一种扇出型晶圆级封装结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种扇出型晶圆级封装结构及其制备方法，其中，封装结构至少包括：重新布线层；键合于所述重新布线层上表面的至少一个具有凸块保护结构的倒装芯片及形成于所述重新布线层上表面的至少两个第一凸块；形成于所述重新布线层上表面的填充满所述具有凸块保护结构的倒装芯片和所述重新布线层之间的连接缝隙并包裹所述具有凸块保护结构的倒装芯片及所述第一凸块的一部分的塑封层；以及形成于所述重新布线层下表面的第二凸块。本发明专利技术中的塑封层为倒装芯片和重新布线层之间提供了无缝隙粘合以及良好的接合结构，避免了界面分层的风险，提高了封装结构的可靠性；同时采用具有凸块保护结构的倒装芯片，有效保护和固定互联凸块，防止互联凸块失效。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体封装
，特别是涉及一种扇出型晶圆级封装结构及其制备方法。
技术介绍
更低成本、更可靠、更快及更高密度的电路是集成电路封装追求的目标。在未来，集成电路封装将通过不断减小最小特征尺寸来提高各种电子元器件的集成密度。目前，先进的封装方法包括：晶圆片级芯片规模封装(WaferLevelChipScalePackaging，WLCSP)，扇出型晶圆级封装(Fan-OutWaferLevelPackage，FOWLP)，倒装芯片(FlipChip)，叠层封装(PackageonPackage，POP)等等。扇出型晶圆级封装是一种晶圆级加工的嵌入式芯片封装方法，是目前一种输入/输出端口(I/O)较多、集成灵活性较好的先进封装方法之一。扇出型晶圆级封装相较于常规的晶圆级封装具有其独特的优点：①I/O间距灵活，不依赖于芯片尺寸；②只使用有效裸片(die)，产品良率提高；③具有灵活的3D封装路径，即可以在顶部形成任意阵列的图形；④具有较好的电性能及热性能；⑤高频应用；⑥容易在重新布线层(RDL)中实现高密度布线。目前，扇出型晶圆级封装方法一般为：提供载体，在载体表面形成粘合层；第一介电层在粘合层上光刻、电镀出重新布线层(RedistributionLayers，RDL)；采用芯片键合/倒装芯片工艺将半导体芯片安装在重新布线层上；进行整体烘干；进行毛细管底部填充(CUF)；再次进行整体烘干；采用注塑工艺将半导体芯片塑封于塑封材料层中；塑封研磨、开通孔；填充通孔；光刻、电镀出球下金属化层；进行植球回流，形成焊球阵列；移除载体。其中，倒装芯片和重新布线层之间的连接缝隙需要使用大量装载填充颗粒的毛细管底部填充材料进行毛细管底部填充，底部填充对倒装芯片器件的可靠性非常重要，它可以避免倒装芯片器件因芯片和有机基质之间的热膨胀系数失配(CTE)而发生故障。然而，随着半导体行业的发展，上述扇出型晶圆级封装方法以及得到的扇出型晶圆级封装结构越来越无法满足封装需求。一方面，工艺较繁琐，成本较高，逐渐无法满足集成电路的封装需求。另一方面，随着半导体器件的集成密度越来越高，倒装芯片和重新布线层之间的连接缝隙也变得越来越小，毛细管底部填充材料无法顺畅而迅速地流入这些狭窄缝隙，导致工艺难度提高；并且，扇出型晶圆级封装结构中的毛细管底部填充层6’和注塑层6存在接触界面，如图1中所示的A部分，该部分很容易在受到应力作用时出现界面分层，从而严重影响封装结构的可靠性。因此，如何解决上述问题，提供一种工艺更简单、低成更本、可靠性更好、且更适应高集成度器件封装的扇出型晶圆级封装结构及其制备方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种扇出型晶圆级封装结构及其制备方法，用于解决现有技术中扇出型晶圆级封装方法的工艺繁琐，难度和成本较高，且封装结构存在界面分层风险，影响可靠性的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种扇出型晶圆级封装结构，其中，所述扇出型晶圆级封装结构至少包括：重新布线层；键合于所述重新布线层上表面的至少一个具有凸块保护结构的倒装芯片及形成于所述重新布线层上表面的至少两个第一凸块，所述具有凸块保护结构的倒装芯片和所述第一凸块均与所述重新布线层实现电性连接，且所述第一凸块的顶部高于所述具有凸块保护结构的倒装芯片的顶部；形成于所述重新布线层上表面的填充满所述具有凸块保护结构的倒装芯片和所述重新布线层之间的连接缝隙并包裹所述具有凸块保护结构的倒装芯片及所述第一凸块的一部分的塑封层；以及形成于所述重新布线层下表面的第二凸块。优选地，所述重新布线层至少包括：多个第一焊盘；覆盖于所述第一焊盘上表面和侧壁的第一介电层；形成于所述第一介电层内的能够与所述第一焊盘实现电性连接的金属布线层，其中，所述金属布线层为单层金属层或多层金属层；形成于所述第一介电层上表面的能够与所述金属布线层实现电性连接的多个下金属化层，最终得到所述重新布线层；其中，所述具有凸块保护结构的倒装芯片键合于所述下金属化层的上表面，且通过所述下金属化层实现与所述重新布线层的电性连接。优选地，所述具有凸块保护结构的倒装芯片至少包括：裸芯片；形成于所述裸芯片上表面的连接层；以及形成于所述连接层上的互联凸块，且所述互联凸块通过所述连接层实现与所述裸芯片的电性连接；形成于所述连接层上表面且包围部分互联凸块的钝化层，从而形成凸块保护结构；其中，所述具有凸块保护结构的倒装芯片通过所述互联凸块键合于所述下金属化层的上表面，从而实现与所述重新布线层的电性连接。优选地，所述连接层至少包括：形成于所述裸芯片上表面的多个第二焊盘；覆盖于所述芯片上表面以及每个第二焊盘两端的第二介电层；以及形成于所述第二介电层上表面的绝缘层。优选地，所述互联凸块形成于每个第二焊盘的上表面并覆盖部分绝缘层，且所述互联凸块通过所述第二焊盘实现与所述裸芯片的电性连接。优选地，所述第一凸块、所述第二凸块和所述互联凸块分别为由金属柱及形成于所述金属柱上表面的金属帽组成的金属组合结构，或者所述第一凸块、所述第二凸块和所述互联凸块分别为金属焊料球。优选地，所述金属柱采用Cu或Ni金属材料，所述金属帽和所述金属焊料球分别采用锡、铜、镍、银锡铜合金或者锡基合金中的一种材料。优选地，所述第一介电层和所述第二介电层均采用低k介电材料。优选地，所述塑封层采用聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种固化材料。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种扇出型晶圆级封装结构的制备方法，其中，所述扇出型晶圆级封装结构的制备方法至少包括如下步骤：提供一载体，于所述载体上形成粘合层；于所述粘合层的上表面形成重新布线层；制备具有凸块保护结构的倒装芯片，于所述重新布线层的上表面键合至少一个具有凸块保护结构的倒装芯片并形成至少两个第一凸块，所述具有凸块保护结构的倒装芯片和所述第一凸块均与所述重新布线层实现电性连接，且所述第一凸块的顶部高于所述具有凸块保护结构的倒装芯片的顶部；于所述重新布线层的上表面形成填充满所述具有凸块保护结构的倒装芯片和所述重新布线层之间的连接缝隙并包裹所述具有凸块保护结构的倒装芯片及所述第一凸块的一部分的塑封层；去除所述载体和所述粘合层；于所述重新布线层的下表面形成第二凸块。优选地，于所述粘合层的上表面形成重新布线层，具体方法为：于所述粘合层的上表面形成多个第一焊盘；于所述粘合层的上表面形成覆盖所述第一焊盘上表面和侧壁的第一介电层；于所述第一介电层内形成能够与所述第一焊盘实现电性连接的金属布线层，其中，所述金属布线层为单层金属层或多层金属层；于所述第一介电层的上表面形成能够与所述金属布线层实现电性连接的多个下金属化层，最终得到所述重新布线层；其中，所述具有凸块保护结构的倒装芯片键合于所述下金属化层的上表面，且通过所述下金属化层实现与所述重新布线层的电性连接。优选地，制备具有凸块保护结构的倒装芯片，具体方法为：提供一晶圆片，所述晶圆片至少包括若干个裸芯片；于所述晶圆片的上表面形成覆盖所有裸芯片上表面的连接层；于所述连接层上形成互联凸块，且所述互联凸块通过所述连接层实现与所述裸芯片的电性连接；于所述连接层的上表面形成包围部分互联凸块的钝化层；对形成所述钝化层后的晶圆片进行切割分片，以本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述扇出型晶圆级封装结构至少包括：重新布线层；键合于所述重新布线层上表面的至少一个具有凸块保护结构的倒装芯片及形成于所述重新布线层上表面的至少两个第一凸块，所述具有凸块保护结构的倒装芯片和所述第一凸块均与所述重新布线层实现电性连接，且所述第一凸块的顶部高于所述具有凸块保护结构的倒装芯片的顶部；形成于所述重新布线层上表面的填充满所述具有凸块保护结构的倒装芯片和所述重新布线层之间的连接缝隙并包裹所述具有凸块保护结构的倒装芯片及所述第一凸块的一部分的塑封层；以及形成于所述重新布线层下表面的第二凸块。

【技术特征摘要】
1.一种扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述扇出型晶圆级封装结构至少包括：重新布线层；键合于所述重新布线层上表面的至少一个具有凸块保护结构的倒装芯片及形成于所述重新布线层上表面的至少两个第一凸块，所述具有凸块保护结构的倒装芯片和所述第一凸块均与所述重新布线层实现电性连接，且所述第一凸块的顶部高于所述具有凸块保护结构的倒装芯片的顶部；形成于所述重新布线层上表面的填充满所述具有凸块保护结构的倒装芯片和所述重新布线层之间的连接缝隙并包裹所述具有凸块保护结构的倒装芯片及所述第一凸块的一部分的塑封层；以及形成于所述重新布线层下表面的第二凸块。2.根据权利要求1所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述重新布线层至少包括：多个第一焊盘；覆盖于所述第一焊盘上表面和侧壁的第一介电层；形成于所述第一介电层内的能够与所述第一焊盘实现电性连接的金属布线层，其中，所述金属布线层为单层金属层或多层金属层；形成于所述第一介电层上表面的能够与所述金属布线层实现电性连接的多个下金属化层，最终得到所述重新布线层；其中，所述具有凸块保护结构的倒装芯片键合于所述下金属化层的上表面，且通过所述下金属化层实现与所述重新布线层的电性连接。3.根据权利要求2所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述具有凸块保护结构的倒装芯片至少包括：裸芯片；形成于所述裸芯片上表面的连接层；以及形成于所述连接层上的互联凸块，且所述互联凸块通过所述连接层实现与所述裸芯片的电性连接；形成于所述连接层上表面且包围部分互联凸块的钝化层，从而形成凸块保护结构；其中，所述具有凸块保护结构的倒装芯片通过所述互联凸块键合于所述下金属化层的上表面，从而实现与所述重新布线层的电性连接。4.根据权利要求3所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述连接层至少包括：形成于所述裸芯片上表面的多个第二焊盘；覆盖于所述芯片上表面以及每个第二焊盘两端的第二介电层；以及形成于所述第二介电层上表面的绝缘层。5.根据权利要求4所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述互联凸块形成于每个第二焊盘的上表面并覆盖部分绝缘层，且所述互联凸块通过所述第二焊盘实现与所述裸芯片的电性连接。6.根据权利要求5所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述第一凸块、所述第二凸块和所述互联凸块分别为由金属柱及形成于所述金属柱上表面的金属帽组成的金属组合结构，或者所述第一凸块、所述第二凸块和所述互联凸块分别为金属焊料球。7.根据权利要求6所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述金属柱采用Cu或Ni金属材料，所述金属帽和所述金属焊料球分别采用锡、铜、镍、银锡铜合金或者锡基合金中的一种材料。8.根据权利要求4～7任一项所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述第一介电层和所述第二介电层均采用低k介电材料。9.根据权利要求1～7任一项所述的扇出型晶圆级封装结构，其特征在于，所述塑封层采用聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种固化材料。10.一种扇出型晶圆级封装结构的制备方法，其特征在于，所述扇出型晶圆级封装结构的制备方法至少包括如下步骤：提供一载体，于所述载体上形成粘合层；于所述粘合层的上表面形成重新布线层；制备具有凸块保护结构的倒装芯片，于所述重新布线层的上表面键合至少一个具有凸块保护结构的倒装芯片并形成至少两个第一凸块，所述具有凸块保护结构的倒装芯片和所述第一凸块均与所述重新布线层实现电性连接，且所述第一凸块的顶部高于所述具有凸块保护结...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴政达，林正忠，
申请(专利权)人：中芯长电半导体江阴有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32