一种晶圆封装方法和结构与流程

本发明涉及半导体封装技术领域，具体涉及一种晶圆封装方法和结构。

背景技术：

晶圆级芯片封装技术是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片，封装后的芯片尺寸与裸片一致，是当前封装领域的热点和未来发展的趋势。晶圆级芯片封装技术通常把半导体芯片外围排列的焊垫通过再分布过程分布成面阵列排列的大量金属焊球，有时被称为焊接凸点。

在晶圆键合过程中，采用硅通孔技术(throughsiliconvia,tsv)实现芯片和芯片之间、晶圆和晶圆之间的垂直导通，使之在三维方向上堆叠集成。

现有技术中晶圆整面电镀完成后需要进行线路图形化处理，实现硅通孔和凸点的连接，在图形化处理过程中因刻蚀造成线路表面不平整粗糙度高，线路有侧刻，芯片表面平整度差，这些缺陷影响电信号的传输性能。

技术实现要素：

因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的图形化处理过程中因刻蚀而造成线路表面不平整粗糙度高，线路有侧刻以及芯片表面平整度差的缺陷。

为此，本发明提供一种晶圆封装方法，包括以下步骤：

在晶圆内形成若干芯片单元，在一个或多个所述芯片单元的背面刻蚀出轮廓与线路形貌对应的凹槽，所述凹槽位于所述晶圆的焊盘的上方；

在所述凹槽底部打孔，将所述凹槽与所述焊盘连通；

在晶圆背部的外表面淀积绝缘层，刻蚀沉积在所述焊盘表面的绝缘层；

在所述晶圆背面进行电镀，电镀材料填充所述凹槽及其与焊盘连通的孔；

对所述晶圆背面进行抛光，抛光至所述绝缘层,使得所述凹槽间不连通；

在所述晶圆背面淀积保护层，在位于凹槽上部的所述保护层上开窗，在所述开窗处制备凸点，所述凸点与所述凹槽内的电镀材料连接。

优选地，所述在所述晶圆的背面刻蚀出轮廓与线路形貌对应的凹槽的步骤中，所述凹槽的形状根据线路需求设计，所述线路需求根据所述凸点和所述焊盘的位置确定。

优选地，所述凹槽包括与凸点位置对应的第一圆槽和与所述焊盘对应的第二圆槽，第一圆槽与第二圆槽连通。

优选地，所述对所述晶圆背面进行抛光的步骤中，对所述晶圆背面进行化学机械抛光，将所述晶圆背面抛光至所述绝缘层。

优选地，在所述在所述晶圆的背面刻蚀出轮廓与线路形貌对应的凹槽的步骤之前先将所述晶圆键合并减薄至目标厚度。

优选地，还包括将所述晶圆切割，形成单颗芯片。

优选地，所述凹槽底部的孔的尺寸小于所述焊盘的尺寸。

相应地，本发明提供一种晶圆封装结构，包括晶圆，所述晶圆内形成若干芯片单元,其特征在于,在一个或多个所述芯片单元的背面形成与线路形貌对应的凹槽，所述凹槽的底部与所述芯片单元内部的焊盘连通，在其形成的腔的内壁设置有绝缘材料，腔体内部设置有电镀材料，在所述凹槽的上部沉积有保护层，所述保护层上开窗，在窗口处设置凸点，所述凸点与所述凹槽内部的电镀材料连接。

优选地，所述凹槽内的绝缘材料与所述凹槽的槽口持平。

优选地，所述凹槽包括与凸点位置对应的第一圆槽和与所述焊盘对应的第二圆槽，第一圆槽与第二圆槽连通。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明提供的一种晶圆封装方法和结构，晶圆内形成若干芯片单元，在一个或多个所述芯片单元背面刻蚀出轮廓与线路形貌对应的凹槽，凹槽位于晶圆的焊盘的上方；在凹槽底部打孔，将凹槽与焊盘连通；在晶圆背部的外表面淀积绝缘层，刻蚀沉积在焊盘表面的绝缘层；在晶圆背面进行电镀，电镀材料填充凹槽及其与焊盘连通的孔；对晶圆背面进行抛光，抛光至绝缘层,使得凹槽间不连通；在晶圆背面淀积保护层，在位于凹槽上部的保护层上开窗，在开窗处制备凸点，凸点与凹槽内的电镀材料连接。该晶圆封装方法，先在晶圆上刻蚀与线路形貌对应的凹槽，凹槽底部连通焊盘，凹槽内壁沉积绝缘层后，采用电镀的方式填充凹槽，再对凹槽进行抛光，电镀、抛光时可以对整个晶圆进行操作，抛光完成后沉积保护层，在保护层上开窗设置凸点，实现了焊盘与凸点的线路连接，这样使得线路表面平整、粗糙度小，线路无侧刻现象且芯片表面平整度高，线路制作在芯片背面刻蚀的凹槽上，减小封装尺寸。通过该方式制备的芯片,线路表面平整、粗糙度小、无侧刻现象，芯片表面平整度高。

2.本发明提供的一种晶圆封装方法和结构，在晶圆的背面刻蚀出轮廓与线路形貌对应的凹槽，凹槽包括与凸点位置对应的第一圆槽和与所述焊盘对应的第二圆槽，第一圆槽与第二圆槽连通，凹槽位于晶圆的焊盘的上方；在凹槽底部打孔，将凹槽与焊盘连通；在晶圆背部的外表面淀积绝缘层，刻蚀沉积在焊盘表面的绝缘层；在晶圆背面进行电镀，电镀材料填充凹槽及其与焊盘连通的孔；对晶圆背面进行抛光，抛光至绝缘层,使得凹槽间不连通；在晶圆背面淀积保护层，在位于凹槽上部的保护层上开窗，在开窗处制备凸点，凸点与凹槽内的电镀材料连接。该晶圆封装方法，第一圆槽与凸点位置对应，第二圆槽与焊盘位置对应，第一圆槽和第二圆槽连通，在对晶圆进行电镀时，电镀材料完全填满凹槽内部形成线路连接，提高焊盘与凸点连接的可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中晶圆封装方法的流程图；

图2a-2j为本发明实施例1中晶圆封装方法的具体步骤的流程图；

图3a-3c为本发明实施例2中晶圆结构的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种晶圆封装方法，用于对晶圆进行封装，封装完成后可以制备成单片芯片，如图1所示，本实施例中的晶圆封装方法包括如下步骤：

s1：首先制备得到一晶圆100，此处的晶圆100内已经形成了若干个芯片单元110，如图2a所示；先将制备好的晶圆100与载体晶圆200进行键合，键合后减薄至所需的目标厚度，芯片单元110上设置有焊盘120，如图2b所示，再针对每个需要线路连接的芯片单元110，在芯片单元110的背面刻蚀出轮廓与线路形貌对应的凹槽130，凹槽130位于芯片单元110的焊盘120的上方，如图2c所示。刚制作好的晶圆的厚度通常为几百微米，为了便于搬运和加工这种超薄晶圆，需要将晶圆与载体圆片实现键合，之后才能进行减薄等后续工序，键合方式可以是cis键合、mems键合，也可以是晶圆的临时键合。晶圆减薄是对晶圆背面多余的基体材料去除一定的厚度，这样可以改善芯片散热效果，有利于后续的划片工作，也有利于后期封装工艺，减小封装尺寸。凹槽130的形状根据线路需求设计，线路需求根据凸点180和焊盘120的位置确定。凹槽130的个数和形状可以如图2c所示，为4个，包括与凸点180位置对应的第一圆槽131和与焊盘120位置对应的第二圆槽132，第一圆槽131与第二圆槽132连通。当然，在其他的实施方式中凹槽130也可以设置为其他形状，根据需要合理设置能够实现焊盘120与凸点180的连接即可，凹槽130的个数根据所需合理设置即可。焊盘是芯片单元的输入/输出端口，也称作焊垫或者pad。

s2：在凹槽130底部进行打孔，形成连接孔140，连接孔140将凹槽130与焊盘120连通，凹槽130底部的孔的尺寸小于所述焊盘120的尺寸，如图2d所示，孔的尺寸越大工艺操作越简单，孔的尺寸小于焊盘的尺寸，在后续填充电镀材料后可以有效保证只有焊盘与电镀材料连接，提高电镀材料与焊盘连接的可靠性。打孔方式可以采用硅通孔工艺。

s3：在晶圆100背部的外表面淀积绝缘层150，刻蚀沉积在焊盘120表面的绝缘层150，如图2e所示，淀积绝缘层可以采用化学气相淀积、等离子体增强化学气相淀积法等，绝缘层材料可以是sio2、si4o3、sioc、sicn；该步骤中通过沉积绝缘层150，使得凹槽130内壁以及连接孔140的内壁都沉积上绝缘层150，由于凹槽130底部的连接孔140连通到焊盘120，所以焊盘120上也被沉积了绝缘层150。之后通过刻蚀的方式，将焊盘表面的绝缘层刻蚀掉。之后还可以淀积阻挡层和种子层，淀积方法可以采用金属溅射、化学气相淀积、物理气相淀积、有机金属化学气相淀积等。

s4：在晶圆100背面进行电镀，电镀材料160填充凹槽130，如图2f所示，电镀材料可以是铜。采用在晶圆背面电镀的方式，一次操作即可以完成对所有芯片的凹槽的填充，由于精度要求不高，因此加工方式更加简单、容易操作。但是电镀会在芯片的外表面镀上一层电镀材料，不仅凹槽内有电镀材料，绝缘层上也有电镀材料。

s5：对晶圆100背面进行抛光，抛光至绝缘层150,使得凹槽130之间不连通，如图2g所示。通过整体抛光的方式，将晶圆背面抛光至绝缘层,这样只有每个凹槽内填充了电镀材料。通过这种方式，不需要高精度的控制去填充各个芯片内的凹槽，通过整体电镀和整体抛光的方式，则完成了在凹槽内填充电镀材料。电镀材料填充凹槽后完成线路的连接，无需抛光后制作线路的工序步骤，简化了工艺流程。抛光方式可以是化学抛光、机械抛光、化学机械抛光等，其中采用化学机械抛光方法将晶圆背面抛光至绝缘层，抛光后的晶圆表面平整度高。

s6：在晶圆100背面淀积保护层170，在位于凹槽130上部的保护层170上开窗，在所述开窗处制备凸点180，凸点180与凹槽130内的电镀材料160连接，如图2h所示。晶圆进行切割，形成单颗芯片。晶圆切割前临时键合的晶圆要与载体晶圆200分离后再切割，如图2h所示；永久键合的直接切割成单颗芯片，如图2i所示。类似结构也可以是在晶圆切割之前先将晶圆100与载体200晶圆分离，然后在芯片110正面进行重布线设计，形成重布线层190，重布线层190上面覆盖介质层300，在介质层300上开窗，在开窗处制备微凸点400，如图2j所示，便于与其他晶圆实现垂直方向上的堆叠，满足各种不同半导体材料和工艺的需求，三维堆叠集成使得封装尺寸小，传输延迟减小、集成度高。当然，在其他的实施方式中，也可以在芯片正面的焊盘上直接进行微凸点设置。

上述晶圆封装方法，在晶圆100的背面刻蚀出轮廓与线路形貌对应的凹槽110，凹槽110位于晶圆100的焊盘120的上方；在凹槽130底部打孔，形成连接孔140，连接孔140将凹槽130与焊盘120连通；在晶圆100背部的外表面淀积绝缘层150，刻蚀沉积在焊盘120表面的绝缘层150；在晶圆100背面进行电镀，电镀材料160填充凹槽130；对晶圆100背面进行抛光，抛光至绝缘层150,使得凹槽130间不连通；在晶圆100背面淀积保护层170，在位于凹槽130上部的保护层170上开窗，在开窗处制备凸点180，凸点180与凹槽130内的电镀材料160连接。该晶圆封装方法，先在晶圆上刻蚀与线路形貌对应的凹槽，凹槽底部连通焊盘，凹槽内壁沉积绝缘层后，采用电镀的方式填充凹槽，再对凹槽进行电镀、抛光，电镀、抛光时可以对整个晶圆进行操作，抛光完成后沉积保护层，在保护层上开窗设置凸点，实现了焊盘与凸点的线路连接，这样使得线路表面平整、粗糙度小，线路无侧刻现象且芯片表面平整度高。

实施例2

本施例提供一种晶圆封装结构，如图3a所示，包括晶圆100，晶圆内形成若干芯片单元110,在一个或多个所述芯片单元110的背面形成与线路形貌对应的凹槽130，凹槽130包括与凸点180位置对应的第一圆槽131和与焊盘120对应的第二圆槽132，第一圆槽131与第二圆槽132连通，如图3b所示,凹槽130的底部与芯片单元110内部的焊盘120连通的连接孔140，在凹槽130和连接孔140形成的腔的内壁设置有绝缘材料150，凹槽130内的绝缘材料150与凹槽130的槽口持平,腔体内部设置有电镀材料160，在凹槽130的上部沉积有保护层170，保护层170上开窗，在窗口处设置凸点180，凸点180与凹槽130内部的电镀材料160连接。上述晶圆封装结构，线路表面平整度高、无侧刻，芯片表面平整度高。

作为另外一种晶圆封装结构，如图3c所示，在上述实施例的基础上，在芯片正面设置有重布线层190，重布线层190上覆盖介质层300，在介质层300上开窗，在窗口处设置微凸点400，便于与其它晶圆实现垂直方向上的堆叠，满足各种不同半导体材料和工艺的需求，三维堆叠集成使得封装尺寸小，传输延迟减小、集成度高。当然，在其他的实施方式中，类似的结构还可以是3d-tsv，2.5d转接板，mems，cis类型等。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。