三實(shí)施例中，在每個(gè)層應(yīng)用時(shí)，完全鍵合層疊晶片。在選擇性的實(shí)施例中，可以在公共熱壓工序中同時(shí)固化并鍵合包括β-階段粘結(jié)層的多個(gè)晶片層。
在如上所述的第三實(shí)施例中，利用其中在芯片疊層的切割之前首先對(duì)準(zhǔn)并鍵合多個(gè)晶片的晶片級(jí)鍵合方法。在第三實(shí)施例中，在用于在芯片層之間提供絕緣和粘附功能的晶片之間插入包括絕緣層122和光敏聚合物粘結(jié)層123的雙層薄膜。在可選的第四實(shí)施例中，具有粘附和絕緣性能的單個(gè)光敏聚合物層用來(lái)提供晶片級(jí)鍵合。以類似于上面的圖18-23所述工序的方式應(yīng)用單層129，與圖24至29如上所述的晶片級(jí)鍵合方法結(jié)合。
以此方式，本發(fā)明提供用于層疊的芯片結(jié)構(gòu)及其制造方法，其中使用相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝完全填充下芯片和上芯片之間的間隙，消除下和上芯片之間的空隙并消除與空隙相關(guān)的斷裂和剝離問(wèn)題。本發(fā)明可被應(yīng)用于芯片級(jí)和晶片級(jí)鍵合方法。在層疊芯片或?qū)盈B晶片之前，光敏聚合物層被應(yīng)用于第一芯片或晶片。該光敏聚合物層被部分地固化，以便使光敏聚合物層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)保持其粘附性能。第二芯片或晶片被層疊、對(duì)準(zhǔn)并鍵合到第一芯片或晶片，然后光敏聚合物層被固化，以完全鍵合第一和第二芯片或晶片。以此方式，芯片/晶片之間的粘附力被大大地提高，同時(shí)提供間隙的完全填充。此外，機(jī)械可靠性被提高和CTE不匹配被減小，減輕與翹曲、斷裂和剝離相關(guān)的問(wèn)題，從而提高器件成品率和器件可靠性。
盡管參考其優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)具體展示和描述了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離附加權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可以在形式上和細(xì)節(jié)上進(jìn)行各種改變。
權(quán)利要求
1.一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括在第一襯底上形成第一半導(dǎo)體器件，該第一半導(dǎo)體器件包括在第一半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中的第一襯底的第一表面上的第一鍵合焊盤；在第一襯底的第一表面上形成第一互連，該第一互連電耦合到第一鍵合焊盤，以及形成穿過(guò)第一襯底的導(dǎo)電通孔，該導(dǎo)電通孔被電耦合到第一互連并貫穿第一襯底的第二表面，該第二表面與第一表面相對(duì)；在第二襯底上形成第二半導(dǎo)體器件，該第二半導(dǎo)體器件包括在第二半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中的第二襯底的第一表面上的第二鍵合焊盤；在第二襯底的第一表面上形成第二互連，該第二互連電耦合到第二鍵合焊盤；在第一襯底的第二表面上提供光敏聚合物層，通過(guò)該光敏聚合物層露出部分導(dǎo)電通孔；以及將包括光敏聚合物層的第一襯底的第二表面應(yīng)用到第二襯底的第一表面，并將第二襯底的第二互連與導(dǎo)電通孔的露出部分對(duì)準(zhǔn)，以將第一鍵合焊盤電耦合到第二鍵合焊盤。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中設(shè)置光敏聚合物層還包括，構(gòu)圖該光敏聚合物層，以露出部分導(dǎo)電通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該第一互連在朝向第一襯底的外緣的方向上，橫穿第一襯底的第一表面延伸，以及其中該第二互連在朝向第二襯底的外緣的方向上，橫穿第二襯底的第一表面延伸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在第一半導(dǎo)體器件的劃線區(qū)域中形成導(dǎo)電通孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在第一半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中形成該導(dǎo)電通孔。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括，在將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之前，部分地固化光敏聚合物層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，還包括，在將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之后，固化該光敏聚合物層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該光敏聚合物層包括絕緣的光敏聚合物層，以及其中在第一襯底的第二表面上設(shè)置該光敏聚合物層包括從第一襯底的第二表面除去襯底材料，以露出導(dǎo)電通孔的下端；在第一襯底的第二表面上設(shè)置絕緣光敏聚合物層；構(gòu)圖該絕緣光敏聚合物層，以露出導(dǎo)電通孔的下端并覆蓋導(dǎo)電通孔的下側(cè)壁部分；以及固化該絕緣光敏聚合物層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的方法，還包括在該絕緣光敏聚合物層上設(shè)置有粘性的光敏聚合物層；在將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之前，部分地固化該有粘性的光敏聚合物層；以及在將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之后，固化該有粘性的光敏聚合物層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，還包括構(gòu)圖該有粘性的光敏聚合物層，以露出導(dǎo)電通孔的下端。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，還包括將該導(dǎo)電層應(yīng)用于第二互連的上表面。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中形成穿過(guò)第一襯底的導(dǎo)電通孔包括在第一襯底中形成通孔，該通孔貫穿第一襯底的第一表面并部分地進(jìn)入第一襯底；設(shè)置內(nèi)襯通孔的側(cè)壁的絕緣層；用導(dǎo)電材料填充該通孔，以形成導(dǎo)電通孔；以及從第一襯底的第二表面除去襯底材料，以露出導(dǎo)電通孔的下端。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中除去襯底材料包括研磨第一襯底的第二表面，以除去襯底材料；以及刻蝕第一襯底的第二表面和部分絕緣層，以露出導(dǎo)電通孔的下端和導(dǎo)電通孔下端的側(cè)壁下部。
14.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在公共的半導(dǎo)體晶片上形成第一襯底上的第一半導(dǎo)體器件和第二襯底上的第二半導(dǎo)體器件。
15.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在分開(kāi)的第一和第二半導(dǎo)體晶片上形成第一襯底上的第一半導(dǎo)體器件和第二襯底上的第二半導(dǎo)體器件。
16.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該導(dǎo)電通孔包括第一導(dǎo)電通孔，以及其中該光敏聚合物層包括第一光敏聚合物層，以及還包括形成穿過(guò)第二襯底的第二導(dǎo)電通孔，該第二導(dǎo)電通孔被電耦合到第二互連并貫穿第二襯底的第二表面，該第二表面與第一表面相對(duì)；在第二襯底的第二表面上設(shè)置第二光敏聚合物，通過(guò)該第二光敏聚合物層露出部分第二導(dǎo)電通孔；在第三襯底的第一表面上形成包括第三鍵合焊盤的第三襯底；將包括第二光敏聚合物層的第二襯底的第二表面應(yīng)用于第三襯底的第一表面，以及將第三襯底的第三鍵合焊盤與第二導(dǎo)電通孔的露出部分對(duì)準(zhǔn)，以將第二鍵合焊盤電耦合到第三鍵合焊盤。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中設(shè)置第二光敏聚合物層還包括構(gòu)圖該第二光敏聚合物層，以露出部分第二導(dǎo)電通孔。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中該第三襯底包括選自由印刷電路板(PCB)、半導(dǎo)體器件襯底和封裝內(nèi)插板構(gòu)成的組的襯底。
19.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，還包括在將第一襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底之前，部分地固化該第一光敏聚合物層；在將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第三襯底之前，部分地固化該第二光敏聚合物層；以及在與將第一襯底應(yīng)用到并對(duì)準(zhǔn)第二襯底之后和在將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第三襯底之后，同時(shí)固化該第一和第二光敏聚合物層。
20.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中該第二光敏聚合物層包括絕緣的第二光敏聚合物層，以及其中在第二襯底的第二表面上設(shè)置第二光敏聚合物層包括從第二襯底的第二表面除去襯底材料，以露出第二導(dǎo)電通孔的下端；在第二襯底的第二表面上設(shè)置絕緣第二光敏聚合物層，構(gòu)圖該絕緣第二光敏聚合物層，以露出第二導(dǎo)電通孔的下端并覆蓋第二導(dǎo)電通孔的下側(cè)壁部分；以及固化該絕緣第二光敏聚合物層。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，還包括在該絕緣第二光敏聚合物層上設(shè)置有粘性的第二光敏聚合物層；在將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第三襯底之前，部分地固化該有粘性的第二光敏聚合物層；以及在將第二襯底應(yīng)用到并對(duì)準(zhǔn)第三襯底之后，固化該有粘性的第二光敏聚合物層。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括構(gòu)圖該有粘性的第二光敏聚合物層，以露出第二導(dǎo)電通孔的下端。
23.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在第一襯底上形成第一半導(dǎo)體器件包括在公共的晶片上形成多個(gè)第一半導(dǎo)體器件，該多個(gè)第一半導(dǎo)體器件的每一個(gè)具有相應(yīng)的第一互連和相應(yīng)的導(dǎo)電通孔，以及還包括劃片該多個(gè)第一半導(dǎo)體器件，以在將該多個(gè)第一襯底之一應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第二襯底的每一個(gè)之前，將該多個(gè)第一半導(dǎo)體器件分開(kāi)。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的方法，其中形成該第二半導(dǎo)體器件包括在公共的晶片上形成多個(gè)第二半導(dǎo)體器件，該多個(gè)第二半導(dǎo)體器件的每一個(gè)具有相應(yīng)的第二互連，以及還包括在將多個(gè)第二襯底之一應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到每個(gè)第一襯底之前，劃片該多個(gè)第二半導(dǎo)體器件，以將該多個(gè)第二半導(dǎo)體器件分開(kāi)。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中在劃片該多個(gè)第二半導(dǎo)體器件之前，執(zhí)行在第二襯底的第一表面上設(shè)置光敏聚合物層。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的方法，還包括在將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一襯底之前，部分地固化該光敏聚合物層。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的方法，還包括在將第二襯底應(yīng)用到并對(duì)準(zhǔn)到第一襯底之后，固化該光敏聚合物層。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中在第一襯底上形成第一半導(dǎo)體器件包括，在公共的第一晶片上形成多個(gè)第一半導(dǎo)體器件，該多個(gè)第一半導(dǎo)體器件的每一個(gè)具有相應(yīng)的第一互連和相應(yīng)的導(dǎo)電通孔，以及其中形成第二半導(dǎo)體器件包括，在公共的第二晶片上形成多個(gè)第二半導(dǎo)體器件，該多個(gè)第二半導(dǎo)體器件的每一個(gè)具有相應(yīng)的第二互連，以及其中將第二襯底應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一襯底包括，將第二晶片上的多個(gè)第二半導(dǎo)體器件同時(shí)應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一晶片上的多個(gè)第一半導(dǎo)體器件。
29.根據(jù)權(quán)利要求28的方法，還包括，在將第二晶片上的多個(gè)第二半導(dǎo)體器件同時(shí)應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一晶片上的多個(gè)第一半導(dǎo)體器件之后，劃片該第一和第二晶片，以將該多個(gè)相應(yīng)的第一和第二半導(dǎo)體器件分開(kāi)。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的方法，其中在劃片第一和第二晶片之前，執(zhí)行在第二襯底的第一表面上設(shè)置光敏聚合物層。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，還包括在將第二晶片的多個(gè)第二半導(dǎo)體器件應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)第一晶片的第二晶片的多個(gè)第一半導(dǎo)體器件之前，部分地固化該光敏聚合物層。
32.根據(jù)權(quán)利要求31的方法，還包括在將第二晶片的多個(gè)第二半導(dǎo)體器件應(yīng)用并對(duì)準(zhǔn)到第一晶片的第二晶片的多個(gè)第一半導(dǎo)體器件之后，部分地固化該光敏聚合物層。
33.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該光敏聚合物層是選自由以下成分構(gòu)成的組的材料聚酰胺、聚苯噁唑(PBO)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛清漆、三聚氰胺-苯酚、丙烯酸酯和彈性體。
34.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該光敏聚合物層包括光敏成分和鍵合劑。
35.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其中該光敏聚合物層具有第一熱膨脹系數(shù)，其高于襯底的第二熱膨脹系數(shù)。
36.根據(jù)權(quán)利要求35的方法，其中高于襯底的第二熱膨脹系數(shù)的該光敏聚合物層的第一熱膨脹系數(shù)補(bǔ)償在襯底的頂部上形成的有源器件，襯底的頂部與具有第三熱膨脹系數(shù)的光敏聚合物層相對(duì)，該第三熱膨脹系數(shù)高于襯底的第二熱膨脹系數(shù)，以防止半導(dǎo)體器件的后續(xù)熱循環(huán)過(guò)程中半導(dǎo)體器件翹曲。
37.一種半導(dǎo)體器件，包括第一襯底上的第一半導(dǎo)體器件，該第一半導(dǎo)體器件包括在第一半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中的第一襯底的第一表面上的第一鍵合焊盤；在第一襯底的第一表面上形成第一互連，該第一互連電耦合到第一鍵合焊盤；穿過(guò)第一襯底的第一導(dǎo)電通孔，該導(dǎo)電通孔被電耦合到第一互連并貫穿第一襯底的第二表面，該第二表面與第一表面相對(duì)；第二襯底，包括第二襯底的第一表面上的第二鍵合焊盤；以及第一襯底的第二表面和第二襯底的第一表面之間的第一光敏聚合物層，該第一光敏聚合物層鍵合第一和第二襯底，該第二鍵合焊盤和第一導(dǎo)電通孔的至少一個(gè)貫穿第一光敏聚合物層延伸并接觸第二鍵合焊盤以及該第一導(dǎo)電通孔的另一個(gè)，以將第一鍵合焊盤電耦合到第二鍵合焊盤。
38.根據(jù)權(quán)利要求37的器件，還包括在第一襯底的第二表面和第一光敏聚合物層之間的第一絕緣層，該第一導(dǎo)電通孔貫穿第一絕緣層，以接觸第二襯底的第二鍵合焊盤。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的器件，其中該第一絕緣層覆蓋第一導(dǎo)電通孔的底部的側(cè)壁。
40.根據(jù)權(quán)利要求37的器件，還包括第三襯底上的第二半導(dǎo)體器件，該第二半導(dǎo)體器件包括在第二半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中的第三襯底的第一表面上的第三鍵合焊盤；第三襯底的第一表面上的第二互連，該第二互連電耦合到第三鍵合焊盤；穿過(guò)第三襯底的第二導(dǎo)電通孔，該第二導(dǎo)電通孔被電耦合到第二互連并貫穿第三襯底的第二表面延伸，該第二表面與第一表面相對(duì)；以及第三襯底的第二表面和第一襯底的第一表面之間的第二光敏聚合物層，該第二光敏聚合物層鍵合第三和第一襯底，第一鍵合焊盤和第二導(dǎo)電通孔的至少一個(gè)貫穿該第二光敏聚合物層延伸并接觸第一鍵合焊盤和第二導(dǎo)電通孔的另一個(gè)，以將第一鍵合焊盤電耦合到第三鍵合焊盤。
41.根據(jù)權(quán)利要求40的器件，還包括第一襯底的第二表面和第一光敏聚合物層之間的第一絕緣層，第一導(dǎo)電通孔貫穿該第一絕緣層延伸，以接觸第二襯底的第二鍵合焊盤，以及第三襯底的第二表面和第二光敏聚合物層之間的第二絕緣層，第二導(dǎo)電通孔貫穿該第二絕緣層，以接觸第一襯底的第一鍵合焊盤。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的器件，其中該第一絕緣層覆蓋第一導(dǎo)電通孔的底部的側(cè)壁，以及其中第二絕緣層覆蓋第二導(dǎo)電通孔的底部的側(cè)壁。
43.根據(jù)權(quán)利要求40的器件，其中該第一光敏聚合物層被構(gòu)圖，以露出部分第一導(dǎo)電通孔，以能夠與第二鍵合焊盤接觸，以及其中該第二光敏聚合物層被構(gòu)圖，以露出部分第二導(dǎo)電通孔，以能夠與第一鍵合焊盤接觸。
44.根據(jù)權(quán)利要求40的器件，其中第一互連在朝向第一襯底的外緣的方向上，橫穿第一襯底的第一表面延伸，以及其中第二互連在朝向第三襯底的外緣的方向上，橫穿第三襯底的第一表面延伸。
45.根據(jù)權(quán)利要求40的器件，其中該第一和第二導(dǎo)電通孔被定位在各自的第一和第二半導(dǎo)體器件的劃線區(qū)中。
46.根據(jù)權(quán)利要求40的器件，其中該第一和第二導(dǎo)電通孔被定位在各自的第一和第二半導(dǎo)體器件的器件區(qū)中。
47.根據(jù)權(quán)利要求40的器件，其中每個(gè)第一和第二導(dǎo)電通孔的遠(yuǎn)端和部分遠(yuǎn)端側(cè)壁分別超出第一襯底和第二襯底的第二表面延伸。
48.根據(jù)權(quán)利要求40的器件，其中在公共的半導(dǎo)體晶片上形成第一襯底上的第一半導(dǎo)體器件和第三襯底上的第二半導(dǎo)體器件。
49.根據(jù)權(quán)利要求37的器件，其中在分開(kāi)的第一和第二半導(dǎo)體晶片上形成第一襯底上的第一半導(dǎo)體器件和第三襯底上的第二半導(dǎo)體器件。
50.根據(jù)權(quán)利要求37的器件，還包括第一互連的上表面上的導(dǎo)電層。
51.根據(jù)權(quán)利要求37的器件，其中該第二襯底包括選自由印刷電路板(PCB)、半導(dǎo)體器件襯底和封裝內(nèi)插板構(gòu)成的組的襯底。
52.根據(jù)權(quán)利要求37的器件，其中該第一光敏聚合物層是選自由以下成分構(gòu)成的組的材料聚酰胺、聚苯噁唑(PBO)、苯并環(huán)丁烯(BCB)、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛清漆以及彈性體。
53.根據(jù)權(quán)利要求37的器件，其中該第一光敏聚合物層具有第一熱膨脹系數(shù)，其高于第一襯底的第二熱膨脹系數(shù)。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的器件，其中高于第一襯底的第二熱膨脹系數(shù)的該第一光敏聚合物層的第一熱膨脹系數(shù)補(bǔ)償在第一襯底的頂部上形成的有源器件，第一襯底的頂部與具有第三熱膨脹系數(shù)的第一光敏聚合物層相對(duì)，第三熱膨脹系數(shù)高于第一襯底的第二熱膨脹系數(shù)，以防止半導(dǎo)體器件的后續(xù)熱循環(huán)過(guò)程中半導(dǎo)體器件翹曲。
全文摘要
在層疊芯片結(jié)構(gòu)及其制造方法中，使用相對(duì)簡(jiǎn)單的工藝完全填充下芯片和上芯片之間的間隙，消除下和上芯片之間的空隙，并消除與空隙相關(guān)的斷裂和剝離問(wèn)題。本發(fā)明可被應(yīng)用于芯片級(jí)和晶片級(jí)鍵合方法。在層疊芯片或?qū)盈B晶片之前，光敏聚合物層被施加到第一芯片或晶片。該光敏聚合物層被部分地固化，以便使該光敏聚合物層的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時(shí)保持其粘附性能。第二芯片或晶片被層疊、對(duì)準(zhǔn)和鍵合到第一芯片或晶片，然后該光敏聚合物層被固化，以完全鍵合第一和第二芯片或晶片。以此方式，芯片/晶片之間的粘附力被大大地提高，同時(shí)提供間隙的完全填充。此外，機(jī)械可靠性被提高和CTE不匹配被減小，減輕與翹曲、斷裂和剝離相關(guān)的問(wèn)題，從而提高器件成品率和器件可靠性。
文檔編號(hào)H01L23/488GK101026102SQ200710004098
公開(kāi)日2007年8月29日 申請(qǐng)日期2007年1月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年1月24日
發(fā)明者權(quán)容載, 李康旭, 馬金希, 韓成一, 李東鎬 申請(qǐng)人:三星電子株式會(huì)社