DE102011086354A1 - Multichip-baugruppe auf waferebene - Google Patents
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Abstract
Eine Multichip-Baugruppe auf Waferebene umfasst drei gestapelte Halbleiterchips. Ein erster Halbleiterchip ist in einer ersten photosensitiven Materialschicht eingebettet. Ein zweiter Halbleiterchip ist auf den ersten Halbleiterchip gestapelt, wobei der zweite Halbleiterchip Seite an Seite mit dem ersten Halbleiterchip verbunden ist. Ein dritter Halbleiterchip ist Rückseite an Rückseite an den zweiten Halbleiterchip angebracht. Sowohl der zweite Halbleiterchip als auch der dritte Halbleiterchip sind in einer zweiten photosensitiven Materialschicht eingebettet. Die Multichip-Baugruppe auf Waferebene umfasst weiter mehrere Durchkontaktierungen, die in der ersten photosensitiven Materialschicht und der zweiten photosensitiven Materialschicht ausgebildet sind.
Description
- HINTERGRUND
- Seit der Erfindung der integrierten Schaltkreise hat die Halbleiterindustrie ein schnelles Wachstum erfahren, aufgrund kontinuierlicher Verbesserungen bei der Integrationsdichte von verschiedenen elektronischen Komponenten (zum Beispiel Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren etc.). Diese Verbesserung in der Integrationsdichte hat hauptsächlich ihren Ursprung in einer wiederholten Reduktion der minimalen Strukturgröße, die es erlaubt, mehr Komponenten in einem vorgegebenen Bereich zu integrieren. Da der Bedarf nach noch kleineren elektronischen Vorrichtungen kürzlich gestiegen ist, besteht ein erhöhter Bedarf nach kleineren und kreativeren Packtechniken von Halbleiterchips.
- Dementsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren für das Herstellen einer solchen Vorrichtung anzugeben, die die Packtechniken von Halbleiterchips verbessern.
- Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den unabhängigen Ansprüchen angegeben.
- Mit der Entwicklung der Halbleitertechnologie sind Halbleitervorrichtungen basierend auf Multichip-Baugruppen auf Waferebene als eine effektive Alternative aufgekommen, um die physikalischen Abmessungen eines Halbleiterchips weiter zu reduzieren. Bei einer auf Baugruppen auf Waferebene basierenden Halbleitervorrichtung werden aktive Schaltkreise wie Logik, Speicher, Prozessorschaltungen und ähnliches auf verschiedenen Wafern hergestellt, und jeder Waferchip ist unter Verwendung von Aufnahme- und Platzierungstechniken („pick-and-place techniques”) auf einen anderen Waferchip gestapelt. Durch das Verwenden von Multichip-Halbleitervorrichtungen kann eine viel höhere Dichte erreicht werden. Des Weiteren können Multichip-Halbleitervorrichtungen kleinere Formfaktoren, Kosteneffizienz, erhöhte Leistung und geringeren Energieverbrauch erreichen.
- Eine Multichip-Halbleitervorrichtung kann eine obere Aktivschaltkreisschicht, eine untere Aktivschaltkreisschicht und mehrere Zwischenschichten umfassen. Bei einer Multichip-Halbleitervorrichtung können zwei Chips durch mehrere Mikrohöcker aneinander gebondet sein, und sie können über mehrere Siliziumdurchkontaktierungen elektrisch miteinander verbunden sein. Die Mikrohöcker und die Siliziumdurchkontaktierungen stellen eine elektrische Verbindung entlang der vertikalen Achse der Multichip-Halbleitervorrichtung bereit. Im Ergebnis sind die Signalpfade zwischen zwei Halbleiterchips kürzer als bei herkömmlichen Multichip-Vorrichtungen, bei denen verschiedene Chips unter Verwendung von Verbindungstechnologien aneinander gebondet sind, wie bei auf Drahtbonden basierenden Chipstapelbaugruppen. Eine Multichip-Halbleitervorrichtung kann verschiedene Halbleiterchips umfassen, die gestapelt sind. Die mehreren Halbleiterchips werden gepackt, bevor der Wafer geschnitten wird. Die Baugruppentechnologie auf Waferebene hat einige Vorteile. Ein Vorteil des Packens von mehreren Halbleiterchips auf Waferebene ist, dass die Multichip-Baugruppentechniken auf Waferebene die Herstellungskosten reduzieren können. Ein anderer Vorteil der auf Baugruppen auf Waferebene basierenden Multichip-Halbleitervorrichtungen ist, dass parasitäre Verluste reduziert werden, indem Mikrohöcker und Siliziumdurchkontaktierungen (Vias) verwendet werden.
- KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
- Für ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Ausführungsformen wird nun auf die vorliegende Beschreibung in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen Bezug genommen, in denen:
-
1 eine Schnittansicht einer Multichip-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigt; -
2 eine Schnittansicht einer Multichip-Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt; -
3 bis14 Schnittansichten von Zwischenstufen bei der Herstellung einer Multichip-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform zeigen; -
15 eine andere Multichip-Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt; und -
16 eine Schnittansicht einer anderen Multichip-Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform zeigt. - Entsprechende Bezugszeichen und Symbole in den verschiedenen Figuren beziehen sich im Allgemeinen auf entsprechende Elemente, wenn es nicht anderweitig angezeigt ist. Die Figuren sind so gezeichnet, um die relevanten Aspekte der verschiedenen Ausführungsformen klar darzustellen, und sie sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu gezeichnet.
- DETAILLIERTE BESCHREIBUNG ILLUSTRATIVER AUSFÜHRUNGSFORMEN
- Die Herstellung und die Verwendung der gegenwärtigen Ausführungsformen werden untenstehend im Detail diskutiert. Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung viele anwendbare erfinderische Konzepte bietet, die in zahlreichen spezifischen Zusammenhängen verwendet werden können. Die diskutierten spezifischen Ausführungsformen sind lediglich illustrativ für besondere Formen, um die Erfindung herzustellen und zu verwenden, und sie grenzen den Schutzumfang der Erfindung nicht ein.
- Bezug nehmend auf
1 ist eine Schnittansicht einer Multichip-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Die Multichip-Halbleitervorrichtung100 umfasst einen ersten Halbleiterchip CHIP 1, einen zweiten Halbleiterchip CHIP 2 und einen dritten Halbleiterchip CHIP 3. Wie in1 gezeigt ist, sind der ersten Halbleiterchip CHIP 1, der zweiten Halbleiterchip CHIP 2 und der dritte Halbleiterchip CHIP 3 gestapelt, so dass sie die Multichip-Halbleitervorrichtung100 bilden. Insbesondere sind der ersten Halbleiterchip CHIP 1 und der zweite Halbleiterchip CHIP 2 unter Verwendung von mehreren Metallhöckern122 gestapelt. Der dritte Halbleiterchip CHIP 3 ist Rückseite an Rückseite unter Verwendung einer Epoxidschicht124 am zweiten Halbleiterchip CHIP 2 angebracht. - Die Multichip-Halbleitervorrichtung
100 umfasst weiter mehrere Lötkugeln110 als Eingangs-/Ausgangs(I/O)-Flächen, die unter Verwendung von mehreren Unterhöcker-Metallisierungsstrukturen112 auf der Oberseite der Multichip-Halbleitervorrichtung100 befestigt sind. Um einen grundlegenden Einblick in die erfinderischen Aspekte von verschiedenen Ausführungsformen zu geben sind der ersten Halbleiterchip CHIP 1, der zweiten Halbleiterchip CHIP 2 und der dritte Haibleiterchip CHIP 3 ohne Details gezeichnet. Es sollte jedoch angemerkt werden, dass der ersten Halbleiterchip CHIP 1, der zweite Halbleiterchip CHIP 2 und der dritte Halbleiterchip CHIP 3 Grundhalbleiterschichten umfassen können, wie aktive Schaltkreisschichten, Substratschichten, dielektrische Zwischenschichten („inter-layer dielectric (ILD) layers”) und dielektrische Metallzwischenschichten („inter-metal dielectric (IMD) layers”) (nicht gezeigt). - Gemäß einer Ausführungsform kann der ersten Halbleiterchip CHIP 1 mehrere logische Schaltkreise umfassen, wie eine CPU („central processing unit, CPU”), GPU („graphics processing unit, GPU”) und ähnliches. Der zweiten Halbleiterchip CHIP 2 und der dritte Halbleiterchip CHIP 3 können mehrere Speicherschaltkreise umfassen, wie einen SRAM („static random access memory”), einen DRAM („dynamic random access memory”) und ähnliche. Es sollte angemerkt werden, dass der erste Halbleiterchip CHIP 1, der zweite Halbleiterchip CHIP 2 und der dritte Halbleiterchip CHIP 3 verschiedene Ausführungen aufweisen können, die ebenfalls im Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung liegen.
- Die Multichip-Halbleitervorrichtung
100 kann zwei photosensitive Materialschichten106 und108 umfassen. Die zweite photosensitive Materialschicht106 ist auf der ersten photosensitiven Materialschicht108 ausgebildet. Wie in1 gezeigt ist, ist der erste Halbleiterchip CHIP 1 in der ersten photosensitiven Materialschicht108 eingebettet. Mehrere Durchkontaktierungen (TAVs)104 sind durch die erste photosensitive Materialschicht108 ausgebildet. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl1 mehrere TAVs104 zeigt, die in der ersten photosensitiven Materialschicht108 ausgebildet sind, in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung keine TAVs104 in der ersten photosensitiven Materialschicht108 vorhanden sein können. TAVs104 können optional sein, da es nicht notwendig ist, die aktiven Schaltkreise des ersten Halbleiterchips CHIP 1 mit den Eingangs-/Ausgangsflächen der Multichip-Vorrichtung100 durch die TAVs104 in der ersten photosensitiven Materialschicht108 zu verbinden. - Die zweite photosensitive Materialschicht
106 kann den zweiten Halbleiterchip CHIP 2, den dritten Halbleiterchip CHIP 3, mehrere TAVs102 und mehrere TAVs116 einschließen. Es sollte angemerkt werden, dass, wie in1 gezeigt ist, sowohl die TAVs102 als auch die TAVs116 in der zweiten photosensitiven Materialschicht106 ausgebildet sind. Die TAVs116 sind jedoch zwischen dem dritten Halbleiterchip CHIP 3 und der Seite der Multichip-Halbleitervorrichtung100 mit den Lötkugeln ausgebildet. Im Gegensatz dazu sind die TAVs102 durch die zweite photosensitive Materialschicht106 ausgebildet und sie sind weiter mit einer ersten Umverteilungsschicht126 verbunden, die auf einer Oberseite der ersten photosensitiven Materialschicht108 ausgebildet ist. Die Prozesse zum Ausbilden der photosensitiven Materialschichten106 und108 und von entsprechenden TAVs in jeder Schicht werden unter Bezugnahme auf die3 bis14 im Detail beschrieben. - Die Aktivschaltkreisschicht (nicht gezeigt) des ersten Halbleiterchips CHIP 1 ist über die mehreren Metallhöcker
122 mit der Aktivschaltkreisschicht (nicht gezeigt) des zweiten Halbleiterchips CHIP 2 verbunden. Des Weiteren können die erste Umverteilungsschicht126 und die TAVs104 und TAVs102 verschiedene Verbindungspfade bilden, so dass die aktiven Schaltkreise sowohl des ersten Halbleiterchips CHIP 1 als auch des zweiten Halbleiterchips CHIP 2 mit den Lötkugeln110 verbunden werden können. Ähnlich können die zweite Umverteilungsschicht114 und die TAVs116 verschiedene Verbindungspfade bilden, so dass der aktive Schaltkreis (nicht gezeigt) des dritten Halbleiterchips CHIP 3 mit den Lötkugeln110 verbunden werden kann. - Die Multichip-Halbleitervorrichtung
100 kann eine Basisebene120 umfassen, die auf der Rückseite des ersten Halbleiterchips CHIP 1 ausgebildet ist. Die Basisebene120 kann aus einem leitenden Material ausgebildet sein, wie aus Kupfer, Silber, Gold, Wolfram, Aluminium, Kombinationen davon oder ähnlichem. Alternativ kann die Basisebene120 aus einer breiten Vielzahl von Materialien ausgebildet sein, umfassend Glas, Silizium, Keramiken, Polymere und ähnliches. Gemäß einer Ausführungsform kann die Basisebene120 mit einem Kleber, wie mit thermischen Schnittstellenmaterialien, umfassend Epoxid und ähnliches, an die Rückseite des Halbleiterchips CHIP 1 geklebt sein. - Wie in
1 gezeigt ist, ist die Basisebene120 unmittelbar benachbart zum ersten Halbleiterchips CHIP 1 ausgebildet. Dementsprechend kann die Basisebene120 helfen, vom ersten Halbleiterchips CHIP 1 erzeugte Wärme abzuführen. Im Ergebnis kann die Basisebene120 helfen die Kontakttemperatur des ersten Halbleiterchips CHIP 1 zu reduzieren. Im Vergleich zu einem Halbleiterchip, der keine Basisebene aufweist, zieht der erste Halbleiterchips CHIP 1 einen Nutzen aus der Wärmeableitung der Basisebene120 , so dass die Zuverlässigkeit und die Leistung des ersten Halbleiterchips CHIP 1 verbessert werden können. Gemäß einer Ausführungsform ist die Dicke der Basisebene120 in einem Bereich von 5 μm bis 50 μm. Es sollte angemerkt werden, dass der Bereich der Dicke der Basisebene rein für Demonstrationszwecke ausgewählt ist, und dass er nicht beabsichtigt ist, um die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung auf irgendeine bestimmte Dicke zu begrenzen. Der Fachmann erkennt viele Variationen, Alternativen und Modifikationen. -
2 zeigt eine Schnittansicht einer Multichip-Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform. Wie in2 gezeigt ist, ist die Struktur der Multichip-Halbleitervorrichtung200 ähnlich zu der der in1 gezeigten Multichip-Halbleitervorrichtung100 , mit Ausnahme davon, dass die erste photosensitive Materialschicht108 durch eine Kapselungsmaterialschicht109 ersetzt sein kann. Wie bekannt ist, kann die Kapselungsmaterialschicht eine Formmasse umfassen, wie epoxidbasiertes Harz und ähnliches. Die Formmasse, die in der Multichip-Halbleitervorrichtung200 ausgebildet ist, kann helfen, um den ersten Halbleiterchip CHIP 1 vor Hitze, Erschütterung, Feuchtigkeit und Korrosion zu schützen. Das Ausbilden der Kapselungsmaterialschicht ist hinreichend bekannt und wird deshalb hier nicht im Detail diskutiert. -
3 bis14 sind Schnittansichten von Zwischenstufen bei der Herstellung einer Multichip-Halbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform.3 zeigt eine Schnittansicht, bei der ein erster Halbleiterchip CHIP 1 auf der Basisebene120 angeordnet ist. Wie in3 gezeigt ist, ist die Rückseite des ersten Halbleiterchips CHIP 1 auf der Basisebene120 befestigt. Der erste Halbleiterchip CHIP 1 kann Aktivschaltkreisschichten, Substratschichten, ILD-Schichten und IMD-Schichten (nicht gezeigt) umfassen. Der erste Halbleiterchip CHIP 1 kann weiter mehrere Metallkontaktflächen umfassen, deren Verbindungen über eine Umverteilungsschicht umverteilt sind. Im Zuge der Beschreibung wird die Seite des Halbleiterchips mit den Metallkontaktflächen alternativ als die Vorderseite des Halbleiterchips bezeichnet. Andererseits wird die Seite des Halbleiterchips ohne Metallkontaktflächen als die Rückseite des Halbleiterchips bezeichnet. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl2 zwei auf der Basisebene120 befestigte Chips zeigt, die Basisebene120 eine beliebige Anzahl von Halbleiterchips beherbergen kann. -
4 zeigt eine Schnittansicht einer ersten photosensitiven Materialschicht108 . Die erste photosensitive Materialschicht108 ist auf dem ersten Halbleiterchip CHIP 1 ausgebildet. Wie in4 gezeigt ist, ist der erste Halbleiterchip CHIP 1 in die erste photosensitive Materialschicht108 eingebettet. Die photosensitive Materialschicht kann Polybenzoxazole (PBO), SU-8 photosensitives Epoxid, Polymermaterialien des Filmtyps und/oder ähnliches umfassen. Es sollte angemerkt werden, dass, obwohl4 eine photosensitive Materialschicht zeigt, die erste photosensitive Materialschicht108 aus Polymermaterialien ausgebildet sein kann, die nicht-photosensitive Materialien wie Formmasse, Gummi und/oder ähnliches umfassen. Gemäß einer Ausführungsform ist das photosensitive Material auf mehrere der ersten Halbleiterchips CHIP 1 entweder laminiert oder beschichtet, um einen rekonfigurierten Wafer auszubilden, der mehrere Halbleiterchips CHIP 1 umfasst. Ein Vorteil davon, dass eine photosensitive Materialschicht auf den ersten Halbleiterchip CHIP 1 laminiert oder beschichtet ist, ist, dass die effektive Chipfläche von CHIP vergrößert ist, so dass ein zweiten Halbleiterchip CHIP 2 (nicht gezeigt, aber in8 gezeigt) entweder größer oder kleiner als der erste Halbleiterchip CHIP 1 sein kann. Anders gesagt, ist die Größe des ersten Halbleiterchips CHIP 1 nicht durch die Größe des Chips begrenzt, der nachfolgend auf den ersten Halbleiterchip CHIP 1 gestapelt wird. -
5 zeigt eine Schnittansicht des Ausbildens von mehreren Öffnungen in der ersten photosensitiven Materialschicht108 . Unter Berücksichtigung von elektrischen und thermischen Anforderungen werden ausgewählte Bereiche der ersten photosensitiven Materialschicht108 Licht ausgesetzt. Im Ergebnis ändern sich die physikalischen Eigenschaften der dem Licht ausgesetzten photosensitiven Bereiche. Gemäß einer Ausführungsform verursacht die Änderung der physikalischen Eigenschaften der ausgesetzten Bereiche, dass die ausgesetzten Bereiche weggeätzt werden, wenn eine Entwicklungslösung an der ersten photosensitiven Materialschicht108 angewendet wird. Im Ergebnis wird eine Vielzahl an Öffnungen502 ausgebildet. Das Ausbilden der Öffnungen502 in der ersten photosensitiven Materialschicht108 umfasst Lithografieprozesse, die wohlbekannt sind und die deshalb hier nicht in weiterem Detail diskutiert werden. -
6 zeigt das Ausbilden mehrerer TAVs und einer Umverteilungsschicht. Wie in6 gezeigt ist, füllt ein leitendes Material die Öffnungen502 (hier nicht gezeigt, aber in5 gezeigt) durch Verwendung eines Galvanisierungsprozesses. Im Ergebnis werden mehrere TAVs602 in der ersten photosensitiven Materialschicht108 ausgebildet. Das leitende Material kann Kupfer sein, es kann aber jedes geeignete leitende Material sein, wie Kupferverbindungen, Aluminium, Wolfram, Silber und Kombinationen davon. Um die elektrischen Verbindungen der TAVs602 umzuverteilen, kann eine Umverteilungsschicht604 auf der ersten photosensitiven Materialschicht108 ausgebildet sein. Die Umverteilungsschicht604 kann durch einen Galvanisierungsmechanismus ausgebildet werden. -
7 zeigt das Ausbilden von mehreren UBM-Strukturen und Metallhöcker. Die mehreren UBM-Strukturen702 werden auf der Umverteilungsschicht604 ausgebildet. Die UBM-Strukturen702 können helfen, um eine Diffusion zwischen den Lötkugeln und den integrierten Schaltkreisen der Multichip-Halbleitervorrichtung zu verhindern, wobei gleichzeitig eine elektrische Verbindung mit geringem Widerstand bereitgestellt wird. Die Metallhöcker sind ein effektiver Weg, um aktive Schaltkreise zweier Halbleiterchips in einer Multichip-Halbleitervorrichtung zu verbinden. -
8 zeigt das Stapeln des zweiten Halbleiterchips CHIP 2 und des dritten Halbleiterchips CHIP 3 auf den ersten Halbleiterchip CHIP 1. Die Rückseite des dritten Halbleiterchips CHIP 3 wird auf die Rückseite des zweiten Halbleiterchips CHIP 2 geklebt, in dem ein Kleber804 verwendet wird, wie Epoxid, thermische Schnittstellenmaterialien und/oder ähnliches. Der zweite Halbleiterchip CHIP 2 ist Seite an Seite mit dem ersten Halbleiterchip CHIP 1 durch einen Verbindungspfad verbunden, der durch die Metallhöcker, die UBM-Strukturen, die Umverteilungsschicht und die Metallkontaktflächen gebildet wird. - Ein Unterfüllmaterial
802 kann in der Lücke zwischen der Umverteilungsschicht und dem zweiten Halbleiterchip CHIP 2 ausgebildet sein. Gemäß einer Ausführungsform kann die Unterfüllschicht802 Epoxid sein, welches in die Lücke zwischen der Umverteilungsschicht und dem zweiten Halbleiterchip CHIP 2 gefüllt wird. Das Epoxid kann in einer flüssigen Form verwendet werden, und es kann nach einem Aushärtprozess gehärtet sein. Der Fachmann wird erkennen, dass das Einbringen des Unterfüllmaterials802 nach dem Anbringen des zweiten Halbleiterchips CHIP 2 an den rekonfigurierten Wafer lediglich eine Weise für das Ausbilden der Unterfüllmaterialschicht ist. Der Fachmann wird verstehen, dass es viele Variationen der Ausführungsformen dieser Offenbarung gibt. Beispielsweise kann zunächst ein Epoxid in flüssiger oder halbflüssiger Form auf der Oberseite des ersten Halbleiterchips CHIP 1 verwendet werden. Anschließend wird der zweiten Halbleiterchip CHIP 2 durch die Überzugsschicht, die durch das Epoxid gebildet wird, gedrückt, bis der zweite Halbleiterchip CHIP 2 Kontakt mit den entsprechenden Höckern704 auf dem ersten Halbleiterchip CHIP 1 herstellt. Alternativ kann ein Unterfüllmaterial auf der Oberseite des ersten Halbleiterchips CHIP 1 angewendet werden, um eine Eisschicht auszubilden. Durch einen thermischen Aushärtungsprozess stellt der zweite Halbleiterchip CHIP 2 einen Kontakt mit den entsprechenden Höckern704 auf dem ersten Halbleiterchip CHIP 1 her. Ein Vorteil davon, dass das Unterfüllmaterial802 vorhanden ist, ist, dass das Unterfüllmaterial helfen kann, um den mechanischen und thermischen Stress während des Herstellungsprozesses einer Multichip-Halbleitervorrichtung zu reduzieren. -
9 zeigt eine Schnittansicht einer zweiten photosensitiven Materialschicht106 . Die zweite photosensitive Materialschicht106 ist auf der ersten photosensitiven Materialschicht108 ausgebildet. Wie in9 gezeigt ist, sind der zweite Halbleiterchip CHIP 2 und der dritte Halbleiterchip CHIP 3 in der zweiten photosensitiven Materialschicht106 eingebettet. Der Prozess für das Ausbilden einer photosensitiven Materialschicht ist oben in Bezug auf5 beschrieben und wird hier nicht im Detail diskutiert, um eine Wiederholung zu vermeiden. -
10 zeigt eine Schnittansicht des Ausbildens von mehreren Öffnungen in der zweiten photosensitiven Materialschicht106 . Unter Berücksichtigung von elektrischen und thermischen Anforderungen werden ausgewählte Bereiche der zweiten photosensitiven Materialschicht106 Licht ausgesetzt. Im Ergebnis werden eine Vielzahl von Öffnungen mit unterschiedlichen Tiefen ausgebildet. Insbesondere werden eine Anzahl von langen Öffnungen102 durch die zweite photosensitive Materialschicht106 ausgebildet, und eine Anzahl an kurzen Öffnungen116 werden zwischen der Oberseite der zweiten photosensitiven Materialschicht106 und einer Vorderseite des dritten Halbleiterchips CHIP 3 ausgebildet. -
11 zeigt das Ausbilden von mehreren TAVs in der zweiten photosensitiven Materialschicht106 und einer Umverteilungsschicht auf der Oberseite der zweiten photosensitiven Materialschicht106 . Wie in11 gezeigt ist, füllt ein leitendes Material die Öffnungen102 und116 aus. Das leitende Material kann Kupfer sein, es kann aber jedes beliebige geeignete leitende Material sein, wie Kupferverbindungen, Aluminium, Wolfram, Silber und Kombinationen davon. Um die elektrischen Verbindungen der TAVs102 und116 umzuverteilen, kann eine Umverteilungsschicht114 auf der zweiten photosensitiven Materialschicht106 ausgebildet sein. Die Umverteilungsschicht kann durch einen Galvanisierungsmechanismus ausgebildet werden. -
12 zeigt das Ausbilden von mehreren UBM-Strukturen und Verbindungskontaktflächen. Die mehreren UBM-Strukturen sind zwischen der Umverteilungsschicht114 und den Lötkugeln110 ausgebildet. Die UBM-Strukturen helfen, um eine Diffusion zwischen den Lötkugeln und den integrierten Schaltkreisen der Multichip-Halbleitervorrichtung zu verhindern, wobei gleichzeitig eine elektrische Verbindung mit geringem Widerstand bereitgestellt wird. Die Verbindungskontaktflächen sind I/O-Kontaktflächen der Multichip-Halbleitervorrichtung. Gemäß einer Ausführungsform können die Verbindungskontaktflächen mehrere Lötkugeln110 sein. Alternativ können die Verbindungskontaktflächen mehrere LGA-Kontaktflächen („land grid array pads”) sein. -
13 zeigt einen Prozess, bei dem die Basisebene120 von einer Multichip-Halbleitenvorrichtung entfernt wird. Gemäß einer Ausführungsform ist die Basisebene120 eine optionale Komponente der Multichip-Halbleitervorrichtung. Die Basisebene120 kann von der Multichip-Halbleitervorrichtung abgenommen werden. Zahlreiche Abnehmprozesse können verwendet werden, um die Multichip-Halbleitervorrichtung von der Basisebene zu trennen. Die verschiedenen Abnehmprozesse können eine chemische Lösung umfassen, eine UV-Bestrahlung und ähnliches.14 zeigt einen Prozess zum Trennen des rekonfigurierten Wafers in einzelne Chipbaugruppen1402 und1404 unter Verwendung eines Schneideprozesses. Der Schneideprozess ist wohl bekannt und wird deswegen hier nicht im Detail diskutiert. -
15 zeigt eine andere Multichip-Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform. Wie in15 gezeigt ist, ist die Struktur der Multichip-Halbleitervorrichtung1500 ähnlich zu derjenigen der Multichip-Halbleitervorrichtung100 , die in1 gezeigt ist, mit Ausnahme davon, dass es eine zusätzliche Schicht1504 gibt, die dieselbe Struktur wie die zweite Schicht1502 aufweist. Die Halbleiterchips in der dritten Schicht1504 und die Halbleiterchips in der zweiten Schicht1502 sind durch mehrere Mikrohöcker, die zwischen der zweiten Schicht1502 und der dritten Schicht1504 platziert sind, elektrisch verbunden. -
16 zeigt eine Schnittansicht einer anderen Multichip-Halbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform. Wie in16 gezeigt ist, ist die Struktur der Multichip-Halbleitervorrichtung1600 ähnlich zu der der Multichip-Halbleitervorrichtung100 , die in1 gezeigt ist, mit Ausnahme davon, dass mehrere Lötkugeln1602 vorhanden sind, die auf der Rückseite der ersten photosensitiven Materialschicht108 ausgebildet sind. Das Ausbilden der Lötkugeln auf einer photosensitiven Materialschicht wurde oben in Bezug auf12 beschrieben und wird hier nicht nochmals diskutiert, um eine Wiederholung zu vermeiden. Ein Vorteil davon, dass eine zweite Gruppe von Lötkugeln1602 auf der Rückseite der ersten photosensitiven Materialschicht108 vorhanden ist, ist, dass mehrere Multichip-Halbleitervorrichtung1600 aufeinander gestapelt und elektrisch durch die Lötkugeln1602 miteinander verbunden werden können. - Obwohl Ausführungsformen und ihre Vorteile im Detail beschrieben wurden, ist zu verstehen, dass verschiedene Änderungen, Ersetzungen und Alternierungen hier durchgeführt werden können, ohne vom Geist und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, wie er durch die angehängten Ansprüche definiert ist.
- Des Weiteren ist nicht beabsichtigt, dass der Schutzumfang der vorliegenden Anmeldungen auf die besonderen Ausführungsformen des Prozesses, der Bearbeitung, der Herstellung, der Zusammenstellung der Gegenstände, der Mittel, der Verfahren und Schritte, die in der Beschreibung beschrieben sind, begrenzt ist. Der Fachmann wird aus der Offenbarung der vorliegenden Erfindung, der Prozesse, der Bearbeitung, Herstellung, Zusammenstellung der Gegenstände, Mittel, Verfahren oder Schritte, die gegenwärtig existieren oder später entwickelt werden und die im Wesentlichen dieselben Funktionen ausführen oder im Wesentlichen dieselben Ergebnisse erreichen wie die hier beschriebenen entsprechenden Ausführungsformen, verstehen, dass diese gemäß der Erfindung verwendet werden können. Dementsprechend ist es beabsichtigt, dass die angehängten Ansprüche solche Prozesse, Bearbeitungen, Herstellung, Zusammenstellung der Gegenstände, Mittel, Verfahren oder Schritte in ihren Schutzumfang einschließen.
- Es folgt eine Liste von Ausführungsformen.
- Eine Vorrichtung umfasst:
einen ersten Halbleiterchip, der in einer ersten photosensitiven Materialschicht eingebettet ist;
einen zweiten Halbleiterchip, der auf den ersten Halbleiterchip gestapelt ist, wobei der zweite Halbleiterchip Seite an Seite mit dem ersten Halbleiterchip verbunden ist;
eine zweite photosensitive Materialschicht, die auf der ersten photosensitiven Materialschicht ausgebildet ist, wobei der zweite Halbleiterchip in der zweiten photosensitiven Materialschicht eingebettet ist; und
mehrere Durchkontaktierungen, die in der ersten photosensitiven Materialschicht und der zweiten photosensitiven Materialschicht ausgebildet sind. - Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise weiter einen dritten Halbleiterchip, der auf dem zweiten Halbleiterchip angeordnet ist, wobei eine Rückseite des dritten Halbleiterchips durch eine erste Klebematerialschicht an die Rückseite des zweiten Halbleiterchips angehaftet ist, wobei der dritte Halbleiterchip in die zweite photosensitive Materialschicht eingebettet ist.
- Die mehreren Durchkontaktierungen umfassen vorzugsweise eine erste Gruppe von Durchkontaktierungen, die zwischen einer Vorderseite des dritten Halbleiterchips und einer Oberseite der zweiten photosensitiven Materialschicht ausgebildet sind; eine zweite Gruppe von Durchkontaktierungen, die zwischen einer Vorderseite des ersten Halbleiterchips und einer Oberseite der ersten photosensitiven Materialschicht ausgebildet sind; und eine dritte Gruppe von Durchkontaktierungen, die durch die zweite photosensitive Materialschicht ausgebildet sind.
- Die Vorrichtung umfasst vorzugsweise weiter eine Basisebene, die an einer Rückseite des ersten Halbleiterchips durch eine zweite Klebematerialschicht angehaftet ist; mehrere Metallhöcker, die zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip ausgebildet sind; eine erste Umverteilungsschicht, die auf der ersten photosensitiven Materialschicht ausgebildet ist; eine zweite Umverteilungsschicht, die auf der zweiten photosensitiven Materialschicht ausgebildet ist; eine Unterfüllmaterialschicht, die zwischen dem zweiten Halbleiterchip und der ersten Umverteilungsschicht ausgebildet ist; und mehrere Lötkugeln, die auf der zweiten Umverteilungsschicht ausgebildet sind.
- Vorzugsweise sind die erste Umverteilungsschicht und die mehreren Metallhöcker so ausgelegt, dass eine Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im ersten Halbleiterchip mit einer Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im zweiten Halbleiterchip durch Verbindungspfade verbunden ist, die durch die erste Umverteilungsschicht und die mehreren Metallhöcker gebildet werden.
- Vorzugsweise sind die erste Umverteilungsschicht, die mehreren Metallhöcker, die mehreren Durchkontaktierungen und die zweite Umverteilungsschicht so ausgelegt, dass eine Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im ersten Halbleiterchip und eine Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im zweiten Halbleiterchip mit den mehreren Lötkugeln durch Verbindungspfade verbunden sind, die durch die erste Umverteilungsschicht, die mehreren Metallhöcker, die mehreren Durchkontaktierungen und die zweite Umverteilungsschicht gebildet werden.
- Vorzugsweise sind die mehreren Durchkontaktierungen und die zweite Umverteilungsschicht so ausgelegt, dass eine Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im dritten Halbleiterchip mit den mehreren Lötkugeln durch Verbindungspfade verbunden ist, die durch die mehreren Durchkontaktierungen und die zweite Umverteilungsschicht gebildet werden.
- Vorzugsweise ist eine horizontale Länge des ersten Halbleiterchips kleiner als eine horizontale Länge des zweiten Halbleiterchips.
- Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Vorrichtung:
eine erste Halbleiterschicht, umfassend:
einen ersten Halbleiterchip, der in einer ersten photosensitiven Materialschicht eingebettet ist; und
mehrere Durchkontaktierungen, die in der ersten photosensitiven Materialschicht ausgebildet sind;
eine zweite Halbleiterschicht, umfassend:
einen zweiten Halbleiterchip und einen dritten Halbleiterchip, die durch eine Klebematerialschicht Rückseite an Rückseite aufeinander gestapelt sind;
eine zweite photosensitive Materialschicht, wobei der zweite Halbleiterchip und der dritte Halbleiterchip in der zweiten photosensitiven Materialschicht eingebettet sind;
mehrere Durchkontaktierungen, die auf dem dritten Halbleiterchip ausgebildet sind;
eine dritte Halbleiterschicht, die eine identische Struktur wie die zweite Halbleiterschicht aufweist;
eine erste Gruppe von Metallhöckern, die zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht ausgebildet sind; und
eine zweite Gruppe von Metallhöckern, die zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Halbleiterschicht ausgebildet sind. - Die Vorrichtung kann weiter eine erste Gruppe von Lötkugeln umfassen, die auf der dritten Halbleiterschicht ausgebildet sind, wobei die erste Gruppe von Lötkugeln als Eingangs/Ausgangs-Kontaktflächen der Vorrichtung verwendet wird.
- Vorzugsweise sind die erste Gruppe von Metallhöckern und mehrere Durchkontaktierungen, die in der ersten Halbleiterschicht, der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Halbleiterschicht ausgebildet sind, so ausgelegt, dass eine Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im ersten Halbleiterchip mit der ersten Gruppe von Lötkugeln durch Verbindungspfade verbunden ist, die durch die erste Gruppe von Metallhöckern und die mehreren Durchkontaktierungen gebildet werden.
- Vorzugsweise umfasst die Vorrichtung weiter eine zweite Gruppe von Lötkugeln, die auf einer Rückseite der ersten Halbleiterschicht ausgebildet sind, wobei die zweite Gruppe von Lötkugeln als Eingangs-/Ausgangs-Kontaktflächen der Vorrichtung verwendet wird.
- Vorzugsweise sind die erste Gruppe von Metallhöckern und mehrere Durchkontaktierungen, die in der ersten Halbleiterschicht ausgebildet sind, so ausgelegt, dass eine Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im ersten Halbleiterchip mit der zweiten Gruppe von Lötkugeln durch Verbindungspfade verbunden ist, die durch die erste Gruppe von Metallhöckern und die mehreren Durchkontaktierungen gebildet werden.
- Es sollte angemerkt werden, dass Aspekte oder ausgewählte Elemente der zweiten Ausführungsform bei der ersten Ausführungsform verwendet oder angewendet werden können, und anders herum.
- Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren, umfassend:
Ausbilden eines rekonfigurierten Wafers durch das Einbetten eines ersten Halbleiterchips in eine erste photosensitive Materialschicht;
Ausbilden einer ersten Gruppe von Durchkontaktierungen in der ersten photosensitiven Materialschicht;
Verbinden eines zweiten Halbleiterchips mit dem ersten Halbleiterchip durch mehrere Metallhöcker;
Anbringen eines dritten Halbleiterchips Rückseite an Rückseite an den zweiten Halbleiterchip unter Verwendung einer ersten Klebeschicht;
Ausbilden einer zweiten photosensitiven Materialschicht, die den zweiten Halbleiterchip und den dritten Halbleiterchip enthält; und
Ausbilden einer zweiten Gruppe von Durchkontaktierungen in der zweiten photosensitiven Materialschicht. - Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiter das Anbringen des ersten Halbleiterchips auf einer Basisebene unter Verwendung einer Klebeschicht und das Abnehmen der Basisebene vom ersten Halbleiterchip.
- Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiter: Ausbilden von mehreren Metallhöckern zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip; Ausbilden einer ersten Umverteilungsschicht auf der ersten photosensitiven Materialschicht; Ausbilden einer zweiten Umverteilungsschicht auf der zweiten photosensitiven Materialschicht; Ausbilden einer Unterfüllmaterialschicht zwischen dem zweiten Halbleiterchip und der ersten Umverteilungsschicht; und Ausbilden von mehreren Lötkugeln auf der zweiten Umverteilungsschicht.
- Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiter das Ausbilden einer zweiten Gruppe von Lötkugeln auf einer Rückseite der ersten photosensitiven Materialschicht.
- Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiter: Ausbilden einer ersten Gruppe von Öffnungen zwischen einer Vorderseite des dritten Halbleiterchips und einer Vorderseite der zweiten photosensitiven Materialschicht; Ausbilden einer zweiten Gruppe von Öffnungen zwischen einer Vorderseite des ersten Halbleiterchips und einer Vorderseite der ersten photosensitiven Materialschicht; und Ausbilden einer dritten Gruppe von Öffnungen durch die zweite photosensitive Materialschicht.
- Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiter: Galvanisieren leitender Materialien in die erste Gruppe von Öffnungen; Galvanisieren leitender Materialien in die zweite Gruppe von Öffnungen; und Galvanisieren leitender Materialien in die dritte Gruppe von Öffnungen.
- Vorzugsweise umfasst das Verfahren weiter das Sägen des rekonfigurierten Wafers in mehrere Baugruppen, wobei jede Baugruppe mehrere Halbleiterchips umfasst.
Claims (10)
- Vorrichtung, umfassend: einen ersten Halbleiterchip, der in einer ersten photosensitiven Materialschicht eingebettet ist; einen zweiten Halbleiterchip, der auf den ersten Halbleiterchip gestapelt ist, wobei der zweite Halbleiterchip Seite an Seite mit dem ersten Halbleiterchip verbunden ist; eine zweite photosensitive Materialschicht, die auf der ersten photosensitiven Materialschicht ausgebildet ist, wobei der zweite Halbleiterchip in der zweiten photosensitiven Materialschicht eingebettet ist; und mehrere Durchkontaktierungen, die in der ersten photosensitiven Materialschicht und der zweiten photosensitiven Materialschicht ausgebildet sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 1, weiter umfassend: einen dritten Halbleiterchip, der auf dem zweiten Halbleiterchip angeordnet ist, wobei eine Rückseite des dritten Halbleiterchips durch eine erste Klebematerialschicht an die Rückseite des zweiten Halbleiterchips angehaftet ist, wobei der dritte Halbleiterchip in die zweite photosensitive Materialschicht eingebettet ist.
- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mehreren Durchkontaktierungen umfassen: eine erste Gruppe von Durchkontaktierungen, die zwischen einer Vorderseite des dritten Halbleiterchips und einer Oberseite der zweiten photosensitiven Materialschicht ausgebildet sind; eine zweite Gruppe von Durchkontaktierungen, die zwischen einer Vorderseite des ersten Halbleiterchips und einer Oberseite der ersten photosensitiven Materialschicht ausgebildet sind; und eine dritte Gruppe von Durchkontaktierungen, die durch die zweite photosensitive Materialschicht ausgebildet sind.
- Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, weiter umfassend: eine Basisebene, die an einer Rückseite des ersten Halbleiterchips durch eine zweite Klebematerialschicht angehaftet ist; mehrere Metallhöcker, die zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip ausgebildet sind; eine erste Umverteilungsschicht, die auf der ersten photosensitiven Materialschicht ausgebildet ist; eine zweite Umverteilungsschicht, die auf der zweiten photosensitiven Materialschicht ausgebildet ist; eine Unterfüllmaterialschicht, die zwischen dem zweiten Halbleiterchip und der ersten Umverteilungsschicht ausgebildet ist; und mehrere Lötkugeln, die auf der zweiten Umverteilungsschicht ausgebildet sind.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Umverteilungsschicht und die mehreren Metallhöcker so ausgelegt sind, dass eine Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im ersten Halbleiterchip mit einer Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im zweiten Halbleiterchip durch Verbindungspfade verbunden ist, die durch die erste Umverteilungsschicht und die mehreren Metallhöcker gebildet werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Umverteilungsschicht, die mehreren Metallhöcker, die mehreren Durchkontaktierungen und die zweite Umverteilungsschicht so ausgelegt sind, dass eine Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im ersten Halbleiterchip und eine Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im zweiten Halbleiterchip mit den mehreren Lötkugeln durch Verbindungspfade verbunden ist, die durch die erste Umverteilungsschicht, die mehreren Metallhöcker, die mehreren Durchkontaktierungen und die zweite Umverteilungsschicht gebildet werden.
- Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die mehreren Durchkontaktierungen und die zweite Umverteilungsschicht so ausgelegt sind, dass eine Vielzahl von aktiven Schaltkreisen im dritten Halbleiterchip mit den mehreren Lötkugeln durch Verbindungspfade verbunden ist, die durch die mehreren Durchkontaktierungen und die zweite Umverteilungsschicht gebildet werden.
- Vorrichtung, umfassend: eine erste Halbleiterschicht, umfassend: einen ersten Halbleiterchip, der in einer ersten photosensitiven Materialschicht eingebettet ist; und mehrere Durchkontaktierungen, die in der ersten photosensitiven Materialschicht ausgebildet sind; eine zweite Halbleiterschicht, umfassend: einen zweiten Halbleiterchip und einen dritten Halbleiterchip, die durch eine Klebematerialschicht Rückseite an Rückseite aufeinander gestapelt sind; eine zweite photosensitive Materialschicht, wobei der zweite Halbleiterchip und der dritte Halbleiterchip in der zweiten photosensitiven Materialschicht eingebettet sind; mehrere Durchkontaktierungen, die auf dem dritten Halbleiterchip ausgebildet sind; eine dritte Halbleiterschicht, die eine identische Struktur wie die zweite Halbleiterschicht aufweist; eine erste Gruppe von Metallhöckern, die zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht ausgebildet sind; und eine zweite Gruppe von Metallhöckern, die zwischen der zweiten Halbleiterschicht und der dritten Halbleiterschicht ausgebildet sind.
- Verfahren, umfassend: Ausbilden eines rekonfigurierten Wafers durch das Einbetten eines ersten Halbleiterchips in eine erste photosensitive Materialschicht; Ausbilden einer ersten Gruppe von Durchkontaktierungen in der ersten photosensitiven Materialschicht; Verbinden eines zweiten Halbleiterchips mit dem ersten Halbleiterchip durch mehrere Metallhöcker; Anbringen eines dritten Halbleiterchips Rückseite an Rückseite an den zweiten Halbleiterchip unter Verwendung einer ersten Klebeschicht; Ausbilden einer zweiten photosensitiven Materialschicht, die den zweiten Halbleiterchip und den dritten Halbleiterchip enthält; und Ausbilden einer zweiten Gruppe von Durchkontaktierungen in der zweiten photosensitiven Materialschicht.
- Verfahren nach Anspruch 9, weiter umfassend: Ausbilden von mehreren Metallhöckern zwischen dem ersten Halbleiterchip und dem zweiten Halbleiterchip; Ausbilden einer ersten Umverteilungsschicht auf der ersten photosensitiven Materialschicht; Ausbilden einer zweiten Umverteilungsschicht auf der zweiten photosensitiven Materialschicht; Ausbilden einer Unterfüllmaterialschicht zwischen dem zweiten Halbleiterchip und der ersten Umverteilungsschicht; und Ausbilden von mehreren Lötkugeln auf der zweiten Umverteilungsschicht.
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