异质芯片封装方法

技术领域

本公开属于半导体封装技术领域，具体涉及一种异质芯片封装方法。

背景技术

在2.5D封装技术中，硅中介层主要是连接在芯片与基板之间，用于将芯片的信号放大并传输给基板的中间结构。目前，芯片封装越做越薄，且硅中介层上可能会连接多颗芯片，所以当芯片装在硅中介层上并对硅中介层进行减薄的时候，很容易造成硅中介层翘曲甚至破裂。并且现有的硅中介层和芯片集成度也还有待进一步提高。

发明内容

本公开的实施例旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种异质芯片封装方法。

所述封装方法包括：

提供基板、多个硅片和多个异质芯片；

分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板；其中，至少一个所述硅中介板与其它所述硅中介板不同；

分别将所述多个硅中介板进行切割，得到多个硅中介块；

从所述多个硅中介块中选取多个目标硅中介块，并将所述多个目标硅中介块固定在所述基板上；

分别将所述多个异质芯片互连设置在对应的所述多个目标硅中介块上。

可选的，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面；

所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔；

在所述多组盲孔内填充导电材料，形成所述导电连接结构，以形成所述硅中介板。

可选的，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面；

所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔；

在所述多组盲孔内填充导电材料，形成所述导电连接结构；

减薄所述硅片的第二表面直至露出所述多组盲孔形成硅通孔，以形成所述硅中介板。

可选的，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面；

所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔；

在所述多组盲孔内填充导电材料；

在所述硅片的第一表面形成重布线层，形成所述导电连接结构，以形成所述硅中介板。

可选的，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面；

所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔；

在所述多组盲孔内填充导电材料；

在所述硅片的第一表面设置形成重布线层，形成所述导电连接结构；

减薄所述硅片的第二表面直至露出所述多组盲孔形成硅通孔，以形成所述硅中介板。

可选的，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面；

所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔；

在所述多组盲孔内填充导电材料；

在所述硅片的第一表面形成重布线层；

在所述重布线层上设置焊球，形成所述导电连接结构，以形成所述硅中介板。

可选的，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面；

所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔；

在所述多组盲孔内填充导电材料；

在所述硅片的第一表面设置重布线层；

在所述重布线层上形成焊球，形成所述导电连接结构；

减薄所述硅片的第二表面直至露出所述导电连接结构形成硅通孔，得到所述硅中介板。

可选的，所述将所述多个目标硅中介块固定在所述基板上，包括：

将各所述目标硅中介块固定设置于基板上的对应位置；

所述将所述多个目标硅中介块固定在所述基板上之后，还包括：在所述基板朝向多个目标硅中介块的一侧预制多个导电柱，并对基板上的所述导电柱和所述多个目标硅中介块进行塑封；或，

对基板上的所述多个目标硅中介块进行塑封，形成塑封层，再沿所述塑封层的厚度方向形成多个通孔，并向所述多个通孔内填充导电材料，形成所述导电柱；

其中，所述导电柱用于将所述基板与所述多个异质芯片电连接。

可选的，所述基板朝向所述多个目标硅中介块的一侧形成多个凹槽；

所述将所述多个目标硅中介块固定在所述基板上，还包括：

将各所述目标硅中介块固定在对应的所述凹槽内。

可选的，所述基板沿其厚度方向形成多个通槽；

所述将所述多个目标硅中介块固定在所述基板上，还包括：

将所述基板固定于临时载板；

将各所述目标硅中介块固定在对应的所述通槽内以及所述临时载板上。

本公开实施例的一种异质芯片封装方法，将大的硅中介板切割成了小的硅中介块，避免了减薄过程中硅中介板的翘曲、破裂。将不同规格的硅中介块根据异质芯片的安装需求进行组合，与异质芯片之间互相对应安装、且可一次成型，缩小了硅中介层的整体面积以及各个芯片的间距，大大提高了封装整体的集成度。

附图说明

图1为本公开一实施例的一种异质芯片封装方法的流程图；

图2为本公开另一实施例中硅中介板的形成方法示意图；

图3为本公开另一实施例中硅中介板的形成方法示意图；

图4为本公开另一实施例中硅中介板的形成方法示意图；

图5为本公开另一实施例中一种芯片互连设置方法示意图；

图6为本公开另一实施例中一种芯片互连设置方法示意图；

图7为本公开另一实施例中一种芯片互连设置方法示意图；

图8为本公开另一实施例中一种芯片互连设置方法示意图；

图9为本公开另一实施例中一种芯片互连设置方法示意图；

图10为本公开另一实施例中一种芯片互连设置方法示意图；

图11为本公开另一实施例中一种芯片互连设置方法示意图；

图12为本公开另一实施例中一种芯片互连设置方法示意图；

图13为本公开另一实施例中一种芯片互连设置方法示意图；

图14为本公开另一实施例中一种芯片互连设置方法示意图；

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

如图1所示，本公开实施例的一种异质芯片封装方法包括：

S11、提供基板、多个硅片和多个异质芯片。

具体地，本公开的实施例提供三种基板(Substrate)，第一种为常规的基板，其形状为至少带有上下两个平整面的板状；第二种基板在第一种基板的基础上，在其中一个平整面上的各个预定位置刻蚀出多个凹槽，为方便进行描述，本公开的实施例假定该多个凹槽的深度为全都相等的一般情况；第三种基板则是在第一种基板的一个平整面上的各预定位置刻蚀贯通，形成多个通槽。多个异质芯片即为本公开实施例中待封装的芯片，“异质”意为其中每单个芯片的规格任意。

本公开的实施例提供的异质芯片封装方法可适用于多种不同基板与多种不同规格的芯片，可满足现代芯片封装技术中的各种封装要求。

优选的，将所述多个异质芯片固定在载板上进行塑封，随后去除所述载板，得到芯片重组体。如此便可先将预定的多个异质芯片封装为一个整体，用于后续整体与硅中介层(Si interposer)以及基板进行键合，节省步骤、便于操作，提高整体的集成度。

S12、分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板；其中，至少一个所述硅中介板与其它所述硅中介板不同。

具体地，本公开的实施例以形成步骤作为区分，提供六类硅中介板。其中，每类硅中介板还可根据所形成孔洞的不同深度、宽度、密度等细分为多个不同种类，通常每个硅片只加工出一个种类的硅中介板。

第一类硅中介板的形成方法如图2所示，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面。所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

S21、在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔。

S22、在所述多组盲孔内填充导电材料，形成所述导电连接结构，以形成所述硅中介板。

第二类硅中介板的形成方法如图2所示，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面。所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

S21、在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔。

S22、在所述多组盲孔内填充导电材料，形成所述导电连接结构。

S23、减薄所述硅片的第二表面直至露出所述多组盲孔形成硅通孔，以形成所述硅中介板。

第三类硅中介板的形成方法如图3所示，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面。所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

S31、在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔。

S32、在所述多组盲孔内填充导电材料。

S33、在所述硅片的第一表面设置重布线层(ReDistribution Layer,RDL)，形成所述导电连接结构，得到所述硅中介板。

第四类硅中介板的形成方法如图3所示，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面。所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

S31、在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔。

S32、在所述多组盲孔内填充导电材料。

S33、在所述硅片的第一表面设置形成重布线层，形成所述导电连接结构。

S34、减薄所述硅片的第二表面直至露出所述多组盲孔，以形成所述硅中介板。

第五类硅中介板的形成方法如图4所示，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面。所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

S41、在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔。

S42、在所述多组盲孔内填充导电材料。

S43、在所述硅片的第一表面形成重布线层。

S44、在所述重布线层上设置焊球，形成所述导电连接结构，以形成所述硅中介板。

第六类硅中介板的形成方法如图4所示，所述硅片包括沿其厚度方向的第一表面和第二表面。所述分别在所述多个硅片上形成多组导电连接结构，以形成多个硅中介板，包括：

S41、在至少一个硅片的第一表面形成多组盲孔。

S42、在所述多组盲孔内填充导电材料。

S43、在所述硅片的第一表面设置重布线层。

S44、在所述重布线层上形成焊球(Bump)，形成所述导电连接结构。

S45、减薄所述硅片的第二表面直至露出所述导电连接结构形成硅通孔，得到所述硅中介板。

本公开的实施例提供了具有多种不同导电连接结构的硅中介板，配合前文所述的多种基板和异质芯片可以满足各种不同的封装要求。

S13、分别将所述多个硅中介板进行切割，得到多个硅中介块。

具体地，将上述步骤中得到的各种不同硅中介板进行切割，便可以得到多种不同规格的硅中介块。也就是说每种硅中介块的导电连接结构以及孔洞的深度、宽度、密度都不尽相同。

本公开的实施例将大的硅中介板切割成了小的硅中介块，避免了减薄过程中硅中介层的翘曲、破裂。不同种类的硅中介块可以根据封装需求任意组合到一起，提高集成度。

S14、从所述多个硅中介块中选取多个目标硅中介块，并将所述多个目标硅中介块固定在所述基板上。

具体地，根据待封装芯片的针脚排布——若基板设置有凹槽或通槽，则同时还要根据凹槽或通槽的位置——确定封装过程中需要使用的硅中介块，使硅中介块上的导电连接结构能够与芯片的针脚对应连接，便于导通。由此选出的硅中介块便为所述目标硅中介块。将这些目标硅中介块固定到基板上的对应位置或者对应的槽内。

本公开的实施例将不同规格的硅中介块任意组合安装到基板上，使不同规格的异质芯片能够根据需要安装到对应的硅中介块上，提高了整体的集成度。

S15、分别将所述多个异质芯片互连设置在对应的所述多个目标硅中介块上。

具体地，在本步骤前后，针对不同样式的基板和不同种类的目标硅中介块及其置于凹槽中的形态，还将有并列的多套不同实施流程需要完成。为使本领域技术人员能够实现本公开的技术效果，以及使本公开的技术方案清楚、完整，下面对部分不同实施流程进行举例说明。

例一：

如图5所示，取具有盲孔的多个目标硅中介块51和平面基板52。首先，将各目标硅中介块51的盲孔开口面即第一表面固定在基板52表面的对应位置。

随后在基板52上未固定有目标硅中介块51的空余地方预置多个导电柱53，导电柱53可以是铜柱；导电柱53的高度大于最低的盲孔的高度。再对基板52上的目标硅中介块51和导电柱53进行整体塑封形成塑封层54。

之后再研磨减薄该塑封层54直至露出所有盲孔，即所有盲孔变为通孔。此时导电柱53也会一并露出。

最后在减薄后的平面上进行重布线(RDL)，将前文所述芯片重组体55通过凸块(Bump)56倒装在所述重布线层57上，完成多个芯片在多个目标硅中介块上的互连设置。

作为另一种方案，上文中“在基板上未固定有目标硅中介块的空余地方预置多个导电柱，导电柱可以是铜柱等；导电柱的高度大于最低的盲孔的高度。再对基板上的目标硅中介块和导电柱进行整体塑封形成塑封层”可以替换为：

“对基板上的目标硅中介块进行整体塑封形成塑封层，再沿该塑封层的厚度方向使用TMV工艺形成通孔并向通孔中填充导电材料，如铜等，形成导电柱”。对塑封层用TMV工艺开孔时需要注意对基板的保护。

附加的，后续还可以对基板52背离目标硅中介块51的一面进行植球(Bumping)，用于工艺上进一步可能的更多操作，比如芯片的堆叠等。

例二：

如图6所示，取高度相同的具有盲孔的多个目标硅中介块61和对应位置已刻蚀好凹槽的基板62。首先，将所有目标硅中介块61的盲孔开口方向朝外，分别固定于基板62上对应的凹槽中。所有目标硅中介块61的高度刚好等于凹槽的深度，即所有目标硅中介块61的外表面与基板62上凹槽以外的表面齐平。

随后在该齐平的表面形成第一键合结构64，在前文所述芯片重组体63上有芯片的一面形成第二键合结构65。

最后将第一键合结构64和第二键合结构65对应固定在一起，完成多个芯片在多个目标硅中介块上的互连设置。

附加地，后续还可以将基板背离凹槽的一面进行减薄，直至露出所有目标硅中介块的盲孔，并在已完成减薄的平面上进行重布线(RDL)、植球(Bumping)等，用于工艺上进一步可能的更多操作，比如芯片的堆叠等。

例三：

如图7所示，取具有盲孔的多个目标硅中介块71和对应位置已刻蚀好凹槽的基板72。首先，将所有目标硅中介块71的盲孔开口方向朝内，分别固定于基板72上提前刻蚀好的对应凹槽中。目标硅中介块71的所有盲孔的高度应大于或等于基板72上除凹槽以外的平面。

随后将所有目标硅中介块71研磨减薄至与基板72上凹槽以外的表面齐平。此时，目标硅中介块71的盲孔均已露出。

最后在减薄后的齐平表面上设置键合结构73，将前文所述的芯片重组体74通过键合结构73固定在多个目标硅中介块71上，完成多个芯片在多个目标硅中介块上的互连设置。

附加的，后续还可以将基板背离凹槽的一面进行减薄，直至露出目标硅中介块，并在已完成减薄的平面上进行重布线、植球等，用于工艺上进一步可能的更多操作，比如芯片的堆叠等。

例四：

如图8所示，取具有通孔的多个目标硅中介块81和提前刻蚀好凹槽的基板82，凹槽的深度与目标硅中介块81的高度一致。

首先将目标硅中介块81固定在对应的凹槽中。

随后对基板82背离凹槽的一面进行研磨减薄，直至露出目标硅中介块81。

最后将多个规格不同的异质芯片83固定在对应的目标硅中介块上。芯片83可以固定在目标硅中介块81原本具有导电连接结构的一侧，也可以固定在目标硅中介块81减薄后新露出的一侧，完成多个芯片83在多个目标硅中介块81上的互连设置。

附加的，后续可以在基板及目标硅中介块未与芯片键合的一侧表面进行重布线、植球等，用于工艺上进一步可能的更多操作，比如芯片的堆叠等。

例五：

如图9所示，分别取具有盲孔的多个目标硅中介块91和具有通孔的目标硅中介块92，以及提前刻蚀好凹槽的基板93，凹槽的深度与所有目标硅中介块的高度一致。

首先将具有盲孔的目标硅中介块91的盲孔开口方向朝外，分别将所有目标硅中介块固定于基板93上提前刻蚀好的对应凹槽中。

随后对基板93背离凹槽的一面进行研磨减薄，直至露出所有盲孔。此时，所有目标硅中介块都具有通孔。

最后将多个规格不同的异质芯片94固定在对应的目标硅中介块上。芯片94可以固定在基板93原本有凹槽的的一侧，也可以固定在基板93减薄后新露出的一侧，完成多个芯片94在多个目标硅中介块上的互连设置。

附加的，后续可以在基板及目标硅中介块未与芯片键合的一侧表面进行重布线、植球等，用于工艺上进一步可能的更多操作，比如芯片的堆叠等。

例六：

如图10所示，取具有通孔的多个目标硅中介块101，取提前刻蚀好凹槽的基板102；单个目标硅中介块101的高度低于或者等于基板102上凹槽的高度。

首先将目标硅中介块101固定在基板102上对应的凹槽中。

随后在前文所述的芯片重组体103上对应高度低于凹槽的硅中介块101的位置设置键合结构104，此键合结构104的高度刚好等于目标硅中介块101与凹槽的高度差。

最后将芯片重组体103通过键合结构104互连设置在多个目标硅中介块101上。

附加的，后续还可以将基板背离凹槽的一面进行减薄，直至露出目标硅中介块，并在已完成减薄的平面上进行重布线、植球等，用于工艺上进一步可能的更多操作，比如芯片的堆叠等。

例七：

如图11所示，取具有通孔的多个目标硅中介块111和提前刻蚀好凹槽的基板112。所有目标硅中介块111的高度一致且均高于基板112上凹槽的高度。

首先将目标硅中介块111的盲孔开口方向朝内固定在基板112上对应的凹槽中，并且在基板112上与凹槽同一表面、除凹槽部分以外的表面上进行植球，植好的焊球113的高度应刚好等于目标硅中介块111与凹槽的高度差。

随后取一平面的封装基板114，将其固定在焊球113上，也即固定在目标硅中介块111上。在基板112与封装基板114之间、焊球113的空隙中填充底填胶。

最后对基板112背离封装基板114的一面进行研磨减薄，直至露出目标硅中介块111。再将前文所述的芯片重组体115互连设置在多个目标硅中介块111上。

例八：

如图12所示，取具有盲孔的多个目标硅中介块121和提前刻蚀好通槽的基板122，取一临时载板123。临时载板123的一面贴膜124，将基板122通过贴膜124粘于临时载板123上。

首先将目标硅中介块121的盲孔开口方向朝内固定在基板122上对应的通槽中，同时贴于临时载板123。所有目标硅中介块121的高度大于通槽的高度，且所有盲孔的高度大于或等于通槽的高度。

随后将目标硅中介块121背离临时载板123的一面研磨减薄至与基板122同高，并在减薄后的平面上形成键合结构125。

最后将前文所述的芯片重组体126通过键合结构125互连设置于对应的多个目标硅中介块121上，再去除临时载板123，取一封装基板127代替原先的临时载板123，贴合于基板122和目标硅中介块121。

示例性地，如图12所示，如果目标硅中介块121贴于临时载板的一面带有焊球128，则去除临时载板123后可能出现焊球突出于基板122表面的情况。此时可以在基板122上除通槽部分以外的表面上也进行植球，植出的焊球129高度应刚好等于目标硅中介块121上的焊球128突出于基板表面的高度。然后再用一封装基板127固定于所有的这些焊球上，并在空隙中充入底填胶。

例九：

如图13所示，取具有通孔的多个目标硅中介块131和具有盲孔的多个目标硅中介块132，以及提前刻蚀好凹槽的基板133。

首先，将目标硅中介块131固定在基板133对应的凹槽内，其厚度刚好与凹槽等高。将目标硅中介块132的盲孔开口方向朝内固定在基板133对应的凹槽内，其厚度大于凹槽的高度，且其盲孔的高度也超过凹槽。

随后将目标硅中介块132背离基板133的一面研磨减薄至其与基板133等高，此时目标硅中介块132中的盲孔露出变为通孔。将基板133未刻蚀凹槽的一面研磨减薄至露出所有目标硅中介块。

最后将前文所述的芯片重组体通过目标硅中介块互连设置在基板133的任意一面。

附加的，后续可以在基板与目标硅中介块未设置芯片的另一面进行重布线、植球等，用于工艺上进一步可能的更多操作，比如芯片的堆叠等。

例十：

如图14所示，分别取高度不同的具有盲孔的多个目标硅中介块和刻蚀好凹槽的基板143。其中部分目标硅中介块141的厚度小于凹槽的高度，其余目标硅中介块142的厚度刚好等于凹槽的高度。

首先将所有目标硅中介块的盲孔开口方向朝外固定在基板143的凹槽内。在芯片重组体145上形成键合结构，其中相对于目标硅中介块141中的盲孔位置的键合结构更高，其高度刚好等于目标硅中介块141与凹槽的高度差。

随后在基板设有凹槽的一面整体形成钝化层144，该钝化层144填补了目标硅中介块141所在凹槽内的剩余空间，其外表面是一个平整的面。在钝化层144上相对于目标硅中介块141中的盲孔位置形成通孔、在相对于目标硅中介块142中的盲孔位置设置凸块。

最后将芯片重组体145通过键合结构互连设置在多个目标硅中介块上。

附加的，后续可研磨减薄基板143背离芯片的一面直至露出所有目标硅中介块的盲孔，在减薄后的新平面上进行重布线、植球等，用于工艺上进一步可能的更多操作，比如芯片的堆叠等。

需要说明的是，本公开的实施例中所述的键合结构通常包括位于其载体(基板、芯片或硅中介块)表面的铜凸块，以及在铜凸块周围与其等高的SiO2层或SiCN层(统称为钝化层)。另外本公开的实施例中如果不使用将多个芯片组合为芯片重组体再整体进行互连设置在目标硅中介块上的方式，则也可以采用单个芯片分别倒装再整体进行底填(FC)的键合方式。

在芯片的封装工艺中，根据各种不同的封装要求，可能需要用到各种不同种类的基板和不同种类的目标硅中介块。本公开的实施例提供了部分情形下具体的目标硅中介块和基板组合的封装操作步骤。可见，本公开的异质芯片封装方法具有很高的普适性。

本公开实施例的一种异质芯片封装方法，将大的硅中介板切割成了小的硅中介块，避免了减薄过程中硅中介层的翘曲、破裂。将不同规格的硅中介块根据异质芯片的安装需求进行组合，与异质芯片之间互相对应安装、且可一次成型，缩小了硅中介层的整体面积以及各个芯片的间距，大大提高了封装整体的集成度。

可以理解的是，本文以上对实施方式的描述依然没有穷举所有可能的情况，具体实施方式的目的是为了详细说明本公开的原理，提供一些可以再现的参考性方法。然而本公开并不局限于此，对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也将视为本发明的保护范围。