一種TSV Interposer結(jié)構(gòu)及其封裝方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種TSV Interposer結(jié)構(gòu)及其封裝方法，屬于半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。其封裝方法如下：取晶圓并在晶圓的一面開設(shè)盲孔Ⅰ，通過同時(shí)抽真空、加熱、加壓的方式將絕緣層壓合在晶圓的表面和盲孔Ⅰ內(nèi)，通過定位、激光開孔工藝在盲孔Ⅰ內(nèi)開設(shè)盲孔Ⅱ，通過再布線工藝在絕緣層的表面和盲孔Ⅱ內(nèi)形成再布線金屬層Ⅰ，再布線金屬層Ⅰ于晶圓的上方設(shè)置輸入/輸出端Ⅰ和保護(hù)層，通過機(jī)械拋磨的方法減薄晶圓的另一面，形成減薄面，通過再布線工藝在減薄面上形成再布線金屬層Ⅱ，該再布線金屬層Ⅱ于絕緣層開口處與再布線金屬層Ⅰ連接，將采用晶圓級(jí)封裝工藝完成的TSV Interposer結(jié)構(gòu)切割、裂片。本發(fā)明有效地降低了工藝難度，提高了Interposer的良率。
【專利說明】—種TSV Interposer結(jié)構(gòu)及其封裝方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種TSV Interposer結(jié)構(gòu)及其封裝方法,屬于半導(dǎo)體封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]Interposer中的Silicon Interposer是用娃片做的類似電路板的器件,但其線寬、節(jié)點(diǎn)間距等都比電路板小。不同功能的芯片，比如CPU、DRAM等可以連到同一 siliconinterposer上面,通過Silicon Interposer完成很多運(yùn)算和數(shù)據(jù)交流,這樣做比較省電，增加帶寬。類似于PCB，Silicon Interposer—般都有灌銅的通孔(TSV)，不同芯片之間聯(lián)合運(yùn)算的結(jié)果，通過TSV傳到與之連接的電路板。所以Silicon Interposer相當(dāng)于連接多個(gè)芯片和同一電路板之間的橋梁。Silicon Interposer的TSV制作,傳統(tǒng)工藝復(fù)雜，硅孔的直徑受到限制，通?？刂圃?0微米以內(nèi)；如果將硅孔做得比較大，硅孔內(nèi)填充的金屬在后期使用時(shí)受熱膨脹，導(dǎo)致硅孔或絕緣層破裂。因此，只能將硅孔做得較小；但小硅孔內(nèi)的絕緣物質(zhì)沉積、阻擋層/種子層沉積、以及填充金屬又會(huì)變得很困難。因此，工藝控制比較難，良率也比較低。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服當(dāng)前Interposer工藝制作的不足,提供一種降低工藝難度、提高良率的TSV Interposer結(jié)構(gòu)及其封裝方法。
[0004]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
本發(fā)明一種TSV Interposer結(jié)構(gòu),其包括娃基本體和娃通孔,所述娃通孔上下貫穿該硅基本體，所述硅基本體的一表面設(shè)置絕緣層，所述絕緣層延伸至硅通孔并布滿硅通孔的內(nèi)壁、且于所述硅通孔的底部開設(shè)絕緣層開口，
所述絕緣層的表面選擇地設(shè)置再布線金屬層I，所述再布線金屬層I的表面沿絕緣層進(jìn)入并填充實(shí)硅通孔，所述再布線金屬層I于硅基本體的上方的最外層設(shè)置輸入/輸出端I，所述再布線金屬層I的表面覆蓋保護(hù)層，并形成保護(hù)層開口，露出輸入/輸出端I，硅基本體的另一表面設(shè)置再布線金屬層II，所述再布線金屬層II于絕緣層開口處與再布線金屬層I連接，所述再布線金屬層II的最外層設(shè)有輸入/輸出端II，所述再布線金屬層II的最內(nèi)層與硅基本體的另一表面之間設(shè)置介電層，所述輸入/輸出端II設(shè)置連接件。
[0005]所述硅通孔的橫截面呈圓形，其直徑為60?150微米，其深度為50?150微米。
[0006]所述再布線金屬層I和/或再布線金屬層II為復(fù)數(shù)層結(jié)構(gòu)。
[0007]所述連接件為焊球或焊塊或頂端為焊球的金屬微柱。
[0008]所述絕緣層呈薄膜狀。
[0009]于硅通孔內(nèi)的所述絕緣層的厚度范圍為10?30微米。
[0010]所述再布線金屬層II的最外層為介電層，并形成介電層開口，露出輸入/輸出端II。
[0011]本發(fā)明一種TSV Interposer結(jié)構(gòu)的封裝方法,包括步驟: 取晶圓，并在晶圓的一面通過刻蝕的方法開設(shè)盲孔I ;
通過同時(shí)抽真空、加熱、加壓的方式將絕緣層壓合在晶圓的表面和盲孔I內(nèi)；
通過定位、激光開孔工藝在盲孔I內(nèi)開設(shè)盲孔II，盲孔II的底部開設(shè)絕緣層開口 ；
通過再布線工藝在絕緣層的表面選擇地形成再布線金屬層I，該再布線金屬層I按設(shè)計(jì)規(guī)劃沿絕緣層進(jìn)入臨近的盲孔II，并填充實(shí)盲孔II，再布線金屬層I于晶圓的上方設(shè)置輸入/輸出端I。
[0012]保護(hù)層覆蓋于再布線金屬層I，并形成保護(hù)層開口，露出輸入/輸出端I ;
通過機(jī)械拋磨的方法減薄晶圓的另一面，直至露出再布線金屬層I在盲孔II的末端，形成減薄面，并使盲孔I成為硅通孔；
通過再布線工藝在減薄面上形成再布線金屬層II，該再布線金屬層II于絕緣層開口處與再布線金屬層I連接，再布線金屬層II的最外層設(shè)有輸入/輸出端II，該再布線金屬層II的最內(nèi)層與晶圓的另一表面之間設(shè)置介電層，其最外層為介電層，并形成介電層開口，露出輸入/輸出端II ；
在輸入/輸出端II設(shè)置連接件；
將采用晶圓級(jí)封裝工藝完成的TSV Interposer結(jié)構(gòu)切割、裂片，形成單體。
[0013]所示絕緣層壓合在晶圓的表面和盲孔I內(nèi)的條件:真空度為200Pa±10 Pa，加熱溫度設(shè)定在材料軟化點(diǎn)附近，壓力需要達(dá)到5kgf/cm2±0.2 kgf/cm2。
[0014]所述加熱溫度為120?150°。
[0015]TSV Interposer是在娃上做成雙面布線層及焊點(diǎn),通過娃通孔實(shí)現(xiàn)垂直方向的互聯(lián)；TSV Interposer利用半導(dǎo)體工藝可以做得比較精細(xì)。
[0016]相比與現(xiàn)有方案，本發(fā)明的有益效果是:
1、本發(fā)明利用硅通孔內(nèi)填充絕緣層，然后再通過激光工藝形成貫穿絕緣層的微孔，微孔內(nèi)填充再布線金屬；微孔內(nèi)絕緣層可以吸收金屬膨脹時(shí)的應(yīng)力，因此可以適當(dāng)放大微孔的口些，以更好地進(jìn)行孔內(nèi)填充，有效地降低了工藝難度，提升了 Interp0ser的良率；
2、本發(fā)明通過同時(shí)控制絕緣層貼合的真空、加熱、加壓的條件，有效地形成均勻的、充足的絕緣層厚度，提升了 Interposer的良率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明一種TSV Interposer結(jié)構(gòu)的封裝方法的流程圖；
圖2為本發(fā)明一種TSV Interposer結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的剖面示意圖；
圖3為圖2的變形；
圖4?圖15為圖3的一種TSV Interposer結(jié)構(gòu)的封裝方法的流程圖；
圖16為盲孔I的另一種填充方法的示意圖；
圖中:
硅基本體11 硅通孔111 絕緣層2 絕緣層開口 211 介電層31 介電層33 介電層開口 331 再布線金屬層I 41 輸入/輸出端I 411 再布線金屬層II 42 輸入/輸出端II 421 保護(hù)層5 保護(hù)層開口 51 連接件7 金屬微柱71 焊球72 ；
晶圓10 盲孔I 101 盲孔II 210 毛細(xì)孔102。

【具體實(shí)施方式】
[0018]參見圖2,本發(fā)明一種TSV Interposer結(jié)構(gòu)的封裝方法的工藝流程如下:
51:取晶圓并在晶圓的一面開設(shè)盲孔I ;
52:通過同時(shí)抽真空、加熱、加壓的方式將絕緣層壓合在晶圓的表面和盲孔I內(nèi)；
53:通過激光定位、開孔工藝在盲孔I內(nèi)開設(shè)盲孔II ；
54:通過再布線工藝在絕緣層的表面和盲孔II內(nèi)形成再布線金屬層I，再布線金屬層I于晶圓的上方設(shè)置輸入/輸出端I和保護(hù)層；
55:通過機(jī)械拋磨的方法減薄晶圓的另一面，直至露出再布線金屬層I在盲孔II的末端，形成減薄面；
56:通過再布線工藝在減薄面上形成再布線金屬層II，該再布線金屬層II于絕緣層開口處與再布線金屬層I連接，再布線金屬層II的最外層設(shè)有輸入/輸出端II ；
57:將采用晶圓級(jí)封裝工藝完成的TSV Interposer結(jié)構(gòu)切割、裂片，形成單體。
[0019]現(xiàn)在將在下文中參照附圖更加充分地描述本發(fā)明，在附圖中示出了本發(fā)明的示例性實(shí)施例，從而本公開將本發(fā)明的范圍充分地傳達(dá)給本領(lǐng)域的技術(shù)人員。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實(shí)現(xiàn)，并且不應(yīng)被解釋為限制于這里闡述的實(shí)施例。
[0020]實(shí)施例，參見圖2至圖3
本發(fā)明一種TSV Interposer結(jié)構(gòu),其娃基本體11設(shè)置若干個(gè)上下貫穿娃基本體11的硅通孔111。硅通孔111的橫截面可以呈圓形或四邊形、六邊形等多邊形，圖中所示的硅通孔111的橫截面呈圓形，其直徑為60?150微米，其深度為50?150微米。
[0021]硅基本體11的一表面設(shè)置絕緣層2，該絕緣層2延伸至硅通孔111并布滿硅通孔111的內(nèi)壁、且于硅通孔111的底部開設(shè)絕緣層開口 211，該絕緣層2呈薄膜狀。該絕緣層2的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂與填料形成的復(fù)合材料，填料可以是顆粒狀的氧化硅或者氧化鋁等材料。絕緣層2于硅通孔111的厚度范圍一般在10?30微米，以保證使具有半導(dǎo)體性質(zhì)的硅基本體11絕緣。絕緣層2的表面選擇地設(shè)置再布線金屬層I 41，該再布線金屬層I 41的表面沿絕緣層2進(jìn)入并填充實(shí)硅通孔111 (再布線金屬層I 41與絕緣層2之間有金屬種子層，圖中未示出)。該再布線金屬層I 41可以是單層，也可以是多層。再布線金屬層I 41于硅基本體11的上方的最外層設(shè)置輸入/輸出端I 411，保護(hù)層5覆蓋再布線金屬層I 41，并形成保護(hù)層開口 51，露出輸入/輸出端I 411。保護(hù)層開口 51的形狀由實(shí)際需要確定。
[0022]硅基本體11的另一表面設(shè)置再布線金屬層II 42，該再布線金屬層II 42于絕緣層開口 211處與再布線金屬層I 41連接，該再布線金屬層II 42可以是單層，也可以是復(fù)數(shù)層，以滿足多重信息輸入/輸出的需要，再布線金屬層II 42的最外層設(shè)有輸入/輸出端II 421。該再布線金屬層II 42的最內(nèi)層與娃基本體11的另一表面之間設(shè)置介電層31 (再布線金屬層II 42與介電層31之間有金屬種子層，圖中未示出)。輸入/輸出端II 421設(shè)置連接件7。連接件7包括但不限于焊球或焊塊，也可以是頂端為焊球的金屬微柱。
[0023]圖3中，再布線金屬層II 42的最外層也可以為介電層33，并形成介電層開口 331，露出輸入/輸出端II 421。輸入/輸出端II 421設(shè)置連接件7。連接件7包括但不限于焊球或焊塊，也可以是頂端為焊球的金屬微柱。
[0024]使用時(shí)，TSV Interposer結(jié)構(gòu)位于芯片與封裝基板(如PCB板)之間,在半導(dǎo)體芯片與封裝基板的之間進(jìn)行引腳節(jié)距的密和疏的轉(zhuǎn)換，起到轉(zhuǎn)接作用。
[0025]本發(fā)明圖3所示實(shí)施例的一種TSV Interposer結(jié)構(gòu)的封裝方法，參見圖4至圖15,包括如下步驟:
參見圖4，取晶圓10，并在晶圓10的一面通過刻蝕的方法開設(shè)盲孔I 101，盲孔I 101的位置根據(jù)實(shí)際需要的硅通孔111的參數(shù)設(shè)計(jì)確定，其深度需要為后續(xù)成形的硅通孔111留足夠余量。
[0026]參見圖5，在晶圓10開設(shè)盲孔I 101的表面貼合呈薄膜狀的絕緣層2，該絕緣層2延伸至盲孔I 101并通過壓合的方法進(jìn)行盲孔I 101的填充。該絕緣層2的材質(zhì)為環(huán)氧樹脂與填料形成的復(fù)合材料，填料可以是顆粒狀的氧化硅或者氧化鋁等材料。該絕緣層2通過同時(shí)抽真空、加熱、加壓的方式進(jìn)行壓合，使其貼合于晶圓10的表面，并且滲入盲孔I 101的內(nèi)部。具體地，絕緣層2在貼合晶圓10的表面和填充盲孔I 101過程中采用真空壓膜設(shè)備，選擇用低壓，一般降壓至真空度為200Pa左右，加熱溫度設(shè)定在材料軟化點(diǎn)附近，壓力需要達(dá)到5kgf/cm2左右，以將孔內(nèi)部的殘留氣體排出，保證絕緣層能夠填充盲孔
I101的內(nèi)部。上述參數(shù)根據(jù)絕緣層2的實(shí)際摻合比例決定，優(yōu)選真空度為200Pa±10 Pa，加熱溫度為 120 ?150。，壓力為 5kgf/cm2±0.2 kgf/cm2。
[0027]參見圖6，通過定位、激光燒蝕開孔工藝在盲孔I 101內(nèi)開設(shè)盲孔II 210，盲孔
II210的開口尺寸小于盲孔I 101的開口尺寸，使盲孔II 210的內(nèi)壁留有一定厚度的絕緣層2，通常絕緣層厚度需要在10微米以上，以保證使具有半導(dǎo)體性質(zhì)的硅基本體11絕緣。盲孔II 210的底部開設(shè)絕緣層開口 211。
[0028]參見圖7，通過再布線工藝在絕緣層2的表面選擇地形成再布線金屬層I 41，該再布線金屬層I 41按設(shè)計(jì)規(guī)劃沿絕緣層2進(jìn)入臨近的盲孔II 210，并填充實(shí)盲孔II 210，再布線金屬層I 41于晶圓10的上方設(shè)置輸入/輸出端I 411。具體地，該再布線金屬層I 41的制作方法為:先通過化學(xué)鍍銅工藝在絕緣層2的表面形成厚度0.5微米左右的金屬種子層，然后依次通過光刻開口圖案、電鍍金屬、去光刻膠、腐蝕無效金屬種子層，最終形成絕緣層2表面的金屬線路和盲孔II 210內(nèi)的金屬填充。
[0029]參見圖8，保護(hù)層5覆蓋再布線金屬層I 41，并形成保護(hù)層開口 51，露出輸入/輸出端I 411。保護(hù)層開口 51的形狀由實(shí)際需要確定。
[0030]參見圖9和圖10，硅基本體11的上方通過粘合膠91臨時(shí)鍵合載體圓片9，并整體上下翻轉(zhuǎn)180°，使晶圓10的另一面朝上。
[0031]參見圖11，通過機(jī)械拋磨的方法減薄晶圓10的另一面，可以去除部分露出再布線金屬層I 41在盲孔II 210的末端，形成光滑、平坦的減薄面120，并使盲孔I 101成為硅通孔 111。
[0032]參見圖12，再次通過再布線工藝在減薄面120上形成再布線金屬層II 42，該再布線金屬層II 42于絕緣層開口 211處與再布線金屬層I 41連接，該再布線金屬層II 42可以是單層，也可以是復(fù)數(shù)層，以滿足多重信息輸入/輸出的需要，再布線金屬層II 42的最外層設(shè)有輸入/輸出端II 421。該再布線金屬層II 42的最內(nèi)層與晶圓10的另一表面之間設(shè)置介電層31,其最外層為介電層33,并形成介電層開口 331,露出輸入/輸出端II 421。
[0033]參見圖13，在輸入/輸出端II 421設(shè)置連接件7。連接件7包括但不限于焊球或焊塊，或者是頂端為焊球的金屬微柱。
[0034]參見圖14，通過拆鍵合工藝去除粘合膠91和載體圓片9。
[0035]參見圖15，將采用晶圓級(jí)封裝工藝完成的TSV Interposer結(jié)構(gòu)沿切割線19切割、裂片，形成單體。
[0036]本發(fā)明一種圓片級(jí)TSV Interposer結(jié)構(gòu)及其封裝方法不限于上述優(yōu)選實(shí)施例,如在盲孔I 101的底部通過激光開孔工藝可以開設(shè)盡可能多的毛細(xì)孔102，該毛細(xì)孔102的深度越深越好，最好穿透晶圓10的剩余深度。由于眾多毛細(xì)孔102的存在，殘存的氣體可以暫時(shí)寄居于毛細(xì)孔102，絕緣層2也可以有效地填滿盲孔I 101，如圖16所示。
[0037]因此，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種TSV Interposer結(jié)構(gòu),其包括娃基本體(11)和娃通孔(111),所述娃通孔(111)上下貫穿該硅基本體(11)，其特征在于，所述硅基本體(11)的一表面設(shè)置絕緣層(2 )，所述絕緣層(2 )延伸至硅通孔(111)并布滿硅通孔(111)的內(nèi)壁、且于所述硅通孔(111)的底部開設(shè)絕緣層開口(211)，所述絕緣層(2)的表面選擇地設(shè)置再布線金屬層I (41)，所述再布線金屬層I (41)的表面沿絕緣層(2)進(jìn)入并填充實(shí)硅通孔(111)，所述再布線金屬層I (41)于硅基本體(11)的上方的最外層設(shè)置輸入/輸出端I (411)，所述再布線金屬層I (41)的表面覆蓋保護(hù)層(5)，并形成保護(hù)層開口(51)，露出輸入/輸出端I (411)， 硅基本體(11)的另一表面設(shè)置再布線金屬層II (42)，所述再布線金屬層II (42)于絕緣層開口(211)處與再布線金屬層I (41)連接，所述再布線金屬層II (42)的最外層設(shè)有輸入/輸出端II (421)，所述再布線金屬層II (42)的最內(nèi)層與硅基本體(11)的另一表面之間設(shè)置介電層(31)，所述輸入/輸出端II (421)設(shè)置連接件(7 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSVInterposer結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述娃通孔(111)的橫截面呈圓形，其直徑為60?150微米，其深度為50?150微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSVInterposer結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述再布線金屬層I(41)和/或再布線金屬層II (42)為復(fù)數(shù)層結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種TSVInterposer結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述連接件(7)為焊球或焊塊或頂端為焊球的金屬微柱。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種TSVInterposer結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述絕緣層(2)呈薄膜狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種TSVInterposer結(jié)構(gòu)，其特征在于:于娃通孔(111)內(nèi)的所述絕緣層(2)的厚度范圍為10?30微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種TSVInterposer結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述再布線金屬層II(42)的最外層為介電層(33)，并形成介電層開口(331)，露出輸入/輸出端II (421)。
8.一種TSV Interposer結(jié)構(gòu)的封裝方法，包括步驟: 取晶圓(10)，并在晶圓(10)的一面通過刻蝕的方法開設(shè)盲孔I (101)； 通過同時(shí)抽真空、加熱、加壓的方式將絕緣層(2)壓合在晶圓(10)的表面和盲孔I(101)內(nèi)； 通過定位、激光開孔工藝在盲孔I (101)內(nèi)開設(shè)盲孔II (210)，盲孔II (210)的底部開設(shè)絕緣層開口(211)； 通過再布線工藝在絕緣層(2)的表面選擇地形成再布線金屬層I (41)，該再布線金屬層I (41)按設(shè)計(jì)規(guī)劃沿絕緣層(2)進(jìn)入臨近的盲孔II (210)，并填充實(shí)盲孔II (210)，再布線金屬層I (41)于晶圓(10)的上方設(shè)置輸入/輸出端I (411); 保護(hù)層(5)覆蓋于再布線金屬層I (41)，并形成保護(hù)層開口(51)，露出輸入/輸出端I(411)； 通過機(jī)械拋磨的方法減薄晶圓(10)的另一面，直至露出再布線金屬層I (41)在盲孔II(210)的末端，形成減薄面(120)，并使盲孔I (101)成為硅通孔(111)； 通過再布線工藝在減薄面(120)上形成再布線金屬層II (42)，該再布線金屬層II (42)于絕緣層開口(211)處與再布線金屬層I (41)連接，再布線金屬層II (42)的最外層設(shè)有輸入/輸出端II (421)，該再布線金屬層II (42)的最內(nèi)層與晶圓(10)的另一表面之間設(shè)置介電層(31)，其最外層為介電層(33)，并形成介電層開口(331)，露出輸入/輸出端II (421)；在輸入/輸出端II (421)設(shè)置連接件(7)； 將采用晶圓級(jí)封裝工藝完成的TSV Interposer結(jié)構(gòu)切割、裂片，形成單體。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種TSVInterposer結(jié)構(gòu)的封裝方法，其特征在于:所示絕緣層(2)壓合在晶圓(10)的表面和盲孔I (101)內(nèi)的條件:真空度為200Pa±10 Pa，加熱溫度設(shè)定在材料軟化點(diǎn)附近，壓力需要達(dá)到5kgf/cm2±0.2 kgf/cm2。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種TSVInterposer結(jié)構(gòu)的封裝方法，其特征在于:所述加熱溫度為120?150。。
【文檔編號(hào)】H01L21/56GK104465570SQ201410846204
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月31日
【發(fā)明者】胡正勛, 符召陽, 梅萬元, 章力, 陳西平, 陳棟, 張黎, 陳錦輝, 賴志明 申請(qǐng)人:江陰長電先進(jìn)封裝有限公司