一种半导体装置及其制备方法与流程

1.本发明涉及半导体封装领域，特别是涉及一种半导体装置及其制备方法。


背景技术：

2.在现有的半导体堆叠封装技术中，通常是在第一半导体芯片与第二半导体芯片之间直接设置粘合材料以完成第一半导体芯片和第二半导体芯片的键合，进而利用树脂材料封装上述键合完成的第一半导体芯片和第二半导体芯片。然而在实际的封装过程中，由于第一半导体芯片和第二半导体芯片的键合稳定性不高，在利用树脂封装的过程中容易造成第一半导体芯片和第二半导体芯片之间发生剥离错位，进而影响半导体堆叠封装结构的稳定性，进而造成制造成本增加。


技术实现要素：

3.本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种半导体装置及其制备方法。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：步骤（1）：提供第一载板，在所述第一载板上设置第一弹性粘结层，在所述第一弹性粘结层上设置第一芯片、第二芯片、第三芯片和第四芯片，所述第一、第二、第三、第四芯片的有源面朝向所述第一弹性粘结层，所述第一、第二、第三、第四芯片各自的一部分均嵌入到所述第一弹性粘结层中。
5.步骤（2）：接着在所述第一、第二、第三、第四芯片各自的背面分别形成第一、第二、第三、第四沟槽，接着在所述第一、第二、第三、第四沟槽中分别形成第一、第二、第三、第四盲孔，其中，所述第一盲孔的深度小于所述第二盲孔的深度，所述第二盲孔的深度小于所述第三盲孔的深度，所述第三盲孔的深度小于所述第四盲孔的深度。
6.步骤（3）：提供第二载板，在所述第二载板上设置第二弹性粘结层，在所述第二弹性粘结层上设置第五芯片、第六芯片、第七芯片和第八芯片，所述第五、第六、第七、第八芯片的有源面朝向所述第二弹性粘结层，所述第五、第六、第七、第八芯片各自的一部分均嵌入到所述第二弹性粘结层中，其中，所述第五芯片的厚度小于所述第六芯片的厚度，所述第六芯片的厚度小于所述第七芯片的厚度，所述第七芯片的厚度小于所述第八芯片的厚度。
7.步骤（4）：接着在所述第五、第六、第七、第八芯片各自的背面分别形成第一、第二、第三、第四凸起，所述第一凸起的高度小于所述第二凸起的高度，所述第二凸起的高度小于所述第三凸起的高度，所述第三凸起的高度小于所述第四凸起的高度。
8.步骤（5）：在所述第一凸起的侧表面形成贯穿所述第一凸起的穿孔，在所述第二凸起的侧表面形成贯穿所述第二凸起的穿孔，在所述第三凸起的侧表面形成贯穿所述第三凸起的穿孔，在所述第四凸起的侧表面形成贯穿所述第四凸起的穿孔。
9.步骤（6）：接着在所述第一、第二、第三、第四沟槽中以及所述第一、第二、第三、第四盲孔中设置粘结材料，进而将所述第五、第六、第七、第八芯片分别对应设置在所述第一、
第二、第三、第四沟槽中，并使得所述第一、第二、第三、第四凸起分别嵌入到相应的所述第一、第二、第三、第四盲孔中，并使得各盲孔中的粘结材料的一部分嵌入到各凸起的各穿孔中。
10.步骤（7）：接着去除所述第二载板，接着在所述第一载板上形成有机封装层，所述有机封装层包裹各芯片。
11.步骤（8）：接着在所述有机封装层的上表面形成第一布线层，接着去除所述第一载板，接着在所述有机封装层的下表面形成第二布线层。
12.在更优选的技术方案中，在所述步骤（1）中，在所述第一载板上设置所述第一弹性粘结层之前，在所述第一载板上形成分别对应所述第一、第二、第三、第四芯片的四个第一凹槽，进而在设置所述第一弹性粘结层的过程中，使得所述第一弹性粘结层的一部分嵌入到所述第一凹槽中，进而使得所述第一、第二、第三、第四芯片各自的一部分分别嵌入到相应的第一凹槽中。
13.在更优选的技术方案中，在所述步骤（2）中，所述第一、第二、第三、第四沟槽的深度相同，通过湿法刻蚀、激光烧蚀或机械切割工艺形成所述第一、第二、第三、第四沟槽和所述第一、第二、第三、第四盲孔。
14.在更优选的技术方案中，在所述步骤（3）中，在所述第二载板上设置所述第二弹性粘结层之前，在所述第二载板上形成分别对应所述第五、第六、第七、第八芯片的四个第二凹槽，进而在设置所述第二弹性粘结层的过程中，使得所述第二弹性粘结层的一部分嵌入到所述第二凹槽中，进而使得所述第五、第六、第七、第八芯片各自的一部分分别嵌入到相应的第二凹槽中。
15.在更优选的技术方案中，在所述步骤（4）中：通过湿法刻蚀、激光烧蚀或机械切割工艺形成所述第一、第二、第三、第四凸起；在所述步骤（5）中，通过激光烧蚀工艺形成所述穿孔。
16.在更优选的技术方案中，在所述步骤（6）中：通过热压合工艺使得各盲孔中的粘结材料的一部分嵌入到各凸起的各穿孔中。
17.在更优选的技术方案中，在所述步骤（7）中：所述有机封装层包括环氧树脂和导热填料。
18.在更优选的技术方案中，在所述步骤（8）中：在所述第一布线层和所述第二布线层上分别形成导电凸块。
19.在更优选的技术方案中，本发明还提出一种半导体装置，其根据上述制造方法制造形成的。
20.与现有技术相比，本发明的半导体装置及其制备方法具有如下的有益效果：通过在所述第一、第二、第三、第四芯片的所述第一、第二、第三、第四沟槽中分别形成第一、第二、第三、第四盲孔，并在所述第五、第六、第七、第八芯片各自的背面分别形成第一、第二、第三、第四凸起，并在所述第一、第二、第三、第四凸起的侧表面分别形成贯穿所述第一、第二、第三、第四凸起的穿孔，进而在后续的键合工艺中，在所述第一、第二、第三、第四沟槽中以及所述第一、第二、第三、第四盲孔中设置粘结材料，进而将所述第五、第六、第七、第八芯片分别对应设置在所述第一、第二、第三、第四沟槽中，并使得所述第一、第二、第三、第四凸起分别嵌入到相应的所述第一、第二、第三、第四盲孔中，并使得各盲孔中的粘结材料的一
部分嵌入到各凸起的各穿孔中，上述结构的设置可以提高堆叠芯片的键合稳定性，有效防止堆叠芯片剥离。且通过优化各上层芯片的厚度、各凹槽的深度以及各凸起的高度，可以调节相邻堆叠芯片结构的高度差，进而丰富半导体装置的多样性。
21.且在本技术的半导体装置中，在相应载板上设置弹性粘结层之前，在载板上形成分别对应所述第一、第二、第三、第四芯片的四个第一凹槽，进而在设置所述第一弹性粘结层的过程中，使得所述第一弹性粘结层的一部分嵌入到所述第一凹槽中，进而使得所述第一、第二、第三、第四芯片各自的一部分分别嵌入到相应的第一凹槽中，上述结构的设置可以有效保护芯片的有源面，防止芯片损坏。
附图说明
22.图1为本发明的半导体装置的制备过程中步骤（1）的结构示意图；图2为本发明的半导体装置的制备过程中步骤（2）的结构示意图；图3为本发明的半导体装置的制备过程中步骤（3）的结构示意图；图4为本发明的半导体装置的制备过程中步骤（4）的结构示意图；图5为本发明的半导体装置的制备过程中步骤（5）的结构示意图；图6为本发明的半导体装置的制备过程中步骤（6）的结构示意图；图7为本发明的半导体装置的制备过程中步骤（7）的结构示意图；图8为本发明的半导体装置的制备过程中步骤（8）的结构示意图。
具体实施方式
23.为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.本发明提出一种半导体装置的制造方法，包括以下步骤：步骤（1）：提供第一载板，在所述第一载板上设置第一弹性粘结层，在所述第一弹性粘结层上设置第一芯片、第二芯片、第三芯片和第四芯片，所述第一、第二、第三、第四芯片的有源面朝向所述第一弹性粘结层，所述第一、第二、第三、第四芯片各自的一部分均嵌入到所述第一弹性粘结层中。
25.步骤（2）：接着在所述第一、第二、第三、第四芯片各自的背面分别形成第一、第二、第三、第四沟槽，接着在所述第一、第二、第三、第四沟槽中分别形成第一、第二、第三、第四盲孔，其中，所述第一盲孔的深度小于所述第二盲孔的深度，所述第二盲孔的深度小于所述第三盲孔的深度，所述第三盲孔的深度小于所述第四盲孔的深度。
26.步骤（3）：提供第二载板，在所述第二载板上设置第二弹性粘结层，在所述第二弹性粘结层上设置第五芯片、第六芯片、第七芯片和第八芯片，所述第五、第六、第七、第八芯片的有源面朝向所述第二弹性粘结层，所述第五、第六、第七、第八芯片各自的一部分均嵌入到所述第二弹性粘结层中，其中，所述第五芯片的厚度小于所述第六芯片的厚度，所述第六芯片的厚度小于所述第七芯片的厚度，所述第七芯片的厚度小于所述第八芯片的厚度。
27.步骤（4）：接着在所述第五、第六、第七、第八芯片各自的背面分别形成第一、第二、第三、第四凸起，所述第一凸起的高度小于所述第二凸起的高度，所述第二凸起的高度小于
所述第三凸起的高度，所述第三凸起的高度小于所述第四凸起的高度。
28.步骤（5）：在所述第一凸起的侧表面形成贯穿所述第一凸起的穿孔，在所述第二凸起的侧表面形成贯穿所述第二凸起的穿孔，在所述第三凸起的侧表面形成贯穿所述第三凸起的穿孔，在所述第四凸起的侧表面形成贯穿所述第四凸起的穿孔。
29.步骤（6）：接着在所述第一、第二、第三、第四沟槽中以及所述第一、第二、第三、第四盲孔中设置粘结材料，进而将所述第五、第六、第七、第八芯片分别对应设置在所述第一、第二、第三、第四沟槽中，并使得所述第一、第二、第三、第四凸起分别嵌入到相应的所述第一、第二、第三、第四盲孔中，并使得各盲孔中的粘结材料的一部分嵌入到各凸起的各穿孔中。
30.步骤（7）：接着去除所述第二载板，接着在所述第一载板上形成有机封装层，所述有机封装层包裹各芯片。
31.步骤（8）：接着在所述有机封装层的上表面形成第一布线层，接着去除所述第一载板，接着在所述有机封装层的下表面形成第二布线层。
32.其中，在所述步骤（1）中，在所述第一载板上设置所述第一弹性粘结层之前，在所述第一载板上形成分别对应所述第一、第二、第三、第四芯片的四个第一凹槽，进而在设置所述第一弹性粘结层的过程中，使得所述第一弹性粘结层的一部分嵌入到所述第一凹槽中，进而使得所述第一、第二、第三、第四芯片各自的一部分分别嵌入到相应的第一凹槽中。
33.其中，在所述步骤（2）中，所述第一、第二、第三、第四沟槽的深度相同，通过湿法刻蚀、激光烧蚀或机械切割工艺形成所述第一、第二、第三、第四沟槽和所述第一、第二、第三、第四盲孔。
34.其中，在所述步骤（3）中，在所述第二载板上设置所述第二弹性粘结层之前，在所述第二载板上形成分别对应所述第五、第六、第七、第八芯片的四个第二凹槽，进而在设置所述第二弹性粘结层的过程中，使得所述第二弹性粘结层的一部分嵌入到所述第二凹槽中，进而使得所述第五、第六、第七、第八芯片各自的一部分分别嵌入到相应的第二凹槽中。
35.其中，在所述步骤（4）中：通过湿法刻蚀、激光烧蚀或机械切割工艺形成所述第一、第二、第三、第四凸起；在所述步骤（5）中，通过激光烧蚀工艺形成所述穿孔。
36.其中，在所述步骤（6）中：通过热压合工艺使得各盲孔中的粘结材料的一部分嵌入到各凸起的各穿孔中。
37.其中，在所述步骤（7）中：所述有机封装层包括环氧树脂和导热填料。
38.其中，在所述步骤（8）中：在所述第一布线层和所述第二布线层上分别形成导电凸块。
39.本发明还提出一种半导体装置，其根据上述制造方法制造形成的。
40.如图1～图8所示，本实施例提供一种半导体装置的制备方法，该制备方法包括以下步骤：如图1所示，在步骤（1）中，提供第一载板300，在所述第一载板300上设置第一弹性粘结层302，在所述第一弹性粘结层302上设置第一芯片303、第二芯片304、第三芯片305和第四芯片306，所述第一、第二、第三、第四芯片303
‑
306的有源面朝向所述第一弹性粘结层302，所述第一、第二、第三、第四芯片303
‑
306各自的一部分均嵌入到所述第一弹性粘结层302中。
41.在更具体的实施例中，在所述第一载板300上设置所述第一弹性粘结层302之前，在所述第一载板300上形成分别对应所述第一、第二、第三、第四芯片的四个第一凹槽301，进而在设置所述第一弹性粘结层302的过程中，使得所述第一弹性粘结层302的一部分嵌入到所述第一凹槽301中，进而使得所述第一、第二、第三、第四芯片303
‑
306各自的一部分分别嵌入到相应的第一凹槽301中。
42.在更具体的实施例中，所述第一载板300具体可以为玻璃基板、不锈钢基板、单晶硅基板、多晶硅基板、蓝宝石基板、氮化镓基板、塑料基板中的一种，所述第一载板300可以为圆形基板或方形基板，所述第一载板300的面积大于所述第一、第二、第三、第四芯片303
‑
306的面积之和，且所述第一、第二、第三、第四芯片303
‑
306的两两之间间隔一定的距离，以便于下述各步骤的顺利进行。
43.在具体的实施例中，所述第一弹性粘结层302为弹性树脂材料，具体的可以为硅胶、丙烯酸树脂、橡胶等合适的材料。由于在所述第一载板300上形成分别对应所述第一、第二、第三、第四芯片的四个第一凹槽301，进而使得所述第一弹性粘结层302嵌入到所述第一凹槽301中，其具有缓冲性能，所述第一、第二、第三、第四芯片303
‑
306各自的一部分均嵌入到所述第一弹性粘结层302中，进而可以有效保护芯片的有源面，防止芯片损坏。
44.如图2所示，在步骤（2）中：接着在所述第一、第二、第三、第四芯片303
‑
306各自的背面分别形成第一沟槽307、第二沟槽308、第三沟槽309和第四沟槽310，接着在所述第一、第二、第三、第四沟槽307
‑
310中分别形成第一盲孔3071、第二盲孔3081、第三盲孔3091和第四盲孔3101，其中，所述第一盲孔3071的深度小于所述第二盲孔3081的深度，所述第二盲孔3081的深度小于所述第三盲孔3091的深度，所述第三盲孔3091的深度小于所述第四盲孔3101的深度。
45.在具体的实施例中，在所述步骤（2）中，所述第一、第二、第三、第四沟槽307
‑
310的深度相同，通过湿法刻蚀、激光烧蚀或机械切割工艺形成所述第一、第二、第三、第四沟槽307
‑
310和所述第一、第二、第三、第四盲孔3071
‑
3101。
46.在具体的实施例中，由于所述第一弹性粘结层302的一部分覆盖所述第一、第二、第三、第四芯片303
‑
306的侧面，进而在后续形成所述第一、第二、第三、第四沟槽307
‑
310和所述第一、第二、第三、第四盲孔3071
‑
3101的过程中，可以确保各芯片不偏移。
47.在另外的实施例中，所述第一、第二、第三、第四沟槽307
‑
310的深可以不相同，进一步的，所述第一沟槽307深度小于所述第二沟槽308的深度，所述第二沟槽308的深度小于所述第三沟槽309的深度，所述第三沟槽309的深度小于所述第四沟槽310的深度，通过调节各沟槽和各盲孔的深度的大小关系，进而可以调节相邻堆叠芯片结构的高度差，进而丰富半导体装置的多样性。
48.如图3所示，在步骤（3）中：提供第二载板400，在所述第二载板400上设置第二弹性粘结层402，在所述第二弹性粘结层402上设置第五芯片403、第六芯片404、第七芯片405和第八芯片406，所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406的有源面朝向所述第二弹性粘结层402，所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406各自的一部分均嵌入到所述第二弹性粘结层402中，其中，所述第五芯片403的厚度小于所述第六芯片404的厚度，所述第六芯片404的厚度小于所述第七芯片405的厚度，所述第七芯片405的厚度小于所述第八芯片406的厚度。
49.在具体的实施例中，在所述步骤（3）中，在所述第二载板400上设置所述第二弹性
粘结层402之前，在所述第二载板400上形成分别对应所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406的四个第二凹槽401，进而在设置所述第二弹性粘结层402的过程中，使得所述第二弹性粘结层402的一部分嵌入到所述第二凹槽401中，进而使得所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406各自的一部分分别嵌入到相应的第二凹槽401中。
50.在更具体的实施例中，所述第二载板400具体可以为玻璃基板、不锈钢基板、单晶硅基板、多晶硅基板、蓝宝石基板、氮化镓基板、塑料基板中的一种，所述第二载板400可以为圆形基板或方形基板，所述第二载板400的面积大于所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406的面积之和，且所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406的两两之间间隔一定的距离，以便于下述各步骤的顺利进行。
51.在具体的实施例中，所述第二弹性粘结层402为弹性树脂材料，具体的可以为硅胶、丙烯酸树脂、橡胶等合适的材料。由于在所述第二载板400上形成分别对应所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406的四个第二凹槽401，进而使得所述第二弹性粘结层402嵌入到所述第二凹槽401中，其具有缓冲性能，所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406各自的一部分均嵌入到所述第二弹性粘结层402中，进而可以有效保护芯片的有源面，防止芯片损坏。
52.如图4所示，在步骤（4）中：接着在所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406各自的背面分别形成第一凸起407、第二凸起408、第三凸起409和第四凸起510，所述第一凸起407的高度小于所述第二凸起408的高度，所述第二凸起408的高度小于所述第三凸起409的高度，所述第三凸起409的高度小于所述第四凸起410的高度。
53.在具体的实施例中，在所述步骤（4）中：通过湿法刻蚀、激光烧蚀或机械切割工艺形成所述第一、第二、第三、第四凸起407
‑
410。
54.在更具体的实施例中，利用光刻胶等合适掩膜覆盖所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406各自的背面，利用掩膜对所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406各自的背面进行刻蚀或切割处理，进而形成所述第一、第二、第三、第四凸起407
‑
410。
55.如图5所示，在步骤（5）中：在所述第一凸起407的侧表面形成贯穿所述第一凸起407的穿孔411，在所述第二凸起408的侧表面形成贯穿所述第二凸起408的穿孔411，在所述第三凸起409的侧表面形成贯穿所述第三凸起409的穿孔411，在所述第四凸起410的侧表面形成贯穿所述第四凸起410的穿孔411。
56.在具体的实施例中，在所述步骤（5）中，通过激光烧蚀工艺形成所述穿孔411。
57.如图6所示，在步骤（6）中：接着在所述第一、第二、第三、第四沟槽307
‑
310中以及所述第一、第二、第三、第四盲孔3071
‑
3101中设置粘结材料（未图示），进而将所述第五、第六、第七、第八芯片403
‑
406分别对应设置在所述第一、第二、第三、第四沟槽307
‑
310中，并使得所述第一、第二、第三、第四凸起407
‑
410分别嵌入到相应的所述第一、第二、第三、第四盲孔3071
‑
3101中，并使得各盲孔3071
‑
3101中的粘结材料的一部分嵌入到各凸起407
‑
410的各穿孔411中。
58.在具体的实施例中，在所述步骤（6）中：通过热压合工艺使得各盲孔3071
‑
3101中的粘结材料的一部分嵌入到各凸起407
‑
410的各穿孔411中。
59.在具体的实施例中，所述粘结材料为本领域常用的粘结材料，进而通过热压合工艺，使得粘结材料发生流动进而嵌入到各穿孔411中，上述结构的设置，可以有效提高堆叠芯片的接合强度。
60.如图7所示，在步骤（7）中：接着去除所述第二载板400，接着在所述第一载板300上形成有机封装层500，所述有机封装层500包裹各芯片。
61.在具体的实施例中，在所述步骤（7）中：所述有机封装层500包括环氧树脂和导热填料。
62.在具体的实施例中，通过传递模塑、注塑、热压、真空模塑、滴涂等合适工艺形成所述有机封装层500。
63.更具体的，所述导热填料为氧化铝、氮化铝、石墨、石墨烯、碳纳米管、碳化硅等合适的填料。
64.如图8所示，在步骤（8）中：接着在所述有机封装层500的上表面形成第一布线层600，接着去除所述第一载板300，接着在所述有机封装层500的下表面形成第二布线层700。
65.在具体的实施例中，在所述步骤（8）中：在所述第一布线层600和所述第二布线层700上分别形成导电凸块800。
66.在具体的实施例中，所述第一、第二布线层600和700为包括介质层和金属布线的重布线层，所述导电凸块800为导电焊球或金属铜柱。
67.如图8所示，本发明还提出一种半导体装置，其根据上述制造方法制造形成的。
68.与现有技术相比，本发明的半导体装置及其制备方法具有如下的有益效果：通过在所述第一、第二、第三、第四芯片的所述第一、第二、第三、第四沟槽中分别形成第一、第二、第三、第四盲孔，并在所述第五、第六、第七、第八芯片各自的背面分别形成第一、第二、第三、第四凸起，并在所述第一、第二、第三、第四凸起的侧表面分别形成贯穿所述第一、第二、第三、第四凸起的穿孔，进而在后续的键合工艺中，在所述第一、第二、第三、第四沟槽中以及所述第一、第二、第三、第四盲孔中设置粘结材料，进而将所述第五、第六、第七、第八芯片分别对应设置在所述第一、第二、第三、第四沟槽中，并使得所述第一、第二、第三、第四凸起分别嵌入到相应的所述第一、第二、第三、第四盲孔中，并使得各盲孔中的粘结材料的一部分嵌入到各凸起的各穿孔中，上述结构的设置可以提高堆叠芯片的键合稳定性，有效防止堆叠芯片剥离。且通过优化各上层芯片的厚度、各凹槽的深度以及各凸起的高度，可以调节相邻堆叠芯片结构的高度差，进而丰富半导体装置的多样性。
69.且在本技术的半导体装置中，在相应载板上设置弹性粘结层之前，在载板上形成分别对应所述第一、第二、第三、第四芯片的四个第一凹槽，进而在设置所述第一弹性粘结层的过程中，使得所述第一弹性粘结层的一部分嵌入到所述第一凹槽中，进而使得所述第一、第二、第三、第四芯片各自的一部分分别嵌入到相应的第一凹槽中，上述结构的设置可以有效保护芯片的有源面，防止芯片损坏。
70.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。