一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法
【專利說明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法。【【背景技術(shù)】】
[0002]微機(jī)電系統(tǒng)MEMS(Micro_Electro Mechanical System)器件近些年成長迅速，從單一功能發(fā)展到多功能集成，目前已有多種6軸和9軸集成器件問世。從功能集成技術(shù)上來看，分為S0C(System On a Chip，系統(tǒng)單芯片)和SIP(System In a Package，系統(tǒng)級封裝)兩種。
[0003]SOC是通過FAB工藝將全部功能集成到單顆裸Die(芯片)上，可實(shí)現(xiàn)高密度、高速、降低功耗等性能，然而其帶來開發(fā)周期長，芯片良率低等問題，由于不同MEMS功能的FAB工藝/材料不盡相同，所以往往只能通過攤大集成裸die的面積來排布，因而芯片面積也比單一功能芯片大。
[0004]SIP是將各種單一功能裸die(晶片)通過封裝技術(shù)組裝到一個封裝體內(nèi)實(shí)現(xiàn)集成，可分為并排(side by side)組裝和堆疊組裝，有開發(fā)周期短、芯片良率高等優(yōu)勢，然而并排組裝有封裝面積大(比SOC還要大)、集成度低等問題;堆疊組裝可獲得很小的封裝面積，尤其是晶圓級封裝，能大大提升封裝效率和降低成本，極具發(fā)展?jié)摿?，但目前?shí)現(xiàn)上下堆疊圓片之間的互連方式多為金屬鍵合技術(shù)，這對圓片的設(shè)計、鍵合工藝和耐溫性都有特殊要求，導(dǎo)致其適用范圍有較大局限性。
[0005]因為，有必要提出一種改進(jìn)的方案來克服上述問題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)及其制造方法，其可以以低成本/小封裝面積方式實(shí)現(xiàn)多功能集成IC (集成電路)/MEMS器件的制造。
[0007]為了解決上述問題，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，本發(fā)明提供一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)，其包括:堆疊圓片，其包括第一半導(dǎo)體圓片和第二半導(dǎo)體圓片，每個半導(dǎo)體圓片包括第一表面、與該第一表面相對的第二表面、集成于該半導(dǎo)體圓片上的多個半導(dǎo)體模塊，各個半導(dǎo)體模塊在半導(dǎo)體圓片的第一表面具有數(shù)個連接焊盤，第一半導(dǎo)體圓片的第一表面和第二半導(dǎo)體圓片的第一表面通過膠層鍵合，以形成第一半導(dǎo)體圓片和第二半導(dǎo)體圓片間的堆疊，其中，第一半導(dǎo)體圓片第一表面上的連接焊盤稱為第一連接焊盤，第二半導(dǎo)體圓片第一表面上的連接焊盤稱為第二連接焊盤;多個溝槽，其與第一連接焊盤和/或第二連接焊盤對應(yīng)，并自所述第二半導(dǎo)體圓片的第二表面延伸至所述第二半導(dǎo)體圓片內(nèi)；與所述多個溝槽分別對應(yīng)的多個連接孔，其自對應(yīng)的溝槽的底部貫穿至所述第一半導(dǎo)體圓片的第一表面;重分布層，其形成于所述第二半導(dǎo)體圓片的第二表面和/或所述溝槽上方，其包括與所述多個溝槽分別對應(yīng)的多個重分布區(qū)，每個重分布區(qū)包括多個連接部和/或多個焊墊部，每個重分布區(qū)的連接部填充對應(yīng)的連接孔。
[0008]進(jìn)一步的，部分第一連接焊盤與部分第二連接焊盤對齊，與對齊的第一連接焊盤和第二連接焊盤對應(yīng)的溝槽的底部暴露出對應(yīng)的第二連接焊盤，與對齊的第一連接焊盤和第二連接焊盤對應(yīng)的連接孔自對應(yīng)的溝槽的底部依次貫穿下方的第二連接焊盤、膠層以暴露出對齊的第一連接焊盤。
[0009]進(jìn)一步的，部分對齊的第一連接焊盤和第二連接焊盤通過所述重分布區(qū)的連接部電連接;或所述重分布區(qū)的連接部將所述重分布區(qū)的焊墊部以及對齊的第一連接焊盤和第二連接焊盤電連接。
[0010]進(jìn)一步的，部分第一連接焊盤無與之對齊的第二連接焊盤，與此部分第一連接焊盤對應(yīng)的溝槽，其貫穿所述第二半導(dǎo)體圓片；與此部分第一連接焊盤對應(yīng)的連接孔自對應(yīng)的溝槽的底部依次貫穿膠層以暴露出對應(yīng)的第一連接焊盤;此部分第一連接焊盤通過所述重分布區(qū)的連接部與對應(yīng)的焊墊部電連接。
[0011 ]進(jìn)一步的，部分第二連接焊盤無與之對齊的第一連接焊盤，與此部分第二連接焊盤對應(yīng)的溝槽的底部暴露出對應(yīng)的第二連接焊盤;與此部分第二連接焊盤對應(yīng)的連接孔自對應(yīng)的溝槽的底部依次貫穿下方的第二連接焊盤、膠層，此部分第二連接焊盤通過所述重分布區(qū)的連接部與對應(yīng)的焊墊部電連接。
[0012]進(jìn)一步的，所述晶圓級封裝結(jié)構(gòu)還包括第一鈍化層和/或第二鈍化層，所述第一鈍化層在重分布層下以覆蓋形成有溝槽的第二半導(dǎo)體圓片的第二表面，所述連接孔還貫穿該第一鈍化層;所述第二鈍化層形成于所述重分布層上方以覆蓋所述連接部，該第二鈍化層具有暴露所述焊墊部的開口。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，本發(fā)明提供一種晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其包括:提供第一半導(dǎo)體圓片和第二半導(dǎo)體圓片，每個半導(dǎo)體圓片包括第一表面、與該第一表面相對的第二表面、集成于該半導(dǎo)體圓片上的多個半導(dǎo)體模塊，各個半導(dǎo)體模塊在半導(dǎo)體圓片的第一表面具有數(shù)個連接焊盤;通過膠層將第一半導(dǎo)體圓片的上表面和第二半導(dǎo)體圓片的上表面鍵合，以形成第一半導(dǎo)體圓片和第二半導(dǎo)體圓片間的堆疊，其中，第一半導(dǎo)體圓片第一表面上的連接焊盤稱為第一連接焊盤，第二半導(dǎo)體圓片第一表面上的連接焊盤稱為第二連接焊盤；自所述第二半導(dǎo)體圓片的第二表面的與第一連接焊盤和/或第二連接焊盤對應(yīng)的位置開設(shè)多個溝槽，所述溝槽自所述第二半導(dǎo)體圓片的第二表面延伸至所述第二半導(dǎo)體圓片內(nèi)；自所述溝槽的底部貫穿至所述第一半導(dǎo)體圓片的第一表面開設(shè)多個連接孔;和在第二半導(dǎo)體圓片的第二表面和/所述溝槽上方形成重分布層，其中其包括與所述多個溝槽分別對應(yīng)的多個重分布區(qū)，每個重分布區(qū)包括多個連接部和/或多個焊墊部，每個重分布區(qū)的連接部填充對應(yīng)的連接孔。
[0014]進(jìn)一步的，部分第一連接焊盤與部分第二連接焊盤對齊，如果開設(shè)溝槽的位置對應(yīng)著對齊的第一連接焊盤和第二連接焊盤，則此處開設(shè)的溝槽底部暴露出對應(yīng)的第二連接焊盤;對應(yīng)的連接孔自該溝槽的底部依次貫穿下方的第二連接焊盤、膠層以暴露出對齊的第一連接焊盤。
[0015]進(jìn)一步的，部分第一連接焊盤無與之對齊的第二連接焊盤，如果開設(shè)溝槽的位置處對應(yīng)第一連接焊盤且無第二連接焊盤，則此處開設(shè)的溝槽貫穿所述第二半導(dǎo)體圓片;對應(yīng)的連接孔自該溝槽的底部依次貫穿膠層以暴露出對應(yīng)的第一連接焊盤。
[0016]進(jìn)一步的，部分第二連接焊盤無與之對齊的第一連接焊盤，如果開設(shè)溝槽的位置處對應(yīng)第二連接焊盤且無第一連接焊盤，則此處開設(shè)的溝槽的底部暴露出對應(yīng)的第二連接焊盤;對應(yīng)的連接孔自該溝槽的底部依次貫穿下方的第二連接焊盤、膠層。
[0017]進(jìn)一步的，所述晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的制造方法，其還包括:在開設(shè)溝槽后且在開設(shè)連接孔前，形成覆蓋第二半導(dǎo)體圓片的第二表面的第一鈍化層，所述連接孔還貫穿所述第一鈍化層;在重分布層上方形成第二鈍化層，該第二鈍化層覆蓋所述連接部，且具有暴露各個焊墊部的開口。
[0018]進(jìn)一步的，所述開設(shè)多個溝槽包括:在所述第二半導(dǎo)體圓片的第二表面上對應(yīng)第一連接焊盤和/或第二連接焊盤的位置開設(shè)第一溝槽部，并在第一溝槽部的底部保留一定厚度的第二半導(dǎo)體圓片的本體材料;在第一溝槽部的底部繼續(xù)蝕刻以去除第一溝槽部的底部剩余的第二半導(dǎo)體圓片的本體材料，從而得到第二溝槽部，第一溝槽部和第二溝槽部共同形成所述溝槽。
[0019]進(jìn)一步的，第一半導(dǎo)體圓片和第二半導(dǎo)體圓片上集成的半導(dǎo)體模塊為IC或MEMS器件。
[°02°]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明采用廣泛適用的圓片鍵合(adhesive bonding)和RDL(Re-Distribut1n Layer，重分布層)互連技術(shù)，以低成本/小封裝面積方式實(shí)現(xiàn)多功能集成IC/MEMS器件的制造。
【【附圖說明】】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。其中:
[0022]圖1為本發(fā)明中的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的制造方法在一個實(shí)施例中的流程示意圖；
[0023]圖2a_圖2j為圖1中的制造方法的各個步驟實(shí)施之后的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖3a_圖3b為第一連接焊盤和第二連接焊盤的另外兩種排布情況時所述晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖4為所述重分布區(qū)只有連接部時所述晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖5a_圖5e為第二種溝槽形成方式時所述制造方法的各個步驟實(shí)施之后的晶圓級封裝結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【【具體實(shí)施方式】】
[0027]本發(fā)明的詳細(xì)描述主要通過程序、步驟、邏輯塊、過程或其他象征性的描述來直接或間接地模擬本發(fā)明技術(shù)方案的運(yùn)作。為透徹的理解本發(fā)明，在接下來的描述中陳述了很多特定細(xì)節(jié)。而在沒有這些特定細(xì)節(jié)時，本發(fā)明則可能仍可實(shí)現(xiàn)。所屬領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員使用此處的這些描述和陳述向所屬領(lǐng)域內(nèi)的其他技術(shù)人員有效的介紹他們的工作本質(zhì)。換句話說，為避免混淆本發(fā)明的目的，由于熟知的方法和程序已經(jīng)容易理解，因此它們并未被詳細(xì)描述。
[0028]此處所稱的“一個實(shí)施例”或“實(shí)施例”是指可包含于本發(fā)明至少一個實(shí)現(xiàn)