技术领域
[0001] 本
发明涉及
半导体封装技术领域，尤其涉及一种
晶圆级堆叠形成的封装结构及其制造方法。
背景技术
[0002] 随着微
电子技术的不断发展，用户对系统的小型化、多功能、低功耗、高可靠性的要求越来越高，尤其是近年来便携式手持终端市场需求的井喷，如手提电脑、智能手机和
平板电脑等，要求更高的集成度和互连能
力。而三维堆叠封装是满足上述要求的一种非常有效的技术途径。
[0003] 在现有的晶圆级三维堆叠封装结构，通常需要制作高难度的TSV结构，其工艺复杂，成本高昂。此外，通过载板辅助的单面塑封，由于塑封材料与晶圆
应力的不同容易导致
翘曲，从而影响封装结构的可靠性。
[0004] 针对现有的晶圆级三维堆叠封装结构由于高难度TSV结构导致的工艺复杂、成本高昂等问题，本发明提出一种晶圆级堆叠的封装结构及其制造方法，通过在载板内形成空腔埋入芯片，并设置贯穿通孔/窗口，通过第二载板的导电
铜柱实现双载板堆叠封装结构，至少部分的克服了上述
现有技术存在的问题。
发明内容
[0005] 针对现有的三维堆叠封装结构由于上下表面为不同材料导致的封装结构翘曲问题，根据本发明的一个
实施例，提供一种堆叠封装结构，包括：
[0006] 第一载板；
[0007] 芯片埋入凹槽，所述芯片埋入凹槽设置在所述第一载板的
正面；
[0008] 第一载板贯通窗口，所述第一载板贯通窗口贯穿所述第一载板的上下表面，且与所述芯片埋入凹槽隔离开；
[0009] 芯片，所述芯片正面朝上设置在所述芯片埋入凹槽中；
[0010] 第二载板，所述第二载板设置在所述第一载板的背面；
[0011] 巨型铜柱，所述巨型铜柱设置所述第二载板的上表面，且伸入所述第一载板贯通窗口中；
[0012] 塑封层，所述塑封层
覆盖所述第一载板的正面，且填充所述巨型铜柱与所述第一载板贯通窗口之间的间隙和所述芯片与所述芯片埋入凹槽之间的间隙。
[0013] 布局布线层，所述布局布线层设置在所述塑封层的上方，且电连接至所述芯片焊盘和所述巨型铜柱；以及
[0014] 外接焊球，所述外接焊球设置在所述布局布线层上方，且电连接至所述布局布线层。
[0015] 在本发明的一个实施例中，所述芯片埋入凹槽的内壁还设置有
信号屏蔽结构。
[0016] 在本发明的一个实施例中，所述第一载板贯通窗口的俯视图形为长方形或圆形或其构成的阵列。
[0017] 在本发明的一个实施例中，所述芯片通过贴片胶将其背面贴片至所述芯片埋入凹槽的底部。
[0018] 在本发明的一个实施例中，所述芯片的焊盘和所述巨型铜柱的顶面低于所述第一载板的正面。
[0019] 在本发明的一个实施例中，所述芯片的焊盘和所述巨型铜柱的顶面高于所述第一载板的正面。
[0020] 在本发明的一个实施例中，所述第二载板内还设置有互连线路和或有源器件和或无源器件。
[0021] 在本发明的一个实施例中，所述堆叠封装结构为晶圆级堆叠形成的封装结构。
[0022] 根据本发明的另一个实施例，提供一种晶圆级堆叠封装结构的制造方法，包括：
[0023] 在第一载板上形成芯片埋入凹槽和第一载板贯通窗口；
[0024] 在芯片埋入凹槽内正面贴装芯片；
[0025] 在第二载板正面形成巨型铜柱；
[0026] 将第一载板的背面和第二载板的正面对准后进行晶圆键合；
[0027] 塑封形成覆盖第一载板的正面的塑封层；
[0028] 在塑封层上方形成布局布线层；以及
[0029] 在布局布线层上面形成外接焊球。
[0030] 在本发明的另一个实施例中，所述将第一载板的背面和第二载板的正面对准后，所述巨型铜柱位于所述第一载板贯通窗口中；所述塑封层填充所述巨型铜柱与所述第一载板贯通窗口之间的间隙和所述芯片与所述芯片埋入凹槽之间的间隙。
[0031] 本发明提供一种晶圆级堆叠的封装结构及其制造方法，通过预先在第一载板内形成可放置芯片的空腔，降低封装结构的高度；同时通过在空腔内设置屏蔽结构，降
低信号干扰；再在第一载板内形成贯穿通孔/窗口；通过第二载板与第一载板的键合，实现第二载板的导电铜柱与第一载板的贯穿通孔/窗口匹配，实现电/信号互连；最后在第一载板上面形成整体塑封、重新布局布线以及外接焊球，形成最终封装结构。基于本发明提供的该种晶圆级堆叠的封装结构及其制造方法通过晶圆键合实现堆叠封装，通过
硅槽内铜柱实现上下两层信号互连，可以避免制作高难度TSV工艺，从而降低成本；此外，晶圆级键合降低封装结构的翘曲，改善了产品的良率和可靠性，并提升封装产能。
附图说明
[0032] 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。
[0033] 图1示出根据本发明的一个实施例的一种晶圆级堆叠的封装结构100的剖面示意图。
[0034] 图2A至图2G示出根据本发明的一个实施例形成该晶圆级堆叠的封装结构100的过程示意图。
[0035] 图3示出根据本发明的一个实施例形成该晶圆级堆叠的封装结构100的
流程图300。
[0036] 图4示出根据本发明的又一实施例的一种晶圆级堆叠的封装结构400的剖面示意图。
具体实施方式
[0037] 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。
[0038] 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。
[0039] 需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。
[0040] 本发明提供一种晶圆级堆叠的封装结构及其制造方法，通过预先在第一载板内形成可放置芯片的空腔，降低封装结构的高度；同时通过在空腔内设置屏蔽结构，降低信号干扰；再在第一载板内形成贯穿通孔/窗口；通过第二载板与第一载板的键合，实现第二载板的导电铜柱与第一载板的贯穿通孔/窗口匹配，实现电/信号互连；最后在第一载板上面形成整体塑封、重新布局布线以及外接焊球，形成最终封装结构。基于本发明提供的该种晶圆级堆叠的封装结构及其制造方法通过晶圆键合实现堆叠封装，通过硅槽内铜柱实现上下两层信号互连，可以避免制作高难度TSV工艺，从而降低成本；此外，晶圆级键合降低封装结构的翘曲，改善了产品的良率和可靠性，并提升封装产能。
[0041] 下面结合图1来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种晶圆级堆叠的封装结构。图1示出根据本发明的一个实施例的一种晶圆级堆叠的封装结构100的剖面示意图，如图1所示，该晶圆级堆叠的封装结构100进一步包括第一载板110、芯片埋入凹槽120、第一载板贯通窗口130、芯片140、第二载板150、巨型铜柱160、塑封层170、布局布线层180以及外接焊球190。
[0042] 第一载板110通常为晶圆级硅载板。在本发明的一个实施例中，第一载板110为减薄后的晶圆，厚度在150微米至300微米。
[0043] 芯片埋入凹槽120设置在第一载板110的正面，向第一载板110内部延伸。在本发明的一个实施例中，芯片埋入凹槽120为截面为梯形的凹槽，深度为100微米至200微米。在本发明的又一实施例中，芯片埋入凹槽120还可以为截面为长方形的垂直凹槽。在本发明的再一实施例中，芯片埋入凹槽120的内壁还设置有信号屏蔽结构，如金属壁。
[0044] 第一载板贯通窗口130贯穿第一载板110的上下表面，通过图形化精确布局在第一载板110的具体
位置。在本发明的一个实施例中，俯视来看，第一载板贯通窗口130为方向凹槽。在本发明的又一实施例中，第一载板贯通窗口130为圆形通孔或其他形状的通孔。在本发明的再一实施例中，第一载板贯通窗口130还可以为贯穿第一载板110的图形阵列。
[0045] 芯片140正装贴片设置在芯片埋入槽120中，芯片140的芯片焊盘245朝上，芯片背部通过贴片胶固定在芯片埋入槽120底部。芯片140可以为处理器、FPGA、MCU等逻辑处理芯片，也可以为DRAM、FLASH、EPROOM等存储芯片，或者SOC、
传感器等其他类型芯片。
[0046] 第二载板150键合设置在第一载板110的背面。第二载板150也可以为晶圆级硅载板。在本发明的一个实施例中，第二载板150内部设置有互连线路155。在本发明的又一实施例中，第二载板150中还可以包括有源或无源器件。
[0047] 巨型铜柱160电连接第二载板150的的互连线路155，并设置在第一载板贯通窗口130中。
[0048] 塑封层170覆盖设置在第一载板110的正面，填充巨型铜柱160与第一载板贯通窗口130之间的间隙、芯片140与芯片埋入凹槽120之间的间隙。在本发明的一个实施例中，塑封层170的材料为
树脂。
[0049] 布局布线层180设置在塑封层170的上方，布局布线层180电连接至芯片焊盘145和巨型铜柱160。在本发明的一个实施例中，可以为
单层或多层，其中在相邻层布局布线层180间还具有层间导电通孔，实现电和或信号互连，在最外层布局布线层180上还设置有外接焊盘(图中未示出)。
[0050] 外接焊球190设置在布局布线层180的上面，并与布局布线层180电连接。在本发明的一个实施例中，外接焊球190通过植球、电
镀等工艺形成，可以为无铅焊球或者导电铜柱，起到封装结构与外部
电路和系统的电和或信号互连作用。
[0051] 下面结合图2A至图2D以及图3来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种形成该晶圆级堆叠的封装结构100的方法。图2A至图2G示出根据本发明的一个实施例形成该晶圆级堆叠的封装结构100的过程示意图；图3示出根据本发明的一个实施例形成该晶圆级堆叠的封装结构100的流程图300。
[0052] 首先，在步骤310，如图2A所示，图2A的上图为俯视图，下图为截面图，在第一载板210上形成芯片埋入凹槽220和第一载板贯通窗口230，其中芯片埋入凹槽220位于第一载板
210的正面。在本发明的一个实施例中，第一载板210的硅晶圆，芯片埋入凹槽220和第一载板贯通窗口230分别通过图形化
刻蚀形成。在本发明的一个实施例中，芯片埋入凹槽220内还设置有信号屏蔽结构225，如金属壁。
[0053] 接下来，在步骤320，如图2B所示，在芯片埋入凹槽220内正面贴装芯片240，芯片240的芯片焊盘245朝上。在本发明的一个具体实施例中，芯片240通过贴片胶将芯片240的背面固定贴片至芯片埋入凹槽220的底部。
[0054] 然后，在步骤330，如图2C所示，在第二载板250正面形成巨型铜柱260。在本发明的一个实施例中，第二载板250内部具有互连线路255。在本发明的又一实施例中，第二载板250内还可以具有有源或无源器件。
[0055] 接下来，在步骤340，如图2D所示，对第一载板210的背面和第二载板250的正面进行对准后进行晶圆键合，其中第二载板250正面的巨型铜柱260位于第一载板210的第一载板贯通窗口230中。在本发明的一个实施例中，第一载板210和第二载板250的键合可以为静电键合，也可以为通过
焊接材料的焊接键合。
[0056] 然后，在步骤350，如图2E所示，塑封形成覆盖第一载板210的正面的塑封层270。其中塑封层270填充巨型铜柱260与第一载板贯通窗口230之间的间隙以及芯片240与芯片埋入凹槽220之间的间隙，并在第一载板210的正面形成一层塑封层。
[0057] 接下来，在步骤360，如图2F所示，在塑封层270上方形成布局布线层280，布局布线层280电连接芯片240的芯片焊盘245以及巨型铜柱260。在本发明的一个实施例中，布局布线层280可以为单层或多层，布局布线层280进一步包括平面布线层和垂直通孔互连，其中在最外层的布局布线层上还设置有外接焊盘。在本发明的一个具体实施例中，可以通过图形化
电镀工艺形成对应的布局布线层280。
[0058] 最后，在步骤370，如图2G所示，在布局布线层280上面形成外接焊球290，外接焊球290电连接至布局布线层280。具体的，外接焊球290通过植球、电镀等工艺形成，可以为无铅焊球或者导电铜柱，起到封装结构与外部电路和系统的电和或信号互连作用。
[0059] 下面再结合图4来详细介绍根据本发明的又一实施例的一种晶圆级堆叠的封装结构。图4示出根据本发明的又一实施例的一种晶圆级堆叠的封装结构400的剖面示意图。如图4所示，该晶圆级堆叠的封装结构400进一步包括第一载板410、芯片埋入凹槽420、第一载板贯通窗口430、芯片440、第二载板450、巨型铜柱460、塑封层470、布局布线层480以及外接焊球490。
[0060] 该晶圆级堆叠的封装结构400与前述晶圆级堆叠的封装结构100的不同点仅在于芯片440的焊盘445以及巨型铜柱460凸出到第一载板410的上表面。对应的第一载片410厚度可以更薄，第一载板贯通窗口430的刻蚀更加方便。
[0061] 基于本发明提供的该种晶圆级堆叠的封装结构及其制造方法，通过预先在第一载板内形成可放置芯片的空腔，降低封装结构的高度；同时通过在空腔内设置屏蔽结构，降低信号干扰；再在第一载板内形成贯穿通孔/窗口；通过第二载板与第一载板的键合，实现第二载板的导电铜柱与第一载板的贯穿通孔/窗口匹配，实现电/信号互连；最后在第一载板上面形成整体塑封、重新布局布线以及外接焊球，形成最终封装结构。基于本发明提供的该种晶圆级堆叠的封装结构及其制造方法通过晶圆键合实现堆叠封装，通过硅槽内铜柱实现上下两层信号互连，可以避免制作高难度TSV工艺，从而降低成本；此外，晶圆级键合降低封装结构的翘曲，改善了产品的良率和可靠性，并提升封装产能。
[0062] 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。
