DE102018116729B3 - Halbleiter-Bauelement-Package und Verfahren - Google Patents
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- H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
- H01L22/30—Structural arrangements specially adapted for testing or measuring during manufacture or treatment, or specially adapted for reliability measurements
- H01L22/34—Circuits for electrically characterising or monitoring manufacturing processes, e. g. whole test die, wafers filled with test structures, on-board-devices incorporated on each die, process control monitors or pad structures thereof, devices in scribe line
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- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
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- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- 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
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- H01L23/28—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
- H01L23/31—Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
- H01L23/3157—Partial encapsulation or coating
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- H01L23/48—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor
- H01L23/488—Arrangements for conducting electric current to or from the solid state body in operation, e.g. leads, terminal arrangements ; Selection of materials therefor consisting of soldered or bonded constructions
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- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/544—Marks applied to semiconductor devices or parts, e.g. registration marks, alignment structures, wafer maps
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L24/06—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of a plurality of bonding areas
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/02—Bonding areas ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
- H01L24/09—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of a plurality of bonding areas
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/10—Bump connectors ; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L24/17—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of a plurality of bump connectors
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L24/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L24/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L24/10, H01L24/18, H01L24/26, H01L24/34, H01L24/42, H01L24/50, H01L24/63, H01L24/71
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/80—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
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/80—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
- H01L24/81—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 using a bump connector
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/80—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
- H01L24/83—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 using a layer connector
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- H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
- H01L24/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L24/80 - H01L24/90
- H01L24/92—Specific sequence of method steps
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- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/03—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
- H01L25/04—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
- H01L25/065—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L25/0657—Stacked arrangements of devices
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- H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
- H01L25/50—Multistep manufacturing processes of assemblies consisting of devices, each device being of a type provided for in group H01L27/00 or H01L29/00
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- H01L2221/67—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L2221/683—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
- H01L2221/68304—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
- H01L2221/68327—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support used during dicing or grinding
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- H01L2221/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof covered by H01L21/00
- H01L2221/67—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L2221/683—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
- H01L2221/68304—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
- H01L2221/6834—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support used to protect an active side of a device or wafer
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- H01L2221/67—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere
- H01L2221/683—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
- H01L2221/68304—Apparatus for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping using temporarily an auxiliary support
- H01L2221/68381—Details of chemical or physical process used for separating the auxiliary support from a device or wafer
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- H01L2223/54426—Marks applied to semiconductor devices or parts for alignment
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- H01L2223/00—Details relating to semiconductor or other solid state devices covered by the group H01L23/00
- H01L2223/544—Marks applied to semiconductor devices or parts
- H01L2223/54473—Marks applied to semiconductor devices or parts for use after dicing
- H01L2223/54486—Located on package parts, e.g. encapsulation, leads, package substrate
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/04—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process
- H01L2224/05—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas prior to the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/05001—Internal layers
- H01L2224/05005—Structure
- H01L2224/05009—Bonding area integrally formed with a via connection of the semiconductor or solid-state body
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
- H01L2224/08—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of an individual bonding area
- H01L2224/081—Disposition
- H01L2224/0812—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
- H01L2224/08135—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
- H01L2224/08145—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked
- H01L2224/08146—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being stacked the bonding area connecting to a via connection in the body
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/02—Bonding areas; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/07—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process
- H01L2224/09—Structure, shape, material or disposition of the bonding areas after the connecting process of a plurality of bonding areas
- H01L2224/091—Disposition
- H01L2224/0918—Disposition being disposed on at least two different sides of the body, e.g. dual array
- H01L2224/09181—On opposite sides of the body
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- H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
- H01L2224/113—Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector
- H01L2224/1131—Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector in liquid form
- H01L2224/1132—Screen printing, i.e. using a stencil
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
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- H01L2224/113—Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector
- H01L2224/1133—Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector in solid form
- H01L2224/11334—Manufacturing methods by local deposition of the material of the bump connector in solid form using preformed bumps
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
- H01L2224/114—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the bump connector
- H01L2224/1141—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the bump connector in liquid form
- H01L2224/11424—Immersion coating, e.g. in a solder bath
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
- H01L2224/114—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the bump connector
- H01L2224/1143—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the bump connector in solid form
- H01L2224/11436—Lamination of a preform, e.g. foil, sheet or layer
- H01L2224/1144—Lamination of a preform, e.g. foil, sheet or layer by transfer printing
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
- H01L2224/114—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the bump connector
- H01L2224/11444—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the bump connector in gaseous form
- H01L2224/1145—Physical vapour deposition [PVD], e.g. evaporation, or sputtering
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
- H01L2224/114—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the bump connector
- H01L2224/11444—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the bump connector in gaseous form
- H01L2224/11452—Chemical vapour deposition [CVD], e.g. laser CVD
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- H01L2224/11—Manufacturing methods
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- H01L2224/1146—Plating
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
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- H01L2224/1146—Plating
- H01L2224/11462—Electroplating
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- H01L2224/10—Bump connectors; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/11—Manufacturing methods
- H01L2224/114—Manufacturing methods by blanket deposition of the material of the bump connector
- H01L2224/1146—Plating
- H01L2224/11464—Electroless plating
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- H01L2224/15—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process
- H01L2224/16—Structure, shape, material or disposition of the bump connectors after the connecting process of an individual bump connector
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- H01L2224/16151—Disposition the bump connector 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
- H01L2224/16221—Disposition the bump connector 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
- H01L2224/16225—Disposition the bump connector 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
- H01L2224/16227—Disposition the bump connector 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 bump connector connecting to a bond pad of the item
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- H01L2224/26—Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
- H01L2224/31—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process
- H01L2224/32—Structure, shape, material or disposition of the layer connectors after the connecting process of an individual layer connector
- H01L2224/321—Disposition
- H01L2224/32151—Disposition the layer connector 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
- H01L2224/32221—Disposition the layer connector 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
- H01L2224/32225—Disposition the layer connector 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
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73201—Location after the connecting process on the same surface
- H01L2224/73203—Bump and layer connectors
- H01L2224/73204—Bump and layer connectors the bump connector being embedded into the layer connector
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- H01L2224/73—Means for bonding being of different types provided for in two or more of groups H01L2224/10, H01L2224/18, H01L2224/26, H01L2224/34, H01L2224/42, H01L2224/50, H01L2224/63, H01L2224/71
- H01L2224/732—Location after the connecting process
- H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
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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
- H01L2224/80001—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 connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
- H01L2224/80003—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 connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding involving a temporary auxiliary member not forming part of the bonding apparatus
- H01L2224/80006—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 connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding involving a temporary auxiliary member not forming part of the bonding apparatus being a temporary or sacrificial substrate
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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
- H01L2224/80001—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 connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
- H01L2224/80009—Pre-treatment of the bonding area
- H01L2224/8001—Cleaning the bonding area, e.g. oxide removal step, desmearing
- H01L2224/80013—Plasma cleaning
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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
- H01L2224/80001—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 connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
- H01L2224/8012—Aligning
- H01L2224/80121—Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors
- H01L2224/8013—Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors using marks formed on the semiconductor or solid-state body
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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
- H01L2224/80001—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 connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
- H01L2224/8012—Aligning
- H01L2224/80121—Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors
- H01L2224/80132—Active alignment, i.e. by apparatus steering, e.g. optical alignment using marks or sensors using marks formed outside the semiconductor or solid-state body, i.e. "off-chip"
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- 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
- H01L2224/80001—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 connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
- H01L2224/808—Bonding techniques
- H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
- H01L2224/80895—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically conductive surfaces, e.g. copper-copper direct bonding, surface activated bonding
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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
- H01L2224/80001—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 connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
- H01L2224/808—Bonding techniques
- H01L2224/80894—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces
- H01L2224/80896—Direct bonding, i.e. joining surfaces by means of intermolecular attracting interactions at their interfaces, e.g. covalent bonds, van der Waals forces between electrically insulating surfaces, e.g. oxide or nitride layers
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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
- H01L2224/80001—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 connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
- H01L2224/80905—Combinations of bonding methods provided for in at least two different groups from H01L2224/808 - H01L2224/80904
- H01L2224/80907—Intermediate bonding, i.e. intermediate bonding step for temporarily bonding the semiconductor or solid-state body, followed by at least a further bonding step
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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
- H01L2224/80001—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 connecting a bonding area directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding
- H01L2224/80909—Post-treatment of the bonding area
- H01L2224/80948—Thermal treatments, e.g. annealing, controlled cooling
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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
- H01L2224/81—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 using a bump connector
- H01L2224/818—Bonding techniques
- H01L2224/81801—Soldering or alloying
- H01L2224/81815—Reflow soldering
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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
- H01L2224/81—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 using a bump connector
- H01L2224/81909—Post-treatment of the bump connector or bonding area
- H01L2224/8192—Applying permanent coating, e.g. protective coating
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- H01L2224/83—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 using a layer connector
- H01L2224/831—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 using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus
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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
- H01L2224/83—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 using a layer connector
- H01L2224/831—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 using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus
- H01L2224/83104—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 using a layer connector the layer connector being supplied to the parts to be connected in the bonding apparatus by applying pressure, e.g. by injection
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
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- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
- H01L2224/921—Connecting a surface with connectors of different types
- H01L2224/9211—Parallel connecting processes
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- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- H01L2224/92—Specific sequence of method steps
- H01L2224/921—Connecting a surface with connectors of different types
- H01L2224/9212—Sequential connecting processes
- H01L2224/92122—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector
- H01L2224/92125—Sequential connecting processes the first connecting process involving a bump connector the second connecting process involving a layer connector
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- H01L2224/91—Methods for connecting semiconductor or solid state bodies including different methods provided for in two or more of groups H01L2224/80 - H01L2224/90
- 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
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- H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
- H01L2224/93—Batch processes
- H01L2224/95—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips
- H01L2224/97—Batch processes at chip-level, i.e. with connecting carried out on a plurality of singulated devices, i.e. on diced chips the devices being connected to a common substrate, e.g. interposer, said common substrate being separable into individual assemblies after connecting
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- H01L2225/00—Details relating to assemblies covered by the group H01L25/00 but not provided for in its subgroups
- H01L2225/03—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00
- H01L2225/04—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers
- H01L2225/065—All the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/648 and H10K99/00 the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L27/00
- H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
- H01L2225/06513—Bump or bump-like direct electrical connections between devices, e.g. flip-chip connection, solder bumps
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Abstract
Bei einer Ausführungsform weist ein Verfahren die folgenden Schritte auf: Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von ersten Dies, um einen Bauelementstapel herzustellen; Freilegen von Prüfpads eines obersten Dies des Bauelementstapels; Prüfen des Bauelementstapels unter Verwendung der Prüfpads des obersten Dies; und nach dem Prüfen des Bauelementstapels Herstellen von Bondpads in dem obersten Die, wobei die Bondpads von den Prüfpads verschieden sind.
Description
- Hintergrund der Erfindung
- Seit dem Aufkommen des integrierten Schaltkreises (IC) hat die Halbleiterbranche durch ständige Verbesserungen der Integrationsdichte verschiedener elektronischer Komponenten (z. B. Transistoren, Dioden, Widerstände, Kondensatoren usw.) ein kontinuierliches schnelles Wachstum erfahren. Größtenteils sind diese Verbesserungen der Integrationsdichte auf wiederholte Reduzierungen der kleinsten Strukturbreite zurückführen, sodass mehr Komponenten auf einer gegebenen Fläche integriert werden können.
- Diese Verbesserungen der Integrationsdichte sind im Wesentlichen zweidimensionaler (2D) Art, insofern als die Fläche, die von den integrierten Komponenten eingenommen wird, im Wesentlichen auf der Oberfläche eines Halbleiterwafers ist. Die erhöhte Dichte und die entsprechende Verringerung der Fläche des integrierten Schaltkreises haben im Allgemeinen das Vermögen überstiegen, einen integrierten Schaltkreis-Chip direkt auf ein Substrat zu bonden. Interposer sind zum Umverteilen von Kugelkontaktflächen von der Fläche des Chips auf eine größere Fläche des Interposers verwendet worden. Außerdem haben Interposer ein dreidimensionales (3D) Package ermöglicht, das mehrere Chips aufweist. Zur Berücksichtigung von 3D-Aspekten sind auch weitere Packages entwickelt worden.
DieUS 2015/0037914 A1 US 2018/0138101 A1 US 2007/01 26085 A1 US 2011/0026232 A1 - Figurenliste
- Aspekte der vorliegenden Erfindung lassen sich am besten anhand der nachstehenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen verstehen. Es ist zu beachten, dass entsprechend der üblichen Praxis in der Branche verschiedene Elemente nicht maßstabsgetreu gezeichnet sind. Vielmehr können der Übersichtlichkeit der Erörterung halber die Abmessungen der verschiedenen Elemente beliebig vergrößert oder verkleinert sein.
-
1 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltkreiselements gemäß einigen Ausführungsformen. - Die
2A bis2L sind verschiedene Darstellungen von Zwischenstufen bei einem Prozess zur Herstellung von Bauelement-Packages, gemäß einigen Ausführungsformen. -
3 ist eine Schnittansicht eines Dummy-Bauelements gemäß einigen Ausführungsformen. - Die
4A bis4D sind Draufsichten von Justiermarken, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. - Die
5A bis5J sind verschiedene Darstellungen von Zwischenstufen bei einem Prozess zur Herstellung von Bauelement-Packages, gemäß einigen Ausführungsformen. - Die
6A und6B zeigen Abwandlungen der Bauelement-Packages, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. - Die
7A bis7C sind Top-Down-Ansichten, die einen Bauelementstapel auf verschiedenen Herstellungsstufen zeigen, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. - Die
8A bis8C sind Draufsichten einer Schicht eines Bauelement-Packages, gemäß einigen Ausführungsformen. - Die
9A bis9H sind verschiedene Darstellungen von Zwischenstufen bei einem Prozess zur Herstellung von Bauelement-Packages, gemäß einigen Ausführungsformen. - Detaillierte Beschreibung
- Die nachstehende Beschreibung liefert viele verschiedene Ausführungsformen oder Beispiele zum Implementieren verschiedener Merkmale der Erfindung. Nachstehend werden spezielle Beispiele für Komponenten und Anordnungen beschrieben, um die vorliegende Erfindung zu vereinfachen. Zum Beispiel kann die Herstellung eines ersten Elements über oder auf einem zweiten Element in der nachstehenden Beschreibung Ausführungsformen umfassen, bei denen das erste und das zweite Element in direktem Kontakt hergestellt werden, und sie kann auch Ausführungsformen umfassen, bei denen zusätzliche Elemente zwischen dem ersten und dem zweiten Element so hergestellt werden können, dass das erste und das zweite Element nicht in direktem Kontakt sind. Darüber hinaus können in der vorliegenden Erfindung Bezugszahlen und/oder -buchstaben in den verschiedenen Beispielen wiederholt werden. Diese Wiederholung dient der Einfachheit und Übersichtlichkeit und schreibt an sich keine Beziehung zwischen den verschiedenen erörterten Ausführungsformen und/oder Konfigurationen vor.
- Darüber hinaus können hier räumlich relative Begriffe, wie etwa „darunter befindlich“, „unter“, „untere(r)“/„unteres“, „darüber befindlich“, „obere(r)“/„oberes“ und dergleichen, zur einfachen Beschreibung der Beziehung eines Elements oder einer Struktur zu einem oder mehreren anderen Elementen oder Strukturen verwendet werden, die in den Figuren dargestellt sind. Die räumlich relativen Begriffe sollen zusätzlich zu der in den Figuren dargestellten Orientierung andere Orientierungen des in Gebrauch oder in Betrieb befindlichen Bauelements umfassen. Das Bauelement kann anders ausgerichtet werden (um 90 Grad gedreht oder in einer anderen Orientierung), und die räumlich relativen Deskriptoren, die hier verwendet werden, können ebenso entsprechend interpretiert werden.
- Gemäß einigen Ausführungsformen wird ein Bauelementstapel auf einem Trägersubstrat hergestellt. Der Bauelementstapel kann z. B. ein Speicherwürfel mit mehreren Speicher-Dies sein. Der Bauelementstapel wird dann von dem Trägersubstrat entfernt und unter Verwendung von dedizierten Prüfpads geprüft. Für die spätere Bearbeitung werden nur erwiesenermaßen gute Bauelementstapel verwendet, wodurch die Produktionsausbeute erhöht werden kann. Außerdem werden bei einigen Ausführungsformen Dummy-Bauelemente zu den Schichten des Bauelementstapels hinzugefügt. Die Dummy-Bauelemente können die Wärme-Abführung des Bauelementstapels verbessern. Schließlich weisen bei einigen Ausführungsformen die Dummy-Bauelemente Justiermarken auf. Durch Verwenden der Dummy-Bauelemente für die Justierung können Justiermarken aus den Dies des Bauelementstapels ausgelassen werden, sodass die verfügbare Trassierungsfläche der Dies vergrößert werden kann.
-
1 ist eine Schnittansicht eines integrierten Schaltkreiselements50 , gemäß einigen Ausführungsformen. Das integrierte Schaltkreiselement50 kann Folgendes sein: ein logischer Die, wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine grafische Verarbeitungseinheit (GPU), ein Ein-Chip-System (SoC), ein Microcontroller usw.; ein Speicher-Die, wie etwa ein DRAM-Die (DRAM: dynamischer Direktzugriffsspeicher), ein SRAM-Die (SRAM: statischer Direktzugriffsspeicher) usw.; ein Power-Management-Die, wie etwa ein PMIC-Die (PMIC: power management integrated circuit; integrierter Power-Management-Schaltkreis); ein Hochfrequenz-Die; ein Sensor-Die; ein MEMS-Die (MEMS: mikroelektromechanisches System); ein Signalverarbeitungs-Die, wie etwa ein DSP-Die (DSP: digitale Signalverarbeitung); ein Front-End-Die, wie etwa ein analoger Front-End(AFE)-Die; oder dergleichen oder eine Kombination davon. Das integrierte Schaltkreiselement50 kann in einem Wafer (nicht dargestellt) hergestellt werden, der unterschiedliche Bauelementbereiche aufweisen kann, die in späteren Schritten zu einer Mehrzahl von integrierten Schaltkreiselementen50 vereinzelt werden. Die integrierten Schaltkreiselemente50 werden bei der späteren Bearbeitung aufeinander gestapelt, um ein Bauelement-Package herzustellen. Das integrierte Schaltkreiselement50 weist ein Substrat52 , leitfähige Durchkontaktierungen54 , eine Verbindungsstruktur56 , Prüfpads58 , eine dielektrische Schicht60 , Bondpads62 und leitfähige Durchkontaktierungen64 auf. - Das Substrat
52 kann ein Volumenhalbleiter-Substrat, ein Halbleiter-auf-Isolator(SOI)-Substrat, ein mehrschichtiges Halbleitersubstrat oder dergleichen sein. Das Halbleitermaterial des Substrats52 kann Folgendes umfassen: Silizium oder Germanium; einen Verbindungshalbleiter, wie etwa Siliziumgermanium, Siliziumcarbid, Galliumarsen, Galliumphosphid, Indiumphosphid, Indiumarsenid und/oder Indiumantimonid; einen Legierungshalbleiter, wie etwa SiGe, GaAsP, AlInAs, AlGaAs, GalnAs, GaInP und/oder GaInAsP; oder Kombinationen davon. Andere Substrate, wie etwa mehrschichtige oder Gradient-Substrate, können ebenfalls verwendet werden. Das Substrat52 kann dotiert oder undotiert sein. In und/oder auf einer aktiven Fläche (z. B. der Fläche, die nach oben zeigt) des Substrats52 können Bauelemente (nicht dargestellt), wie etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Dioden und dergleichen, hergestellt werden. - Die leitfähigen Durchkontaktierungen
54 werden so hergestellt, dass sie sich von der aktiven Fläche des Substrats52 in das Substrat52 erstrecken. Bei einigen Ausführungsformen verlaufen die leitfähigen Durchkontaktierungen54 , wenn sie zuerst hergestellt werden, nicht zu einer Rückseite (z. B. der nach oben zeigenden Fläche, die der aktiven Fläche gegenüberliegt) des Substrats52 . Die leitfähigen Durchkontaktierungen54 werden gelegentlich auch als Durchkontaktierungen durch das Substrat oder als Durchkontaktierungen durch Silizium (TSVs) bezeichnet, wenn das Substrat52 ein Siliziumsubstrat ist. Die leitfähigen Durchkontaktierungen54 können durch Erzeugen von Aussparungen in dem Substrat52 hergestellt werden, zum Beispiel durch Ätzen, Fräsen, Laserverfahren, eine Kombination davon oder dergleichen. In den Aussparungen kann ein dünnes dielektrisches Material hergestellt werden, wie etwa mit einem Oxidationsverfahren. Über der aktiven Fläche des Substrats52 und in den Öffnungen kann eine dünne Sperrschicht zum Beispiel durch chemische Aufdampfung (CVD), Atomlagenabscheidung (ALD), physikalische Aufdampfung (PVD), thermische Oxidation, eine Kombination davon oder dergleichen konform abgeschieden werden. Die Sperrschicht kann aus einem Oxid, einem Nitrid oder einem Oxidnitrid, wie etwa Titannidrid, Titanoxidnitrid, Tantalnitrid, Tantaloxidnitrid, Wolframnitrid oder einer Kombination davon, oder dergleichen bestehen. Über der Sperrschicht und in den Öffnungen kann ein leitfähiges Material abgeschieden werden. Das leitfähige Material kann durch elektrochemische Plattierung, CVD, ALD, PVD, eine Kombination davon oder dergleichen abgeschieden werden. Beispiele für das leitfähige Material sind Kupfer, Wolfram, Aluminium, Silber, Gold, eine Kombination davon oder dergleichen. Überschüssige Teile des leitfähigen Materials und der Sperrschicht werden von der aktiven Fläche des Substrats52 zum Beispiel durch eine chemisch-mechanische Polierung (CMP) entfernt. Die leitfähigen Durchkontaktierungen54 weisen gemeinsam die Sperrschicht und das leitfähige Material auf, wobei sich die Sperrschicht zwischen dem leitfähigen Material und dem Substrat52 befindet. - Auf der aktiven Fläche des Substrats
52 , über den leitfähigen Durchkontaktierungen54 , wird eine Verbindungsstruktur56 hergestellt, die eine oder mehrere dielektrische Schichten und jeweilige Metallisierungsstrukturen hat. Die dielektrischen Schichten können Zwischenmetalldielektrikum-Schichten (IMD-Schichten) sein. Die IMD-Schichten können zum Beispiel aus einem dielektrischen Low-k-Material, wie etwa undotiertem Silicatglas (USG), Phosphorsilicatglas (PSG), Borphosphorsilicatglas (BPSG), Fluorsilicatglas (FSG), SiOxCy, Aufschleuderglas, Aufschleuderpolymeren, Silizium-Kohlenstoff-Material, Verbindungen daraus, Verbundstoffen daraus, Kombinationen davon oder dergleichen, mit einem geeigneten Verfahren, das auf dem Fachgebiet bekannt, wie etwa Aufschleudern, chemische Aufdampfung (CVD), plasmaunterstützte chemische Aufdampfung (PECVD), chemische Aufdampfung mit einem Plasma hoher Dichte (HDPCVD) oder dergleichen hergestellt werden. Die Metallisierungsstrukturen in den dielektrischen Schichten können elektrische Signale zwischen den Bauelementen des Substrats52 übertragen, wie etwa unter Verwendung von Durchkontaktierungen und/oder Leiterbahnen, und sie können außerdem verschiedene elektrische Bauelemente enthalten, wie etwa Kondensatoren, Widerstände, Induktoren oder dergleichen. Darüber hinaus sind die leitfähigen Durchkontaktierungen54 mit den Metallisierungsstrukturen elektrisch verbunden. Die Metallisierungsstrukturen können aus einem leitfähigen Material, wie etwa Kupfer, Aluminium oder dergleichen oder Kombinationen davon, bestehen. Die verschiedenen Bauelemente und Metallisierungsstrukturen können miteinander verbunden werden, um eine oder mehrere Funktionen zu erfüllen. Die Funktionen können Speicherstrukturen, Verarbeitungsstrukturen, Sensoren, Verstärker, Stromverteiler, E/A-Schaltungen oder dergleichen umfassen. Darüber hinaus werden in und/oder auf der Verbindungsstruktur56 Verbindungselemente, wie etwa leitfähige Säulen oder Kontaktpads, hergestellt, um einen äußeren elektrischen Anschluss für die Schaltkreise und Bauelemente bereitzustellen. Die vorstehenden Beispiele dienen nur der Erläuterung, und bei anderen Ausführungsformen können weniger oder zusätzliche Elemente verwendet werden. Gegebenenfalls können auch andere Schaltkreise für eine gegebene Anwendung verwendet werden. - Die Prüfpads
58 sind eine Teilmenge der Verbindungselemente, die in und/oder auf der Verbindungsstruktur56 hergestellt werden. Die Prüfpads58 werden in späteren Schritten für die Prüfung von Bauelementen verwendet, und sie sind während des normalen Betriebs des integrierten Schaltkreiselements50 nicht elektrisch verbunden oder aktiv. Bei einigen Ausführungsformen bestehen die Prüfpads58 aus einem kostengünstigeren Material (z. B. Aluminium) als dem leitfähigen Material der Metallisierungsstrukturen in der Verbindungsstruktur56 . - Die dielektrische Schicht
60 bedeckt die Prüfpads58 und ist über der Verbindungsstruktur56 angeordnet. Die dielektrische Schicht60 weist eine oder mehrere Schichten aus nicht-fotostrukturierbaren dielektrischen Materialien auf, wie etwa Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder dergleichen. Bei einigen Ausführungsformen wird die dielektrische Schicht60 später zum Bonden verwendet, und sie kann ein Oxid, wie etwa Siliziumoxid, sein. Die dielektrische Schicht60 kann durch CVD, PVD, ALD, Schleuderbeschichtung, eine Kombination davon oder dergleichen hergestellt werden. - Die Bondpads
62 werden in der dielektrischen Schicht60 hergestellt und werden durch die leitfähigen Durchkontaktierungen64 physisch und elektrisch mit der Verbindungsstruktur56 verbunden. Die Bondpads62 und die leitfähigen Durchkontaktierungen64 weisen ein leitfähiges Material auf, das ein metallisches Material mit einem Metall oder einer Metalllegierung sein kann, wie etwa Kupfer, Silber, Gold, Wolfram, Cobalt, Aluminium oder Legierungen daraus. Bei einigen Ausführungsformen werden die Bondpads62 und die leitfähigen Durchkontaktierungen64 mit einem Dual-Damascene-Prozess hergestellt. Als ein Beispiel für diesen Prozess können Öffnungen für die Bondpads62 und die leitfähigen Durchkontaktierungen64 in der dielektrischen Schicht60 erzeugt werden, eine dünne Seedschicht wird in den Öffnungen abgeschieden, und das leitfähige Material wird zum Beispiel durch elektrochemische Plattierung (ECP) oder stromlose Plattierung von der Seedschicht in die Öffnungen gefüllt. Ein Planarisierungsprozess, wie etwa eine CMP, kann durchgeführt werden, sodass Oberseiten der Bondpads und der dielektrischen Schicht60 auf gleicher Höhe sind. Bei einigen Ausführungsformen bestehen die Bondpads62 und die Prüfpads58 aus unterschiedlichen leitfähigen Materialien. - Die
2A bis2L sind verschiedene Schnittansichten von Zwischenstufen bei einem Prozess zur Herstellung von Bauelement-Packages, gemäß einigen Ausführungsformen. Wie nachstehend näher dargelegt wird, zeigen die2A bis2L einen Prozess, bei dem ein Bauelementstapel102 durch Aufeinanderstapeln von mehreren ersten integrierten Schaltkreiselementen, wie etwa den in1 gezeigten integrierten Schaltkreiselementen50 , hergestellt wird, und der Bauelementstapel102 kann bei einer Ausführungsform Speicher-Dies umfassen. Der Bauelementstapel102 wird von oben nach unten (oder umgekehrt) hergestellt, wobei das oberste Bauelement der ersten integrierten Schaltkreiselemente50 mit der aktiven Seite nach unten an einem Träger befestigt wird und anschließend darunter befindliche Schichten des Bauelementstapels102 an dem obersten Bauelement befestigt werden. Nach der Herstellung wird der Bauelementstapel102 geprüft, um eine spätere Bearbeitung von erwiesenermaßen schlechten Die-Stapeln zu reduzieren oder zu vermeiden. - Anschließend wird der Bauelementstapel
102 an einem zweiten integrierten Schaltkreiselement120 (siehe z. B.2I ) befestigt, um ein erstes Bauelement-Package100 (siehe z. B.2I ) herzustellen. Das zweite integrierte Schaltkreiselement120 kann eine Struktur haben, die der des ersten integrierten Schaltkreiselements50 ähnlich ist, und es kann bei einer Ausführungsform ein Logik-Die sein. Bei einer Ausführungsform ist das erste Bauelement-Package100 ein Chip-auf-Wafer(CoW)-Package, aber es dürfte klar sein, dass Ausführungsformen auch für andere 3DIC-Packages verwendet werden können. Dann wird ein zweites Bauelement-Package150 (siehe2L ) durch Montieren des ersten Bauelement-Packages100 an ein Substrat hergestellt. Bei einer Ausführungsform ist das zweite Bauelement-Package150 ein Chip-auf-Wafer-auf-Substrat(CoWoS)-Package, aber es dürfte klar sein, dass Ausführungsformen auch für andere 3DIC-Packages verwendet werden können. - Kommen wir nun zu
2A . Hier wird eine Bondschicht106 auf einem ersten Trägersubstrat104 abgeschieden, und ein oberstes integriertes Schaltkreiselement50A wird an der Bondschicht106 befestigt. Das erste Trägersubstrat104 kann ein Glas-Trägersubstrat, ein Keramik-Trägersubstrat, ein Siliziumwafer oder dergleichen sein. Auf dem ersten Trägersubstrat104 können mehrere Bauelement-Packages gleichzeitig hergestellt werden. Die Bondschicht106 dient zum Befestigen des obersten integrierten Schaltkreiselements50A an dem ersten Trägersubstrat104 . Bei einigen Ausführungsformen ist das erste Trägersubstrat104 ein Siliziumwafer. Bei diesen Ausführungsformen weist die Bondschicht106 ein siliziumhaltiges dielektrisches Material auf, wie etwa Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, und sie kann durch CVD, PVD, Schleuderbeschichtung oder dergleichen hergestellt werden. Das dielektrische Material kann für eine Bondung, wie etwa eine Oxid-Oxid-Bondung, verwendet werden, bei der die dielektrische Schicht60 des obersten integrierten Schaltkreiselements50A an die Bondschicht106 gebondet wird. Bei einigen Ausführungsformen ist das erste Trägersubstrat104 Glas. Bei diesen Ausführungsformen umfasst die Bondschicht106 eine Ablöseschicht, wie etwa einen Licht-Wärme-Umwandlungs(LTHC)-Ablösebelag, einen Ultraviolett(UV)-Klebstoff oder dergleichen. Die Ablöseschicht kann ein Klebstoff sein und kann zum Ankleben des obersten integrierten Schaltkreiselements50A an das erste Trägersubstrat104 verwendet werden. Das oberste integrierte Schaltkreiselement50A kann vor seiner Befestigung geprüft werden, sodass nur erwiesenermaßen gute Dies zum Herstellen des Bauelementstapels102 verwendet werden. - Das oberste integrierte Schaltkreiselement
50A kann dem integrierten Schaltkreiselement50 ähnlich sein, das vorstehend unter Bezugnahme auf2A erörtert worden ist, mit der Ausnahme, dass die Bondpads62 und die leitfähigen Durchkontaktierungen64 erst nach dem Ankleben an das erste Trägersubstrat104 hergestellt werden. Wie später näher dargelegt wird, wird der Bauelementstapel102 nach der Herstellung geprüft. Da sich das oberste integrierte Schaltkreiselement50A auf der obersten Schicht des Bauelementstapels102 befindet, werden die Prüfpads58 des obersten integrierten Schaltkreiselements50A für die Bauelementprüfung verwendet. Die Bondpads62 und die leitfähigen Durchkontaktierungen64 des obersten integrierten Schaltkreiselements50A können nach der Prüfung hergestellt werden, um eine Beschädigung der Bondpads62 bei der Prüfung zu vermeiden. - In
2B wird ein oberstes Verkapselungsmaterial110A um das oberste integrierte Schaltkreiselement50A und über dem ersten Trägersubstrat104 hergestellt. Das oberste Verkapselungsmaterial110A kann eine Formmasse, ein Epoxid oder dergleichen sein und kann durch Formpressen, Pressspritzen oder dergleichen aufgebracht werden. Das oberste Verkapselungsmaterial110A kann über dem obersten integrierten Schaltkreiselement50A und dem ersten Trägersubstrat104 hergestellt werden, sodass sie vergraben oder bedeckt werden. Dann wird das oberste Verkapselungsmaterial110A gehärtet. Dann werden das oberste Verkapselungsmaterial110A und das oberste integrierte Schaltkreiselement50A zum Beispiel mit einer CMP gedünnt, sodass die leitfähigen Durchkontaktierungen54 des obersten integrierten Schaltkreiselements50A freigelegt werden. Nach den Dünnen sind Oberseiten des obersten Verkapselungsmaterials110A und der leitfähigen Durchkontaktierungen54 auf gleicher Höhe mit der Rückseite des obersten integrierten Schaltkreiselements50A . - In
2C wird ein mittleres integriertes Schaltkreiselement50B an dem obersten integrierten Schaltkreiselement50A befestigt. Insbesondere wird die aktive Fläche des mittleren integrierten Schaltkreiselements50B an der Rückseite des obersten integrierten Schaltkreiselements50A befestigt. Im Gegensatz zu dem obersten integrierten Schaltkreiselement50A weist das mittlere integrierte Schaltkreiselement50B beim Ankleben an das oberste integrierte Schaltkreiselement50A nicht die Bondpads62 und die leitfähigen Durchkontaktierungen64 auf. Das mittlere integrierte Schaltkreiselement50B kann vor seiner Befestigung geprüft werden, sodass nur erwiesenermaßen gute Dies zum Herstellen des Bauelementstapels102 verwendet werden. - Bei einigen Ausführungsformen werden die integrierten Schaltkreiselemente
50A und50B durch Hybridbondung befestigt. Vor der Durchführung der Bondung kann eine Oberflächenbehandlung an den integrierten Schaltkreiselementen50A und50B durchgeführt werden. Die Oberflächenbehandlung kann ein Plasmabehandlungsprozess sein, und das Prozessgas, das zum Erzeugen des Plasmas verwendet wird, kann ein Wasserstoffhaltiges Gas sein, das ein erstes Gas mit Wasserstoff (H2) und Argon (Ar), ein zweites Gas mit H2 und Stickstoff (N2) oder ein drittes Gas mit H2 und Helium (He) umfasst. Durch die Behandlung steigt die Anzahl von OH-Gruppen an der Oberfläche der dielektrischen Schicht60 . Dann kann ein Vorbondprozess durchgeführt werden, bei dem die integrierten Schaltkreiselemente50A und50B justiert werden. Die integrierten Schaltkreiselemente50A und50B werden gegeneinander gepresst, sodass schwache Bondverbindungen zwischen dem Substrat52 des obersten integrierten Schaltkreiselements50A und der dielektrischen Schicht60 des mittleren integrierten Schaltkreiselements50B entstehen. Nach dem Vorbondprozess werden die integrierten Schaltkreiselemente50A und50B geglüht, um die schwachen Bondverbindungen zu stärken und eine Schmelzbondverbindung herzustellen. Während der Glühung wird das H der OH-Bindungen freigesetzt, sodass Si-O-Si-Bindungen zwischen den integrierten Schaltkreiselementen50A und50B entstehen, wodurch die Bindungen gestärkt werden. Bei der Hybridbondung kommt es auch zu einer direkten Metall-Metall-Bindung zwischen den leitfähigen Durchkontaktierungen54 des obersten integrierten Schaltkreiselements50A und den Bondpads62 des mittleren integrierten Schaltkreiselements50B . Somit ist die resultierende Bondung ein Hybridzustand, der die Si-O-Si-Bindung und die Metall-Metall-Direktbindung umfasst. - In
2D wird ein mittleres Verkapselungsmaterial110B um das mittlere integrierte Schaltkreiselement50B und über dem ersten Trägersubstrat104 hergestellt. Das mittlere Verkapselungsmaterial110B kann aus einem Material bestehen, das aus den Materialien gewählt ist, die für das oberste Verkapselungsmaterial110A in Frage kommen, oder es kann ein anderes Material sein. Das mittlere Verkapselungsmaterial110B kann mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung des obersten Verkapselungsmaterials110A in Frage kommen, oder es kann mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. - In
2E werden die vorstehend beschriebenen Schritte wiederholt, bis der Bauelementstapel102 ein unterstes integriertes Schaltkreiselement50C aufweist, das von einem untersten Verkapselungsmaterial110C umschlossen ist. Das unterste integrierte Schaltkreiselement50C braucht nicht gedünnt zu werden, sodass die leitfähigen Durchkontaktierungen54 des untersten integrierten Schaltkreiselements50C elektrisch isoliert bleiben. Das unterste integrierte Schaltkreiselement50C kann vor seiner Befestigung geprüft werden, sodass nur erwiesenermaßen gute Dies zum Herstellen des Bauelementstapels102 verwendet werden. - Es dürfte wohlverstanden sein, dass der Bauelementstapel
102 jede Anzahl von Schichten aufweisen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Bauelementstapel102 drei Schichten auf. Bei einer anderen Ausführungsform weist der Bauelementstapel102 zwei oder mehr als drei Schichten auf. - In
2F wird der Bauelementstapel102 von dem ersten Trägersubstrat104 entfernt, gewendet und an einem zweiten Trägersubstrat112 befestigt. Bei Ausführungsformen, bei denen das erste Trägersubstrat104 ein Siliziumwafer ist und die Bondschicht106 eine dielektrische Schicht ist, kann die Entfernung durch Wegätzen oder Wegschleifen des Siliziumwafers und der dielektrischen Schicht erfolgen. Bei Ausführungsformen, bei denen das erste Trägersubstrat104 Glas ist und die Bondschicht106 eine Ablöseschicht ist, kann die Entfernung durch Projizieren von Licht, wie etwa von Laserlicht oder UV-Licht, auf die Ablöseschicht erfolgen, sodass sich die Ablöseschicht durch die Wärme des Lichts zersetzt und das Glas abgelöst wird. Das zweite Trägersubstrat112 kann ein Siliziumwafer sein, und der Bauelementstapel102 kann durch Bondung, wie etwa eine Oxid-Oxid-Bondung, unter Verwendung einer Bondschicht114 an dem zweiten Trägersubstrat112 befestigt werden. Die Bondschicht114 kann ein Oxid sein, das mit der Schmelzbondung kompatibel ist, wie etwa Siliziumoxid. Die Bondschicht114 kann auf eine Rückseite des Bauelementstapels102 aufgebracht werden, wie etwa eine Rückseite des untersten integrierten Schaltkreiselements50C , oder sie kann über der Oberseite des zweiten Trägersubstrats112 zum Beispiel durch CVD oder dergleichen aufgebracht werden. - In
2G wird der Bauelementstapel102 unter Verwendung einer Sonde116 geprüft. Die Prüfpads58 des untersten integrierten Schaltkreiselements50C werden durch Strukturieren der dielektrischen Schicht60 des untersten integrierten Schaltkreiselements50C freigelegt, um Öffnungen118 zu erzeugen. Die dielektrische Schicht60 kann mit geeigneten fotolithografischen und Ätzverfahren strukturiert werden. Bei einigen Ausführungsformen wird ein Fotoresistmaterial (nicht dargestellt) über der dielektrischen Schicht60 hergestellt. Das Fotoresistmaterial wird anschließend bestrahlt (belichtet) und entwickelt, um einen Teil des Fotoresistmaterials zu entfernen. Anschließend werden die freigelegten Teile der dielektrischen Schicht60 zum Beispiel mit einem geeigneten Ätzprozess entfernt, um die Öffnungen118 zu erzeugen. Die Sonde116 wird dann physisch und elektrisch mit den Prüfpads58 verbunden, die von den Öffnungen118 freigelegt worden sind. Die Prüfpads58 werden zum Prüfen des Bauelementstapels102 verwendet, sodass nur erwiesenermaßen gute Bauelementstapel für die weitere Bearbeitung verwendet werden. Die Prüfung kann eine Prüfung der Funktionalität der verschiedenen integrierten Schaltkreiselemente oder eine Prüfung auf bekannte offene Stromkreise oder Kurzschlüsse umfassen, die auf Grund des Entwurfs der integrierten Schaltkreiselemente zu erwarten sind. Während der Prüfung können alle integrierten Schaltkreiselemente des Bauelementstapels102 kaskadenartig geprüft werden. - In
2H wird die Sonde116 entfernt, und die Öffnungen118 werden gefüllt. Die Öffnungen118 können dadurch gefüllt werden, dass mehr dielektrisches Material der dielektrischen Schicht60 in den Öffnungen118 hergestellt (oder abgeschieden) wird und eine Planarisierung, wie etwa eine CMP, zum Entfernen von überschüssigem dielektrischen Material außerhalb der Öffnungen118 durchgeführt wird. Dann werden die Bondpads62 und die leitfähigen Durchkontaktierungen64 in der dielektrischen Schicht60 des untersten integrierten Schaltkreiselements50C mit den vorstehenden beschriebenen Verfahren hergestellt. Es ist zu beachten, dass die Bondpads62 von den Prüfpads58 verschieden sind. Die Prüfpads58 können in dem untersten integrierten Schaltkreiselement50C nach Beendigung der Prüfung ungenutzt bleiben. - In
2I wird ein zweites integriertes Schaltkreiselement120 an dem Bauelementstapel102 befestigt, sodass das erste Bauelement-Package100 entsteht. Das zweite integrierte Schaltkreiselement120 kann eine andere Funktion als die integrierten Schaltkreiselemente50A ,50B und50C haben. Zum Beispiel können die integrierten Schaltkreiselemente50A ,50B und50C Speicherbauelemente sein, und das zweite integrierte Schaltkreiselement120 kann ein logisches Bauelement, wie etwa eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine grafische Verarbeitungseinheit (GPU), ein Ein-Chip-System (SoC), ein Microcontroller usw. sein. Das zweite integrierte Schaltkreiselement120 kann durch Hybridbondung unter Verwendung der dielektrischen Schicht60 und der Bondpads62 des untersten integrierten Schaltkreiselements50C an dem untersten integrierten Schaltkreiselement50C befestigt werden. Ein Verkapselungsmaterial121 wird um das zweite integrierte Schaltkreiselement120 und über dem Bauelementstapel102 hergestellt. Das Verkapselungsmaterial121 kann aus einem Material bestehen, das aus den Materialien gewählt ist, die für das oberste Verkapselungsmaterial110A in Frage kommen, oder es kann ein anderes Material sein. Das Verkapselungsmaterial121 kann mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung des obersten Verkapselungsmaterials110A in Frage kommen, oder es kann mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. - In
2J wird das erste Bauelement-Package100 unter Verwendung einer Sonde122 geprüft. Das erste Bauelement-Package100 wird unter Verwendung der Prüfpads58 des zweiten integrierten Schaltkreiselements120 geprüft. Es können Öffnungen124 erzeugt werden, die die Prüfpads58 des zweiten integrierten Schaltkreiselements120 freilegen, und das zweite integrierte Schaltkreiselement120 kann mit einem ähnlichen Verfahren wie dem Verfahren zum Prüfen des Bauelementstapels102 geprüft werden. Die Prüfung kann eine Prüfung der Funktionalität der integrierten Schaltkreiselemente des ersten Bauelement-Packages100 oder eine Prüfung auf bekannte offene Stromkreise oder Kurzschlüsse umfassen, die auf Grund des Entwurfs der integrierten Schaltkreiselemente zu erwarten sind. - In
2H wird die Sonde122 entfernt, und die Öffnungen124 werden gefüllt. Die Öffnungen124 können mit einem ähnlichen Verfahren wie dem Verfahren zum Füllen der Öffnungen118 gefüllt werden. Dann werden Kontakthügel126 auf dem zweiten integrierten Schaltkreiselement120 hergestellt, und auf den Kontakthügeln126 werden leitfähige Verbindungselemente128 hergestellt. - Die Kontakthügel
126 können Metallsäulen, C4-Kontakthügel (C4: Chipverbindung mit kontrolliertem Kollaps), Mikrobumps, mit dem ENEPIG-Verfahren hergestellte Kontakthügel (ENEPIG: Electroless Nickel Electroless Palladium Immersion Gold), Kugelgitter-Array(BGA)-Kontakthügel oder dergleichen sein. Bei einer Ausführungsform sind die Kontakthügel126 C4 -Kontakthügel. Die Kontakthügel126 können durch Sputtern, Drucken, Elektroplattierung, stromlose Plattierung, CVD oder dergleichen hergestellt werden. Die Kontakthügel126 können lotfrei sein und im Wesentlichen vertikale Seitenwände haben. Bei einigen Ausführungsformen wird eine metallische Verkappungsschicht (nicht dargestellt) auf den Kontakthügeln126 hergestellt. Die metallische Verkappungsschicht kann Nickel, Zinn, Zinn-Blei, Gold, Silber, Palladium, Indium, Nickel-Palladium-Gold, Nickel-Gold oder dergleichen oder eine Kombination davon aufweisen und kann mit einem Plattierungsprozess hergestellt werden. - Die leitfähigen Verbindungselemente
128 können aus einem leitfähigen Material, wie etwa Lot, Kupfer, Aluminium, Gold, Nickel, Silber, Palladium, Zinn oder dergleichen, oder einer Kombination davon bestehen. Bei einigen Ausführungsformen werden die leitfähigen Verbindungselemente128 dadurch hergestellt, dass zunächst eine Schicht aus Lot mit Verfahren wie Aufdampfung, Elektroplattierung, Drucken, Lotübertragung, Kugelplatzierung oder dergleichen hergestellt wird. Nachdem die Lotschicht auf der Struktur hergestellt worden ist, kann eine Aufschmelzung durchgeführt werden, um die leitfähigen Verbindungselemente128 in die gewünschten Kontakthügelformen zu bringen. Bei einigen Ausführungsformen können die Kontakthügel126 und die leitfähigen Verbindungselemente128 beide aus Lot bestehen. - Nachdem die Herstellung des ersten Bauelement-Packages
100 beendet ist, wird das erste Bauelement-Package100 von benachbarten Bauelement-Packages vereinzelt, die auf dem gleichen Trägerwafer hergestellt sind. Die Vereinzelung kann zum Beispiel durch Zersägen oder Laserschneiden erfolgen. Bei einigen Ausführungsformen bleibt nach der Vereinzelung das zweite Trägersubstrat112 zurück. Wie später näher dargelegt wird, kann das zweite Trägersubstrat112 die Wärme-Abführung von dem ersten Bauelement-Package100 unterstützen. Bei einigen Ausführungsformen kann das zweite Trägersubstrat112 entfernt werden, und optional können andere Strukturen, wie etwa ein Kühlsystem, angebracht werden. Bei der dargestellten Ausführungsform sind die leitfähigen Durchkontaktierungen54 des obersten integrierten Schaltkreiselements50A in dem ersten Bauelement-Package100 elektrisch isoliert. Diese leitfähigen Durchkontaktierungen54 können ungenutzt bleiben, sodass der gleiche Die zum Aufeinanderstapeln in dem Bauelementstapel102 verwendet werden kann. - In
2L wird das zweite Bauelement-Package150 durch Montieren des ersten Bauelement-Packages100 an ein Package-Substrat152 hergestellt. Das Package-Substrat152 kann aus einem Halbleitermaterial bestehen, wie etwa Silizium, Germanium, Diamant oder dergleichen. Alternativ können auch Verbundmaterialien zum Einsatz kommen, wie etwa Siliziumgermanium, Siliziumcarbid, Galliumarsen, Indiumarsenid, Indiumphosphid, Siliziumgermaniumcarbid, Galliumarsenphosphid, Galliumindiumphosphid, Kombinationen davon oder dergleichen. Darüber hinaus kann das Package-Substrat152 ein SOI-Substrat sein. In der Regel umfasst ein SOI-Substrat eine Schicht aus einem Halbleitermaterial, wie etwa epitaxiales Silizium, Germanium, Siliziumgermanium, SOI, SGOI oder Kombinationen davon. Das Package-Substrat152 basiert bei einer alternativen Ausführungsform auf einem isolierenden Kern, wie etwa einem mit Glasfasern verstärkten Harzkern. Ein beispielhaftes Kernmaterial ist Glasfaser-Harz, wie etwa FR4. Alternativen für das Kernmaterial sind Bismaleimid-Triazin(BT)-Harz oder andere Leiterplatten-Materialien oder -Schichten. Aufbauschichten, wie etwa eine Ajinomoto-Aufbauschicht (ABF), oder andere Schichtstoffe können ebenfalls für das Package-Substrat152 verwendet werden. - Das Package-Substrat
152 kann aktive und passive Bauelemente (nicht dargestellt) aufweisen. Es können viele verschiedene Bauelemente, wie etwa Transistoren, Kondensatoren, Widerstände, Kombinationen davon und dergleichen, zum Erfüllen der baulichen und funktionellen Anforderungen an den Entwurf für das zweite Bauelement-Package150 verwendet werden. Die Bauelemente können mit geeigneten Verfahren hergestellt werden. - Das Package-Substrat
152 kann außerdem Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen (nicht dargestellt) und Bondpads154 über den Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen aufweisen. Die Metallisierungsschichten können über den aktiven und passiven Bauelementen hergestellt werden, und sie sind so konzipiert, dass sie die verschiedenen Bauelemente zu einer funktionellen Schaltung verbinden. Die Metallisierungsschichten können aus wechselnden Schichten aus einem Dielektrikum (z. B. einem dielektrischen Low-k-Material) und einem leitfähigen Material (z. B. Kupfer) bestehen, wobei Durchkontaktierungen die Schichten aus dem leitfähigen Material miteinander verbinden, und sie können mit einem geeigneten Verfahren (wie etwa Abscheidung, Single-Damascene-Prozess, Dual-Damascene-Prozess oder dergleichen) hergestellt werden. Bei einigen Ausführungsformen ist das Package-Substrat152 im Wesentlichen frei von aktiven und passiven Bauelementen. - Bei einigen Ausführungsformen werden die leitfähigen Verbindungselemente
128 aufgeschmolzen, um das erste Bauelement-Package100 an den Bondpads154 zu befestigen, wodurch das zweite integrierte Schaltkreiselement120 an das Package-Substrat152 gebondet wird. Die leitfähigen Verbindungselemente128 verbinden das Package-Substrat152 , wie etwa Metallisierungsschichten in dem Package-Substrat152 , elektrisch und/oder physisch mit dem ersten Bauelement-Package100 . Bei einigen Ausführungsformen können passive Bauelemente, wie etwa Bauelemente zur Oberflächenmontage (SMDs) (nicht dargestellt), vor der Montage auf das Package-Substrat152 an dem zweiten Bauelement-Package150 befestigt werden (z. B. an die Bondpads154 gebondet werden). Bei diesen Ausführungsformen können die passiven Bauelemente an die gleiche Fläche des zweiten Bauelement-Packages150 wie die leitfähigen Verbindungselemente128 gebondet werden. - Auf die leitfähigen Verbindungselemente
128 kann ein Epoxid-Flussmittel (nicht dargestellt) aufgebracht werden, bevor sie aufgeschmolzen werden, wobei zumindest ein Teil des Epoxid-Anteils des Epoxid-Flussmittels zurückbleibt, nachdem das zweite Bauelement-Package150 an dem Package-Substrat152 befestigt worden ist. Dieser verbleibende EpoxidAnteil kann als einer Unterfüllung zum Reduzieren der mechanischen Spannung und zum Schützen der Verbindungsstellen fungieren, die durch das Aufschmelzen der leitfähigen Verbindungselemente128 entstehen. - Zwischen dem zweiten integrierten Schaltkreiselement
120 und dem Package-Substrat152 kann eine Unterfüllung (nicht dargestellt) so hergestellt werden, dass sie die leitfähigen Verbindungselemente128 umschließt. Die Unterfüllung kann mit einem Kapillarfluss-Verfahren hergestellt werden, nachdem das erste Bauelement-Package100 befestigt worden ist, oder sie kann mit einem geeigneten Abscheidungsverfahren hergestellt werden, bevor das erste Bauelement-Package100 befestigt wird. -
3 ist eine Schnittansicht eines Dummy-Bauelements300 gemäß einigen Ausführungsformen. Das Dummy-Bauelement300 erfüllt keine elektrische Funktion, und in ihm sind keine aktiven oder passiven Bauelemente hergestellt. Wie später näher dargelegt wird (z. B. bei der Ausführungsform der5A bis5J und der Ausführungsform der9A bis9H) , kann das Dummy-Bauelement300 vielmehr in den Bauelement-Packages der Ausführungsformen (z. B. den Bauelement-Packages550 und950 , siehe unten) enthalten sein, um die Wärme-Abführung der resultierenden Packages zu verbessern. Das Dummy-Bauelement300 weist ein Substrat302 , eine Trennschicht304 , eine Ätzstoppschicht306 , eine Zwischenmetalldielektrikum-Schicht (IMD-Schicht)308 , eine Justiermarke310 und eine Bondschicht312 auf. - Die Trennschicht
304 wird auf dem Substrat302 hergestellt. Das Substrat302 kann aus einem Material bestehen, das aus den Materialien gewählt ist, die für das Substrat52 in Frage kommen, oder es kann ein anderes Material sein. Das Substrat302 kann mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung des Substrats302 in Frage kommen, oder es kann mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. Die Trennschicht304 unterstützt die elektrische Isolierung der Justiermarke310 . Die Trennschicht304 kann aus einem dielektrischen Material, wie etwa Siliziumcarbid, Siliziumnitrid oder dergleichen, bestehen, und kann durch CVD, PVD oder dergleichen hergestellt werden. Bei einer Ausführungsform wird die Trennschicht304 mit einer Dicke von weniger als etwa 500 nm (5 kÅ) hergestellt. - Auf der Trennschicht
304 wird die Ätzstoppschicht306 hergestellt. Die Ätzstoppschicht306 kann aus Siliziumcarbid, Siliziumnitrid, Siliziumoxidnitrid, Siliziumcarbonitrid oder dergleichen bestehen. Die Ätzstoppschicht306 kann durch CVD, PVD, ALD, einen Aufschleuderdielektrikum-Prozess oder dergleichen oder eine Kombination davon hergestellt werden. Bei einer Ausführungsform wird die Ätzstoppschicht306 mit einer Dicke von etwa 50 nm bis etwa 200 nm (etwa500 Å bis etwa 2 kÅ) hergestellt. - Über der Ätzstoppschicht
306 wird die IMD-Schicht308 hergestellt. Die IMD-Schicht308 kann eine Schicht sein, die aus einem dielektrischen Low-k-Material mit einem k-Wert besteht, der kleiner als etwa 3,0 ist. Die IMD-Schicht308 kann aus einem dielektrischen Extrem-Low-k(ELK)-Material mit einem k-Wert von weniger als 2,5 bestehen. Bei einigen Ausführungsformen kann die IMD-Schicht308 aus Black Diamond® (eingetragenes Warenzeichen der Fa. Applied Materials), einem sauerstoff- und/oder kohlenstoffhaltigen dielektrischen Low-k-Material, Wasserstoff-Silsesquioxan (HSQ), Methyl-Silsesquioxan (MSQ) oder dergleichen bestehen. Die IMD-Schicht308 kann ein poröses Material sein. Die IMD-Schicht308 kann auch aus einem dielektrischen Material wie Siliziumnitrid, Siliziumoxid oder dergleichen bestehen. Bei einer Ausführungsform wird die IMD-Schicht308 mit einer Dicke von etwa 200 nm bis 800 nm (etwa 2 kÅ bis 8 kÅ) hergestellt. Bei einigen Ausführungsformen werden die Materialien für die Ätzstoppschicht306 und die IMD-Schicht308 so gewählt, dass eine hohe Ätzselektivität zwischen der Ätzstoppschicht306 und der IMD-Schicht308 erzielt wird, und daher kann die Ätzstoppschicht306 zum Stoppen der Ätzung der IMD-Schicht308 in späteren Bearbeitungsschritten verwendet werden. - Die Justiermarke
310 wird in der IMD-Schicht308 hergestellt und kann durch die Ätzstoppschicht306 und die Trennschicht304 verlaufen. Die Justiermarke310 kann mit einem Single-Damascene-Prozess hergestellt werden. Als ein Beispiel für die Herstellung der Justiermarke310 kann eine Öffnung (nicht dargestellt) in der IMD-Schicht308 mit einem Ätzprozess erzeugt werden. Bei dem Ätzprozess kann Material der IMD-Schicht308 entfernt werden, aber es kann kein Material der Ätzstoppschicht306 entfernt werden. Nachdem die Ätzstoppschicht306 freigelegt worden ist, kann ein anderer Ätzprozess durchgeführt werden, um die Öffnung durch die Ätzstoppschicht306 zu verlängern. Die Öffnung kann außerdem zumindest teilweise in die Trennschicht304 hinein verlängert werden. In der Öffnung werden optional eine oder mehrere Diffusionssperrschichten (nicht dargestellt) hergestellt, und dann wird ein leitfähiges Material über den Diffusionssperrschichten, falls vorhanden, abgeschieden. Die Diffusionssperrschichten können aus TaN, Ta, TiN, Ti, CoW oder dergleichen bestehen und können in den Öffnungen mit einem Abscheidungsprozess wie ALD oder dergleichen hergestellt werden. Das leitfähige Material kann Kupfer, Aluminium, Wolfram, Silber und Kombinationen davon oder dergleichen umfassen und kann durch elektrochemische Plattierung, CVD, ALD, PVD oder dergleichen oder eine Kombination davon über den Diffusionssperrschichten in den Öffnungen hergestellt werden. Bei einer Ausführungsform ist das leitfähige Material Kupfer, und die Diffusionssperrschichten sind dünne Sperrschichten, die verhindern, dass das Kupfer in die IMD-Schicht308 eindiffundiert. Nach der Herstellung der Diffusionssperrschichten und des leitfähigen Materials können überschüssige Teile der Diffusionssperrschichten und des leitfähigen Materials zum Beispiel mit einem Planarisierungsprozess wie CMP entfernt werden. - Auf der Justiermarke
310 und der IMD-Schicht308 wird die Bondschicht312 hergestellt. Die Bondschicht312 kann für die Bondung, wie etwa eine Oxid-Oxid-Bondung, in späteren Schritten verwendet werden, und sie besteht aus einem Material, das für eine Oxid-Oxid-Bondung mit einem Halbleitersubstrat verwendet werden kann. Bei einer Ausführungsform besteht die Bondschicht312 aus einem Oxid, wie etwa Siliziumoxid, und sie kann durch CVD, PVD, ALD, Schleuderbeschichtung, eine Kombination davon oder dergleichen hergestellt werden. Bei einer Ausführungsform wird die Bondschicht312 mit einer Dicke von etwa 0,8 µm bis etwa 2 µm hergestellt. - Die
4A bis4D sind Draufsichten der Justiermarke310 , gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Wie gezeigt ist, kann die Justiermarke310 so hergestellt werden, dass sie in einer Draufsicht verschiedene Formen hat. Zum Beispiel kann die Justiermarke310 eine geschlossene quadratische Form (siehe4A) , eine runde Form (siehe4B) , eine Kreuzform (siehe4C ) oder eine offene quadratische Form (siehe4D ) haben. Es dürfte wohlverstanden sein, dass auch andere Formen verwendet werden können. - Die
5A bis5J sind verschiedene Schnittansichten von Zwischenstufen bei einem Prozess zur Herstellung von Bauelement-Packages, gemäß einigen Ausführungsformen. In den5A bis5J wird ein Bauelementstapel502 durch Aufeinanderstapeln von mehreren Dummy-Bauelementen (wie etwa dem Dummy-Bauelement300 , das vorstehend unter Bezugnahme auf die3 und4 beschrieben worden ist) und ersten integrierten Schaltkreiselementen (wie etwa den integrierten Schaltkreiselementen50 , die vorstehend unter Bezugnahme auf1 beschrieben worden sind) hergestellt. Der Bauelementstapel502 wird nach der Herstellung geprüft. Dann werden weitere Bauelement-Packages mit dem Bauelementstapel502 hergestellt. Das Herstellen des Bauelementstapels502 mit den Dummy-Bauelementen300 kann die Wärme-Abführung der resultierenden Bauelement-Packages unterstützen. Außerdem können die Justiermarken310 in den Dummy-Bauelementen300 die Bauelementstapelgenauigkeit bei der späteren Bearbeitung verbessern. Die Bauelement-Packages können CoW- oder CoWoS-Packages sein, aber es dürfte klar sein, dass Ausführungsformen auch für andere 3DIC-Packages verwendet werden können. - Kommen wir zunächst zu
5A . Hier werden mehrere oberste integrierte Schaltkreiselemente50A und Dummy-Bauelemente300A an ein erstes Trägersubstrat508 angeklebt. Bei einigen Ausführungsformen haben die obersten integrierten Schaltkreiselemente50A keine Bondpads, wenn sie an das erste Trägersubstrat508 angeklebt werden. Die obersten integrierten Schaltkreiselemente50A können vor ihrer Befestigung geprüft werden, sodass nur erwiesenermaßen gute Dies zum Herstellen des Bauelementstapels502 verwendet werden. - Das erste Trägersubstrat
508 kann aus einem Siliziumwafer oder dergleichen bestehen, und in oder über dem Siliziumwafer werden Justiermarken510 hergestellt. Die Justiermarken510 können in einer ähnlichen Weise wie die Justiermarken310 der Dummy-Bauelemente300A hergestellt werden. - Die obersten integrierten Schaltkreiselemente
50A und die Dummy-Bauelemente300A werden mit der aktiven Seite nach unten auf dem ersten Trägersubstrat508 platziert und werden durch Bondung, wie etwa Oxid-Oxid-Bondung, mit den dielektrischen Schichten60 bzw. den Bondschichten312 verklebt. Die Platzierung kann z. B. mit einem Pick- und Place-Prozess erfolgen. Bei der Platzierung werden die Justiermarken310 der Dummy-Bauelemente300A zu den Justiermarken510 des ersten Trägersubstrats508 ausgerichtet, was eine genauere Platzierung bei dem Pick- und Place-Prozess ermöglicht. Bei dem Pick- und Place-Prozess können Ecken der obersten integrierten Schaltkreiselemente50A ausgerichtet werden. Bei einigen Ausführungsformen werden die integrierten Schaltkreiselemente50A vor den Dummy-Bauelementen300A platziert. Bei einigen Ausführungsformen werden die Dummy-Bauelemente300A vor den integrierten Schaltkreiselementen50A platziert. Einzelheiten dazu, wie die Justiermarken310 verwendet werden können, werden später näher erörtert. - In
5B wird ein oberstes Verkapselungsmaterial514A um die obersten integrierten Schaltkreiselemente50A , um die Dummy-Bauelemente300A und über dem ersten Trägersubstrat508 hergestellt. Das oberste Verkapselungsmaterial514A kann ein Material sein, das aus den Materialien gewählt ist, die für das oberste Verkapselungsmaterial110A (siehe2B) in Frage kommen, oder es kann ein anderes Material sein. Das oberste Verkapselungsmaterial514A kann mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung des obersten Verkapselungsmaterials110A in Frage kommen, oder es kann mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. Anschließend werden das oberste Verkapselungsmaterial514A , die obersten integrierten Schaltkreiselemente50A und die Dummy-Bauelemente300A zum Beispiel mit einer CMP gedünnt, sodass die leitfähigen Durchkontaktierungen54 der obersten integrierten Schaltkreiselemente50A freigelegt werden. - In
5C werden die vorstehend beschriebenen Schritte wiederholt, um weitere Schichten des Bauelementstapels502 herzustellen. Mittlere integrierte Schaltkreiselemente50B und mittlere Dummy-Bauelemente300B werden an den obersten integrierten Schaltkreiselementen50A und den obersten Dummy-Bauelementen300A befestigt. Ebenso werden unterste integrierte Schaltkreiselemente50C und unterste Dummy-Bauelemente300C an den mittleren integrierten Schaltkreiselementen50B und den mittleren Dummy-Bauelementen300B befestigt. Die mittleren integrierten Schaltkreiselemente50B und die untersten integrierten Schaltkreiselemente50C weisen beim Ankleben die Bondpads62 auf. Somit werden die integrierten Schaltkreiselemente jeder Schicht durch Hybridbondung an der darunter befindlichen Schicht befestigt. Jedes der integrierten Schaltkreiselemente kann vor seiner Befestigung geprüft werden, sodass nur erwiesenermaßen gute Dies zum Herstellen des Bauelementstapels502 verwendet werden. - Es dürfte wohlverstanden sein, dass der Bauelementstapel
502 jede Anzahl von Schichten aufweisen kann. Bei der dargestellten Ausführungsform weist der Bauelementstapel502 vier Schichten auf (z. B. die obersten integrierten Schaltkreiselemente50A und die obersten Dummy-Bauelemente300A ; zwei Schichten der mittleren integrierten Schaltkreiselemente50B und der mittleren Dummy-Bauelemente300B ; und die untersten integrierten Schaltkreiselemente50C und die untersten Dummy-Bauelemente300C) . Bei einer anderen Ausführungsform weist der Bauelementstapel502 eine größere oder eine kleinere Anzahl von Schichten auf, wie etwa fünf Schichten oder zwei Schichten. - In
5D wird ein zweites Trägersubstrat516 durch Bondung, wie etwa Oxid-Oxid-Bondung, unter Verwendung einer Bondschicht518 an dem Bauelementstapel502 befestigt. Das zweite Trägersubstrat516 kann aus einem Siliziumwafer oder dergleichen bestehen, und in oder über dem Siliziumwafer werden Justiermarken520 hergestellt. Die Justiermarken520 können in einer ähnlichen Weise wie die Justiermarken310 der Dummy-Bauelemente300A hergestellt werden. Die Justiermarken520 des zweiten Trägersubstrats516 werden zu der Justiermarke310 der Dummy-Bauelemente300A ,300B und300C ausgerichtet, sodass das zweite Trägersubstrat516 genauer platziert werden kann. Die Bondschicht518 kann aus einem Material bestehen, das aus den Materialien gewählt ist, die für die Bondschicht114 (siehe2F) in Frage kommen, oder sie kann ein anderes Material aufweisen. Die Bondschicht518 kann mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung der Bondschicht114 in Frage kommen, oder sie kann mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. Bei einer Ausführungsform ist die Bondschicht518 ein Oxid, das mit der Oxid-Oxid-Bondung kompatibel ist, wie etwa Siliziumoxid. - In
5E wird der Bauelementstapel502 von dem ersten Trägersubstrat508 entfernt und gewendet. Bei Ausführungsformen, bei denen das erste Trägersubstrat508 ein Siliziumwafer ist und die Bondschicht518 eine dielektrische Schicht ist, kann die Entfernung durch Wegätzen oder Wegschleifen des Siliziumwafers und der dielektrischen Schicht erfolgen. Der Bauelementstapel502 kann dann geprüft werden, sodass nur erwiesenermaßen gute Bauelementstapel für die weitere Bearbeitung verwendet werden. Ähnlich wie bei dem Bauelementstapel102 können die obersten integrierten Schaltkreiselemente50A Prüfpads (nicht dargestellt) aufweisen, die für die Prüfung verwendet werden. Die Prüfpads können für die Prüfung freigelegt werden und nach der Prüfung wieder bedeckt werden, sodass sie elektrisch isoliert sind. Die Prüfpads können aus einem anderen Material als die Bondpads bestehen. - In
5F werden die Bondpads62 in der dielektrischen Schicht60 der obersten integrierten Schaltkreiselemente50A hergestellt. Die Bondpads62 können nach der Prüfung mit einem Dual-Damascene-Prozess hergestellt werden. Es ist zu beachten, dass die Bondpads62 von den Prüfpads58 (in5F nicht dargestellt, aber vorstehend in1 dargestellt) verschieden sind. - In
5G werden zweite integrierte Schaltkreiselemente522 an dem Bauelementstapel502 durch Hybridbondung mit den Bondpads62 der obersten integrierten Schaltkreiselemente50A befestigt, sodass erste Bauelement-Packages500 entstehen. Das zweite integrierte Schaltkreiselement522 kann eine andere Funktion als die integrierten Schaltkreiselemente50A ,50B und50C erfüllen. Die zweiten integrierten Schaltkreiselemente522 können vor ihrer Befestigung geprüft werden, sodass nur erwiesenermaßen gute Dies zum Herstellen der ersten Bauelement-Packages500 verwendet werden. - Ein Verkapselungsmaterial
524 wird um die zweiten integrierten Schaltkreiselemente522 hergestellt. Das Verkapselungsmaterial524 kann ein Material sein, das aus den Materialien gewählt ist, die für das oberste Verkapselungsmaterial110A (siehe2B) in Frage kommen, oder es kann ein anderes Material sein. Das Verkapselungsmaterial524 kann mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung des obersten Verkapselungsmaterials110A in Frage kommen, oder es kann mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. Das Verkapselungsmaterial524 und die zweiten integrierten Schaltkreiselemente522 werden dann zum Beispiel mit einer CMP gedünnt, sodass sie Oberflächen auf gleichem Niveau haben. - In
5H werden Öffnungen in den dielektrischen Schichten60 der zweiten integrierten Schaltkreiselemente522 hergestellt, und in den Öffnungen werden Kontakthügel526 hergestellt. Die Kontakthügel526 können aus einem Material bestehen, das aus den Materialien gewählt ist, die für die Kontakthügel126 (siehe2K) in Frage kommen, oder sie können ein anderes Material aufweisen. Die Kontakthügel526 können mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung der Kontakthügel126 in Frage kommen, oder sie können mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. - Dann werden leitfähige Verbindungselemente
528 auf den Kontakthügeln526 hergestellt. Die leitfähigen Verbindungselemente528 können aus einem Material bestehen, das aus den Materialien gewählt ist, die für die leitfähigen Verbindungselemente128 (siehe2K) in Frage kommen, oder sie können ein anderes Material aufweisen. Die leitfähigen Verbindungselemente528 können mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung der leitfähigen Verbindungselemente128 in Frage kommen, oder sie können mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. Dann können die ersten Bauelement-Packages500 mit einer Sonde unter Verwendung der leitfähigen Verbindungselemente528 geprüft werden, sodass nur erwiesenermaßen gute Bauelemente für die weitere Bearbeitung verwendet werden. - In
5I werden die ersten Bauelement-Packages500 von benachbarten Bauelement-Packages vereinzelt. Die Vereinzelung kann zum Beispiel durch Zersägen oder Laserschneiden entlang Ritzgräben530 erfolgen. Obwohl es nicht dargestellt ist, dürfte klar sein, dass die Justiermarken520 des zweiten Trägersubstrats516 entlang den Ritzgräben530 angeordnet werden können. Daher können durch den Vereinzelungsprozess einige der Justiermarken520 abgeschnitten oder entfernt werden, sodass Teile des zweiten Trägersubstrats516 in den ersten Bauelement-Packages500 Fragmente oder Teile der Justiermarken520 haben. - In
5J werden zweite Bauelement-Packages550 durch Montieren der ersten Bauelement-Packages500 an ein Package-Substrat552 hergestellt. Das Package-Substrat552 kann dem Package-Substrat152 (siehe2L ) ähnlich sein. Das Package-Substrat552 kann Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen (nicht dargestellt) sowie Bondpads554 über den Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen aufweisen. Die leitfähigen Verbindungselemente528 der ersten Bauelement-Packages500 werden mit den Bondpads554 des Package-Substrats552 verbunden, um die zweiten Bauelement-Packages550 herzustellen. - Die Dummy-Bauelemente
300A ,300B und300C können einen thermischen Pfad zwischen den zweiten integrierten Schaltkreiselementen522 und dem zweiten Trägersubstrat516 bilden. Dadurch kann die Wärme-Abführung der resultierenden Bauelement-Packages500 verbessert werden. Außerdem können durch Herstellen der Justiermarken310 in den Dummy-Bauelementen300A ,300B und300C Justiermarken aus den integrierten Schaltkreiselementen50A ,50B und50C ausgelassen werden. Dadurch kann die verfügbare Trassierungsfläche in den verschiedenen integrierten Schaltkreiselementen vergrößert werden. - Die
6A und6B zeigen verschiedene Abwandlungen der zweiten Bauelement-Packages550 gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Bei einer ersten Abwandlung (z. B. in6A) können die Dummy-Bauelemente weggelassen werden. Somit weist nur das zweite Trägersubstrat516 Justiermarken520 in den zweiten Bauelement-Packages550 auf. Bei der Herstellung können die Justiermarken520 des zweiten Trägersubstrats516 zu den Justiermarken510 (siehe5D ) des ersten Trägersubstrats508 ausgerichtet werden. Bei einer zweiten Abwandlung (z. B. in6B) können die Dummy-Bauelemente300 und die Justiermarken310 weggelassen werden. Die dargestellten Abwandlungen können mit niedrigeren Herstellungskosten verbunden sein. - Die
7A bis7C sind Top-Down-Ansichten, die den Bauelementstapel502 auf verschiedenen Herstellungsstufen zeigen, gemäß verschiedenen Ausführungsformen. In dem dargestellten Beispiel kann7A der Platzierung der obersten integrierten Schaltkreiselemente50A (die in5A gezeigt ist) entsprechen,7B kann der Platzierung der obersten Dummy-Bauelemente300A (die in5A gezeigt ist) entsprechen, und7C kann der Platzierung der mittleren integrierten Schaltkreiselemente50B und der mittleren Dummy-Bauelemente300B (die in5C gezeigt ist) entsprechen. In7A wird eine erste Schicht des integrierten Schaltkreiselements50 über dem ersten Trägersubstrat508 platziert. Die Justiermarken510 des ersten Trägersubstrats508 werden zwischen den integrierten Schaltkreiselementen50 angeordnet. In7B wird eine erste Schicht der Dummy-Bauelemente300 über dem ersten Trägersubstrat508 zwischen den integrierten Schaltkreiselementen50 angeordnet. Die Justiermarken310 der ersten Schicht der Dummy-Bauelemente300 werden zu einer ersten Teilmenge510A der Justiermarken510 ausgerichtet. In7C wird eine zweite Schicht des ersten integrierten Schaltkreiselements50 und der Dummy-Bauelemente300 auf der ersten Schicht platziert. Die Justiermarken310 der zweiten Schicht der Dummy-Bauelemente300 werden zu einer zweiten Teilmenge510B der Justiermarken510 ausgerichtet. Das Material der Dummy-Bauelemente300 lässt das Licht durch, das zum Ausrichten der Justiermarken310 verwendet wird. Darüber hinaus können die erste Teilmenge510A und die zweite Teilmenge510B der Justiermarken510 unterschiedliche Formen haben (siehe z. B. die4A bis4D ). Zum Beispiel können die Dummy-Bauelemente300 einer ersten Schicht zu darunter befindlichen Justiermarken510 mit einer ersten Form ausgerichtet werden, und die Dummy-Bauelemente300 einer zweiten Schicht können zu darunter befindlichen Justiermarken510 mit einer zweiten Form ausgerichtet werden. Außerdem können einige der Dummy-Bauelemente300 mehrere seitlich versetzte Justiermarken310 haben (siehe7C ), um zu gewährleisten, dass die Dummy-Bauelemente300 während der Justierung richtig gedreht werden. Darüber hinaus überdecken sich die Justiermarken310 der Dummy-Bauelemente300 in unterschiedlichen Schichten in einer Draufsicht oder einer Top-Down-Ansicht nicht. - Die
8A bis8C sind Draufsichten einer der Schichten des ersten Bauelement-Packages500 (siehe z. B. die5A bis5I ), gemäß einigen Ausführungsformen. Das Layout der Dummy-Bauelemente300 ist in Bezug zu dem integrierten Schaltkreiselement50 gezeigt. Die Dummy-Bauelemente300 können in unterschiedlicher Weise angeordnet sein und können mehrere Formen haben. Bei einigen Ausführungsformen (z. B. in8A) sind die Dummy-Bauelemente300 entlang von zwei Rändern des integrierten Schaltkreiselements50 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen (z. B. in8B) sind die Dummy-Bauelemente300 entlang von vier Rändern des integrierten Schaltkreiselements50 angeordnet. Bei einigen Ausführungsformen (z. B. in8C ) umschließt nur ein Dummy-Bauelement300 das integrierte Schaltkreiselement50 . Andere Dummy-Bauelement-Layouts sind ebenfalls möglich. - Die
9A bis9H sind verschiedene Schnittansichten von Zwischenstufen bei einem Prozess zur Herstellung von Bauelement-Packages, gemäß einigen Ausführungsformen. In den9A bis9H wird ein Bauelementstapel902 durch Aufeinanderstapeln von mehreren Dummy-Bauelementen und ersten integrierten Schaltkreiselementen auf einem zweiten integrierten Schaltkreiselement hergestellt. Die ersten integrierten Schaltkreiselemente können Strukturen haben, die der Struktur des integrierten Schaltkreiselements50 (siehe1 ) ähnlich sind, und sie können bei einer Ausführungsform Speicher-Dies sein. Die zweiten integrierten Schaltkreiselemente können Strukturen haben, die der Struktur des integrierten Schaltkreiselements50 (siehe1 ) ähnlich sind, und sie können bei einer Ausführungsform Logik-Dies sein. Die Dummy-Bauelemente können Strukturen haben, die denen der Dummy-Bauelemente300 (siehe3 ) ähnlich sind. Der Bauelementstapel902 wird nach der Herstellung geprüft. - In
9A werden erste integrierte Schaltkreiselemente904 an einem ersten Trägersubstrat906 befestigt. Das erste Trägersubstrat906 kann aus einem Siliziumwafer oder dergleichen bestehen, und in oder über dem Siliziumwafer werden Justiermarken908 hergestellt. Die Justiermarken908 können in einer ähnlichen Weise wie die Justiermarken310 der Dummy-Bauelemente300 (siehe3 ) hergestellt werden. Die ersten integrierten Schaltkreiselemente904 können auf dem ersten Trägersubstrat906 platziert werden und können durch Bondung, wie etwa Oxid-Oxid-Bondung, unter Verwendung der dielektrischen Schichten60 der ersten integrierten Schaltkreiselemente904 befestigt werden. Vor ihrer Befestigung können die ersten integrierten Schaltkreiselemente904 geprüft werden, sodass nur erwiesenermaßen gute Dies für die weitere Bearbeitung verwendet werden. - In
9B wird ein erstes Verkapselungsmaterial912 um die ersten integrierten Schaltkreiselemente904 hergestellt. Das erste Verkapselungsmaterial912 kann ein Material sein, das aus den Materialien gewählt ist, die für das oberste Verkapselungsmaterial110A (siehe2B) in Frage kommen, oder es kann ein anderes Material sein. Das erste Verkapselungsmaterial912 kann mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung des obersten Verkapselungsmaterials110A in Frage kommen, oder es kann mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. Anschließend werden das erste Verkapselungsmaterial912 und die ersten integrierten Schaltkreiselemente904 zum Beispiel mit einer CMP gedünnt, sodass die leitfähigen Durchkontaktierungen54 der ersten integrierten Schaltkreiselemente904 freigelegt werden. - In
9C wird der Bauelementstapel902 auf den ersten integrierten Schaltkreiselementen904 hergestellt. Der Bauelementstapel902 weist mehrere Schichten der integrierten Schaltkreiselemente50A bis50D , der Dummy-Bauelemente300A bis300D und der Verkappungsmaterialien918A bis918D auf. Eine unterste Schicht der integrierten Schaltkreiselemente50D und der Dummy-Bauelemente300D braucht nicht planarisiert zu werden, sodass die leitfähigen Durchkontaktierungen54 der integrierten Schaltkreiselemente50D elektrisch isoliert bleiben. Jede Schicht kann zum Beispiel durch Bondung, wie etwa Oxid-Oxid-Bondung, befestigt werden. Bei der Platzierung werden die Justiermarken310 der Dummy-Bauelemente300A bis300D zu den Justiermarken908 des ersten Trägersubstrats906 ausgerichtet. - In
9D wird ein zweites Trägersubstrat920 durch Bondung, wie etwa Oxid-Oxid-Bondung, unter Verwendung einer dielektrischen Schicht922 an dem Bauelementstapel902 befestigt, sodass das erste Bauelement-Package900 entsteht. Das zweite Trägersubstrat920 kann aus einem Material bestehen, das aus den Materialien gewählt ist, die für das Trägersubstrat112 in Frage kommen, oder es kann ein anderes Material aufweisen. Das zweite Trägersubstrat920 weist Justiermarken924 auf, die zu den Justiermarken310 der integrierten Schaltkreiselemente50A bis50D ausgerichtet sind. - In
9E wird das erste Trägersubstrat906 von den ersten integrierten Schaltkreiselementen904 entfernt. Bei Ausführungsformen, bei denen das erste Trägersubstrat906 ein Siliziumwafer ist, kann die Entfernung durch Wegätzen oder Wegschleifen des Siliziumwafers und der dielektrischen Schicht erfolgen. - In
9F werden Öffnungen in den dielektrischen Schichten60 der ersten integrierten Schaltkreiselemente904 erzeugt, und in den Öffnungen werden Kontakthügel926 hergestellt. Die Kontakthügel926 können aus einem Material bestehen, das aus den Materialien gewählt ist, die für die Kontakthügel126 (siehe2K) in Frage kommen, oder sie können ein anderes Material aufweisen. Die Kontakthügel926 können mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung der Kontakthügel126 in Frage kommen, oder sie können mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. - Dann werden leitfähige Verbindungselemente
928 auf den Kontakthügeln926 hergestellt. Die leitfähigen Verbindungselemente928 können aus einem Material bestehen, das aus den Materialien gewählt ist, die für die leitfähigen Verbindungselemente128 in Frage kommen, oder sie können ein anderes Material aufweisen. Die leitfähigen Verbindungselemente928 können mit einem Verfahren hergestellt werden, das aus den Verfahren gewählt ist, die für die Herstellung der leitfähigen Verbindungselemente128 in Frage kommen, oder sie können mit einem anderen Verfahren hergestellt werden. Dann können die ersten Bauelement-Packages900 mit einer Sonde unter Verwendung der leitfähigen Verbindungselemente928 geprüft werden, sodass nur erwiesenermaßen gute Bauelemente für die weitere Bearbeitung verwendet werden. - In
9G werden die ersten Bauelement-Packages900 von benachbarten Bauelement-Packages vereinzelt. Die Vereinzelung kann zum Beispiel durch Zersägen oder Laserschneiden entlang Ritzgräben930 erfolgen. Die Justiermarken924 des zweiten Trägersubstrats920 können entlang den Ritzgräben930 angeordnet werden. Daher können durch den Vereinzelungsprozess einige der Justiermarken924 abgeschnitten oder entfernt werden, sodass Teile des zweiten Trägersubstrats920 in den ersten Bauelement-Packages900 Fragmente oder Teile der Justiermarken924 haben. - In
9H werden zweite Bauelement-Packages950 durch Montieren der ersten Bauelement-Packages900 an ein Package-Substrat952 hergestellt. Das Package-Substrat952 kann dem Package-Substrat152 (siehe2L ) ähnlich sein. Das Package-Substrat952 kann Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen (nicht dargestellt) sowie Bondpads954 über den Metallisierungsschichten und Durchkontaktierungen aufweisen. Die leitfähigen Verbindungselemente928 der ersten Bauelement-Packages900 werden mit den Bondpads954 des Package-Substrats952 verbunden, um die zweiten Bauelement-Packages950 herzustellen. - Ausführungsformen können verschiedene Vorteile erzielen. Durch Prüfen der Bauelementstapel (wie etwa Speicherwürfel) vor der Bearbeitung können erwiesenermaßen gute Würfel für die Bearbeitung verwendet werden, sodass die Ausbeute der Bauelement-Packages erhöht wird. Außerdem kann durch Verwenden der Dummy-Bauelemente in den Bauelement-Packages das thermische Verhalten der resultierenden Bauelement-Packages verbessert werden. Schließlich können durch Platzieren der Justiermarken in den Dummy-Bauelementen Justiermarken aus den Bauelementen in dem Speicherwürfel ausgelassen werden, sodass die Trassierungsfläche der Bauelemente in dem Speicherwürfel vergrößert werden kann.
- Bei einer Ausführungsform weist ein Verfahren die folgenden Schritte auf: Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von ersten Dies, um einen Bauelementstapel herzustellen; Freilegen von Prüfpads eines obersten Dies des Bauelementstapels; Prüfen des Bauelementstapels unter Verwendung der Prüfpads des obersten Dies; und nach dem Prüfen des Bauelementstapels Herstellen von Bondpads in dem obersten Die, wobei die Bondpads von den Prüfpads verschieden sind.
- Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Bedecken der Prüfpads des obersten Dies nach dem Prüfen des Bauelementstapels. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Aufeinanderstapeln der Mehrzahl von ersten Dies Folgendes: Bonden des obersten Dies an ein erstes Trägersubstrat, wobei während des Bondens der oberste Die eine dielektrische Schicht über den Prüfpads aufweist und frei von Bondpads ist; und Stapeln eines untersten Dies über den obersten Die, wobei während des Stapelns der unterste Die Bondpads und eine dielektrische Schicht über den Bondpads aufweist. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Bonden des obersten Dies an das erste Trägersubstrat das Herstellen von Oxid-Oxid-Verbindungen mit der dielektrischen Schicht des obersten Dies, und das Stapeln des untersten Dies über den obersten Die umfasst das Durchführen einer Hybridbondung mit den Bondpads und der dielektrischen Schicht des untersten Dies. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Stapeln der Mehrzahl von ersten Dies weiterhin Folgendes: Verkapseln des obersten Dies mit einer obersten Verkapselungsschicht; und nach dem Verkapseln des obersten Dies Verkapseln des untersten Dies mit einer untersten Verkapselungsschicht. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Stapeln der Mehrzahl von ersten Dies weiterhin Folgendes: Verkapseln eines obersten Dummy-Bauelements mit der obersten Verkapselungsschicht; und nach dem Verkapseln des obersten Dummy-Bauelements Verkapseln eines untersten Dummy-Bauelements mit der untersten Verkapselungsschicht. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Herstellen von Justiermarken in dem obersten Dummy-Bauelement und dem untersten Dummy-Bauelement. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin Folgendes: Herstellen von Justiermarken in dem ersten Trägersubstrat; und Ausrichten der Justiermarken des obersten und des untersten Dummy-Bauelements zu den Justiermarken des ersten Trägersubstrats. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin Folgendes: Bonden des untersten Dies des Bauelementstapels an ein zweites Trägersubstrat; und Entfernen des Bauelementstapels von dem ersten Trägersubstrat. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Bonden eines zweiten Dies an den obersten Die des Bauelementstapels unter Verwendung der Bondpads.
- Bei einer Ausführungsform weist ein Verfahren die folgenden Schritte auf: Bonden eines ersten Dies an ein erstes Trägersubstrat; Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von zweiten Dies und einer Mehrzahl von Dummy-Bauelementen auf dem ersten Die, um einen Bauelementstapel herzustellen; Bonden eines zweiten Trägersubstrats an die Mehrzahl von zweiten Dies und die Mehrzahl von Dummy-Bauelementen des Bauelementstapels; Entfernen des ersten Trägersubstrats von dem ersten Die; Herstellen von leitfähigen Kontakthügeln auf dem ersten Die; Prüfen des ersten Dies und des Bauelementstapels unter Verwendung der leitfähigen Kontakthügel des ersten Dies; und Vereinzeln des zweiten Trägersubstrats und von Teilen der Dummy-Bauelemente, um ein erstes Bauelement-Package herzustellen.
- Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens weist das erste Trägersubstrat erste Justiermarken auf, wobei die Dummy-Bauelemente zweite Justiermarken aufweisen, und das Verfahren umfasst weiterhin das Ausrichten der zweiten Justiermarken der Mehrzahl von Dummy-Bauelementen zu den ersten Justiermarken des ersten Trägersubstrats beim Stapeln der Dummy-Bauelemente auf den ersten Die. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens weist das zweite Trägersubstrat dritte Justiermarken auf, und das Verfahren umfasst weiterhin das Ausrichten der dritten Justiermarken des zweiten Trägersubstrats zu den zweiten Justiermarken der Mehrzahl von Dummy-Bauelementen beim Bonden des zweiten Trägersubstrats an die Dummy-Bauelemente. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens hat eine erste Teilmenge der zweiten Justiermarken eine erste Form, und eine zweite Teilmenge der zweiten Justiermarken hat eine zweite Form, wobei die erste und die zweite Teilmenge der Justiermarken in unterschiedlichen Schichten des Bauelementstapels angeordnet sind. Bei einigen Ausführungsformen des Verfahrens umfasst das Vereinzeln der Teile der Dummy-Bauelemente das Abtrennen der zweiten Justiermarken bei der Vereinzelung. Bei einigen Ausführungsformen umfasst das Verfahren weiterhin das Ausrichten des ersten Dies und der zweiten Dies über dem ersten Trägersubstrat ohne Verwendung von Justiermarken.
- Bei einer Ausführungsform weist ein Bauelement Folgendes auf: einen ersten Die, der eine erste Funktion hat; einen Bauelementstapel auf dem ersten Die, wobei der Bauelementstapel eine Mehrzahl von Schichten umfasst, die jeweils Folgendes aufweisen: einen zweiten Die, der eine zweite Funktion hat, ein Dummy-Bauelement, das zu dem zweiten Die benachbart ist, wobei das Dummy-Bauelement Justiermarken aufweist, und ein Verkapselungsmaterial, das zwischen dem Dummy-Bauelement und dem zweiten Die angeordnet ist; und ein erstes Substrat auf dem Bauelementstapel, wobei das erste Substrat Justiermarken aufweist.
- Bei einigen Ausführungsformen des Bauelements weist das Dummy-Bauelement jeder der Schichten Justiermarken auf. Bei einigen Ausführungsformen des Bauelements haben die Justiermarken in unterschiedlichen Schichten der Schichten unterschiedliche Formen. Bei einigen Ausführungsformen des Bauelements überdecken sich die Justiermarken der Dummy-Bauelemente in keiner der Schichten in einer Draufsicht.
Claims (20)
- Verfahren mit den folgenden Schritten: Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von ersten Dies, um einen Vorrichtungsstapel herzustellen; Freilegen von Prüfpads eines obersten Dies des Vorrichtungsstapels; Prüfen des Vorrichtungsstapels unter Verwendung der Prüfpads des obersten Dies; und nach dem Prüfen des Vorrichtungsstapels Herstellen von Bondpads in dem obersten Die, wobei die Bondpads von den Prüfpads verschieden sind.
- Verfahren nach
Anspruch 1 , das weiterhin das Bedecken der Prüfpads des obersten Dies nach dem Prüfen des Vorrichtungsstapels umfasst. - Verfahren nach
Anspruch 1 oder2 , wobei das Aufeinanderstapeln der Mehrzahl von ersten Dies Folgendes umfasst: Bonden des obersten Dies an ein erstes Trägersubstrat, wobei während des Bondens der oberste Die eine dielektrische Schicht über den Prüfpads aufweist und frei von Bondpads ist; und Stapeln eines untersten Dies über den obersten Die, wobei während des Stapelns der unterste Die Bondpads und eine dielektrische Schicht über den Bondpads aufweist. - Verfahren nach
Anspruch 3 , wobei das Bonden des obersten Dies an das erste Trägersubstrat das Herstellen von Oxid-Oxid-Verbindungen mit der dielektrischen Schicht des obersten Dies umfasst und das Stapeln des untersten Dies über den obersten Die das Durchführen einer Hybridbondung mit den Bondpads und der dielektrischen Schicht des untersten Dies umfasst. - Verfahren nach
Anspruch 3 oder4 , wobei das Stapeln der Mehrzahl von ersten Dies weiterhin Folgendes umfasst: Verkapseln des obersten Dies mit einer obersten Verkapselungsschicht; und nach dem Verkapseln des obersten Dies Verkapseln des untersten Dies mit einer untersten Verkapselungsschicht. - Verfahren nach
Anspruch 5 , wobei das Stapeln der Mehrzahl von ersten Dies weiterhin Folgendes umfasst: Verkapseln einer obersten Dummy-Vorrichtung mit der obersten Verkapselungsschicht; und nach dem Verkapseln der obersten Dummy-Vorrichtung Verkapseln einer untersten Dummy-Vorrichtung mit der untersten Verkapselungsschicht. - Verfahren nach
Anspruch 6 , das weiterhin das Herstellen von Justiermarken in der obersten Dummy-Vorrichtung und der untersten Dummy-Vorrichtung umfasst. - Verfahren nach
Anspruch 7 , das weiterhin Folgendes umfasst: Herstellen von Justiermarken in dem ersten Trägersubstrat; und Ausrichten der Justiermarken der obersten und der untersten Dummy-Vorrichtung zu den Justiermarken des ersten Trägersubstrats. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 3 bis8 , das weiterhin Folgendes umfasst: Bonden des untersten Dies des Vorrichtungsstapels an ein zweites Trägersubstrat; und Entfernen des Vorrichtungsstapels von dem ersten Trägersubstrat. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das weiterhin das Bonden eines zweiten Dies an den obersten Die des Vorrichtungsstapels unter Verwendung der Bondpads umfasst.
- Verfahren mit den folgenden Schritten: Bonden eines ersten Dies an ein erstes Trägersubstrat; Aufeinanderstapeln einer Mehrzahl von zweiten Dies und einer Mehrzahl von Dummy-Vorrichtungen auf dem ersten Die, um einen Vorrichtungsstapel herzustellen; Bonden eines zweiten Trägersubstrats an die Mehrzahl von zweiten Dies und die Mehrzahl von Dummy-Vorrichtungen des Vorrichtungsstapels; Entfernen des ersten Trägersubstrats von dem ersten Die; Herstellen von leitfähigen Kontakthügeln auf dem ersten Die; Prüfen des ersten Dies und des Vorrichtungsstapels unter Verwendung der leitfähigen Kontakthügel des ersten Dies; und Vereinzeln des zweiten Trägersubstrats und von Teilen der Dummy-Vorrichtungen, um ein erstes Vorrichtungs-Package herzustellen.
- Verfahren nach
Anspruch 11 , wobei das erste Trägersubstrat erste Justiermarken aufweist und die Dummy-Vorrichtungen zweite Justiermarken aufweisen, wobei das Verfahren weiterhin das Ausrichten der zweiten Justiermarken der Mehrzahl von Dummy-Vorrichtungen zu den ersten Justiermarken des ersten Trägersubstrats beim Stapeln der Dummy-Vorrichtungen auf den ersten Die umfasst. - Verfahren nach
Anspruch 12 , wobei das zweite Trägersubstrat dritte Justiermarken aufweist und das Verfahren weiterhin das Ausrichten der dritten Justiermarken des zweiten Trägersubstrats zu den zweiten Justiermarken der Mehrzahl von Dummy-Vorrichtungen beim Bonden des zweiten Trägersubstrats an die Dummy-Vorrichtungen umfasst. - Verfahren nach
Anspruch 12 oder13 , wobei eine erste Teilmenge der zweiten Justiermarken eine erste Form hat und eine zweite Teilmenge der zweiten Justiermarken eine zweite Form hat, wobei die erste und die zweite Teilmenge der Justiermarken in unterschiedlichen Schichten des Vorrichtungsstapels angeordnet sind. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 12 bis14 , wobei das Vereinzeln der Teile der Dummy-Vorrichtungen das Abtrennen der zweiten Justiermarken bei der Vereinzelung umfasst. - Verfahren nach einem der
Ansprüche 11 bis15 , das weiterhin das Ausrichten des ersten Dies und der zweiten Dies über dem ersten Trägersubstrat ohne Verwendung von Justiermarken umfasst. - Vorrichtung mit: einem ersten Die, der eine erste Funktion hat; einem Vorrichtungsstapel auf dem ersten Die, wobei der Vorrichtungsstapel eine Mehrzahl von Schichten umfasst, die jeweils Folgendes aufweisen: einen zweiten Die, der eine zweite Funktion hat, eine Dummy-Vorrichtung, die zu dem zweiten Die benachbart ist, wobei die Dummy-Vorrichtung Justiermarken aufweist, und ein Verkapselungsmaterial, das zwischen der Dummy-Vorrichtung und dem zweiten Die angeordnet ist; und einem ersten Substrat auf dem Vorrichtungsstapel, wobei das erste Substrat Justiermarken aufweist.
- Vorrichtung nach
Anspruch 17 , wobei die Dummy-Vorrichtung jeder der Schichten Justiermarken aufweist. - Vorrichtung nach
Anspruch 18 , wobei die Justiermarken in unterschiedlichen Schichten unterschiedliche Formen haben. - Vorrichtung nach
Anspruch 18 oder19 , wobei sich die Justiermarken der Dummy-Vorrichtungen in einer Draufsicht in keiner der Schichten überdecken.
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