带有焊料扩散保护的半导体芯片器件制造技术

公开了使用焊料型热材料（90）为半导体器件建立传热途径的各种方法和装置。在一方面，提供了一种制造方法，包括提供具有基片和延伸到基片中第一距离的第一有源电路部分（40）的第一半导体芯片（20）。在第一半导体芯片（20）中形成抑制焊料扩散的屏障（135），该屏障（135）围绕该第一有源电路部分（40）但与该第一有源电路部分（40）横向分开并且延伸到基片中比该第一距离更大的第二距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术一般性地涉及半导体加工，特别涉及用于半导体芯片封装的热界面材料结构及其制造方法。
技术介绍
很多现有的集成电路作为多个管芯形成在一个共同的晶片上。在管芯上形成电路的基本处理步骤结束后，单个的管芯(die)被从晶圆分离开来。然后，分离的管芯通常被安装在诸如电路板之类结构上，或以某种形式的外壳封装。一个经常使用的封装包括在其上安装了管芯的基片。基片的上表面包括电气互连。管芯用多个焊盘制造。一批焊点被提供在管芯的焊盘与基片互连之间以建立欧姆接触。在管芯安装到基片上之后，盖被连接到基片上以覆盖管芯。诸如微处理器等一些传统的集 成电路产生数量可观的热量，热量必须传递走以避免器件停机或损坏。盖既作为防护罩又作为传热途径。为了提供从集成电路到盖的传热途径，将热界面材料放置在集成电路的上表面上。在理想的情况下，热界面材料充分接触集成电路的上表面和盖的覆盖集成电路的下表面的部分。传统的热界面材料包括各种类型的焊膏，在某些情况下包括金属。凝胶型热界面材料包括与诸如铝之类的热传导粒子一起散置的聚合物基体。最近，设计师们开始转向作为一种热界面材料的焊接材料，特别是用于高功率高温度的芯片。如铟之类的焊料热界面材料具有对高功率高温度的管芯起很好作用的良好的热性能。然而，铟对硅表现出相对较差的附着性。为了方便与铟粘接，可在硅片背面设置有金属叠层(metal stack)，金属叠层包括容易粘接到硅上的层、很容易湿化铟的层以及或许是一个或多个中间屏障层或其它层。在切成管芯前，管芯的整个晶圆可被设置为具有各自的金属叠层。为了在传统焊料热界面材料和半导体芯片和支撑它的盖之间建立良好的热接触，进行回流焊过程以湿化适用面。堆叠的管芯为焊料热界面材料的集成提出了另外的技术挑战。相对于底层的封装基片，堆叠的管芯设置是非平面的，但经常希望在焊料热界面材料、每一个芯片和盖之间为热接触。这可将堆叠的管芯的最上面的外侧壁暴露从而使焊料可能扩散进入关键的电路结构。本专利技术涉及克服或减少一个或多个上述缺点的影响。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种制造方法，包括提供具有基片和延伸到基片中第一距离的第一有源电路部分的第一半导体芯片。第一半导体芯片中形成屏障，该屏障围绕第一有源电路部分但与第一有源电路部分横向分开并且延伸到基片中比第一距离更大的第二距离。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制造方法，包括连接具有第一外围壁的第一半导体芯片和具有第二外围壁的第二半导体芯片，其中在第一半导体芯片和第二半导体芯片之间有间隙。形成覆盖第一半导体芯片的至少第一外围壁的屏障层。在第一外围壁的周围安置焊料型热界面材料。屏障层抑制焊料型热界面材料扩散进入第一外围壁。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制造方法，包括连接具有第一主边和第二主边以及第一外围壁的第一半导体芯片和具有第一主边和第二主边的第二半导体芯片，其中在第一半导体芯片和第二半导体芯片之间有间隙。在第一半导体芯片的第二主边上安置第一焊料型热界面材料，在第二半导体芯片的第一主边上安置第二热界面材料部分但与第一焊料型热界面横向分开以留下空间。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种装置，该装置包括具有基片和延伸到基片中第一距离的第一有源电路部分的第一半导体芯片。屏障在第一半导体芯片中，其围绕第一有源电路部分但与第一有源电路部分横向分开并且延伸到基片中比第一距离更大的第二距离。 根据本专利技术的另一个方面，提供了一个装置，包括具有第一主边和第二主边和第一外围壁的第一半导体芯片。第二半导体芯片包括连接到第一半导体芯片的第一主边的第一主边、第二主边和第二外围壁，在该第一半导体芯片和该第二半导体芯片之间有间隙。屏障层覆盖第一半导体芯片的至少第一外围壁，并且焊料型热界面材料围绕第一外围壁。屏障层抑制焊料型热界面材料扩散进入第一外围壁。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种装置，该装置包括具有第一主边和第二主边以及第一外围壁的第一半导体芯片。第二半导体芯片包括连接到第一半导体芯片的第一主边的第一主边、第二主边和第二外围壁，在该第一半导体芯片和该第二半导体芯片之间有间隙。第一焊料型热界面材料部分被安置在第一半导体芯片的第二主边上，并且第二热界面材料部分被安置在第二半导体芯片的第一主边上但与第一焊料型热界面横向分开以留下空间。附图说明一旦阅读下面的详细说明和参照附图，本专利技术的上述及其它优势将变得明显。在附图中图I是包括堆叠的半导体芯片的半导体芯片器件的一个典范的实施例的剖视图；图2是以更大的放大倍数表示的图I的一部分；图3是从图I中所描述的方向翻转的半导体芯片之一的部分分解图的视图；图4是经受典范的屏障沟槽形成的半导体芯片之一的剖视图；图5是描绘在沟槽内沉积屏障材料的与图4类似的剖视图；图6是描绘典范的屏障材料的平坦化的与图5类似的剖视图；图7是与图5类似、但描绘屏障沟槽的替换的典范形成的剖视图；图8是经受典范的籽晶层的形成的、图I中所绘的其它半导体芯片的剖视图；图9是描绘掩膜形成的、与图8类似的剖视图；图10是与图9类似的、但描绘在半导体芯片上的典范的堤的形成的剖视图；图11是堆叠的半导体芯片的剖视图；图12是与图11类似的、描绘在半导体芯片的堆叠上的焊料型热界面材料的安置的剖视图；图13是包括堆叠的半导体芯片的半导体芯片器件的替换的典范的实施例的剖视图；图14是经受屏障层的施加的图13的半导体芯片的剖视图；图15是包括堆叠的半导体芯片的半导体芯片器件的另一个替换的典范的实施例的剖视图；图16是在16-16部分取的图15的剖视图；图17是包括堆叠的半导体芯片的半导体芯片器件的另一个替换的典范的实施例的剖视图；图18是在18-18部分取的图17的剖视图；图19是与图18类似的、但描绘在高分子热界面材料的施加之前的处理阶段的剖视图。具体实施例方式本文说明了半导体芯片器件的各个实施例。一个例子包括安装到电路板上的两个堆叠的半导体芯片。散热器或盖覆盖着芯片。焊料型热界面材料提供了在盖和半导体芯片之间的传热途径。上面的半导体芯片被提供了屏障，该屏障抑制焊料型热界面材料扩散到敏感的电路结构。现在将说明更多的细节。在下面说明的附图中，在相同的元件出现在一个以上的图中时，参考数字一般重复。现在转到附图，特别是在图1，在其中显示了包括安装在电路板25和由散热器或盖30围绕的堆叠的半导体芯片15和20的半导体芯片器件10的典范的实施例的剖视图。虽然描述了两个半导体芯片15和20，但应理解，此处公开的技术可被应用到更大的数字，无论是堆叠的或以其它方式布置的半导体芯片。半导体芯片15包括主边32和33及外围壁34。半导体芯片20类似地包括主边35和36及外围壁37。半导体芯片15和20包括各自的有源电路区35和40，有源电路区35和40的厚度分别与芯片15和20的整体的厚度相比是相对较小的。有源电路区38和40包括为单个芯片15和20和诸如金属化或其它类型的互连层和层间绝缘层之类多个互连层提供功能的各种逻辑电路和其它类型的电路。半导体芯片15可通过多个导电柱45电连接到半导体芯片。可选地，其它类型的管芯-管芯互连可被使用，诸如焊点、导电柱加焊料(conductive pillar plus solder)或其它类型的互连。为了为半导体芯片15和20提本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2009.12.21 US 12/643,4771.一种制造方法，包括 提供包括基片和延伸到该基片中第一距离的第一有源电路部分(40)的第一半导体芯片(20);和 在所述第一半导体芯片(20)中形成屏障(135)，所述屏障(135)围绕所述第一有源电路部分(40)但与所述第一有源电路部分(40)横向分开并且延伸到所述基片中比所述第一距离更大的第二距离。2.如权利要求I所述的方法，包括连接第二半导体芯片(15)，使该第二半导体芯片(15)连接到第一半导体芯片(20)并面对第一有源电路部分(40)，其中在所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片之间有间隙(130)。3.如权利要求2所述的方法，包括在所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片之间安置堤(125)并且所述堤(125)围绕所述第一有源电路(40)部分，以防止材料进入间隙(130)。4.如权利要求2所述的方法，包括在所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片上安置焊料型热材料(90)。5.如权利要求I所述的方法，其中，所述形成所述屏障(135)包括在所述第一半导体芯片(20)中形成沟槽(185)和在所述沟槽中淀积绝缘材料(210)。6.如权利要求I所述的方法，其中，所述形成所述屏障(135’)包括在所述基片的部分中植入阻碍金属粒子流动的离子(215)。7.一种制造方法，包括 连接包括第一外围壁(37)的第一半导体芯片(20)和包括第二外围壁(34)的第二半导体芯片(15)，其中在所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片之间有间隙(130); 形成覆盖所述第一半导体芯片的至少所述第一外围壁(37)的屏障层(265);以及在所述第一外围壁(37)的周围安置焊料型热界面材料(90)，所述屏障层(265)抑制所述焊料型热界面材料扩散进入所述第一外围壁。8.如权利要求7所述的方法，其中，所述第一半导体芯片(20)包括第一有源电路部分(40)，该方法包括在所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片之间安置堤(125)并且该堤(125)围绕所述第一有源电路部分(40)，以防止材料进入所述间隙(130)。9.如权利要求7所述的方法，其中，第一半导体芯片(20)包括第一主边和第二主边(35)(36)并且所述第二半导体芯片(15)包括第一主边和第二主边(32) (33)和第二外围壁(34)，该方法包括形成屏障层(265)以覆盖所述第一半导体芯片(20)的所述第二主边(36)、所述第二半导体芯片(15)的所述第一主边(32)的一部分和所述第二外围壁(34)。10.一种制造方法，包括 连接包括第一主边和第二主边以及第一外围壁的第一半导体芯片(20)和包括第一主边和第二主边的第二半导体芯片(15)，其中在所述第一半导体芯片和所述第二半导体芯片之间有间隙； 在所述第一半导体芯片的所述第二主边(35)上安置第一焊料型热界面材料(310);以及 将第二热界面材料部分(305)安置在所述第二半导体芯片(15)的所述第一主边(32)上但将所述第二热界面材料部分(305)与所述第一焊料型热界面(90)横向分开以留下空间。11.如权利要求10所述的方法，包括在所述空间中安置高分子热界...

【专利技术属性】
技术研发人员：迈克尔·Z·苏，
申请(专利权)人：超威半导体公司，
类型：发明
国别省市：