DE102016015805B3 - Multi-stack-package-on-package-strukturen - Google Patents

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    • 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
    • H01L2225/1035—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 the device being entirely enclosed by the support, e.g. high-density interconnect [HDI]
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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
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    • H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3121—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation
    • H01L23/3128—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed a substrate forming part of the encapsulation the substrate having spherical bumps for external connection
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    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H01L2924/1815—Shape
    • H01L2924/1816—Exposing the passive side of the semiconductor or solid-state body
    • H01L2924/18162—Exposing the passive side of the semiconductor or solid-state body of a chip with build-up interconnect

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Abstract

Package, das Folgendes umfasst:einen ersten Bauelement-Die (58);ein erstes Verkapselungsmaterial (66), das den ersten Bauelement-Dies verkapselt, wobei eine Unterseite des ersten Bauelement-Dies koplanar mit einer Unterseite des ersten Verkapselungsmaterials ist;erste dielektrische Schichten (68), die unter dem ersten Bauelement-Die (58) liegen;erste Umverteilungsleitungen (70), die sich in den ersten dielektrischen Schichten (68) befinden und elektrisch mit dem ersten Bauelement-Die (58)gekoppelt sind;zweite dielektrischen Schichten (50), die über dem ersten Bauelement-Die liegen (58);zweite Umverteilungsleitungen (52), die sich in den zweiten dielektrischen Schichten (50) befinden und elektrisch mit den ersten Umverteilungsleitungen (70) gekoppelt sind;ein zweiter Bauelement-Die (34), der über den zweiten Umverteilungsleitungen (52) liegt und elektrisch mit ihnen gekoppelt ist, wobei keine Lötregion den zweiten Bauelement-Die (34) mit den zweiten Umverteilungsleitungen (52) verbindet;ein zweites Verkapselungsmaterial (48), das den zweiten Bauelement-Die (34)verkapselt;einen dritten Bauelement-Die (234), der elektrisch mit den zweiten Umverteilungsleitungen (52) gekoppelt ist; undein drittes Verkapselungsmaterial (90), das den dritten Bauelement-Die (234) verkapselt,wobei der dritte Bauelement-Die (234) über dem zweiten Bauelement-Die (34) liegt und das Package des Weiteren Lötregionen (84) umfasst, die den dritten Bauelement-Die (234) elektrisch mit den zweiten Umverteilungsleitungen (52) koppeln.

Description

  • HINTERGRUND
  • In einem konventionellen Integrated Fan-out (InFO)-Prozess wird ein oberes Package, in dem ein erster Bauelement-Die gebondet ist, an ein unteres Package gebondet. In dem unteren Package kann sich auch ein Bauelement-Die verkapselt befinden. Mittels des InFO-Prozesses wird der Integrationsgrad der Packages erhöht.
  • In einem InFo-Prozess des Standes der Technik wird zuerst das untere Package gebildet, was das Verkapseln eines Bauelement-Die und mehrerer durchgeformter Durchkontaktierungen mit einer Vergussmasse enthält. Es werden Umverteilungsleitungen gebildet, die mit dem Bauelement-Die und den durchgeformten Durchkontaktierungen verbunden sind. Ein oberes Package, das Bauelement-Dies enthalten kann, die an ein zusätzliches Package-Substrat gebondet sind, wird dann durch Lötverbindungen an das untere Package gebondet.
  • DE 11 2011 104 502 T5 offenbart eine Vorrichtung mit einem Substrat, auf dem eine Vielzahl von Bauelemente-Dies ausgebildet sind, die über Durchkontaktierungen miteinander elektrisch verbunden sind.
  • US 2015 / 0 303 174 A1 offenbart ein Package mit einem ersten Chip, einem zweiten Chip und einem dritten Chip, die gestapelt angeordnet sind. Metallposten verbinden den ersten Chip mit ersten RDLs. BGA-Bumps verbinden den zweiten Chip mit den ersten RDLs und den dritten Chip mit zweiten RDLs, wobei die BGA-Bumps C4-Verbindungen sind.
  • WO 2012/ 012 338 A1 behandelt PoP und SoC und zeigt in den 3A, 3B drei Chips gestapelt mit Umverteilungen über und unter den ersten beiden Chips 304A und 304B und den dritten Chip 308 mit Lot 312 darauf montiert. Durchkontakte gehen durch ein einziges Verkapselungsmaterial des Substrates 306.
  • Figurenliste
  • Aspekte der vorliegenden Offenbarung werden am besten anhand der folgenden detaillierten Beschreibung verstanden, wenn sie in Verbindung mit den beiliegenden Figuren gelesen wird. Es wird darauf hingewiesen, dass gemäß der gängigen Praxis in der Industrie verschiedene Strukturelemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Die Abmessungen veranschaulichter Strukturelemente können im Interesse der Übersichtlichkeit der Besprechung nach Bedarf vergrößert oder verkleinert werden.
    • 1 bis 11A veranschaulichen die Querschnittansichten von Zwischenstufen bei der Herstellung eines Package, das Multi-Stack-Dies gemäß einigen Ausführungsformen enthält.
    • 12 veranschaulicht die Querschnittansicht eines Beispiel-Packages, das Multi-Stack-Dies enthält.
    • 11B und 13 bis 16 veranschaulichen die Querschnittansichten von Packages, die Multi-Stack-Dies gemäß einigen Ausführungsformen enthalten.
    • 17 veranschaulicht einen Prozessablauf zum Bilden eines Package gemäß einigen Ausführungsformen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Package nach Anspruch 1. Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
  • Die folgende Offenbarung stellt viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der Erfindung bereit. Im Folgenden werden konkrete Beispiele von Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Offenbarung zu vereinfachen. Diese sind natürlich nur Beispiele und dienen nicht der Einschränkung. Zum Beispiel kann die Ausbildung eines ersten Strukturelements über oder auf einem zweiten Strukturelement in der folgenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen die ersten und zweiten Strukturelemente in direktem Kontakt ausgebildet sind, und können auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Strukturelemente zwischen den ersten und zweiten Strukturelementen ausgebildet sein können, so dass die ersten und zweiten Strukturelemente nicht unbedingt in direktem Kontakt stehen. Darüber hinaus kann die vorliegende Offenbarung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholen. Diese Wiederholung dient dem Zweck der Einfachheit und Klarheit und schafft nicht automatisch eine Beziehung zwischen den verschiedenen besprochenen Ausführungsformen und/oder Konfigurationen.
  • Des Weiteren können räumlich relative Begriffe, wie zum Beispiel „unterhalb“, „unter“, „unterer“, „oberhalb“, „oberer“ und dergleichen, im vorliegenden Text verwendet werden, um die Beschreibung zu vereinfachen, um die Beziehung eines Elements oder Strukturelements zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturelementen zu beschreiben, wie in den Figuren veranschaulicht. Die räumlich relativen Begriffe sollen neben der in den Figuren gezeigten Ausrichtung noch weitere Ausrichtungen der Vorrichtung während des Gebrauchs oder Betriebes umfassen. Die Vorrichtung kann auch anders ausgerichtet (90 Grad gedreht oder anders ausgerichtet) sein, und die im vorliegenden Text verwendeten räumlich relativen Deskriptoren können gleichermaßen entsprechend interpretiert werden.
  • Es werden ein Multi-Stack-Package und das Verfahren zum Bilden des Package gemäß verschiedenen beispielhaften Ausführungsformen bereitgestellt. Es werden einige Variationen von einigen Ausführungsformen besprochen. In allen der verschiedenen Ansichten und veranschaulichenden Ausführungsformen werden gleiche Bezugszahlen zum Bezeichnen gleicher Elemente verwendet. In der gesamten Beschreibung bezieht sich der Begriff „Multi-Stack-Package“ auf ein Package, in dem zwei oder mehr Ebenen von Bauelement-Dies, die in einem Verkapselungsmaterial verkapselt sind, keine Lötregionen dazwischen aufweisen. Des Weiteren werden in der gesamten Beschreibung die Flächen von Bauelement-Dies, die Metallpföstchen aufweisen, als die Vorderflächen der jeweiligen Bauelement-Dies bezeichnet, und die Flächen, die den Vorderflächen gegenüber liegen, werden als Rückflächen bezeichnet. Die Rückflächen sind gemäß einigen Ausführungsformen auch die Flächen von Halbleitersubstraten der jeweiligen Bauelement-Dies.
  • Die 1 bis 11A veranschaulichen die Querschnittansichten von Zwischenstufen bei der Herstellung eines Package gemäß einigen Ausführungsformen. In der anschließenden Besprechung werden die in den 1 bis 11A gezeigten Prozessschritte anhand des in 17 gezeigten Prozessablaufs 600 besprochen.
  • Die 1 und 2 veranschaulichen die Bildung von Durchkontaktierungen 32. Der entsprechende Schritt ist in dem in 17 gezeigten Prozessablauf als Schritt 602 gezeigt. Wie in 1 zu sehen, wird ein Träger 20 bereitgestellt, und eine Klebeschicht 22 wird über dem Träger 20 angeordnet. Der Träger 20 kann ein leerer Glasträger, eine leerer Keramikträger oder dergleichen sein und kann eine Form eines Halbleiterwafers mit einer in der Draufsicht runden Form haben. Der Träger 20 wird mitunter als ein Trägerwafer bezeichnet. Die Klebeschicht 22 kann zum Beispiel aus einem Licht-zu-Wärme-Umwandlungs (Lightto-Heat Conversion, LTHC)-Material gebildet werden, obgleich auch andere Arten von Klebstoffen verwendet werden können. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann sich die Klebeschicht 22 unter der Wärme von Licht zersetzen und kann dadurch den Träger 20 von der darauf gebildeten Struktur lösen.
  • Wie ebenfalls in 1 zu sehen, wird die dielektrische Schicht 24 über der Klebeschicht 22 ausgebildet. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist die dielektrische Schicht 24 eine Polymerschicht, die aus einem Polymer besteht, das ein lichtempfindliches Polymer sein kann, wie zum Beispiel Polybenzoxazol (PBO)-Polyimid oder dergleichen. Gemäß einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht 24 durch ein Nitrid, wie zum Beispiel Siliziumnitrid, ein Oxid, wie zum Beispiel Siliziumoxid, Phosphosilikatglas (PSG), Borsilikatglas (BSG), bordotiertes Phosphosilikatglas (BPSG) oder dergleichen gebildet.
  • Eine leitfähige Keimschicht 26 wird über der dielektrischen Schicht 24 zum Beispiel durch physikalisches Aufdampfen (PVD) ausgebildet. Die leitfähige Keimschicht 26 kann eine metallische Keimschicht sein, die Kupfer, Aluminium, Titan, Legierungen davon oder mehrere Schichten davon enthält. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält die leitfähige Keimschicht 26 eine erste Metallschicht, wie zum Beispiel eine (nicht gezeigte) Titanschicht, und eine zweite Metallschicht, wie zum Beispiel eine (nicht gezeigte) Kupferschicht, über der ersten Metallschicht. Gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält die leitfähige Keimschicht 26 eine einzelne Metallschicht, wie zum Beispiel eine Kupferschicht, die aus im Wesentlichen reinem Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet werden kann.
  • Wie in 1 gezeigt, wird eine Maskenschicht 28 (wie zum Beispiel ein Photoresist) über der leitfähigen Keimschicht 26 aufgebracht und wird dann unter Verwendung einer Photolithografiemaske strukturiert. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung wird die Maskenschicht 28 durch einen Trockenfilm gebildet, der auf die leitfähige Keimschicht 26 laminiert wird. Gemäß einigen Ausführungsformen wird die Maskenschicht 28 aus einem Photoresist gebildet, der durch Aufschleudern aufgebracht wird. Im Ergebnis des Strukturierens (Belichtung und Entwicklung) werden Öffnungen 30 in der Maskenschicht 28 gebildet, durch die hindurch einige Abschnitte der leitfähigen Keimschicht 26 frei gelegt werden.
  • Durchkontaktierungen 32 werden in den Öffnungen 30 durch Plattierung gebildet, bei der es sich um Elektroplattierung oder chemische Plattierung handeln kann. Die Durchkontaktierungen 32 werden auf die frei gelegten Abschnitte der leitfähigen Keimschicht 26 plattiert. Die Durchkontaktierungen 32 sind leitfähig und können metallische Durchkontaktierungen sein, die Kupfer, Aluminium, Wolfram, Nickel oder Legierungen davon enthalten. Zu den Draufsichtformen von Durchkontaktierungen 32 gehören beispielsweise Rechtecke, Quadrate, Kreise und dergleichen. Die Höhen der Durchkontaktierungen 32 werden durch die Dicke der anschließend angeordneten Bauelement-Dies 34 (3) bestimmt, wobei die Höhen der Durchkontaktierungen 32 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung geringfügig größer als die, oder gleich der, Dicke der Bauelement-Dies 34 sind.
  • Nach dem Plattieren der Durchkontaktierungen 32 wird die Maskenschicht 28 entfernt. Infolge dessen werden die Abschnitte der leitfähigen Keimschicht 26, die zuvor durch die Maskenschicht 28 bedeckt waren, frei gelegt. Als Nächstes wird ein Ätzschritt ausgeführt, um die frei gelegten Abschnitte der leitfähigen Keimschicht 26 zu entfernen, wobei das Ätzen ein anisotropes oder isotropes Ätzen sein kann. Die Abschnitte der leitfähigen Keimschicht 26 (1), die durch Durchkontaktierungen 32 überlappt werden, bleiben hingegen ungeätzt. Die entstehenden Durchkontaktierungen 32 sind in 2 gezeigt. In der gesamten Beschreibung werden die verbleibenden darunterliegenden Abschnitte der leitfähigen Keimschicht 26 als die unteren Abschnitte der Durchkontaktierungen 32 bezeichnet und nicht separat gezeigt. Die leitfähige Keimschicht 26 und die darüberliegenden Abschnitte der Durchkontaktierungen 32 können gegebenenfalls klar erkennbare Grenzflächen haben. Zum Beispiel kann die Kupferschicht in der leitfähigen Keimschicht 26 mit den Durchkontaktierungen 32 ohne klar erkennbare Grenzflächen fusioniert werden. Die Titanschicht in der leitfähigen Keimschicht 26 könnte von den Kupfer-haltigen Durchkontaktierungen 32 klar unterscheidbar sein. Als ein Ergebnis des Ätzens der leitfähigen Keimschicht 26 wird die dielektrische Schicht 24 frei gelegt.
  • 3 veranschaulicht die Platzierung von Bauelement-Dies 34 über der dielektrischen Schicht 24. Der entsprechende Schritt ist in dem in 17 gezeigten Prozessablauf als Schritt 604 gezeigt. Die Bauelement-Dies 34 können mittels Die-Attach-Filmen 38, bei denen es sich um Klebefilme handelt, an die dielektrische Schicht 24 angehaftet werden. Die Ränder der Die-Attach-Filme 38 enden zusammen mit den jeweiligen Rändern von Bauelement-Dies 34 (bzw. sind auf diese ausgerichtet). Bauelement-Dies 34 können Halbleitersubstrate 36 enthalten, die Rückflächen (nach unten weisende Flächen) haben, die in physischem Kontakt mit den jeweiligen darunterliegenden Die-Attach-Filmen 38 stehen. Die Bauelement-Dies 34 enthalten des Weiteren integrierte Schaltkreis-Bauelemente 40 (wie zum Beispiel aktive Bauelemente oder passive Bauelemente) auf den Vorderflächen (den nach oben weisenden Flächen) der jeweiligen Halbleitersubstrate 36. Die Bauelement-Dies 34 können Speicher-Dies sein, wie zum Beispiel Static Random Access Memory (SRAM)-Dies, Dynamic Random Access Memory (DRAM)-Dies, Flash-Speicher-Dies usw. Die Bauelement-Dies 34 können zueinander identisch sein.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen haben die Bauelement-Dies 34 keine Durchkontaktierungen in den Halbleitersubstraten 36. Gemäß alternativen Ausführungsformen haben die Bauelement-Dies 34 Durchkontaktierungen 42, die sich in das Halbleitersubstrat 36 erstrecken. In den Ausführungsformen, in denen es Durchkontaktierungen 42 gibt, können gegebenenfalls Durchkontaktierungen 32 ausgebildet werden, da die Durchkontaktierungen 42 als die elektrischen Verbindungen fungieren können, die die leitfähigen Strukturelemente miteinander verbinden, die über und unter den Bauelement-Dies 34 liegen. Dementsprechend brauchen Durchkontaktierungen 32 nicht ausgebildet zu werden, und die entsprechenden Herstellungskosten können eingespart werden. Gemäß einigen Ausführungsformen dienen einige oder alle der Durchkontaktierungen 42 allein zum elektrischen Verbinden der leitfähigen Strukturelemente, die über und unter den Bauelement-Dies 34 liegen, miteinander, und sind nicht elektrisch mit aktiven oder passiven Bauelementen 40, wie zum Beispiel Transistoren, Dioden, Kondensatoren, Widerständen usw., verbunden oder gekoppelt. Wenn in dieser Beschreibung Strukturelemente (wie zum Beispiel Durchkontaktierungen 32 und 42) in Strichlinie gezeigt sind, so wird damit angedeutet, dass diese Strukturelemente vorhanden sein können, aber nicht müssen.
  • Die Bauelement-Dies 34 können Metallpföstchen 44 nahe ihren Oberseiten enthalten. Die Metallpföstchen 44 sind elektrisch mit integrierten Schaltkreisen 40 im Inneren der Bauelement-Dies 34 gekoppelt. Gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die Metallpföstchen 44 durch dielektrische Schichten 46 bedeckt, wobei die Oberseiten der dielektrischen Schichten 46 höher sind als die Oberseiten der Metallpföstchen 44. Die dielektrischen Schichten 46 erstrecken sich des Weiteren in die Lücken zwischen den Metallpföstchen 44. Gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind die Oberseiten der Metallpföstchen 44 mit den Oberseiten der jeweiligen dielektrischen Schichten 46 koplanar. Die dielektrischen Schichten 46 können gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen aus einem Polymer gebildet werden, wie zum Beispiel Polybenzoxazol (PBO) oder Polyimid. Die Metallpföstchen 44 können Kupferpföstchen sein und können auch andere leitfähige bzw. metallische Materialien enthalten, wie zum Beispiel Aluminium, Nickel oder dergleichen.
  • Wie in 4 zu sehen, wird Verkapselungsmaterial 48 auf die Bauelement-Dies 34 und Durchkontaktierungen 32 gegossen. Der entsprechende Schritt ist in dem in 17 gezeigten Prozessablauf als Schritt 606 gezeigt. Das Verkapselungsmaterial 48 füllt die Lücken zwischen benachbarten Bauelement-Dies 34 und umgibt jeden der Bauelement-Dies 34 und jede der Durchkontaktierungen 32. Das Verkapselungsmaterial 48 kann eine Vergussmasse, eine Formunterfüllung, ein Epoxid und/oder ein Harz enthalten. Nach dem Verkapselungsprozess sind die Oberseiten des Verkapselungsmaterials 48 höher als die Oberseiten der Metallpföstchen 44 und Durchkontaktierungen 32.
  • Als Nächstes wird ein Planarisierungsschritt, wie zum Beispiel ein chemisch-mechanischer Polier (CMP)-Schritt oder ein Schleifschritt, ausgeführt, um das Verkapselungsmaterial 48 zu planarisieren, bis die Durchkontaktierungen 32 frei liegen. Die Metallpföstchen 44 der Bauelement-Dies 34 werden ebenfalls im Ergebnis der Planarisierung frei gelegt. Aufgrund der Planarisierung sind die Oberseiten der Durchkontaktierungen 32 im Wesentlichen bündig (koplanar) mit den Oberseiten der Metallpföstchen 44 und sind im Wesentlichen bündig (koplanar) mit den Oberseiten des Verkapselungsmaterials 48.
  • Wie in 5 zu sehen, werden mehrere dielektrische Schichten 50 und die jeweiligen Umverteilungsleitungen (Redistribution Lines, RDLs) 52 über dem Verkapselungsmaterial 48, den Durchkontaktierungen 32 und den Metallpföstchen 44 gebildet. Der entsprechende Schritt ist in dem in 17 gezeigten Prozessablauf als Schritt 608 gezeigt. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die dielektrischen Schichten 50 aus einem oder mehreren Polymeren, wie zum Beispiel PBO, Polyimid oder dergleichen gebildet. Gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die dielektrischen Schichten 50 aus einem oder mehreren anorganischen dielektrischen Materialien, wie zum Beispiel Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid oder dergleichen, gebildet.
  • Die RDLs 52 werden elektrisch mit den Metallpföstchen 44 und den Durchkontaktierungen 32 gekoppelt und können die Metallpföstchen 44 und die Durchkontaktierungen 32 miteinander verbinden. Die RDLs 52 können metallische Leiterbahnen (Metallleitungen) und Durchkontaktierungen enthalten, die unter den metallischen Leiterbahnen liegen und mit ihnen verbunden sind. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung werden die RDLs 52 durch einen Plattierungsprozess gebildet, wobei jede der RDLs 52 eine (nicht gezeigte) Keimschicht und ein plattiertes metallisches Material über der Keimschicht enthält. Die Keimschicht und das plattierte metallische Material können aus dem gleichen Material oder aus verschiedenen Materialien gebildet werden.
  • Wie in 5 zu sehen, enthalten die dielektrischen Schichten 50 eine obere dielektrische Schicht über den RDLs 52, wobei einige metallische Kontaktinseln von RDLs 52 durch Öffnungen 54 in der oberen dielektrischen Schicht 50 hindurch frei liegen.
  • Als Nächstes, wie in 6 zu sehen, werden Durchkontaktierungen 56 über den dielektrischen Schichten 50 und den RDLs 52 gebildet. Der entsprechende Schritt ist als Schritt 610 in dem in 17 gezeigten Prozessablauf gezeigt. Der Herstellungsprozess kann Folgendes enthalten: Ausbilden einer (nicht gezeigten) Keimschicht über den dielektrischen Schichten 50, die sich in Öffnungen 54 erstreckt (5), Ausbilden einer (nicht gezeigten) strukturierten Maskenschicht mit Öffnungen 54, die zu den Öffnungen in der strukturierten Maskenschicht hin frei liegen, Plattieren von Durchkontaktierungen 56 in den Öffnungen in der strukturierten Maskenschicht, Entfernen der strukturierten Maskenschicht, und Ätzen der Keimschicht.
  • Die Keimschicht aus Durchkontaktierungen 56 kann eine Titanschicht und eine Kupferschicht über der Titanschicht enthalten. Das plattierte Material kann eine gleichmäßige Zusammensetzung haben und kann aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gebildet werden. Das plattierte Material enthält einige Abschnitte über der Oberseite der oberen dielektrischen Schicht 50 und weitere Abschnitte, die sich in Öffnungen 54 hinein erstrecken (5).
  • 6 veranschaulicht auch die Adhäsion des Bauelement-Dies 58 auf der dielektrischen Schichten 50 zum Beispiel durch den Die-Attach-Film 60. Der entsprechende Schritt ist als Schritt 612 in dem in 17 gezeigten Prozessablauf gezeigt. Die Rückfläche des Bauelement-Dies 58, die die Rückfläche des Halbleitersubstrats in dem Bauelement-Die 58 sein kann, steht mit dem Die-Attach-Film 60 in Kontakt. Der Bauelement-Die 58 kann ein Logik-Die sein, wie zum Beispiel ein Zentraler-Verarbeitungseinheit (CPU)-Die, eine Grafischer-Verarbeitungseinheit (GPU)-Die oder dergleichen. Der Bauelement-Die 58 enthält Metallpföstchen 62 in der dielektrischen Oberflächenschicht 64. Die dielektrische Oberflächenschicht 64 kann zum Beispiel aus PBO oder anderen dielektrischen Materialien gebildet werden.
  • 7 veranschaulicht die Verkapselung der Durchkontaktierungen 56 und der Bauelement-Dies 58 mit dem Verkapselungsmaterial 66. Der entsprechende Schritt ist als Schritt 614 in dem in 17 gezeigten Prozessablauf gezeigt. Das Verkapselungsmaterial 66 kann eine Vergussmasse sein. Nach dem Auftragen und Aushärten des Verkapselungsmaterials 66 wird eine Planarisierung ausgeführt, um überschüssiges Verkapselungsmaterial 66 zu entfernen, dergestalt, dass Durchkontaktierungen 56 und Metallpföstchen 62 frei gelegt werden.
  • Als Nächstes, wie in 8 zu sehen, werden die dielektrischen Schichten 68 und RDLs 70 über dem Verkapselungsmaterial 66 und den Bauelement-Dies 58 gebildet. Der entsprechende Schritt ist als Schritt 616 in dem in 17 gezeigten Prozessablauf gezeigt. Die dielektrischen Schichten 68 können auch aus Polymeren gebildet werden, wie zum Beispiel PBO oder Polyimid. Die RDLs 70 sind elektrisch mit den Durchkontaktierungen 56 und den Metallpföstchen 62 gekoppelt. Des Weiteren können die RDLs 70 auch die Durchkontaktierungen 56 elektrisch mit den Metallpföstchen 62 verbinden.
  • Wie des Weiteren in 8 zu sehen, werden gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung Lötmetallisierungen (Under-Bump-Metallurgies, UBMs) 72 und elektrische Verbinder 74 gebildet. Die elektrischen Verbinder 74 sind elektrisch mit RDLs 70 und 52, Metallpföstchen 62 und 44 und/oder Durchkontaktierungen 32, 42 und 56 gekoppelt. Die Ausbildung elektrischer Verbinder 74 kann das Anordnen von Lotperlen über RDLs 70 und das anschließende Wiederaufschmelzen der Lotperlen enthalten. Gemäß alternativen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält die Ausbildung von elektrischen Verbindern 74 das Ausführen eines Plattierungsprozesses, um Lötregionen über den RDLs 70 zu bilden, und das anschließende Wiederaufschmelzen der Lötregionen. Die elektrischen Verbinder 74 können auch Metallpföstchen oder Metallpföstchen und Lotkappen enthalten, die ebenfalls durch Plattieren gebildet werden können.
  • In der gesamten Beschreibung wird die Struktur über der Klebeschicht 22 als Waferebenen-Package 76 bezeichnet, das ein Verbundwafer sein kann. Als Nächstes wird das Package 76 von dem Träger 20 entbondet. Gemäß einigen beispielhaften Entbondungsprozessen, wie in 9 gezeigt, wird der Träger 78 an dem Package 76 angebracht, um die elektrischen Verbinder 74 zu schützen. Der entsprechende Schritt ist als Schritt 618 in dem in 17 gezeigten Prozessablauf gezeigt. Der Träger 78 kann ein Zertrennungsband sein, das auf einem (nicht gezeigten) Zertrennungsrahmen befestigt ist. Das Entbonden wird zum Beispiel ausgeführt, indem man ein UV-Licht oder einen Laser auf die Klebeschicht 22 projiziert (8). Wenn zum Beispiel die Klebeschicht 22 aus LTHC-Material besteht, so bewirkt die durch das Licht oder den Laser erzeugte Wärme, dass das LTHC-Material zersetzt wird, woraufhin der Träger 20 von dem Waferebenen-Package 76 abgelöst wird. Die resultierende Struktur ist in 9 gezeigt.
  • 10 veranschaulicht das Strukturieren zum Herstellen von Öffnungen 80 in der dielektrischen Schicht 24. Der entsprechende Schritt ist als Schritt 620 in dem in 17 gezeigten Prozessablauf gezeigt. Wenn zum Beispiel die dielektrische Schicht 24 eine Polymerschicht ist, so kann sie unter Verwendung eines Laserbohrers strukturiert werden, um die Abschnitte zu entfernen, die die Durchkontaktierungen 32 überlappen, dergestalt, dass die Durchkontaktierungen 32 durch die Öffnungen 80 frei gelegt werden.
  • 11A veranschaulicht das Bonden des Package 200 an das Package 76, wodurch das PoP-Package 82 gebildet wird. Der entsprechende Schritt ist als Schritt 622 in dem in 17 gezeigten Prozessablauf gezeigt. Die Packages 76 und 200 werden auch als ein primäres Package bzw. ein sekundäres Package bezeichnet. Das Bonden wird durch Lötregionen 84 ausgeführt, die die Durchkontaktierungen 32 mit den metallischen Kontaktinseln in dem darüber liegenden Package 200 verbinden. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält das Package 200 ein oder mehrere Bauelement-Dies 234, die Speicher-Dies, wie zum Beispiel SRAM-Dies, DRAM-Dies oder dergleichen sein können. Die Bauelement-Dies 234 können auch mit den Bauelement-Dies 34 identisch sein. Die Speicher-Dies sind gemäß einigen beispielhaften Ausführungsformen ebenfalls an das Package-Substrat 202 gebondet. Das Verkapselungsmaterial 90 verkapselt die Bauelement-Dies 234, wobei das Verkapselungsmaterial 90 eine Vergussmasse, eine Formunterfüllung usw. sein kann. Nach dem Bonden des sekundären Package 200 an das primäre Package 76 wird eine Unterfüllung 86 in die Lücke zwischen dem sekundären Package 200 und dem primären Package 76 gefüllt und dann ausgehärtet. Dann kann ein Die-Sägevorgang ausgeführt werden, um das Package 82 in einzelne Packages 88 zu zersägen, die zueinander identisch sind. Der entsprechende Schritt ist als Schritt 624 in dem in 17 gezeigten Prozessablauf gezeigt.
  • Im Ergebnis des Die-Sägevorgangs sind die jeweiligen Ränder des Verkapselungsmaterials 48, des Verkapselungsmaterials 66, der dielektrischen Schichten 50 und der dielektrischen Schichten 68 aufeinander ausgerichtet. Die Ränder des Verkapselungsmaterials 90 und des Package-Substrats 202 können gegebenenfalls auf die Ränder des darunterliegenden Package 76 ausgerichtet sein.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen, in denen Durchkontaktierungen 42 gebildet werden, wird nach dem Ausbilden der in 9 gezeigten Struktur eine Rückseitenschleifen ausgeführt, um Die-Attach-Filme 38 und einige Abschnitte der Halbleitersubstrate 36 zu entfernen, bis Durchkontaktierungen 42 frei liegen. Als Nächstes werden, wie in 11B gezeigt, RDLs 43 über - und in elektrischer Kopplung mit - Durchkontaktierungen 42 gebildet. Durchkontaktierungen 32 können gemäß einigen Ausführungsformen gegebenenfalls gebildet werden, wenn Durchkontaktierungen 42 gebildet werden. Gemäß einigen Ausführungsformen fungieren die Durchkontaktierungen 42 als die Zwischenverbindung zwischen RDLs 43 und RDLs 52 (durch (nicht gezeigte) Metallleitungen und Durchkontaktierungen zwischen Durchkontaktierungen 42 und Metallpföstchen 44). Durchkontaktierungen 42 brauchen allein für die Zwischenverbindung von RDLs 43 und 52 verwendet zu werden und sind mit keinerlei passiven oder aktiven Bauelementen in den Bauelement-Dies 34 elektrisch gekoppelt. Dies hat den Vorteil, dass die Gesamtzahl der Durchkontaktierungen verringert werden kann, da die Durchkontaktierungen 42 kleiner gebildet werden können als die Durchkontaktierungen 32. Des Weiteren werden die Kosten eingespart, die anderenfalls zum Herstellen von Durchkontaktierungen 32 anfallen.
  • In dem in den 11A und 11B gezeigten Package bilden die Bauelement-Dies 58, 34 und 234 ein Multi-Stack-Package, das zwei Verkapselungsregionen bzw. -materialien enthält, die durch Zwischendielektrikumschichten 50 und RDLs 52 getrennt sind. Das Stapeln der Bauelement-Dies 34 über dem verkapselten Bauelement-Die 58 führt zu einem sehr dünnen Package, da keine Lötverbindungen zwischen den Bauelement-Dies 34 und dem Bauelement-Die 58 verwendet. Des Weiteren können zwei oder mehr Bauelement-Dies 34 in demselben Verkapselungsmaterial 48 angeordnet sein, und darum wird die Höhe des Package 88 weiter reduziert. Der Platzbedarf (die Fläche in der Draufsicht) des Package 88 wird jedoch nicht vergrößert, da der Bauelement-Die 58 eine größere Fläche in der Draufsicht hat als die Bauelement-Dies 34.
  • Die 12 veranschaulicht die Querschnittansicht eines Beispiel-Packages, das Multi-Stack-Dies enthält. Die 13 bis 16 veranschaulichen Packages 88 gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung. Sofern nicht anders angegeben, sind die Materialien und Herstellungsverfahren der Komponenten in diesen Ausführungsformen im Wesentlichen die gleichen wie die gleichen Komponenten, die in den Ausführungsformen, die in den 1 bis 11A und 11B gezeigt sind, durch gleiche Bezugszahlen bezeichnet sind. Die Details bezüglich des Herstellungsprozesses und der Materialien der in 12 bis 16 gezeigten Komponenten sind somit in der Besprechung der in 1 bis 11A und 11B gezeigten Ausführungsformen zu finden. In jeder dieser Ausführungsformen können die Bauelement-Dies 234 mit den Bauelement-Dies 34 identisch oder von ihnen verschieden sein. Des Weiteren werden in dem in jeder der 12 bis 16 gezeigten Package entweder Durchkontaktierungen 32 oder Durchkontaktierungen 42 gebildet, oder sowohl Durchkontaktierungen 32 als auch Durchkontaktierungen 42 werden gebildet.
  • 12 veranschaulicht ein Package 88, das keine Lötregionen zwischen verschiedenen Ebenen der Bauelement-Dies 58, 34 und 234 aufweist. Die Bauelement-Dies 234 sind durch RDLs 92, die in den dielektrischen Schichten 94 gebildet sind, elektrisch mit den Bauelement-Dies 34 gekoppelt. Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann der Herstellungsprozess der Struktur in 12 das Verkapseln der Bauelement-Dies 234 in Verkapselungsmaterial 90 enthalten, gefolgt vom Bilden von RDLs 92 und dielektrischen Schichten 94. Die anschließenden Schritte sind im Wesentlichen in den 1 bis 8 gezeigt. Unter Verwendung des Packages in 12 wird die Dicke des resultierenden Package 88 weiter reduziert, da es keine Lötregion in dem resultierenden Package gibt.
  • 13 veranschaulicht das Package 88 gemäß einigen Ausführungsformen. Diese Ausführungsformen sind ähnlich den Ausführungsformen in den 11A und 11B, außer das das primäre Package 76 eine einzige Ebene des Bauelement-Dies 58 hat, während das sekundäre Package 200 mehrere gestapelte Bauelement-Dies 34 und 234 enthält.
  • 14 veranschaulicht das Package 88 gemäß einigen Ausführungsformen. Diese Ausführungsformen sind ähnlich den Ausführungsformen in den 11A und 11B, außer dass sowohl das primäre Package 76 als auch das sekundäre Package 200 mehrere gestapelte Bauelement-Dies enthalten. Zum Beispiel enthält das primäre Package 76 den Bauelement-Die 58 und Bauelement-Dies 34, die ein Multi-Stack-Package bilden. Das sekundäre Package 200 enthält den Bauelement-Die 234 und Bauelement-Dies 334, die ein Multi-Stack-Package bilden. Die Bauelement-Dies 234 können mit den Bauelement-Dies 334 identisch oder von den Bauelement-Dies 334 verschieden sein. Die Bauelement-Die 334 sind des Weiteren in dem Verkapselungsmaterial 348 verkapselt.
  • 15 veranschaulicht das Package 88 gemäß einigen Ausführungsformen. Diese Ausführungsformen sind ähnlich den Ausführungsformen in den 11A und 11B, außer dass das sekundäre Package 200 die Bauelement-Dies 434 enthält, die durch Drahtbondungen an das jeweilige Package-Substrat 202 gebondet sind. Die Bauelement-Dies 34 können von den Bauelement-Dies 234 verschieden sein. Zum Beispiel können die Bauelement-Dies 34 DRAM-Dies sein, während die Bauelement-Dies 234 Flash-Speicher-Dies sein können.
  • 16 veranschaulicht das Package 88 gemäß einigen Ausführungsformen. Diese Ausführungsformen sind ähnlich den Ausführungsformen in 15, außer dass die Bauelement-Dies 34 in 15 durch Die-Stapel 34' ersetzt sind, wobei jeder der Die-Stapel 34' mehrere miteinander verbondete Bauelement-Dies 534 enthält. Die Die-Stapel 34' werden im Voraus gebildet, bevor sie zum Bilden des Package 88 verwendet werden. Die Bauelement-Dies 534 in den Stapeln 34' sind durch Lötregionen 536 verbondet. Des Weiteren enthalten die Bauelement-Dies 534 Durchkontaktierungen 538, die die jeweiligen Halbleitersubstrate durchdringen.
  • Die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung haben einige vorteilhafte Merkmale. Durch das Bilden von Multi-Stack-Packages entfallen entweder die Lötregionen, die in konventionellen Package-on-Package (PoP)-Strukturen verwendet werden, oder werden wenigstens zahlenmäßig reduziert. Dementsprechend wird die Dicke des resultierenden Package verringert.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält ein Package einen ersten Bauelement-Die und ein erstes Verkapselungsmaterial, das den ersten Bauelement-Die verkapselt. Eine Unterseite des ersten Bauelement-Die ist mit einer Unterseite des ersten Verkapselungsmaterials koplanar. Erste dielektrische Schichten liegen unter dem ersten Bauelement-Die. Erste Umverteilungsleitungen befinden sich in den ersten dielektrischen Schichten und sind elektrisch mit dem ersten Bauelement-Die gekoppelt. Zweite dielektrische Schichten liegen über dem ersten Bauelement-Die. Zweite Umverteilungsleitungen befinden sich in den zweiten dielektrischen Schichten und sind elektrisch mit den ersten Umverteilungsleitungen gekoppelt. Ein zweiter Bauelement-Die liegt über den zweiten Umverteilungsleitungen und ist elektrisch mit ihnen gekoppelt. Keine Lötregion verbindet den zweiten Bauelement-Die mit den zweiten Umverteilungsleitungen. Ein zweites Verkapselungsmaterial verkapselt den zweiten Bauelement-Die. Ein dritter Bauelement-Die ist elektrisch mit den zweiten Umverteilungsleitungen gekoppelt. Ein drittes Verkapselungsmaterial verkapselt den dritten Bauelement-Die.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung enthält ein Verfahren Folgendes: Anordnen eines ersten Bauelement-Dies über einem Träger, Verkapseln des ersten Bauelement-Dies in einem ersten Verkapselungsmaterial, Ausführen einer ersten Planarisierung zum Freilegen erster Metallpföstchen in dem ersten Bauelement-Die, Bilden erster dielektrischer Schichten über dem ersten Bauelement-Die und dem ersten Verkapselungsmaterial, und Bilden erster Umverteilungsleitungen in den ersten dielektrischen Schichten. Die ersten Umverteilungsleitungen werden elektrisch mit den ersten Metallpföstchen gekoppelt. Das Verfahren enthält des Weiteren Folgendes: Anhaften eines zweiten Bauelement-Dies an eine Oberseite der ersten dielektrischen Schichten, Ausbilden einer ersten Durchkontaktierung über den ersten dielektrischen Schichten, Verkapseln des zweiten Bauelement-Dies und der ersten Durchkontaktierung in einem zweiten Verkapselungsmaterial, Ausführen einer zweiten Planarisierung zum Freilegen der ersten Durchkontaktierung und der zweiten Metallpföstchen in dem zweiten Bauelement-Die, Bilden zweiter dielektrischer Schichten über dem zweiten Bauelement-Die, und Bilden zweiter Umverteilungsleitungen in den zweiten dielektrischen Schichten. Die zweiten Umverteilungsleitungen werden elektrisch mit den zweiten Metallpföstchen und der ersten Durchkontaktierung gekoppelt.
  • Bezugszeichenliste
    • 20
    Träger
    22
    Klebeschicht (LTHC Schicht)
    24
    Polymerschicht
    26
    Keimschicht
    28
    Photoresist
    30
    Öffnungen in 28
    32
    Durchkontaktierungen in 30
    34
    Bauelement-Dies
    36
    Halbleitersubstrat von 34
    38
    Die-Attach-Film
    40
    integerierte Schaltkreis-Bauelemente in 34
    42
    Durchkontaktierung durch 34
    43
    RDLs zu Durchkontaktierung 42 11B
    44
    Metallpföstchen von 34
    46
    Dielektrische Schichten
    48
    Verkapselungsmaterial
    50
    dielektrische Schichten
    52
    Umverteilungsleitungen (RDLs)
    54
    Öffnungen in 50
    56
    Durchkontaktierung
    58
    Bauelement-Dies auf 50
    60
    Die-Attach-Film
    62
    Metallpföstchen von 58
    64
    dielektrische Oberflächenschicht von 58
    66
    Verkapselungsmaterial
    68
    Dielektrische Schichten
    70
    RDLs
    72
    Lötmetallisierungen (UBMs)
    74
    Elektrische Verbinder
    76
    Waferebenen-Package, primäres Package
    78
    Träger, Zertrennungsband
    80
    Öffnungen in 24
    82
    PoP-Package aus 76 und 200
    84
    Lötregionen zum Bonden von 76 und 200
    86
    Unterfüllung zwischen 76 und 200
    88
    einzelne Packages
    90
    Verkapselung von 200
    92
    RDLs
    94
    Dielektrische Schichten
    200
    sekundäres Package
    202
    Package-Substrat
    234
    Bauelement-Dies in 200
    334
    Bauelement-Die in 200
    348
    Verkapselungsmaterial
    434
    Bauelement-Dies in 200
    534
    Bauelement-Dies des Die-Stapel 34'
    536
    Lötregionen von 34'
    538
    Durchkontaktierungen in 34'
    600
    Prozessablauf
    602
    bis 624 Schritte von 600

Claims (7)

  1. Package, das Folgendes umfasst: einen ersten Bauelement-Die (58); ein erstes Verkapselungsmaterial (66), das den ersten Bauelement-Dies verkapselt, wobei eine Unterseite des ersten Bauelement-Dies koplanar mit einer Unterseite des ersten Verkapselungsmaterials ist; erste dielektrische Schichten (68), die unter dem ersten Bauelement-Die (58) liegen; erste Umverteilungsleitungen (70), die sich in den ersten dielektrischen Schichten (68) befinden und elektrisch mit dem ersten Bauelement-Die (58)gekoppelt sind; zweite dielektrischen Schichten (50), die über dem ersten Bauelement-Die liegen (58); zweite Umverteilungsleitungen (52), die sich in den zweiten dielektrischen Schichten (50) befinden und elektrisch mit den ersten Umverteilungsleitungen (70) gekoppelt sind; ein zweiter Bauelement-Die (34), der über den zweiten Umverteilungsleitungen (52) liegt und elektrisch mit ihnen gekoppelt ist, wobei keine Lötregion den zweiten Bauelement-Die (34) mit den zweiten Umverteilungsleitungen (52) verbindet; ein zweites Verkapselungsmaterial (48), das den zweiten Bauelement-Die (34)verkapselt; einen dritten Bauelement-Die (234), der elektrisch mit den zweiten Umverteilungsleitungen (52) gekoppelt ist; und ein drittes Verkapselungsmaterial (90), das den dritten Bauelement-Die (234) verkapselt, wobei der dritte Bauelement-Die (234) über dem zweiten Bauelement-Die (34) liegt und das Package des Weiteren Lötregionen (84) umfasst, die den dritten Bauelement-Die (234) elektrisch mit den zweiten Umverteilungsleitungen (52) koppeln.
  2. Package nach Anspruch 1, das des Weiteren eine Durchkontaktierung (32) umfasst, die das zweite Verkapselungsmaterial (48) durchdringt, wobei die Durchkontaktierung den dritten Bauelement-Die (234) elektrisch mit den zweiten Umverteilungsleitungen (52) koppelt.
  3. Package nach Anspruch 1, wobei der zweite Bauelement-Die (34) Folgendes umfasst: ein Halbleitersubstrat (36); und Durchkontaktierungen (42), die das Halbleitersubstrat durchdringen, wobei die Durchkontaktierungen (42) die zweiten Umverteilungsleitungen (52) elektrisch mit dem dritten Bauelement-Die (234) koppeln.
  4. Package nach Anspruch 3, wobei die Durchkontaktierungen (42) elektrisch von allen aktiven und passiven Bauelementen in dem zweiten Bauelement-Die (34) entkoppelt sind.
  5. Package nach Anspruch 4, wobei keine Durchkontaktierung das zweite Verkapselungsmaterial (48) durchdringt.
  6. Package nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei jeweilige Ränder der ersten dielektrischen Schichten (68), der zweiten dielektrischen Schichten (50), des ersten Verkapselungsmaterials (66) und des zweiten Verkapselungsmaterials (48) aufeinander ausgerichtet sind.
  7. Package nach einem der vorangehenden Ansprüche, das des Weiteren Folgendes umfasst: einen Die-Attach-Film (60), der sich zwischen dem ersten Bauelement-Die (58) und den zweiten dielektrischen Schichten (50) befindet und diese miteinander verbindet, wobei der erste Bauelement-Die (58) und der zweite Bauelement-Die (34) Vorderflächen haben, die den ersten dielektrischen Schichten (68) zugewandt sind.
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