3d堆疊芯片封裝件的制作方法
【專利說明】3D堆疊芯片封裝件
[0001]優(yōu)先權(quán)請(qǐng)求和交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求于2014年4月30日提交的標(biāo)題為“3D襯底上晶圓上芯片”的美國臨時(shí)申請(qǐng)第61/986，653號(hào)的優(yōu)先權(quán)，該申請(qǐng)結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及3D堆疊芯片封裝件。
【背景技術(shù)】
[0004]由于各種電子部件(例如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成密度中的持續(xù)改進(jìn)，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了快速發(fā)展。大多數(shù)情況下，集成密度中的這種改進(jìn)來自于最小部件尺寸的重復(fù)減小(例如，朝著亞20nm節(jié)點(diǎn)縮小半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn))，其允許更多的組件集成至給定面積內(nèi)。隨著最近對(duì)小型化、更高的速度和更大的帶寬、以及更低的功率消耗和延遲的需求已經(jīng)增長，增加了對(duì)半導(dǎo)體管芯的更小和更有創(chuàng)造性的封裝技術(shù)的需要。
[0005]隨著半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，堆疊的半導(dǎo)體器件例如3D集成電路(3DIC)已經(jīng)作為有效替代出現(xiàn)，以進(jìn)一步降低半導(dǎo)體器件的物理尺寸。在堆疊的半導(dǎo)體器件中，在不同的半導(dǎo)體晶圓上制造諸如邏輯、存儲(chǔ)器、處理器電路等的有源電路。兩個(gè)或更多個(gè)半導(dǎo)體晶圓可以安裝在彼此的頂部以進(jìn)一步降低半導(dǎo)體器件的波形因數(shù)。
[0006]可以通過合適的接合技術(shù)將兩個(gè)半導(dǎo)體晶圓或管芯接合在一起。通常使用的接合技術(shù)包括直接接合、化學(xué)活化接合、等離子體活化接合、陽極接合、共晶接合、玻璃粉接合、粘合劑接合、熱壓縮接合、反應(yīng)接合等?？梢栽诙询B的半導(dǎo)體晶圓之間提供電連接。堆疊的半導(dǎo)體器件可以提供具有更小的波形因數(shù)的更高的密度并且實(shí)現(xiàn)增加的性能和更低的功率消耗。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種封裝件，包括:第一管芯，具有在第一襯底的第一側(cè)上設(shè)置的第一再分布層(RDL);第二管芯，具有在第二襯底的第一側(cè)上設(shè)置的第二 RDL，所述第一 RDL接合至所述第二 RDL ;第三管芯，具有在第三襯底的第一側(cè)上設(shè)置的第三RDL，所述第三管芯安裝在所述第二管芯上方，所述第二管芯設(shè)置在所述第一管芯和所述第三管芯之間；第一通孔，延伸穿過所述第二襯底并且與所述第二襯底電隔離，每個(gè)所述第一通孔均接觸所述第一 RDL或所述第二 RDL中的導(dǎo)電元件；以及第二通孔，延伸穿過所述第三襯底并且與所述第三襯底電隔離，每個(gè)所述第二通孔均接觸所述第三RDL中的導(dǎo)電元件或所述第一通孔中的一個(gè)。
[0008]在上述封裝件中，其中，所述第一 RDL直接接合至所述第二 RDL。
[0009]在上述封裝件中，還包括:第一間隔件，插入在所述第二襯底和一個(gè)或多個(gè)所述第一通孔之間并且每個(gè)所述第一間隔件均延伸穿過所述第二襯底；以及第二間隔件，插入在所述第三襯底和一個(gè)或多個(gè)所述第二通孔之間并且每個(gè)所述第二間隔件均延伸穿過所述第三襯底。
[0010]在上述封裝件中，還包括:第一模塑料，圍繞所述第二管芯設(shè)置；其中，所述第一通孔中的至少一個(gè)從所述第一模塑料的頂面延伸穿過所述模塑料的底面到達(dá)所述第一 RDL內(nèi)。
[0011]在上述封裝件中，還包括:第一模塑料，圍繞所述第二管芯設(shè)置；其中，所述第一通孔中的至少一個(gè)從所述第一模塑料的頂面延伸穿過所述模塑料的底面到達(dá)所述第一 RDL內(nèi)；還包括:第二模塑料，圍繞所述第三管芯設(shè)置并且位于所述第一模塑料的上方；其中，所述第二通孔中的至少一個(gè)從所述第二模塑料的頂面延伸至所述第一 RDL。
[0012]在上述封裝件中，還包括:第一模塑料，圍繞所述第二管芯設(shè)置；其中，所述第一通孔中的至少一個(gè)從所述第一模塑料的頂面延伸穿過所述模塑料的底面到達(dá)所述第一 RDL內(nèi)；還包括:第二模塑料，圍繞所述第三管芯設(shè)置并且位于所述第一模塑料的上方；其中，所述第二通孔中的至少一個(gè)從所述第二模塑料的頂面延伸至所述第一 RDL ;其中，所述第一通孔中的至少第一個(gè)具有橫向延伸超過所述第二管芯的邊緣的位于所述第一模塑料中的頂部。
[0013]在上述封裝件中，還包括:第一模塑料，圍繞所述第二管芯設(shè)置；其中，所述第一通孔中的至少一個(gè)從所述第一模塑料的頂面延伸穿過所述模塑料的底面到達(dá)所述第一 RDL內(nèi)；還包括:第二模塑料，圍繞所述第三管芯設(shè)置并且位于所述第一模塑料的上方；其中，所述第二通孔中的至少一個(gè)從所述第二模塑料的頂面延伸至所述第一 RDL ;其中，所述第一通孔中的至少第一個(gè)具有橫向延伸超過所述第二管芯的邊緣的位于所述第一模塑料中的頂部；其中，所述第二通孔中的一個(gè)延伸穿過與所述第三管芯鄰近的所述第二模塑料并且接觸所述第一通孔中的第一個(gè)的頂部。
[0014]在上述封裝件中，其中，所述第一通孔中的第一個(gè)與所述第一 RDL中的導(dǎo)電元件和所述第二 RDL中的導(dǎo)電元件接觸，并且其中，所述第一通孔中的所述第一個(gè)與所述第二通孔電絕緣。
[0015]在上述封裝件中，其中，所述第一通孔中的第一個(gè)與所述第一 RDL中的導(dǎo)電元件和所述第二 RDL中的導(dǎo)電元件接觸，并且其中，所述第一通孔中的所述第一個(gè)與所述第二通孔電絕緣；其中，其中所述第二通孔中的一個(gè)的至少一部分直接在所述第一通孔中的所述第一個(gè)上方對(duì)準(zhǔn)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，提供了一種封裝件，包括:第一管芯，具有在第一襯底上設(shè)置的第一再分布層(RDL);第二管芯，具有在第二襯底上設(shè)置的第二 RDL，所述第二管芯設(shè)置在所述第一管芯的上方并且所述第二 RDL接合至所述第一 RDL ;第一模塑料，設(shè)置在所述第一管芯上方并且圍繞所述第二管芯；第三管芯，具有在第三襯底上設(shè)置的第三RDL，所述第三管芯設(shè)置在所述第一模塑料的上方；第二模塑料，設(shè)置在所述第一模塑料的上方并且圍繞所述第三管芯；第一通孔，延伸穿過所述第二襯底并且每個(gè)所述第一通孔接觸所述第一 RDL或所述第二 RDL中的至少一個(gè)導(dǎo)電元件，其中，第一間隔件使所述第一通孔與所述第二襯底電絕緣；以及第二通孔，延伸穿過所述第三襯底并且每個(gè)所述第二通孔接觸所述第三RDL中的導(dǎo)電元件或所述第一通孔中的一個(gè)，其中，第二間隔件使所述第二通孔與所述第三襯底電絕緣。
[0017]在上述封裝件中，其中，所述第一 RDL直接接合至所述第二 RDL。
[0018]在上述封裝件中，其中，一個(gè)或多個(gè)所述第一間隔件延伸穿過所述第二襯底至所述第一 RDL或所述第二 RDL中的所述導(dǎo)電元件。
[0019]在上述封裝件中，其中，所述第一模塑料在所述第二管芯上方延伸；其中，所述第一通孔中的每一個(gè)都具有寬于下部的上部；以及其中，所述第一通孔中的每一個(gè)的所述上部都設(shè)置在所述第二管芯之上。
[0020]在上述封裝件中，其中，所述第二通孔中的至少一個(gè)從所述第二模塑料的頂面延伸穿過所述第二模塑料的底面到達(dá)所述第一 RDL內(nèi)。
[0021 ] 在上述封裝件中，其中，所述第一通孔中的第一個(gè)接觸所述第一 RDL中的導(dǎo)電元件和所述第二 RDL中的導(dǎo)電元件；其中，所述第一通孔中的第一個(gè)與所述第二通孔電絕緣；以及其中，所述第二通孔中的一個(gè)的至少一部分直接在所述第一通孔中的第一個(gè)上方對(duì)準(zhǔn)。
[0022]在上述封裝件中，其中，所述第一通孔中的至少第二個(gè)具有橫向延伸超過所述第二管芯的邊緣的頂部；以及其中，所述第二通孔中的一個(gè)延伸穿過與所述第三管芯鄰近的所述第二模塑料并且接觸所述第一通孔的第二個(gè)的頂部。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)方面，提供了一種方法，包括:提供第一管芯，所述第一管芯具有在第一襯底上設(shè)置的第一再分布層(RDL)，所述第一 RDL包括第一氧化物層；提供第二管芯，所述第二管芯具有在第二襯底上設(shè)置的第二 RDL，所述第二 RDL包括第二氧化物層；通過利用氧化物對(duì)氧化物接合將所述第一氧化物層接合至所述第二氧化物層來將所述第一管芯接合至所述第二管芯；在將所述第一管芯接合至所述第二管芯之后，在所述第二管芯中形成第一開口，所述第一開口延伸穿過所述第二襯底并且暴露所述第一 RDL或所述第二 RDL中的第一導(dǎo)電元件；在所述第一開口中形成第一通孔，所述第一通孔延伸穿過所述第二襯底并且每個(gè)所述第一通孔均接觸所述第一導(dǎo)電元件中的相應(yīng)一個(gè)，其中，所述第一通孔與所述第二襯底電絕緣；在所述第二管芯上方安裝第三管芯，所述第三管芯具有在第三襯底上設(shè)置的第三RDL ;在所述第二管芯上方安裝所述第三管芯之后，在所述第三管芯中形成第二開口，每個(gè)所述第二開口均延伸穿過所述第三襯底并且暴露所述第一通孔中的一個(gè)或所述第三RDL中的第二導(dǎo)電元件；以及在所述第二開口中形成第二通孔，所述第二通孔延伸穿過所述第三襯底并且每個(gè)所述第二通孔均接觸所述第二導(dǎo)電元件中的相應(yīng)一個(gè)或所述第一通孔中的相應(yīng)一個(gè)，其中，所述第二通孔與所述第三襯底電絕緣。
[0024]在上述方法中，還包括:在形成所述第一通孔之前，在所述第一管芯上方以及圍繞所述第二管芯的位置形成第一模塑料；以及在形成所述第二通孔之前，在圍繞所述第三管芯的位置形成第二模塑料。
[0025]在上述方法中，還包括:在形成所述第一通孔之前，在所述第一管芯上方以及圍繞所述第二管芯的位置形成第一模塑料；以及在形成所述第二通孔之前，在圍繞所述第三管芯的位置形成第二模塑料；還包括:在安裝所述第三管芯之前，形成穿過所述第一模塑料的第三通孔，所述第三通孔延伸穿過所述第一模塑料并且接觸所述第一 RDL中的第三導(dǎo)電元件；以及穿過所述第二模塑料形成第四通孔，每個(gè)所述第四通孔均接觸所述第一通孔或所述第三通孔中的一個(gè)。
[0026]在上述方法中，還包括在所述第一開口中形成第一自對(duì)準(zhǔn)間隔件，其中，所述第一通孔在所述第一自對(duì)準(zhǔn)間隔件上形成從而使得所述第一自對(duì)準(zhǔn)間隔件將所述第二襯底與所述第一通孔電絕緣；以及在所述第二開口中形成第二自對(duì)準(zhǔn)間隔件，其中，所述第二通孔在所述第二自對(duì)準(zhǔn)間隔件上形成從而使得所述第二自對(duì)準(zhǔn)間隔件將所述第三襯底與所述第二通孔電絕緣。
【附圖說明】
[0027]當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以最佳地理解本發(fā)明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增大或減小。
[0028]圖1至圖15根據(jù)實(shí)施示出利用后通孔工藝形成晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的中間加工步驟的截面圖；
[0029]圖16至圖20根據(jù)另一實(shí)施例示出利用后通孔工藝形成晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的中間加工步驟的截面圖；
[0030]圖21至圖29根據(jù)實(shí)施例示出利用雙鑲嵌后通孔工藝形成晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的中間加工步驟的截面圖；以及
[0031]圖30至圖35根據(jù)一些實(shí)施例示出形成3D襯底上晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的中間加工步驟的截面圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]為了實(shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征，本發(fā)明提供了許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗?。以下描述了組件和布置的特定實(shí)例以簡化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅僅是實(shí)例并不旨在限定。例如，在以下描述中在第二部件上方或上形成第一部件可包括第一和第二部件以直接接觸形成的實(shí)施例，并且也可包括在第一和第二部件之間形成額外的部件，使得第一和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。再者，本發(fā)明可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參照標(biāo)號(hào)和/或字符。該重復(fù)是為了簡明和清楚的目的，而且其本身沒有規(guī)定所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0033]另外，，為了便于描述，可以在本文中可以使用諸如“在…之下”、“下面”、“下部”、“在…之上”、“上部”等空間相對(duì)術(shù)語以描述如圖中示出的一個(gè)元件或部件與另一個(gè)(些)元件或部件的關(guān)系?？臻g相對(duì)術(shù)語意圖涵蓋使用或操作中的器件的除了附圖中示出的方位之外的不同方位。裝置可以以其他方位定向(旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方位上)，并且本文使用的空間相對(duì)描述符可以同樣地作出相應(yīng)的解釋。
[0034]半導(dǎo)體器件接合在一起以形成具有各種功能的封裝件。在一些工藝中，利用直接表面接合(諸如氧化物對(duì)氧化物接合)、通過混