CN110246766A - 一种扇出封装结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种扇出封装结构的制造方法，包括：在载片上依次形成临时键合层和绝缘介质层；在绝缘介质层上形成第一重布线层；在第一重布线层上形成第一芯片封装层；以及在第一芯片封装层上形成第二芯片封装层。
Description
技术领域
本发明涉及集成电路封装技术领域，更具体而言，本发明涉及一种扇出封装结构及其制造方法。
背景技术
随着集成电路技术的快速发展，单位面积晶圆的芯片数量不断增大，芯片的特征尺寸逐渐小型化以满足摩尔定律的要求。虽然芯片特征尺寸减小，但是芯片内的电子元件数量却不断增加(包含电阻、电容、二极管、晶体管等)。为了实现芯片功能在产品终端的应用。在封装领域需要封装尺寸紧凑、有更多的输出终端I/O数量的封装技术。传统的倒装芯片晶圆级封装方案中I/O连接端子散布在芯片表面面积之内，从而限制了I/O连接数目。扇出型晶圆级封装能很好的解决这个问题，同时由于其具有小型化、低成本和高集成度等优点，因此正在迅速成为新型芯片和晶圆级封装技术的选择。
现有的扇出型封装通常将裸芯片的背面嵌入在环氧树脂中，然后在裸芯片的正面形成介电层和重布线层，并在裸芯片正面的焊盘与重布线层之间形成电连接，重布线层可重新规划从裸芯片上的I/O连接到外围环氧树脂区域的路线，再在重布线层的焊盘上形成焊球突起结构，由此形成扇出型封装结构。
扇出型晶圆级封装能够实现三维方向堆叠的密度最大，外形尺寸最小，并且大大改善芯片性能和低功耗。然而，现有的扇出型封装通常用于封装同一种类型的芯片，无法实现多芯片互连。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，根据本发明的一个方面，提供一种扇出封装结构的制造方法，包括：
在载片上依次形成临时键合层和绝缘介质层；
在绝缘介质层上形成第一重布线层；
在第一重布线层上形成第一芯片封装层；以及
在第一芯片封装层上形成第二芯片封装层。
在本发明的一个实施例中，该扇出封装结构的制造方法还包括对所述临时键合层进行解键合并在所述绝缘介质层上形成焊球，所述焊球与第一重布线层形成电连接。
在本发明的一个实施例中，在绝缘介质层上形成第一重布线层包括：
在绝缘介质层上形成第一转移互连线；
沉积第一绝缘材质层；
在第一绝缘层材质层中形成一个或多个第一通孔以及一个或多个第二通孔，所述第一通孔和第二通孔与第一转移互连线直接接触；以及
在第一通孔和第二通孔内沉积导电金属。
在本发明的一个实施例中，在第一重布线层上形成第一芯片封装层包括：
在所述一个或多个第一通孔上形成焊接结构；
通过焊接结构将一个或多个第一芯片焊接到所述一个或多个第一通孔；
在第一绝缘材质层和第二通孔上形成第二转移互连线，所述第二转移互连线与对应的第二通孔形成电连接；
沉积第二绝缘材质层；
在第二绝缘层材质层中形成一个或多个第三通孔，所述第三通孔与第二转移互连线直接接触；以及
在第三通孔内沉积导电金属。
在本发明的一个实施例中，在第一芯片封装层上形成第二芯片封装层包括：
在所述第三通孔上形成焊接结构；
通过焊接结构将一个或多个第二芯片焊接到所述第三通孔；以及
沉积第三绝缘材质层。
根据本发明的另一个实施例，提供一种扇出封装结构，包括：
绝缘介质层；
形成在所述绝缘介质层上的第一重布线层，所述第一重布线层包括形成在所述绝缘介质层的第一转移互连线；形成在第一转移互连线上并与之电连接的一个或多个第一导电通孔以及一个或多个第二通孔；以及包围第一转移互连线、一个或多个第一导电通孔以及一个或多个第二通孔的第一绝缘材质层；
形成在第一重布线层上的第一芯片封装层，所述第一芯片封装层包括与一个或多个第一导电通孔电连接的一个或多个第一芯片、与一个或多个第二导电通孔电连接的第二转移互连线；形成在第二转移互连线上并与之电连接的第三导电通孔；以及包围第一芯片、第二转移互连线以及第三导电通孔的第二绝缘材质层；以及
形成在第一芯片封装层上的第二芯片封装层，所述第二芯片封装层包括与第三导电通孔电连接的第二芯片；以及包围第二芯片的第三绝缘材质层。
在本发明的另一个实施例中，该扇出封装结构还包括形成在绝缘介质层上的焊球，所述焊球与第一转移互连线形成电连接。
在本发明的另一个实施例中，该扇出封装结构还包括形成在一个或多个第一导电通孔和第三导电通孔上的焊接结构，所述焊接结构与对应的芯片正面的互连结构实现电接触。
在本发明的另一个实施例中，所述焊接结构是铜柱或凸块。
在本发明的另一个实施例中，第一绝缘材质层、第二绝缘材质层和第三绝缘材质层的材料选自：氧化硅、氮氧硅、硼硅酸盐玻璃、硅酸磷玻璃PSG、硼磷硅酸盐玻璃BPSG、氟化玻璃硅酸盐玻璃FSG、low-K介质、聚酰亚胺PI、聚苯并噁唑PBO中的一种或多种。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。展示图中的图形大小不代表实际中尺寸大小，只是为了更清晰表述。
图1至图5示出根据本发明的一个实施例的扇出封装结构的制造过程的截面图。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
在本发明的各实施例中，提供一种新型的扇出封装结构，通过该扇出封装结构可实现多芯片互连。
下面结合图1至图5详细描述根据本发明的一个实施例的扇出封装结构的制造过程。
首先，如图1所示，在载片100上依次形成临时键合层101和绝缘介质层102。在本发明的具体实施例中，载片100可包括多种多样的半导体材料，如硅、锗、砷化镓、磷化铟、碳化硅等。可替代地，载片100也可由电学非导电材料、如玻璃、塑料、或蓝宝石晶片制成。临时键合层101可以是热塑或热固型有机材料，也可以是含有Cu、Ni、Cr、Co等成分的无机材料，该临时键合层101可以通过加热、机械、化学、激光、冷冻等方式解键合。绝缘介质层102的材料可以是氧化硅、聚苯并噁唑PBO或者其他光敏类或者非光敏材质。
接下来，如图2所示，在绝缘介质层102上形成第一重布线层。第一重布线层包括形成在绝缘介质层102上的转移互连线111、112、113；形成在转移互连线111、112、113上并与之电连接的导电通孔120、121、123、124、125；以及包围转移互连线111、112、113以及导电通孔120、121、123、124、125的绝缘材质层110。
在本发明的一个具体实施例中，转移互连线111、112、113可通过PVD金属沉积、光刻、电镀、金属腐蚀等工艺形成。转移互连线111、112、113可以是金属铜。然而本领域的技术人员应该清楚，本发明的保护范围不限于此。转移互连线111、112、113也可以采用其他合适的工艺方式(如金属等离子刻蚀)沉积金属铝、钛等作为转移互连线。
完成互连线制造后，进行绝缘材质层110的沉积，绝缘材质层110可以为氧化硅、氮氧硅、硼硅酸盐玻璃、硅酸磷玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、氟化玻璃硅酸盐玻璃(FSG)、low-K介质等无机材料；也可以为聚酰亚胺PI、聚苯并噁唑PBO等有机材料。根据绝缘材质的不同采用适当的方式形成通孔结构120、121、123、124、125。例如，对于如二氧化硅类的无机材质可以通过光刻、等离子刻蚀方式形成通孔结构；对于PI类的有机材料可以通过光刻工艺直接形成通孔结构。然后，在通孔结构内沉积导电金属，如铜，钛、钨等。
绝缘材质层110可以是含两层或两层以上的绝缘介质沉积层。
接下来，如图3所示，在第一重布线层上形成第一芯片封装层。第一芯片封装层包括与导电通孔125电连接的第一芯片201、与导电通孔120电连接的第二芯片202、与导电通孔121、123、124电连接的转移互连线211、212、213；形成在转移互连线211、212、213上并与之电连接的导电通孔220、221、222；以及包围第一芯片201、第二芯片202、转移互连线211、212、213以及导电通孔220、221、222的绝缘材质层200。
在本发明的具体实施例中，第一芯片201和第二芯片202可以是功能器件。第一芯片201和第二芯片202与导电通孔120、125实现电连接，因此为了确保芯片与导电通孔的电连接，需要提前在导电通孔120、125上形成焊接结构(图中未示出)，该焊接结构可以为铜柱、凸块等形状，材质可以为铜、镍、锡、银、金等金属。该焊接结构与第一芯片201和第二芯片202正面的互连结构实现电接触。
在本发明的一个具体实施例中，转移互连线211、212、213可通过PVD金属沉积、光刻、电镀、金属腐蚀等工艺形成。转移互连线211、212、213可以是金属铜。然而本领域的技术人员应该清楚，本发明的保护范围不限于此。转移互连线211、212、213也可以采用其他合适的工艺方式(如金属等离子刻蚀)沉积金属铝、钛等作为转移互连线。
完成互连线制造后，进行绝缘材质层200的沉积，绝缘材质层200可以为氧化硅、氮氧硅、硼硅酸盐玻璃、硅酸磷玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、氟化玻璃硅酸盐玻璃(FSG)、low-K介质等无机材料；也可以为聚酰亚胺PI、聚苯并噁唑PBO等有机材料。根据绝缘材质的不同采用适当的方式形成通孔结构220、221、222。例如，对于如二氧化硅类的无机材质可以通过光刻、等离子刻蚀方式形成通孔结构；对于PI类的有机材料可以通过光刻工艺直接形成通孔结构。然后，在通孔结构内沉积导电金属，如铜，钛、钨等。
绝缘材质层200可以是含两层或两层以上的绝缘介质沉积层。
接下来，如图4所示，在第一芯片封装层上形成第二芯片封装层。第二芯片封装层包括与导电通孔220、221、222电连接的第三芯片301；以及包围第三芯片301的绝缘材质层300。
在本发明的具体实施例中，第三芯片301可以是逻辑电路。第三芯片301与导电通孔220、221、222实现电连接，因此为了确保芯片与导电通孔的电连接，需要提前在导电通孔220、221、222上形成焊接结构(图中未示出)，该焊接结构可以为铜柱、凸块等形状，材质可以为铜、镍、锡、银、金等金属。该焊接结构与第三芯片301正面的互连结构实现电接触。
完成第三芯片301的焊接后，进行绝缘材质层300的沉积，绝缘材质层300可以为氧化硅、氮氧硅、硼硅酸盐玻璃、硅酸磷玻璃(PSG)、硼磷硅酸盐玻璃(BPSG)、氟化玻璃硅酸盐玻璃(FSG)、low-K介质等无机材料；也可以为聚酰亚胺PI、聚苯并噁唑PBO等有机材料。
接下来，如图5所示，进行解键合，在绝缘介质层102面上形成焊球并与转移线111、112、113实现电连接。在本发明的实施例中，可根据选用的临时键合层101的材料，选择合适的解键合方法。例如，可以通过加热、机械、化学、激光、冷冻等方式解键合。在完成解键合后，对绝缘介质层102进行刻蚀暴露转移线111、112、113的部分表面，并在暴露部分形成焊球。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。
Claims (10)
1.一种扇出封装结构的制造方法，包括：
在载片上依次形成临时键合层和绝缘介质层；
在绝缘介质层上形成第一重布线层；
在第一重布线层上形成第一芯片封装层；以及
在第一芯片封装层上形成第二芯片封装层。
2.如权利要求1所述的扇出封装结构的制造方法，其特征在于，还包括对所述临时键合层进行解键合并在所述绝缘介质层上形成焊球，所述焊球与第一重布线层形成电连接。
3.如权利要求1所述的扇出封装结构的制造方法，其特征在于，在绝缘介质层上形成第一重布线层包括：
在绝缘介质层上形成第一转移互连线；
沉积第一绝缘材质层；
在第一绝缘层材质层中形成一个或多个第一通孔以及一个或多个第二通孔，所述第一通孔和第二通孔与第一转移互连线直接接触；以及
在第一通孔和第二通孔内沉积导电金属。
4.如权利要求3所述的扇出封装结构的制造方法，其特征在于，在第一重布线层上形成第一芯片封装层包括：
在所述一个或多个第一通孔上形成焊接结构；
通过焊接结构将一个或多个第一芯片焊接到所述一个或多个第一通孔；
在第一绝缘材质层和第二通孔上形成第二转移互连线，所述第二转移互连线与对应的第二通孔形成电连接；
沉积第二绝缘材质层；
在第二绝缘层材质层中形成一个或多个第三通孔，所述第三通孔与第二转移互连线直接接触；以及
在第三通孔内沉积导电金属。
5.如权利要求4所述的扇出封装结构的制造方法，其特征在于，在第一芯片封装层上形成第二芯片封装层包括：
在所述第三通孔上形成焊接结构；
通过焊接结构将一个或多个第二芯片焊接到所述第三通孔；以及
沉积第三绝缘材质层。
6.一种扇出封装结构，包括：
绝缘介质层；
形成在所述绝缘介质层上的第一重布线层，所述第一重布线层包括形成在所述绝缘介质层的第一转移互连线；形成在第一转移互连线上并与之电连接的一个或多个第一导电通孔以及一个或多个第二通孔；以及包围第一转移互连线、一个或多个第一导电通孔以及一个或多个第二通孔的第一绝缘材质层；
形成在第一重布线层上的第一芯片封装层，所述第一芯片封装层包括与一个或多个第一导电通孔电连接的一个或多个第一芯片、与一个或多个第二导电通孔电连接的第二转移互连线；形成在第二转移互连线上并与之电连接的第三导电通孔；以及包围第一芯片、第二转移互连线以及第三导电通孔的第二绝缘材质层；以及
形成在第一芯片封装层上的第二芯片封装层，所述第二芯片封装层包括与第三导电通孔电连接的第二芯片；以及包围第二芯片的第三绝缘材质层。
7.如权利要求6所述的扇出封装结构，其特征在于，还包括形成在绝缘介质层上的焊球，所述焊球与第一转移互连线形成电连接。
8.如权利要求6所述的扇出封装结构，其特征在于，还包括形成在一个或多个第一导电通孔和第三导电通孔上的焊接结构，所述焊接结构与对应的芯片正面的互连结构实现电接触。
9.如权利要求8所述的扇出封装结构，其特征在于，所述焊接结构是铜柱或凸块。
10.如权利要求6所述的扇出封装结构，其特征在于，第一绝缘材质层、第二绝缘材质层和第三绝缘材质层的材料选自：氧化硅、氮氧硅、硼硅酸盐玻璃、硅酸磷玻璃PSG、硼磷硅酸盐玻璃BPSG、氟化玻璃硅酸盐玻璃FSG、low-K介质、聚酰亚胺PI、聚苯并噁唑PBO中的一种或多种。
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