形成倒金字塔式腔体半导体封装的方法和半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开形成倒金字塔式腔体半导体封装的方法和半导体装置。一种半导体装置具有第一衬底。在第一衬底上形成传导层。第一腔体贯穿第一衬底被形成并且延伸到传导层。在第一腔体中设置包括多个第一互连结构的第一半导体管芯。在第一衬底上设置第二衬底。贯穿第二衬底形成第二腔体。在第二腔体中设置包括多个第二互连结构的第二半导体管芯。在第二半导体管芯上设置分立装置或第三半导体管芯。在第二衬底与分立装置或第三半导体管芯之间形成多个第三互连结构。同时地使第一、第二以及第三互连结构回流。在第一半导体管芯、第二半导体管芯以及分立装置或第三半导体管芯上和周围沉积密封剂。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术一般地涉及半导体装置，并且更特别地涉及形成倒金字塔式腔体半导体封装（IPCP）的方法和半导体装置。
技术介绍
在现代电子产品中常见地发现半导体装置。半导体装置在电气组件的数目和密度方面不同。分立半导体装置一般地含有一种电气组件，例如发光二极管（LED）、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器以及功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。集成半导体装置通常含有数百个到数百万个电气组件。集成半导体装置的示例包括微控制器、微处理器以及各种信号处理电路。半导体装置执行各式各样的功能，诸如信号处理、高速计算、发送和接收电磁信号、控制电子装置、将日光变换成电以及创建用于电视显示器的视觉图像。半导体装置在娱乐、通信、功率转换、网络、计算机以及消费产品的领域中被发现。半导体装置还在军事应用、航空、汽车、工业控制器以及办公设备中被发现。半导体装置利用半导体材料的电气性质。半导体材料的结构允许通过施加电场或基电流或者通过掺杂的过程来操纵材料的导电性。掺杂向半导体材料中引入杂质以操纵和控制半导体装置的传导性。半导体装置含有有源和无源的电气结构。包括双极和场效应晶体管的有源结构控制电流的流动。通过改变电场或基电流的施加以及掺杂的水平，晶体管促进或限制电流的流动。包括电阻器、电容器以及电感器的无源结构创建用来执行各种电气功能所必需的在电压与电流之间的关系。无源和有源结构在电学上被连接以形成电路，其使半导体装置能够执行高速操作及其它有用功能。半导体装置一般地是使用两个复杂的制造过程（即，前道制造和后道制造）制造的，每个潜在地涉及数百个步骤。前道制造涉及在半导体晶片的表面上形成多个管芯。每个半导体管芯通常是相同的，并且含有通过将有源和无源组件在电学上连接而形成的电路。后道制造涉及从完成的晶片将单独的半导体管芯单体化并将管芯封装以提供结构支撑、电气互连以及环境隔离。如本文所使用的术语“半导体管芯”指的是该单词的单数和复数形式两者，并且因此能够指代单个半导体装置和多个半导体装置两者。半导体制造的一个目标是生产较小的半导体装置。较小装置通常消耗较少的功率，具有较高的性能，并且更高效地被生产。另外，较小的半导体装置具有较小的足迹（footprint），这对于较小的最终产品而言是期望的。通过在前道过程的改善实现较小的半导体管芯尺寸，从而导致带有较小、较高密度的有源和无源组件的半导体管芯。后道过程通过改善电气互连和封装材料导致带有较小足迹的半导体装置封装。减少的封装轮廓对于蜂窝或智能电话行业中的封装而言具有特别的重要性。用以实现较大的集成和较小的半导体装置的目的的一个方法是集中于三维（3D）封装技术和在垂直堆叠的半导体管芯与装置之间的电气互连。在堆叠的半导体管芯封装中，将底部半导体管芯安装到衬底，将顶部半导体管芯安装在底部半导体管芯上，并且将分立装置安装在邻近于堆叠的半导体管芯的衬底上。衬底提供安装在衬底上的组件之间和安装在衬底上的组件与外部装置之间的电气互连。然而，在衬底上安装堆叠管芯及其它装置增加封装轮廓（由于衬底的厚度增加总封装厚度），并且邻近于半导体管芯安装分立装置增加封装足迹。此外，当倒装半导体管芯被堆叠时，在顶部半导体管芯与衬底之间要求较大的凸起（bump），由于该凸起需要跨越底部半导体管芯的厚度。较大凸起限制互连节距并减少输入/输出（I/O）计数。另外，较大的凸起易于崩塌，这能够引起电气短路和装置缺陷。
技术实现思路
存在对带有其它装置及堆叠的半导体管芯的集成的较薄半导体封装的需要。因此，在一个实施例中，本专利技术是一种制造半导体装置的方法，所述方法包括以下步骤：提供包括第一腔体的第一衬底、在第一腔体中设置第一半导体管芯、在第一衬底上设置包括第二腔体的第二衬底、在第二腔体中设置第二半导体管芯以及在第二半导体管芯上沉积密封剂。在另一实施例中，本专利技术是一种制造半导体装置的方法，所述方法包括以下步骤：提供包括第一腔体的第一衬底、在第一腔体中设置第一半导体管芯、在第一衬底上设置包括第二腔体的第二衬底以及在第二腔体中设置第二半导体管芯。在另一实施例中，本专利技术是一种半导体装置，所述半导体装置包括第一衬底和设置在第一衬底的第一腔体中的第一半导体管芯。第二衬底被设置在第一衬底上。第二半导体管芯被设置在第二半导体管芯的第二腔体中。在另一实施例中，本专利技术是一种半导体装置，所述半导体装置包括第一衬底和设置在第一衬底的第一腔体中的第一半导体管芯。第二衬底被设置在第一衬底上并且包括设置在第一半导体管芯上的第二腔体。附图说明图1a-1c图解带有被锯道（sawstreet）分离的多个半导体管芯的半导体晶片；图2a-2o图解形成具有设置在倒金字塔式腔体中的半导体管芯上的分立装置的IPCP的方法；图3图解具有设置在倒金字塔式腔体中的半导体管芯上的分立装置的IPCP；图4图解具有TSV半导体管芯的IPCP；图5图解具有设置在倒金字塔式腔体中的半导体管芯上的半导体管芯的IPCP；图6图解具有散热器和TSV半导体管芯的IPCP；图7图解具有暴露的散热器和TSV半导体管芯的IPCP；图8a-8d图解形成具有设置在多个倒金字塔式腔体中的半导体管芯上的分立装置的IPCP的方法；图9图解具有设置在多个倒金字塔式腔体中的半导体管芯上的分立装置的IPCP；图10图解具有设置在倒金字塔式腔体中的半导体管芯上的半导体管芯的IPCP；图11图解具有设置在倒金字塔式腔体中的半导体管芯上的分立装置和半导体管芯的IPCP；以及图12图解具有设置在倒金字塔式腔体中的半导体管芯上的散热器的IPCP。具体实施方式参考附图在以下描述中的一个或多个实施例中描述本专利技术，在所述附图中同样的数字表示相同或类似的元件。虽然依据用于实现本专利技术的目的的最佳方式描述了本专利技术，但本领域的技术人员将领会到本公开旨在覆盖如被包括在如被如由以下公开和附图所支持的权利要求等价物和所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围之内的替换物、修改以及等价物。半导体装置一般地是使用两个复杂的制造过程：前道制造和后道制造所制造的。前道制造涉及在半导体晶片的表面上形成多个管芯。晶片上的每个管芯含有有源和无源电气组件，其在电学上被连接以形成功能电路。有源电气组件诸如晶体管和二极管具有控制电流流动的能力。无源电气组件诸如电容器、电感器以及电阻器创建用来执行电路功能所必需的在电压与电流之间的关系。无源和有源组件通过包括掺杂、沉积、光刻、蚀刻以及平面化的一系列过程步骤在半导体晶片的表面上被形成。掺杂通过诸如离子注入或热扩散的技术向半导体材料中引入杂质。掺杂过程通过响应于电场或基电流而动态地改变半导体材料传导性来修改在有源装置中的半导体材料的导电性。晶体管含有根据需要布置的变化的类型和程度的掺杂的区域以使晶体管能够在施加电场或基电流时促进或限制电流的流动。有源和无源组件是由带有不同电气性质的材料层形成的。能够用部分地由被沉积的材料类型确定的各种沉积技术来形成层。例如，薄膜沉积能够涉及化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、电解电镀以及无电极电镀过程。每个层一般地被图案化以形成有源组件、无源组件或组件之间的电气连接中的部分。后道制造指代将完成的晶片切割或单体化成单独的半导体管芯，并将半导体管芯封装用于结构支撑、电气互连以及本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造半导体装置的方法，包括：提供包括第一腔体的第一衬底；在第一腔体中设置第一半导体管芯；在第一衬底上设置包括第二腔体的第二衬底；在第二腔体中设置第二半导体管芯；以及在第二半导体管芯上沉积密封剂。

【技术特征摘要】
2015.08.12 US 14/8251101.一种制造半导体装置的方法，包括：提供包括第一腔体的第一衬底；在第一腔体中设置第一半导体管芯；在第一衬底上设置包括第二腔体的第二衬底；在第二腔体中设置第二半导体管芯；以及在第二半导体管芯上沉积密封剂。2.如权利要求1的方法，还包括在第二衬底上设置分立装置。3.如权利要求1的方法，还包括在第二半导体管芯上设置散热器。4.如权利要求1的方法，还包括：在第一半导体管芯的有源表面上形成多个第一互连结构；在第二半导体的有源表面上形成多个第二互连结构；以及在将第一半导体管芯设置在第一腔体中并将第二半导体管芯设置在第二腔体中之后同时地使第一互连结构和第二互连结构回流。5.如权利要求1的方法，还包括在单个沉积步骤中在第一腔体和第二腔体中沉积密封剂。6.如权利要求1的方法，其中第二腔体延伸到第一衬底的表面。7.一种制造半导体装置的方法，包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：KK侯，S金努萨米，
申请(专利权)人：商升特公司，
类型：发明
国别省市：美国;US