專利名稱：帶有焊料擴散保護的半導(dǎo)體芯片器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般性地涉及半導(dǎo)體加工，特別涉及用于半導(dǎo)體芯片封裝的熱界面材料結(jié)構(gòu)及其制造方法。
背景技術(shù)：
很多現(xiàn)有的集成電路作為多個管芯形成在一個共同的晶片上。在管芯上形成電路的基本處理步驟結(jié)束后，單個的管芯(die)被從晶圓分離開來。然后，分離的管芯通常被安裝在諸如電路板之類結(jié)構(gòu)上，或以某種形式的外殼封裝。一個經(jīng)常使用的封裝包括在其上安裝了管芯的基片?；纳媳砻姘姎饣ミB。管芯用多個焊盤制造。一批焊點被提供在管芯的焊盤與基片互連之間以建立歐姆接觸。在管芯安裝到基片上之后，蓋被連接到基片上以覆蓋管芯。諸如微處理器等一些傳統(tǒng)的集 成電路產(chǎn)生數(shù)量可觀的熱量，熱量必須傳遞走以避免器件停機或損壞。蓋既作為防護罩又作為傳熱途徑。為了提供從集成電路到蓋的傳熱途徑，將熱界面材料放置在集成電路的上表面上。在理想的情況下，熱界面材料充分接觸集成電路的上表面和蓋的覆蓋集成電路的下表面的部分。傳統(tǒng)的熱界面材料包括各種類型的焊膏，在某些情況下包括金屬。凝膠型熱界面材料包括與諸如鋁之類的熱傳導(dǎo)粒子一起散置的聚合物基體。最近，設(shè)計師們開始轉(zhuǎn)向作為一種熱界面材料的焊接材料，特別是用于高功率高溫度的芯片。如銦之類的焊料熱界面材料具有對高功率高溫度的管芯起很好作用的良好的熱性能。然而，銦對硅表現(xiàn)出相對較差的附著性。為了方便與銦粘接，可在硅片背面設(shè)置有金屬疊層(metal stack)，金屬疊層包括容易粘接到硅上的層、很容易濕化銦的層以及或許是一個或多個中間屏障層或其它層。在切成管芯前，管芯的整個晶圓可被設(shè)置為具有各自的金屬疊層。為了在傳統(tǒng)焊料熱界面材料和半導(dǎo)體芯片和支撐它的蓋之間建立良好的熱接觸，進行回流焊過程以濕化適用面。堆疊的管芯為焊料熱界面材料的集成提出了另外的技術(shù)挑戰(zhàn)。相對于底層的封裝基片，堆疊的管芯設(shè)置是非平面的，但經(jīng)常希望在焊料熱界面材料、每一個芯片和蓋之間為熱接觸。這可將堆疊的管芯的最上面的外側(cè)壁暴露從而使焊料可能擴散進入關(guān)鍵的電路結(jié)構(gòu)。本發(fā)明涉及克服或減少一個或多個上述缺點的影響。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種制造方法，包括提供具有基片和延伸到基片中第一距離的第一有源電路部分的第一半導(dǎo)體芯片。第一半導(dǎo)體芯片中形成屏障，該屏障圍繞第一有源電路部分但與第一有源電路部分橫向分開并且延伸到基片中比第一距離更大的第二距離。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造方法，包括連接具有第一外圍壁的第一半導(dǎo)體芯片和具有第二外圍壁的第二半導(dǎo)體芯片，其中在第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片之間有間隙。形成覆蓋第一半導(dǎo)體芯片的至少第一外圍壁的屏障層。在第一外圍壁的周圍安置焊料型熱界面材料。屏障層抑制焊料型熱界面材料擴散進入第一外圍壁。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種制造方法，包括連接具有第一主邊和第二主邊以及第一外圍壁的第一半導(dǎo)體芯片和具有第一主邊和第二主邊的第二半導(dǎo)體芯片，其中在第一半導(dǎo)體芯片和第二半導(dǎo)體芯片之間有間隙。在第一半導(dǎo)體芯片的第二主邊上安置第一焊料型熱界面材料，在第二半導(dǎo)體芯片的第一主邊上安置第二熱界面材料部分但與第一焊料型熱界面橫向分開以留下空間。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種裝置，該裝置包括具有基片和延伸到基片中第一距離的第一有源電路部分的第一半導(dǎo)體芯片。屏障在第一半導(dǎo)體芯片中，其圍繞第一有源電路部分但與第一有源電路部分橫向分開并且延伸到基片中比第一距離更大的第
二距離。 根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一個裝置，包括具有第一主邊和第二主邊和第一外圍壁的第一半導(dǎo)體芯片。第二半導(dǎo)體芯片包括連接到第一半導(dǎo)體芯片的第一主邊的第一主邊、第二主邊和第二外圍壁，在該第一半導(dǎo)體芯片和該第二半導(dǎo)體芯片之間有間隙。屏障層覆蓋第一半導(dǎo)體芯片的至少第一外圍壁，并且焊料型熱界面材料圍繞第一外圍壁。屏障層抑制焊料型熱界面材料擴散進入第一外圍壁。根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種裝置，該裝置包括具有第一主邊和第二主邊以及第一外圍壁的第一半導(dǎo)體芯片。第二半導(dǎo)體芯片包括連接到第一半導(dǎo)體芯片的第一主邊的第一主邊、第二主邊和第二外圍壁，在該第一半導(dǎo)體芯片和該第二半導(dǎo)體芯片之間有間隙。第一焊料型熱界面材料部分被安置在第一半導(dǎo)體芯片的第二主邊上，并且第二熱界面材料部分被安置在第二半導(dǎo)體芯片的第一主邊上但與第一焊料型熱界面橫向分開以留下空間。


一旦閱讀下面的詳細說明和參照附圖，本發(fā)明的上述及其它優(yōu)勢將變得明顯。在附圖中圖I是包括堆疊的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體芯片器件的一個典范的實施例的剖視圖；圖2是以更大的放大倍數(shù)表示的圖I的一部分；圖3是從圖I中所描述的方向翻轉(zhuǎn)的半導(dǎo)體芯片之一的部分分解圖的視圖；圖4是經(jīng)受典范的屏障溝槽形成的半導(dǎo)體芯片之一的剖視圖；圖5是描繪在溝槽內(nèi)沉積屏障材料的與圖4類似的剖視圖；圖6是描繪典范的屏障材料的平坦化的與圖5類似的剖視圖；圖7是與圖5類似、但描繪屏障溝槽的替換的典范形成的剖視圖；圖8是經(jīng)受典范的籽晶層的形成的、圖I中所繪的其它半導(dǎo)體芯片的剖視圖；圖9是描繪掩膜形成的、與圖8類似的剖視圖；圖10是與圖9類似的、但描繪在半導(dǎo)體芯片上的典范的堤的形成的剖視圖；圖11是堆疊的半導(dǎo)體芯片的剖視圖；圖12是與圖11類似的、描繪在半導(dǎo)體芯片的堆疊上的焊料型熱界面材料的安置的剖視圖；圖13是包括堆疊的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體芯片器件的替換的典范的實施例的剖視圖；圖14是經(jīng)受屏障層的施加的圖13的半導(dǎo)體芯片的剖視圖；圖15是包括堆疊的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體芯片器件的另一個替換的典范的實施例的剖視圖；圖16是在16-16部分取的圖15的剖視圖；圖17是包括堆疊的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體芯片器件的另一個替換的典范的實施例的剖視圖；圖18是在18-18部分取的圖17的剖視圖；圖19是與圖18類似的、但描繪在高分子熱界面材料的施加之前的處理階段的剖視圖。
具體實施例方式本文說明了半導(dǎo)體芯片器件的各個實施例。一個例子包括安裝到電路板上的兩個堆疊的半導(dǎo)體芯片。散熱器或蓋覆蓋著芯片。焊料型熱界面材料提供了在蓋和半導(dǎo)體芯片之間的傳熱途徑。上面的半導(dǎo)體芯片被提供了屏障，該屏障抑制焊料型熱界面材料擴散到敏感的電路結(jié)構(gòu)?，F(xiàn)在將說明更多的細節(jié)。在下面說明的附圖中，在相同的元件出現(xiàn)在一個以上的圖中時，參考數(shù)字一般重復(fù)?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到附圖，特別是在圖1，在其中顯示了包括安裝在電路板25和由散熱器或蓋30圍繞的堆疊的半導(dǎo)體芯片15和20的半導(dǎo)體芯片器件10的典范的實施例的剖視圖。雖然描述了兩個半導(dǎo)體芯片15和20，但應(yīng)理解，此處公開的技術(shù)可被應(yīng)用到更大的數(shù)字，無論是堆疊的或以其它方式布置的半導(dǎo)體芯片。半導(dǎo)體芯片15包括主邊32和33及外圍壁34。半導(dǎo)體芯片20類似地包括主邊35和36及外圍壁37。半導(dǎo)體芯片15和20包括各自的有源電路區(qū)35和40，有源電路區(qū)35和40的厚度分別與芯片15和20的整體的厚度相比是相對較小的。有源電路區(qū)38和40包括為單個芯片15和20和諸如金屬化或其它類型的互連層和層間絕緣層之類多個互連層提供功能的各種邏輯電路和其它類型的電路。半導(dǎo)體芯片15可通過多個導(dǎo)電柱45電連接到半導(dǎo)體芯片。可選地，其它類型的管芯-管芯互連可被使用，諸如焊點、導(dǎo)電柱加焊料(conductive pillar plus solder)或其它類型的互連。為了為半導(dǎo)體芯片15和20提供電源、接地和信號的輸入/輸出，半導(dǎo)體芯片15可被提供在導(dǎo)電墊55處終止的多個穿孔50。半導(dǎo)體芯片15可通過多個焊點60安裝到電路板25，多個焊點通過冶金方式結(jié)合到相應(yīng)的多個導(dǎo)電墊65。底部填充材料層70可介于半導(dǎo)體芯片15和電路板25之間，以減輕CTE差的影響。半導(dǎo)體芯片15和20可以是諸如微處理器、圖形處理器、結(jié)合的微處理器/圖形處理器、專用集成電路、存儲器件或類似物之類的在電子學(xué)中使用的許多不同類型的電路器件中的任何一種，并且可以是單核或多核或甚至堆疊著額外的管芯。半導(dǎo)體芯片15和20可用諸如娃或鍺之類批量(bulk)半導(dǎo)體或諸如絕緣體上娃(silicon-on-insulator)材料 之類的在絕緣材料上的半導(dǎo)體建造。電路板25可以是半導(dǎo)體芯片封裝基片、電路卡或幾乎任何其它類型的印刷電路板。雖然單片式結(jié)構(gòu)可用于電路板25，但更典型的配置將利用增層(build-up)設(shè)計。就這一點而言，電路板25可由中間核構(gòu)成，在中間核之上形成一個或一個以上的增層，在中間核之下形成另外的一個或多個增層。核自身可包含一個或多個層的堆疊。如果作為半導(dǎo)體芯片封裝基片實現(xiàn)，則在電路板25中的層的數(shù)量可以在從4到16或更多之間改變，然而少于4的層數(shù)也可被使用。所謂“無核”(“(301^1^8”)的設(shè)計也可使用。電路板25的層可包括絕緣材料，如各種穿插著金屬互連的公知的環(huán)氧樹脂。非增層的多層配置可被使用?？蛇x地，電路板25可由公知的陶瓷或其它適宜于封裝基片或其它印刷電路板的材料構(gòu)成。電路板115被提供了很多導(dǎo)體走線和孔以及其它結(jié)構(gòu)(不可見)，以便在半導(dǎo)體芯片110和諸如例如另一個電路板之類其它器件之間提供電源、接地以及信號傳輸。電路板25可通過諸如所描繪的球柵陣列之類的輸入/輸出陣列的方式電連接到另一個器件(未顯示)。球柵陣列包括通過冶金方式結(jié)合到各自的球墊80的多個焊球75。球墊80通過未示出的多個互連、走線和孔以及其它結(jié)構(gòu)連接到導(dǎo)體墊65?？蛇x地，其它類型的互連可用于電路板25，諸如針柵陣列、連接盤網(wǎng)格陣列或其它類型的互連結(jié)構(gòu)。蓋30可以是所描繪的浴缸設(shè)計，可以是頂帽設(shè)計或所期望的一些其它的結(jié)構(gòu)。蓋30可由期望的公知的陶瓷或金屬材料構(gòu)成。一些典范的材料包括鍍鎳銅、陽極氧化鋁、鋁-硅-碳、氮化鋁、氮化硼或類似物。蓋25可以由公知的觸變膠、環(huán)氧樹脂、其他類型的聚合物甚至焊料構(gòu)成的粘合劑85固定到基片20。焊料型熱界面材料90被安置在半導(dǎo)體芯片20和蓋30的下表面95之間?？尚纬啥喾N粘附層，以促進熱界面材料90濕化到蓋30和半導(dǎo)體芯片15和20的各種表面上。例如，半導(dǎo)體芯片15的主邊32可被提供粘附層105。粘附層105可以是單片或?qū)訅喊?。類似地，蓋30的下表面95可被提供粘合層110，半導(dǎo)體芯片20的主邊35可被提供粘附層120，這兩粘附層可以是單片或?qū)訅喊?。粘附?05、110和115的更多細節(jié)將在下面提供。焊料型熱界面材料90可由諸如例如銦、銦焊料、錫-銀、鉍-錫、其它錫焊料、鎵加聚合物或類似物之類適用于熱界面材料的多種焊接材料構(gòu)成。依然參照圖1，堤125被安置在半導(dǎo)體芯片15和20之間，圍繞互連結(jié)構(gòu)45，起作用以防止熱界面材料90灌注到芯片15和20之間的空間130，否則在那里可能有電氣短路發(fā)生。堤125可由諸如銅、銀、鉬、金、鋁、鈀、這些的合金或類似物等各種材料構(gòu)成。此外，屏障135在半導(dǎo)體芯片20的周邊中形成，沿半導(dǎo)體芯片20的周邊延伸，作為屏障起作用以抵制不要的熱界面材料90擴散進入特別是靠近有源器件區(qū)40的半導(dǎo)體芯片20。如在下面更詳細地描述的那樣，屏障135可以由諸如例如致密硅氮化物、氮氧化硅、具有大量抑制金屬擴散的植入離子的硅等多種材料構(gòu)成。圖I的由虛線橢圓形140外切的一部分將以大的放大顯示在圖2中并用于描述堤125和屏障135的更多細節(jié)?，F(xiàn)在關(guān)注圖2。因為圖2有比圖I更大的放大倍率，所以有幾個在圖I中不可見的一些特征在圖2中是可見的。例如，互連結(jié)構(gòu)45可包括通過熱粘接、焊接或其它一些技術(shù)合在一起的各自的柱145和150。柱145被連接到半導(dǎo)體芯片20的導(dǎo)體墊155，并且柱150被連接到半導(dǎo)體芯片15的導(dǎo)體墊160。半導(dǎo)體芯片15和20的有源器件區(qū)38和40的一小部分是可見的。如上所述，希望避免焊料型熱界面材料90的部分或粒子165擴散入鄰近其有源器件區(qū)40的半導(dǎo)體芯片20的部分170。屏障135被設(shè)計為阻礙粒子165的這類擴散。屏障沒有必要阻礙所有的擴散。因此，屏障135最好是被提供具有比有源器件區(qū)40的厚度X2大的高度Xl。因為有源器件區(qū)40的厚度通常是半導(dǎo)體芯片20的整體厚度的一小部分，所以，這是很容易做到的。由虛線的L形區(qū)域175示出了熱界面材料粒子165的假想的擴散。事實上，由于更接近有源器件區(qū)40區(qū)170被保護不被擴散，有一些銦粒子165在半導(dǎo)體芯片20的部分180附近擴散是沒有問題的。請注意，半導(dǎo)體芯片20被安置在半導(dǎo)體芯片15上，使屏障135和堤125大體上垂直對齊。垂直對齊不是絕對必要的。在半導(dǎo)體芯片15和20之間的空間130可以是空隙，或充填所需要的某些類型的填充材料層。粘附層105的一小部分是可見的。粘附層105可由適合濕化被選作熱界面材料90的材料和適合半導(dǎo)體芯片15上表面100的各種材料構(gòu)成。在一個典范的實施例中，粘附層105可包括銅和金的層壓板。事實上，再次暫時參考圖1，半導(dǎo)體芯片20的粘附層120可包括同一種類型的材料。在典范的實施例中，粘附層120可包括在半導(dǎo)體芯片20上形成的鋁膜、在鋁膜上形成的鈦膜、在鈦膜上形成的鎳-釩膜和在鎳-釩膜上形成的金膜。鋁膜提供了與硅的有利的附著力。鈦膜提供了屏障層以防止金和銦遷移到半導(dǎo)體芯片20中并促進與鎳-釩膜的附著，鎳-釩膜提供了與金的理想的附著力和抑制擴散入鈦層的屏障。金膜為銦提供了理想的潤濕表面。粘附層110可由相同類型的材料或例如由金或金合金單獨構(gòu)成?，F(xiàn)在可以通過參考圖3理解堤125、屏障135和半導(dǎo)體芯片20的更多細節(jié)，圖3是示出了從半導(dǎo)體芯片20分解的堤125和屏障135的部分分解圖的視圖。請注意，所示出的半導(dǎo)體芯片20為已按圖I中所描述的方向翻轉(zhuǎn)過來了。因此，互連結(jié)構(gòu)45和有源器件區(qū)40的一部分是可見的。在這一說明的實施例中，屏障135可由例如由致密氮化硅構(gòu)成的框架狀結(jié)構(gòu)構(gòu)成。屏障135在框架狀溝槽185中形成，溝槽185是在有源器件區(qū)40的外側(cè)的半導(dǎo)體芯片20的邊190中形成。堤125可能有通常類似(track)屏障135的占板面積(footprint)的占板面積，并且堤和屏障125和135 —般都會有諸如方形、長方形之類類似半導(dǎo)體芯片20的占板面積的占板面積。有關(guān)溝槽185的形成的另外的細節(jié)將結(jié)合后面的圖進行說明。
現(xiàn)在參考圖4，圖4是從圖I中所描繪的方向翻轉(zhuǎn)過來的半導(dǎo)體芯片20的剖視圖，可通過用于材料去除的各種技術(shù)在半導(dǎo)體芯片20中形成溝槽185。在典范的實施例中，蝕刻 掩膜195可應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片20的表面190上，進行圖案化以具有口 200，口 200被安置和成型為具有溝槽185所需的占板面積的占板面積。掩膜195保護下伏的有源器件區(qū)40。在這一階段中，半導(dǎo)體芯片20可能已經(jīng)被提供了粘附層120。應(yīng)該理解，可以按所需在晶圓級或裸片級階段在半導(dǎo)體芯片上執(zhí)行建立屏障135的過程步驟。繼在掩膜195中的口 200的光刻圖案化之后，可以執(zhí)行深槽蝕刻以在半導(dǎo)體芯片20中建立溝槽185。溝槽185有利地蝕刻到X1的深度，如上所述，X1有利地比有源器件區(qū)40的厚度X2大。深槽溝槽蝕刻可以由等離子體刻蝕執(zhí)行，參數(shù)選擇為提供一個相對各向異性的刻蝕輪廓。典范的蝕刻化學(xué)品包括CF4、SF4、NF3、H2/Cl2/SiCl4或類似物?？蛇x地，激光燒蝕可用來形成帶防護罩或不帶防護罩的溝槽185。現(xiàn)在參照圖5，在圖5中所繪的掩膜195被剝離，另一個光刻掩膜205形成在有源器件區(qū)40上，并且進行沉積過程以在溝槽185中建立致密的氮化硅210。致密的氮化硅210可以用具有或不具有等離子體增強的化學(xué)氣相沉積法或其它沉積技術(shù)沉積。當然，一些氮化硅210將蓋住掩膜205。在沉積之后，可以進行蝕刻工藝以去除致密的氮化硅210的過量的部分，并且掩膜205可以如圖6所示剝離以離開完成了的屏障135?？赏ㄟ^使用諸如CF4、SF4或即3之類的化學(xué)品的干化蝕刻去除多余的氮化硅210?？梢允褂脦в欣鐭崃姿峤旱臐窕g刻。這樣的濕化蝕刻也會去除掩膜210。掩膜205可以通過灰化、溶劑剝離或其它掩膜去除技術(shù)去除。在這一階段，半導(dǎo)體芯片20特別是其有源器件區(qū)40可以被提供有導(dǎo)電柱145和安裝在圖I和圖2中描繪的半導(dǎo)體芯片15上的倒裝芯片。正如在本文的別處指出的,可通過沉積諸如致密氮化硅之類特殊材料之外的方式形成屏障135。例如并且如在圖8中所繪，屏障可通過離子注入來形成。圖7描繪了裝有具有如上所述的圖案化的口 200的光刻掩膜195的半導(dǎo)體芯片15的與圖4類似的剖視圖。在這里，可植入離子215以建立屏障135’來取代蝕刻和后續(xù)的材料沉積過程。用于植入的選定的離子種類215的類型有多種。在典范的實施例中，離子215可以是例如鉭或鈦。這些品種可以通過動能轉(zhuǎn)移破壞半導(dǎo)體芯片的植入部分的晶格結(jié)構(gòu)。被破壞的區(qū)變得更能抵制焊料型熱界面材料90擴散進入鄰近有源器件區(qū)40的芯片20的部分中。諸如鉭和鈦之類品種是具成本效益的，并且在半導(dǎo)體制造中很好理解。合適的能量范圍可以是約300keV到I. OMeV。在植入之后，掩膜195通過灰化、溶劑剝離或類似方式去除。現(xiàn)在關(guān)注用于在圖I和2中所描述的堤125的典范制作過程的說明。在這方面，關(guān)注現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖8，圖8是與在與圖I和2中所示相同的方向上的半導(dǎo)體芯片15的剖視圖。半導(dǎo)體芯片15被描繪成處于在圖I所繪的在向其施加半導(dǎo)體芯片20和施加用來將芯片15連接到電路板25的連接焊點60之前的處理階段。在這個階段，半導(dǎo)體芯片15的有源器件區(qū)38已經(jīng)被提供了導(dǎo)體螺栓150以及全通硅穿孔50和導(dǎo)體墊55。在互連螺栓150和整個有源器件區(qū)38上形成了光刻掩膜220。接著，將一個非常薄的銅晶種層225應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片15的主邊32?？墒褂勉~之外的材料。可通過電鍍、濺射或類似方式應(yīng)用種層225。種層225的目的是為了方便在圖I和2中所描繪的堤125的后續(xù)電鍍。接著，如圖9所繪，在種層225上形成第二光刻掩膜230，但不與其同延以留下溝槽235，溝槽235具有隨后形成的堤的期望的占板面積。溝槽235可通過公知的光刻工藝在掩膜230中圖案化。在掩膜230的光刻處理期間，掩膜220留在原位。下面，如圖10所繪，電鍍工藝可用于在位于光刻掩膜230和光刻掩膜220之間的溝槽235中建立堤125。種層225用于建立必要的電氣通路，以便于堤125的電鍍。在典范的實施例中，堤125可由銅構(gòu)成。然而，可以使用諸如銅、金、鉬、鈀、鋁或類似物的合金之類的其它導(dǎo)體材料。事實上，可使用諸如物理氣相沉積或其它技術(shù)之類電鍍技術(shù)之外的技術(shù)來建立堤125。由于堤125構(gòu)成了可橫向離開有源器件區(qū)35并坐在芯片15的表面100之上的結(jié)構(gòu)，堤125也可以被作為單獨的組件制作，此后單獨的組件被放在半導(dǎo)體芯片15上并用例如粘合劑、焊料或其它材料的連接技術(shù)固定在其上。在堤125形成后，光刻掩膜220和235可通過灰化、溶劑剝離或類似方式剝離?，F(xiàn)在參照圖11，半導(dǎo)體芯片20可安裝到半導(dǎo)體芯片15和加入的各自的導(dǎo)體螺栓145和150以建立多元互連結(jié)構(gòu)45。如果銦被選作隨后使用的焊料的熱界面材料，那么粘附 層105可通過沉積諸如金的濕化銦的膜來完成。在這里，金膜240可通過例如閃(flash)鍍層工藝或適于沉積金膜的其它工藝應(yīng)用于之前形成的銅晶種層225。防護的光刻掩膜245可應(yīng)用于半導(dǎo)體芯片15的相反側(cè)250，以避免金沉積在導(dǎo)體墊55上。堤125將限制金膜240的電鍍。如果需要，建立金膜240的電鍍過程可根據(jù)需要被用來在半導(dǎo)體芯片20上建立粘附層120的最上的部分。正如在本文的別處所說明的，在半導(dǎo)體芯片20中的屏障135可以與堤125垂直對齊。在沉積金膜240之后，掩膜880可使用灰化、溶劑剝離或類似方式剝離?，F(xiàn)在關(guān)注圖12。熱界面材料90可以以各種不同的方式應(yīng)用在半導(dǎo)體芯片15和20的組合上。例如，熱界面材料90可作為預(yù)制品被置位在半導(dǎo)體芯片20的粘附層120上。此后，在圖I中描繪的蓋30可被置位在熱界面材料90上，回流過程被建立，以使熱界面材料90的部分液化并隨后濕化粘附層105。如果需要，焊料熱界面材料90的預(yù)制品可以在將其安置在半導(dǎo)體芯片20上以促進對粘附層105更均勻濕化之前被設(shè)置成浴缸的形狀。在另一個選項中，焊料熱界面材料的預(yù)制品90可先安裝到蓋30然后蓋30可以被置位在電路板25上。在這一選項中，如圖I所示，熱界面材料90和蓋30將在半導(dǎo)體芯片15和20安裝到電路板25以及建立焊點60所需的任一焊回流進行之后被置位在電路板25上。現(xiàn)在通過參照是剖視圖的圖13可以理解半導(dǎo)體芯片器件260的另一個典范的實施例。半導(dǎo)體芯片器件260可以與在圖I和2中描繪的半導(dǎo)體芯片器件10的典范的實施 例共享幾個屬性。在這方面，如本文的別處所述，半導(dǎo)體芯片15和20可堆疊并安裝到電路板25上。蓋30可固定在電路板25上，焊料的熱界面材料90可用于促進傳熱。然而，屏障層265的覆蓋層可應(yīng)用在半導(dǎo)體芯片15和半導(dǎo)體芯片20上，以替代利用在圖I和2中描繪的屏障135來抑制熱界面材料90擴散進入鄰近其有源器件區(qū)40的芯片20的部分。層265有利地由濕化焊料型熱界面材料90的材料或多種材料構(gòu)成。在典范的實施例中，層265可由金構(gòu)成。如果需要，為了方便層265的粘附，種層270可應(yīng)用在芯片15的上表面100和側(cè)邊275上，并且類似的種層280可應(yīng)用在半導(dǎo)體芯片20的主邊35和外圍壁37上。如果需要，種層280可以由通常會被應(yīng)用到芯片20的主邊35的背面金屬堆疊的各層構(gòu)成。如在本文的別處所述，堤125可形成在半導(dǎo)體芯片15上并用來防止粘附層265侵入在芯片20和15之間的空間130。將結(jié)合圖14說明粘附層265的形成。如上所述，為促進到半導(dǎo)體芯片15和20的粘附層265的濕化，半導(dǎo)體芯片15可被提供種層270，種層270可使用與如上結(jié)合在圖8中所描繪的種層225的制造相同的基本過程制造。然而，種層270將制作為沿邊275向下延伸。此外，粘附層280可與在芯片20上的背面金屬化薄板結(jié)合形成，或按需要作為獨立的過程來形成。材料點是粘附層280沿芯片20的外圍壁37向下延伸的點。在粘附層270和280準備就緒后，芯片20可使用上面所述的技術(shù)結(jié)合在圖I和2中所描繪的實施例安裝到芯片15。接著，合適的掩膜290可應(yīng)用到芯片15的表面250，并且粘附層265層應(yīng)用在芯片15和20的沒有掩膜的部分上。粘附層265可由適于濕化以后要應(yīng)用的熱界面材料的材料構(gòu)成。在典范的實施例中，粘附層265可由金構(gòu)成，并使用公知的電鍍工藝施加。在粘附層265施加之后，掩膜290可通過灰化、溶劑剝離或類似方式剝離。在粘附層265準備就緒后，芯片15和20的堆疊可安裝到在圖13中描繪的電路板25上，蓋30和焊料的熱界面材料90可如在本文的別處所述那樣安裝。粘附層265和如果存在的種層280相結(jié)合提供了屏障以阻礙焊料的熱界面材料90擴散到在圖13所示的鄰近其有源器件區(qū)40的半導(dǎo)體芯片20的部分中。現(xiàn)在通過參照是剖視圖的圖15可以理解半導(dǎo)體芯片器件300的另一個替代的典范的實施例。半導(dǎo)體芯片器件300可以包括上述以堆疊方式安裝在電路板25上和如本文的別處所述但有一些值得注意的例外的用蓋30覆蓋的半導(dǎo)體芯片15和20。在這一個說明的實施例中，在半導(dǎo)體芯片15和20與蓋30之間的傳熱途徑由兩個熱界面材料部分305和310提供。熱界面材料部分305提供了在半導(dǎo)體芯片15和蓋30之間的傳熱途徑，熱界面材料部分310提供了在半導(dǎo)體芯片20和蓋30之間的傳熱途徑。間隙315被有意地提供在部分305和部分310之間，以避免任何熱界面材料擴散進入鄰近其有源器件區(qū)40的芯片20的部分中的潛在性。熱界面材料部分305相應(yīng)地比熱界面材料部分310厚，并濕化到在芯片15的主表面32上形成的外圍粘附層320上和在蓋30的下表面95上形成的外圍粘附層320上。熱界面材料部分310被濕化到芯片20的粘附層120和在蓋30的下表面95上的中央粘附層325上。熱界面材料部分305和310可相應(yīng)地在將蓋30定位在電路板25之前作為預(yù)制品安裝到蓋30上，或作為預(yù)制品先安裝在芯片15和20上。要謹慎小心，以確保熱界面材料部分305在回流期間不侵入在芯片15和20之間的空間130以通過冶金方式將熱界面材料部分305和310結(jié)合到多個粘附層320和325上。現(xiàn)在通過參照是取自圖15在斷面16-16的剖視圖的圖16可以理解外圍粘附層 320和中央粘附層部分325的更多細節(jié)。周邊部分320和中央部分325由間隙327分開。像本文中公開的其它粘附層一樣，粘附層320和325可由濕化置于上面和下面的任何膜的材料構(gòu)成。在典范的實施例中，粘附層320和325可由金構(gòu)成。在周邊部分320和蓋的側(cè)壁335之間的間隙330是可選的?，F(xiàn)在通過參照是剖視圖的圖17可以理解半導(dǎo)體芯片器件340的另一個替換的典范的實施例。半導(dǎo)體芯片器件340的說明性實施例可共享與在圖15和圖16中描繪的半導(dǎo)體芯片器件300相同的并在本文的別處說明的屬性。在這方面，器件340可包括以堆疊方式安裝在電路板25上，由蓋30封閉，并由熱界面材料部分305和310提供傳熱途徑的半導(dǎo)體芯片15和20。然而，在說明的實施例中，蓋30和熱界面材料部分可被改性305，以使高分子熱界面材料345被注入到蓋30內(nèi)部的各種腔內(nèi)。因為圖17描繪的是在高分子熱界面材料345注入之后的半導(dǎo)體芯片器件340，所以，熱界面材料部分305是不清晰的，從而以虛線(phantom)顯示。為了方便高分子熱界面材料345的注入，蓋330可被提供入口 350和出口 355。出口 355被設(shè)計為允許空氣在注射過程期間逸出。為使高分子材料345環(huán)繞半導(dǎo)體芯片20從而與半導(dǎo)體芯片15的主邊32的部分接觸，熱界面材料部分305必須有某些種類的開口，以方便高分子熱接口材料345移動進入在半導(dǎo)體芯片20和熱界面材料部分305之間的間隙357內(nèi)?，F(xiàn)在通過參照取自圖17的斷面18-18的剖視圖的圖18可以理解熱界面材料部分305的更多細節(jié)。請注意，斷面18-18通過入口 350、熱界面材料部分305、半導(dǎo)體芯片20、注入的熱界面材料345、蓋30和間隙357。請注意，熱界面材料部分305被形成為帶有開口360和365，以方便熱界面材料345的注入不只進入在熱界面材料部分305和蓋壁之間的空間還進入在半導(dǎo)體芯片20和熱界面材料部分305之間的間隙357中。熱界面材料345可由適合熱界面材料的諸如例如混合氧化鋅的硅橡膠之類的各種高分子材料構(gòu)成?？蛇x地，可以使用在硅橡膠之外的柔性的基本材料和傳導(dǎo)熱但不導(dǎo)電的粒子。簡要地觀察與圖18相同的、但沒有注入高分子熱界面材料345的剖視圖可能是有用的。在這方面，現(xiàn)在關(guān)注圖19，圖19示出了在熱界面材料部分305中的開口 360和365。應(yīng)該明白，粘附層320、325和315應(yīng)該以與熱界面材料部分相同的占板面積形成，因而是不連續(xù)的，所以開口 360和365將被建立。雖然本發(fā)明可能會有各種修改和替換形式，但具體的實施例已通過舉例的方式在 附圖中示出，并已在文中做了詳細說明。然而，應(yīng)理解，本發(fā)明的目的不是只限于所公開的特定形式。相反，本發(fā)明包含在由下面附加的權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍中的所有改變、等同和替代方案。
權(quán)利要求
1.一種制造方法，包括 提供包括基片和延伸到該基片中第一距離的第一有源電路部分(40)的第一半導(dǎo)體芯片(20);和 在所述第一半導(dǎo)體芯片(20)中形成屏障(135)，所述屏障(135)圍繞所述第一有源電路部分(40)但與所述第一有源電路部分(40)橫向分開并且延伸到所述基片中比所述第一距離更大的第二距離。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，包括連接第二半導(dǎo)體芯片(15)，使該第二半導(dǎo)體芯片(15)連接到第一半導(dǎo)體芯片(20)并面對第一有源電路部分(40)，其中在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間有間隙(130)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，包括在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間安置堤(125)并且所述堤(125)圍繞所述第一有源電路(40)部分，以防止材料進入間隙(130)。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，包括在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片上安置焊料型熱材料(90)。
5.如權(quán)利要求I所述的方法，其中，所述形成所述屏障(135)包括在所述第一半導(dǎo)體芯片(20)中形成溝槽(185)和在所述溝槽中淀積絕緣材料(210)。
6.如權(quán)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礙金屬粒子流動的離子(215)。
7.一種制造方法，包括 連接包括第一外圍壁(37)的第一半導(dǎo)體芯片(20)和包括第二外圍壁(34)的第二半導(dǎo)體芯片(15)，其中在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間有間隙(130); 形成覆蓋所述第一半導(dǎo)體芯片的至少所述第一外圍壁(37)的屏障層(265);以及在所述第一外圍壁(37)的周圍安置焊料型熱界面材料(90)，所述屏障層(265)抑制所述焊料型熱界面材料擴散進入所述第一外圍壁。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，所述第一半導(dǎo)體芯片(20)包括第一有源電路部分(40)，該方法包括在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間安置堤(125)并且該堤(125)圍繞所述第一有源電路部分(40)，以防止材料進入所述間隙(130)。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其中，第一半導(dǎo)體芯片(20)包括第一主邊和第二主邊(35)(36)并且所述第二半導(dǎo)體芯片(15)包括第一主邊和第二主邊(32) (33)和第二外圍壁(34)，該方法包括形成屏障層(265)以覆蓋所述第一半導(dǎo)體芯片(20)的所述第二主邊(36)、所述第二半導(dǎo)體芯片(15)的所述第一主邊(32)的一部分和所述第二外圍壁(34)。
10.一種制造方法，包括 連接包括第一主邊和第二主邊以及第一外圍壁的第一半導(dǎo)體芯片(20)和包括第一主邊和第二主邊的第二半導(dǎo)體芯片(15)，其中在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間有間隙； 在所述第一半導(dǎo)體芯片的所述第二主邊(35)上安置第一焊料型熱界面材料(310);以及 將第二熱界面材料部分(305)安置在所述第二半導(dǎo)體芯片(15)的所述第一主邊(32)上但將所述第二熱界面材料部分(305)與所述第一焊料型熱界面(90)橫向分開以留下空間。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，包括在所述空間中安置高分子熱界面材料(345)。
12.如權(quán)利要求10所述的方法，包括放置與所述第一焊料型熱界面材料部分和第二焊料型熱界面材料部分熱接觸的散熱器(30 )。
13.一種裝置，包括 第一半導(dǎo)體芯片(20)，其包括基片和延伸到該基片中第一距離的第一有源電路部分(40);和 在所述第一半導(dǎo)體芯片(20)中的屏障(135)，該屏障(135)圍繞所述第一有源電路部分(40)但與所述第一有源電路部分(40)橫向分開、并且延伸到所述基片中比第一距離更大的第二距離。
14.如權(quán)利要求13所述的裝置，包括連接到所述第一半導(dǎo)體芯片(20)并面對所述第一有源電路部分(40)的第二半導(dǎo)體芯片(15)，其中，在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間有間隙(130)。
15.如權(quán)利要求14所述的裝置，包括安置在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間的并圍繞所述第一有源電路部分以防止材料進入所述間隙(130)的堤(125)。
16.如權(quán)利要求14所述的裝置，包括安置在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片上的焊料型熱材料(90)。
17.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述屏障(135)包括在所述第一半導(dǎo)體芯片(20)中的溝槽(185)和在所述溝槽中的絕緣材料(210)。
18.如權(quán)利要求13所述的裝置，其中，所述屏障(135)包括含有阻礙金屬粒子流動的植入離子(215)的所述基片的一部分。
19.一種裝置,包括 第一半導(dǎo)體芯片(20)，其包括第一主邊和第二主邊(35) (36)和第一外圍壁(37); 第二半導(dǎo)體芯片(15)，其包括連接到所述第一半導(dǎo)體芯片(20)的所述第一主邊(36)的第一主邊(32)、第二主邊(33)和第二外圍壁(34)，在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間有間隙(130); 屏障層(265)，其覆蓋所述第一半導(dǎo)體芯片的至少所述第一外圍壁；和 圍繞所述第一外圍壁的焊料型熱界面材料(90 )，所述屏障層(265 )抑制所述焊料型熱界面材料(90 )擴散進入所述第一外圍壁(37 )。
20.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述第一半導(dǎo)體芯片(20)包括第一有源電路部分(40)并且所述裝置包括安置在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間的并圍繞
21.如權(quán)利要求19所述的裝置，其中，所述屏障層(265)覆蓋所述第一半導(dǎo)體芯片的所述第二主邊、所述第二半導(dǎo)體芯片的所述第一主邊的一部分和所述第二外圍壁。
22.一種裝置，其包括 第一半導(dǎo)體芯片(20)，其包括第一主邊和第二主邊以及第一外圍壁； 第二半導(dǎo)體芯片(15)，其包括連接到所述第一半導(dǎo)體芯片的所述第一主邊的第一主邊、第二主邊和第二外圍壁，其中在所述第一半導(dǎo)體芯片和所述第二半導(dǎo)體芯片之間有間隙(130);安置在所述第一半導(dǎo)體芯片的所述第二主邊上的第一焊料型熱界面材料部分(310);和 安置在所述第二半導(dǎo)體芯片(15)的所述第一主邊上但與第一焊料型熱界面(310)橫向分開以留下空間的第二熱界面材料部分(305)。
23.如權(quán)利要求22所述的裝置，包括安置在所述空間的高分子熱界面材料(345)。
24.如權(quán)利要求22所述的裝置，其包括與所述第一焊料型熱界面材料部分和第二焊料型熱界面材料部分處于熱接觸的散熱器(30 )。
全文摘要
公開了使用焊料型熱材料(90)為半導(dǎo)體器件建立傳熱途徑的各種方法和裝置。在一方面，提供了一種制造方法，包括提供具有基片和延伸到基片中第一距離的第一有源電路部分(40)的第一半導(dǎo)體芯片(20)。在第一半導(dǎo)體芯片(20)中形成抑制焊料擴散的屏障(135)，該屏障(135)圍繞該第一有源電路部分(40)但與該第一有源電路部分(40)橫向分開并且延伸到基片中比該第一距離更大的第二距離。
文檔編號H01L23/42GK102668075SQ201080057868
公開日2012年9月12日 申請日期2010年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月21日
發(fā)明者邁克爾·Z·蘇 申請人:超威半導(dǎo)體公司