DE102004041889A1 - Halbleitervorrichtung mit gestapelten Halbleiterbauelementen - Google Patents

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    • H01L2224/18—High density interconnect [HDI] connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/23—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process
    • H01L2224/24—Structure, shape, material or disposition of the high density interconnect connectors after the connecting process of an individual high density interconnect connector
    • H01L2224/241—Disposition
    • H01L2224/24151—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive
    • H01L2224/24221—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked
    • H01L2224/24225—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation
    • H01L2224/24227—Connecting between a semiconductor or solid-state body and an item not being a semiconductor or solid-state body, e.g. chip-to-substrate, chip-to-passive the body and the item being stacked the item being non-metallic, e.g. insulating substrate with or without metallisation the HDI interconnect not connecting to the same level of the item at which the semiconductor or solid-state body is mounted, e.g. the semiconductor or solid-state body being mounted in a cavity or on a protrusion of the item
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73267—Layer and HDI connectors
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    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/82—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected by forming build-up interconnects at chip-level, e.g. for high density interconnects [HDI]
    • H01L2224/82009—Pre-treatment of the connector or the bonding area
    • H01L2224/8203—Reshaping, e.g. forming vias
    • H01L2224/82035—Reshaping, e.g. forming vias by heating means
    • H01L2224/82039—Reshaping, e.g. forming vias by heating means using a laser
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    • H01L2224/92—Specific sequence of method steps
    • H01L2224/922—Connecting different surfaces of the semiconductor or solid-state body with connectors of different types
    • H01L2224/9222—Sequential connecting processes
    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
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    • H01L2225/1011—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement
    • H01L2225/1017—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00 the containers being in a stacked arrangement the lowermost container comprising a device support
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Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Halbleitervorrichtung bereit, welche eine Stapelung von mehreren Halbleiterbauelementen 10, 20 in einer Halbleitervorrichtung ermöglicht. Die Halbleiterbauelemente sind innerhalb der Halbleitervorrichtung derart angeordnet, dass ihre inaktiven Flächen 16, 26 einander zugewandt sind. Eine Umverdrahtung 61, 62 innerhalb der Halbleitervorrichtung verbindet erste 10 mit zweiten Halbleiterbauelementen 20, wobei die Umverdrahtung mittels der Dünnfilm- und/oder Dickfilmtechnologie herstellbar ist. Eine externe Kontaktierung der Halbleitervorrichtung ist an einem äußeren Rahmenbereich 40 vorgesehen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung mit gestapelten Halbleiterbauelementen. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung mit gestapelten Halbleiterbauelementen bereitgestellt.
  • Obwohl prinzipiell auf beliebige integrierte Schaltungen anwendbar, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf integrierte Speicherschaltungen erläutert.
  • In der Schaltungstechnik von Speicherschaltungen werden Anordnungen von Speicherbauelementen bevorzugt, welche kürzeste Umverdrahtungen zwischen den einzelnen Bauelementen ermöglichen. Dies ist zweckmäßig, um geringe Signallaufzeiten zwischen den Speicherbauelementen zu erreichen, und auf diese Weise kurze Latenzzeiten und eine hohe Datentransferrate zu ermöglichen. Des Weiteren verringern sich die Verlustleistungen in den Umverdrahtungen, sowie die Kapazität der Umverdrahtung.
  • Mit zunehmender Integrationsdichte der heutigen Halbleitertechnologie wird ein immer kompakterer Aufbau in einer Ebene ermöglicht. Eine weitere Erhöhung der Integrationsdichte lässt sich erreichen, indem die Speicherbauelemente in mehreren Ebenen übereinander gestapelt werden. Ein geläufiges Verfahren ist Platinen zweiseitig zu bestücken. Auf diese Weise lassen sich zumindest zwei Halbleiterbauelemente übereinander anordnen. Des Weiteren können mehrere solche bestückte Platinen gestapelt und durch Kabel oder Steckverbindungen vertikal kontaktiert werden. Jedoch ergeben sich hierbei hohe Kosten für die Kontaktierung sowie die Montage der Platinen. Auch ist keine wesentliche Verringerung der Verdrahtungslängen und der parasitären Kapazitäten zu erreichen.
  • Andere Verfahren sehen vor die Speicherbauelemente direkt aufeinander zu platzieren. Bei einer Anordnung werden zwei Halbleitergehäuse (TSOP-Gehäuse) aufeinander gestapelt und die externen Kontaktierungen (Pins) miteinander verlötet. Eine andere Variante sieht vor, zwei ungehäuste Halbleiterbauelemente (Dies) aufeinander zu platzieren und jeweils einen Kontakt der beiden ungehäusten Halbleiterbauelemente intern mit dem selben externen Kontakt eines Gehäuses intern zu verdrahten (bonden). Jedoch ist die Bauhöhe eines solchen Stapels für viele Anwendungen zu hoch, außerdem lassen sich nur wenige, zwei bis drei, Bauelemente stapeln. Des Weiteren weisen die Umverdrahtungen eine zu große Kapazität und Induktivität auf Grund ihrer Länge und der vielen Kantaktierungen auf, als dass sich ein solcher Stapel für Hochfrequenzanwendungen eignen würde. Zu dem ist keine Impedanzanpassung der Umverdrahtungen vorgesehen.
  • Eine weitere Vorrichtung platziert ein Halbleiterbauelement in einem vorgefertigten Gehäuse. Dieses Gehäuse weist externe Kontakte zu seiner Unterseite, als auch externe Kontakte zu seiner Oberseite hin auf, welche jeweils miteinander verbunden sind. Die Kontakte werden während des Herstellungsverfahrens mit einem ungehäusten Halbleiterbauelement intern verdrahtet. Eine vertikale Integration mehrerer Halbleiterbauelemente lässt sich somit durch Stapeln der Gehäuse erreichen. Nachteilig ist, dass der Funktionalität der Halbleiterbauelemente entsprechend, die vorgefertigten Gehäuse angefertigt und bevorratet werden müssen. Bei sich ändernden Abmessungen der Halbleiterbauelemente auf Grund einer erhöhten Integrationsdichte und/oder erweitertem Funktionsumfang werden neue Gehäuseformen mit neuen Innenabmessungen benötigt. Außerdem ist deren Bauhöhe für viele Anwendungen zu groß, weshalb sich nur wenige Vorrichtungen stapeln lassen. Auch weist die interne Umverdrahtung eine zu hohe Induktivität und Kapa zität auf, als dass sich die Vorrichtung für Hochfrequenzanwendungen eignet.
    •
  • Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine Stapelung von Halbleiterbauelementen mit einer verbesserten Umverdrahtung ermöglicht. Des Weiteren ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren anzugeben, mit Hilfe dessen sich die erfindungsgemäße Halbleitervorrichtung herstellen lässt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in Anspruch 1 angegebene Halbleitervorrichtung und das in Anspruch 15 angegebene Verfahren gelöst.
  • Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen insbesondere darin, dass die interne Umverdrahtung einzelner Halbleiterbauelemente in einer Halbleitervorrichtung kostengünstig mittels Dünnschicht- und/oder Dickschicht-Technologie herstellbar ist. Zusätzlich ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Herstellung im hochparallelen Verbund.
  • In der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung ist in einer ersten Ebene ein erstes Halbleiterbauelement und in einer zweiten Ebene ein zweites Halbleiterbauelement angeordnet. Dabei sind die Halbleiterbauelemente so orientiert, dass jeweils eine inaktive Seiten eines Halbleiterbauelements dem anderen Halbleiterbauelement zugewandt ist. Zwischen den Halbleiterbauelementen ist eine adhäsive Schicht eingebracht. Ein so gebildeter Stapel ist von einem Rahmenbereich zumindest teilweise umgeben, in welchem eine Umverdrahtungseinrichtung vorgesehen ist, welche eine Verbindung zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbauelement schafft.
  • Das Verfahren zur Herstellung der erfindungsgemäßen Halbleitervorrichtung sieht folgende Schritte vor: Bereitstellen eines temporären Substrats, auf welchem mindestens ein Stapel mit der zuvor beschriebenen Geometrie sukzessive aus einem ersten Halbleiterbauelement, einer adhäsiven Schicht und einem zweiten Halbleiterbauelement aufgebracht wird. Randbereiche zwischen derart gebildeten Stapeln werden mit einer aushärtbaren Vergussmasse aufgefüllt und danach wird von der selbsttragenden Struktur das temporäre Substrat entfernt. In den folgenden Schritten wird eine Umverdrahtungseinrichtung in dem Rahmenbereich gebildet, sowie die Umverdrahtungseinrichtung mit den Kontaktbereichen verbunden. Sind die einzelnen Halbleitervorrichtungen gefertigt, wird die selbsttragende Struktur in die einzelnen Halbleitervorrichtungen zerteilt.
  • Gemäß einer besonders bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird die Umverdrahtungseinrichtung in dem Rahmenbereich aus einer ersten und zweiten Umverdrahtung gebildet. Dazu sind Vertiefungen von beiden Seiten aus in den Rahmenbereich derart eingebracht, dass sich die beiden Umverdrahtungen berühren. Eine weitere Weiterbildung sieht vor, die Vertiefung nur von einer Seite aus einzubringen und dafür die andere Vertiefung so zu gestalten, dass sie die gesamte Höhe des Stapels aufweist. Eine bevorzugte Weiterbildung sieht vor, diese Vertiefungen mittels eines Lasers in den Rahmen einzubringen.
  • Um die mechanische Eigenschaften der Halbleitervorrichtung zu verbessern, sehen weitere Weiterbildungen vor eine Pufferschicht neben den Halbleiterbauelementen einzubringen. Die adhäsive Schicht kann zusätzlich ein Kernsubstrat aufweisen, welches eine erhöhte Steifigkeit aufweist.
  • Weitere Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich durch Anordnen von mehr als einem Halbleiterbauelement in einer oder beiden Ebenen.
  • Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
    •
  • Es zeigen:
  • 1–14 schematische Darstellungen aufeinander folgender Stadien einer Ausführungsform während eines Herstellungsverfahrens;
  • 15 eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf die Ausführungsform;
  • 16–21 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsformen; und
  • 22 eine schematische Darstellung einer Montage eines Stapels einer Ausführungsform auf einer Leiterplatte.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Bestandteile. In den Figuren sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht alle Bezugszeichen auf einmal dargestellt. Hierbei ist jede Figur mit den vorhergehenden Figuren zu vergleichen und die Bezugszeichen sinngemäß zu übernehmen.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines ersten Stadiums einer Ausführungsform während eines Herstellungsverfahrens. Ausschnittsweise ist ein temporäres Substrat 1 mit einer ersten Oberfläche 901 gezeigt. Das temporäre Substrat 1 ist vorzugsweise eine Folie. Lateral ist eine Unterteilung in Vorrichtungsbereiche A, B vorgesehen. Die Ränder 900a, 900b der Vorrichtungsbereiche A, B geben die Abmessungen der durch die Ausführungsform des Verfahrens hergestellten Halbleitervorrichtungen vor. In jedem Vorrichtungsbereich A, B ist ein erstes Halbleiterbauelement 10a, 10b auf die Oberfläche 901 platziert. Die ersten Halbleiterbauelemente 10a, 10b weisen einen Substratbereich 11 mit einer aktiven Seite 15 und einer inaktiven Seite 16 auf. Auf der aktiven Seite 15 befindet sich ein Kontaktierungsbereich 18a, 18b der ersten Halbleiterbauelemente 10a, 10b, in welchem sich die Chipanschlussbereiche 13 befinden. Die aktive Seite 15 ist bis auf eine Vertiefung 14 über den Chipanschlussbereichen 13 durch eine Passivierungsschicht 12 bedeckt. Die ersten Halbleiterbauelemente 10a, 10b sind mit der aktiven Seite 15 zu dem Substrat hin orientiert aufgebracht. Zwischen dem Rand 900a, 900b der Vorrichtungsbereiche A, B und den ersten Halbleiterbauelementen 10a, 10b befindet sich ein vorerst freibleibender Randbereich 40. Dieser Randbereich 40 kann einerseits jedes erste Halbleiterbauelement 10a, 10b umschließen oder zumindest eine Seite des ersten Halbleiterbauelements 10a, 10b einnehmen.
  • In 2 ist durch einen weiteren Herstellungsschritt zuerst eine adhäsive Schicht 30 auf die inaktive Seite der Halbleiterbauelemente 10a, 10b aufgebracht. Auf diese adhäsive Schicht 30 sind zweite Halbleiterbauelemente 20a, 20b aufgebracht. In dieser Ausführungsform sind die ersten und zweiten Halbleiterbauelemente 10a, 20a identisch aufgebaut. Dies ist jedoch nicht als beschränkend anzusehen. Vielmehr ist angedacht auch funktionell verschiedene Halbleiterbauelemente innerhalb eines Gehäuses zu integrieren. Die zweiten Halbleiterbauelemente 20a, 20b sind mit ihren aktiven Flächen 26 und den darauf befindlichen Kontaktbereichen 28a, 28b von den ersten Halbleiterbauelementen 10a, 10b abgewandt orientiert. Die ersten und zweiten Halbleiterbauelemente 10a, 10b, 20a, 20b bilden zwei Stapel, wobei die ersten und zweiten Halbleiterbauelemente mit ihren Rücken zueinander angeordnet sind (back-to-back). Die zweiten Halbleiterbauelemente 20a, 20b weisen einen Abstand zu dem Rand 900a, 900b der Vorrichtungsbereiche A, B auf. Dieser entspricht jedoch nicht zwingend, wie in 2 dargestellt, dem Abstand der ersten Halbleiterbauelementen 10a, 10b zu dem Rand 900a, 900b.
  • Der Randbereich 40 wird mit einer Vergussmasse gefüllt, siehe dazu 3. Hierbei sind u.a. weitere nicht ausgeführte Schritte notwendig, um zu erreichen, dass die Vergussmasse bündig mit den zweiten Halbleiterbauelementen 20a, 20b mit einer ebenen zweiten Oberfläche 902 abschließt. Durch die Vergussmasse wird eine selbsttragende Struktur 2 gebildet. Deshalb kann in einem nachfolgenden Schritt das temporäre Substrat 1 von der ersten Oberfläche 901 gelöst werden. In 4 ist die selbsttragende Struktur mit den ebenen ersten und zweiten Oberflächen 901 und 902 dargestellt.
  • In den nachfolgend beschriebenen 5–13 wird die Herstellung von einer Umverdrahtungseinrichtung 61a, 61b, 62a, 62b mittels Durchkontaktierungen in dem Randbereich 40, sowie die Umverdrahtung der ersten und zweiten Halbleiterbauelemente 10a, 10b, 20a, 20b mit der Umverdrahtungseinrichtung 61a, 61b, 62a, 62b erläutert. Hierbei ist insbesondere von Bedeutung, dass über die Umverdrahtungseinrichtung 61a, 61b, 62a, 62b eine Umverdrahtung zwischen den ersten und den zweiten Halbleiterbauelementen 10a, 10b, 20a, 20b erreicht wird.
  • In einem ersten Schritt wird auf die erste Oberfläche 901 ein Dielektrikum 51 aufgebracht. Mit bekannter Technik, z.B. mit einem lithographischen Verfahren, wird das Dielektrikum 51 derart strukturiert, dass die Kontaktierungsbereiche 18a, 18b der ersten Halbleiterbauelemente 10a, 10b nicht von dem Dielektrikum 51 bedeckt sind (5). Des Weiteren wird das Dielektrikum 51 bei den Öffnungsbereichen 131 oberhalb des Rahmenbereichs 40 entfernt. Unterhalb der freigelegten Öffnungsbereiche 131 werden erste Vertiefung 101a, 101b in die Vergussmasse im Rahmenbereich 40 erzeugt. Eine Vertiefung 101a, 101b weist einen Bodenbereich 111 und Seitenwände 121 auf. Der Bodenbereich 111 ist vorzugsweise flächig ausgeformt. Dies kann z.B. durch leistungsstarke Laser erfolgen. Die Tiefe der Vertiefung 101a, 101b ist in 6 als halbe Höhe des Stapels dargestellt. Dies ist jedoch nur eine mögliche Ausführungsform, eine Beschränkung hinsichtlich der Tiefe der ersten Vertiefung ist nicht vorgesehen.
  • In einem nachfolgenden Schritt (7) wird eine leitfähige Schicht auf die soeben strukturierte erste Oberfläche 901 abgeschieden. Dabei scheidet sich die leitfähige Schicht auf dem Bodenbereich 111, den Seitenwänden 121, der dielektrischen Schicht 51 und den ersten Kontaktbereichen 18a, 18b ab. Auf diese Weise wird eine elektrische Verbindung zwischen den Bodenbereichen 111 und den ersten Kontaktierungsbereichen 18a, 18b erreicht. Mit lithographischen Strukturierungsschritten vor und/oder nach dem Aufbringen der leitfähigen Schicht wird eine Umverdrahtung auf der ersten Oberfläche 901 erzeugt. Die leitfähige Schicht ist vorzugsweise aluminium- oder kupferhaltig. Um die Umverdrahtung zu schützen wird eine Deckschicht 71, z.B. ein Schutzlack, aufgebracht. Dieser bedeckt jedoch nicht die Vertiefung 101a, 101b (8). In die Vertiefung 101a, 101b wird ein Plug 81 aus einem leitfähigen Material eingebracht (9). Der Plug 81 dient der externen Kontaktierung des Stapels aus den Halbleiterbauelementen 10a, 20a.
  • Auf die zweite Oberfläche 902 wird zuerst ein Dielektrikum 52 aufgebracht, welches analog dem Dielektrikum 51 auf der ersten Oberfläche strukturiert wird (10). Durch zweite Öffnungsbereiche 132 oberhalb des Rahmenbereichs 40 werden zweite Vertiefung 102a, 102b in den Rahmenbereich 40 eingebracht. Die zweiten Öffnungsbereiche 132 bzw. die zweiten Vertiefung 102a, 102b sind den ersten Vertiefung 101a, 101b gegenüberliegend angeordnet. Die Tiefe der zweiten Vertiefung 102a, 102b ist derart gewählt, dass der Boden der zweiten Vertiefung 102a, 102b den Boden der ersten Vertiefung 101a, 101b berührt. Durch das vorherige Aufbringen des leitfähigen Films auf die ersten Vertiefung 101a, 101b, wird nun durch die zweiten Vertiefung 102a, 102b dieser leitfähige Film auf seiner Unterseite freigelegt, vergleiche dazu 11.
  • Durch nachfolgendes Aufbringen eines zweiten leitfähigen Films auf die strukturierte zweite Oberfläche 902 (12) wird einerseits eine zweite Umverdrahtung 52 des Kontaktbe reichs 28a, 28b des zweiten Halbleiterbauelements 20a, 20b mit dem Bodenbereich 112 des zweiten Vertiefungen 102a, 102b erreicht. Gleichzeitig wird dadurch auch eine Umverdrahtung zwischen den ersten und zweiten Halbleiterbauelemente 10a, 20a erreicht, da im Bereich der beiden Bodenbereiche 111, 112 die beiden Umverdrahtungen 51, 52 in Kontakt sind.
  • Nachfolgende Schritte umfassen eine Passivierung der zweiten Umverdrahtung 52 mit einer Deckschicht 72 und das Einbringen von zweiten Plugs 82 in die zweiten Vertiefung 102a, 102b (13).
  • In einem der abschließenden Schritte wird die freitragende Struktur 2 in einzelne Halbleitervorrichtungen 3 zerteilt. Die Teilung erfolgt entlang der Ränder 900a, 900b der Vorrichtungsbereiche A, B. Eine einzelne Halbleitervorrichtung 3 ist in 14 dargestellt. Die Bezugszeichen sind auf die Ziffern verkürzt, da keine Unterscheidung hinsichtlich erster und zweiter Vorrichtungsbereiche A, B nötig ist.
  • In 15 ist eine Aufsicht der Ausführungsform entlang der Linie 910 schematisch dargestellt. Die Plugs 81 sind im Rahmenbereich 40 der Halbleitervorrichtung angeordnet. Die großen Abstände der Plugs 81 durch deren Anordnung in dem äußeren Rahmenbereich 40 erleichtert vorteilhafter Weise die Montage und Kontaktierung des Gehäuses auf einer Platine. Die Positionierung der Plugs 81 ist nur durch die Schritte vorgeben, welche die Vertiefungen 101a, 101b erzeugen. Die weiteren Schritte sind davon nicht betroffen. Daher kann in vorteilhafter Weise alleinig durch Ändern dieser Schritte das Gehäuse an die externe Umverdrahtung angepasst. Hierbei ist gegebenenfalls die Positionierung der zweiten Plugs 82 anzupassen. Es sei angemerkt, dass vorteilhafter Weise nicht alle ersten und zweiten Vertiefungen übereinander angeordnet sind, da z.B. nicht alle Pins eines ersten Halbleiterbauelements 10a mit einem zweiten Halbleiterbauelement 20a verbunden wer den sollen, aber externe Verbindungen zu einer Oberfläche hin erwünscht sind.
  • Parallel zu den Umverdrahtungen 51, 52 sind in weiteren Ausführungsformen (nicht dargestellt) parallel Abschirmungsflächen abgeschieden. Diese werden in einem vorhergehenden und/oder nachfolgendem Schritt aufgebracht. Dabei wird zusätzlich eine dielektrische Schicht zwischen den Abschirmungsflächen und den Umverdrahtungen 51, 52 aufgebracht. Ein Impedanzanpassung der Umverdrahtungen 51, 52 ist durch diese zusätzlichen Schichten erreichbar. Dazu sind parallel zu den Umverdrahtungen 61, 62 verlaufende leitfähige Masseschichten oder Masseverdrahtungen vorgesehen, welche auf ein festes Potential, bevorzugt das Massepotential, gesetzt werden. Vorzugsweise sind die leitfähigen Schichten aus Aluminium und/oder Kupfer. Ein Isolationsschicht aus einem Dielektrikum mit einer vorgegebenen Wandstärke isoliert die Masseschichten von der Umverdrahtung 61, 62. Die Wandstärke ist derart zu wählen, dass mit den geometrischen Vorgaben der Umverdrahtungen und der dielektrischen Konstante die gewünschte Impedanz, typischer Weise 50 Ohm, bei den Signalfrequenzen der Halbleiterbauelemente erreicht werden. Damit eignen sich die Stapel für Hochfrequenzanwendungen. Da die Umverdrahtung keine weiteren Verbindungselemente benötigt, um die ersten mit den zweiten Halbleiterbauelementen zu verbinden, ist die Induktivität und die Kapazität sehr gering. Dies ist wiederum vorteilhaft u.a. für Hochfrequenzanwendungen.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 16 dargestellt. Hierbei sind die Vertiefungen 103 durch die erste Oberfläche 901 so tief, dass sie die gesamte Vergussmasse durchbohren. Der Boden 113 der Vertiefung 103 fällt mit der zweiten Oberfläche 902 zusammen. Die Umverdrahtung 61 auf der ersten Oberfläche berührt wie gehabt die Umverdrahtung 62 auf der zweiten Oberfläche. Hierbei ist vorteilhafter Weise ein Einbringen von zweiten Vertiefungen durch die zweite Oberfläche 902 nicht nötig.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 17 dargestellt. Unmittelbar seitlich angrenzend an die ersten und zweiten Halbleiterbauelemente 10, 20 ist eine Pufferschicht 90 eingebracht. Die Pufferschicht 30 ist weich und verringert vorteilhafter Weise mechanischen Stress innerhalb des Gehäuses, welcher u.a. durch verschieden starke Ausdehnungen des Gehäuses und der Halbleiterbauelemente 10, 20 bei Temperaturänderungen entsteht.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 18 dargestellt. Hierbei werden in einer Ebene zwei dritte Halbleiterbauelemente 30, 40 angeordnet. Eine Umverdrahtung 63 zwischen den beiden dritten Halbleiterbauelementen und eine Umverdrahtung 62 mit den Durchkontaktierungen verbinden die ersten und dritten Halbleiterbauelemente 10, 30, 40. Der Zwischenraum 41 zwischen den dritten Halbleiterbauelementen 30, 40 wird vorteilhafter Weise mit einer Vergussmasse gefüllt. Beliebige Kombinationsmöglichkeiten von ein oder mehreren Halbleiterbauelementen in den beiden Ebenen sind denkbar.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 19 dargestellt. Um die externe Kontaktierung zu erleichtern sind auf die Plugs 81, 82 Lotdepoterhebungen 84 aufgebracht. Für eine einfachere Stapelung der Gehäuse werden die Lotdepoterhebungen in einer weiteren Ausführungsform nur auf einer Oberfläche aufgebracht. Durch ein Erhitzen eines Stapels mehrerer Gehäuse in einem Lötofen ergeben sich dann vertikale Umverdrahtungen der Gehäuse untereinander und auch zwischen den Halbleiterbauelementen eines Gehäuses mit weiteren Halbleiterelementen in anderen Gehäusen.
  • Ein Kompatibilität mit bestehenden Gehäusenormen und/oder üblichen Kontaktierungsmustern von Leiterplatten ist gewährleistet, indem die Vertiefung entsprechend den Normen in dem Rahmen eingebracht werden. Nach der beschriebenen Ausfüh rungsform befinden sich dann die Lotdepoterhebungen 84 an den gewünschten Positionen.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 20 dargestellt. Durch ein Kernsubstrat 33 wird eine höhere mechanische Festigkeit des Gehäuses erreicht. Hierzu werden für das Kernsubstrat steife Materialien bevorzugt. Das Kernsubstrat wird in die adhäsive Schicht 30 integriert. Die gegenüberliegenden Seiten des Kernsubstrats 33 sind von zwei adhäsiven Materialien 32, 34 überzogen, so dass das Kernsubstrat dauerhaft mit den ersten und zweiten Halbleiterbauelementen 10a, 20a verbunden ist. In der Darstellung ist das Kernsubstrat 33 eine durchgehende Schicht, in dieser Ausführung sind die Vertiefung auch in das Kernsubstrat 33 einzubringen.
  • Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist schematisch in 21 dargestellt. Hierbei wird ein vorgefertigter Rahmen verwendet. Dieser ist gitterförmig aus Streben 91 aufgebaut. Die Hohlräume zwischen den Streben sind ausreichend groß für die Halbleiterbauelemente 10, 20. Der Randbereich wird zum Grossteil von dem Rahmen eingenommen. Ein Spalt zwischen den Streben 91 und den Halbleiterbauelementen 10, 20 wird mit Vergussmasse gefüllt. Damit werden die Halbleiterbauelemente an dem Rahmen 10, 20 befestigt. In die Streben 91 werden Löcher 106 gebohrt und diese mit Metall gefüllt, um eine Durchkontaktierung zu erreichen.
  • In 22 ist die Montage einer Ausführungsform auf einer Leiterplatte dargestellt. Eine untere Halbleitervorrichtung 3 kontaktiert mittels Lotdepoterhebungen 84 auf Kontaktbereiche 5 einer Leiterplatte 4. Auf der unteren Halbleitervorrichtung 3 ist eine obere Halbleitervorrichtung 3 gestapelt, welche über Lotdepoterhebungen 84 mit einem Plug 82 der unteren Halbleitervorrichtung 3 elektrisch verbunden ist. Eine mögliche adhäsive Schicht 140 zwischen den Halbleitervorrichtungen 3 sorgt für die mechanische Stabilität des Stapels. Die Zahl der gestapelten Halbleitervorrichtungen 3 ist nicht beschränkt.
  • Obwohl die vorliegende Erfindung vorstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern in vielfältiger Art und Weise modifizierbar.
  • Insbesondere ist das Herstellungsverfahren nicht darauf eingeschränkt mit der Strukturierung der ersten Oberfläche zu beginnen. Ebenso wenig müssen die einzelnen Schritte in der dargestellten Weise aufeinander folgen. Hierbei ergeben sich dem Fachmann offensichtliche Änderungsmöglichkeiten.

Claims (29)

  1. Halbleitervorrichtung mit mehreren gestapelten Halbleiterbauelementen, wobei die Halbleitervorrichtung aufweist: a) einen Stapel, welcher aufweist: a1) mindestens ein erstes Halbleiterbauelement (10) in einer ersten Ebene; a2) mindestens ein zweites Halbleiterbauelement (20) in einer zweiten Ebene, welche vertikal zur ersten Ebene beabstandet ist; und a3) eine adhäsive Schicht (30), welche zwischen dem ersten und dem zweiten Halbleiterbauelement (10, 20) eingebracht ist; wobei die Halbleiterbauelemente (10a, 20a) eines Stapels derart orientiert sind, dass eine erste aktive Fläche (15) mit einem ersten Kontaktbereich (18) des ersten Halbleiterbauelements (10) von dem zweiten Halbleiterbauelement (20) abgewandt ist und eine zweite aktive Fläche (25) mit einem zweiten Kontaktbereich (28) des zweiten Halbleiterbauelements (20) von dem ersten Halbleiterbauelement (10) abgewandt ist; b) einen Rahmenbereich (40), welcher an mindestens einer Seite lateral an die Halbleiterbauelemente (10a, 20a) angrenzt; c) einer Umverdrahtungseinrichtung (61, 62), welche in dem Rahmenbereich (40) eingebracht ist und welche den ersten Kontaktierungsbereich (18) mit dem zweiten Kontaktierungsbereich (28) verbindet.
  2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Umverdrahtungseinrichtung (61, 62) aufweist: c1) eine erste Vertiefung (101) durch eine erste Oberfläche (901) des Rahmenbereichs (40) in den Rahmenbereich (40) hinein, wobei auf einen ersten Bodenbereich (111) eine erste Umverdrahtung (61) aufgebracht wird, welche den Bodenbereich mit dem ersten Kontaktbereich (18) verbindet; und c2) eine zweite Vertiefung (102) durch eine, der ersten Oberfläche (901) gegenüberliegenden, zweite Oberfläche (902) des Rahmenbereichs (40) in den Rahmenbereich (40) hinein, wobei ein zweiter Bodenbereich (121) der zweiten Vertiefung (102) an den ersten Bodenbereich (111) angrenzt, und wobei eine zweite Umverdrahtung (62) auf den zweiten Bodenbereich (112) aufgebracht ist, welche den zweiten Bodenbereich (112) mit den zweiten Kontaktbereichen (28) verbindet und mit der ersten Umverdrahtung (61) in dem Bodenbereich (112) verbunden ist.
  3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Umverdrahtungseinrichtung (61, 62) eine dritte Vertiefung (103) durch eine ersten Oberfläche (901) des Rahmenbereichs (40) in den Rahmenbereich (40) hinein aufweist, wobei die Vertiefung (103) bis zur einer, der ersten Oberfläche (901) gegenüberliegenden, zweiten Oberfläche (902) des Rahmenbereichs (40) reicht, und wobei auf einen dritten Bodenbereich (113) eine erste Umverdrahtung (61) aufgebracht ist, welche den dritten Bodenbereich (113) mit dem ersten Kontaktbereich verbindet und wobei eine zweite Umverdrahtung (62) auf die zweite Oberfläche (902) aufgebracht ist, welche im dritten Bodenbereich (113) die erste Umverdrahtung (61) berührt und zugleich mit dem zweiten Kontaktbereich (28) verbunden ist.
  4. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem Randbereich (40) eine Pufferschicht (90) lateral angrenzend an mindestens einer Seite der Halbleiterbauelemente (10, 20) vorgesehen ist.
  5. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei innerhalb einer ersten und/oder einer zweiten Ebene mindestens zwei Halbleiterbauelemente (10, 20) angeordnet sind.
  6. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 5, wobei Zwischenräume (41) zwischen zwei ersten Halbleiterbauelementen (10) und/oder zwischen zwei zweiten Halbleiterbauelementen (20) mit einer Vergussmasse gefüllt sind.
  7. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Umverdrahtung (53) zwischen zwei ersten Halbleiterbauelementen (10) und/oder zwischen zwei zweiten Halbleiterbauelementen (20) vorgesehen ist.
  8. Halbleitervorrichtung einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die adhäsive Schicht (30) ein Kernsubstrat (33) aufweist, wobei auf die gegen-überliegenden Oberflächen des Kernsubstrats (33) jeweils eine adhäsive Schicht (32, 34) aus klebendem Material aufgebracht ist.
  9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Kernsubstrat (33) Epoxid-Harz aufweist.
  10. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine der ersten, zweiten und/oder dritten Vertiefungen (101, 102, 103) mit einem leitfähigen Material gefüllt sind.
  11. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 10, wobei auf mindestens eine der gefüllten Vertiefungen (81, 82, 83) eine Lotdepoterhebung aufgebracht ist.
  12. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein vorgefertigter Trägerrahmen in dem Randbereich (40) eingebracht ist.
  13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12, wobei in den vorgefertigten Trägerrahmen Umverdrahtungseinrichtungen (61, 62) eingebracht sind.
  14. Halbleitervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Umverdrahtungseinrichtungen (61, 62) Impedanz-angepasst sind.
  15. Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung mit gestapelten Halbleiterbauelementen nach Anspruch 1, welches die Schritte aufweist: a) Bereitstellen eines temporären Substrats (1); b) Bilden von mindestens einem Stapel aus ersten (10a, 10b) und zweiten Halbleiterbauelementen (20a, 20b) auf dem temporären Substrat (1), wobei die Stapel innerhalb eines oder mehrerer lateraler Halbleitervorrichtungsbereiche (A, B) angeordnet sind und wobei die Halbleiterbauelemente (10a, 10b, 20a, 20b) innerhalb der Halbleitervorrichtungsbereiche (A, B) an mindestens einer Seite durch einen Randbereich (40) von dem Rand (900a, 900b) der Halbleitervorrichtungsabschnitte (A, B) beabstandet sind, mit den Schritten: b1) Aufbringen erster Halbleiterbauelemente (10a, 10b) innerhalb der Halbleitervorrichtungsbereiche (A, B) auf das temporäre Substrat (1), wobei erste aktive Seiten (15) mit ersten Kontaktierungsbereichen (18a, 18b) erster Halbleiterbauelemente (10a, 10b) dem temporären Substrat (1) zugewandt sind; b2) Aufbringen einer adhäsiven Schicht (30) auf dem temporären Substrat (1) abgewandte erste inaktive Seiten (16) der ersten Halbleiterbauelemente (10a, 10b); und b3) Aufbringen von zweiten Halbleiterbauelementen (20a, 20b) innerhalb der Halbleitervorrichtungsbereiche (A, B) auf die adhäsive Schicht (30), wobei jedes zweite Halbleiterbauelement (20a, 20b) derart orientiert ist, dass seine aktive Seite (25) mit einem zweiten Kontaktierungsbereich (28a, 28b) den ersten Halbleiterbauelementen (10a, 10b) abgewandt ist; c) Auffüllen der Randbereiche (40) mit einer Vergussmasse, so dass ein selbsttragender Verbund (2) gebildet wird; d) Entfernen des temporären Substrats (1) von dem selbsttragenden Verbund (2); e) Bilden von einer Umverdrahtungseinrichtung (61, 62) in den Randbereichen (40) und auf einer ersten (901) und einer zweiten Oberfläche (902) des selbstragenden Verbundes (2) derart, dass eine elektrische Verbindung zwischen den ersten und zweiten Halbleiterbauelementen (10a, 20a) erreicht wird; und f) Zerteilen in einzelne Halbleitervorrichtungen entlang den Rändern (900a, 900b) der Halbleitervorrichtungsbereiche (A, B).
  16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt e) zum Bilden einer Umverdrahtungseinrichtung (61, 62) folgende Schritte aufweist: e1) Ausbilden einer ersten vertikalen Vertiefung (101a, 101b) durch die erste Oberfläche (2) des selbsttragenden Verbundes (2) in den Rahmenbereich (40); e2) Abscheiden und Strukturieren eines leitfähigen Films auf die durch Schritt e1) strukturierte erste Oberfläche (901) und den ersten Bodenbereich (111), derart, dass eine erste Umverdrahtung (61a, 61b) zwischen dem ersten Bodenbereich (111) der ersten Vertiefung (101a, 101b) und den ersten Kontaktbereichen (18a, 18b) gebildet wird; e3) Ausbilden einer zweiten vertikalen Vertiefung (102a, 102b) durch eine, der ersten Oberfläche (901) gegenüberliegende, zweite Oberfläche (902) des selbsttragenden Verbundes (2) in den Rahmenbereich (40), derart dass ein zweiter Bodenbereich (112) der zweiten vertikalen Vertiefung den ersten Bodenbereich (111) mit den Umverdrahtungen (61a, 61b) freilegt; und e4) Abscheiden und Strukturieren eines zweiten leitfähigen Films auf die durch Schritt e3) strukturierte zweite Oberfläche (902) und den zweiten Bodenbereich (112), derart dass eine zweite Umverdrahtung (62a, 62b) zwischen dem zweiten Bodenbereich (112) und den zweiten Kontaktbereichen (18a, 18b) gebildet wird.
  17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei der Schritt e) zum Bilden einer Umverdrahtungseinrichtung (61, 62) folgende Schritte aufweist: e1) Ausbilden von vertikalen Vertiefungen (103) durch die erste Oberfläche (901) des selbsttragenden Verbundes (2) in den Rahmenbereich (40), wobei Bodenbereiche (113) in der Ebene der zweiten Oberfläche (902) liegt; e2) Abscheiden und Strukturieren eines leitfähigen Films auf die strukturierte erste Oberfläche (901) und die Bodenbereichen (113), derart dass eine Umverdrahtung (61a, 61b) zwischen den Bodenbereichen (113) der Vertiefungen (103) und den ersten Kontaktbereichen (18a, 18b) gebildet wird; und e3) Abscheiden und Strukturieren eines zweiten leitfähigen Films auf die zweite Oberfläche (902), derart dass eine Umverdrahtung (62a, 62b) zwischen den Bodenbereichen (113) und den zweiten Kontaktbereichen (18a, 18b) gebildet wird.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-17, wobei die Vertiefungen (101, 102, 103) durch Einwirkung eines Laserstrahls erzeugt werden.
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-18, wobei innerhalb eines Halbleitervorrichtungsabschnittes (A, B) mindestens zwei erste Halbleiterbauelemente (10a, 10b) in dem Schritt b1) und/oder mindestens zwei zweite Halbleiterbauelemente (20a, 20b) in dem Schritt b3) angeordnet werden.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, welches die weiteren Schritte aufweist: Auffüllen erster Zwischenräume zwischen den ersten Halbleiterbauelementen (10a, 10b) und/oder Auffüllen zweiten Zwischenräume zwischen den zweiten Halbleiterbauelementen (20a, 20b) mit einer Vergussmasse.
  21. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 16-20, welches den weiteren Schritt aufweist: Auffüllen mindestens einer der Vertiefungen (101, 102, 103) mit einem leitfähigen Material, nachdem der leitfähige Film in die zufüllende Vertiefung (101, 102, 103) aufgebracht wurde.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, welches den weiteren Schritt aufweist: Bilden von Lotdepoterhebungen auf mindestens einer der gefüllten Vertiefungen (81, 82, 83).
  23. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-22, welches die weiteren Schritte aufweist: Aufbringen einer ersten Deckschicht (71) auf die Umverdrahtungen (61a, 61b) und die Kontaktbereiche (18a, 18b), wobei ein erster Öffnungsbereich (131) der ersten Vertiefungen (101a, 101b) in der ersten Oberfläche (901) nicht bedeckt wird und/oder Aufbringen einer zweiten Deckschicht (72) auf die zweiten Umverdrahtungen (62a, 62b) und die zweiten Kontaktbereiche (28a, 28b), wobei ein zweiter Öffnungsbereich (132) der zweiten Vertiefungen (102a, 102b) in der zweiten Oberfläche (902) nicht bedeckt wird.
  24. Verfahren nach Anspruch 15, welches den weiteren Schritt aufweist: Anordnen eines vorgefertigten gitterförmigen Trägerrahmens auf das temporäre Substrat (1), derart dass Gitterstreben (91) des Trägerrahmens sich innerhalb des Rahmenbereichs (40) befinden.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, wobei der Schritt e) zum Bilden der Umverdrahtungseinrichtung (61, 62) folgende Schritte aufweist: e1) Ausbilden von leitfähigen vertikalen Verbindungen (106) in die Gitterstreben (91) durch Ausbilden eines Loches in den Gitterstreben (91) und Ausfüllen der Löcher in die G; e2) Bilden von Umverdrahtungen (61a, 62a) zwischen den vertikalen Verbindungen (106) und den ersten und zweiten Kontaktbereichen (18a, 28a).
  26. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-25, wobei in den Randbereich (40) eine Pufferschicht (90) lateral angrenzend an mindestens eine Seite der Halbleiterbauelemente (10a, 10b, 20a, 20b) eingebracht wird.
  27. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-26, wobei der Schritt b2) die Schritte aufweist: Aufbringen einer ersten klebenden Schicht (32) aus einem adhäsiven Materials auf die ersten inaktiven Seiten (16); Aufbringen eines steifen Kernsubstrats (33) auf die erste klebende Schicht (32); und Aufbringen einer zweiten klebenden Schicht auf das Kernsubstrat.
  28. Verfahren nach einem der Ansprüche 15-27 zum Bilden einer Impedanz-angepassten Umverdrahtungseinrichtung (61, 62), wobei vor und/oder nach dem Bilden der Umverdrahtungseinrichtung (61, 62) mittels des Schrittes e) eine leitfähige Masseschicht und eine dielektrische Isolationsschicht in der Reihenfolge abgeschieden werden, dass die dielektrische Isolationsschicht die leitfähige Masseschicht von der Umverdrahtungseinrichtung (61, 62) isoliert.
  29. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-15, wobei auf eine erste Halbleitervorrichtung vertikal eine zweite Halbleitervorrichtung derart gestapelt wird, dass eine Kontaktierungseinrichtung (84) eine Verbindung einer ers ten Umverdrahtungseinrichtung (61, 62) der ersten Halbleitervorrichtung mit einer zweiten Umverdrahtungseinrichtung (61, 62) der zweiten Halbleitervorrichtung bildet.
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