-
QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
-
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
62/940,962 , eingereicht am 27. November 2019, deren Inhalt durch Bezugnahme vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist. Diese Anmeldung beansprucht außerdem die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
63/006,144 , eingereicht am 7. April 2020, deren Inhalt durch Bezugnahme vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist. Diese Anmeldung beansprucht außerdem die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
63/006,152 , eingereicht am 7. April 2020, deren Inhalt durch Bezugnahme vollumfänglich in die vorliegende Anmeldung aufgenommen ist.
-
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
-
Gebiet der Erfindung
-
Diese Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiter-Packaging-Technologie, und insbesondere auf eine Halbleiter-Package-Struktur.
-
Beschreibung des Stands der Technik
-
Es wird eine kleinere Package-Struktur, die eine geringere Fläche belegt als vorherige Package-Strukturen benötigt. Eine technische Lösung ist eine heterogene Integration, die mehrere Halbleiterdies in demselben Package integrieren soll. So können Herstellungskosten verringert werden, während Leistung und hohe Dichte bereitgestellt werden können. In einigen Package-Strukturen kann ein Interposer oder eine Brückenstruktur verwendet werden, um Verbindungen zwischen den Halbleiterdies bereitzustellen.
-
Auch wenn bestehende Halbleiter-Package-Strukturen allgemein angemessen sind, sind sie nicht in jeder Hinsicht zufriedenstellend. Beispielsweise sind die Kosten des Interposers und die Kosten des Substrats mit einer darin eingebetteten Brückenstruktur relativ hoch. Daher besteht ein Bedarf an einer weiteren Verbesserung der Halbleiter-Package-Struktur und des Verfahrens zum Herstellen derselben zum Verringern der Produktionskosten und Erhöhen des Ertrags.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
-
Halbleiter-Package-Strukturen sind bereitgestellt. Eine beispielhafte Ausführungsform einer Halbleiter-Package-Struktur umfasst ein Substrat, eine Brückenstruktur, eine Umverteilungsschicht, eine erste Halbleiterkomponente und eine zweite Halbleiterkomponente. Das Substrat weist eine Verkabelungsstruktur auf. Die Brückenstruktur befindet sich über dem Substrat. Die Umverteilungsschicht befindet sich über der Brückenstruktur. Die erste Halbleiterkomponente und die zweite Halbleiterkomponente befinden sich über der Umverteilungsschicht, wobei die erste Halbleiterkomponente durch die Umverteilungsschicht und die Brückenstruktur elektrisch mit der zweiten Halbleiterkomponente gekoppelt ist.
-
Eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Halbleiter-Package-Struktur umfasst ein Substrat, eine Brückenstruktur, mehrere leitfähige Strukturen, eine Umverteilungsschicht, eine erste Halbleiterkomponente und eine zweite Halbleiterkomponente. Das Substrat weist eine Verkabelungsstruktur auf. Die Brückenstruktur befindet sich über dem Substrat und weist mehrere Durchkontaktierungen auf, wobei die mehreren Durchkontaktierungen elektrisch mit der Verdrahtungsstruktur des Substrats gekoppelt sind. Die mehreren leitfähigen Säulen befinden sich über dem Substrat und zu der Brückenstruktur benachbart. Die Umverteilungsschicht befindet sich über der Brückenstruktur und den mehreren leitfähigen Säulen. Die erste Halbleiterkomponente und die zweite Halbleiterkomponente befinden sich über der Umverteilungsschicht, wobei die erste Halbleiterkomponente durch die Umverteilungsschicht und die Brückenstruktur elektrisch mit der zweiten Halbleiterkomponente gekoppelt ist.
-
Noch eine weitere beispielhafte Ausführungsform einer Halbleiter-Package-Struktur umfasst ein Substrat, eine Umverteilungsschicht, eine Brückenstruktur, eine erste Halbleiterkomponente und eine zweite Halbleiterkomponente. Das Substrat weist eine Verkabelungsstruktur auf. Die Umverteilungsschicht befindet sich über dem Substrat. Die Brückenstruktur ist in die Umverteilungsschicht eingebettet. Die erste Halbleiterkomponente und die zweite Halbleiterkomponente befinden sich über der Umverteilungsschicht, wobei die erste Halbleiterkomponente durch die Umverteilungsschicht und die Brückenstruktur elektrisch mit der zweiten Halbleiterkomponente gekoppelt ist.
-
Eine ausführliche Beschreibung erfolgt in den folgenden Ausführungsformen mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen.
-
Figurenliste
-
Diese Erfindung kann durch Lesen der nachfolgenden ausführlichen Beschreibung und Beispiele mit Verweisen auf die beiliegenden Zeichnungen umfassender verstanden werden, wobei gilt:
- 1A bis 1D sind Querschnittsansichten eines beispielhaften Verfahrens zum Bilden einer Halbleiter-Package-Struktur nach einigen Ausführungsformen; und
- 2A bis 2F sind Querschnittsansichten eines beispielhaften Verfahrens zum Bilden einer Halbleiter-Package-Struktur nach einigen Ausführungsformen.
-
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die folgende Beschreibung beschreibt den besten betrachteten Modus der Ausführung der Erfindung. Diese Beschreibung erfolgt zum Zweck der Illustration der allgemeinen Grundsätze der Erfindung und sollte nicht einschränkend verstanden werden. Der Umfang der Erfindung wird durch Verweis auf die beiliegenden Ansprüche bestimmt.
-
Diese Erfindung wird bezüglich bestimmter Ausführungsformen und mit Verweis auf bestimmte Zeichnungen beschrieben, die Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt und nur durch die Ansprüche eingeschränkt. Die beschriebenen Zeichnungen sind rein schematisch und nicht einschränkend. In den Zeichnungen kann die Größe einiger der Elemente zu illustrativen Zwecken übertrieben und nicht maßstabsgetreu gezeichnet sein. Die Abmessungen und die relativen Abmessungen entsprechen nicht den tatsächlichen Abmessungen in der Praxis der Erfindung.
-
Eine Halbleiter-Package-Struktur und ein Verfahren zu deren Bildung sind nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung beschrieben. Die Halbleiter-Package-Struktur umfasst das Bereitstellen einer Brückenstruktur über einem Substrat, sodass eine Verbindung zwischen Halbleiterkomponenten bereitgestellt werden kann, ohne die Schichtzahlen und Kosten des Substrats zu erhöhen.
-
1A bis 1D sind Querschnittsansichten eines beispielhaften Verfahrens zum Bilden einer Halbleiter-Package-Struktur 100 nach einigen Ausführungsformen der Offenbarung. Weitere Merkmale können der Halbleiter-Package-Struktur 100 hinzugefügt werden. Einige der Merkmale, die nachfolgend beschrieben sind, können für verschiedene Ausführungsformen ersetzt oder eliminiert werden. Um das Diagramm zu vereinfachen, ist nur ein Abschnitt der Halbleiter-Package-Struktur 100 illustriert.
-
Wie in 1A illustriert, ist nach einigen Ausführungsformen ein Substrat 102 bereitgestellt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Substrat 102 einen Isolierungskern, wie etwa einen Kern aus glasfaserverstärktem Harz, um zu verhindern, dass sich das Substrat 102 verzieht. In dem Substrat 102 kann sich eine Verdrahtungsstruktur befinden. In einigen Ausführungsformen umfasst die Verdrahtungsstruktur in dem Substrat 102 leitfähige Schichten, leitfähige Durchkontaktierungen, leitfähige Säulen, dergleichen oder eine Kombination daraus. Die Verdrahtungsstruktur in dem Substrat 102 kann aus Metall gebildet sein, wie etwa aus Kupfer, Aluminium, dergleichen oder einer Kombination daraus.
-
Die Verdrahtungsstruktur in dem Substrat 102 kann in Zwischenmetalldielektrikumschichten (IMD-Schichten) angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die IMD-Schichten aus organischen Materialien, wie etwa aus einem Polymerbasismaterial, aus nichtorganischen Materialien, wie etwa Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, dergleichen oder einer Kombination daraus gebildet sein. Es sollte angemerkt werden, dass die Konfiguration des Substrats 102, die in den Figuren dargestellt ist, rein beispielhaft ist und diese Erfindung nicht einschränken soll. Jedes gewünschte Halbleiterelement kann in und an dem Substrat 102 gebildet sein. Um jedoch das Diagramm zu vereinfachen, ist nur das flache Substrat 102 illustriert.
-
Nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung ist eine Brückenstruktur 104 über dem Substrat 102 gebildet, um eine Verbindung zwischen Halbleiterkomponenten bereitzustellen und um eine Verbindung zwischen den Halbleiterkomponenten und dem Substrat 102 bereitzustellen.
-
In einigen anderen Ausführungsformen kann das Substrat, um diese Verbindungen zu erreichen, mit einer Brückenstruktur darin gebildet sein. Es werden jedoch auch einige assoziierte Probleme eingeführt. Beispielsweise sollte die Schichtenzahl des Substrats für die elektrische Verbindung der Brückenstruktur mit der Verdrahtung in dem Substrat verbunden sein, sodass die Schwierigkeit der Herstellung des Substrats zunimmt. Weiterhin kann der Prozess zum Bilden der Halbleiter-Package-Struktur durch die Herstellung des Substrats eingeschränkt werden.
-
Daher kann, im Vergleich mit der Bereitstellung des Substrats mit einer darin gebildeten Brückenstruktur, die Brückenstruktur 104, die nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung über dem Substrat 102 gebildet ist, die Schichtenzahl des Substrats 102 verringern. Die Schwierigkeit der Herstellung des Substrats 102 kann ebenfalls verringert werden. Daher kann der Herstellungsertrag des Substrats 102 verbessert werden und die Kosten des Substrats 102 können auch verringert werden. Weiterhin können, weil die Bildung des Substrats 102 ohne einer Brückenstruktur darin reif ist, flexible Prozesse eingesetzt werden, um die Halbleiter-Package-Struktur 100 zu bilden, statt durch die Herstellung des Substrats 102 eingeschränkt zu sein.
-
In einigen Ausführungsformen ist die Brückenstruktur 104 eine Siliziumbrücke. Die Brückenstruktur 104 kann eine Verbindungsstruktur umfassen. In einer beispielhaften Ausführungsform wie in 1A dargestellt, weist die Brückenstruktur 104 mehrere Durchkontaktierungen 108 auf, die elektrisch mit der Verdrahtungsstruktur in dem Substrat 102 gekoppelt sind. Die Durchkontaktierungen 108 können aus jedem leitfähigen Material gebildet sein, wie etwa aus einem Metall. Beispielsweise sind die Durchkontaktierungen 108 aus Kupfer gebildet. Wie in 1A dargestellt, erstrecken sich die Durchkontaktierungen 108 von der oberen Fläche der Brückenstruktur 104 zu der unteren Fläche der Brückenstruktur 104, diese Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Verbindungsstruktur in der Brückenstruktur 104 kann andere Konfigurationen aufweisen.
-
In einigen anderen Ausführungsformen umfasst die Brückenstruktur 104 eine Verbindungsstruktur und eine oder mehrere aktive und passive Komponenten, wie etwa Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, Induktoren oder dergleichen. Die Durchkontaktierungen 108 sind optional. Die Brückenstruktur 104 umfasst nach einigen Ausführungsformen möglicherweise keine Durchkontaktierungen 108.
-
In einigen Ausführungsformen sind mehrere leitfähige Säulen 106 über dem Substrat 102 gebildet. Die leitfähigen Säulen 106 können zu der Brückenstruktur 104 benachbart sein. Die leitfähigen Säulen 106 können elektrisch mit der Verdrahtungsstruktur in dem Substrat 102 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen umfassen die leitfähigen Säulen 106 Metallsäulen, wie etwa Kupfersäulen. Die leitfähigen Säulen 106 können durch einen Plattierungsprozess oder jeden anderen geeigneten Prozess gebildet werden. Wie in 1A dargestellt, weisen die leitfähigen Säulen 106 nach einigen Ausführungsformen im Wesentlichen vertikale Seitenwände auf.
-
Die Verbindungsstruktur, wie etwa die Durchkontaktierungen 108, in der Brückenstruktur 104 kann eine andere Abstandsweite aufweisen als die leitfähigen Säulen 106. Beispielsweise kann die Abstandsweite der Durchkontaktierungen 108 in der Brückenstruktur 104 feiner sein als die leitfähigen Säulen 106. Ein flexibles Routing für High-End-Vorrichtungen und Multifunktionsintegration kann dadurch erreicht werden.
-
Wie in 1A dargestellt, befindet sich die Brückenstruktur 104 im Zentrum der oberen Fläche des Substrats 102 und die leitfähigen Säulen 106 befinden sich an gegenüberliegenden Seiten der Brückenstruktur 104, diese Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Positionen und Anzahlen der Brückenstruktur 104 und der leitfähigen Säulen 106 können dem Routing der Halbleiter-Package-Struktur 100 entsprechend angepasst werden. Beispielsweise kann die Anzahl der leitfähigen Säulen 106 an gegenüberliegenden Seiten der Brückenstruktur 104 unterschiedlich sein. Alternativ dazu kann die leitfähige Säulen 106 an einer Seite der Brückenstruktur 104 angeordnet sein.
-
Wie in 1B dargestellt ist, ist nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung ein Formmaterial 110 über dem Substrat 102 gebildet. Das Formmaterial 110 kann Lücken zwischen den leitfähigen Säulen 106 und zwischen der Brückenstruktur 104 und den leitfähigen Säulen 106 füllen. Das heißt, die Brückenstruktur 104 und jede der leitfähigen Säulen 106 können durch das Formmaterial 110 umgeben sein. Das Formmaterial 110 kann an die Seitenwände der Brückenstruktur 104 und der leitfähigen Säulen 106 angrenzen. In einigen Ausführungsformen schützt das Formmaterial 110 die Brückenstruktur 104 und die leitfähigen Säulen 106 vor der Umwelt, und verhindert damit, dass die Brückenstruktur 104 und die leitfähigen Säulen 106 beispielsweise durch die Spannung, die Chemikalien und/oder die Feuchtigkeit beschädigt werden.
-
In einigen Ausführungsformen umfasst das Formmaterial 110 ein nichtleitfähiges Material, wie etwa ein formbares Polymer, ein Epoxid, ein Harz, dergleichen oder eine Kombination daraus. In einigen Ausführungsformen wird das Formmaterial 110 in flüssiger oder halbflüssiger Form aufgebracht und dann durch einen beliebigen geeigneten Härteprozess gehärtet, wie etwa einen thermischen Härteprozess, einen UV-Härteprozess, dergleichen oder eine Kombination daraus. Das Formmaterial 110 kann mit einer Form geformt oder gegossen sein (nicht dargestellt).
-
Dann kann das Formmaterial 110 durch einen Planarisierungsprozess teilweise entfernt werden, wie etwa durch chemisch-mechanische Politur (CMP), bis die oberen Flächen der Brückenstruktur 104 und der leitfähigen Säulen 106 offengelegt sind. In einigen Ausführungsformen werden auch obere Abschnitte der leitfähigen Säulen 106 während des Planarisierungsprozesses entfernt. Das heißt, die Höhen der leitfähigen Säulen 106 können nach dem Planarisierungsprozess verringert werden. Die Höhe der Brückenstruktur 104 kann ebenfalls verringert werden. In einigen Ausführungsformen sind obere Flächen des Formmaterials 110, der Brückenstruktur 104 und der leitfähigen Säulen 106 im Wesentlichen koplanar. Die Höhe der Brückenstruktur 104 kann im Wesentlichen gleich wie die Höhe der leitfähigen Säulen 106 sein.
-
In den Ausführungsformen, in denen die Durchkontaktierungen 108 in der Brückenstruktur 104 gebildet sind, werden obere Abschnitte der Durchkontaktierungen 108 nach dem Planarisierungsprozess ebenfalls entfernt. In diesen Ausführungsformen sind die Höhe der Brückenstruktur 104 und die Höhen der Durchkontaktierungen 108 im Wesentlichen gleich wie die Höhen der leitfähigen Säulen 106.
-
Wie in 1C dargestellt, wird nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung eine Umverteilungsschicht 112 über der Brückenstruktur 104, den leitfähigen Säulen 106 und dem Formmaterial 110 gebildet. Die Umverteilungsschicht 112 kann eine oder mehrere Metallschichten und Passivierungsschichten umfassen, wobei die eine oder die mehreren Metallschichten in der einen oder den mehreren Passivierungsschichten angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen sind die Passivierungsschichten aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Siliziumoxid, dergleichen oder einer Kombination daraus gebildet und durch chemische Gasphasenabscheidung (CVD), physische Gasphasenabscheidung (PVD), Atomlagenabscheidung (ALD), Spincoating, dergleichen oder eine Kombination daraus abgeschieden. Schichtzahlen der Umverteilungsschicht 112 können verringert werden, da die Brückenstruktur 104 die Verbindung bereitstellt.
-
In einigen Ausführungsformen ist die Umverteilungsschicht 112 elektrisch mit der Brückenstruktur 104 und den leitfähigen Säulen 106 gekoppelt und kann auch elektrisch mit den Durchkontaktierungen 108 gekoppelt sein. Wie zuvor erwähnt, können die Durchkontaktierungen 108 in der Brückenstruktur 104 eine andere Abstandsweite aufweisen als die leitfähigen Säulen 106. Dies bedeutet, dass die Leitungsweite und der -abstand (L/S) der Umverteilungsschicht 112, die mit den Durchkontaktierungen 108 verbunden ist, sich von dem L/S der Umverteilungsschicht 112 unterscheiden kann, die mit den leitfähigen Säulen 106 verbunden ist. Beispielsweise kann in den Ausführungsformen, in denen die Abstandsweite der Durchkontaktierungen 108 in der Brückenstruktur 104 feiner als die Abstandsweite der leitfähigen Säulen 106 ist, der L/S der Umverteilungsschicht 112 über den Durchkontaktierungen 108 feiner sein als der L/S der Umverteilungsschicht 112 über den leitfähigen Säulen 106.
-
Wie in 1D dargestellt ist, sind nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung eine erste Halbleiterkomponente 116 und eine zweite Halbleiterkomponente 118 über der Umverteilungsschicht 112 gebildet, und mehrere leitfähige Strukturen 114 sind zwischen der Umverteilungsschicht 112 und der ersten Halbleiterkomponente 116 und zwischen der Umverteilungsschicht 112 und der zweiten Halbleiterkomponente 118 gebildet. Die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 können elektrisch durch die leitfähigen Strukturen 114 mit der Umverteilungsschicht 112 gekoppelt sein.
-
In einigen Ausführungsformen umfassen die leitfähigen Strukturen 114 leitfähige Materialien wie Metall. Die leitfähigen Strukturen 114 können Mikrobumps, „Controlled Collapse Chip Connection“-Bumps (C4-Bumps), Kugelgitterarray-Kugeln (BGA-Kugeln), dergleichen oder eine Kombination daraus umfassen.
-
In einigen Ausführungsformen sind die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 aktive Vorrichtungen. Beispielsweise können die erste Halbleiterkomponente 116 und/oder die zweite Halbleiterkomponente 118 einen System-auf-Chip-Die (SOC-Die) umfassen und können jeweils unabhängig einen Mikrocontroller (MCU), einen Mikroprozessor (MPU), eine leistungsmanagementintegrierte Schaltung (PMIC), ein eine Global-Positioning-System-Vorrichtung (GPS-Vorrichtung) oder ein Hochfrequenzvorrichtung (HF-Vorrichtung), dergleichen oder jede Kombination daraus umfassen. Alternativ dazu können die erste Halbleiterkomponente 116 und/oder die zweite Halbleiterkomponente 118 einen Logikdie umfassen und unabhängig eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), eine Grafikprozessoreinheit (GPU), einen dynamischen Direktzugriffspeichercontroller (DRAM-Controller), dergleichen oder jede Kombination daraus umfassen. Die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 können dieselbe oder andere Vorrichtungen umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die erste Halbleiterkomponente 116 ein SOC-Die und die zweite Halbleiterkomponente 118 ist ein Speicher mit hoher Bandbreite (HBM).
-
In einigen anderen Ausführungsformen sind auch eine oder mehrere passive Vorrichtungen auf die Umverteilungsschicht 112 geklebt, wie etwa Widerstände, Kondensatoren, Induktoren, dergleichen oder eine Kombination daraus. Auch wenn zwei Halbleiterkomponenten, die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118, in 1D illustriert sind, kann die Anzahl der Halbleiterkomponenten mehr als zwei sein.
-
In einigen Ausführungsformen ist die erste Halbleiterkomponente 116 durch die Umverteilungsschicht 112 und die Brückenstruktur 104 elektrisch mit der zweiten Halbleiterkomponente 118 gekoppelt. Die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 kann elektrisch über die leitfähigen Strukturen 114, die Umverteilungsschicht 112 und die Brückenstruktur 104 mit dem Substrat 102 gekoppelt sein. Die Brückenstruktur 104 kann einen kürzeren elektrischen Verbindungspfad zwischen der ersten Halbleiterkomponente 116 und der zweiten Halbleiterkomponente 118 bereitstellen. Wie in 1D dargestellt, überlappt die Brückenstruktur 104b nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung teilweise die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 in einer Richtung, die im Wesentlichen rechtwinklig zur oberen Fläche des Substrats 102 ist. Die Verbindung zwischen Komponenten mit einer hohen E/A-Dichte oder Komponenten für Hochgeschwindigkeitskommunikation können damit erreicht werden.
-
Die Brückenstruktur 104, die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 können denselben Typ Komponenten verschiedener Typen Komponenten umfassen. Die Breite der Brückenstruktur 104 kann im Wesentlichen kleiner als, gleich wie oder größer als die Breite der ersten Halbleiterkomponente 116 oder die Breite der zweiten Halbleiterkomponente 118 sein.
-
In einigen Ausführungsformen wird ein Formmaterial 120 gebildet, um die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 zu umgeben. Das Formmaterial 120 kann Lücken zwischen der ersten Halbleiterkomponente 116 und der zweiten Halbleiterkomponente 118 füllen. Das Formmaterial 120 kann an die Seitenwände der ersten Halbleiterkomponente 116 und der zweiten Halbleiterkomponente 118 angrenzen. In einigen Ausführungsformen schützt das Formmaterial 120 die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 vor der Umwelt und verhindert damit, dass die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 beispielsweise durch die Spannung, die Chemikalien und/oder die Feuchtigkeit beschädigt werden.
-
In einigen Ausführungsformen umfasst das Formmaterial 120 ein nichtleitfähiges Material, wie etwa ein formbares Polymer, ein Epoxid, ein Harz, dergleichen oder eine Kombination daraus. In einigen Ausführungsformen wird das Formmaterial 120 in flüssiger oder halbflüssiger Form aufgebracht und dann durch einen beliebigen geeigneten Härteprozess gehärtet, wie etwa einen thermischen Härteprozess, einen UV-Härteprozess, dergleichen oder eine Kombination daraus. Das Formmaterial 120 kann mit einer Form geformt oder gegossen sein (nicht dargestellt).
-
Dann kann das Formmaterial 120 durch einen Planarisierungsprozess teilweise entfernt werden, wie etwa durch chemisch-mechanische Politur (CMP), bis die obere Fläche der ersten Halbleiterkomponente 116 und die obere Fläche der zweiten Halbleiterkomponente 118 offengelegt sind. Alternative dazu können die obere Fläche der ersten Halbleiterkomponente 116 und die obere Fläche der zweiten Halbleiterkomponente 118 offenliegen oder durch das Formmaterial 120 bedeckt sein.
-
Auch wenn die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 durch das Formmaterial 120 umgeben sind, wie in 1D illustriert, ist diese Offenbarung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die erste Halbleiterkomponente 116 und die zweite Halbleiterkomponente 118 von zwei Formmaterialien umgeben sein. Das Formmaterial 120 ist optional, und in einigen Ausführungsformen ist die erste Halbleiterkomponente 116 oder die zweite Halbleiterkomponente 118 möglicherweise nicht von dem Formmaterial 120 umgeben.
-
Wie zuvor erwähnt, kann die Halbleiter-Package-Struktur 100 mehr als zwei Halbleiterkomponenten umfassen. In diesen Ausführungsformen können mehr als zwei Halbleiterkomponenten durch das Formmaterial 120 umgeben sein. Alternativ dazu kann mehr als ein Formmaterial für diese Halbleiterkomponenten verwendet werden.
-
In einigen Ausführungsformen sind mehrere leitfähige Anschlüsse 122 unter dem Substrat 102 gebildet und elektrisch mit der Verdrahtungsstruktur des Substrats 102 gekoppelt. Die leitfähigen Anschlüsse 122 können leitfähige Materialien wie Metall umfassen. Die leitfähigen Anschlüsse 122 können Mikrobumps, „Controlled Collapse Chip Connection“-Bumps (C4-Bumps), Kugelgitterarray-Kugeln (BGA-Kugeln), dergleichen oder eine Kombination daraus umfassen.
-
In der obigen Ausführungsform wird die Brückenstruktur 104 zwischen dem Substrat 102 und der Umverteilungsschicht 112 gebildet, um eine Verbindung zwischen der ersten Halbleiterkomponente 116 und der zweiten Halbleiterkomponente 118 bereitzustellen. Daher können Schichtzahlen des Substrats 102 und der Umverteilungsschicht 112 verringert werden. Die Verbindung zwischen Komponenten mit einer hohen E/A-Dichte oder Komponenten für Hochgeschwindigkeitskommunikation kann ebenfalls erreicht werden.
-
Weiterhin kann im Vergleich mit dem Bereitstellen eines Substrats, in dem eine Brückenstruktur vorliegt, das Bilden der Brückenstruktur 104 über dem Substrat 102 die Schwierigkeit der Herstellung des Substrats 102 umfassen. Daher kann der Herstellungsertrag der Halbleiter-Package-Struktur 100 verbessert werden und die Kosten der Halbleiter-Package-Struktur 100 können verringert werden.
-
Weiterhin können, weil die Bildung des Substrats 102 ohne einer Brückenstruktur 104 darin reif ist, flexible Prozesse eingesetzt werden, um die Halbleiter-Package-Struktur 100 zu bilden. Weiterhin kann, da die Brückenstruktur 104 und die leitfähigen Säulen 106 unterschiedliche Abstandsweiten aufweisen können, ein flexibles Routing für High-End-Vorrichtungen und Multifunktionsintegration bereitgestellt sein.
-
2A bis 2F sind Querschnittsansichten eines beispielhaften Verfahrens zum Bilden einer Halbleiter-Package-Struktur 200 nach einigen anderen Ausführungsformen. Im Vergleich mit der Ausführungsform aus 1A bis 1D bilden die folgenden Ausführungsformen eine Brückenstruktur in einer Umverteilungsschicht zum Verringern der Schichtenzahl eines Substrats durch einen anderen Package-Prozess.
-
Wie in 2A dargestellt ist, ist nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung ein Trägersubstrat 202 bereitgestellt. Das Trägersubstrat 202 kann aus Silizium, Glas, Keramik oder dergleichen gebildet sein. In einigen Ausführungsformen ist eine Umverteilungsschicht 204 mit darin eingebetteten Brückenstrukturen 206 über dem Trägersubstrat 202 gebildet. Die Umverteilungsschicht 204 kann eine oder mehrere Metallschichten und Passivierungsschichten umfassen, wobei die eine oder die mehreren Metallschichten in der einen oder den mehreren Passivierungsschichten angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen sind die Passivierungsschichten aus Siliziumnitrid, Siliziumkarbid, Siliziumoxid, dergleichen oder einer Kombination daraus gebildet und durch CVD, PVD, ALD, Spincoating, dergleichen oder eine Kombination daraus abgeschieden.
-
In einigen Ausführungsformen sind die Brückenstrukturen 206 während der Bildung der Umverteilungsschicht 204 gebildet. Insbesondere können Seitenwände jeder der Brückenstrukturen 206 durch die Umverteilungsschicht 204 bedeckt sein. Wie in 2A dargestellt, deckt die Umverteilungsschicht 204 ferner die oberen und unteren Flächen der Brückenstruktur 206 ab, diese Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Beispielsweise können die Seitenwände und die oberen Flächen der Brückenstrukturen 206 durch die Umverteilungsschicht 204 bedeckt sein, und die unteren Flächen der Brückenstrukturen 206 sind in einigen anderen Ausführungsformen im Wesentlichen koplanar mit einer unteren Fläche der Umverteilungsschicht 204.
-
Wie in 2A dargestellt, sind die Brückenstrukturen 206 benachbart zu einer unteren Fläche der Umverteilungsstruktur 204, diese Offenbarung ist jedoch nicht darauf beschränkt. Die Brückenstrukturen 206 können zu der oberen Fläche der Umverteilungsschicht 204 benachbart oder in der Mitte der Umverteilungsschicht 204 gebildet sein. Die Brückenstrukturen 206 können sich jeweils in unterschiedlichen Schichten der Umverteilungsschicht 204 befinden. Die zwei Brückenstrukturen 206 wie illustriert sind nur beispielhaft und die Anzahl der Brückenstrukturen 206 kann weniger oder mehr als zwei sein.
-
In einigen Ausführungsformen stellen die Brückenstrukturen 206 Verbindungen zwischen Halbleiterkomponenten und zwischen der Halbleiterkomponente und einem Substrat bereit. Die Brückenstrukturen 206 können Siliziumbrücken umfassen. In einigen Ausführungsformen umfassen die Brückenstrukturen 206 Verbindungsstrukturen. In einer beispielhaften Ausführungsform weist die Brückenstruktur 206 mehrere Durchkontaktierungen (nicht dargestellt) auf, die elektrisch mit einer Verdrahtungsstruktur in dem Substrat gekoppelt sind. Die Durchkontaktierungen in Brückenstrukturen 206 kann ähnlich wie die Brückenstruktur 108 in der Brückenstruktur 104 wie in 1A bis 1D dargestellt sein, und wird nicht wiederholt. In einigen anderen Ausführungsformen umfassen die Brückenstrukturen 206 Verbindungsstrukturen und eine oder mehrere aktive und passive Komponenten, wie etwa Transistoren, Widerstände, Kondensatoren, Induktoren oder dergleichen. Die Konfigurationen der Brückenstrukturen 206 können gleich oder unterschiedlich sein.
-
Wie in 2B zu sehen ist, sind nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung Substrate 212 über der Umverteilungsschicht 204 gebildet und mehrere leitfähige Strukturen 208 sind zwischen der Umverteilungsschicht 204 und den Substraten 212 gebildet. Die leitfähigen Strukturen 208 können elektrisch die Substrate 212 mit der Umverteilungsschicht 204 koppeln. Die mehreren Schichten der Umverteilungsschicht 204 können die Schichtenzahl der Substrate 212 verringern. In einigen Ausführungsformen umfassen die leitfähigen Strukturen 208 leitfähige Materialien wie Metall. Die leitfähigen Strukturen 208 können Mikrobumps, „Controlled Collapse Chip Connection“-Bumps (C4-Bumps), Kugelgitterarray-Kugeln (BGA-Kugeln), dergleichen oder eine Kombination daraus umfassen.
-
In einigen Ausführungsformen ist ein Unterfüllungsmaterial 210 zwischen den Substraten 212 und der Umverteilungsschicht 204 gebildet und füllt Lücken zwischen den leitfähigen Strukturen 208 zum Bereitstellen von struktureller Unterstützung. Das Unterfüllungsmaterial 210 kann jede der leitfähigen Strukturen 208 umgeben. In einigen Ausführungsformen kann das Unterfüllungsmaterial 210 mit Kapillarkraft ausgegeben werden, nachdem die leitfähigen Strukturen 208 zwischen den Substraten 212 und der Umverteilungsschicht 204 gebildet sind. Dann kann das Unterfüllungsmaterial 210 durch jeden geeigneten Härteprozess gehärtet werden. Das Unterfüllungsmaterial 210 kann aus Polymer gebildet sein, wie etwa Epoxid. Wie in 2B zu sehen ist, können Seitenwände des Unterfüllungsmaterials 210 im Wesentlichen koplanar zu Seitenwänden der Substrate 212 sein.
-
In einigen Ausführungsformen umfasst jedes der Substrate 212 einen Isolierungskern, wie etwa einen Kern aus glasfaserverstärktem Harz, um zu verhindern, dass sich die Substrate 212 verziehen. Jedes der Substrate 212 kann sich eine Verdrahtungsstruktur befinden. Wie in 2B dargestellt ist, umfasst die Verdrahtungsstruktur in den Substraten 212 nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung leitfähige Schichten 214, leitfähige Durchkontaktierungen 216 und leitfähige Säulen 218.
-
Die Verdrahtungsstruktur in dem Substrat 212 kann in Zwischenmetalldielektrikumschichten (IMD-Schichten) 220 angeordnet sein. In einigen Ausführungsformen können die IMD-Schichten 220 aus organischen Materialien, die ein Polymerbasismaterial umfassen, nichtorganische Materialien, die Siliziumnitrid, Siliziumoxid, Siliziumoxynitrid, umfassen, dergleichen oder einer Kombination daraus gebildet sein. Es sollte angemerkt werden, dass die Konfiguration des Substrats 212 und die Zahlen der leitfähigen Schichten 214, der leitfähigen Durchkontaktierungen 216, der leitfähigen Säulen 218 und der IMD-Schichten 220, die in den Figuren zu sehen sind, rein beispielhaft sind und diese Erfindung nicht einschränken sollen. Jedes gewünschte Halbleiterelement kann in und an den Substraten 212 gebildet sein. Um jedoch das Diagramm zu vereinfachen, sind nur die flachen Substrats 212 illustriert.
-
Wie in 2C dargestellt ist, ist nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung ein Formmaterial 222 um die Substrat 212 herum gebildet. Das Formmaterial 222 kann Lücken zwischen den einzelnen Substraten 212 füllen. Das Formmaterial 222 kann das Substrate 212 vor der Umwelt schützen und damit vermeiden, dass das Substrate 212 z. B. durch die Spannung, die Chemikalien und/oder die Feuchtigkeit beschädigt wird. In einigen Ausführungsformen sind Seitenwände des Formmaterials 222 im Wesentlichen koplanar mit den Seitenwänden der Umverteilungsschicht 204.
-
In einigen Ausführungsformen umfasst das Formmaterial 222 ein nichtleitfähiges Material, wie etwa ein formbares Polymer, ein Epoxid, ein Harz, dergleichen oder eine Kombination daraus. In einigen Ausführungsformen wird das Formmaterial 222 in flüssiger oder halbflüssiger Form aufgebracht und dann durch einen beliebigen geeigneten Härteprozess gehärtet, wie etwa einen thermischen Härteprozess, einen UV-Härteprozess, dergleichen oder eine Kombination daraus. Das Formmaterial 222 kann mit einer Form geformt oder gegossen sein (nicht dargestellt).
-
Dann kann das Formmaterial 222 teilweise durch einen Planarisierungsprozess entfernt werden, wie etwa chemisch-mechanische Politur (CMP), bis die oberen Flächen der Substrate 212 offenliegen. In einigen Ausführungsformen sind obere Flächen des Formmaterials 222 und der Substrate 212 im Wesentlichen koplanar.
-
In einigen Ausführungsformen sind mehrere leitfähige Anschlüsse 224 über den Substraten 212 gebildet. Die leitfähigen Anschlüsse 224 können elektrisch mit den Substraten 212 gekoppelt sein. In einigen Ausführungsformen umfassen die leitfähigen Anschlüsse 224 leitfähige Materialien wie Metall. Die leitfähigen Anschlüsse 224 können Mikrobumps, „Controlled Collapse Chip Connection“-Bumps (C4-Bumps), Kugelgitterarray-Kugeln (BGA-Kugeln), dergleichen oder eine Kombination daraus umfassen.
-
Wie in 2D dargestellt, wird nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung eine Klebeschicht 226 auf die Fläche des Formmaterials 222 und die Fläche der Substrate 212 aufgebracht und umgibt die leitfähigen Anschlüsse 224. In einigen Ausführungsformen umfasst die Klebeschicht 226 Materialien, die sich in der Wärme von Licht zersetzen können. Beispielsweise kann die Klebeschicht 226 aus einem Licht-zu-Wärme-Umwandlungsmaterial (LTHC-Material) oder einem anderen geeigneten Klebstoff gebildet sein.
-
Dann kann die Halbleiter-Package-Struktur 200 durch die Klebeschicht 226 an einem anderen Trägersubstrat 228 haften. Das Trägersubstrat 228 kann aus Silizium, Glas, Keramik oder dergleichen gebildet sein. Dann kann das Trägersubstrat 202 durch einen Planarisierungsprozess oder einen anderen geeigneten Prozess entfernt werden, und eine untere Fläche der Umverteilungsschicht 204 kann offengelegt werden. Der Planarisierungsprozess kann einen Schleifprozess oder dergleichen umfassen.
-
Wie in 2E dargestellt, sind nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung mehrere Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d über der offengelegten Fläche der Umverteilungsschicht 204 gebildet. Die Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d können elektrisch mit der Umverteilungsschicht 204 gekoppelt sein. Einige oder alle der Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d können elektrisch durch die Umverteilungsschicht 204 und die Brückenstruktur 206 miteinander gekoppelt sein. Die Brückenstruktur 206 kann einen kürzeren elektrischen Verbindungspfad zwischen den Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d bereitstellen. Die Brückenstruktur 206, die Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d können denselben Typ von Komponenten oder unterschiedliche Typen von Komponenten umfassen. Die Breite der Brückenstruktur 206 kann im Wesentlichen weniger als, gleich wie oder größer als die Breiten der Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d sein.
-
In einigen Ausführungsformen sind eine oder mehrere der Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d aktive Vorrichtungen. Beispielsweise können eine oder mehrere Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d einen System-auf-Chip-Die (SOC-Die) umfassen und können jeweils unabhängig einen Mikrocontroller (MCU), einen Mikroprozessor (MPU), eine leistungsmanagementintegrierte Schaltung (PMIC), ein eine Global-Positioning-System-Vorrichtung (GPS-Vorrichtung) oder ein Hochfrequenzvorrichtung (HF-Vorrichtung), dergleichen oder jede Kombination daraus umfassen. Alternativ können eine oder mehrere der Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d einen Logikdie umfassen und unabhängig eine zentrale Prozessoreinheit (CPU), eine Grafikprozessoreinheit (GPU), einen dynamischen Direktzugriffspeichercontroller (DRAM-Controller), dergleichen oder jede Kombination daraus umfassen. In einigen anderen Ausführungsformen umfassen eine oder mehrere der Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d passive Vorrichtungen, wie etwa Widerstände, Kondensatoren, Induktoren, dergleichen oder eine Kombination daraus.
-
Die Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d können dieselben oder unterschiedliche Vorrichtungen umfassen. In einigen Ausführungsformen ist die Halbleiterkomponente 230a ein mehrschichtiger Keramikkondensator (MLCC), die Halbleiterkomponente 230b ist ein SOC-Die, die Halbleiterkomponente 230c ist ein Speicher mit hoher Bandbreite (HBM) und die Halbleiterkomponente 230d ist ein DRAM.
-
Die vier Halbleiterkomponenten, die Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d, sind nur Beispiele, und die Anzahl der Halbleiterkomponenten kann mehr oder weniger als vier sein. Auch wenn die Anzahl und Konfiguration der Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d für die beiden Substrate 212 ähnlich sind, ist diese Offenbarung nicht darauf beschränkt. Die Anzahl und die Konfiguration von Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d kann sich für jedes der Substrate 212 unterscheiden.
-
In einigen Ausführungsformen sind mehrere leitfähige Strukturen und Unterfüllungsmaterialien zwischen den Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d und der Umverteilungsschicht 204 gebildet, wobei die Unterfüllungsmaterialien Lücken zwischen den leitfähigen Strukturen füllen. Die Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d können durch die leitfähigen Strukturen elektrisch mit der Umverteilungsschicht 204 gekoppelt sein. Die leitfähigen Strukturen und die Unterfüllungsmaterialien können ähnlich wie die leitfähigen Strukturen 208 und das Unterfüllungsmaterial 210 sein und werden nicht wiederholt.
-
Wie in 2F dargestellt, ist die Halbleiter-Package-Struktur 200 nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung in separate Abschnitte unterteilt, und das Trägersubstrat 228 und die Klebeschicht 226 werden durch einen Trennungsprozess entfernt. In einigen Ausführungsformen erfolgt die Trennung durch Projektion eines UV-Lichts oder eines Lasers auf die Klebeschicht 226. Die Wärme, die aus dem Licht oder Laser erzeugt wird, kann dazu führen, dass sich die Klebeschicht 226 zersetzt, und das Trägersubstrat 228 kann daher von den leitfähigen Anschlüssen 224 getrennt werden.
-
Wie in 2F dargestellt, überlappt die Brückenstruktur 206 nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung teilweise die Halbleiterkomponenten 230b und 230c in einer Richtung, die im Wesentlichen rechtwinklig zur oberen Fläche des Substrats 212 ist. Die Verbindung zwischen Komponenten mit einer hohen E/A-Dichte oder Komponenten für Hochgeschwindigkeitskommunikation können damit erreicht werden.
-
In den obigen Ausführungsformen ist die Brückenstruktur 206 in der Umverteilungsschicht 204 gebildet, um eine Verbindung zwischen einigen oder allen der Halbleiterkomponenten 230a, 230b, 230c und 230d herzustellen. Als Ergebnis davon können Schichtzahlen des Substrats 212 verringert werden, und das Problem der Herstellung des Substrats 212 kann ebenfalls verringert werden. Weiterhin kann die Verbindung zwischen Komponenten mit einer hohen E/A-Dichte oder Komponenten für Hochgeschwindigkeitskommunikation erreicht werden. Die Umverteilungsschicht 204, die mehrere Schichten aufweist, verringert die Schichtzahlen des Substrats 212 nach einigen Ausführungsformen weiter. Daher kann der Herstellungsertrag der Halbleiter-Package-Struktur 200 verbessert werden und die Kosten der Halbleiter-Package-Struktur 200 können verringert werden.
-
Auch wenn sich die Brückenstruktur 104 für die Halbleiter-Package-Struktur 100 zwischen dem Substrat 102 und der Umverteilungsschicht 112 befindet und sich die Brückenstruktur 206 für die Halbleiter-Package-Struktur 200, in der Umverteilungsschicht 204 befindet, ist diese Offenbarung nicht darauf beschränkt. Beispielsweise kann die Umverteilungsschicht 112 der Halbleiter-Package-Struktur 100 mit Verweis auf 2A bis 2F mit einer anderen Brückenstruktur darin gebildet sein. Alternativ dazu können die leitfähigen Strukturen 208 mit Verweis auf die Beschreibung in 1A bis 1D eine Brückenstruktur umfassen und auch leitfähige Säulen umfassen.
-
Alles in Allem stellt diese Offenbarung eine oder mehrere Brückenstrukturen über einem Substrat bereit, um eine Verbindung zwischen Halbleiterkomponenten und eine Verbindung zwischen den Halbleiterkomponenten und dem Substrat bereitzustellen. Daher können Schichtzahlen des Substrats verringert werden. So kann die Schwierigkeit der Herstellung des Substrats verringert werden. In einigen Ausführungsformen können auch die Schichtzahlen der Umverteilungsschicht verringert werden. Dementsprechend kann der Herstellungsertrag der Halbleiter-Package-Struktur verbessert werden und die Kosten der Halbleiter-Package-Struktur können verringert werden.
-
Weiterhin ist die Herstellung eines Substrats ohne die Brückenstruktur im Vergleich mit einem Substrat, das eine Brückenstruktur in sich aufweist, reif. Daher können flexible Prozesse eingesetzt werden, um die Halbleiter-Package-Struktur zu bilden. In einigen Ausführungsformen ist die Abstandsweite der Verbindungsstruktur in der Brückenstruktur anders als die anderer Komponenten, wie etwa der leitfähigen Säulen, sodass ein flexibles Routing für High-End-Vorrichtungen und Multifunktionsintegration bereitgestellt wird. Weiterhin kann nach einigen Ausführungsformen dieser Offenbarung auch die Verbindung zwischen Komponenten mit einer hohen E/A-Dichte oder Komponenten für Hochgeschwindigkeitskommunikation erreicht werden.
-
Während die Erfindung beispielhaft und auf die bevorzugten Ausführungsformen bezogen beschrieben wurde, ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist. Im Gegenteil soll sie verschiedene Modifikationen und ähnliche Anordnungen abdecken (wie für einen Fachmann auf dem Gebiet offensichtlich ist). Daher sollte der Umfang der beiliegenden Anhänge so weit wie möglich ausgelegt werden, um alle solchen Modifikationen und ähnlichen Anordnungen zu umfassen.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- US 62/940962 [0001]
- US 63/006144 [0001]
- US 63/006152 [0001]