CN116798885A - 半导体封装结构及半导体封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种半导体封装结构及半导体封装方法，所述半导体封装方法包括：提供一晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；放置封装模具于所述晶圆键合结构上，所述封装模具具有空腔，所述空腔内外通过所述凹槽连通；并且，注入塑封材料至所述空腔内或预先放置塑封材料于所述空腔对应的所述晶圆键合结构上，且所述塑封材料流至所述凹槽中，所述空腔内的空气从所述凹槽排出至所述空腔外。本发明的技术方案在将封装模具内的空气排出的同时，还能使得同一封装模具兼容不同尺寸和流动性的塑封材料，进而降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种半导体封装结构及半导体封装方法。
背景技术
晶圆级封装结构因其具有尺寸小、电性能优良、散热好、成本低等优势，近年来发展迅速。如图1和图2所示，图2是图1中的位置A1处的放大图，晶圆级封装的步骤可以包括：首先，将封装模具14放置于晶圆11上，且晶圆11上键合的芯片12位于封装模具14的空腔内；然后，向封装模具14的空腔内注入融化的塑封材料；然后，烘烤塑封材料，以形成塑封层13。
由于在上述晶圆级封装的过程中，封装模具14内会难以避免存在空气，且在向封装模具14的空腔内注入塑封材料时也会带入空气，若空气未被排出至空腔外，空气会被包裹在塑封层13内而形成气泡，进而影响封装结构的性能。因此，会在封装模具14的与晶圆11接触的表面设计通气孔141，以将空腔内的空气排出。
但是，通气孔141的深度D1是由塑封材料的尺寸和流动性等因素决定的，当塑封材料的尺寸和流动性发生变化时，则需要重新设计具有对应深度D1的通气孔141的封装模具14，而新的封装模具14设计及制造周期长，且成本昂贵(成本通常大于50万美金)。
因此，如何在将封装模具内的空气排出的同时，还能降低成本是亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种半导体封装结构及半导体封装方法，在将封装模具内的空气排出的同时，还能使得同一封装模具兼容不同尺寸和流动性的塑封材料，进而降低成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种半导体封装方法，包括：
提供一晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；
放置封装模具于所述晶圆键合结构上，所述封装模具具有空腔，所述空腔内外通过所述凹槽连通；并且，注入塑封材料至所述空腔内或预先放置塑封材料于所述空腔对应的所述晶圆键合结构上，且所述塑封材料流至所述凹槽中，所述空腔内的空气从所述凹槽排出至所述空腔外。
可选地，所述晶圆键合结构包括晶圆以及键合于所述晶圆上的多个芯片，所述凹槽形成于所述多个芯片外围的所述晶圆边缘；所述芯片位于所述空腔内，所述塑封材料覆盖所述芯片。
可选地，所述空腔的内侧壁与所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间的水平距离大于所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的深度。
可选地，所述凹槽的深度从所述晶圆键合结构的中心至所述晶圆键合结构的边缘逐渐减小。
可选地，所述凹槽的深度为10μm～100μm。
可选地，采用刻蚀或激光工艺形成所述凹槽于所述晶圆键合结构的边缘。
本发明还提供了一种半导体封装结构，包括：
晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；
塑封层，形成于所述晶圆键合结构上，且所述塑封层延伸至所述凹槽中。
可选地，所述晶圆键合结构包括晶圆以及键合于所述晶圆上的多个芯片，所述凹槽形成于所述多个芯片外围的所述晶圆边缘，所述塑封层覆盖所述芯片。
可选地，所述塑封层的侧壁与所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间的水平距离大于所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的深度。
可选地，所述凹槽的深度从所述晶圆键合结构的中心至所述晶圆键合结构的边缘逐渐减小。
可选地，所述凹槽的深度为10μm～100μm。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：
1、本发明的半导体封装方法，由于晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；通过放置封装模具于所述晶圆键合结构上，所述封装模具具有空腔，所述空腔内外通过所述凹槽连通；并且，注入塑封材料至所述空腔内或预先放置塑封材料于所述空腔对应的所述晶圆键合结构上，且所述塑封材料流至所述凹槽中，所述空腔内的空气从所述凹槽排出至所述空腔外，使得在将封装模具内的空气排出的同时，还不用重新设计排气模具，能使得同一封装模具兼容不同尺寸和流动性的塑封材料，进而降低成本。
2、本发明的半导体封装结构，由于包括：晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；塑封层，形成于所述晶圆键合结构上，且所述塑封层延伸至所述凹槽中，使得在将封装模具内的空气排出的同时，还不用重新设计排气模具，能使得同一封装模具兼容不同尺寸和流动性的塑封材料，进而降低成本。
附图说明
图1是一种采用封装模具进行晶圆级封装的示意图；
图2是一种封装模具中的通气孔的结构示意图；
图3是本发明一实施例的半导体封装方法的流程图；
图4a～图4f是图3所示的半导体封装方法中的器件示意图。
其中，附图1～图4f的附图标记说明如下：
11-晶圆；12-芯片；13-塑封层；14-封装模具；141-通气孔；21-晶圆；211-衬底；212-绝缘介质层；22-芯片；23-凹槽；24-封装模具；241-空腔；25-塑封层。
具体实施方式
为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下对本发明提出的半导体封装结构及半导体封装方法作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明一实施例提供了一种半导体封装方法，参阅图3，从图3中可看出，所述半导体封装方法包括：
步骤S1，提供一晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；
步骤S2，放置封装模具于所述晶圆键合结构上，所述封装模具具有空腔，所述空腔内外通过所述凹槽连通；并且，注入塑封材料至所述空腔内或预先放置塑封材料于所述空腔对应的所述晶圆键合结构上，且所述塑封材料流至所述凹槽中，所述空腔内的空气从所述凹槽排出至所述空腔外。
下面参阅图4a～图4f对本实施例提供的半导体封装方法进行详细说明，图4a、图4c～图4f是纵向剖面示意图，图4b是俯视示意图，且图4a是图4b沿AA’方向的纵向剖面示意图，图4d是图4c中的位置A2处的放大图。
按照步骤S1，如图4a和图4b所示，提供一晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽23。所述凹槽23的数量优选为多个。
所述晶圆键合结构包括晶圆21以及键合于所述晶圆21上的多个芯片22。其中，如图4b所示，多个所述芯片22阵列排布于所述晶圆21上，各个所述凹槽23间隔地形成于所述多个芯片22外围的所述晶圆21边缘，且所述凹槽23未与最外侧的芯片22接触。
所述芯片22可以通过微凸点键合、熔融键合或混合键合等方式键合于所述晶圆21上，在一些实施例中也包括通过键合胶等其它胶体的键合。需要说明的是，所述晶圆21和所述芯片22的种类不限。
所述晶圆21可以包括衬底211和形成于所述衬底211上的绝缘介质层212，所述绝缘介质层212中可以形成有金属互连结构、栅极结构等结构，所述衬底211中可以形成隔离结构、阱区等结构。绝缘介质层212可以是一层结构，也可以是多层结构。
所述凹槽23可以形成于所述绝缘介质层212中(如图4a和图4b所示)，或者，所述凹槽23可以从所述绝缘介质层212中延伸至所述衬底211中，取决于所述凹槽23的深度要求以及所述绝缘介质层212的厚度。
所述凹槽23的深度可以为10μm～100μm，所述凹槽23在所述晶圆键合结构的中心至所述晶圆键合结构的边缘方向上的长度可以为2mm～3mm。
优选地，所述凹槽23的深度从所述晶圆键合结构的中心至所述晶圆键合结构的边缘逐渐减小。
另外，可以采用刻蚀或激光工艺形成所述凹槽23于所述晶圆键合结构的边缘，通过调整刻蚀和激光工艺的参数来形成所需深度和长度的所述凹槽23。
并且，可以在所述芯片22键合于所述晶圆21上之前或之后形成所述凹槽23于所述晶圆21的边缘。
按照步骤S2，如图4c～图4e所示，放置封装模具24于所述晶圆键合结构上，所述封装模具24具有空腔241，所述空腔241内外通过所述凹槽23连通；并且，注入塑封材料至所述空腔241内或预先放置塑封材料于所述空腔241对应的所述晶圆键合结构上，且所述塑封材料流至所述凹槽23中，所述空腔241内的空气从所述凹槽23排出至所述空腔241外。
其中，可以先放置封装模具24于所述晶圆键合结构上，再注入塑封材料至所述空腔241内，此时，所述塑封材料为加热融化状态。所述封装模具24上可以设置有注塑口(未图示)，以通过所述注塑口将塑封材料注入所述空腔241内。
或者，先放置固体状态(指不具有明显可流动性的状态)的塑封材料于所述空腔241对应的所述晶圆键合结构上，再放置封装模具24于所述晶圆键合结构上，所述封装模具24盖住固体状态的塑封材料，并通过加热使得所述塑封材料呈融化状态，比如加热温度可以为110℃～160℃。其中，固体状态的塑封材料可以为粉末状或饼状等。
从图4c中可看出，所述芯片22位于所述空腔241内，所述封装模具24的侧壁仅覆盖每个所述凹槽23的一部分，以使得所述凹槽23的两端分别与所述空腔241内和所述空腔241外连通。
如图4e所示，在所述空腔241内的空气从所述凹槽23排出至所述空腔241外之后，融化状态的所述塑封材料也已将所述空腔241填满，所述塑封材料覆盖所述芯片22，融化状态的所述塑封材料流至所述凹槽23中，通过冷却所述融化状态的所述塑封材料，使得所述塑封材料固化后形成塑封层25。
所述塑封材料可以为环氧树脂、硅酸乙酯介质材料或二氧化硅介质胶等。
优选的，所述步骤S2在真空环境中执行，但是，所述空腔241内会难以避免存在空气，且在注入所述塑封材料至所述空腔241内的过程中也会带入空气至所述空腔241内，由于所述空腔241内外通过所述凹槽23连通，使得在注入融化状态的所述塑封材料至所述空腔241内的过程中或加热固体状态的所述塑封材料至融化状态的过程中，所述空腔241内的空气被融化状态的所述塑封材料挤压，进而使得空气能够通过所述凹槽23排出至所述空腔241外，避免形成的塑封层25中包裹有气泡，从而避免影响半导体封装结构的性能(例如分层、空洞等问题)。
在一些实施例中，在至少大多数的空气通过所述凹槽23排出至所述空腔241外之后，融化状态的所述塑封材料也会流至所述凹槽23中，且所述塑封材料在所述凹槽23中流动的过程中会逐渐固化，通过控制所述凹槽23的深度，可以使得所述塑封材料能够很快在所述凹槽23中停止流动，以将所述凹槽23堵住，避免融化状态的所述塑封材料通过所述凹槽23不断地向所述空腔241外流出，进而使得所述塑封材料能够将所述空腔241填满。
其中，所述塑封材料可以流至部分所述凹槽23中；或者，所述塑封材料刚好填满所述凹槽23；或者，所述塑封材料填满所述凹槽23且少量溢出至所述封装模具24外侧的所述晶圆21上。
当所述塑封材料的成分、芯片22的尺寸等因素发生变化时，融化状态的所述塑封材料的尺寸以及流动性也会不同，那么，需要对应设计不同深度和长度的所述凹槽23，以及对应设计所述空腔241的内侧壁与所述凹槽23靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间所需的水平距离，以使得所述空腔241内的空气通过所述凹槽23排出至所述空腔241外之后，融化状态的所述塑封材料能够流入所述凹槽23中，并在所述凹槽23中固化，进而使得能够堵住所述凹槽23，避免大量的所述塑封材料流出所述凹槽23后溢出到所述晶圆21上。
并且，如图4d所示，优选所述空腔241的内侧壁与所述凹槽23靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间的水平距离D3大于所述凹槽23靠近所述晶圆键合结构中心一端的深度D2，以使得在所述空腔241内的空气通过所述凹槽23排出至所述空腔241外之后，融化状态的所述塑封材料能够更加顺利地穿过所述空腔241的内侧壁与所述凹槽23靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间的间隙后流入所述凹槽23中；并且，优选所述凹槽23的深度从所述晶圆键合结构的中心至所述晶圆键合结构的边缘逐渐减小，以使得融化状态的所述塑封材料在所述凹槽23中的流动速度逐渐降低，进而确保融化状态的所述塑封材料在流出所述凹槽23之前固化堵住所述凹槽23。
在本发明提供的半导体封装方法中，由于用于排出空气的所述凹槽23形成于所述晶圆键合结构的边缘，使得在制造所述晶圆键合结构的工艺过程中，通过调整形成所述凹槽23的工艺参数即可获得不同深度和长度的所述凹槽23，以及调整所述凹槽23在所述晶圆键合结构上的形成位置即可获得所述空腔241的内侧壁与所述凹槽23靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间所需的水平距离，进而满足不同尺寸和流动性的所述塑封材料的要求，从而不用重新设计排气模具，使得同一个封装模具24能够兼容不同尺寸和流动性的所述塑封材料的要求，与现有的将用于排出空气的通气孔141设置于封装模具14中相比，大大节约了成本。
另外，如图4f所示，所述半导体封装方法还包括：去除所述封装模具24。
并且，所述半导体封装方法还可包括：切割相邻所述芯片22之间的塑封层25、所述塑封层25的边缘及其下方的所述晶圆21，以获得封装的芯片堆叠结构。
综上所述，本发明提供一种半导体封装方法，包括：提供一晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；放置封装模具于所述晶圆键合结构上，所述封装模具具有空腔，所述空腔内外通过所述凹槽连通；并且，注入塑封材料至所述空腔内或预先放置塑封材料于所述空腔对应的所述晶圆键合结构上，且所述塑封材料流至所述凹槽中，所述空腔内的空气从所述凹槽排出至所述空腔外。本发明提供的半导体封装方法在将封装模具内的空气排出的同时，还能使得同一封装模具兼容不同尺寸和流动性的塑封材料，进而降低成本。
本发明一实施例提供了一种半导体封装结构，包括：晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；塑封层，形成于所述晶圆键合结构上，且所述塑封层延伸至所述凹槽中。
下面参阅图4f对本实施例提供的半导体封装结构进行详细说明。
所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽(即图4a和图4b中的凹槽23)。所述凹槽的数量优选为多个。
所述晶圆键合结构包括晶圆21以及键合于所述晶圆21上的多个芯片22。其中，多个所述芯片22阵列排布于所述晶圆21上，各个所述凹槽间隔地形成于所述多个芯片22外围的所述晶圆21边缘，且所述凹槽未与最外侧的芯片22接触。
需要说明的是，所述晶圆21和所述芯片22的种类不限。
所述晶圆21可以包括衬底211和形成于所述衬底211上的绝缘介质层212，所述绝缘介质层212中可以形成有金属互连结构、栅极结构等结构，所述衬底211中可以形成隔离结构、阱区等结构。绝缘介质层212可以是一层结构，也可以是多层结构。
所述凹槽可以形成于所述绝缘介质层212中，或者，所述凹槽可以从所述绝缘介质层212中延伸至所述衬底211中，取决于所述凹槽的深度要求以及所述绝缘介质层212的厚度。
所述凹槽的深度可以为10μm～100μm，所述凹槽在所述晶圆键合结构的中心至所述晶圆键合结构的边缘方向上的长度可以为2mm～3mm。
优选地，所述凹槽的深度从所述晶圆键合结构的中心至所述晶圆键合结构的边缘逐渐减小。
所述塑封层25形成于所述晶圆键合结构上的各个所述凹槽所围成的区域内，且所述塑封层25延伸至所述凹槽中，所述塑封层25覆盖所述芯片22。
优选地，所述塑封层25的侧壁与所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间的水平距离大于所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的深度。
所述塑封层25的材质可以为环氧树脂、硅酸乙酯介质材料或二氧化硅介质胶等。
所述塑封层25能够采用封装模具(即图4c中的封装模具24)通过注塑工艺形成，具体地，通过注入融化状态的塑封材料至所述封装模具的空腔(即图4c中的空腔241)内，并将所述塑封材料冷却固化后形成所述塑封层25；或者，可以通过先放置固体状态的塑封材料于所述空腔241对应的所述晶圆键合结构上，再放置封装模具24盖住固体状态的塑封材料，并通过加热使得所述塑封材料呈融化状态后冷却固化形成所述塑封层25。
其中，形成所述塑封层25的工艺在真空环境中执行，但是，所述空腔内难以避免还是会存在空气，且在注入所述塑封材料至所述空腔内的过程中也会带入空气至所述空腔内，那么，所述塑封层25延伸至所述凹槽中相当于设计所述空腔内外通过所述凹槽连通，使得在注入融化状态的所述塑封材料至所述空腔内的过程中或加热固体状态的所述塑封材料至融化状态的过程中，所述空腔内的空气被融化状态的所述塑封材料挤压，进而使得空气能够通过所述凹槽排出至所述空腔外，避免形成的塑封层25中包裹有气泡，从而避免影响半导体封装结构的性能(例如分层、空洞等问题)。
在一些实施例中，在至少大多数的空气通过所述凹槽排出至所述空腔外之后，融化状态的所述塑封材料会流至所述凹槽中，且所述塑封材料在所述凹槽中流动的过程中会逐渐固化，通过控制所述凹槽的深度，可以使得所述塑封材料能够很快在所述凹槽中停止流动，以将所述凹槽堵住，即实现所述塑封层25延伸至所述凹槽中，避免融化状态的所述塑封材料通过所述凹槽不断地向所述空腔外流出，进而使得所述塑封材料能够将所述空腔填满。
其中，所述塑封层25可以延伸至部分所述凹槽中；或者，所述塑封层25刚好填满所述凹槽；或者，所述塑封层25填满所述凹槽且少量溢出至所述封装模具外侧的所述晶圆21上。
当所述塑封材料的成分(即所述塑封层25的材质)、芯片22的尺寸等因素发生变化时，融化状态的所述塑封材料的尺寸以及流动性也会不同，那么，需要对应设计不同深度和长度的所述凹槽，以及对应设计所述塑封层25的侧壁与所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间所需的水平距离，以使得所述空腔内的空气通过所述凹槽排出至所述空腔外之后，融化状态的所述塑封材料能够流入所述凹槽中，并在所述凹槽中固化，进而使得能够堵住所述凹槽，避免大量的所述塑封材料流出所述凹槽后溢出到所述晶圆21上。
并且，优选所述塑封层25的侧壁与所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间的水平距离大于所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的深度，以使得在所述空腔内的空气通过所述凹槽排出至所述空腔外之后，融化状态的所述塑封材料能够更加顺利地穿过所述空腔的内侧壁与所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间的间隙后流入所述凹槽中；并且，优选所述凹槽的深度从所述晶圆键合结构的中心至所述晶圆键合结构的边缘逐渐减小，以使得融化状态的所述塑封材料在所述凹槽中的流动速度逐渐降低，进而确保融化状态的所述塑封材料在流出所述凹槽之前固化堵住所述凹槽。
在本发明提供的半导体封装结构中，由于用于排出空气的所述凹槽形成于所述晶圆键合结构的边缘，使得通过调整形成所述凹槽的工艺参数即可获得不同深度和长度的所述凹槽，以及调整所述凹槽在所述晶圆键合结构上的形成位置即可获得所述塑封层25的侧壁与所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间所需的水平距离，进而满足不同尺寸和流动性的所述塑封材料的要求，从而不用重新设计排气模具，使得同一个封装模具能够兼容不同尺寸和流动性的所述塑封材料的要求，与现有的将用于排出空气的通气孔141设置于封装模具14中相比，大大节约了成本。
综上所述，本发明提供一种半导体封装结构，包括：晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；塑封层，形成于所述晶圆键合结构上，且所述塑封层延伸至所述凹槽中。本发明提供的半导体封装结构使得在将封装模具内的空气排出的同时，还能使得同一封装模具兼容不同尺寸和流动性的塑封材料，进而降低成本。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。
Claims (11)
1.一种半导体封装方法，其特征在于，包括：
提供一晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；
放置封装模具于所述晶圆键合结构上，所述封装模具具有空腔，所述空腔内外通过所述凹槽连通；并且，注入塑封材料至所述空腔内或预先放置塑封材料于所述空腔对应的所述晶圆键合结构上，且所述塑封材料流至所述凹槽中，所述空腔内的空气从所述凹槽排出至所述空腔外。
2.如权利要求1所述的半导体封装方法，其特征在于，所述晶圆键合结构包括晶圆以及键合于所述晶圆上的多个芯片，所述凹槽形成于所述多个芯片外围的所述晶圆边缘；所述芯片位于所述空腔内，所述塑封材料覆盖所述芯片。
3.如权利要求1所述的半导体封装方法，其特征在于，所述空腔的内侧壁与所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间的水平距离大于所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的深度。
4.如权利要求3所述的半导体封装方法，其特征在于，所述凹槽的深度从所述晶圆键合结构的中心至所述晶圆键合结构的边缘逐渐减小。
5.如权利要求1所述的半导体封装方法，其特征在于，所述凹槽的深度为10μm～100μm。
6.如权利要求1所述的半导体封装方法，其特征在于，采用刻蚀或激光工艺形成所述凹槽于所述晶圆键合结构的边缘。
7.一种半导体封装结构，其特征在于，包括：
晶圆键合结构，所述晶圆键合结构的边缘形成有凹槽；
塑封层，形成于所述晶圆键合结构上，且所述塑封层延伸至所述凹槽中。
8.如权利要求7所述的半导体封装结构，其特征在于，所述晶圆键合结构包括晶圆以及键合于所述晶圆上的多个芯片，所述凹槽形成于所述多个芯片外围的所述晶圆边缘，所述塑封层覆盖所述芯片。
9.如权利要求7所述的半导体封装结构，其特征在于，所述塑封层的侧壁与所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的内侧壁之间的水平距离大于所述凹槽靠近所述晶圆键合结构中心一端的深度。
10.如权利要求9所述的半导体封装结构，其特征在于，所述凹槽的深度从所述晶圆键合结构的中心至所述晶圆键合结构的边缘逐渐减小。
11.如权利要求7所述的半导体封装结构，其特征在于，所述凹槽的深度为10μm～100μm。
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