3d堆疊式芯片封裝件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了3D堆疊式芯片封裝件，包括第一管芯、第二管芯和沿著第一管芯或第二管芯的側(cè)壁延伸的絕緣膜。第一管芯包括設(shè)置在第一半導(dǎo)體襯底上的第一再分布層(RDL)和第一RDL中的導(dǎo)電元件。第二管芯包括設(shè)置在第二半導(dǎo)體襯底上的第二RDL，其中第一RDL接合至第二RDL。封裝件還包括：通孔，從導(dǎo)電元件延伸穿過第一半導(dǎo)體襯底；和間隔件，介于第一半導(dǎo)體襯底與通孔之間。第一間隔件從導(dǎo)電元件延伸穿過第一半導(dǎo)體襯底。
【專利說明】3D堆疊式芯片封裝件
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)是2014年8月19日提交的名稱為“3D Stacked-Chip Package”的第14/462，791號(hào)美國專利申請(qǐng)的部分繼續(xù)申請(qǐng)，并且要求2014年4月30日提交的名稱為“3DChip-on-Wafer-on-Substrate”的第61/986，653號(hào)美國臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容結(jié)合于此作為參考。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明一般地涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及封裝件及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0004]由于各種電子組件(如，晶體管、二極管、電阻器、電容器等)的集成密度的不斷提高，所以半導(dǎo)體工業(yè)已經(jīng)經(jīng)歷了快速增長。大多數(shù)情況下，集成密度的這種提高來自于不斷地減小最小部件尺寸(如，向著小于20納米節(jié)點(diǎn)的方向縮小半導(dǎo)體工藝節(jié)點(diǎn))，這允許更多的組件集成到給定區(qū)域中。最近，隨著對(duì)于小型化、更高的速度、更大的帶寬以及更低的功耗和延遲的需求日益增長，對(duì)于半導(dǎo)體管芯的更小和更具創(chuàng)造性的封裝技術(shù)的需要也在增長。
[0005]隨著半導(dǎo)體技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展，作為有效的可選方式出現(xiàn)了堆疊式半導(dǎo)體器件(如，3D集成電路(3DIC))，以進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器件的物理尺寸。在堆疊式半導(dǎo)體器件中，在不同的半導(dǎo)體晶圓上制造諸如邏輯電路、存儲(chǔ)器電路、處理器電路等的有源電路?？梢詫蓚€(gè)或更多的半導(dǎo)體晶圓安裝在彼此的頂部上，以進(jìn)一步減小半導(dǎo)體器件的物理尺寸和形狀。
[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。常用的接合技術(shù)包括直接接合、化學(xué)激活接合、等離子體激活接合、陽極接合、共晶接合、玻璃漿料接合、粘合劑接合、熱壓接合、反應(yīng)接合等?？梢栽诙询B式半導(dǎo)體晶圓之間提供電連接。堆疊式半導(dǎo)體器件可以提供更高的密度以及更小的物理尺寸和形狀，并且允許提高的性能和更低的功耗。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種封裝件，包括:第一管芯，包括:第一再分布層(RDL)，設(shè)置在第一半導(dǎo)體襯底上；和第一導(dǎo)電元件，位于第一 RDL中；第二管芯，包括設(shè)置在第二半導(dǎo)體襯底上的第二 RDL，其中，所述第一 RDL接合至所述第二 RDL ;絕緣膜，沿著所述第一管芯的側(cè)壁或所述第二管芯的側(cè)壁延伸；第一通孔，從所述第一導(dǎo)電元件延伸穿過所述第一半導(dǎo)體襯底；以及第一間隔件，介于所述第一半導(dǎo)體襯底與所述第一通孔之間，其中，所述第一間隔件從所述第一導(dǎo)電元件延伸穿過所述第一半導(dǎo)體襯底。
[0008]在該封裝件中，所述絕緣膜包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或它們的組合。
[0009]在該封裝件中，所述第一 RDL直接接合至所述第二 RDL。
[0010]在該封裝件中，所述第一通孔從所述絕緣膜的頂面延伸至所述第一 RDL。
[0011]在該封裝件中，所述絕緣膜沿著所述第一管芯的側(cè)壁延伸，所述封裝件還包括從所述絕緣膜的頂面延伸至所述第二 RDL中的第二導(dǎo)電元件的第二通孔，所述第二通孔設(shè)置為與所述第一管芯相鄰。
[0012]該封裝件還包括:第二間隔件，介于所述第二通孔與所述絕緣膜之間。
[0013]在該封裝件中，所述第二間隔件從所述絕緣膜的頂面延伸至所述第二 RDL。
[0014]在該封裝件中，所述第二間隔件僅部分延伸穿過所述絕緣膜，并且所述第二通孔的至少一部分接觸所述絕緣膜。
[0015]在該封裝件中，所述第二間隔件的與所述絕緣膜相對(duì)的側(cè)壁與所述第二通孔的側(cè)壁基本對(duì)準(zhǔn)。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種封裝件，包括:第一管芯，具有設(shè)置在第一襯底上的第一再分布層(RDL);第二管芯，具有設(shè)置在第二襯底上的第二 RDL，其中，所述第二RDL接合至所述第一 RDL ;第一絕緣膜，設(shè)置在所述第一管芯上方并且圍繞所述第二管芯，其中，所述第一絕緣膜包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或它們的組合；第一通孔，延伸穿過所述第二襯底，其中，所述第一通孔中的每一個(gè)都接觸所述第一 RDL或所述第二 RDL中的至少一個(gè)導(dǎo)電元件；以及第一間隔件，將所述第一通孔與所述第二襯底電絕緣。
[0017]在該封裝件中，所述第一絕緣膜在所述第二管芯上方延伸，所述第一通孔中的每一個(gè)的上部都比下部寬，并且所述第一通孔中的每一個(gè)的上部都設(shè)置在所述第二管芯上面。
[0018]該封裝件還包括:第三管芯，具有設(shè)置在第三襯底上的第三RDL，其中，所述第三管芯設(shè)置在所述第一絕緣膜上方；第二絕緣膜，設(shè)置在所述第一絕緣膜上方并且圍繞所述第三管芯，其中，所述第二絕緣膜包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或它們的組合；第二通孔，延伸穿過所述第三襯底，其中，所述第二通孔中的每一個(gè)都接觸所述第三RDL中的導(dǎo)電元件或所述第一通孔中的一個(gè)；以及第二間隔件，將所述第二通孔與所述第三襯底電絕緣。
[0019]在該封裝件中，所述第二通孔中的至少一個(gè)從所述第二絕緣膜的頂面延伸穿過所述第二絕緣膜的底面進(jìn)入所述第一 RDL。
[0020]在該封裝件中，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，所述第一通孔中的第一個(gè)與所述第二通孔電絕緣，并且所述第二通孔中的一個(gè)的至少一部分直接對(duì)準(zhǔn)至所述第一通孔中的第一個(gè)上方。
[0021]在該封裝件中，至少所述第一通孔中的第二個(gè)的頂部部分橫向延伸越過所述第二管芯的邊緣，并且所述第二通孔中的一個(gè)延伸穿過與所述第三管芯相鄰的第二絕緣膜并且接觸所述第一通孔中的第二個(gè)的頂部。
[0022]在該封裝件中，所述第一 RDL直接接合至所述第二 RDL。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種方法，包括:使用氧化物與氧化物接合將設(shè)置在第一半導(dǎo)體襯底上的第一再分布層(RDL)接合至設(shè)置在第二半導(dǎo)體襯底上的第二 RDL，其中，所述第一 RDL包括第一導(dǎo)電元件；圍繞管芯形成絕緣膜，其中，所述管芯包括所述第一 RDL或所述第二 RDL ;在形成所述絕緣膜之后，在所述第一半導(dǎo)體襯底和所述第一 RDL中圖案化第一開口，其中，所述第一開口延伸穿過所述第一半導(dǎo)體襯底并且暴露所述第一導(dǎo)電元件；在所述第一開口的側(cè)壁和底面上沉積隔離層；去除所述隔離層的橫向部分，而保留所述隔離層的位于所述第一半導(dǎo)體襯底的側(cè)壁上的部分；以及利用導(dǎo)電材料來填充所述第一開口的剩余部分。
[0024]在該方法中，所述絕緣膜包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或它們的組合，并且形成所述絕緣膜包括化學(xué)汽相沉積、等離子體增強(qiáng)的化學(xué)汽相沉積或它們的組合。
[0025]該方法還包括:在所述絕緣膜中圖案化第二開口，其中，沉積所述隔離層還包括在所述第二開口的側(cè)壁和底面上沉積所述隔離層，并且去除所述隔離層的橫向部分包括保留所述隔離層的位于所述絕緣膜的側(cè)壁上的部分；以及利用所述導(dǎo)電材料來填充所述第二開口的剩余部分。
[0026]該方法還包括:在去除所述隔離層的橫向部分之后并且在填充所述第二開口的剩余部分之前，擴(kuò)展所述第二開口以暴露所述第二 RDL中的第二導(dǎo)電元件。
【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)的描述可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。
[0028]圖1至圖15示出了根據(jù)實(shí)施例使用后通孔工藝形成晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的中間處理步驟的截面圖；
[0029]圖16至圖20示出了根據(jù)另一實(shí)施例使用后通孔工藝形成晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的中間處理步驟的截面圖；
[0030]圖21至圖29示出了根據(jù)實(shí)施例使用雙鑲嵌后通孔工藝形成晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的中間處理步驟的截面圖；
[0031]圖30至圖35示出了根據(jù)一些實(shí)施例形成3D襯底上的晶圓上芯片(chip-on-wafer-on-substrate)結(jié)構(gòu)的中間處理步驟的截面圖；
[0032]圖36示出了根據(jù)一些實(shí)施例的3D襯底上的晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的截面圖；以及
[0033]圖37示出了根據(jù)一些實(shí)施例的用于形成3D襯底上的晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的工藝流程。
【具體實(shí)施方式】
[0034]以下公開內(nèi)容提供了許多不同實(shí)施例或?qū)嵗?，用于?shí)現(xiàn)所提供主題的不同特征。以下將描述部件和布置的特定實(shí)例以簡(jiǎn)化本發(fā)明。當(dāng)然，這些僅是實(shí)例并且不意欲限制本發(fā)明。例如，在以下描述中，在第二部件上方或上形成第一部件可以包括第一部件和第二部件直接接觸的實(shí)施例，也可以包括形成在第一部件和第二部件之間的附加部件使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，本發(fā)明可以在多個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考標(biāo)號(hào)和/或字符。這種重復(fù)是為了簡(jiǎn)化和清楚的目的，并且其本身不指示所討論的各個(gè)實(shí)施例和/或配置之間的關(guān)系。
[0035]此外，為了便于描述，本文中可以使用諸如“在…下方”、“在…下面”、“下部”、“在…上面”、“上部”等空間關(guān)系術(shù)語以描述如圖所示的一個(gè)元件或部件與另一元件或部件的關(guān)系。除圖中所示的方位之外，空間關(guān)系術(shù)語意欲包括使用或操作過程中的器件的不同的方位。裝置可以以其它方式定位(旋轉(zhuǎn)90度或在其他方位)，并且在本文中使用的空間關(guān)系描述符可同樣地作相應(yīng)地解釋。
[0036]將半導(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，使用諸如氧化物-氧化物接合的直接表面接合，通過混合接合等將管芯、晶圓或管芯和晶圓的組合接合在一起。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，可以使用后通孔工藝來提供接合晶圓之間的互連。在后通孔工藝中，在管芯接合之后，來形成穿過其中一個(gè)管芯的通孔，以使用通孔開口的側(cè)壁上的自對(duì)準(zhǔn)絕緣間隔件提供管芯與外部連接件之間電連接。側(cè)壁上的自對(duì)準(zhǔn)間隔件允許更窄、更高的通孔，并且將通孔的縱橫比提高至介于大約3和大約10之間。提高的縱橫比導(dǎo)致更緊密地布置的通孔陣列。
[0037]此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，由于可以通過本文公開的后通孔工藝的實(shí)施例來提供封裝件中的管芯之間或管芯與外部連接件之間連接件，所以后通孔工藝允許堆疊很多管芯。在接合每一個(gè)管芯或管芯的層之后形成通孔。形成通孔以連接至先前接合的管芯或先前形成在下部管芯中的通孔。在頂部管芯或管芯層上方提供外部連接件，外部連接件將通孔連接至電源或提供與其他管芯、襯底、封裝件等的通信連接。
[0038]圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的接合之前的晶圓104和管芯102的截面圖。管芯102包括諸如半導(dǎo)體的管芯襯底106，該管芯襯底具有形成在其中的一個(gè)或多個(gè)有源器件。管芯再分布層(RDL) 108設(shè)置在管芯襯底106上。管芯RDL 108包括一個(gè)或多個(gè)介電層和設(shè)置在該介電層中的導(dǎo)電元件110。管芯RDL 108形成在襯底的具有有源器件的側(cè)面上方，其中，導(dǎo)電元件110連接至管芯襯底106上的有源器件。
[0039]晶圓104具有設(shè)置在晶圓襯底112上方的晶圓RDL 114。在一些實(shí)施例中，晶圓襯底112是在其中形成有一個(gè)或多個(gè)有源器件的半導(dǎo)體。晶圓RDL 114形成在晶圓襯底112的有源器件上方并且具有設(shè)置在介電層中的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電元件110。在一些實(shí)施例中，可以對(duì)管芯102和/或晶圓104執(zhí)行功能測(cè)試(如，電連接、壓力測(cè)試等)，管芯102和/或晶圓104可以已經(jīng)通過這種功能測(cè)試。例如，管芯102可以是已知的良好管芯。在一些實(shí)施例中，管芯RDL 108和/或晶圓RDL 114還可以包括用于執(zhí)行功能測(cè)試的探針焊盤(未明確示出)。這些探針焊盤可以設(shè)置在管芯RDL 108和/或晶圓RDL 114的暴露表面和/或邊緣處，使得在功能測(cè)試期間容易使用該探針焊盤。
[0040]圖2示出了根據(jù)實(shí)施例的用于接合晶圓的處理步驟的截面圖。在RDL 108和114的頂面處接合管芯102和晶圓104，以形成接合界面202。管芯102和晶圓104用作封裝件的基礎(chǔ)，該封裝件具有用于將封裝件安裝至外部器件、襯底等的連接件。在一些實(shí)施例中，例如，通過直接表面接合、金屬與金屬接合、混合接合或其他的接合工藝來將管芯102接合至晶圓104。直接表面接合工藝通過以下步驟來創(chuàng)建氧化物與氧化物接合或襯底與襯底接合:清潔和/或表面激活工藝、隨后對(duì)相連的表面應(yīng)用壓力、加熱和/或其他的接合工藝步驟。在一些實(shí)施例中，通過金屬與金屬接合來接合管芯102與晶圓104，通過使RDL 108和114的表面處暴露的諸如金屬接合焊盤的導(dǎo)電元件110熔融來實(shí)現(xiàn)該金屬與金屬接合。在其他的實(shí)施例中，通過直接表面接合和金屬與金屬接合的組合將混合接合用于接合管芯102和晶圓104，其中RDL 108與114的表面以及RDL 108與114的表面處暴露的金屬接合焊盤的表面都進(jìn)行接合。在一些實(shí)施例中，對(duì)接合管芯進(jìn)行烘焙、退火、加壓或其他的處理，以強(qiáng)化或完成接合。
[0041]圖3是根據(jù)實(shí)施例封裝件上方形成絕緣膜302的截面圖。圍繞管芯102并且在晶圓RDL 114上形成絕緣膜302。在一些實(shí)施例中，例如，絕緣膜302是使用模具(未示出)來成形或塑造的模塑料，其中，在應(yīng)用時(shí)該模具具有用于保持絕緣膜302的邊界或其他部件。這種模具可以用于加壓模制環(huán)繞管芯102的絕緣膜302，以促使絕緣膜302進(jìn)入開口和凹槽，從而消除絕緣膜302中的氣泡等。在實(shí)施例中，絕緣膜302是非導(dǎo)電材料或介電材料，諸如環(huán)氧樹脂、樹脂、可模制的聚合物(諸如ΡΒ0)或其他的可塑材料。例如，絕緣膜302是通過化學(xué)反應(yīng)或通過干燥固化的環(huán)氧樹脂或樹脂。在另一實(shí)施例中，絕緣膜302是紫外線(UV)固化的聚合物。
[0042]在一些實(shí)施例中，絕緣膜302是在封裝件上方形成的電介質(zhì)，該電介質(zhì)包括氧化物、氮化物、氮氧化物等。在這種實(shí)施例中，絕緣膜302可以包括氮化硅、氧化硅、氮氧化硅或其他的介電材料，并且可以通過化學(xué)汽相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)的CVD(PECVD)或其他的工藝來形成該絕緣膜。已經(jīng)觀察到，對(duì)于絕緣膜302來說，代替模塑料使用介電材料可以導(dǎo)致更好的管芯/晶圓翹曲控制，這可以允許使用更薄的管芯102和晶圓104。例如，管芯102和晶圓104的每一個(gè)都可以具有約小于10 μπι的厚度。還觀察到，對(duì)于絕緣膜302來說，代替模塑料使用介電材料允許在單一制造環(huán)境中處理圖3的器件封裝件，例如，不用必須將器件封裝件移動(dòng)至用于模制的凹凸線(bumpline)工藝環(huán)境。
[0043]在絕緣膜302形成在管芯102和晶圓104上方之后，例如，通過研磨、化學(xué)機(jī)械拋光(CMP)、蝕刻或其他的工藝來減少或平坦化絕緣膜302。在一些實(shí)施例中，在平坦化之后，絕緣膜302延伸到管芯102上方，并且在其他的實(shí)施例中，減少絕緣膜以暴露管芯102。在一些實(shí)施例中，在與絕緣膜相同的工藝中減薄或減少管芯襯底106，導(dǎo)致管芯102的背側(cè)表面與絕緣膜的表面基本共面。
[0044]圖4是根據(jù)實(shí)施例的將封裝件安裝至載體402的截面圖。倒置封裝件，以允許通過晶圓襯底112來利用和處理該封裝件。例如，將管芯102和絕緣膜302的表面接合至玻璃載體或其他的操縱襯底。使用管芯附接膜(DAF)、粘合劑等將封裝件附接至載體402。在其他的實(shí)施例中，封裝件附接至載體402，其中，晶圓襯底112位于載體402上，以允許通過封裝件的管芯側(cè)來處理該封裝件。在一些實(shí)施例中，還通過研磨、CMP、蝕刻或其他的工藝來減薄或減少晶圓襯底112。
[0045]圖5是示出根據(jù)實(shí)施例的掩蔽晶圓襯底112的截面圖。蝕刻停止層502形成在晶圓襯底112上，并且與晶圓襯底112的材料相比，由具有較高的蝕刻選擇性的材料形成。另外地，與晶圓RDL 114和管芯RDL 108相比，蝕刻停止層502具有高蝕刻選擇性。例如，在晶圓襯底112是硅并且RDL 114和108是氧化硅的一些實(shí)施例中，蝕刻停止層502是諸如氮化硅(SiN)的氮化物、諸如碳化硅(SiC)的碳化物、或諸如氮氧化硅(S1N)的氮氧化物，或其他的蝕刻停止材料。在這種實(shí)施例中，通過使用化學(xué)汽相沉積(CVD)、等離子體增強(qiáng)的CVD(PECVD)、物理汽相沉積(PVD)、外延、旋涂或其他的沉積工藝的沉積來沉積蝕刻停止層。
[0046]掩模504形成在蝕刻停止層502上方并且被圖案化，以形成暴露部分蝕刻停止層502的開口 506。在一些實(shí)施例中，掩模504是被沉積、曝光和顯影的光刻膠。將掩模504中的開口 506對(duì)準(zhǔn)至RDL 108和114中的導(dǎo)電元件110上方。
[0047]圖6是示出了根據(jù)實(shí)施例的對(duì)蝕刻停止層502進(jìn)行蝕刻的截面圖。蝕刻該蝕刻停止層502，以暴露晶圓襯底112。在一些實(shí)施例中，使用諸如四氟化碳(CF4)或六氟化硫(SF6)氟基蝕刻劑，通過諸如氧或氮等離子體的干等離子體蝕刻來蝕刻該蝕刻停止層502。在其他的實(shí)施例中，例如，使用硫酸(H2SO4)加熱的磷酸(H3PO4)等，通過濕蝕刻來蝕刻該蝕刻停止層502。
[0048]圖7是示出了根據(jù)實(shí)施例的蝕刻晶圓襯底112的截面圖。對(duì)晶圓襯底112進(jìn)行各向異性地蝕刻，以形成具有基本垂直的壁的通孔開口 702。在一些實(shí)施例中，在與蝕刻該蝕刻停止層502分離的工藝步驟中蝕刻晶圓襯底112，以允許蝕刻停止層502用作蝕刻晶圓襯底112的掩模。例如，當(dāng)晶圓襯底112是硅時(shí)，利用氯基蝕刻劑(諸如，氯氣(Cl2))的干等離子體蝕刻或利用氫氧化鉀(KOH)或硝酸/氫氟酸(HN03/HF)混合物的濕蝕刻來蝕刻晶圓襯底112。另外地，選擇性地蝕刻晶圓襯底112，其中，該蝕刻停止在晶圓RDL 114處。
[0049]圖8是示出蝕刻RDL 108和114的氧化物層的截面圖。在實(shí)施例中，使用包括氟化銨(NH4F)和氫氟酸的緩沖氧化物蝕刻(BOE)來蝕刻氧化物層。RDL 108和114的氧化物層中的導(dǎo)電元件110用作蝕刻停止層，以允許將RDL 108和114蝕刻至不同的深度。蝕刻氧化物層使通孔開口 702延伸至RDL 108和114中的導(dǎo)電元件110。在一些實(shí)施例中，通孔開口 702延伸穿過上部導(dǎo)電元件110中的開口并且暴露下部導(dǎo)電元件110的表面。因此，單個(gè)通孔開口 702可以暴露多個(gè)導(dǎo)電元件110的表面。另外地，在一些實(shí)施例中，通孔開口702暴露管芯RDL 108和晶圓RDL 114中的導(dǎo)電元件110。
[0050]圖9是示出根據(jù)實(shí)施例的形成隔離層902的截面圖。去除掩模504(參見圖7)，并且共形介電隔離層902形成在蝕刻停止層502上方。隔離層902延伸進(jìn)每一個(gè)通孔開口702中并且覆蓋通孔開口 702的側(cè)壁，該側(cè)壁包括晶圓襯底112的在通孔開口 702中被暴露的部分。
[0051]在實(shí)施例中，例如，使用CVD或PECVD工藝由氮化硅來形成隔離層902。在其他的實(shí)施例中，隔離層902由氧化物、其他的氮化物、碳化物、氮氧化物、旋涂玻璃(SOG)或其他的介電材料或電絕緣材料形成。通過通孔上的預(yù)期電壓來部分地確定將要形成在通孔開口702中的隔離層902的厚度。已經(jīng)確定，介于大約500埃和大約5000埃之間的厚度是提供導(dǎo)致?lián)舸╇妷捍笥诩s3.8伏的厚度。
[0052]圖10是示出根據(jù)實(shí)施例的形成自對(duì)準(zhǔn)間隔件1002的截面圖。例如，使用利用氬(Ar)、氦(He)或其他環(huán)境中的氯、六氟化硫、四氟化碳或其他蝕刻劑的干等離子體蝕刻來蝕刻隔離層902(參見圖9)。在一些實(shí)施例中，例如，提供具有氧氣(O2)、氮?dú)?N2)或其他工藝氣體的蝕刻劑來增大蝕刻的選擇性。在這種蝕刻中，環(huán)境維持在大約25°C和大約150°C之間并且壓力介于大約10毫托和大約200毫托之間。在一些實(shí)施例中，蝕刻是各向異性的，以去除垂直方向上的材料。因此，蝕刻從封裝件的水平表面上去除隔離層902的材料，從而將間隔件1002保留在封裝件的側(cè)壁表面上。例如，去除隔離層902的設(shè)置在蝕刻停止層502上的部分，然而留下隔離層902的設(shè)置在通孔開口 702的側(cè)壁上的部分。這是由于隔離層902在垂直方向上的側(cè)壁處的厚度大于在水平表面處的厚度。另外地，在蝕刻期間暴露導(dǎo)電元件110的部分頂面。這是由于從頂部方向基本去除了隔離材料，隨著隔離層902的定向蝕刻降低隔離層902的頂面，從而去除隔離層902的橫向部分并且保留垂直部分。
[0053]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，自對(duì)準(zhǔn)間隔件1002可以形成在通孔開口 702內(nèi)，并且間隔件1002的自對(duì)準(zhǔn)特征使得間隔件1002形成在通孔開口 702的側(cè)壁上。間隔件1002使形成通孔開口702的側(cè)壁的材料與形成在通孔開口 702中的通孔絕緣。具體地，間隔件1002形成在通孔開口 702的側(cè)壁上，該通孔開口 702穿過晶圓襯底112，間隔件1002的外表面設(shè)置在通孔開口 702的側(cè)壁上，并且間隔件1002的內(nèi)表面面向通孔開口 702的內(nèi)部。間隔件1002允許導(dǎo)電通孔形成在通孔開口 702中，同時(shí)避免與晶圓襯底112以及RDL 108和114的垂直表面的電接觸。在一些實(shí)施例中，間隔件1002延伸至下面的導(dǎo)電部件110，通過通孔開口 702的所有的側(cè)壁來屏蔽(shielding)通孔開口 702。另外地，間隔件1002保持將導(dǎo)電元件110的部分橫向表面暴露在通孔開口 702中，使得隨后形成的通孔可以與導(dǎo)電元件110電接觸。因此，一些間隔件延伸至晶圓襯底112的最底部表面之下并且進(jìn)入RDL 108和114，間隔件1002的內(nèi)表面從導(dǎo)電元件110連續(xù)地延伸至晶圓襯底112的頂面或晶圓襯底的頂面上方。
[0054]在一些實(shí)施例中，通孔開口 702形成在上部導(dǎo)電元件110上方或者穿過該上部導(dǎo)電元件到達(dá)下部導(dǎo)電元件110，通孔開口 702的上部的寬度比通孔開口 702的下部的寬度更寬。在這種實(shí)施例中，分離的間隔件1002形成在通孔開口 702的上部部分和下部部分的側(cè)壁上，上部間隔件和下部間隔件1002橫向間隔開，以暴露上部導(dǎo)電元件110的橫向表面。
[0055]圖11是示出根據(jù)實(shí)施例的在通孔開口 702中形成通孔1102的截面圖。由于在將管芯102接合至晶圓104之后形成通孔1102，所以該工藝被稱為后通孔工藝。在一些實(shí)施例中，延伸穿過諸如晶圓襯底112的襯底的通孔1102被稱為襯底通孔(TSV)，或者可選地，由于通孔延伸穿過硅襯底而稱為硅通孔。延伸穿過絕緣膜302的通孔1102被稱為介電通孔(TDV) ο
[0056]在一些實(shí)施例中，阻擋層(為了簡(jiǎn)潔而沒有示出)形成在通孔開口 702中，其中例如，該阻擋層通過CVD、PECVD或其他沉積工藝由鈷(Co)、鉭、鎢、氮化鉭(TaN)、氮化鈦(TiN)等形成。通過利用諸如銅(Cu)、鋁(Al)、鋁銅合金(AlCu)、金、鈦、鈷、合金的導(dǎo)電材料或其他導(dǎo)電材料填充通孔開口 702以制造通孔1102。在一些實(shí)施例中，例如，通過電化學(xué)鍍(ECP)、電鍍、化學(xué)鍍或其他的工藝來形成通孔。在這種實(shí)施例中，例如，通過原子層沉積將晶種層(未示出)形成在阻擋層上方或間隔件和導(dǎo)電元件110上方。晶種層提供用于鍍敷工藝的成核位置并且增大形成通孔1102的鍍敷材料的均勻性。在一些實(shí)施例中，通孔1102的導(dǎo)電材料延伸至通孔開口 702上方。例如，使用這種過填充以確保開口 702被完全填充。通過研磨、CMP、拋光、蝕刻或其他的減少工藝來去除多余的材料。在形成通孔1102之后，通孔1102的頂面與蝕刻停止層502的頂面基本共面。在一些實(shí)施例中，研磨工藝去除蝕刻停止層502或降低晶圓襯底112的頂面。
[0057]通孔1102延伸穿過晶圓襯底112，以接觸一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電元件110。間隔件1002使通孔1102與晶圓襯底112電絕緣，使得通過通孔1102發(fā)送的電信號(hào)不會(huì)干擾晶圓襯底112中的有源器件。在一些實(shí)施例中，通孔1102延伸穿過晶圓襯底112、晶圓RDL 114和接合界面202，以接觸管芯RDL 108中的導(dǎo)電元件110。在這種實(shí)施例中，通過管芯RDL 108將管芯RDL 108上的導(dǎo)電元件110電連接至管芯襯底106。因此，可以從封裝件的晶圓側(cè)形成介于管芯襯底106與外部器件或連接件之間的連接件。類似地，在一些實(shí)施例中，通孔1102延伸穿過晶圓襯底112并且接觸電連接至晶圓襯底112的晶圓RDL 114中的導(dǎo)電元件110。因此，可以提供從管芯102或晶圓104穿過晶圓襯底112到達(dá)外部器件的電源連接或數(shù)據(jù)連接。
[0058]另外地，在一些實(shí)施例中，可以使用后通孔工藝將晶圓104電連接至管芯102。例如，可以通過接觸第一導(dǎo)電元件和第二導(dǎo)電元件110的通孔1102將晶圓RDL 114中的第一導(dǎo)電元件110與管芯RDL 108中的第二導(dǎo)電元件110連接。因此，盡管RDL 108和114位于管芯102與晶圓104之間，但是也可以提供外部電連接和管芯與晶圓連接，而不需要在將管芯102接合至晶圓104之前形成諸如微凸塊或焊球的分離式連接件。另外地，后通孔工藝消除了管芯與晶圓接合工藝期間的對(duì)于晶圓與管芯對(duì)準(zhǔn)的要求。
[0059]已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，對(duì)于晶圓上芯片結(jié)構(gòu)來說，間隔件1002提供了更低的成本和更簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。另外地，間隔件1002允許通孔的高與寬的縱橫比介于3和大約10之間，從而增大了芯片間連接件的密度。還發(fā)現(xiàn)，隨著通孔1102延伸穿過晶圓襯底112，通孔1102可以更有規(guī)則地布置為穿過封裝件并且提供更多異質(zhì)芯片堆疊件。通孔1102的規(guī)則布置也在隨后的處理或封裝件安裝期間提供改善的翹曲控制。
[0060]圖12是示出頂部RDL絕緣層1202的截面圖。在一些實(shí)施例中，諸如ΡΒ0、氧化硅、聚酰亞胺的絕緣材料或其他絕緣材料形成在蝕刻停止層502上方。一個(gè)或多個(gè)RDL開口1204形成在絕緣層1202中，以暴露通孔1102。在一些實(shí)施例中，絕緣層1202是噴射或旋涂的ΡΒ0，并且通過利用光刻工藝曝光和顯影PBO來形成RDL開口 1204。在其他的實(shí)施例中，通過CVD等來沉積絕緣層1202并且對(duì)該絕緣層1202進(jìn)行蝕刻、激光鉆孔、研磨或以其他方式進(jìn)行圖案化。
[0061]圖13是示出根據(jù)實(shí)施例的在頂部RDL絕緣層1202中形成頂部RDL導(dǎo)電元件1302的截面圖。例如，通過濺射、PVD、CVD、鍍敷或其他沉積工藝將諸如銅的導(dǎo)電材料沉積在絕緣層1202上方以及RDL開口 1204中。通過掩蔽和蝕刻或通過沉積之前的掩蔽來圖案化沉積的導(dǎo)電材料。盡管為了簡(jiǎn)潔而將示出的頂部RDL導(dǎo)電元件1302示出為基本垂直延伸，但是應(yīng)該理解，在一些實(shí)施例中，頂部RDL導(dǎo)電元件1302具有橫向延伸的部分，以提供隨后形成的層或連接件的期望布局。
[0062]圖14是示出形成附加的絕緣層和導(dǎo)電元件以形成頂部RDL 1406的截面圖。以堆疊方式形成具有導(dǎo)電元件1302的一個(gè)或多個(gè)頂部RDL絕緣層1202，以提供外部器件與通孔1102之間的電連接。另外地，保護(hù)層1402形成在最上面的頂部RDL絕緣層1202上方并且具有暴露頂部RDL導(dǎo)電元件1302的開口。在一些實(shí)施例中，保護(hù)層1402是ΡΒ0、環(huán)氧樹月旨、氧化物、氮化物、碳化物、氮氧化物、聚酰亞胺或其他的絕緣材料或保護(hù)材料并且如上所述沉積和圖案化該保護(hù)層。
[0063]圖15是示出根據(jù)實(shí)施例的形成連接件1502的截面圖。一個(gè)或多個(gè)連接件1502安裝在頂部RDL導(dǎo)電元件1302的暴露部分上。在一些實(shí)施例中，連接件1502是焊球、柱、導(dǎo)電凸塊或其他的導(dǎo)電連接件。連接件1502被配置為允許將封裝件安裝至諸如管芯、封裝件、晶圓、PCB等的目標(biāo)襯底。因此，晶圓104和管芯102通過連接件1502和通孔1102與目標(biāo)襯底信號(hào)連接。然后從封裝件去除載體402。
[0064]盡管示出了使用后通孔工藝的晶圓上芯片封裝件，以形成從封裝件的晶圓側(cè)延伸穿過晶圓襯底112到達(dá)RDL 108和114的通孔1102，但是應(yīng)該理解，所公開的實(shí)施例不限于這種布置。在其他的實(shí)施例中，通孔1102形成為從封裝件的管芯側(cè)穿過管芯襯底106和絕緣膜302導(dǎo)達(dá)RDL 108和114。另外地，在一些實(shí)施例中，從封裝件的晶圓側(cè)和管芯側(cè)形成通孔1102。
[0065]另外地，以上所公開的實(shí)施例不限于以上所描述的步驟和結(jié)構(gòu)的順序。圖16至圖20示出了根據(jù)實(shí)施例形成具有部分高度自對(duì)準(zhǔn)間隔件的晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的中間處理步驟的截面圖。
[0066]圖16示出了根據(jù)實(shí)施例在封裝件的絕緣膜1622中掩蔽并且蝕刻通孔開口 1618的截面圖。例如，如上所述將管芯1602與晶圓1604接合。管芯1602和晶圓1604分別具有管芯襯底1612和晶圓襯底1620，并且襯底1612和1620具有一個(gè)或多個(gè)有源器件。管芯RDL 1614和晶圓RDL 1616設(shè)置在相應(yīng)的襯底1612和1620上并且包括具有設(shè)置在其中的導(dǎo)電元件1610的介電層，這些導(dǎo)電元件中的一些與相應(yīng)的襯底1612和1620中的有源器件接觸。管芯1602與晶圓1604接合在一起，使得管芯RDL 1614與晶圓RDL 1616接觸并且形成接合界面1628。在一些實(shí)施例中，通過以上描述的直接表面接合、金屬與金屬接合或混合接合將管芯1602與晶圓1604接合。絕緣膜1622形成在管芯1602上方，并且在一些實(shí)施例中，該絕緣膜在管芯1602上方延伸。絕緣膜1622可以基本類似于如上所述的絕緣膜302。例如，絕緣膜1622可以包括通過CVD、PECVD或其他的工藝所形成的電介質(zhì)，諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。蝕刻停止層1606形成在絕緣膜1622上方。
[0067]掩模1608沉積在蝕刻停止層1606上方并且被圖案化為具有設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電元件1610上方的開口。使用掩模1608來控制通孔開口 1618的位置，將通孔開口 1618蝕刻為穿過絕緣膜1622。在實(shí)施例中，通孔開口 1618延伸穿過絕緣膜1622，并且設(shè)置在管芯襯底1612上方的通孔開口 1618延伸穿過管芯襯底1612到達(dá)管芯RDL 1614。與管芯襯底1612相鄰且未設(shè)置在該管芯襯底上方的通孔開口 1618部分地延伸穿過絕緣膜1622。
[0068]圖17是示出根據(jù)實(shí)施例形成隔離層1702的截面圖。去除掩模1608(參見圖16)，并且共形介電隔離層1702形成在蝕刻停止層1606上方。在實(shí)施例中，如上所述形成隔離層1702。隔離層1702延伸進(jìn)每一個(gè)通孔開口 1618中并且覆蓋通孔開口 1618的側(cè)壁，該側(cè)壁包括管芯襯底1612的在通孔開口 1618中暴露的部分。另外地，例如，隔離層1702覆蓋管芯RDL 1614和絕緣膜1622的在開口 1618的底部處暴露的橫向表面。
[0069]圖18是示出根據(jù)實(shí)施例形成部分高度自對(duì)準(zhǔn)間隔件1802的截面圖。在一些實(shí)施例中，如上所述，蝕刻隔離層1702(參見圖17)。蝕刻暴露了管芯RDL 1614的橫向表面在通孔開口 1618中介于間隔件1802之間的部分。另外地，對(duì)于與管芯RDL 1614相鄰并且未設(shè)置在該管芯RDL上方的通孔開口 1618來說，蝕刻暴露了形成通孔開口 1618的底部的絕緣膜1622表面。
[0070]圖19示出根據(jù)實(shí)施例的在形成間隔件1802之后的第二蝕刻的截面圖。在一些實(shí)施例中，如上關(guān)于圖8所述，選擇性地蝕刻隔離層1702。通孔開口 1618延伸至下面的RDL1614和1616中的導(dǎo)電元件1610，以暴露導(dǎo)電元件1610的上表面。在這種實(shí)施例中，間隔件1802僅部分延伸穿過通孔開口 1618，間隔件1802的底面設(shè)置在管芯RDL 1614上或設(shè)置在絕緣膜1622內(nèi)。然而，間隔件1802在通孔開口 1618中設(shè)置在管芯襯底1612的側(cè)壁上，從而使管芯襯底1612與通孔開口 1618和隨后形成的通孔電絕緣。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，部分高度自對(duì)準(zhǔn)間隔件1802允許利用單個(gè)掩模蝕刻管芯RDL以及RDL 1614和1616。間隔件1802在第二蝕刻期間掩蔽管芯RDL 1614的側(cè)壁。生成的通孔開口 1618具有下部，該下部的側(cè)壁與間隔件1802的內(nèi)表面基本共面、齊平、一致或?qū)?zhǔn)。在絕緣膜1622延伸至管芯襯底1612的頂面上方的一些實(shí)施例中，間隔件1802大約從管芯襯底1612的底面延伸至絕緣膜1622的頂面或延伸至該絕緣膜的頂面之上。
[0071]圖20示出了根據(jù)實(shí)施例形成通孔2002的截面圖。在一些實(shí)施例中，在如上關(guān)于圖11所述的通孔開口 1618(見圖17)中形成通孔2002。通孔2002通過間隔件1802與管芯襯底1612絕緣，并且該通孔從封裝件的頂面延伸穿過管芯襯底1612到達(dá)RDL 1614和1616中的導(dǎo)電元件1610。
[0072]盡管所描述的實(shí)施例被示出為具有使通孔2002與管芯襯底1612絕緣的部分高度間隔件1802，但是實(shí)施例不限于所描述的那些。例如，在一些實(shí)施例中，部分高度間隔件1802設(shè)置在晶圓襯底1620中，通孔2002從封裝件的晶圓側(cè)延伸至RDL 1614和1616。
[0073]圖21至圖29示出了根據(jù)實(shí)施例使用雙鑲嵌后通孔工藝形成晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的中間處理步驟的截面圖。圖21示出了根據(jù)實(shí)施例在接合至晶圓2104的管芯2102上方形成絕緣膜2116的截面圖。管芯2102和晶圓2104分別具有包含一個(gè)或多個(gè)有源器件的管芯襯底2106和晶圓襯底2112。管芯RDL 2108和晶圓RDL 2114設(shè)置在相應(yīng)的襯底2106和2112上并且包括在其中設(shè)置有導(dǎo)電元件2110的介電層，該導(dǎo)電元件中的一些與相應(yīng)的襯底2106和2112中的有源器件接觸。如上所述，將管芯2102與晶圓2104接合，使得管芯RDL 2108與晶圓RDL 2114接觸并且形成接合界面2118。如上所述，絕緣膜2116形成在管芯2102和晶圓2104上方，并且在一些實(shí)施例中，該絕緣膜在管芯2102上方延伸。例如，絕緣膜2116可以包括通過CVD、PECVD或其他的工藝形成的電介質(zhì)，諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化娃等。
[0074]圖22示出了根據(jù)實(shí)施例在封裝件上形成第一掩模2202的截面圖。在這種實(shí)施例中，第一掩模2202形成在絕緣膜2116上方并且被圖案化以形成開口 2204。在一些實(shí)施例中，第一掩模2202是被沉積、曝光和顯影的光刻膠。第一掩模2202中的開口 2204對(duì)準(zhǔn)至RDL 2108和2114中的導(dǎo)電元件2110上方。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，用于形成通孔開口的雙鑲嵌技術(shù)允許去除蝕刻停止層和與蝕刻停止層相關(guān)的蝕刻。在這種實(shí)施例中，第一掩模2202設(shè)置在絕緣膜2116上。
[0075]圖23示出了根據(jù)實(shí)施例蝕刻管芯襯底2106的截面圖。通孔開口 2302形成為穿過絕緣膜2116，并且穿過管芯襯底2106以暴露管芯RDL 2108。在實(shí)施例中，如上所述蝕刻通孔開口 2302。與管芯襯底2106相鄰的并且未設(shè)置在該管芯襯底上方的通孔開口 2302延伸穿過絕緣膜2116。
[0076]圖24示出了根據(jù)實(shí)施例的應(yīng)用第二掩模2402的截面圖。在一些實(shí)施例中，在第一蝕刻使通孔開口 2302穿過管芯襯底2106之后，去除第一掩模2202。第二掩模2402形成在襯底上方并且延伸到通孔開口 2302中。在一些實(shí)施例中，例如，第二掩模2402是通過旋涂、噴涂等所沉積的光刻膠。
[0077]圖25示出了根據(jù)實(shí)施例圖案化第二掩模2402的截面圖。在一些實(shí)施例中，曝光并且顯影第二掩模2402，以將第二掩模2402圖案化為具有第二掩模開口 2502。在一些實(shí)施例中，第二掩模開口 2502比第一蝕刻之后的通孔開口 2302寬，其中，第二掩模開口 2502設(shè)置在通孔開口 2302上方。另外地，在一些實(shí)施例中，第二掩模開口 2502限定用于從通孔開口橫向延伸的金屬線的開口，以提供與隨后形成在通孔開口 2302的下部中的通孔的電連接。
[0078]圖26示出根據(jù)實(shí)施例蝕刻RDL 2108和2114的截面圖。蝕刻RDL 2108和2114，并且去除第二掩模2402。在一些實(shí)施例中，使用時(shí)間模式蝕刻工藝，使得蝕刻工藝蝕刻預(yù)定深度。利用第二掩模的蝕刻導(dǎo)致通孔開口 2302的上部具有比通孔開口 2302的下部更寬的寬度。時(shí)間模式蝕刻控制通孔開口 2302的上部的深度，并且導(dǎo)致通孔開口 2302的下部向下延伸，以暴露下面的導(dǎo)電元件2110。
[0079]圖27是示出根據(jù)實(shí)施例形成隔離層2702的截面圖。共形介電隔離層2702形成在絕緣膜2116上方并且延伸到通孔開口 2302中。在實(shí)施例中，如上所述形成隔離層2702。隔離層2702延伸到每一個(gè)通孔開口 2302中并且覆蓋通孔開口 2302的側(cè)壁，該側(cè)壁包括管芯襯底2106暴露在通孔開口 2302中的部分。
[0080]圖28是示出根據(jù)實(shí)施例形成自對(duì)準(zhǔn)間隔件2802的截面圖。在一些實(shí)施例中，如上所述，蝕刻隔離層2702(見圖27)，以去除隔離層2702的橫向部分并且保留通孔開口 2302的側(cè)壁上的間隔件2802。間隔件2802使管芯襯底2106與通孔開口 2302和導(dǎo)電元件2110的頂面的暴露部分絕緣。在一些雙鑲嵌實(shí)施例中，分離的間隔件2802形成在通孔開口 2302的上部部分和下部部分中，上部間隔件和下部間隔件2802相互橫向分離并且暴露絕緣膜2116的橫向表面。另外地，下部間隔件2802從RDL 2108和2114中的導(dǎo)電元件2110延伸至管芯襯底2106上方并且延伸到絕緣膜2116中。
[0081]圖29是示出了根據(jù)實(shí)施例在通孔開口 2302中形成通孔2902的截面圖。在一些實(shí)施例中，如上所述形成通孔2902。通過間隔件2802使通孔2902與管芯襯底2106絕緣，并且該通孔從絕緣膜2116的頂面延伸至導(dǎo)電元件2110。在一些實(shí)施例中，通孔2902的頂部部分橫向延伸穿過絕緣膜2116的頂部部分，以形成絕緣膜2116中的頂部RDL的第一層。在第二蝕刻之后形成的間隔件2802允許在通孔開口 2302內(nèi)形成具有完整高度的間隔件。在一些實(shí)施例中，阻擋層、晶種層和金屬層形成在通孔開口 2302中，然后通過CMP等來減少。因此，不連續(xù)的階梯形式形成的頂部RDL的第一層的導(dǎo)電元件可以合并為通孔形成工藝，以降低成本并且增大產(chǎn)量。
[0082]圖30至圖35示出了在形成具有通過后通孔工藝形成的多組通孔的晶圓上芯片結(jié)構(gòu)的中間處理步驟的截面圖，允許三個(gè)或更多的管芯堆疊在3D襯底上的晶圓上芯片的封裝件中。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，后通孔工藝可以用于為具有ΙΟμπι或更小的間距的堆疊式管芯提供芯片間連接，并且在堆疊式芯片之間提供改進(jìn)的間距而不需要焊球或微凸塊。另外地，后通孔工藝允許管芯直接接合而不需要在接合工藝期間使接合的RDL中的金屬焊盤接觸。由于后通孔工藝可以在與穿過堆疊式管芯的通孔相同的工藝步驟中形成穿過絕緣膜的通孔，所以后通孔工藝還允許堆疊不同寬度的管芯而不需要附加的工藝步驟，并且允許使用多輸出通孔布局。
[0083]圖30示出了根據(jù)實(shí)施例形成具有多層通孔的封裝件3000的最初步驟的截面圖。最初，提供第一管芯3002。將一個(gè)或多個(gè)第二管芯3008安裝在第一管芯3002上。第一管芯3002具有第一襯底3004和第一 RDL 3006，并且每一個(gè)第二管芯3008都具有第二襯底3010和第二 RDL 3012。導(dǎo)電元件3014設(shè)置在RDL 3006和3012中，并且電連接至相應(yīng)的襯底3004和3010。在一些實(shí)施例中，通過直接接合技術(shù)將第二管芯3008接合至第一管芯3002。例如，在一些實(shí)施例中，第二管芯3008具有使用氧化物與氧化物接合而接合至第一RDL 3006的第二 RDL 3012。在其他的實(shí)施例中，使用混合接合技術(shù)或其他的接合技術(shù)，利用粘合劑將第二管芯3008接合至第一管芯3002。
[0084]盡管本文示出的實(shí)施例示出了兩個(gè)第二管芯3008接合至單個(gè)第一管芯3002，但是實(shí)施例旨在用作說明性的，并不旨在進(jìn)行限定。例如，在其他的實(shí)施例中，單個(gè)第二管芯3008接合至單個(gè)第一管芯3002，或接合至多個(gè)第一管芯3002。另外地，第二管芯3008被示出為比第一管芯3002更窄，以在第一 RDL 3006上面保留未被任一個(gè)第二管芯3008覆蓋的空間。然而，為了說明多輸出布置，示出第二管芯3008相對(duì)于第一管芯3002的寬度和布置，并該寬度和布置并不旨在進(jìn)行限定。
[0085]第一絕緣膜3016形成在第一管芯3002和第二管芯3008上方。在實(shí)施例中，如上關(guān)于圖3、16或21所述形成第一絕緣膜3016。例如，第一絕緣膜3016可以包括通過CVD、PECVD等形成的電介質(zhì)，諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。在一些實(shí)施例中，絕緣膜3016在第二管芯3008上方延伸并且填充第二管芯3008之間的區(qū)域以及與第一管芯3002上方的第二管芯相鄰的區(qū)域。在其他的實(shí)施例中，平坦化第一絕緣膜3016，以與第二襯底3010的頂面大約齊平或共面。
[0086]圖31示出了根據(jù)一些實(shí)施例形成穿過第二管芯3008到達(dá)第一 RDL 3006和第二RDL 3012的第一通孔3102的截面圖。為了方便，各個(gè)第一通孔3102A至3102F中的多個(gè)第一通孔統(tǒng)稱為第一通孔3102。本文將第一通孔3102示出為通過如圖21至圖29所示的雙鑲嵌后通孔技術(shù)來形成，然而其他的后通孔技術(shù)可以用于形成通孔3102。例如，在一些實(shí)施例中，根據(jù)圖1至圖15所描述的實(shí)施例，第一通孔3102形成為具有完整的間隔件，或者根據(jù)圖16至圖20所描述的實(shí)施例，形成為具有部分高度的間隔件。
[0087]第一通孔3102形成為穿過第二管芯3008到達(dá)RDL 3006和3012中的導(dǎo)電元件3014，該導(dǎo)電元件將第一通孔3102電連接至第一襯底3004或第二襯底3010。在一些實(shí)施例中，第一通孔3102將第一襯底3004連接至其中一個(gè)第二襯底3010。例如，第一通孔3102D連接至其中一個(gè)第二 RDL 3012中的導(dǎo)電元件3014和第一 RDL 3006中的導(dǎo)電元件3014，以提供第一管芯3002與第二管芯3008之間的芯片間連接。另外地，在一些實(shí)施例中，第一通孔3102F延伸穿過與第二管芯3008相鄰的第一絕緣膜3016到達(dá)第一 RDL 3006中的導(dǎo)電元件3014。在一些實(shí)施例中，在多輸出配置中，第一通孔3102E具有橫向延伸穿過第一絕緣膜3016的部分。
[0088]圖32示出了根據(jù)一些實(shí)施例在封裝件3000上安裝第三管芯3202的截面圖。第三管芯3202具有第三襯底3204和第三RDL 3206并且被安裝在第二管芯3008上方。第三RDL 3206具有連接至第三襯底3204的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電部件3104。在第一絕緣膜3016在第二管芯3008上方延伸的實(shí)施例中，將第三管芯3202安裝在第一絕緣膜3016的頂面上，并且在通過第一絕緣膜3016暴露第二管芯3008的實(shí)施例中，將第三管芯3202安裝在第二管芯3008上以及第一絕緣膜3016的頂面上。通過直接表面接合或其他的工藝，利用管芯附接膜(DAF)、粘合劑將第三管芯3202安裝至封裝件。圍繞第三管芯3202形成第二絕緣膜3208，并且在一些實(shí)施例中，如上關(guān)于第一絕緣膜3106所述，形成該第二絕緣膜。例如，第二絕緣膜3208可以包括通過CVD、PECVD或其他的工藝形成的電介質(zhì)，諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等。在其他的實(shí)施例中，在將第三管芯3202安裝至封裝件3000之前，圍繞第三管芯3202形成第二絕緣膜3208。
[0089]第三管芯3202被示出為直接安裝在第一絕緣膜3106的頂面上，然而，實(shí)施例不限于這種結(jié)構(gòu)。在其他的實(shí)施例中，在安裝第三管芯3202之前，在封裝件3000上方形成一個(gè)或多個(gè)中間層(未示出)。例如，介電層、保護(hù)層、鈍化層或其他層形成在第一絕緣膜3016或第二管芯3008上方，第三管芯3202安裝至中間層。
[0090]圖33示出了根據(jù)一些實(shí)施例形成穿過第三管芯3202和第二絕緣膜3208的第二通孔3302的截面圖。為了方便，各個(gè)第二通孔3302A至3302G中的多個(gè)第二通孔統(tǒng)稱為第二通孔3302。與第一通孔3102類似，本文將第二通孔3302示出為通過雙鑲嵌后通孔工藝形成，但是在其他的實(shí)施例中，形成有完整高度間隔件或部分高度間隔件。另外地，盡管第一通孔3102和第二通孔3302被示出為使用相同的技術(shù)形成，但是在一些實(shí)施例中，使用不同的通孔形成技術(shù)來形成通孔的不同層。
[0091]在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)第二通孔3302延伸穿過第三襯底3204，以接觸第三RDL 3206中的導(dǎo)電元件3104。例如，第二通孔3302D和3302E延伸至第三RDL 3206中的導(dǎo)電元件3104，以在第三襯底3204與隨后形成的外部連接件之間提供例如電源連接或通信連接。在這種實(shí)例中，第二通孔3302D和3302E終止于第三RDL 3206內(nèi)并且與第一絕緣膜3016絕緣。這允許第一通孔3102位于第二通孔3302下面而不接觸第二通孔3302。例如，第一通孔3102D在第一管芯3002與第二管芯3008之間提供芯片間連接，而不需要連接至外部連接件，并且可以在終止于第三RDL 3206內(nèi)的第二通孔3302D的下面對(duì)準(zhǔn)。因此，第一通孔3102D與第二通孔3302電絕緣。在另一實(shí)例中，第一通孔3102E從終止于第三RDL3206中的第二通孔3302E下方橫向延伸。諸如第二通孔3302F的不同的第二通孔3302在第一通孔3102E與隨后形成的外部連接件之間提供連接。
[0092]另外地，在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)第二通孔3302延伸穿過第三RDL 3206，以接觸第一通孔3102的頂面。例如，第二通孔3302B延伸穿過第三RDL 3206并且接觸第一通孔3102B的頂面，以在第一襯底3004與隨后形成的外部連接件之間提供例如電源連接或通信連接。
[0093]在一些實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)第二通孔3302接觸第三RDL 3206中的導(dǎo)電元件3104和第一通孔3102。因此，可以在第三襯底3204與第一襯底3004或第二襯底3010之間提供通信連接。例如，第二通孔3302A接觸第三RDL 3206中的導(dǎo)電元件3104并且延伸穿過導(dǎo)電元件3104，以接觸第一通孔3102A。第一通孔3102A接觸第二 RDL 3012中的導(dǎo)電元件3104，該導(dǎo)電元件轉(zhuǎn)而連接至第二襯底3010。類似地，第二通孔3302C接觸第三RDL3206中的導(dǎo)電元件3104，并且延伸穿過導(dǎo)電元件3104，以接觸第一通孔3102C。第一通孔3102C接觸第一 RDL 3006中的導(dǎo)電元件3104，該導(dǎo)電元件轉(zhuǎn)而連接至第一襯底3004。因此，通過第一通孔3102和第二通孔3302的方式在第三襯底3204與第一襯底3004或第二襯底3010之間提供芯片間連接。
[0094]在一些實(shí)施例中，第一管芯3002比第三管芯3202寬。在這種實(shí)施例中，第二絕緣膜3208的一部分設(shè)置在與第三管芯3202相鄰的第一絕緣膜3016上方。第二通孔3302形成為穿過第二絕緣膜3208中與第三管芯3202相鄰的部分。例如，在一些實(shí)施例中，第二通孔3302G延伸穿過第二絕緣膜3208，以接觸延伸到第一RDL 3006中的標(biāo)準(zhǔn)的或垂直的第一通孔3102F的頂面，并且接觸導(dǎo)電元件3014。在另一實(shí)例中，第二通孔3302F延伸穿過第二絕緣膜3208，以接觸第一通孔3102E中以多輸出配置的方式橫向延伸穿過第一絕緣膜3016的部分頂面。因此，可以提供與第一管芯或第二管芯3008的電源連接或數(shù)據(jù)連接，而不需要第二通孔3102穿過第三管芯3202。例如，當(dāng)?shù)谌苄?202比第一管芯3002窄時(shí)使用這種配置。
[0095]另外地，盡管本文中將第三管芯3202示出為具有與多個(gè)第二管芯3008相同的寬度，但是在一些實(shí)施例中，該多個(gè)第二管芯3008延伸越過第三管芯3202的邊緣。在這種實(shí)施例中，第二通孔3302直接設(shè)置在第二管芯3008上方。第二通孔3302延伸穿過第二絕緣膜3208，以接觸垂直延伸穿過第二管芯3008的第一通孔3102?？蛇x地，在其他的實(shí)施例中，第三管芯3202比多個(gè)第二管芯3008寬，并且延伸越過該多個(gè)第二管芯3008的邊緣。在這種實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)第二通孔3302設(shè)置為與第二管芯3008橫向相鄰或設(shè)置在該第二管芯的邊緣外部，并且延伸穿過第三管芯3202，以接觸延伸穿過第一絕緣膜3016中與第二管芯3008相鄰的部分的第一通孔3102。另外地，在一些實(shí)施例中，通過每一個(gè)第一通孔3102和第二通孔3302都延伸穿過襯底使用多輸入布置。在這種實(shí)施例中，第一管芯3002、第二管芯3008和第三管芯3202具有基本對(duì)準(zhǔn)的邊緣，去除通孔3102F/3302G或3302F。
[0096]盡管本文中所示出的封裝件3000示出了三層管芯，但是封裝件3000不限于這種實(shí)施例。在其他的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)附加層形成在第三管芯3202上方，附加的通孔延伸穿過每一層，以接觸下面的層中通孔。此外，在一些實(shí)施例中，形成穿過封裝件3000的頂側(cè)和底側(cè)的通孔。在這種實(shí)施例中，附加層和附加管芯形成在封裝件的兩側(cè)。
[0097]圖34示出了根據(jù)一些實(shí)施例的在第二絕緣膜3208上方形成頂部RDL 3402的截面圖。在一些實(shí)施例中，使用與如上關(guān)于圖12至圖15所述的那些工藝類似的工藝來形成頂部RDL 3402、保護(hù)層3406和連接件3408。頂部RDL 3402具有頂部RDL介電層3404，該頂部RDL介電層具有將一個(gè)或多個(gè)第二通孔3302連接至連接件3408的一個(gè)或多個(gè)頂部RDL導(dǎo)電元件3410。保護(hù)層3406設(shè)置在頂部RDL 3402上方，連接件3408延伸穿過保護(hù)層3406中的開口，以接觸頂部RDL導(dǎo)電元件3410。連接件3408電連接至第二通孔3302，以通過通孔對(duì)3302B/3102B或3102F/3302G提供與第一管芯3002的電源連接或數(shù)據(jù)連接，或通過通孔對(duì)3102E/3302F提供與第二管芯3008的電源連接或數(shù)據(jù)連接，或通過通孔3302D或3302E提供與第三管芯3202的電源連接或數(shù)據(jù)連接。
[0098]在一些實(shí)施例中，在第三管芯3202與第一管芯3002或第二管芯3008之間提供芯片間連接的第二通孔3302與連接件3408電絕緣，而提供與管芯3002、3008或3202的電源連接或數(shù)據(jù)連接的第二通孔3302電連接至連接件3408。例如，第二通孔3302A接觸第三RDL 3206中的導(dǎo)電元件3104和第一通孔3102A。第一通孔3102A轉(zhuǎn)而接觸第二 RDL 3012中的導(dǎo)電元件3104。因此，通過第二通孔3302A和第一通孔3102A的方式在第三管芯3202與第二管芯3008之間提供芯片間連接。在這種實(shí)例中，第二通孔3302未連接至連接件3408并且通過頂部RDL介電層3404而在頂面處是電絕緣的。
[0099]由于一些第二通孔3302與連接件3408絕緣，所以不需要頂部RDL導(dǎo)電元件3410位于一些第二通孔3302上方或連接至這些第二通孔。因此，在一些實(shí)施例中，連接件3408的間距或布置與第二通孔3302的間距和布置不同。另外地，一些頂部RDL導(dǎo)電元件3410在與連接件3408絕緣的第二通孔3302上方橫向延伸。
[0100]圖35示出了根據(jù)一些實(shí)施例的將封裝件3000安裝在第二封裝件3502上的截面圖。通過連接件3408將封裝件3000安裝至第二封裝件3502，該第二封裝件可以是襯底、管芯、PCB、芯片或其他表面。在一些實(shí)施例中，第二封裝件3502具有與連接件3408相對(duì)的一個(gè)或多個(gè)第二連接件3504。另外地，在一些實(shí)施例上，通過粘合層3508或通過其他接合材料或熱粘合劑將諸如熱吸收器3506的散熱結(jié)構(gòu)附接至封裝件3000。另外地，盡管未示出，但是在一些實(shí)施例中，附加的管芯安裝在第二封裝件3502上并且通過第二封裝件與封裝件3000電通信連接。
[0101]圖36示出了根據(jù)一些其他實(shí)施例將封裝件3000安裝至不同的封裝部件的截面圖。通過連接件3408將封裝件3000安裝至中間板3602。用于結(jié)構(gòu)支撐的底部填充物可以分配為環(huán)繞連接件3408，并且附加的封裝部件3606也可以接合至中間板3602的與封裝件3000相同的表面。在一些實(shí)施例中，封裝部件3606可以包括管芯、管芯堆疊件、其他的封裝件、它們的組合等。例如，封裝部件3606可以包括動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(DRAM)管芯和/或DRAM管芯堆疊件。絕緣膜3610(如，氧化物、氮化物、氮氧化物或模塑料)可以分配為環(huán)繞封裝件3000和封裝部件3606。在一些實(shí)施例中，中間板3602具有與封裝件3000相對(duì)的一個(gè)或多個(gè)第二連接件3608。中間板3602內(nèi)的導(dǎo)電部件3604可以提供到達(dá)第二連接件3608的電布線，并且第二連接件3608可以將中間板3602接合至封裝件襯底3612。附加部件3614(如，表面安裝器件(SMD)、其他的管芯、管芯堆疊件和/或封裝件)也可以設(shè)置在封裝件襯底3612的與封裝件3000/中間板3602相同的一側(cè)上。另外地，在一些實(shí)施例中，通過粘合層3620或通過其他的接合材料或熱粘合劑將散熱結(jié)構(gòu)3618附接至封裝件3000和封裝件襯底3612。因此，如圖36所示，以上描述的封裝件3000包含在具有其他的封裝部件(諸如其他管芯、管芯堆疊件、中間板、封裝件襯底、SMD等)的示例性封裝件結(jié)構(gòu)中。
[0102]圖37示出了根據(jù)各個(gè)實(shí)施例的用于形成半導(dǎo)體封裝件的示例性工藝流程3700。在步驟3702中，第一半導(dǎo)體襯底上的第一 RDL接合至第二半導(dǎo)體襯底上的第二 RDL。例如，第一 rdl/半導(dǎo)體襯底可以設(shè)置在管芯中，并且第二 RDL/半導(dǎo)體襯底可以設(shè)置在晶圓中，并且接合可以包括將管芯接合至晶圓。在步驟3704中，絕緣膜形成為環(huán)繞管芯。在步驟3706中，圖案化第一半導(dǎo)體襯底和第一 RDL以包括暴露第一 RDL中的導(dǎo)電元件的開口。在步驟3708中，隔離層沉積在開口的側(cè)壁和底面上。在步驟3710中，去除隔離層的橫向部分，以保留隔離層的位于第一半導(dǎo)體襯底的側(cè)壁上的部分。因此，側(cè)壁間隔件形成在第一半導(dǎo)體襯底中。在一些實(shí)施例中，側(cè)壁間隔件使第一半導(dǎo)體襯底與隨后形成的導(dǎo)電通孔絕緣。在步驟3712中，利用導(dǎo)電材料來填充開口的剩余部分以形成導(dǎo)電通孔。
[0103]根據(jù)實(shí)施例的封裝件包括第一管芯、第二管芯和沿著第一管芯或第二管芯的側(cè)壁延伸的絕緣膜。第一管芯包括設(shè)置在第一半導(dǎo)體襯底上的第一再分布層(RDL)和第一 RDL中的導(dǎo)電元件。第二管芯包括設(shè)置在第二半導(dǎo)體襯底上的第二 RDL，其中第一 RDL接合至第二 RDL。封裝件還包括:通孔，從導(dǎo)電元件延伸穿過第一半導(dǎo)體襯底；和間隔件，介于在第一半導(dǎo)體襯底與通孔之間。第一間隔件從導(dǎo)電元件延伸穿過第一半導(dǎo)體襯底。
[0104]根據(jù)另一實(shí)施例，封裝件包括第一管芯、第二管芯和設(shè)置在第一管芯上方并且圍繞第二管芯的絕緣膜。第一管芯包括設(shè)置在第一襯底上的第一再分布層(RDL)，并且第二管芯包括設(shè)置在第二襯底上的第二 RDL。第二 RDL接合至第一 RDL。絕緣膜包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或它們的組合。封裝件還包括:通孔，延伸穿過第二襯底；和間隔件，將通孔與第二襯底電絕緣。每一個(gè)通孔都與第一 RDL或第二 RDL中的至少一個(gè)導(dǎo)電元件接觸。
[0105]根據(jù)實(shí)施例的一種方法包括使用氧化物與氧化物接合將第一再分布層(RDL)接合至第二 RDL。第一 RDL和第二 RDL分別設(shè)置在第一和第二半導(dǎo)體襯底上。方法還包括:圍繞管芯(包括第一 RDL或第二 RDL)形成絕緣膜，并且在形成絕緣膜之后在第一 RDL和第一半導(dǎo)體襯底中圖案化第一開口。第一開口延伸穿過第一半導(dǎo)體襯底并且暴露導(dǎo)電元件。隔離層設(shè)置在第一開口的側(cè)壁和底面上，去除隔離層的橫向部分，而保留隔離層的位于第一半導(dǎo)體襯底的側(cè)壁上的部分。利用導(dǎo)電材料來填充第一開口的剩余部分。
[0106]上面論述了若干實(shí)施例的部件，使得本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以更好地理解本發(fā)明的各個(gè)方面。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，可以很容易地使用本發(fā)明作為基礎(chǔ)來設(shè)計(jì)或更改其他用于達(dá)到與這里所介紹實(shí)施例相同的目的和/或?qū)崿F(xiàn)相同優(yōu)點(diǎn)的處理和結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員也應(yīng)該意識(shí)到，這種等效構(gòu)造并不背離本發(fā)明的精神和范圍，并且在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以進(jìn)行多種變化、替換以及改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種封裝件，包括: 第一管芯，包括: 第一再分布層(RDL)，設(shè)置在第一半導(dǎo)體襯底上；和 第一導(dǎo)電元件，位于第一 RDL中； 第二管芯，包括設(shè)置在第二半導(dǎo)體襯底上的第二 RDL，其中，所述第一 RDL接合至所述第二 RDL ； 絕緣膜，沿著所述第一管芯的側(cè)壁或所述第二管芯的側(cè)壁延伸； 第一通孔，從所述第一導(dǎo)電元件延伸穿過所述第一半導(dǎo)體襯底；以及第一間隔件，介于所述第一半導(dǎo)體襯底與所述第一通孔之間，其中，所述第一間隔件從所述第一導(dǎo)電元件延伸穿過所述第一半導(dǎo)體襯底。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中，所述絕緣膜包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或它們的組合。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中，所述第一RDL直接接合至所述第二 RDL。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中，所述第一通孔從所述絕緣膜的頂面延伸至所述第一 RDL。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的封裝件，其中，所述絕緣膜沿著所述第一管芯的側(cè)壁延伸，所述封裝件還包括從所述絕緣膜的頂面延伸至所述第二 RDL中的第二導(dǎo)電元件的第二通孔，所述第二通孔設(shè)置為與所述第一管芯相鄰。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的封裝件，還包括:第二間隔件，介于所述第二通孔與所述絕緣膜之間。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封裝件，其中，所述第二間隔件從所述絕緣膜的頂面延伸至所述第二 RDL。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的封裝件，其中，所述第二間隔件僅部分延伸穿過所述絕緣膜，并且所述第二通孔的至少一部分接觸所述絕緣膜。9.一種封裝件，包括: 第一管芯，具有設(shè)置在第一襯底上的第一再分布層(RDL); 第二管芯，具有設(shè)置在第二襯底上的第二 RDL，其中，所述第二 RDL接合至所述第一RDL ； 第一絕緣膜，設(shè)置在所述第一管芯上方并且圍繞所述第二管芯，其中，所述第一絕緣膜包括氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或它們的組合； 第一通孔，延伸穿過所述第二襯底，其中，所述第一通孔中的每一個(gè)都接觸所述第一RDL或所述第二 RDL中的至少一個(gè)導(dǎo)電元件；以及 第一間隔件，將所述第一通孔與所述第二襯底電絕緣。10.一種方法，包括: 使用氧化物與氧化物接合將設(shè)置在第一半導(dǎo)體襯底上的第一再分布層(RDL)接合至設(shè)置在第二半導(dǎo)體襯底上的第二 RDL，其中，所述第一 RDL包括第一導(dǎo)電元件； 圍繞管芯形成絕緣膜，其中，所述管芯包括所述第一 RDL或所述第二 RDL ; 在形成所述絕緣膜之后，在所述第一半導(dǎo)體襯底和所述第一 RDL中圖案化第一開口，其中，所述第一開口延伸穿過所述第一半導(dǎo)體襯底并且暴露所述第一導(dǎo)電元件； 在所述第一開口的側(cè)壁和底面上沉積隔離層； 去除所述隔離層的橫向部分，而保留所述隔離層的位于所述第一半導(dǎo)體襯底的側(cè)壁上的部分；以及 利用導(dǎo)電材料來填充所述第一開口的剩余部分。
【文檔編號(hào)】H01L23/48GK106057786SQ201510656918
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年10月12日
【發(fā)明人】余振華, 蔡文景, 陳明發(fā)
【申請(qǐng)人】臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司