本發(fā)明涉及晶圓封裝領(lǐng)域，具體涉及一種晶圓堆疊封裝方法及結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

一般的晶圓封裝技術(shù)均是在x、y平面內(nèi)實(shí)現(xiàn)的二維(two-dime,2d)封裝。隨著半導(dǎo)體行業(yè)向系統(tǒng)化、模塊化、多功能化和高密度集成化發(fā)展，在二維封裝基礎(chǔ)上向z方向的空間發(fā)展，進(jìn)行垂直連接，這就形成了三維(three-dime，3d)封裝。

3d封裝技術(shù)一般分為3種形式，堆疊3d封裝、芯片堆疊3d封裝(chiponchip，coc)和晶圓堆疊3d封裝(waferonwafer，wow)。晶圓堆疊3d封裝的主要形式是將晶圓進(jìn)行堆疊、加工，完成封裝。目前，在晶圓堆疊后有2種加工工藝。一種是將晶圓堆疊、劃片，形成小疊塊，然后在小疊塊側(cè)面進(jìn)行布線，實(shí)現(xiàn)各層之間的連接，由于芯片之間的連接需要引到側(cè)面實(shí)現(xiàn)互連，連接線較長(zhǎng)。另一種是在堆疊的晶圓上形成通孔，通過通孔內(nèi)填充導(dǎo)電材料實(shí)現(xiàn)堆疊晶圓的互連，這種加工方式堆疊的晶圓厚度可以非常薄，連接線也較短，能夠進(jìn)一步縮小芯片封裝尺寸，提高產(chǎn)品的集成密度和性能，是封裝領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)和方向。

晶圓堆疊3d封裝首先要將晶圓進(jìn)行鍵合以形成堆疊結(jié)構(gòu)，使得不同種類的功能模塊可以堆疊集成在一起，主要有3種晶圓鍵合方法，溶解晶圓鍵合、膠粘劑鍵合和金屬-金屬熱壓鍵合。其中，膠粘劑鍵合由于堆疊晶圓表面之間沒有直接接觸，對(duì)晶圓表面粗糙程度要求低，相對(duì)于其它兩種鍵合方式，操作簡(jiǎn)單、可控性高、生產(chǎn)成本低。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于克服現(xiàn)有技術(shù)中晶圓級(jí)鍵合封裝工藝流程復(fù)雜、工藝難度大、成本高中至少之一的缺陷。

為此，本發(fā)明提供一種晶圓堆疊封裝方法，包括以下步驟：將第一晶圓與第二晶圓進(jìn)行鍵合，所述第一晶圓內(nèi)形成若干第一芯片單元，所述第一芯片單元具有至少一個(gè)第一焊盤，所述第二晶圓內(nèi)形成若干第二芯片單元，所述第二芯片單元具有至少一個(gè)第二焊盤，鍵合后所述第一焊盤與所述第二焊盤對(duì)應(yīng)；在第二晶圓的表面制備第一凹槽，所述第一凹槽的底部延伸至所述第二焊盤；在所述第二晶圓的表面以及第一凹槽的表面制備第一絕緣層；在所述第一凹槽的底部制備第二凹槽，所述第二凹槽的底部延伸至所述第一焊盤；在所述第二晶圓的表面、第一凹槽和第二凹槽內(nèi)制備線路層，所述線路層與所述第一焊盤和所述第二焊盤分別連接；在所述線路層表面制備第二絕緣層，在所述第二絕緣層上開窗，在所述開窗處制備凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與所述線路層連接。

可選地，所述將第一晶圓與第二晶圓進(jìn)行鍵合的步驟之后，還包括：在第一晶圓的表面進(jìn)行減薄，將所述第一晶圓減薄至目標(biāo)厚度；和/或在第二晶圓的表面進(jìn)行減薄，將所述第二晶圓減薄至目標(biāo)厚度。

可選地，所述在所述線路層表面制備第二絕緣層，在所述第二絕緣層上開窗，在所述開窗處制備凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與所述線路層連接的步驟之后，還包括：將所述第一晶圓和所述第二晶圓切割，形成單顆半導(dǎo)體器件。

可選地，所述在所述第一凹槽的底部制備第二凹槽的步驟包括：在所述第一凹槽底部的第二焊盤的表面打孔至所述第一焊盤內(nèi)部。

可選地，所述第一凹槽的底部位于所述第二焊盤內(nèi)，所述第二凹槽的底部位于所述第一焊盤內(nèi)。

本發(fā)明還提供一種使用上述方法制備的半導(dǎo)體器件。

本發(fā)明還提供一種半導(dǎo)體器件，包括依次層疊的第一芯片和第二芯片以及用于將第一芯片和第二芯片進(jìn)行鍵合的鍵合層，其中：在所述鍵合層上成型有與所述第一芯片連接的第一焊盤、與所述第二芯片連接的第二焊盤，第一焊盤和第二焊盤位置相對(duì)且不連接；在所述第二芯片內(nèi)成型有延伸至第二焊盤的第一凹槽，所述第一凹槽的底部與所述第二焊盤連接，所述第一凹槽的底部有第二凹槽，所述第二凹槽的底部延伸至與所述第一焊盤連接，所述第一凹槽的內(nèi)壁及所述第二芯片的表面上設(shè)置有第一絕緣層，在所述第一凹槽與所述第二凹槽形成的空間內(nèi)填充線路層，所述線路層延伸至所述第二芯片的第一絕緣層的外表面，所述線路層上布有第二絕緣層，所述第二絕緣層上有窗口，在窗口處設(shè)置凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與所述線路層連接。

可選地，所述第二凹槽的底部延伸至所述第一焊盤內(nèi)部。

可選地，所述第一凹槽的底部位于所述第二焊盤內(nèi)。

可選地，所述第二凹槽的底部位于所述第一焊盤內(nèi)。

本發(fā)明技術(shù)方案，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1.本發(fā)明提供的晶圓堆疊封裝方法，包括：將第一晶圓與第二晶圓進(jìn)行鍵合，所述第一晶圓內(nèi)形成若干第一芯片單元，所述第一芯片單元具有至少一個(gè)第一焊盤，所述第二晶圓內(nèi)形成若干第二芯片單元，所述第二芯片單元具有至少一個(gè)第二焊盤，鍵合后所述第一焊盤與所述第二焊盤對(duì)應(yīng)；在第二晶圓的表面制備第一凹槽，所述第一凹槽的底部延伸至所述第二焊盤；在所述第二晶圓的表面以及第一凹槽的表面制備第一絕緣層；在所述第一凹槽的底部制備第二凹槽，所述第二凹槽的底部延伸至所述第一焊盤；在所述第二晶圓的表面、第一凹槽和第二凹槽內(nèi)制備線路層，所述線路層與所述第一焊盤和所述第二焊盤分別連接；在所述線路層表面制備第二絕緣層，在所述第二絕緣層上開窗，在所述開窗處制備凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與所述線路層連接。該種晶圓堆疊封裝方法將兩個(gè)晶圓鍵合后使兩個(gè)晶圓的焊盤相對(duì)應(yīng)，在焊盤對(duì)應(yīng)位置上制備凹槽，凹槽內(nèi)制備線路層，線路層將兩個(gè)晶圓的焊盤連接并將連接關(guān)系引到一個(gè)晶圓背面，在晶圓背面制備凸點(diǎn)，凸點(diǎn)與線路層連接，這樣可以縮短工藝流程、降低工藝難度和成本，減小封裝尺寸。

2.本發(fā)明還提供的一種半導(dǎo)體器件，包括依次層疊的第一芯片和第二芯片以及用于將第一芯片和第二芯片進(jìn)行鍵合的鍵合層，其中：在所述鍵合層上成型有與所述第一芯片連接的第一焊盤、與所述第二芯片連接的第二焊盤，第一焊盤和第二焊盤位置相對(duì)且不連接；在所述第二芯片內(nèi)成型有延伸至第二焊盤的第一凹槽，所述第一凹槽的底部與所述第二焊盤連接，所述第一凹槽的底部有第二凹槽，所述第二凹槽的底部延伸至與所述第一焊盤連接，所述第一凹槽的內(nèi)壁及所述第二芯片的表面上設(shè)置有第一絕緣層，在所述第一凹槽與所述第二凹槽形成的空間內(nèi)填充線路層，所述線路層延伸至所述第二芯片的第一絕緣層的外表面，所述線路層上布有第二絕緣層，所述第二絕緣層上有窗口，在窗口處設(shè)置凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與所述線路層連接。這種半導(dǎo)體器件制備簡(jiǎn)單、可靠性高、封裝尺寸小。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)具體實(shí)施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施方式，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中晶圓堆疊封裝方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1中晶圓堆疊封裝方法的優(yōu)選方案的流程圖；

圖3-圖12為本發(fā)明實(shí)施例1中晶圓堆疊封裝方法的具體步驟示意圖；

圖13為本發(fā)明實(shí)施例2中半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)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(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)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(jī)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(gè)元件內(nèi)部的連通，可以是無線連接，也可以是有線連接。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，下面所描述的本發(fā)明不同實(shí)施方式中所涉及的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互結(jié)合。

實(shí)施例1

本實(shí)施例提供一種晶圓堆疊封裝方法，流程圖如圖1所示。作為本實(shí)施例的一個(gè)優(yōu)選方案，流程圖如圖2所示，包括以下步驟：

s01：將第一晶圓10與第二晶圓20進(jìn)行鍵合。第一晶圓10和第二晶圓20已經(jīng)預(yù)先制備好，第一晶圓10內(nèi)形成若干第一芯片單元11，如圖3所示，所述第一芯片單元11具有兩個(gè)第一焊盤12，在其它的實(shí)施方案中第一焊盤12還可以為一個(gè)或者多個(gè)；第二晶圓20內(nèi)形成若干第二芯片單元21，如圖4所示，第二芯片單元21具有兩個(gè)第二焊盤22，在其它的實(shí)施方案中第二焊盤22還可以為一個(gè)或者多個(gè)；鍵合后第一焊盤12與第二焊盤22對(duì)應(yīng)，如圖5所示。第一晶圓10和第二晶圓20鍵合方式，可以是溶解晶圓鍵合，可以是膠粘劑鍵合，也可以是金屬-金屬熱壓鍵合。在本實(shí)施例中，采用的是膠粘劑鍵合，膠粘劑鍵合由于堆疊晶圓表面之間沒有直接接觸，對(duì)晶圓表面粗糙程度要求低，相對(duì)于其它兩種鍵合方式，操作簡(jiǎn)單、可控性高、生產(chǎn)成本低，如圖5所示，第一芯片單元11和第二芯片單元21之間形成鍵合層30，當(dāng)然，在其它可實(shí)施例中也可以采用其它鍵合方式，根據(jù)所需合理選擇即可。本實(shí)施例中鍵合后第一焊盤12和第二焊盤22的位置在縱向上重合，當(dāng)然在其他的實(shí)施方式中鍵合后第一焊盤12和第二焊盤22也可以在縱向上部分重合。

s02：在第二晶圓20的表面進(jìn)行減薄，將第二晶圓20減薄至目標(biāo)厚度，如圖6所示。晶圓減薄是對(duì)晶圓背面多余的基體材料去除一定的厚度，這樣可以改善芯片散熱效果，有利于后續(xù)的劃片工作，也有利于減小封裝尺寸。當(dāng)然，如果晶圓的厚度合適，也可以不用減薄。

s03：在第二晶圓的表面制備第一凹槽40，第一凹槽40的底部延伸至第二焊盤22，如圖7所示。第一凹槽40的制備方法可以是干法刻蝕，可以是濕法刻蝕，也可以是激光鉆孔，不同的制備方法可操作性、成本及制備效果均不同，根據(jù)所需合理選擇即可。第一凹槽40的底部位于第二焊盤22內(nèi)，即第一凹槽底部的尺寸不大于第二焊盤的尺寸，這樣可以保證連接的可靠性。第一凹槽的大小可以根據(jù)所需確定，第二焊盤的面積大，第一凹槽的大小則大一些，如果第二焊盤的面積較小，第一凹槽的大小也可以小一些，根據(jù)需要合理選擇即可；第一凹槽的形狀可以制備成方形，也可以是圓形，根據(jù)需要合理設(shè)置即可。

s04：在第二晶圓20的表面以及第一凹槽40的表面制備第一絕緣層50，如圖8所示。第一絕緣層可以采用化學(xué)氣相淀積、等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相淀積法等方法制備，第一絕緣層材料可以是sio2、si4o3、sioc、sicn等，在本實(shí)施例中，采用化學(xué)氣相淀積方式制備第一絕緣層，當(dāng)然，在其它可實(shí)施例中，也可以采用其它方式制備第一絕緣層，如物理氣相淀積，根據(jù)需要合理選擇即可。

s05：在第一凹槽40的底部制備第二凹槽60，第二凹槽60的底部延伸至第一焊盤12，如圖9所示。第二凹槽60的制備方法可以是干法刻蝕，可以是濕法刻蝕，也可以是激光鉆孔，不同的制備方法可操作性、成本及制備效果均不同，根據(jù)所需合理選擇即可，在本實(shí)施例中，第二凹槽60的制備是在第一凹槽40底部的第二焊盤22的表面打孔至第一焊盤12內(nèi)部，如圖9所示，這樣當(dāng)填充線路層后，線路層深入第一焊盤的內(nèi)部，使得線路層與第一焊盤連接的可靠性更高，當(dāng)然，在其它可實(shí)施例中，也可以將第二凹槽的底部與第一焊盤表面齊平，根據(jù)需要合理設(shè)置即可。第二凹槽的底部位于第一焊盤內(nèi)，即第二凹槽底部的尺寸不大于第一焊盤的尺寸，這樣可以保證連接的可靠性。第二凹槽的大小可以根據(jù)所需確定，第一焊盤的面積大，第二凹槽的大小則大一些，如果第一焊盤的面積較小，第二凹槽的大小也可以小一些，根據(jù)需要合理選擇即可；第二凹槽的形狀可以制備成方形，也可以是圓形，根據(jù)需要合理設(shè)置即可。

s06：在第二晶圓20的表面、第一凹槽40和第二凹槽60內(nèi)制備線路層70，線路層70與第一焊盤12和第二焊盤22分別連接，如圖10所示。

s07：在線路層70表面制備第二絕緣層80，在第二絕緣層80上開窗，在開窗處制備凸點(diǎn)90，凸點(diǎn)90與線路層70連接，如圖11所示。

s08：在第一晶圓10的表面進(jìn)行減薄，將第一晶圓10減薄至目標(biāo)厚度，如圖12所示。晶圓減薄是對(duì)晶圓背面多余的基體材料去除一定的厚度，這樣可以改善芯片散熱效果，有利于后續(xù)的劃片工作，也有利于減小封裝尺寸。對(duì)第一晶圓進(jìn)行減薄可以在s07步驟之后，也可以在其它步驟之后，如步驟s01晶圓鍵合之后，或者是步驟s02之后，由于對(duì)第一晶圓的減薄，僅需對(duì)第一晶圓的背面進(jìn)行操作，操作完成之后無需在第一晶圓表面制備其它層，因此，減薄操作的時(shí)機(jī)較靈活，可以有多種選擇，當(dāng)然，將減薄放置于不同步驟之后，操作的難易程度會(huì)有所差別，通常的晶圓切割過程是將晶圓的背面朝上，在晶圓的背面進(jìn)行切割，將減薄置于凸點(diǎn)制備完成之前，需要先將鍵合后的晶圓翻轉(zhuǎn)使第一晶圓的表面朝上，之后對(duì)第一晶圓進(jìn)行減薄，減薄后還需要將晶圓再次翻轉(zhuǎn)，使第二晶圓的表面朝上以便進(jìn)行后續(xù)操作，所有操作完成后再次翻轉(zhuǎn)使第一晶圓的表面朝上進(jìn)行切割。在本實(shí)施例中，將第一晶圓的減薄放置于凸點(diǎn)制備完成之后，只要將鍵合的晶圓進(jìn)行一次翻轉(zhuǎn)即可，簡(jiǎn)化操作步驟，減少工藝時(shí)間，當(dāng)然，在其它可實(shí)施例中也可以在其它步驟之后進(jìn)行減薄，根據(jù)需要合理設(shè)置即可。當(dāng)然，如果晶圓的厚度合適，也可以不用減薄。

s09：將經(jīng)過上述步驟處理的第一晶圓和第二晶圓切割，形成單顆半導(dǎo)體器件，如圖12所示。

本發(fā)明提供的晶圓堆疊封裝方法，包括：將第一晶圓與第二晶圓進(jìn)行鍵合，所述第一晶圓內(nèi)形成若干第一芯片單元，所述第一芯片單元具有至少一個(gè)第一焊盤，所述第二晶圓內(nèi)形成若干第二芯片單元，所述第二芯片單元具有至少一個(gè)第二焊盤，鍵合后所述第一焊盤與所述第二焊盤對(duì)應(yīng)；在第二晶圓的表面制備第一凹槽，所述第一凹槽的底部延伸至所述第二焊盤；在所述第二晶圓的表面以及第一凹槽的表面制備第一絕緣層；在所述第一凹槽的底部制備第二凹槽，所述第二凹槽的底部延伸至所述第一焊盤；在所述第二晶圓的表面、第一凹槽和第二凹槽內(nèi)制備線路層，所述線路層與所述第一焊盤和所述第二焊盤分別連接；在所述線路層表面制備第二絕緣層，在所述第二絕緣層上開窗，在所述開窗處制備凸點(diǎn)，所述凸點(diǎn)與所述線路層連接。該種晶圓堆疊封裝方法將兩個(gè)晶圓鍵合后使兩個(gè)晶圓的焊盤相對(duì)應(yīng)，在焊盤對(duì)應(yīng)位置上制備凹槽，凹槽內(nèi)制備線路層，線路層將兩個(gè)晶圓的焊盤連接并將連接關(guān)系引到一個(gè)晶圓背面，在晶圓背面制備凸點(diǎn)，凸點(diǎn)與線路層連接，這樣可以縮短工藝流程、降低工藝難度和成本，減小封裝尺寸。

此外，本實(shí)施例中還提供一種半導(dǎo)體器件，采用上述方法制備而成，通過上述方法制備出的半導(dǎo)體器件，可靠性高，封裝尺寸小，整體性能好，且制備過程簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高。

實(shí)施例2

本實(shí)施例中提供一種半導(dǎo)體器件，如圖13所示，包括依次層疊的第一芯片11和第二芯片21以及用于將第一芯片11和第二芯片21進(jìn)行鍵合的鍵合層30，其中：在鍵合層30上成型有與第一芯片11連接的第一焊盤12、與第二芯片21連接的第二焊盤22，第一焊盤12和第二焊盤22位置相對(duì)且不連接；在第二芯片21內(nèi)成型有延伸至第二焊盤22的第一凹槽40，第一凹槽40的底部與第二焊盤22連接，第一凹槽40的底部有第二凹槽60，第一凹槽40的底部位于第二焊盤22內(nèi)，第二凹槽60的底部位于第一焊盤12內(nèi)，第二凹槽60的底部延伸至第一焊盤12內(nèi)部，第一凹槽40的內(nèi)壁及第二芯片21的表面上設(shè)置有第一絕緣層50，在第一凹槽40與第二凹槽60形成的空間內(nèi)填充線路層70，線路層70延伸至第二芯片21的第一絕緣層50的外表面，線路層70上布有第二絕緣層80，第二絕緣層80上有窗口，在窗口處設(shè)置凸點(diǎn)90，凸點(diǎn)90與線路層70連接。這種半導(dǎo)體器件制備簡(jiǎn)單、可靠性高、封裝尺寸小。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)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(dòng)仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。