本申請(qǐng)要求由Francis J.CARNEY和Michael J.SEDDON發(fā)明的、提交于2015年9月17日的名稱為“SEMICONDUCTOR PACKAGES AND METHODS”(半導(dǎo)體封裝件及制造方法)的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)No.62/219,666的權(quán)益，該申請(qǐng)以引用方式并入本文，并且據(jù)此要求該申請(qǐng)的共同主題的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型總體涉及半導(dǎo)體器件，更具體地講涉及對(duì)準(zhǔn)的半導(dǎo)體器件。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體器件在現(xiàn)代電子產(chǎn)品中很常見。半導(dǎo)體器件在電子部件的數(shù)量和密度方面各有不同。半導(dǎo)體器件可執(zhí)行各種各樣的功能，諸如模擬和數(shù)字信號(hào)處理、傳感器、電磁信號(hào)的傳輸和接收、電子器件控制、功率管理以及視頻/音頻信號(hào)處理。分立半導(dǎo)體器件通常包含某一類型的電子部件，例如，發(fā)光二極管(LED)、小信號(hào)晶體管、電阻器、電容器、電感器、二極管、整流器、晶閘管以及功率金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)。集成半導(dǎo)體器件通常包含數(shù)百至數(shù)百萬電子部件。集成半導(dǎo)體器件的例子包括微控制器、專用集成電路(ASIC)、標(biāo)準(zhǔn)邏輯、放大器、時(shí)鐘管理、存儲(chǔ)器、接口電路以及其他信號(hào)處理電路。

半導(dǎo)體封裝件可包括多個(gè)堆疊半導(dǎo)體管芯。可將半導(dǎo)體管芯在仍處于晶圓形式時(shí)加以堆疊，即上部晶圓中的一個(gè)管芯位于下部晶圓中對(duì)應(yīng)管芯的上方。圖1a示出位于半導(dǎo)體晶圓52上方的半導(dǎo)體晶圓50。晶圓50上的半導(dǎo)體管芯54必須與晶圓52上的半導(dǎo)體管芯56對(duì)準(zhǔn)。晶圓50和晶圓52上的所有半導(dǎo)體管芯全都需要這樣對(duì)準(zhǔn)。圖1b示出接合至半導(dǎo)體管芯晶圓52的半導(dǎo)體晶圓50，其中半導(dǎo)體管芯54與半導(dǎo)體管芯56對(duì)準(zhǔn)。由于斷裂、熱脹系數(shù)(CTE)不同、工藝對(duì)準(zhǔn)公差、間距公差以及接合和固化期間維持對(duì)準(zhǔn)等因素，在晶圓接合期間使晶圓50和晶圓52上所有半導(dǎo)體管芯之間對(duì)準(zhǔn)是困難的工藝，對(duì)于薄薄的晶圓和不同技術(shù)的晶圓來說尤其如此。從整個(gè)半導(dǎo)體晶圓的一個(gè)邊緣至相對(duì)邊緣的物理特征的差異使對(duì)準(zhǔn)公差減小，往往會(huì)造成諸多缺陷并導(dǎo)致產(chǎn)量降低。對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)以上半導(dǎo)體晶圓尤其是個(gè)問題。一種解決方案涉及使用光學(xué)傳感器和光學(xué)透鏡的主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。晶圓的相對(duì)位置受到光學(xué)監(jiān)控，并且將反饋提供給對(duì)準(zhǔn)設(shè)備。就制造來說，主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)速度慢而且成本高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型解決的一個(gè)技術(shù)問題是使晶圓上的半導(dǎo)體管芯對(duì)準(zhǔn)。

根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種半導(dǎo)體器件，包括：第一晶圓區(qū)段，所述第一晶圓區(qū)段包括第一半導(dǎo)體管芯；以及第二晶圓區(qū)段，所述第二晶圓區(qū)段包括第二半導(dǎo)體管芯，其中所述第一晶圓區(qū)段與所述第二晶圓區(qū)段對(duì)準(zhǔn)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一晶圓區(qū)段包括多個(gè)所述第一半導(dǎo)體管芯。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一晶圓區(qū)段是第一半導(dǎo)體晶圓的片段部分。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二晶圓區(qū)段是整個(gè)第二半導(dǎo)體晶圓。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件還包括：穿過所述第一晶圓區(qū)段和所述第二晶圓區(qū)段形成的對(duì)準(zhǔn)開口。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件還包括：圍繞所述第一晶圓區(qū)段形成的邊緣支撐結(jié)構(gòu)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二晶圓區(qū)段部分地位于由所述第一晶圓區(qū)段的所述邊緣支撐結(jié)構(gòu)形成的凹槽內(nèi)。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第二晶圓區(qū)段的厚度大于所述第一晶圓區(qū)段厚度。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一半導(dǎo)體管芯是第一類型半導(dǎo)體器件，所述第二半導(dǎo)體管芯是第二類型半導(dǎo)體器件。

在一個(gè)實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件還包括：設(shè)置在所述第二晶圓區(qū)段上方的多個(gè)第一晶圓區(qū)段。

本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)的一個(gè)技術(shù)效果是提供對(duì)準(zhǔn)的半導(dǎo)體器件。

附圖說明

圖1a-1b示出常見的晶圓-晶圓接合；

圖2a-2d示出具有由鋸道分開的多個(gè)半導(dǎo)體管芯的半導(dǎo)體晶圓；

圖3a-3f示出一種通過將第一晶圓的片段部分與第二晶圓對(duì)準(zhǔn)并接合來形成堆疊半導(dǎo)體管芯的工藝；

圖4a-4c示出一種通過將第一晶圓的片段部分與第二晶圓的片段部分對(duì)準(zhǔn)并接合來形成堆疊半導(dǎo)體管芯的工藝；

圖5a-5b示出另一種通過將第一晶圓的片段部分與第二晶圓對(duì)準(zhǔn)并接合來形成堆疊半導(dǎo)體管芯的工藝；

圖6a-6b示出一種將第一類型半導(dǎo)體管芯與包含第二類型管芯的晶圓的片段部分對(duì)準(zhǔn)并接合的工藝；

圖7a-7b示出一種將第一類型管芯和第二類型管芯與包含第三類型管芯的晶圓的片段部分對(duì)準(zhǔn)并接合的工藝；

圖8a-8b示出一種將第一類型半導(dǎo)體晶圓與第二類型半導(dǎo)體晶圓對(duì)準(zhǔn)并接合的工藝；以及

圖9a-9b示出一種利用傳感器檢測(cè)穿過開口的光來將第一類型晶圓與第二類型晶圓對(duì)準(zhǔn)并接合的工藝。

具體實(shí)施方式

以下參考附圖描述一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，其中同樣的數(shù)字代表相同或類似的元件。雖然按照實(shí)現(xiàn)某些目標(biāo)的最佳模式描述了附圖，但描述旨在涵蓋可包括在本公開的精神和范圍內(nèi)的替代形式、修改形式和等同形式。如本文使用的術(shù)語“半導(dǎo)體管芯”兼指該詞語的單數(shù)形式和復(fù)數(shù)形式，并且相應(yīng)地，可同時(shí)涉及單個(gè)半導(dǎo)體器件和多個(gè)半導(dǎo)體器件。

半導(dǎo)體器件一般采用兩種復(fù)雜的制造工藝制造：前端制造和后端制造。前端制造涉及在半導(dǎo)體晶圓的表面上形成多個(gè)管芯。晶圓上的每個(gè)管芯可包含有源電子部件、無源電子部件以及光學(xué)器件，它們電連接以形成功能電路。有源電子部件諸如晶體管和二極管具有控制電流流動(dòng)的能力。無源電子部件諸如電容器、電感器和電阻器形成執(zhí)行電路功能所必需的電壓與電流之間的關(guān)系。光學(xué)器件通過將光波或電磁輻射的可變衰減轉(zhuǎn)換成電信號(hào)來檢測(cè)和記錄圖像。

后端制造是指將成品晶圓分割或切割成單獨(dú)的半導(dǎo)體管芯，并封裝半導(dǎo)體管芯以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)支撐、電互連和環(huán)境隔離。使用等離子蝕刻、激光切割工具或鋸片沿晶圓的非功能區(qū)(稱為鋸道(saw street)或鋸痕)對(duì)晶圓進(jìn)行切割。在切割后，單獨(dú)半導(dǎo)體管芯被安裝至封裝襯底，該封裝襯底包括用于與其他系統(tǒng)部件互連的引腳或接觸焊盤。然后將形成在半導(dǎo)體管芯上方的接觸焊盤連接至封裝件內(nèi)的接觸焊盤。電連接可利用導(dǎo)電層、凸塊、柱狀凸塊、導(dǎo)電膏或焊絲形成。將密封劑或其他模制材料沉積在封裝件上方，以提供物理支撐和電絕緣隔離。然后，將成品封裝件插入到電系統(tǒng)中，半導(dǎo)體器件的功能便可提供給其他系統(tǒng)部件使用。

圖2a示出具有基極襯底材料102(諸如硅、鍺、磷化鋁、砷化鋁、砷化鎵、氮化鎵、磷化銦、碳化硅或其他基體半導(dǎo)體材料)以提供結(jié)構(gòu)支撐的半導(dǎo)體晶圓100。如上所述，多個(gè)半導(dǎo)體管芯104形成在晶圓100上，通過非有源的管芯間晶圓區(qū)域或者說鋸道106分開。鋸道106提供用以將半導(dǎo)體晶圓100切割成單獨(dú)半導(dǎo)體管芯104的切割區(qū)域。在一個(gè)實(shí)施方案中，半導(dǎo)體晶圓100的寬度或直徑為100-450毫米(mm)，厚度為50-100微米(μm)或15-250μm。

圖2b示出半導(dǎo)體晶圓100的一部分的剖面圖。每個(gè)半導(dǎo)體管芯104具有背面或者說非有源表面108以及有源表面或區(qū)域110，該有源表面或區(qū)域包含模擬或數(shù)字電路，該模擬或數(shù)字電路實(shí)施為形成在管芯內(nèi)并根據(jù)管芯的電學(xué)設(shè)計(jì)和功能電互連的有源器件、無源器件、導(dǎo)電層以及介電層。例如，電路可包括一個(gè)或多個(gè)晶體管、二極管以及其他電路元件，這些元件形成在有源表面或區(qū)域110內(nèi)以實(shí)現(xiàn)模擬電路或數(shù)字電路，諸如數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)、微控制器、ASIC、標(biāo)準(zhǔn)邏輯、放大器、時(shí)鐘管理、存儲(chǔ)器、接口電路以及其他信號(hào)處理電路。半導(dǎo)體管芯104還可包含用于RF信號(hào)處理的集成無源器件(IPD)，諸如電感器、電容器和電阻器。有源表面110可包含圖像傳感器區(qū)域，該圖像傳感器區(qū)域?qū)嵤榛パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)或N型金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)技術(shù)中的半導(dǎo)體電荷耦合器件(CCD)和有效像素傳感器。或者，半導(dǎo)體管芯104可為光學(xué)透鏡、檢測(cè)器、垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)、波導(dǎo)、堆疊管芯、電磁(EM)濾波器或多芯片模塊。

使用PVD、CVD、電解電鍍、化學(xué)電鍍工藝或其他合適的金屬沉積工藝在有源表面110上方形成導(dǎo)電層112。導(dǎo)電層112包括一層或多層鋁(Al)、銅(Cu)、錫(Sn)、鎳(Ni)、金(Au)、銀(Ag)、鈦(Ti)、鈦鎢(TiW)或其他合適的導(dǎo)電材料。導(dǎo)電層112用作與有源表面110上的電路電連接的接觸焊盤。導(dǎo)電層112可形成為沿半導(dǎo)體管芯104的邊緣并排設(shè)置的接觸焊盤，如圖2b所示?；蛘?，導(dǎo)電層112可形成為在多個(gè)行中偏置的接觸焊盤，使得第一行接觸焊盤被設(shè)置成與管芯邊緣相距第一距離，而與第一行交替的第二行接觸焊盤被設(shè)置成與管芯邊緣相距第二距離。

半導(dǎo)體晶圓100經(jīng)過電測(cè)試和檢驗(yàn)，作為質(zhì)量控制過程的一部分。人工目視檢驗(yàn)和自動(dòng)光學(xué)系統(tǒng)用于對(duì)半導(dǎo)體晶圓100執(zhí)行檢驗(yàn)。可使用軟件對(duì)半導(dǎo)體晶圓100進(jìn)行自動(dòng)光學(xué)分析。目視檢驗(yàn)方法可采用諸如掃描電子顯微鏡、高強(qiáng)度光或紫外線或者金相顯微鏡之類的設(shè)備。檢驗(yàn)半導(dǎo)體晶圓100的結(jié)構(gòu)特性，包括翹曲、厚度變化、表面顆粒、不規(guī)則處、開裂、分層和變色。

半導(dǎo)體管芯104內(nèi)的有源部件和無源部件經(jīng)受對(duì)電性能和電路功能的晶圓級(jí)測(cè)試。使用包括多個(gè)探針或測(cè)試引線118的測(cè)試探頭116或者其他測(cè)試設(shè)備測(cè)試每個(gè)半導(dǎo)體管芯104的功能和電參數(shù)，如圖2c所示。探針118用于與每個(gè)半導(dǎo)體管芯104上的節(jié)點(diǎn)或?qū)щ妼?12形成電接觸，并且向接觸焊盤112提供電刺激。半導(dǎo)體管芯104響應(yīng)電刺激，該響應(yīng)由計(jì)算機(jī)測(cè)試系統(tǒng)119測(cè)量并與預(yù)期響應(yīng)進(jìn)行比較，以測(cè)試半導(dǎo)體管芯的功能。電測(cè)試內(nèi)容可包括電路功能、引線完整性、電阻率、連續(xù)性、可靠性、結(jié)深、ESD、RF性能、驅(qū)動(dòng)電流、閾值電流、泄漏電流以及特定于部件類型的操作參數(shù)。對(duì)半導(dǎo)體晶圓100的檢驗(yàn)和電測(cè)試使檢測(cè)合格的半導(dǎo)體管芯104能夠被指定為已知合格管芯，用于半導(dǎo)體封裝。

半導(dǎo)體晶圓100在邏輯上被劃分成晶圓區(qū)段，以便進(jìn)行切割。每個(gè)晶圓區(qū)段包含一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯104。晶圓區(qū)段中的半導(dǎo)體管芯104可被加工得更薄，以便實(shí)現(xiàn)更小的半導(dǎo)體封裝。圍繞晶圓區(qū)段形成邊緣支撐環(huán)或結(jié)構(gòu)124，以便在晶圓區(qū)段的切割以及對(duì)晶圓區(qū)段進(jìn)行其他處理期間為薄薄的半導(dǎo)體管芯104提供結(jié)構(gòu)支撐。美國(guó)專利申請(qǐng)2010/0059862中對(duì)邊緣支撐結(jié)構(gòu)124有所描述，該申請(qǐng)以引用方式并入本文。半導(dǎo)體管芯104在有源表面110處較薄，在邊緣支撐結(jié)構(gòu)124處較厚，從而在邊緣支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)形成凹槽。

在圖2d中，采用等離子蝕刻將半導(dǎo)體晶圓100沿鋸道106在物理上切割成晶圓區(qū)段126。等離子蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于沿鋸道106形成精密側(cè)表面，同時(shí)保持基極襯底材料的結(jié)構(gòu)和完整性?；蛘?，使用鋸片或激光切割工具128沿鋸道106將半導(dǎo)體晶圓100切割成晶圓區(qū)段126。晶圓區(qū)段126為半導(dǎo)體晶圓100的一個(gè)物理部分，作為一群或一組半導(dǎo)體管芯104被鋸道106分開，小于整個(gè)晶圓。在一個(gè)實(shí)施方案中，晶圓區(qū)段126是半導(dǎo)體晶圓100的四分之一。晶圓區(qū)段126包含晶圓100中25％的半導(dǎo)體管芯104?；蛘?，晶圓區(qū)段126可為半導(dǎo)體晶圓100的任何其他片段部分，包括一個(gè)半導(dǎo)體管芯104。

圖3a-3f示出一種通過將第一晶圓的片段部分與第二晶圓對(duì)準(zhǔn)并接合來形成堆疊半導(dǎo)體管芯的工藝。圖3a示出切割后的晶圓區(qū)段126，該晶圓區(qū)段包含被邊緣支撐結(jié)構(gòu)124包圍的一個(gè)或多個(gè)半導(dǎo)體管芯104。在本實(shí)例中，晶圓區(qū)段126包含與半導(dǎo)體晶圓100布置相同的多個(gè)半導(dǎo)體管芯104，但實(shí)施為該整個(gè)晶圓的片段部分，即晶圓的四分之一?；蛘撸A區(qū)段126可為半導(dǎo)體晶圓100的任何片段，諸如一半晶圓、八分之一晶圓或更小，包括單個(gè)半導(dǎo)體管芯104。

在圖3b中，半導(dǎo)體晶圓130包含由非有源的管芯間晶圓區(qū)域或者說鋸道136分開的多個(gè)半導(dǎo)體管芯134，如針對(duì)半導(dǎo)體晶圓100和半導(dǎo)體管芯104所描述的。晶圓130中的半導(dǎo)體管芯134可為與晶圓區(qū)段126中的半導(dǎo)體管芯104類型相同的半導(dǎo)體器件，或者半導(dǎo)體管芯134可為與半導(dǎo)體管芯104類型不同的半導(dǎo)體器件。例如，半導(dǎo)體管芯134可為存儲(chǔ)控制器，而半導(dǎo)體管芯104可包含存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體管芯134可為光學(xué)傳感器，而半導(dǎo)體管芯104可為透鏡。半導(dǎo)體管芯134可為功率晶體管，而半導(dǎo)體管芯104可為控制邏輯。

晶圓區(qū)段126被設(shè)置在半導(dǎo)體晶圓130上方，其中半導(dǎo)體管芯104與半導(dǎo)體管芯134對(duì)準(zhǔn)。更具體地講，半導(dǎo)體管芯104的特征結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體管芯134的特征結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)，使晶圓區(qū)段126與半導(dǎo)體晶圓130能夠在管芯之間精確定向地接合，以實(shí)現(xiàn)全部功能。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)以物理特征或設(shè)計(jì)參數(shù)為基礎(chǔ)。例如，對(duì)準(zhǔn)可基于接觸焊盤在管芯之間的相對(duì)位置以便于電互連，基于將透鏡定位在光學(xué)傳感器上方以實(shí)現(xiàn)最佳聚焦，基于最大程度減小互連長(zhǎng)度以實(shí)現(xiàn)高速操作，或者基于功率器件的熱耗散以免干擾控制邏輯。晶圓區(qū)段126可使用穿過晶圓和晶圓區(qū)段的開口以及光傳感器來與半導(dǎo)體晶圓130對(duì)準(zhǔn)，參見圖9a-9b。圖3c示出接合至半導(dǎo)體晶圓130的一個(gè)晶圓區(qū)段126，其中半導(dǎo)體管芯104與半導(dǎo)體管芯134對(duì)準(zhǔn)。

將較小晶圓區(qū)段126對(duì)準(zhǔn)并接合在整個(gè)半導(dǎo)體晶圓130上方的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是表面面積小，以及因晶圓區(qū)段的對(duì)邊距離較小，其上需處理的器件也更少(即，晶圓區(qū)段126中的半導(dǎo)體管芯104數(shù)目比整個(gè)半導(dǎo)體晶圓100中的半導(dǎo)體管芯數(shù)目少)，因此在結(jié)構(gòu)特征方面差異更小。相比于將整個(gè)半導(dǎo)體晶圓100對(duì)準(zhǔn)整個(gè)半導(dǎo)體晶圓130，對(duì)準(zhǔn)晶圓區(qū)段中較少數(shù)量的管芯更為容易。當(dāng)采用如圖1a-1b中所示的晶圓-晶圓接合時(shí)，從整個(gè)半導(dǎo)體晶圓的一個(gè)邊緣至相對(duì)邊緣的結(jié)構(gòu)特征差異和對(duì)準(zhǔn)公差往往會(huì)造成對(duì)準(zhǔn)缺陷并導(dǎo)致產(chǎn)量降低。在給定的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)下使用晶圓區(qū)段126時(shí)，晶圓區(qū)段更小的表面面積使對(duì)準(zhǔn)過程變得簡(jiǎn)單，因?yàn)樵诟〉木A區(qū)段對(duì)邊距離上的特征差異更小，放寬了對(duì)準(zhǔn)公差。相比于晶圓-晶圓對(duì)準(zhǔn)和接合，采用主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)或被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)將較小晶圓區(qū)段126對(duì)準(zhǔn)并接合至整個(gè)半導(dǎo)體晶圓130，能以較低成本達(dá)成更高對(duì)準(zhǔn)精度、更小間距、更少缺陷以及更高產(chǎn)量和可制造性。晶圓區(qū)段126可為半導(dǎo)體晶圓100的任何片段部分，諸如一半晶圓、四分之一晶圓、八分之一晶圓或更小，包括單個(gè)半導(dǎo)體管芯104。晶圓區(qū)段126可為矩形或楔形。

圖3d示出接合至半導(dǎo)體晶圓130的四個(gè)四分之一晶圓區(qū)段126，其中晶圓區(qū)段中的半導(dǎo)體管芯104與晶圓130中的半導(dǎo)體管芯134對(duì)準(zhǔn)。四個(gè)四分之一晶圓區(qū)段126完全覆蓋整個(gè)半導(dǎo)體晶圓130。

在圖3e中，使用等離子蝕刻沿鋸道106和136將接合成對(duì)的晶圓區(qū)段126和半導(dǎo)體晶圓130在物理上切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯104和134。等離子蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于沿鋸道106和136形成精密側(cè)表面，同時(shí)保持基極襯底材料的結(jié)構(gòu)和完整性?；蛘?，使用鋸片或激光切割工具138沿鋸道106和136將接合成對(duì)的晶圓區(qū)段126和半導(dǎo)體晶圓130切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯104和134。圖3f示出呈對(duì)準(zhǔn)且接合構(gòu)型的堆疊半導(dǎo)體管芯104和134。可對(duì)堆疊半導(dǎo)體管芯104和134進(jìn)行檢驗(yàn)和電測(cè)試，以鑒定為切割后已知合格管芯。

圖4a-4c示出另一種通過將第一晶圓的片段部分與第二晶圓的片段部分對(duì)準(zhǔn)并接合來形成堆疊半導(dǎo)體管芯的工藝。通過使用等離子蝕刻，圖3b的半導(dǎo)體晶圓130沿鋸道136在物理上被切割成晶圓區(qū)段140。等離子蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于沿鋸道136形成精密側(cè)表面，同時(shí)保持基極襯底材料的結(jié)構(gòu)和完整性?；蛘?，使用鋸片或激光切割工具沿鋸道136將半導(dǎo)體晶圓130切割成晶圓區(qū)段140。晶圓區(qū)段140為半導(dǎo)體晶圓130的一個(gè)物理部分，作為整體式的一群或一組半導(dǎo)體管芯134被鋸道136分開，小于整個(gè)晶圓。在一個(gè)實(shí)施方案中，晶圓區(qū)段140為半導(dǎo)體晶圓130的四分之一，被邊緣支撐結(jié)構(gòu)141包圍，參見圖4a。晶圓區(qū)段140包含晶圓130中25％的半導(dǎo)體管芯134?；蛘撸A區(qū)段140可為半導(dǎo)體晶圓130的任何其他片段部分，包括一個(gè)半導(dǎo)體管芯134。

晶圓區(qū)段126被設(shè)置在晶圓區(qū)段140上方，其中半導(dǎo)體管芯104與半導(dǎo)體管芯134對(duì)準(zhǔn)。更具體地講，半導(dǎo)體管芯104的特征結(jié)構(gòu)與半導(dǎo)體管芯134的特征結(jié)構(gòu)對(duì)準(zhǔn)，使晶圓區(qū)段126與半導(dǎo)體晶圓130能夠在管芯之間精確定向地接合，以實(shí)現(xiàn)全部功能。對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)以物理特征或設(shè)計(jì)參數(shù)為基礎(chǔ)。例如，對(duì)準(zhǔn)可基于接觸焊盤在管芯之間的相對(duì)位置以便于電互連，基于將透鏡定位在光學(xué)傳感器上方以實(shí)現(xiàn)最佳聚焦，基于最大程度減小互連長(zhǎng)度以實(shí)現(xiàn)高速操作，或者基于功率器件的熱耗散以免干擾控制邏輯。晶圓區(qū)段126可使用穿過晶圓區(qū)段的開口以及光傳感器來與晶圓區(qū)段140對(duì)準(zhǔn)，參見圖9a-9b。圖4b示出接合至晶圓區(qū)段140的一個(gè)晶圓區(qū)段126，其中半導(dǎo)體管芯104與半導(dǎo)體管芯134對(duì)準(zhǔn)。

將較小晶圓區(qū)段126對(duì)準(zhǔn)并接合在在晶圓區(qū)段140上方的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是表面面積小，以及因晶圓區(qū)段的對(duì)邊距離較小，其上需處理的器件也更少(即，晶圓區(qū)段126中的半導(dǎo)體管芯104數(shù)目以及晶圓區(qū)段140中的半導(dǎo)體管芯134數(shù)目比整個(gè)半導(dǎo)體晶圓130中的半導(dǎo)體管芯數(shù)目少)，因此在結(jié)構(gòu)特征方面差異更小。相比于將整個(gè)半導(dǎo)體晶圓100對(duì)準(zhǔn)整個(gè)半導(dǎo)體晶圓130，對(duì)準(zhǔn)晶圓區(qū)段中較少數(shù)量的管芯更為容易。當(dāng)采用晶圓-晶圓接合時(shí)，從整個(gè)半導(dǎo)體晶圓的一個(gè)邊緣至相對(duì)邊緣的結(jié)構(gòu)特征差異和對(duì)準(zhǔn)公差往往會(huì)造成對(duì)準(zhǔn)缺陷并導(dǎo)致產(chǎn)量降低，參見圖1a-1b。在給定的對(duì)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)下使用晶圓區(qū)段126和140時(shí)，晶圓區(qū)段更小的表面面積使對(duì)準(zhǔn)過程變得簡(jiǎn)單，因?yàn)樵诟〉木A區(qū)段對(duì)邊距離上的特征差異更小，放寬了對(duì)準(zhǔn)公差。相比于晶圓-晶圓對(duì)準(zhǔn)和接合，采用主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)或被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)將較小晶圓區(qū)段126對(duì)準(zhǔn)并接合至晶圓區(qū)段140，能以較低成本達(dá)成更高對(duì)準(zhǔn)精度、更小間距、更少缺陷以及更高產(chǎn)量和可制造性。晶圓區(qū)段126可使用穿過晶圓和晶圓區(qū)段的開口以及光傳感器來與晶圓區(qū)段140對(duì)準(zhǔn)，參見圖9a-9b。晶圓區(qū)段126可為半導(dǎo)體晶圓100的任何片段部分，諸如一半晶圓、四分之一晶圓、八分之一晶圓或更小，包括單個(gè)半導(dǎo)體管芯104。晶圓區(qū)段126可為矩形或楔形。

在圖4c中，使用等離子蝕刻沿鋸道106和136將接合成對(duì)的晶圓區(qū)段126和140在物理上切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯104和134，類似于圖3f。等離子蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于沿鋸道106和136形成精密側(cè)表面，同時(shí)保持基極襯底材料的結(jié)構(gòu)和完整性。或者，使用鋸片或激光切割工具142沿鋸道106和136將接合成對(duì)的晶圓區(qū)段126和140切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯104和134。

圖5a-5b示出另一種通過將第一晶圓的片段部分與第二晶圓對(duì)準(zhǔn)并接合來形成堆疊半導(dǎo)體管芯的工藝。在圖5a中，每個(gè)晶圓區(qū)段144包含從晶圓100由鋸道106以矩形形狀切割而得的整體式的一群或一組半導(dǎo)體管芯104。晶圓區(qū)段144中的半導(dǎo)體管芯104被加工得很薄，以便實(shí)現(xiàn)更小的半導(dǎo)體封裝。圍繞晶圓區(qū)段144形成邊緣支撐結(jié)構(gòu)146，以便在晶圓區(qū)段的切割以及對(duì)晶圓區(qū)段進(jìn)行其他處理期間為薄薄的半導(dǎo)體管芯104提供結(jié)構(gòu)支撐。晶圓區(qū)段144在有源表面110處較薄，在邊緣支撐結(jié)構(gòu)146處較厚，從而在晶圓區(qū)段中的邊緣支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)形成凹槽。

四個(gè)矩形晶圓區(qū)段144被接合至半導(dǎo)體晶圓130，其中晶圓區(qū)段中的半導(dǎo)體管芯104與晶圓130中的半導(dǎo)體管芯134對(duì)準(zhǔn)。晶圓130中的半導(dǎo)體管芯134可為與晶圓區(qū)段144中的半導(dǎo)體管芯104類型相同的半導(dǎo)體器件，或者半導(dǎo)體管芯134可為與半導(dǎo)體管芯104類型不同的半導(dǎo)體器件。四個(gè)矩形晶圓區(qū)段144基本覆蓋整個(gè)半導(dǎo)體晶圓130。

在圖5b中，使用等離子蝕刻沿鋸道106將接合成對(duì)的晶圓區(qū)段144和半導(dǎo)體晶圓130在物理上切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯104和134。等離子蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于沿鋸道106形成精密側(cè)表面，同時(shí)保持基極襯底材料的結(jié)構(gòu)和完整性?；蛘?，類似于圖3f，使用鋸片或激光切割工具148沿鋸道106將接合成對(duì)的晶圓區(qū)段144和半導(dǎo)體晶圓130切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯104和134。

晶圓區(qū)段144的表面面積小，并且在更小的晶圓區(qū)段對(duì)邊距離上的結(jié)構(gòu)特征差異更小，得以放寬對(duì)準(zhǔn)公差。相比于晶圓-晶圓對(duì)準(zhǔn)和接合，采用主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)或被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)將較小晶圓區(qū)段144對(duì)準(zhǔn)并接合至整個(gè)半導(dǎo)體晶圓130，能以較低成本達(dá)成更高對(duì)準(zhǔn)精度、更小間距、更少缺陷以及更高產(chǎn)量和可制造性。

圖6a-6b示出一種通過將第一類型半導(dǎo)體管芯與晶圓的片段部分對(duì)準(zhǔn)并接合來形成堆疊半導(dǎo)體管芯的工藝。在圖6a中，晶圓區(qū)段150包含經(jīng)由鋸道106以矩形形狀分開而得的整體式的一群或一組半導(dǎo)體管芯104。晶圓區(qū)段150中的半導(dǎo)體管芯104被加工得很薄，以便實(shí)現(xiàn)更小的半導(dǎo)體封裝。圍繞晶圓區(qū)段150形成邊緣支撐結(jié)構(gòu)154，以便在晶圓區(qū)段的切割以及對(duì)晶圓區(qū)段進(jìn)行其他處理期間為薄薄的半導(dǎo)體管芯104提供結(jié)構(gòu)支撐。晶圓區(qū)段150在有源表面處較薄，在邊緣支撐結(jié)構(gòu)154處較厚，從而在晶圓區(qū)段中的邊緣支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)的形成凹槽。

半導(dǎo)體管芯156或包含多個(gè)半導(dǎo)體管芯的晶圓區(qū)段156是從晶圓切割而得，類似于圖2a。半導(dǎo)體管芯156是與半導(dǎo)體管芯104類型不同的半導(dǎo)體器件。例如，半導(dǎo)體管芯156可為存儲(chǔ)控制器，而半導(dǎo)體管芯104可包含存儲(chǔ)器。半導(dǎo)體管芯156可為光學(xué)傳感器，而半導(dǎo)體管芯104可為透鏡。半導(dǎo)體管芯156可為功率晶體管，而半導(dǎo)體管芯104可為控制邏輯。

半導(dǎo)體管芯156被定位在晶圓區(qū)段150中的半導(dǎo)體管芯104上方，并且利用主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)或被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)來對(duì)準(zhǔn)。半導(dǎo)體管芯156至少部分地在邊緣支撐結(jié)構(gòu)154內(nèi)的凹槽中與半導(dǎo)體管芯104接合。圖6b示出對(duì)準(zhǔn)并接合至晶圓區(qū)段150中的半導(dǎo)體管芯104的半導(dǎo)體管芯156。

可使用等離子蝕刻沿鋸道106將接合的晶圓區(qū)段150和半導(dǎo)體管芯156切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯104和156。等離子蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于沿鋸道106形成精密側(cè)表面，同時(shí)保持基極襯底材料的結(jié)構(gòu)和完整性。

圖7a-7b示出一種通過將第一類型半導(dǎo)體管芯和第二類型半導(dǎo)體管芯對(duì)準(zhǔn)并接合至晶圓的片段部分來形成堆疊半導(dǎo)體管芯的工藝。在圖7a中，晶圓區(qū)段160包含經(jīng)由鋸道106以矩形形狀分開而得的整體式的一群或一組半導(dǎo)體管芯104。晶圓區(qū)段160中的半導(dǎo)體管芯104被加工得很薄，以便實(shí)現(xiàn)更小的半導(dǎo)體封裝。圍繞晶圓區(qū)段160形成邊緣支撐結(jié)構(gòu)164，以便在晶圓區(qū)段的切割以及對(duì)晶圓區(qū)段進(jìn)行其他處理期間為薄薄的半導(dǎo)體管芯104提供結(jié)構(gòu)支撐。晶圓區(qū)段160在有源表面110處較薄，在邊緣支撐結(jié)構(gòu)164處較厚，從而在晶圓區(qū)段中的邊緣支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)形成凹槽。

半導(dǎo)體管芯166從第一類型晶圓上切割而得，而半導(dǎo)體管芯168從第二類型晶圓上切割而得，類似于圖2a。半導(dǎo)體管芯166和168各自都是與半導(dǎo)體管芯104類型不同的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體管芯166是與半導(dǎo)體管芯168類型不同的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體管芯166和168各自都是與半導(dǎo)體管芯104類型不同的半導(dǎo)體器件。

半導(dǎo)體管芯166和168被定位在晶圓區(qū)段160中的不同半導(dǎo)體管芯104上方，并且利用主動(dòng)對(duì)準(zhǔn)或被動(dòng)對(duì)準(zhǔn)來對(duì)準(zhǔn)。半導(dǎo)體管芯166和168至少部分地在邊緣支撐結(jié)構(gòu)164內(nèi)的凹槽中與相應(yīng)半導(dǎo)體管芯104接合。圖7b示出對(duì)準(zhǔn)并接合至晶圓區(qū)段150中的相應(yīng)半導(dǎo)體管芯104的半導(dǎo)體管芯166和168。

可使用等離子蝕刻沿鋸道106將接合的晶圓區(qū)段160及半導(dǎo)體管芯166和168切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯104和166以及單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯104和168。等離子蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于沿鋸道106形成精密側(cè)表面，同時(shí)保持基極襯底材料的結(jié)構(gòu)和完整性。

圖8a-8b示出一種通過將第一類型半導(dǎo)體晶圓與第二類型半導(dǎo)體晶圓對(duì)準(zhǔn)并接合來形成堆疊半導(dǎo)體管芯的工藝。在圖8a中，半導(dǎo)體晶圓170包含半導(dǎo)體管芯174以及鋸道176，類似于圖2a。半導(dǎo)體管芯174被加工得很薄，以便實(shí)現(xiàn)更小的半導(dǎo)體封裝。圍繞半導(dǎo)體晶圓170形成邊緣支撐結(jié)構(gòu)178，以便在晶圓區(qū)段的切割以及對(duì)晶圓區(qū)段進(jìn)行其他處理期間為薄薄的半導(dǎo)體管芯174提供結(jié)構(gòu)支撐。半導(dǎo)體晶圓170在有源表面處較薄，在邊緣支撐結(jié)構(gòu)178處較厚，從而在晶圓中的邊緣支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)形成凹槽。

半導(dǎo)體晶圓180包含半導(dǎo)體管芯184以及鋸道186，類似于圖2a。半導(dǎo)體管芯184是與半導(dǎo)體管芯174類型不同的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體晶圓170被定位在半導(dǎo)體晶圓180上方，并通過將晶圓180配合在晶圓170的邊緣支撐結(jié)構(gòu)178內(nèi)來進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)。半導(dǎo)體管芯184至少部分地在邊緣支撐結(jié)構(gòu)178內(nèi)的凹槽中與半導(dǎo)體管芯174接合。圖7b示出對(duì)準(zhǔn)并接合至半導(dǎo)體晶圓170的半導(dǎo)體晶圓180。

使用等離子蝕刻沿鋸道176和186將接合的晶圓170-180在物理上切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯174和184。等離子蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于形成精密側(cè)表面，同時(shí)保持基極襯底材料的結(jié)構(gòu)和完整性?；蛘?，類似于圖3f，使用鋸片或激光切割工具沿鋸道176和186將接合的晶圓170-180切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯174和184。

圖9a-9b示出一種通過將第一類型半導(dǎo)體晶圓與第二類型半導(dǎo)體晶圓對(duì)準(zhǔn)并接合來形成堆疊半導(dǎo)體管芯的工藝。在圖9a中，半導(dǎo)體晶圓190包含半導(dǎo)體管芯194以及鋸道196，類似于圖2a。

半導(dǎo)體晶圓200包含半導(dǎo)體管芯204以及鋸道206，類似于圖2a。半導(dǎo)體管芯204是與半導(dǎo)體管芯194類型不同的半導(dǎo)體器件。半導(dǎo)體晶圓190被定位在半導(dǎo)體晶圓200上方。對(duì)準(zhǔn)開口208在關(guān)鍵對(duì)準(zhǔn)位置處穿過半導(dǎo)體晶圓190和200形成。開口208可通過等離子蝕刻、激光打孔或其他蝕刻工藝來形成。光源210發(fā)射光線穿過對(duì)準(zhǔn)開口208投射至傳感器212。當(dāng)傳感器212檢測(cè)到穿過開口208的光時(shí)，半導(dǎo)體晶圓190和200對(duì)準(zhǔn)。半導(dǎo)體管芯204至少部分地在邊緣支撐結(jié)構(gòu)198內(nèi)與半導(dǎo)體管芯194接合?；蛘?，半導(dǎo)體晶圓190和200用引腳對(duì)準(zhǔn)。圖9b示出對(duì)準(zhǔn)并接合至半導(dǎo)體晶圓190的半導(dǎo)體晶圓200。

使用等離子蝕刻沿鋸道196和206將接合的晶圓190-200在物理上切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯194和204。等離子蝕刻的優(yōu)點(diǎn)在于形成精密側(cè)表面，同時(shí)保持基極襯底材料的結(jié)構(gòu)和完整性。或者，類似于圖3f，使用鋸片或激光切割工具沿鋸道196和206將接合的晶圓190-200切割成單獨(dú)堆疊半導(dǎo)體管芯194和204。

雖然已詳細(xì)示出并描述了一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方案，但技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，在不脫離本公開的范圍的情況下，可對(duì)這些實(shí)施方案做出修改和調(diào)整。以下列出多個(gè)示例性實(shí)施方案，但是其他一些實(shí)施方案也屬于本公開的范圍。

在第一實(shí)施方案中，制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟：提供第一半導(dǎo)體晶圓；切割第一半導(dǎo)體晶圓以提供第一晶圓區(qū)段，第一晶圓區(qū)段包括至少一個(gè)第一半導(dǎo)體管芯；提供第二晶圓區(qū)段，第二晶圓區(qū)段包括至少一個(gè)第二半導(dǎo)體管芯；以及將第一晶圓區(qū)段接合至第二晶圓區(qū)段，其中第一半導(dǎo)體管芯與第二半導(dǎo)體管芯對(duì)準(zhǔn)。

在第二實(shí)施方案中，第一實(shí)施方案的第一晶圓區(qū)段是第一半導(dǎo)體晶圓的片段部分。

在第三實(shí)施方案中，第一實(shí)施方案的第一半導(dǎo)體管芯是第一類型半導(dǎo)體器件，而第二半導(dǎo)體管芯是第二類型半導(dǎo)體器件。

在第四實(shí)施方案中，第一實(shí)施方案的第二晶圓區(qū)段是整個(gè)第二半導(dǎo)體晶圓。

在第五實(shí)施方案中，第一實(shí)施方案的方法還包括以下步驟：形成穿過第一晶圓區(qū)段和第二晶圓區(qū)段的對(duì)準(zhǔn)開口。

在第六實(shí)施方案中，第一實(shí)施方案的方法還包括圍繞第一晶圓區(qū)段形成邊緣支撐結(jié)構(gòu)。

在第七實(shí)施方案中，一種制造半導(dǎo)體器件的方法包括以下步驟：提供包括第一半導(dǎo)體管芯的第一晶圓區(qū)段；提供包括第二半導(dǎo)體管芯的第二晶圓區(qū)段；以及將第一晶圓區(qū)段與第二晶圓區(qū)段對(duì)準(zhǔn)。

在第八實(shí)施方案中，第七實(shí)施方案的第一晶圓區(qū)段是第一半導(dǎo)體晶圓的片段部分。

在第九實(shí)施方案中，第七實(shí)施方案的第一晶圓區(qū)段包括多個(gè)第一半導(dǎo)體管芯。

在第十實(shí)施方案中，第七實(shí)施方案的第二晶圓區(qū)段是整個(gè)第二半導(dǎo)體晶圓。

在第十一實(shí)施方案中，第七實(shí)施方案的方法還包括以下步驟：形成穿過第一晶圓區(qū)段和第二晶圓區(qū)段的對(duì)準(zhǔn)開口。

在第十二實(shí)施方案中，第七實(shí)施方案的方法還包括圍繞第一晶圓形成邊緣支撐結(jié)構(gòu)的步驟。

在第十三實(shí)施方案中，第七實(shí)施方案的第一半導(dǎo)體管芯是第一類型半導(dǎo)體器件，而第二半導(dǎo)體管芯是第二類型半導(dǎo)體器件。