堆叠的半导体器件及其制造方法技术

本发明专利技术提供了堆叠的半导体器件以及其制造方法。一种堆叠的半导体器件包括多个半导体管芯和多个热机械凸块。半导体管芯在垂直方向上堆叠。热机械凸块被布置在半导体管芯之间的凸块层中。相比于在其它位置处，较少热机械凸块被布置在靠近半导体管芯中包括的热源的位置处，或者在靠近热源的位置处的热机械凸块的结构不同于在其它位置处的热机械凸块的结构。

【技术实现步骤摘要】
堆叠的半导体器件及其制造方法
本专利技术构思的示例实施方式涉及半导体集成电路，并且更具体地，涉及堆叠的半导体器件及其制造方法。
技术介绍
堆叠的半导体器件，换言之，三维半导体集成电路，已经被引入以减小器件和/或系统的尺寸。在堆叠的半导体器件中，电路被分布和集成在不同的半导体管芯中然后半导体管芯被垂直地堆叠。堆叠的半导体器件可以包括各种类型的半导体管芯，并且在正常操作过程中，半导体管芯的至少一个可能产生过量的热。所述过量的热会使堆叠的半导体器件的性能退化。
技术实现思路
根据本专利技术构思的一示例实施方式，一种堆叠的半导体器件包括多个半导体管芯和多个热机械凸块。半导体管芯在垂直方向上被堆叠。热机械凸块被布置在半导体管芯之间的凸块层中。相比于在其它位置处，较少热机械凸块被布置在靠近半导体管芯中包括的热源的位置处，或者在靠近热源的位置处的热机械凸块的结构不同于在其它位置处的热机械凸块的结构。根据本专利技术构思的一示例实施方式，一种制造堆叠的半导体器件的方法包括：在垂直方向上堆叠多个半导体管芯；将多个热机械凸块布置在半导体管芯之间的凸块层中；以及基于半导体管芯中包括的热源的位置，改变热机械凸块的位置或结构。根据本专利技术构思的一示例实施方式，一种制造堆叠的半导体器件的方法包括：在多个半导体管芯中集成形成存储器件的多个功能块；在垂直方向上堆叠半导体管芯；将多个热机械凸块布置在半导体管芯之间的凸块层中；以及根据半导体管芯中包括的热源的位置，改变热机械凸块的布置或结构。根据本专利技术构思的一示例实施方式，一种半导体器件包括：布置在衬底上的第一半导体管芯；布置在第一半导体管芯上的层；布置在衬底上的第二半导体管芯，其中第一半导体管芯、所述层和第二半导体管芯在垂直于衬底的上表面的方向上被顺序布置；布置在第一半导体管芯中的热源；布置在第二半导体管芯中并且靠近热源的易受热影响的区域；以及布置在所述层中的多个热机械凸块，其中靠近热源的热机械凸块的数量少于远离热源的热机械凸块的数量，或者靠近热源的热机械凸块的特性不同于远离热源的热机械凸块的特性。附图说明通过参考附图详细描述本专利技术构思的示例实施方式，本专利技术构思的以上及其它特征将被更加清楚地理解。图1是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的制造堆叠的半导体器件的方法的流程图。图2是根据本专利技术构思的一示例实施方式的堆叠的半导体器件的剖视图。图3和4是每个示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的在图2的堆叠的半导体器件中的凸块的布置的示意图。图5是根据本专利技术构思的一示例实施方式的堆叠的半导体器件的剖视图。图6是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的在图5的堆叠的半导体器件中的凸块的布置的示意图。图7是根据本专利技术构思的一示例实施方式的堆叠的半导体器件的剖视图。图8是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的在图7的堆叠的半导体器件中的凸块的布置的示意图。图9是根据本专利技术构思的一示例实施方式的堆叠的半导体器件的剖视图。图10是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的在图9的堆叠的半导体器件中的凸块的布置的示意图。图11、12、13和14是根据本专利技术构思的示例实施方式的堆叠的半导体器件的剖视图。图15是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的包括热机械凸块的半导体器件的结构的剖视图。图16、17、18、19和20是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的制造图15的半导体器件的方法的阶段的剖视图。图21是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的包括热机械凸块的半导体器件的结构的剖视图。图22是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的在堆叠的半导体器件中的热机械凸块的布置的示意图。图23是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的包括图22的热机械凸块的半导体器件的结构的剖视图。图24是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的在堆叠的半导体器件中的热机械凸块的布置的示意图。图25是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的包括图24的热机械凸块的半导体器件的结构的剖视图。图26是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的在堆叠的半导体器件中的热机械凸块的布置的示意图。图27是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的包括图26的热机械凸块的半导体器件的结构的剖视图。图28和29是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的半导体存储器件的框图。图30是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的堆叠的半导体器件的示意图。图31是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的存储模块的框图。图32和33是示出根据本专利技术构思的示例实施方式的堆叠的存储器件的结构的示意图。图34是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的存储系统的框图。图35是根据本专利技术构思的一示例实施方式的用于描述存储芯片的封装结构的示意图。图36是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的系统的示意图。图37是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的移动系统的框图。图38是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的计算系统的框图。具体实施方式图1是示出根据本专利技术构思的一示例实施方式的制造堆叠的半导体器件的方法的流程图。参考图1，多个半导体管芯在垂直方向上被堆叠(S100)。在本专利技术构思的一示例实施方式中，半导体管芯可以代表半导体衬底以及在半导体衬底上方和/或下方的结构。半导体管芯本身还可以被称为半导体芯片。堆叠的半导体管芯的数量可以被不同地改变。在本专利技术构思的一示例实施方式中，堆叠的半导体管芯可以包括至少两个相同的或同质的半导体管芯。在本专利技术构思的一示例实施方式中，堆叠的半导体管芯可以包括至少两个不同的或异质的半导体管芯。例如，堆叠的半导体管芯可以包括至少一个在其中集成存储单元的半导体管芯和至少一个在其中集成用于控制存储单元的电路的半导体管芯。多个热机械凸块(bump)被布置在半导体管芯之间的凸块层中用于半导体管芯的机械支撑和热传递(S300)。在本专利技术构思的一示例实施方式中，热机械凸块可以与信号凸块区分开。信号凸块是用于在堆叠的半导体管芯之间或者在堆叠的半导体管芯和外部设备之间传递电信号或功率的凸块。热机械凸块是用于在堆叠的半导体管芯之间或者在堆叠的半导体管芯和外部设备之间传递热或者用于支撑半导体管芯的堆叠结构的凸块。热机械凸块可以不被需要用于信号传递。如果凸块执行传递信号或功率的功能，即使凸块还提供热传递和/或机械支撑的功能，它也被称作信号凸块。信号凸块可以被电连接到诸如硅穿孔或穿透衬底通路(TSV)的垂直接触。热机械凸块可以不被电连接到垂直接触。根据需要，热机械凸块可以被连接到垂直接触以提高热传递效率。基于半导体管芯中包括的热源的位置，热机械凸块的布置或结构被改变(S500)。热机械凸块的布置可以代表凸块的数量或者密度，凸块的布置形状等。热机械凸块的结构可以代表每个凸块的尺寸、材料、形状等。此外，布置和结构可以包括形成在凸块和半导体管芯的表面之间的凸块垫(pad)。在本专利技术构思的一示例实施方式中，热机械凸块的数量或密度可以被减少或增加以减小或增加从包括热源的半导体管芯的热传递。在本专利技术构思的一示例实施方式中，形成热机械凸块的材料的导热率可以被减小或增加以减小或增加从包括该热源的半导体管芯的热传递。结果，相对于凸块层中的至少两个凸块层，每个凸块层的热机械凸块的布置或结构凸块可以不同。热源代表半导体管芯的不断消耗功率并且产生过量的热的局部部分。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种堆叠的半导体器件，包括：在垂直方向上堆叠的多个半导体管芯；以及布置在所述半导体管芯之间的凸块层中的多个热机械凸块，其中相比于在其它位置处，较少热机械凸块被布置在靠近所述半导体管芯中包括的热源的位置处，或者在靠近所述热源的所述位置处的热机械凸块的结构不同于在其它位置处的热机械凸块的结构。

【技术特征摘要】
2015.12.07 KR 10-2015-01729961.一种堆叠的半导体器件，包括：在垂直方向上堆叠的多个半导体管芯；以及布置在所述半导体管芯之间的凸块层中的多个热机械凸块，其中相比于在其它位置处，较少热机械凸块被布置在靠近所述半导体管芯中包括的热源的位置处，或者在靠近所述热源的所述位置处的热机械凸块的结构不同于在其它位置处的热机械凸块的结构。2.如权利要求1所述的堆叠的半导体器件，其中在第一凸块层中的热机械凸块的布置或结构不同于在第二凸块层中的热机械凸块的布置或结构。3.如权利要求1所述的堆叠的半导体器件，其中所述半导体管芯包括包含所述热源的第一半导体管芯和包含易受热影响的区域的第二半导体管芯，以及其中在所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯之间的凸块层中的热机械凸块的数量小于在其它凸块层中的热机械凸块的数量。4.如权利要求1所述的堆叠的半导体器件，其中所述半导体管芯包括包含所述热源的第一半导体管芯和包含易受热影响的区域的第二半导体管芯，以及其中在所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯之间的凸块层中的热机械凸块的导热率低于在其它凸块层中的热机械凸块的导热率。5.如权利要求1所述的堆叠的半导体器件，其中所述半导体管芯包括包含所述热源的第一半导体管芯和包含易受热影响的区域的第二半导体管芯并且所述第二半导体管芯在向上方向上或在向下方向上邻近于所述第一半导体管芯，以及其中在所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯之间的凸块层中靠近所述热源的区域处的热机械凸块的密度低于在所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯之间的所述凸块层中其它区域处的热机械凸块的密度。6.如权利要求1所述的堆叠的半导体器件，其中所述半导体管芯包括包含所述热源的第一半导体管芯和包含易受热影响的区域的第二半导体管芯并且所述第二半导体管芯在向上方向上或在向下方向上邻近于所述第一半导体管芯，以及其中在所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯之间的凸块层中靠近所述热源的区域处的导热率低于在所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯之间的凸块层中其它区域处的导热率。7.如权利要求1所述的堆叠的半导体器件，还包括：布置在包括所述热源的所述半导体管芯之上或之下的散热器，以及其中在所述散热器和包括所述热源的所述半导体管芯之间的凸块层中靠近所述热源的区域处的热机械凸块的密度低于在所述散热器和包括所述热源的所述半导体管芯之间的所述凸块层中在其它区域处的热机械凸块的密度。8.如权利要求1所述的堆叠的半导体器件，还包括：形成在包括所述热源的所述半导体管芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴旼相，孙教民，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR