CN117276232A - 一种芯片封装结构及制作方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种芯片封装结构及制作方法，所述芯片封装结构包括依次设置的基板、玻璃中介层、混合薄膜高密度布线层以及芯片，所述玻璃中介层和混合薄膜高密度布线层用于电连接基板和芯片，混合薄膜高密度布线层至少包括一层高密度细线宽布线层和一层光敏布线层。本申请提供制备高密度细线宽的无机介质层可直接在衬底晶圆上由沉积和刻蚀工艺制成，开窗能力可满足细间距要求，与光敏材料充当介质层制备细线宽相比，可极大缓解介质层与衬底之间结合力问题，减小介质层的应力累积，提高了封装过程及真实服役下的可靠性。并且，所制备的高密度金属互连层侧壁平滑无台阶、垂直度高，可降低传输损耗，满足高频高速互连需求。

Description

一种芯片封装结构及制作方法

技术领域

本申请涉及半导体封装的技术领域，尤其是涉及一种芯片封装结构及制作方法。

背景技术

重布线层(RDL)互连技术主要应用于芯片封装技术领域，用于解决高密度互连问题以及提高I/O信号数量。RDL技术通过在晶圆表面沉积金属层和介质层，并形成相应的金属布线图形，来对芯片的I/O端口进行重新布局，将其布置到新的、节距占位可更为宽松的区域。

目前本领域内常见的基于硅基的RDL互连技术主要采用聚合物作为钝化层/绝缘层，将其涂覆在晶圆表面，而后填充铜等金属进行电气互连。但现有的钝化层容易出现应力累积的问题，从而使得钝化层与衬底之间的结合力较差；且目前常见的RDL制备技术有减成法、半加成法、嵌入法等，这些方法存在侧刻、光刻精度低等问题；另外，现有的RDL互连技术在激光加工时，聚合物开窗尺寸大，平坦度低，难以满足高密度布线的要求。

发明内容

针对上述背景技术中的问题,本申请提出了一种芯片封装结构及制作方法，采用如下的技术方案：

第一方面，本申请提出了一种芯片封装结构，包括依次设置的基板、玻璃中介层、混合薄膜高密度布线层以及芯片，所述玻璃中介层和混合薄膜高密度布线层用于电连接基板和芯片，所述混合薄膜高密度布线层至少包括一层高密度细线宽布线层和一层光敏布线层，且所述光敏布线层设置在高密度细线宽布线层远离基板的一侧。

通过采用上述技术方案，本申请的芯片封装结构极大的缓解了介质层与衬底之间结合力问题，减小介质层的应力累积，提高了封装过程及真实服役下的可靠性。

优选的，所述高密度细线宽布线层至少包括一层由无机介质制成的布线绝缘层以及由铜/铝制成的金属布线层组成的布线层，其中无机介质材料可为氧化硅或氮化硅等无机薄膜材料。

优选的，所述高密度细线宽布线层的金属布线层的厚度为1～3um，且金属布线线距为1.5～5um。

优选的，所述光敏布线层至少包括一层由光敏聚合物制成的布线绝缘层以及由铜/铝制成的金属布线层组成的布线层。

优选的，所述光敏布线层的金属布线层的厚度为3～7um，且金属布线线距大于5um。

第二方面，本申请还提出了一种芯片封装结构的制作方法，包括以下

步骤：

S1：制作玻璃中介层；

S2：在玻璃中介层表面制作混合薄膜高密度布线层，所述混合薄膜高密度布线层至少包括一层高密度细线宽布线层和一层光敏布线层；

S3：将芯片封装在混合薄膜高密度布线层上；

S4：将芯片、混合薄膜高密度布线层以及玻璃中介层倒装在基板上。

优选的，所述S1具体包括：

提供衬底；

在衬底上制作盲孔；

对盲孔进行金属填充。

优选的，在所述S2中，所述高密度细线宽布线层的制作步骤包括：

在玻璃中介层上制作无机介质层；

在无机介质层上刻蚀开窗，并在开窗区域制作第一金属布线层，第一金属布线层与无机介质层的盲孔内的金属相连接。

优选的，在所述S2中，所述光敏布线层的制作步骤包括：

在高密度细线宽布线层的表面制作光敏介质层；

在光敏介质层上光刻开窗，并在开窗区域制作第三金属布线层，第三金属布线层与第一金属布线层电连接。

优选的，所述S4具体包括：

对玻璃中介层的背面进行减薄以露出盲孔内的金属；

制备铜柱，铜柱与玻璃中介层背面露出的金属相连接；

利用铜柱将芯片、混合薄膜高密度布线层以及玻璃中介层倒装在基板上。

本申请涉及一种芯片封装结构，其包括依次设置的基板、玻璃中介层、混合薄膜高密度布线层以及芯片，所述玻璃中介层和混合薄膜高密度布线层用于电连接基板和芯片，混合薄膜高密度布线层至少包括一层高密度细线宽布线层和一层光敏布线层。本申请提供制备高密度细线宽的无机介质层可直接在衬底晶圆上由沉积和刻蚀工艺制成，开窗能力可满足细间距要求，与光敏材料充当介质层制备细线宽相比，可极大缓解介质层与衬底之间结合力问题，减小介质层的应力累积，提高了封装过程及真实服役下的可靠性。并且，所制备的高密度金属互连层侧壁平滑无台阶、垂直度高，可降低传输损耗，满足高频高速互连需求；本发明的采用大马士革工艺实现高密度布线的玻璃中介层封装结构，与传统半加成工艺形成的高密度布线层相比，其高密度金属布线层嵌入无机介质层可实现较高的表面平坦度，可满足高功率芯片和大规模集成电路对高平坦度的集成需求；本发明的结构中的中介层采用玻璃材料，因玻璃转换温度、热膨胀系数及模量等可选范围相对硅基材料更广，且材料的介电损耗相对硅材料更小，传输损耗低，可提供高频传输服务，适用范围更广。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本申请的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。附图的元件不一定是相互按照比例的。同样的附图标记指代对应的类似部件。

图1是本申请实施例一种芯片封装结构的结构示意图。

图2是本申请实施例为了体现盲孔的结构示意图。

图3是本申请实施例为了体现混合薄膜高密度布线层的结构示意图。

图4是图3中A部分的局部放大示意图。

图5是本申请实施例中的芯片与混合薄膜高密度布线层的连接部分的示意图。

图6是本申请实施例中的多层布线层俯视示意图。

图7是本申请实施例中的玻璃中介层的制作工艺示意图。

图8是本申请实施例中的高密度细线宽布线层的制作工艺示意图。

图9是本申请实施例中的光敏布线层的制作工艺示意图。

图10是本申请实施例中的芯片封装工艺示意图。

图11是本申请实施例中将芯片、混合薄膜高密度布线层以及玻璃中介层倒装在基板上的工艺流程示意图。

附图标记说明：1、基板；2、玻璃中介层；3、混合薄膜高密度布线层；4、芯片；5、盲孔；6、高密度细线宽布线层；7、光敏布线层；8、第一层布线层；9、第二层布线层；10、第三层布线层；11、第四层布线层；13、铜柱；15、芯片散热结构；16、金属焊盘；17、第一布线绝缘层；18、第一金属布线层；19、第二布线绝缘层；20、第二金属布线层；21、第三布线绝缘层；22、第三金属布线层；23、第四布线绝缘层；24、第四金属布线层；25、无机介质层；26、光敏介质层；27、底胶；28、金属盖。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1，本申请实施例公开的一种芯片封装结构，包括玻璃中介层2、混合薄膜高密度布线层3、芯片4以及基板1。

参照图2，在具体的实施例中，玻璃中介层2上设置有盲孔5，盲孔5内填充有金属。在具体的实施例中，通过激光诱导+湿法刻蚀技术在晶圆上表面特定区域形成盲孔5并进行金属填充。

参照图3，在具体的实施例中，混合薄膜高密度布线层3至少包括一层高密度细线宽布线层6和一层光敏布线层7，高密度细线宽布线层6设置在玻璃中介层2的上表面，光敏布线层7设置在高密度细线宽布线层6远离玻璃中介层2的一侧表面。

参照图3和图4，在具体的实施例中，高密度细线宽布线层6包括由无机介质制成的第一布线绝缘层17以及由铜/铝制成的第一金属布线层18。第一布线绝缘层17以及第一金属布线层18构成第一层布线层8,高密度细线宽布线层6由无机介质充当布线绝缘层，高密度细线宽布线层6由金属铜/铝充当信号传输媒介。

在具体的实施例中，高密度细线宽布线层6包括两层布线层，具体为第一层布线层8和第二层布线层9，第二层布线层9设置在第一层布线层8上，第一层布线层8包括第一布线绝缘层17和第一金属布线层18，第二层布线层9包括第二布线绝缘层19和第二金属布线层20。

在具体的实施例中，高密度细线宽布线层6的金属布线层的厚度为1～3um，金属布线线宽/线距(L/S)为1.5～5um。

在具体的实施例中，光敏布线层7由晶圆级薄膜沉积、干法刻蚀、电镀以及化学机械抛光工艺制成。

光敏布线层7包括由光敏聚合物制成的第三布线绝缘层21以及由铜/铝制成的第三金属布线层22。由光敏聚合物充当布线绝缘层，由金属铜/铝充当信号传输媒介。

在具体的实施例中，光敏布线层7设置有两层布线层，具体为第三层布线层10和第四层布线层11，第四层布线层11设置在第三层布线层10上，第三层布线层10包括第三布线绝缘层21和第三金属布线层22，第四层布线层11包括第四布线绝缘层23和第四金属布线层24。

在具体的实施例中，光敏布线层的金属布线层的厚度设置为3-7um，金属布线线宽/线距(L/S)大于5um。

在具体的实施例中，光敏布线层7由晶圆级涂覆聚合物、高温固化、电镀以及化学机械抛光工艺制成。

在具体的实施例中，混合薄膜高密度布线层3侧壁平滑无台阶，且混合薄膜高密度布线层3的侧壁与下表面的倾斜角度为85～90度。

在具体的实施例中，芯片4设置在光敏布线层7上，在完成光敏布线层7的制备后，通过倒装贴合不同功能的芯片4实现多芯片4集成，采用塑封方式对芯片4进行封装保护，研磨减薄背面塑封料至芯片4背面。

在具体的实施例中，光敏布线层上至少设置有两个芯片4，至少两个芯片4具有微凸点供外接互连，芯片4的微凸点经倒装焊接方式实现与高密度细线宽布线层6和光敏布线层7所组成的混合薄膜高密度布线层3(互连层)相连。

参照图5，在具体的实施例中，玻璃中介层2下表面具有铜柱13或焊球凸点，玻璃中介层2上表面和下表面信号传递由玻璃中介层2中垂直玻璃通孔互连结构实现，璃中介层下表面铜柱13或焊球凸点与基板1焊接。

在具体的实施例中，通过背面减薄方式进行TGV盲孔5露铜实现基板1正反两面电气互连，通过电镀方式进行铜柱13制备后倒装至基板1。

参照图1，在具体的实施例中，芯片封装结构还包括底胶27以及金属盖28，底胶27设置在基板1上用于对铜柱13进行填充封装，金属盖28设置在芯片远离基板的一侧用于对倒装后的芯片、混合薄膜高密度布线层以及玻璃中介层进行封装。

参照图6，封装结构还包括芯片散热结构15以及金属焊盘16，以实现高导热基板混合薄膜多层高密度布线的制备。

第二方面，本申请还公开了一种芯片封装结构的制作方法，具体包括以下步骤：

S1：制作玻璃中介层；

其中，S1包括：

提供衬底；

在衬底上制作盲孔5；

对盲孔5进行金属填充。

在一个具体的实施例中，提供一表面抛光清洗后的晶圆，并置于氮气气氛下进行热处理，通过激光诱导+湿法刻蚀技术在晶圆上表面特定区域形成盲孔5并进行金属填充。如图7所示，该实施例中的流程具体为(a)晶圆清洗并热处理、(b)TGV盲孔制备、(c)盲孔填充。

S2：在玻璃中介层2表面制作混合薄膜高密度布线层，混合薄膜高密度布线层至少包括一层高密度细线宽布线层和一层光敏布线层；

在S2中，高密度细线宽布线层6的制作步骤包括：

在玻璃中介层2上制作无机介质层25；

在无机介质层25上开窗，并在开窗区域制作第一金属布线层18，第一金属布线层18与玻璃中介层的盲孔5内的金属相连接。

在S2中，光敏布线层7的制作步骤包括：

在高密度细线宽布线层6的的表面制作光敏介质层26；

在光敏介质层26上开窗，并在开窗区域制作第三金属布线层22，第三金属布线层22与第一金属布线层18电连接。

在一个具体的实施例中，在完成步骤S1的晶圆表面利用大马士革方法，通过沉积无机介质层、干法刻蚀等工艺在要求区域开窗，通过晶圆级电镀、CMP等工艺实现细间距RDL金属化，实现TGV盲孔5与细间距RDL互连，形成第一层布线层8；之后重复上述步骤，形成具有第二层布线层9的高密度细线宽布线层。如图8所示，该实施例中的高密度细线宽布线层6的制作流程包括以下步骤：(d)沉积无机介质层、(e)掩膜层图案化、(f)刻蚀、(g)去除掩膜层、(h)图形金属化、(i)形成第一层布线层(化学机械抛光)、(j)制作第二层布线层。

在一个具体的实施例中，在完成制作高密度细线宽布线层6的晶圆表面利用大马士革方法，通过旋涂光敏介质层26、曝光在特定区域进行开窗形成图案，通过电镀填实等工艺实现光敏布线层7与细间距RDL互连，形成光敏介质层以及第三金属布线层22；之后重复上述步骤，形成具有第四层布线层11的光敏布线层7，完成混合薄膜高密度布线的制作；如图9所示，该实施例中的光敏布线层7的制作流程包括以下步骤：(k)旋涂光敏介质层、(i)光刻开窗、(m)图案金属化、(n)制作第三层布线层(化学机械抛光)、(o)制作第四层布线层。

S3：将芯片4封装在混合薄膜高密度布线层3上；

在一个具体的实施例中，在完成光敏布线层7制备的产品上进行倒装贴合不同功能的芯片4实现多芯片集成，采用塑封方式对芯片4进行封装保护，研磨减薄背面塑封料至芯片4背面；如图10所示，该实施例中的流程包括：(p)贴片、(q)塑封、(r)塑封料减薄。

S4：将芯片4、混合薄膜高密度布线层3以及玻璃中介层2倒装在基板1上。

其中，S4具体包括：

减薄玻璃中介层2的背面以露出盲孔5内的金属；

制备铜柱13，铜柱13与玻璃中介层2背面露出的金属相连接；

利用铜柱13将芯片4、混合薄膜高密度布线层3以及玻璃中介层2倒装在基板1上。

在一个具体的实施例中，通过背面减薄方式进行TGV盲孔5露铜以实现基板1正反两面电气互连；之后通过电镀方式进行铜柱13制备后倒装至基板1。如图11所示，该实施例的流程包括：(s)背面减薄露铜、(t)铜柱制备、(u)倒装至基板。

综上，本发明包括以下至少一种有益技术效果：

1、本发明提供制备高密度细线宽的无机介质层可直接在衬底晶圆上由沉积和刻蚀工艺制成，开窗能力可满足细间距要求，与光敏材料充当介质层制备细线宽相比，可极大缓解介质层与衬底之间结合力问题，减小介质层的应力累积，提高了封装过程及真实服役下的可靠性。并且，所制备的高密度金属互连层侧壁平滑无台阶、垂直度高，可降低传输损耗，满足高频高速互连需求。

2、本发明的采用大马士革工艺实现高密度布线的玻璃中介层封装结构，与传统半加成工艺形成的高密度布线层相比，其高密度金属布线层嵌入无机介质层可实现较高的表面平坦度，可满足高功率芯片和大规模集成电路对高平坦度的集成需求。

3、本发明的结构中的中介层采用玻璃材料，因玻璃转换温度、热膨胀系数及模量等可选范围相对硅基材料更广，且材料的介电损耗相对硅材料更小，传输损耗低，可提供高频传输服务，适用范围更广。

以上描述了本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“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申请和简化描述，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申请的限制。措词‘包括’并不排除在权利要求未列出的元件或步骤的存在。元件前面的措词‘一’或‘一个’并不排除多个这样的元件的存在。在相互不同从属权利要求中记载某些措施的简单事实不表明这些措施的组合不能被用于改进。在权利要求中的任何参考符号不应当被解释为限制范围。

Claims (10)

1.一种芯片封装结构，其特征在于：包括依次设置的基板、玻璃中介层、混合薄膜高密度布线层以及芯片，所述玻璃中介层和混合薄膜高密度布线层用于电连接基板和芯片，所述混合薄膜高密度布线层至少包括一层高密度细线宽布线层和一层光敏布线层，且所述光敏布线层设置在高密度细线宽布线层远离基板的一侧。

2.根据权利要求1所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述高密度细线宽布线层至少包括一层由无机介质制成的布线绝缘层以及由铜/铝制成的金属布线层组成的布线层。

3.根据权利要求2所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述高密度细线宽布线层的金属布线层的厚度为1～3um，且金属布线线距为1.5～5um。

4.根据权利要求3所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述光敏布线层至少包括一层由光敏聚合物制成的布线绝缘层以及由铜/铝制成的金属布线层组成的布线层。

5.根据权利要求4所述的一种芯片封装结构，其特征在于：所述光敏布线层的金属布线层的厚度为3～7um，且金属布线线距大于5um。

6.一种芯片封装结构的制作方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1：制作玻璃中介层；

S2：在玻璃中介层表面制作混合薄膜高密度布线层，所述混合薄膜高密度布线层至少包括一层高密度细线宽布线层和一层光敏布线层；

S3：将芯片倒装在混合薄膜高密度布线层上；

S4：将芯片、混合薄膜高密度布线层以及玻璃中介层倒装在基板上。

7.根据权利要求6所述的一种芯片封装结构的制作方法，其特征在于：所述S1具体包括：

提供衬底；

在衬底上制作盲孔；

对盲孔进行金属填充。

8.根据权利要求6所述的一种芯片封装结构的制作方法，其特征在于：在所述S2中，所述高密度细线宽布线层的制作步骤包括：

在玻璃中介层上制作无机介质层；

在无机介质层上刻蚀开窗，并在开窗区域制作第一金属布线层，所述第一金属布线层与玻璃中介层的盲孔内的金属相连接。

9.根据权利要求6所述的一种芯片封装结构的制作方法，其特征在于：在所述S2中，所述光敏布线层的制作步骤包括：

在高密度细线宽布线层的表面制作光敏介质层；

在光敏介质层上光刻开窗，并在开窗区域制作第三金属布线层，所述第三金属布线层与第一金属布线层电连接。

10.根据权利要求6所述的一种芯片封装结构的制作方法，其特征在于：所述S4具体包括：

对玻璃中介层的背面进行减薄以露出盲孔内的金属；

制备铜柱，所述铜柱与玻璃中介层背面露出的金属相连接；

利用铜柱将芯片、混合薄膜高密度布线层以及玻璃中介层倒装在基板上。