一种存储芯片三维堆叠封装方法

本发明涉及芯片堆叠封装领域，尤其涉及一种存储芯片三维堆叠封装方法。

背景技术：

1、随着便携式电子、航空和军用电子应用等电子系统复杂性的增加，对低功率、质量小和紧密封装技术的要求更多。为了满足这些要求，克服二维封装局限的三维封装技术越来越多地得到应用。在紧密度方面有了引人注目的进展，整个互连长度更低，寄生特性更低，因而降低了系统功耗。对于硅片封装效率而言(芯片面积对封装面积的比率)，从目前mcm封装可得到的硅片效率为20％到90％。然而，与其他二维封装技术相比，三维技术可提供百分百的硅片封装效率。尽管三维封装技术能够提供可观的优点，但是对此技术更进一步的推广应用而言，仍存在一些不足。三维封装技术的主要不足在于其工艺复杂性和高封装成本。

2、与传统的三维裸芯片堆叠封装技术相比，存在更简单、更节约成本的三维封装技术的需求。本文中将论述新研发的三维存储芯片堆叠技术设计、材料体系和工艺流程，并评定其封装可靠性。

技术实现思路

1、制造过程开始于包含约十个芯片的晶圆分段的侧墙绝缘。最初位于存储芯片中线的i/o焊盘被再分配到侧墙绝缘层，把i/o再分配芯片堆叠到一起，接着在堆叠式模块的聚合物绝缘侧墙处进行互连，最后为下一级组装把焊球粘附到侧墙金属焊盘上。三维封装制造选择的材料系统为硅片和聚酰亚胺膜作为芯片钝化层。热塑性胶粘剂作为胶粘剂被涂覆于聚酰亚胺膜上。也选择另一热塑性胶粘剂为侧墙绝缘层。其他热塑性胶粘剂用于堆叠芯片。al和ti/cu金属化化合物依次作为i/o再分布和侧墙互连的导线。

2、新的三维封装技术的独特特点是在i/o再分布前，完成侧墙绝缘。此工艺过程形成了改进的制造效率，并简化了加工步骤。作为侧墙绝缘的第一步，就是把完全处理的晶圆切割成几个晶圆片段，包含一排或两排芯片。侧墙绝缘层形成后完成i/o再分布。拥有中央i/o焊盘的典型存储芯片不能被直接用于裸芯片堆叠封装制造，因为堆叠式芯片间的电互连应该在堆叠结构的侧墙处完成。因此，要求在芯片堆叠技术工艺之前完成对侧墙的i/o再分布。i/o再分布包括通路口、金属化和图案形成。下一步就是沿着z轴方向堆叠i/o再分布裸芯片。使用金刚石切割片把晶圆片段切割成单个芯片，把四个芯片堆叠到一起形成一个模块。用于芯片堆叠工艺的热塑性胶粘剂提供良好的粘附强度，形成堆叠式模块的高机械完整性。胶粘剂不均匀的涂覆能够在堆叠式芯片之间造成几个空洞或间隙，在侧墙互连上造成穿过芯片的间断的金属化。

3、此新研发封装的特点是：在芯片的i/o再分布之前，完成芯片的侧墙绝缘，这形成了芯片相对于晶圆更高的集成度；以及在随后的制造步骤中显著的工艺简化。按照此设计，可得到与传统晶圆设计相比，芯片对封装面积的比为百分百。不会造成邻近芯片的任何损失，这在传统三维封装设计的i/o再分布工艺期间是常常发生的。通过采用新的三维设计，传统晶圆上的所有芯片可用于三维裸芯片堆叠封装制造，而不存在与侧墙i/o再分布相关的邻近芯片损失。再者，该设计能够简化下列工艺过程诸如i/o再分布、侧墙绝缘、侧墙互连和封装成形。

技术特征：

1.一种存储芯片三维堆叠封装方法，其特征在于，包括步骤：

2.根据权利要求1所述一种存储芯片三维堆叠封装方法，其特征在于：所述步骤一中，具体步骤包括：

3.根据权利要求1所述一种存储芯片三维堆叠封装方法，其特征在于：所述步骤二中，具体步骤包括：

4.根据权利要求1所述一种存储芯片三维堆叠封装方法，其特征在于：所述步骤三中，具体步骤包括：

5.根据权利要求1所述一种存储芯片三维堆叠封装方法，其特征在于：所述步骤四中，具体步骤包括：

技术总结
本发明公开了一种存储芯片三维堆叠封装方法，具体是一种改进的存储芯片三维堆叠封装方法。改进的三维堆叠封装方法能够简化诸如I/O再分布、侧墙绝缘、侧墙互连和封装成形等工艺；采用机械芯片三维堆叠封装原型成功地进行了验证，创建了最新设计的存储芯片三维堆叠封装。三维存储芯片堆叠封装的制造工艺包括：把晶圆切割成为芯片分段；包含侧墙绝缘的芯片钝化；在原始I/O焊盘上的通道开口；从中心焊盘到侧墙的再分配；采用聚合物胶粘剂的裸芯片堆叠技术；侧墙互连技术；焊球粘附。与传统三维封装相比，在此新的三维封装设计中，进行了显著的改进。

技术研发人员：曹峰哲,王新海,张裕杭,李晓俊
受保护的技术使用者：桂林电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12