專利名稱：三維系統(tǒng)級封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，尤其涉及一種三維系統(tǒng)級封裝方法。
背景技術(shù)：
晶圓級封裝(Wafer Level I^ackaging，WLP)技術(shù)是對整片晶圓進行封裝測試后再切割得到單個成品芯片的技術(shù)，封裝后的芯片尺寸與裸片完全一致。晶圓級芯片尺寸封裝技術(shù)徹底顛覆了傳統(tǒng)封裝如陶瓷無引線芯片載具(Ceramic Leadless Chip Carrier)以及有機無引線芯片載具(Organic Leadless Chip Carrier)等模式，順應(yīng)了市場對微電子產(chǎn)品日益輕、小、短、薄化和低價化要求。經(jīng)晶圓級芯片尺寸封裝技術(shù)封裝后的芯片尺寸達到了高度微型化，芯片成本隨著芯片尺寸的減小和晶圓尺寸的增大而顯著降低。晶圓級芯片尺寸封裝技術(shù)是可以將IC設(shè)計、晶圓制造、封裝測試、基板制造整合為一體的技術(shù)，是當(dāng)前封裝領(lǐng)域的熱點和未來發(fā)展的趨勢。扇出晶圓封裝是晶圓級封裝的一種。例如，中國發(fā)明專利申請第200910031885. 0 號公開一種晶圓級扇出芯片封裝方法，包括以下工藝步驟在載體圓片表面依次覆蓋剝離膜和薄膜介質(zhì)層I，在薄膜介質(zhì)層I上形成光刻圖形開口 I ；在圖形開口 I及其表面實現(xiàn)與基板端連接之金屬電極和再布線金屬走線；在與基板端連接之金屬電極表面、再布線金屬走線表面以及薄膜介質(zhì)層I的表面覆蓋薄膜介質(zhì)層II，并在薄膜介質(zhì)層II上形成光刻圖形開口 II ；在光刻圖形開口 II實現(xiàn)與芯片端連接之金屬電極；將芯片倒裝至與芯片端連接之金屬電極后進行注塑封料層并固化，形成帶有塑封料層的封裝體；將載體圓片和剝離膜與帶有塑封料層的封裝體分離，形成塑封圓片；植球回流，形成焊球凸點；單片切割，形成最終的扇出芯片結(jié)構(gòu)。按照上述方法所封裝制造的最終產(chǎn)品僅具有單一的芯片功能。如需實現(xiàn)完整的系統(tǒng)功能，需要在最終產(chǎn)品之外加上包含有各種電容、電感或電阻等的外圍電路。此外，上述方法也不適用于具有復(fù)雜線路連接的多層封裝結(jié)構(gòu)的制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決的技術(shù)問題是如何實現(xiàn)具有多層結(jié)構(gòu)的三維系統(tǒng)級晶圓封裝。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供三維系統(tǒng)級封裝方法，包括步驟提供載板；在載板上形成膠合層；將包括芯片或包括芯片和無源器件第一芯片層的功能面的相對一面貼于所述膠合層上；將載板貼有第一芯片層的一面形成第一封料層，并暴露第一芯片層中芯片的焊盤或芯片和無源器件的焊盤；在所述第一封料層內(nèi)形成第一微通孔；在第一微通孔內(nèi)形成第一縱向金屬布線；在所述第一封料層上形成導(dǎo)通所述第一芯片層和第一縱向金屬布線的第一布線層；在所述第一封料層上形成多層芯片層，每層芯片層包括芯片或芯片和無源器件、覆蓋所述芯片組和無源器件組的封料層以及相互連接并導(dǎo)通上下兩層芯片層的縱向金屬布線和布線層。可選地，在所述第一封料層上形成多層芯片層中任一層的步驟具體包括在前一封料層上堆疊包括芯片或芯片和無源器件的本層芯片層；在前一封料層上形成覆蓋本層芯片層并暴露本層芯片層中芯片的焊盤或芯片和無源器件的焊盤的本層封料層；在本層封料層上形成連通前一布線層的本層微通孔；在本層微通孔內(nèi)形成連接前一布線層的本層縱向金屬布線；在本層封料層上形成導(dǎo)通本層縱向金屬布線和本層芯片層中芯片或芯片和無源器件的本層布線層?？蛇x地，還包括步驟在最后一層封料層上形成部分暴露最后一層布線層的第一保護層；在所述第一保護層上形成與所述第三布線層連通的金屬再布線層；在所述第一保護層上形成部分暴露所述金屬再布線層的第二保護層；在所述金屬再布線層的暴露部分形成球下金屬層；在所述球下金屬層上形成金屬焊球。可選地，還包括步驟在最后一層封料層上形成部分暴露最后一層布線層的第一保護層；在所述最后一層布線層的暴露部分形成球下金屬層；在所述球下金屬層上形成金屬焊球?？蛇x地，形成所述保護層的材料為聚酰亞胺?？蛇x地，所述無源器件組包括電容、電阻和/或電感?？蛇x地，封料層的材料為環(huán)氧樹脂?？蛇x地，封料層通過轉(zhuǎn)注、壓縮或印刷的方法而形成?？蛇x地，芯片層中的芯片為一個或多個相同或不同芯片。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明請求保護的三維系統(tǒng)級封裝方法，將芯片和無源器件進行整合后再一并封裝，可以形成包含整體系統(tǒng)功能而非單一的芯片功能的最終封裝產(chǎn)品， 相比現(xiàn)有的系統(tǒng)級封裝，高集成度的圓片級封裝更是降低了系統(tǒng)內(nèi)電阻、電感等干擾因素， 也更能順應(yīng)半導(dǎo)體封裝輕薄短小的趨勢要求。此外，本發(fā)明請求保護的三維系統(tǒng)級封裝方法可以形成由多層芯片組所組成的立體封裝結(jié)構(gòu)，各層之間的布線層通過形成在各封料層上的微通孔連接。因此可以制造比現(xiàn)有技術(shù)中更為復(fù)雜的多層互聯(lián)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)集成度更高的圓片級封裝。


圖1和圖2為本發(fā)明一個實施例中三維系統(tǒng)級封裝方法流程圖；圖3至圖9為圖1和圖2所示流程中封裝結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本發(fā)明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發(fā)明利用示意圖進行詳細(xì)描述，在詳述本發(fā)明實施例時，為便于說明，所述示意圖只是實例，其在此不應(yīng)限制本發(fā)明保護的范圍。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做詳細(xì)的說明。如圖1和圖2所示，在本發(fā)明的一個實施例中，提供三維系統(tǒng)級封裝方法，包括步驟SlOl，提供載板；
S102，在載板上形成膠合層；S103，將芯片和無源器件的功能面的相對面貼于膠合層上，形成第一芯片層；S104，將載板貼有第一芯片層的一面形成第一封料層，使第一芯片層中芯片的焊盤和無源器件的焊盤裸露；S105，在第一封料層上形成第一微通孔，并將第一微通孔金屬化填充，在第一封料層中形成第一縱向金屬布線；S106，在第一封料層上形成與第一縱向金屬布線連接的第一布線層；S107，在第一封料層上堆疊第二芯片層；S108，在第一封料層上形成覆蓋第二芯片層的第二封料層，并暴露第二芯片層中芯片的焊盤；S109，在第二封料層上形成第二微通孔并將第二微通孔金屬化填充，在第二封料層中形成與第一布線層連接的第二縱向金屬布線；S110，在第二封料層上形成與第二縱向金屬布線連接的第二布線層；S111，在第二封料層上堆疊第三芯片層；S112，在第二封料層上形成覆蓋第三芯片層的第三封料層，并暴露第三芯片層中芯片的焊盤；S113，在第三封料層上形成第三微通孔并將第三微通孔金屬化填充，在第三封料層中形成與第二布線層連接的第三縱向金屬布線；S114，在第三封料層上形成與第三縱向金屬布線連接的第三布線層；S115，在第三封料層上形成部分暴露第三布線層的第一保護層；S116，在第一保護層上形成再布線金屬層，使其與部分裸露的第三布線層間互聯(lián)；S117，在第一保護層上形成部分暴露再布線金屬層的第二保護層；S118，在再布線金屬層的暴露部分形成球下金屬層；Sl 19，在球下金屬層上形成金屬焊球。在本實施例中，首先執(zhí)行步驟SlOl，提供載板101。在本實施例中，載板101采用硅化合物材質(zhì)，該硅化合物中可設(shè)有金屬線路以實現(xiàn)對最終產(chǎn)品的線路整理功能。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，載板101也可根據(jù)設(shè)計需要采用玻璃材質(zhì)以提供較好的硬度和平整度。再執(zhí)行步驟S102，在載板101上形成膠合層102，形成如圖3所示的結(jié)構(gòu)。在這一步驟中，載板101是用來承載后續(xù)第一芯片層103的基礎(chǔ)，當(dāng)然也是承載后續(xù)各層封裝結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)。在載板101上形成的膠合層102是用于將第一芯片層103固定在載板101上。在載板101上形成膠合層102的方法可以例如是通過旋涂或印刷等方法將膠合層 102涂覆在載板101上。這樣的方法在半導(dǎo)體制造領(lǐng)域中已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。在載板101上形成膠合層102后，即可執(zhí)行步驟S103，將第一芯片層中的芯片和無源器件的功能面的相對一面貼于膠合層102上，形成如圖4所示的結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的具體實施方式
中，第一芯片層103的功能面，是指第一芯片層103的中的芯片的焊盤和無源器件的焊盤所在表面。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，貼合于膠合層102之上的第一芯片層103及后續(xù)提及的芯片層都可以包含一個或多個相同或不同芯片，還可以包括一個或多個相同或不同的無源器件。這些芯片和無源器件各自成為一個系統(tǒng)級封裝產(chǎn)品的一部分，各自完成實現(xiàn)系統(tǒng)級功能中的一個或多個單獨的功能。在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，第一芯片層103中的芯片與無源器件的組合是根據(jù)系統(tǒng)功能來設(shè)計的。因此，在一個或一組芯片的周圍，可能有相同或不同的另外的一個或一組芯片，或者相同或不同的電容、電阻或電感等無源器件；類似的，在一個無源器件的周圍，可能有相同或不同的其他的無源器件，或者一個或多個相同或不同芯片。然后執(zhí)行步驟S104，將載板貼有第一芯片層103的一面形成第一封料層105，使第一芯片層103的芯片的焊盤和無源器件的焊盤裸露，即形成如圖5所示的結(jié)構(gòu)。在后續(xù)工藝過程中，第一封料層105既可保護第一芯片層103，又可作為后續(xù)工藝的承載體。在本發(fā)明的一個實施例中，形成第一封料層105的材料是環(huán)氧樹脂。這種材料的密封性能好，塑型容易，是形成第一封料層105的較佳材料。形成第一封料層105的方法可以例如是轉(zhuǎn)注、壓縮或印刷的方法。這些方法的具體步驟已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知，在此不再贅述。再執(zhí)行步驟S105，在第一封料層105上形成第一微通孔106。第一微通孔106是形成層間布線互聯(lián)的通道。并將第一微通孔106金屬化填充，在第一封料層105中形成第一縱向金屬布線131。然后執(zhí)行步驟S106，在第一封料層105上形成第一布線層121，該第一布線層121 與第一縱向金屬布線131連接，即形成如圖6所示的結(jié)構(gòu)。第一布線層121在第一封料層 105上形成第一芯片層103的導(dǎo)通。再執(zhí)行步驟S107，在第一封料層105上堆疊第二芯片層107。這里所說的堆疊，是指將第二芯片層107置于第一封料層105上的預(yù)定位置處。然后執(zhí)行步驟S108，在第一封料層105上形成覆蓋第二芯片層107的第二封料層108，并暴露第二芯片層107中芯片的焊盤。形成第二封料層108的材料可以與形成第一封料層105的材料相同，即采用環(huán)氧樹脂來形成第二封料層108。再執(zhí)行步驟S109，在第二封料層108上形成第二微通孔109將第二微通孔109金屬化填充。第二微通孔109穿透第二封料層108。和第一微通孔106相似，第二微通孔109 也是形成層間布線互聯(lián)的通道。再在第二封料層108中形成與第一布線層121連接的第二縱向金屬布線132。然后執(zhí)行步驟S110，在第二封料層108上形成與第二縱向金屬布線132連接第二布線層122，即形成如圖7所示的結(jié)構(gòu)。第二布線層122在第二封料層105上形成第二芯片組107的導(dǎo)通，同時還有第二布線層122的部分線路通過第二微通孔109內(nèi)的第二縱向金屬布線132與第一布線層121的部分線路連通。也就是說，第二封料層108上下兩層布線層通過第二微通孔109實現(xiàn)了互聯(lián)互通，也即形成了第二芯片組107與第一芯片層103的互聯(lián)互通。再執(zhí)行步驟S111，在第二封料層108上堆疊第三芯片層110。第三芯片層110可以是多功能芯片。然后執(zhí)行步驟S112，在第二封料層108上形成覆蓋第三芯片層110的第三封料層 111，并暴露第三芯片層110中芯片的焊盤。形成第三封料層111的材料可以與形成第一封料層105和第二封料層108的材料相同，即采用環(huán)氧樹脂來形成第三封料層111。再執(zhí)行步驟S113，在第三封料層111上形成第三微通孔112，并將第三微通孔112 金屬化填充。第三微通孔112穿透第三封料層111。和第一微通孔106和第二微通孔109 相似，第三微通孔112也是形成層間布線互聯(lián)的通道。再在第三封料層111中形成與第二布線層122連接的第三縱向金屬布線133。然后執(zhí)行步驟S114，在第三封料層111上形成與第三縱向金屬布線133連接的第三布線層123，即形成如圖8所示的結(jié)構(gòu)。第三布線層123在第三封料層111上形成第三芯片組110的導(dǎo)通，同時還有第三布線層123的部分線路通過第三微通孔112內(nèi)的第三縱向金屬布線133與第二布線層122的部分線路連通。也就是說，第三封料層111上下兩層布線層通過第三微通孔112實現(xiàn)了互聯(lián)互通，也即形成了第三芯片組110與第二芯片組107 的互聯(lián)互通。接著再執(zhí)行步驟Sl 15至步驟Sl 19，包括在第三封料層111上形成部分暴露第三布線層123的第一保護層113 ；在第一保護層113上形成與第三布線層123連通金屬再布線層124，使第三布線層123透過金屬再布線層IM實現(xiàn)功能性系統(tǒng)互聯(lián)和走線；在第一保護層113上形成部分暴露金屬再布線層124的第二保護層114 ；在金屬再布線層124的暴露部分形成球下金屬層125 ；在球下金屬層125表面形成金屬焊球115，最后形成如圖9所示的結(jié)構(gòu)。形成第一保護層113和第二保護層114的材料可以是聚酰亞胺。步驟S115至步驟Sl 19與現(xiàn)有扇出晶圓封裝的方法的相應(yīng)步驟相同，在此不再贅述。在上述實施例中，在形成球下金屬層125和金屬焊球115之前，還形成有金屬再布線層124。本領(lǐng)域技術(shù)人員了解，金屬再布線層IM不是必須的。金屬再布線層IM是封裝設(shè)計的需要，而非封裝工藝的需要。在封裝設(shè)計不需要金屬再布線1 時，可以直接在最后一層芯片的電極或無源器件的焊盤上直接形成球下金屬層125表面形成金屬焊球115。另外，在上述具體實施方式
中，在第二層和第三層中僅寫出了芯片部分，但是本發(fā)明并不限于此，在每一層中都可以包括多個芯片和多個其他無源器件。雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
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權(quán)利要求
1.三維系統(tǒng)級封裝方法，其特征在于，包括步驟 提供載板；在載板上形成膠合層；將包括芯片或包括芯片和無源器件第一芯片層的功能面的相對一面貼于所述膠合層上；將載板貼有第一芯片層的一面形成第一封料層，并暴露第一芯片層中芯片的焊盤或芯片和無源器件的焊盤；在所述第一封料層內(nèi)形成第一微通孔； 在第一微通孔內(nèi)形成第一縱向金屬布線；在所述第一封料層上形成導(dǎo)通所述第一芯片層和第一縱向金屬布線的第一布線層； 在所述第一封料層上形成多層芯片層，每層芯片層包括芯片或芯片和無源器件、覆蓋所述芯片組和無源器件組的封料層以及相互連接并導(dǎo)通上下兩層芯片層的縱向金屬布線和布線層。
2.如權(quán)利要求1所述的三維系統(tǒng)級封裝方法，其特征在于，在所述第一封料層上形成多層芯片層中任一層的步驟具體包括在前一封料層上堆疊包括芯片或芯片和無源器件的本層芯片層； 在前一封料層上形成覆蓋本層芯片層并暴露本層芯片層中芯片的焊盤或芯片和無源器件的焊盤的本層封料層；在本層封料層上形成連通前一布線層的本層微通孔； 在本層微通孔內(nèi)形成連接前一布線層的本層縱向金屬布線；在本層封料層上形成導(dǎo)通本層縱向金屬布線和本層芯片層中芯片或芯片和無源器件的本層布線層。
3.如權(quán)利要求1所述的三維系統(tǒng)級封裝方法，其特征在于，還包括步驟 在最后一層封料層上形成部分暴露最后一層布線層的第一保護層；在所述第一保護層上形成與所述第三布線層連通的金屬再布線層； 在所述第一保護層上形成部分暴露所述金屬再布線層的第二保護層； 在所述金屬再布線層的暴露部分形成球下金屬層； 在所述球下金屬層上形成金屬焊球。
4.如權(quán)利要求1所述的三維系統(tǒng)級封裝方法，其特征在于，還包括步驟 在最后一層封料層上形成部分暴露最后一層布線層的第一保護層；在所述最后一層布線層的暴露部分形成球下金屬層； 在所述球下金屬層上形成金屬焊球。
5.如權(quán)利要求3或4所述的三維系統(tǒng)級封裝方法，其特征在于形成所述保護層的材料為聚酰亞胺。
6.如權(quán)利要求1所述的三維系統(tǒng)級封裝方法，其特征在于所述無源器件組包括電容、 電阻和/或電感。
7.如權(quán)利要求1所述的三維系統(tǒng)級封裝方法，其特征在于封料層的材料為環(huán)氧樹脂。
8.如權(quán)利要求1所述的三維系統(tǒng)級封裝方法，其特征在于封料層通過轉(zhuǎn)注、壓縮或印刷的方法而形成。
9.如權(quán)利要求1所述的三維系統(tǒng)級封裝方法，其特征在于芯片層中的芯片為一個或多個相同或不同芯片。
全文摘要
本發(fā)明涉及三維系統(tǒng)級封裝方法，包括步驟提供載板；在載板上形成膠合層；將包括芯片或包括芯片和無源器件貼于所述膠合層上；形成第一封料層，并暴露第一芯片層中芯片的焊盤或芯片和無源器件的焊盤；在所述第一封料層內(nèi)形成第一微通孔；在第一微通孔內(nèi)形成第一縱向金屬布線；在所述第一封料層上形成第一布線層；在所述第一封料層上形成多層芯片層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明請求保護的三維系統(tǒng)級封裝方法，可以形成包含整體系統(tǒng)功能而非單一的芯片功能的最終封裝產(chǎn)品，降低了系統(tǒng)內(nèi)電阻、電感等干擾因素。此外，可以形成更為復(fù)雜的多層互聯(lián)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)集成度更高的圓片級封裝。
文檔編號H01L21/60GK102157456SQ201110070278
公開日2011年8月17日 申請日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者王洪輝, 石磊, 陶玉娟 申請人:南通富士通微電子股份有限公司