[发明专利]晶片压焊键合方法及其结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种晶片压焊键合(waferbonding)方法及其结构。

背景技术

传统的切割封装方法为在半导体晶片完成制造后，通过切割将每一个芯片从晶片上分离，然后对每一个芯片进行封装并引线。随着半导体技术朝着更高技术节点的发展，半导体芯片的封装技术也由原来的切割打线的封装方式逐渐发展为晶片级焊接封装(wafer level package)。晶片级封装方法则是以整个晶片为封装对象，在晶片完成制造后，直接将两个或多个晶片压焊键合(wafer bonding)在一起。专利申请号为200410005400.8的中国专利公开了一种晶片级封装的方法及结构。图1至图10为现有一种多晶片压焊键合工艺各步骤相应的结构的剖面示意图。

如图1所示，首先提供一完成芯片制造的半导体晶片100，所述半导体晶片100包含有硅基衬底101，在所述硅基衬底101上有器件区102，在所述器件区的上形成有引线焊块104，所述引线焊点104的材质为铝。

如图2所示，通过光刻刻蚀工艺在所述器件区102和硅基衬底101中形成连接孔105，所述连接孔105的深度应不小于50um。

如图3所示，在所述连接孔105的侧壁形成介质层106，所述介质层106为氧化硅或氮化硅，所述介质层106作为硅基衬底101和后续工艺中在连接孔105中沉积的金属材料的绝缘层。

如图4所示，在所述连接孔105中和所述器件区102上沉积金属层108，所述金属层108材质为铜。在沉积所述金属铜之前需要先沉积阻挡层以阻止铜向介质层106中的扩散。

如图5所示，通过化学机械研磨进行平坦化，去除所述器件区102上的多余的金属铜，形成铜插塞108a。

如图6所示，在所述铜插塞108a上形成焊料凸块110。所述焊料凸块110材质可以是金、银、锡中的一种或其组合。

如图7所示，在所述半导体晶片100的器件区102的上表面粘贴一载片层(carrier)112，同时研磨所述硅基衬底101使其厚度减小，直至露出所述铜插塞108a，如图8所示。

如图9所示，在所述硅基衬底101上露出的铜插塞108a的上表面形成焊料凸块110。

去除所述载片层112，将多个形成有铜插塞108a和焊料凸块110的半导体晶片100a，100b，100c，100d按如图10所述的方式压焊在一起，多个半导体晶片通过焊料凸块110连接在一起，每两个半导体晶片之间填充有粘结剂112。

上述晶片键合方法通过在硅基衬底中形成连接插塞并通过研磨使晶片厚度减小，在晶片的两面形成焊料凸块，将多个芯片的叠放在一起，多个芯片之间通过焊料凸块电连接。在上述工艺中，形成连接插塞108a的工艺受刻蚀和沉积工艺的限制，连接孔105不能做的太深，形成的连接插塞108a的底部离所述硅基衬底101的表面较远，因而需要研磨去掉较厚硅基衬底101才能使连接插塞108的底部露出，研磨后半导体基底100变的较薄。大约为100至150um，这导致研磨晶片薄化的工艺变得难以控制，在晶片研磨趋于结束时，半导体基底的厚度很薄，很容易使晶片破碎，而损坏整个晶片。

发明内容

因此，本发明的目的在于提供一种晶片键合方法及其结构，以解决现有晶片压焊键合工艺中晶片容易破碎的问题。

为达到上述目的，本发明提供的一种晶片压焊键合方法包括：在第一半导体晶片和第二半导体晶片的钝化层中形成第一沟槽和第一连接孔，所述第一连接孔底部露出引线焊块；在所述第一沟槽和第一连接孔中填充第一金属材料，所述第一沟槽中的第一金属材料形成第一连接焊块；将所述第一半导体晶片表面和第二半导体晶片表面粘合，其中所述第一半导体晶片、第二半导体晶片表面相应位置的第一连接焊块相接触；将所述第二半导体晶片背面衬底减薄，并在该半导体晶片背面衬底中形成第二沟槽和贯穿该半导体晶片衬底和器件层的第二连接孔，所述第二连接孔底部露出该半导体晶片的第一连接焊块；在所述第二连接孔侧壁形成介质层，在所述第二沟槽和第二连接孔中填充第二金属材料，所述第二沟槽中的第二金属材料形成第二连接焊块。

所述第一金属材料和第二金属材料为同种材质。

所述第一金属材料和第二金属材料为铜、铝、金、银、钽、钛、氮化钛、氮化钽中的一种或其组合。

通过退火使所述第一半导体晶片表面和第二半导体晶片表面粘合。

所述退火温度为150至400度。

所述介质层为氧化硅。