用于多芯片器件的热增强结构制造技术

本发明专利技术涉及一种多芯片半导体器件，该器件包括热增强结构、第一半导体芯片、第二半导体芯片、形成在第一半导体芯片和第二半导体芯片上的顶部上的封装材料层。该多芯片半导体器件进一步包括形成在封装层中的多个热通孔。该热增强结构包括与第一半导体管芯相接合的散热器模块。该散热器模块可以进一步包括多种热通孔和热开口。通过使用热增强结构，改进了多芯片半导体器件的热性能。本发明专利技术还提供了一种用于多芯片器件的热增强结构。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体领域，更具体地，本专利技术涉及一种用于多芯片器件的热增强结构。
技术介绍
自从专利技术了集成电路，由于多种电子部件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成密度的持续发展，半导体工业经历了迅速的发展。就绝大部分而言，集成密度的发展源于最小部件尺寸的再三减小，这使得能够在给定的面积中集成更多的部件。随着半导体技术的发展，三维(3D)集成电路(IC)作为用于进一步减小半导体芯片物理尺寸的高效替代品脱颖而出。在以3D IC为基础的半导体芯片中，有源电路被制造在不同的晶圆上并且使用拾取-放置技术将每个晶圆管芯堆叠在另一个晶圆管芯的顶部上。 可以通过使用3D IC实现极高的密度。另外，3D IC可以实现更小的规格、成本效率、提高的性能以及较低的功率损耗。3D IC器件可以包括顶部有源电路层、底部有源电路层以及多个隔层 (inter-layer) 0隔层之一可以是中介层。在3D IC中，可以通过多个微凸块将两个管芯接合在一起。因此，可以在3D IC中在没有中介层的条件下将多个有源电路层堆叠在一起。然而，由于中介层(作为相对较大的硅层)可以容纳各种不同尺寸的晶圆管芯，所以中介层仍旧被广泛地应用在3D IC中。更具体地，中介层可以通过使用微凸块将各种晶圆管芯接合在一起。另外，通过使用中介层，可以简化3D IC复杂的热分布问题。3D IC可以包括多种半导体管芯，每种半导体管芯在通常的工作中都可以产生出过量的热量。因此，当在高密度IC封装中设置有多种半导体管芯时，可能产生过量的热量。 该过量的热量可能降低3D IC的热性能。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种结构，包括散热器模块，具有与第一半导体管芯相接合的第一表面；所述第一半导体管芯，与第二半导体管芯相连接；封装材料层，位于所述半导体管芯和所述第二半导体管芯中的至少一个上；再分配层，形成在所述封装材料层上，并且与所述第二半导体管芯相连接；以及多个热通孔，与所述散热器模块的第二表面相连接。在该结构中，所述散热器模块与所述第一半导体管芯的背面相接合。在该结构中，所述散热器模块与所述第一半导体管芯的正面相接合，并且其中，所述散热器模块具有多个开口。在该结构中，进一步包括多个铜柱，连接在所述第二半导体管芯和所述再分配层之间。在该结构中，进一步包括第二散热器模块，设置在所述散热器模块和所述再分配层之间；以及焊球，设置在所述再分配层下面。 在该结构中，进一步包括第三半导体管芯，设置在所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯之间；以及多个凸块，设置在所述第一半导体管芯和所述第三半导体管芯之间。在该结构中，进一步包括第二再分配层，形成在所述第二半导体管芯和所述封装材料层之间。根据本专利技术的另一方面，提供了一种结构，包括第一散热器模块，与第一半导体管芯的背面相接合；所述第一半导体管芯，与中介层相连接；以及衬底，通过多个焊球与所述中介层相连接，其中，所述第一半导体管芯设置在所述中介层和所述衬底之间。在该结构中，进一步包括多个凸块，设置在所述第一半导体管芯和所述中介层之间。在该结构中，进一步包括再分配层，形成在所述中介层上；多个凸块下金属化结构，形成在所述再分配层上；以及多个焊球，设置在所述衬底和所述再分配层之间。在该结构中，进一步包括第二散热器模块，设置在所述第一散热器模块和所述衬底之间。在该结构中，形成所述第一散热器模块，使得所述第一散热器模块的第一表面与所述第一半导体管芯相接合；以及所述第一散热器模块的第二表面与所述衬底相接合。在该结构中，所述第一散热器模块包括多个热开口 ；以及多个热通孔。在该结构中，所述多个热开口和所述多个热通孔被设置为使得所述第一半导体管芯具有均匀的热分布。在该结构中，所述第一散热器模块包含金属材料；化合物金属材料；合金材料； 以及具有高导热率的复合材料。 在该结构中,所述第一散热器模块由多个散热器模块形成。根据本专利技术的又一方面，提供了一种方法，包括将第一半导体管芯的第一表面与第二半导体管芯的第一表面相接合；以及将散热器与所述第一半导体管芯的第二表面相接口 ο在该方法中，进一步包括在所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯上形成封装材料层；在所述封装材料层中形成多个通路孔；将导电材料填充到所述通路孔中；在所述封装材料层上形成第二再分配层；在所述第二再分配层上形成多个凸块下金属化结构；以及在所述多个凸块下金属化结构上形成多个焊球。在该方法中，进一步包括形成第三半导体管芯；通过多个微凸块将所述第三半导体管芯与所述第一半导体管芯相接合；延伸散热器，使得所述散热器的与所述第一半导体管芯相对的面接触所述第二再分配层的第一表面；以及形成与所述第二再分配层的第二表面相接合的焊球。在该方法中，进一步包括在所述散热器中形成多个热开口 ；以及在所述散热器中形成多个热通孔。附图说明为了更全面地理解本专利技术及其优点，现将结合附图所进行的以下描述作为参考， 其中图I示出了根据实施例的带有散热器的半导体管芯的截面图；图2A示出的是根据实施例的带有散热器的半导体管芯的截面图；图2B示出了图2A中所示的散热器的两个俯视图；图2C示出了根据另一个实施例的另一个带有散热器的半导体管芯的截面图；图2D进一步示出了图2C中所示的散热器的三个俯视图；图3示出了根据实施例的多芯片半导体器件的截面图；图4-图IOA是根据实施例的制造多芯片半导体器件的中间阶段的截面图；图IOB示出了根据另一个实施例的另一个多芯片半导体器件；图11示出了根据另一个实施例的另一个多芯片半导体器件；图12示出了根据又一个实施例的另一个多芯片半导体器件；图13示出了根据另一个实施例的另一个多芯片半导体器件的截面图；以及图14示出了图13中所示的散热器的可选的实现方式。在不同的附图中的相应标号和标记通常涉及的是相应的部分，除非另行指出。绘具体实施方式下面，详细讨论本专利技术各实施例的制造和使用。然而，应该理解，本专利技术提供了许多可以在各种具体环境中实现的可应用的概念。所讨论的具体实施例仅仅示出了制造和使用本专利技术的具体方式，而不用于限制本专利技术的范围。将根据优选的实施例在具体的环境，S卩，用于多芯片半导体器件的热增强结构中描述本专利技术。然而，也可以将本专利技术应用于三维集成电路。首先参考图1，示出了根据实施例的带有散热器的半导体管芯的截面图。该半导体管芯102可以包括衬底层112、有源电路层114、层间介电(ILD)层116以及金属间介电 (MD)层118。如图I所示，散热器100形成在MD层118下面。ILD层116形成在MD层和有源电路层114之间。衬底层112位于有源电路层114上的顶部上。应该注意，虽然图 I示出了衬底层112在有源电路层114顶部上，但有源电路层114也可以形成在衬底层112 的顶部上。图I示出的是基于倒装芯片管芯构造的半导体管芯102的截面图。制造倒装芯片管芯的工艺是本领域所公知的，因此在此不详细论述。衬底层112可以包括体硅(掺杂的或未掺杂的)或绝缘体上半导体(SOI)衬底的有源层。通常，SOI衬底包括形成在绝缘体层上的半导体材料(诸如，硅)层。该绝缘体层可以是，例如，埋置的氧化物(BOX)层或氧化硅层。该绝缘体层被提供在衬底上，该衬底通常是硅衬底或玻璃衬底。也可以使用其他衬底，诸如，多层衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结构，包括：散热器模块，具有与第一半导体管芯相接合的第一表面；所述第一半导体管芯，与第二半导体管芯相连接；封装材料层，位于所述半导体管芯和所述第二半导体管芯中的至少一个上；再分配层，形成在所述封装材料层上，并且与所述第二半导体管芯相连接；以及多个热通孔，与所述散热器模块的第二表面相连接。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：余振华，董志航，邵栋梁，
申请(专利权)人：台湾积体电路制造股份有限公司，
类型：发明
国别省市：