JP2022023830A - 半導体パッケージにおける放熱及びその形成方法 - Google Patents

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豊願 張
Fong-Yuan Chang
博祥 黄
Po-Hsiang Huang
立忠 魯
Lee-Chung Lu
志純 李
Zhichun Li
以謙 盧
Yii-Chian Lu
又豪 陳
Yu-Hao Chen
克正 張
ke zheng Zhang
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    • H01L2224/08151—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area 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
    • H01L2224/08221—Disposition the bonding area connecting directly to another bonding area, i.e. connectorless bonding, e.g. bumpless bonding the bonding area 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
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    • 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
    • H01L2224/32245—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 metallic
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    • H01L2224/48221—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
    • H01L2224/48225—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
    • H01L2224/48227—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 connecting the wire to a bond pad of the item
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
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    • H01L2224/732—Location after the connecting process
    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73267—Layer and HDI connectors
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    • H01L2224/80001—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
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    • 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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    • H01L2224/80009—Pre-treatment of the bonding area
    • H01L2224/80048—Thermal treatments, e.g. annealing, controlled pre-heating or pre-cooling
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    • 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
    • H01L2224/8034—Bonding interfaces of the bonding area
    • H01L2224/80357—Bonding interfaces of the bonding area being flush with the surface
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    • 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
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    • H01L2224/80801—Soldering or alloying
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    • H01L2224/8083—Solid-solid interdiffusion
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    • 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
    • H01L2224/80906—Specific sequence of method steps
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    • 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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    • H01L2224/83—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
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H01L2224/83815—Reflow soldering
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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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    • H01L2224/91—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
    • H01L2224/92242—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector
    • H01L2224/92244—Sequential connecting processes the first connecting process involving a layer connector the second connecting process involving a build-up interconnect
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    • H01L2225/06555—Geometry of the stack, e.g. form of the devices, geometry to facilitate stacking
    • H01L2225/06568—Geometry of the stack, e.g. form of the devices, geometry to facilitate stacking the devices decreasing in size, e.g. pyramidical stack
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    • H01L2225/06503—Stacked arrangements of devices
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    • H01L2225/06586—Housing with external bump or bump-like connectors
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Abstract

Figure 2022023830000001
【課題】上部の半導体パッケージが下部の半導体パッケージの上に積み重ねられるパッケージオンパッケージ（ＰＯＰ）構造においての放熱性を向上する。
【解決手段】半導体パッケージ４８０は、第１の半導体ダイ５０Ａ、５０Ｂ、第１の半導体ダイの周囲にある第１の封止材１２０及び半導体ダイに電気的に接続された第１の再配線構造１２２を含む第１のパッケージ部品１００を含む。半導体パッケージは、第２の半導体ダイ２１０Ａ、２１０Ｂを含む、第１のパッケージ部品に接合された第２のパッケージ部品２００と、第１の半導体ダイと第２のパッケージ部品との間にあるヒートスプレッダ１７０と、ヒートスプレッダよりも低い熱伝導率を有し、第１のパッケージ部品と第２のパッケージ部品との間にあるヒートスプレッダを囲む第２の封止材２５０と、を含む。
【選択図】図３０

Description

本願は、２０２０年７月２７日に出願された米国仮出願番号６３０５６７５４の利益と、２０２０年８月１７日に出願された米国仮出願番号６３０６６３６８の利益とを請求している。
本発明は、半導体パッケージにおける放熱及びその形成方法に関する。
半導体業界は、さまざまな電子部品（トランジスタ、ダイオード、抵抗器、コンデンサなど）の集積密度が継続的に改善されているため、急速な成長を遂げている。ほとんどの場合、集積密度の向上は、最小加工寸法の反復的な削減によってもたらされ、これにより、より多くの部品を特定の領域に集積できる。電子デバイスを縮小する需要が高まるにつれ、半導体ダイのより小さく、より創造的なパッケージング技術の必要性が浮上している。このようなパッケージングシステムの一例は、パッケージオンパッケージ（ＰＯＰ）技術である。ＰｏＰデバイスでは、上部の半導体パッケージが下部の半導体パッケージの上に積み重ねられ、高レベルの集積と部品密度を提供する。ＰｏＰ技術は、一般に、プリント回路基板（ＰＣＢ）上で機能が強化されフットプリントが小さい半導体デバイスの製造を可能にする。
本発明の態様は、添付図面を参照しながら、以下の詳細な説明から最もよく理解される。業界の標準的技法に従って、様々なフィーチャが一定のスケールで描かれていないことに注意すべきである。実際、様々なフィーチャの寸法は、説明を明確にするために任意に増減できる。
いくつかの実施形態による、集積回路ダイの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージを形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージの断面図を示す。 いくつかの実施形態による、パッケージ部品を形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図と、デバイス積層の実施例とを示す。 いくつかの実施形態による、パッケージ部品を形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図と、デバイス積層の実施例とを示す。 いくつかの実施形態による、パッケージ部品を形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図と、デバイス積層の実施例とを示す。 いくつかの実施形態による、パッケージ部品を形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図と、デバイス積層の実施例とを示す。 いくつかの実施形態による、パッケージ部品を形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図と、デバイス積層の実施例とを示す。 いくつかの実施形態による、パッケージ部品を形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図と、デバイス積層の実施例とを示す。 いくつかの実施形態による、パッケージ部品を形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図と、デバイス積層の実施例とを示す。 いくつかの実施形態による、パッケージ部品を形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図と、デバイス積層の実施例とを示す。 いくつかの実施形態による、パッケージ部品を形成するためのプロセス中の中間ステップの断面図と、デバイス積層の実施例とを示す。 いくつかの実施形態による、半導体パッケージの断面図を示す。
以下の開示は、本発明の異なる特徴を実施するための多くの異なる実施形態または例を提供する。以下、本開示を簡略化するために、構成要素及び配置の特定の例を説明する。もちろん、これらは、一例に過ぎず、これらに限定するものではない。例えば、以下の説明における第２の特徴の上方又は上の第１の特徴の形成は、第１と第２の特徴が直接接触して形成される実施形態を含んでもよく、また、第１と第２の特徴が直接接触しないように、追加の特徴が第１と第２の特徴の間に形成され得る実施形態を含んでもよい。また、本開示は、様々な例において符号及び／又は文字を繰り返してもよい。この繰り返しは、単純さと明快さを目的としており、それ自体では、説明した様々な実施形態及び／又は構成の間の関係を示すものではない。
さらに、図示されているように、ここで、ある要素又は構造と別の要素又は構造との関係を説明しやすくするために、「下方」、「下」、「下部」、「上方」、「上部」などのような空間的に相対的な用語を使用することができる。空間的に相対的な用語は、図に示されている方向に加えて、使用中又は動作中の装置の異なる方向を包含することを意図している。装置は、他の方向に配向してもよく（９０度又は他の配向に回転されてもよい）、本明細書で使用される空間的に相対的な記述子は、同様にそれに応じて解釈され得る。
いくつかの実施形態によると、パッケージは、集積回路（ＩＣ）パッケージ部品に接合された、１つ以上のＩＣダイからなるメモリパッケージ部品を含む。いくつかの実施形態では、メモリパッケージ部品とＩＣパッケージ部品との間には、放熱を向上させるために、比較的高い熱伝導率を有するヒートスプレッダが配置されている。例えば、ヒートスプレッダは、ＩＣダイの裏面に取り付けられてもよいし、ＩＣダイからメモリパッケージまで延在してもよい。他の実施形態では、放熱を向上させるために、ＩＣダイがメモリパッケージに直接取り付けられてもよい。このように、本実施形態に係る半導体パッケージによれば、熱は、ヒートスプレッダを介して、又はＩＣダイをメモリパッケージに直接取り付けることにより、ＩＣダイからヒートシンクに効果的に放散することができる。
図１は、いくつかの実施形態による、集積回路ダイ５０の断面図を示す。集積回路ダイ５０は、後続処理でパッケージングされて集積回路パッケージを形成する。集積回路ダイ５０は、ロジックダイ（例えば、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、アプリケーションプロセッサ（ＡＰ）、マイクロコントローラ）、メモリダイ（例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）ダイ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）ダイ）、パワーマネジメントダイ（例えば、パワーマネジメント集積回路（ＰＭＩＣ）ダイ）、無線周波数（ＲＦ）ダイ、センサダイ、微小電気機械システム（ＭＥＭＳ）ダイ、信号処理ダイ（例えば、デジタル信号処理（ＤＳＰ）ダイ）、フロントエンドダイ（例えば、アナログフロントエンド（ＡＦＥ）ダイ）、又はそれらの組み合わせであってもよい。
集積回路ダイ５０は、後続ステップで個片化されて複数の集積回路ダイが形成される異なるデバイス領域を含むウェハに形成されてもよい。集積回路ダイ５０は、適用可能な製造プロセスに応じて処理され、集積回路を形成してもよい。集積回路ダイ５０は、例えば、シリコン、ドープ、又はアンドープの半導体基板５２、又は半導体オンインシュレータ（ＳＯＩ）基板の活性層を有する。半導体基板５２は、ゲルマニウムなどの他の半導体材料と、炭化ケイ素、ガリウムヒ素、リン化ガリウム、リン化インジウム、インジウムヒ素及び／又はアンチモン化インジウムを含む化合物半導体、ＳｉＧｅ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＩｎＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＧａＩｎＡｓ、ＧａＩｎＰ及び／又はＧａＩｎＡｓＰを含む合金半導体、又はそれらの組み合わせを含んでいてもよい。多層基板や傾斜基板などの他の基板を用いてもよい。半導体基板５２は、前面と呼ばれる活性表面（例えば、図１において上向きの表面）と、裏面と呼ばれる不活性表面（例えば、図１において下向きの表面）とを有する。
半導体基板５２の表面には、デバイス（トランジスタに代表される）５４が形成されている。デバイス５４は、能動デバイス（例えば、トランジスタ、ダイオード）、コンデンサ、抵抗器などであってもよい。半導体基板５２の表面上には、層間誘電体（ＩＬＤ）５６が形成されている。ＩＬＤ５６は、デバイス５４を囲んでカバーしてもよい。ＩＬＤ５６は、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウケイ酸ガラス（ＢＳＧ）、ホウドープリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、アンドープケイ酸ガラス（ＵＳＧ）などの材料から形成される１つ以上の誘電体層を含んでいてもよい。
導電性プラグ５８は、ＩＬＤ５６を延在してデバイス５４に電気的及び物理的に連結される。例えば、デバイス５４がトランジスタである場合、導電性プラグ５８は、トランジスタのゲート領域とソース／ドレイン領域とを連結してもよい。導電性プラグ５８は、タングステン、コバルト、ニッケル、銅、銀、金、アルミニウム、又はそれらの組み合わせで形成されてもよい。ＩＬＤ５６及び導電性プラグ５８上には、相互接続構造６０が形成されている。相互接続構造６０は、デバイス５４同士を相互接続して集積回路を形成する。相互接続構造６０は、例えば、ＩＬＤ５６上の誘電体層の金属化パターンにより形成されてもよい。金属化パターンは、１つ以上の低ｋ誘電体層に形成された金属線及びビアを含む。相互接続構造６０の金属化パターンは、導電性プラグ５８によってデバイス５４に電気的に連結されている。
集積回路ダイ５０は、外部接続が行われるアルミニウムパッドなどのパッド６２をさらに含む。パッド６２は、集積回路ダイ５０の活性側、例えば、相互接続構造６０内及び／又は上に設けられている。集積回路ダイ５０上、例えば、相互接続構造６０の一部及びパッド６２上には、１つ以上のパッシベーションフィルム６４が形成されている。開口部は、パッシベーションフィルム６４を貫通してパッド６２に延在する。パッシベーションフィルム６４の開口部には、（例えば、銅などの金属からなる）導電性ピラーなどのダイコネクタ６６が延在しており、各パッド６２に物理的及び電気的に連結されている。ダイコネクタ６６は、例えば、めっきなどにより形成されてもよい。ダイコネクタ６６は、集積回路ダイ５０の各集積回路に電気的に連結する。
なお、パッド６２上には、半田領域（例えば、半田ボール又は半田バンプ）が配置されていてもよい。半田ボールは、集積回路ダイ５０上でチッププローブ（ＣＰ）試験を実行するために使用されてもよい。ＣＰ試験は、集積回路ダイ５０に対して実行されて、集積回路ダイ５０がノウングッドダイ（ＫＧＤ）であるかどうかを確認することができる。これにより、ＫＧＤである、後続処理された集積回路ダイ５０のみがパッケージングされ、ＣＰ試験に失敗したダイはパッケージングされない。試験後、後のプロセスステップではんだ領域を除去してもよい。
集積回路ダイ５０の活性側、例えば、パッシベーションフィルム６４及びダイコネクタ６６の上には、誘電体層６８が形成されてもよい（形成されなくてもよい）。誘電体層６８は、ダイコネクタ６６を横方向から封止しており、集積回路ダイ５０に横方向に隣接する。最初は、誘電体層６８の最表面がダイコネクタ６６の最表面よりも上方に位置するように、誘電体層６８は、ダイコネクタ６６を埋め込んでもよい。ダイコネクタ６６上に半田領域が配置されているいくつかの実施形態では、誘電体層６８が半田領域を埋め込んでもよい。また、誘電体層６８を形成する前に半田領域を除去してもよい。
誘電体層６８は、ＰｂＯ、ポリイミド、ＢＣＢなどのポリマー、窒化ケイ素などの窒化物、酸化ケイ素、ＰＳＧ、ＢＳＧ、ＢＰＳＧなどの酸化物、又はそれらの組み合わせであってもよい。誘電体層６８は、例えば、スピンコーティング法、ラミネーション法、化学蒸着（ＣＶＤ）法などにより形成されてもよい。いくつかの実施形態では、ダイコネクタ６６は、集積回路ダイ５０の形成時に、誘電体層６８を貫通して露出している。いくつかの実施形態では、ダイコネクタ６６は、集積回路ダイ５０をパッケージングする後続処理において、埋め込まれたまま露出している。ダイコネクタ６６を露出させることにより、ダイコネクタ６６に存在し得る半田領域を除去することができる。
いくつかの実施形態では、集積回路ダイ５０は、複数の半導体基板５２を含む積層デバイスである。例えば、集積回路ダイ５０は、複数のメモリダイを含むハイブリッドメモリキューブ（ＨＭＣ）モジュール、高帯域メモリ（ＨＢＭ）モジュールなどのメモリデバイスであってもよい。このような実施形態では、集積回路ダイ５０は、基板貫通ビア（ＴＳＶ）によって相互接続された複数の半導体基板５２を含む。各半導体基板５２は、相互接続構造６０を有していてもよい（有していなくてもよい）。
図２～図１３は、いくつかの実施形態による、放熱を向上させた集積回路パッケージを製造するための断面図を示す。図２において、キャリア基板１０２が設けられ、キャリア基板１０２上に剥離層１０４が形成されている。キャリア基板４０２は、ガラスキャリア基板、セラミックキャリア基板等であってもよい。キャリア基板４０２はウエハであってもよく、キャリア基板４０２上に複数のパッケージを同時に形成することができる。例えば、第１のパッケージ領域１００Ａと第２のパッケージ領域１００Ｂとが示されており、１つ以上の集積回路ダイ５０がパッケージングされて、各パッケージ領域１００Ａ、１００Ｂに集積回路パッケージが形成されている。完成した集積回路パッケージは、一体化ファンアウト（ＩｎＦＯ）パッケージと呼ばれてもよい。
剥離層１０４は、ポリマー系材料で形成することができ、これは、後続のステップで形成されるであろう上にある構造から、キャリア基板１０２と共に除去することができる。いくつかの実施形態では、剥離層４０４はエポキシベースの熱放出材料であり、光から熱への変換（ＬＴＨＣ）放出コーティングなど、加熱されるとその接着特性を失う。他の実施形態では、剥離層１０４は、ＵＶ光に曝されるとその接着特性を失う紫外線（ＵＶ）接着剤であり得る。剥離層４０４は、液体として分注して硬化させてもよいし、キャリア基材４０２上に積層されたラミネートフィルム等であってもよい。剥離層１０４の上面は平坦化されており、平坦性が高い。
図３では、剥離層１０４上に表面再配線構造１２２が形成されている。表面再配線構造１２２は、誘電体層１２４、１２８、１３２、１３６と、金属化パターン１２６、１３０、１３４、１１０（導電性パッド１１０Ａ、１１０Ｂを含む）とを含む。金属化パターン１２６、１３０、１３４は、再配線層又は再配線と呼ばれることもある。表面再配線構造１２２は、４層の金属化パターンを有する例を示している。表面再配線構造１２２には、より多くの又は少ない誘電体層及び金属化パターンが形成されていてもよい。なお、誘電体層やメタライズパターンを少なく形成する場合には、後述するステップやプロセスを省略してもよい。より多くの誘電体層やメタライズパターンを形成する場合には、以下に説明するステップやプロセスを繰り返してもよい。
再配線構造１２２を形成する一例として、剥離層１０４上に誘電体層１２４が堆積される。いくつかの実施形態では、誘電体層１２４は、ＰＢＯ、ポリイミド、ＢＣＢなどの感光材料から形成され、リソグラフィーマスクを用いてパターニングすることができる。誘電体層１２４は、スピンコーティング法、ラミネーション法、ＣＶＤ法、又はそれらの組み合わせにより形成されてもよい。
次に、誘電体層１２４上に金属化パターン１２６が形成される。金属化パターン１２６を形成する一例として、誘電体層１２４上にシード層が形成される。いくつかの実施形態では、シード層は、金属層であることが好ましく、単層であってもよいし、異なる材料からなる複数の副層からなる複合層であってもよい。いくつかの実施形態では、好ましくは、シード層は、チタン層と、チタン層上の銅層とを含む。該シード層は、例えばＰＶＤ等を用いて形成することができる。次に、シード層上にフォトレジストを形成し、パターニングする。フォトレジストは、スピンコーティング等により形成し、パターニングのために露光してもよい。フォトレジストのパターンは、金属化パターン１２６に対応する。このパターニングにより、フォトレジストに開口部が形成され、シード層が露出する。次に、フォトレジストの開口部及びシード層の露出部に導電性材料を形成する。該導電性材料は、電気めっき、無電解めっき等のめっきにより形成することができる。導電性材料としては、銅、チタン、タングステン、アルミニウム等の金属を用いることができる。この導電性材料とシード層の下地部分との組み合わせにより、金属化パターン１２６が形成される。フォトレジスト及びシード層の導電性材料が形成されていない部分を除去する。フォトレジストマスクの除去は、酸素プラズマ等を用いたアッシングや剥離等の任意の方法で行うことができる。フォトレジストを除去した後、露出したシード層をウェットエッチング、ドライエッチング等の適宜のエッチングプロセスを用いて除去する。
次に、金属化パターン１２６及び誘電体層１２４上に誘電体層１２８が堆積されてもよい。誘電体層１２８は、誘電体層１２４と同様の方法で形成されてもよいし、誘電体層１２４と同様の材料で形成されてもよい。そして、開口部は、誘電体層１２４を貫通してパターニングされ、下地の金属化パターン１２６を露出させてもよい。パターニングは、例えば、誘電体層１２４が感光材料である場合には、誘電体層１２４を光に露出するなどの受容可能なプロセス、又は異方性エッチングなどを用いたエッチングにより形成することができる。誘電体層１２４は感光材料であれば、露出後に現像することができる。
その後、金属化パターン１３０が形成される。金属化パターン１３０は、誘電体層１２８の主表面に沿って延在する部分と、誘電体層１２８を貫通し延在して金属化パターン１２６を物理的かつ電気的に連結する部分とを含む。金属化パターン１３０は、金属化パターン１２６と同様の方法及び同様の材料で形成することができる。いくつかの実施形態では、金属化パターン１３０は、金属化パターン１２６と異なる大きさを有する。例えば、金属化パターン１３０の導電線及び／又はビアは、金属化パターン１２６の導電線よりも広くてもよいし、太くてもよい。また、金属化パターン１３０は、金属化パターン１２６よりも大きなピッチで形成されてもよい。
誘電体層１３２は、金属化パターン１３０及び誘電体層１２８上に堆積され、誘電体層１３２は、金属化パターン１３０を露出するようにパターニングされてもよい。誘電体層１３２は、誘電体層１２４と同様の方法で形成され、パターニングされてもよく、誘電体層１２４と同様の材料で形成されてもよい。
その後、金属化パターン１３４が形成される。金属化パターン１３４は、誘電体層１３２の主表面に沿って延在する部分と、誘電体層１３２を貫通延在して金属化パターン１３０を物理的かつ電気的に連結する部分とを含む。金属化パターン１３４は、金属化パターン１２６と同様の方法及び同様の材料で形成することができる。いくつかの実施形態では、金属化パターン１３４は、金属化パターン１２６、１３０と異なる大きさを有する。例えば、金属化パターン１３４の導電線及び／又はビアは、金属化パターン１２６、１３０の導電線及び／又はビアよりも広くてもよいし、太くてもよい。また、金属化パターン１３４は、金属化パターン１３０よりも大きなピッチで形成されてもよい。
誘電体層１３６は、金属化パターン１３４及び誘電体層１３２上に堆積され、金属化パターン１３４を露出するようにパターニングされてもよい。誘電体層１３６は、誘電体層１２４と同様の方法で形成されていてもよく、誘電体層１２４と同じ材料で形成されていてもよい。
次に、誘電体層１３６の開口部に金属化パターン１１０が形成される。金属化パターン１１０は、誘電体層１３６を貫通し延在して下地の金属化パターン１３４、１３０、１２６に物理的及び電気的に連結する導電性パッド１１０Ａ、１１０Ｂを含む。
図３にさらに示すように、金属化パターン１１０の導電性パッド１１０Ａ上には、貫通ビア１１６が形成されている。貫通ビア１１６は、再配線構造１２２の最上部誘電体層（例えば、誘電体層１３６）から離れて延在してもよい。貫通ビア１１６を形成する一例として、表面再配線構造１２２上、例えば、誘電体層１３６及び金属化パターン１１０上にシード層（図示せず）が形成される。いくつかの実施形態では、シード層は、金属層であることが好ましく、単層であってもよいし、異なる材料からなる複数の副層からなる複合層であってもよい。特定の実施形態では、シード層は、チタン層と、チタン層上の銅層とを含む。該シード層は、例えばＰＶＤ等を用いて形成することができる。あるいは、ビア１１６が下地の導電性パッド１１０Ａよりも広くない実施形態には、別のシード層を省略し、導電性パッド１１０Ａをシード層としてもよい。
シード層（存在する場合）及び表面再配線構造１２２上にフォトレジストを形成し、パターニングする。フォトレジストは、スピンコーティング等により形成し、パターニングのために露光してもよい。フォトレジストのパターンは、貫通ビア１１６に対応する。このパターニングにより、シード層又は導電性パッド１１０Ａが露出するように、フォトレジストに開口部が形成される。導電性材料は、フォトレジストの開口部およびシード層の露出部分に形成される。該導電性材料は、電気めっき、無電解めっき等のめっきにより形成することができる。導電性材料としては、銅、チタン、タングステン、アルミニウム等の金属を用いることができる。フォトレジスト及びシード層の導電性材料が形成されていない部分を除去する。フォトレジストマスクの除去は、酸素プラズマ等を用いたアッシングや剥離等の任意の方法で行うことができる。フォトレジストを除去すると、シード層の露出した部分（存在する場合）を、ウェットエッチング又はドライエッチングなどの受容可能なエッチングプロセスを用いて除去する。シード層および導電性材料の残りの部分は、貫通ビア１１６を形成する。
図４では、パッケージ領域１００Ａ、１００Ｂのそれぞれに集積回路ダイ５０（例えば、第１の集積回路ダイ５０Ａ、第２の集積回路ダイ５０Ｂ）が接合されている。図示の実施形態では、第１のパッケージ領域１００Ａ及び第２のパッケージ領域１００Ｂのそれぞれにおいて、第１の集積回路ダイ５０Ａ及び第２の集積回路ダイ５０Ｂを含む複数の集積回路ダイ５０が互いに隣接して接合されている。第１の集積回路ダイ５０Ａは、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、マイクロコントローラなどのロジックデバイスであってもよい。第２の集積回路ダイ５０Ｂは、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）チップ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）チップ、ハイブリッドメモリキューブ（ＨＭＣ）モジュール、高帯域メモリ（ＨＢＭ）モジュールなどの記憶デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、集積回路ダイ５０Ａ、５０Ｂは、ＳＯＣダイなどの同じ種類のダイであってもよい。第１の集積回路ダイ５０Ａと第２の集積回路ダイ５０Ｂとは、同じテクノロジーノードのプロセスで形成されてもよいし、異なるテクノロジーノードのプロセスで形成されてもよい。例えば、第１の集積回路ダイ５０Ａは、第２の集積回路ダイ５０Ｂよりも高度なプロセスノードであってもよい。集積回路ダイ５０Ａ、５０Ｂは、異なる大きさ（例えば、異なる高さ及び／又は表面積）を有してもよいし、同じ大きさ（例えば、同じ高さ及び／又は表面積）を有してもよい。なお、集積回路ダイ５０は、各パッケージ領域に２つずつ配置されているが、より少ない（例えば、１つ）又はより多くの集積回路ダイは、基板１０２上の各パッケージ領域に配置されてもよい。
ダイ５０は、前面が導電性パッド１１０Ｂに対向し、裏面が導電パッド１１０Ｂから離間するように、下向きに配置されている。いくつかの実施形態では、集積回路ダイ５０は、ハイブリッド接合構成において、金属化パターン１１０の導電性パッド１１０Ｂに接合されている。例えば、ダイ５０のパッシベーション層６８は、誘電体層１３６に直接接合し、ダイ５０のコンタクトパッド６６は、導電性パッド１１０Ｂに直接接合してもよい。一実施形態では、パッシベーション層６８と誘電体層１３６との接合は、酸化物－酸化物接合などであってもよい。ハイブリッド接合プロセスでは、さらに、直接金属間接合により、ダイ５０のコンタクトパッド６６と導電性パッド１１０Ｂとを直接接合する。このように、コンタクトパッド６６とコンタクトパッド１１０Ｂとの物理的な接続により、ダイ５０と表面再配線構造１２２との電気的な接続が実現される。
ハイブリッド接合プロセスは、一例として、表面再配線構造１２２の誘電体層１３６及び／又はダイ５０のパッシベーション層６８に表面処理を施すことにより開始されてもよい。表面処理は、プラズマ処理を含んでもよい。プラズマ処理は、真空環境下で行ってもよい。プラズマ処理の後、表面処理は、さらに、ダイ５０の誘電体層１３６及び／又はパッシベーション層６８に施される洗浄プロセス（例えば、脱イオン水によるリンス処理）を含んでもよい。その後、ハイブリッド接合プロセスを進めて、コンタクトパッド６６とコンタクトパッド１１０Ｂとの位置合わせを行ってもよい。次に、ハイブリッド接合は、コンタクトパッド６６とコンタクトパッド１１０Ｂとを物理的に接触させる予備接合ステップを含む。予備接合は、室温（例えば、約２１℃～約２５℃の間）で実行することができる。ハイブリッド接合プロセスは、例えば、約１５０℃～約４００℃の温度で、約０．５時間～約３時間の持続時間でアニールを実行し続け、その結果、コンタクトパッド６６内の金属（例えば、銅）及び接触パッド１１０Ｂの金属（例えば、銅）は相互拡散し、したがって、直接的な金属間接合が形成される。アニールにより、パッシベーション層６８と誘電体層１３６との間に共有結合がさらに形成されてもよい。他の実施形態においても、他の接合パラメータ及び／又は方法（例えば、半田接合）が可能である。
図４にさらに示すように、各部品の上及び周りには、封止材１２０が形成されている。封止材１２０は、形成後、貫通ビア１１６及び集積回路ダイ５０を封止する。封止材１２０は、成形化合物、エポキシなどであってもよい。封止材１２０は、圧縮成形、トランスファー成形などにより塗布され、貫通ビア１１６及び／又は集積回路ダイ５０を埋め込むか又はカバーするようにキャリア基板１０２上に形成されてもよい。さらに、集積回路ダイ５０間の隙間領域には、封止材１２０が形成されている。封止材１２０は、液状又は半液状で塗布された後、硬化されてもよい。
図５では、封止材１２０に平坦化プロセスを実行して、貫通ビア１１６及びダイ５０を露出させる。また、平坦化プロセスにより、貫通ビア１１６の材料を除去してもよい。貫通ビア１１６、ダイ５０及び封止材１２０の上面は、プロセス変動内の平坦化プロセスの後、実質的に同一平面上にある。平坦化プロセスとしては、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）法、研削プロセス等を用いることができる。いくつかの実施形態では、例えば、貫通ビア１１６及びダイ５０が既に露出している場合には、平坦化プロセスを省略してもよい。
図６では、ダイ５０にはフィルム１６８によってヒートスプレッダ１７０が取り付けられている。ヒートスプレッダ１７０は、例えば、約１４９Ｗ／ｍ・Ｋ以上、約３８０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の比較的高い熱伝導率を有する導電性材料で形成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態では、ヒートスプレッダ１７０は、銅、ダイヤモンド、ヒ化ホウ素、銀、シリコンなどで形成される。ヒートスプレッダ１７０を熱伝導率が約３８０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の材料で形成すると、得られるパッケージにおいて放熱が不十分であることが確認された。ヒートスプレッダ１７０は、フィルム１６８を用いてダイ５０の基板５２の裏面に取り付けられてもよい。基板５２の裏面とは、能動デバイスが形成された面とは反対側の面である。フィルム１６８は、高ｋポリマー（例えば、高ｋ ＤＡＦ）、リフロープロセスにより取り付けされた金属（例えば、Ｉｎ、Ｓｎ）、熱伝導材料（ＴＩＭ）、半田ペーストなどであってもよい。図示の実施形態では、ヒートスプレッダ１７０のそれぞれは、ダイ５０のそれぞれと同じ幅を有し、それらと隣接している。他の実施形態では、ヒートスプレッダ１７０は、ダイ５０よりも広くてもよいし、狭てもよいし、及び／又はヒートスプレッダ１７０の側壁がダイ１５０からずれてもよい（例えば、図１４Ａ～図１４Ｃを参照）。また、各ダイ５０には、物理的に分離された複数のヒートスプレッダ１７０が取り付けられてもよい（例えば、図１４Ａ～図１４Ｃを参照）。
図６にさらに示すように、貫通ビア１１６上には、金属化パターン１９０が形成されてもよい。金属化パターン１９０は、上述したコンタクトパッド１１０Ｂと同様のプロセス及び同様の材料を用いて形成することができる。各実施形態では、金属化パターン１９０は、ヒートスプレッダ１７０をダイ５０に取り付ける前に形成してもよいし、その後に形成してもよい。
これにより、各パッケージ領域１００Ａ、１００Ｂに第１のパッケージ部品１００が形成される。第１のパッケージ部品１００は、集積回路ダイ５０と、封止材１２０と、貫通ビア１１６と、表面再配線構造１２２と、金属化パターン１９０とを有する。ヒートスプレッダ１７０は、第１のパッケージ部品１００の５０個の集積回路ダイ上に形成される。
図７では、第２のパッケージ部品２００は、導電性コネクタ１５２によって第１のパッケージ部品１００に連結されている。第２のパッケージ部品２００は、各パッケージ領域１００Ａ、１００Ｂにおいて１つずつ連結されて、各パッケージ領域上に集積回路装置積層を形成している。いくつかの実施形態では、第２のパッケージ部品２００は、ヒートスプレッダ１７０と物理的に接触してもよい。例えば、ヒートスプレッダ１７０は、ダイ５０と第２のパッケージ部品２００との間の距離に亘ってもよい。このように、ヒートスプレッダ１７０は、ダイ５０から第２のパッケージ部品２００への放熱経路を提供することができる。他の実施形態では、ヒートスプレッダ１７０と第２のパッケージ部品２００との間に中間層が配置されてもよい。例えば、各ヒートスプレッダ１７０と各第２のパッケージ部品２００との間のバッファ層として、熱伝導フィルム（明示されず）を用いてもよい。いくつかの実施形態では、熱伝導フィルムは、高ｋポリマー（例えば、高ｋ ＤＡＦ）、リフロープロセスにより取り付けられた金属（例えば、Ｉｎ、Ｓｎ）、ＴＩＭ、半田ペーストなどを含んでもよい。
第２のパッケージ部品２００は、例えば、基板２０２と、基板２０２に連結された１つ以上の積層ダイ２１０（例えば、２１０Ａ及び２１０Ｂ）とを有する。なお、１組の積層ダイ２１０（２１０Ａ及び２１０Ｂ）を例示したが、他の実施形態では、基板２０２の同一面に複数の積層ダイ２１０（それぞれ１つ以上の積層ダイを有する）を並べて連結して配置してもよい。基板２０２は、シリコン、ゲルマニウム、ダイヤモンドなどの半導体材料で構成されてもよい。いくつかの実施形態では、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、ガリウムヒ素、インジウムヒ素、リン化インジウム、シリコンゲルマニウムカーバイド、ガリウムヒ素リン、ガリウムインジウムリン、及びそれらの組み合わせなどの化合物材料を用いてもよい。また、基板２０２は、シリコンオンインシュレータ（ＳＯＩ）基板であってもよい。一般的に、ＳＯＩ基板は、エピタキシャルシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ＳＯＩ、シリコンゲルマニウムオンインシュレータ（ＳＧＯＩ）、又はそれらの組み合わせなどの半導体材料の層を含む。基板２０２は、一代替実施形態では、ガラス繊維強化樹脂コアなどの絶縁コアに基づくものである。コア材料の一例は、ＦＲ４などのグラスファイバー樹脂である。コア材料の代替品には、ビスマレイミド－トリアジン（ＢＴ）樹脂、あるいは他のプリント回路基板（ＰＣＢ）材料またはフィルムが含まれる。基板２０２には、味の素ビルドアップフィルム（ＡＢＦ）などのビルドアップフィルム又はその他のラミネートを用いることができる。
基板２０２は、能動デバイス及び受動デバイス（図示せず）を含んでもよい。第２のパッケージ部品２００の設計の構造要件及び機能要件を生成するために、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器、それらの組み合わせなど、多種多様なデバイスを用いることができる。デバイスは、任意の適切な方法を使用して形成することができる。
また、基板２０２は、金属化層（図示せず）及び導電性ビア２０８を有してもよい。金属化層は、能動デバイスおよび受動デバイスの上に形成することができ、さまざまなデバイスを接続して機能回路を形成するように設計されている。金属化層は、導電性材料の層を相互接続するビアを備えた、誘電体（例えば、ｌｏｗーｋ誘電体材料）と導電性材料（例えば、銅）の交互の層から形成され得、また、任意の適切なプロセス（堆積、ダマシン、デュアルダマシンなど）によって形成することができる。いくつかの実施形態では、基板２０２は、能動デバイス及び受動デバイス子を実質的に有していない。
基板２０２は、積層ダイ２１０に連結するための基板２０２の第１の側に接合パッド２０４を有し、基板２０２の第１の側の反対側にある基板２０２の第２の側に導電性コネクタ１５２に連結するための接合パッド２０６を有する。いくつかの実施形態では、接合パッド２０４、２０６は、基板２０２の第１の側及び第２の側に誘電体層（図示せず）に凹部（図示せず）を形成することにより形成される。凹部は、接合パッド２０４、２０６が誘電体層に埋め込まれるように形成されてもよい。他の実施形態では、誘電体層上に接合パッド２０４、２０６が形成されるため、凹部が省略されてもよい。いくつかの実施形態では、接合パッド２０４、２０６は、銅、チタン、ニッケル、金、パラジウム、又はそれらの組み合わせからなる薄いシード層（図示せず）を含む。接合パッド２０４、２０６の導電性材料は、薄いシード層上に堆積してもよい。導電性材料は、電気化学めっき法、無電解めっき法、ＣＶＤ法、原子層堆積法（ＡＬＤ）、ＰＶＤ法、又はそれらの組み合わせにより形成することができる。一実施形態では、接合パッド２０４、２０６の導電性材料は、銅、タングステン、アルミニウム、銀、金など、またはこれらの組み合わせである。
いくつかの実施形態では、接合パッド２０４及び接合パッド２０６は、チタン層、銅層、ニッケル層の３層の導電性材料を含むＵＢＭである。接合パッド２０４、２０６の形成には、クロム／クロム－銅合金／銅／金の配置、チタン／チタンタングステン／銅の配置、銅／ニッケル／金の配置などの他の材料及び層の配置を利用してもよい。接合パッド２０４、２０６に用いられる適切な材料又は材料の層は、電流印加の範囲内に含まれるものとする。いくつかの実施形態では、導電性ビア２０８は、基板２０２を貫通して延在し、少なくとも１つの接合パッド２０４と少なくとも１つの接合パッド２０６とを連結する。
図示の実施形態では、積層ダイ２１０はワイヤ接合２１２で基板２０２に連結しているが、導電性バンプなどの他の接続を使用することもできる。一実施形態では、積層ダイ２１０は、積層メモリダイである。例えば、積層ダイ２１０は、低電力（ＬＰ）ダブルデータレート（ＤＤＲ）１、ＬＰＤＤＲ２、ＬＰＤＤＲ３、ＬＰＤＤＲ４などのメモリモジュールなどのメモリダイであってもよい。
積層ダイ２１０及びワイヤ接合２１２は、成形材料２１４によって封止されてもよい。成形材料２１４は、例えば、圧縮成形を用いて、積層ダイ２１０及びワイヤ接合２１２上に成形することができる。いくつかの実施形態では、成形材料２１４は、成形化合物、ポリマー、エポキシ、酸化ケイ素フィラー材料、又はそれらの組み合わせである。硬化プロセスは、成形材料２１４を硬化させるプロセスであればよく、熱硬化、ＵＶ硬化、又はそれらの組み合わせであってもよい。
いくつかの実施形態では、積層ダイ２１０及びワイヤ接合２１２を成形材料２１４に埋め込み、成形材料２１４の硬化後、研削などの平坦化ステップを行うことにより、成形材料２１４の余剰部分を除去し、第２のパッケージ部品２００の表面を略平坦にする。
第２のパッケージ部品２００が形成された後、第２のパッケージ部品２００は、導電性コネクタ１５２、接合パッド２０６、及び金属化パターン１９０を介して、第１のパッケージ部品１００に機械的及び電気的に接合される。いくつかの実施形態では、積層ダイ２１０は、ワイヤ接合２１２、接合パッド２０４、２０６、導電性ビア２０８、導電性コネクタ１５２、金属化パターン１９０、貫通ビア１１６、表面再配線構造１２２を介して集積回路ダイ５０Ａ、５０Ｂに連結されている。
いくつかの実施形態では、基板２０２の積層ダイ２１０と対向する側には、半田レジスト（図示せず）が形成されている。導電性コネクタ１５２は、半田レジストの開口部に配置され、基板２０２の導電性特徴部（例えば、接合パッド２０６）に電気的及び機械的に連結されてもよい。半田レジストは、基板２０２の領域を外部ダメージから保護するために用いることができる。
いくつかの実施形態では、導電性コネクタ１５２は、第１のパッケージ部品１００に第２のパッケージ部品２００が取り付けられた後に、残っているエポキシフラックスのエポキシ部分の少なくとも一部と共にリフローされる前に、その上にエポキシフラックス（図示せず）が形成され得る。
図８では、第１のパッケージ部品１００と第２のパッケージ部品２００との間には、導電性コネクタ１５２及びヒートスプレッダ１７０を囲むように封止材２５０が形成されている。封止材２５０は、第２のパッケージ部品２００の周りにさらに形成されてもよく、封止材２５０は、第１のパッケージ部品１００の周りに形成されてもよい（明示されない）。封止材２５０としては、成形化合物、エポキシ、成形アンダーフィルなどであってもよい。いくつかの実施形態では、封止材２５０は、ヒートスプレッダ１７０よりも熱伝導率が低くてもよい。例えば、封止材２５０は、約１０Ｗ／ｍ・ｋ未満で熱伝導率を有してもよい。したがって、ヒートスプレッダ１７０は、集積回路ダイ５０から封止材２５０を介して第２のパッケージ部品２００への放熱を向上させることができる例えば、封止材２５０を介してヒートスプレッダ１７０を備えることで、約２２％以上の動作温度低下が観測された。
封止材２５０は、圧縮成形、トランスファー成形などにより塗布され、第２のパッケージ部品２００が埋め込まれるか又はカバーされるまで、第２のパッケージ部品２００上に形成されてもよい。封止材２５０は、さらに、第２のパッケージ部品２００と下地の第１のパッケージ部品１００との間の隙間領域に形成されている。封止材２５０は、液状又は半液状で塗布された後、硬化されてもよい。封止体２５０を形成した後、第２のパッケージ部品２００が露出するまで、封止材２５０平坦化プロセス（例えば、ＣＭＰ、研削など）を施してもよい。平坦化プロセス後、第２のパッケージ部品２００及び封止材２５０の上面は平坦になっていてもよい。
図９では、第２のパッケージ部品２００にはフレーム２５２が取り付けられている。例えば、フレーム２５２は、第２のパッケージ部品２００の第１のパッケージ部品１００とは反対側の面に取り付けられる。
図１０では、キャリア基板の剥離が実行されて、キャリア基板１０２を裏表面再配線構造１２２、例えば誘電体層１２４から取り外す（または「剥離する」）。いくつかの実施形態によれば、剥離は、剥離層１０４が光の熱の下で分解し、キャリア基板１０２を除去することができるように、剥離層１０４上にレーザ光またはＵＶ光などの光を投射することを含む。その後、構造を反転させる。
図１１では、表面再配線構造１２２に外部接続するためにＵＢＭ１３８と導電性コネクタ１５０が形成されている。ＵＢＭ１３８は、誘電体層１２４の主表面に沿って延在するバンプ部を有し、誘電体層１２４を貫通し延在して金属化パターン１２６に物理的及び電気的に連結するビア部を有する。その結果、ＵＢＭ１３８は、貫通ビア１１６及び集積回路ダイ５０に電気的に連結される。ＵＢＭ１３８は、金属化パターン１２６と同じ材料、同じプロセスで形成することができる。いくつかの実施形態では、ＵＢＭ１３８は、金属化パターン１１０、１２６、１３０、１３４とは異なる大きさを有する。
図１１では、ＵＢＭ１３８上には、導電性コネクタ１５０が形成されている。導電性コネクタ１５０としては、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）コネクタ、半田ボール、金属ピラー、制御崩壊チップ接続（Ｃ４）バンプ、マイクロバンプ、無電解ニッケル－無電解パラジウム－浸漬金技術（ＥＮＡＰＩＧ）形成バンプなどを用いることができる。導電性コネクタ１５０は、半田、銅、アルミニウム、金、ニッケル、銀、パラジウム、スズなどの導電性材料、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、導電性コネクタタ１５０は、蒸着、電解めっき、印刷、半田転写、ボール配置などにより、最初に半田の層を形成することにより形成される。構造上にはんだの層が形成されたら、材料を所望のバンプ形状に成形するためにリフローを実行することができる。他の実施形態では、導電性コネクタ１５０は、スパッタリング法、印刷法、電解めっき法、無電解メッキ法、ＣＶＤ法などにより形成された金属ピラー（例えば、銅ピラー）で構成される。金属ピラーは、はんだを含まなくてもよく、実質的に垂直な側壁を有することができる。いくつかの実施形態では、金属キャップ層が金属ピラーの上部に形成される。金属キャップ層は、ニッケル、スズ、スズ鉛、金、銀、パラジウム、インジウム、ニッケル－パラジウム－金、ニッケル－金など、またはそれらの組み合わせを含み得、そしてめっきプロセスによって形成され得る。
図１２では、スクライブライン領域、例えば、第１のパッケージ領域１００Ａと第２のパッケージ領域１００Ｂとの間に沿って鋸引きを行うことにより、個片化プロセスが行われる。鋸引きにより、第２のパッケージ領域１００Ｂから第１のパッケージ領域１００Ａが個片化される。その結果、個片化されたデバイス積層は、第１のパッケージ領域１００Ａ又は第２のパッケージ領域１００Ｂのいずれか一方から得られる。いくつかの実施形態では、個片化プロセスは、第１のパッケージ部品１００に第２のパッケージ部品２００を連結した後に行われる。他の実施形態（図示せず）では、個片化プロセスは、第１のパッケージ部品１００に第２のパッケージ部品２００を連結する前に行われる。
図１３では、各個片化された第１のパッケージ部品１００は、導電性コネクタ１５０を用いてパッケージ基板３００に実装される。パッケージ基板３００は、基板コア３０２と、基板コア３０２上の接合パッド３０４とを含む。基板コア３０２は、シリコン、ゲルマニウム、ダイヤモンドなどの半導体材料で構成されてもよい。あるいは、シリコンゲルマニウム、炭化ケイ素、ガリウム砒素、インジウム砒素、インジウムリン化物、シリコンゲルマニウム炭化物、ガリウム砒素リン化物、ガリウムインジウムリン化物などの複合材料、これらの組み合わせなども使用できる。また、基板コア３０２は、ＳＯＩ基板であってもよい。一般に、ＳＯＩ基板は、エピタキシャルシリコン、ゲルマニウム、シリコンゲルマニウム、ＳＯＩ、ＳＧＯＩ、またはそれらの組み合わせなどの半導体材料の層を含む。基板コア３０２は、一代替実施形態では、ガラス繊維強化樹脂コアなどの絶縁コアに基づくものである。コア材料の一例は、ＦＲ４などのグラスファイバー樹脂である。コア材料の代替品には、ビスマレイミド－トリアジンＢＴ樹脂、あるいは他のＰＣＢ材料またはフィルムが含まれる。基板コア３０２には、ＡＢＦなどのビルドアップフィルム又はその他のラミネートを用いることができる。
基板コア３０２は、能動デバイス及び受動デバイス（図示せず）を含んでもよい。デバイス積層の設計の構造要件及び機能要件を生成するために、トランジスタ、コンデンサ、抵抗器、それらの組み合わせなど、多種多様なデバイスを用いることができる。デバイスは、任意の適切な方法を使用して形成することができる。
また、基板コア３０２は、金属化層及びビア（図示せず）を有し、接合パッド３０４は、金属化層及びビアに物理的及び／又は電気的に連結されてもよい。金属化層は、能動デバイスおよび受動デバイスの上に形成することができ、さまざまなデバイスを接続して機能回路を形成するように設計されている。金属化層は、導電性材料の層を相互接続するビアを備えた、誘電体（例えば、ｌｏｗーｋ誘電体材料）と導電性材料（例えば、銅）の交互の層から形成され得、また、任意の適切なプロセス（堆積、ダマシン、デュアルダマシンなど）によって形成することができる。いくつかの実施形態では、基板コア３０２は、能動デバイス及び受動デバイス子を実質的に有していない。
いくつかの実施形態では、導電性コネクタ１５０をリフローして、第１のパッケージ部品１００を接合パッド３０４に取り付ける。導電性コネクタ１５０は、基板コア３０２の金属化層を含むパッケージ基板３００と第１のパッケージ部品１００とを電気的及び／又は物理的に連結する。いくつかの実施形態では、基板コア３０２上には、半田レジスト３０６が形成される。導電性コネクタ１５０は、半田レジスト３０６の開口部に配置され、接合パッド３０４に電気的及び機械的に連結されてもよい。半田レジスト３０６は、基板２０２の領域を外部ダメージから保護するために用いることができる。
導電性コネクタ１５０は、第１のパッケージ部品１００がパッケージ基板３００に取り付けられた後に残っているエポキシフラックスのエポキシ部分の少なくとも一部とともにリフローされる前に、その上にエポキシフラックス（図示せず）が形成され得る。この残っているエポキシ部分は、アンダーフィルとして作用し、応力を緩和し、導電性コネクタ１５０のリフローによる接合部を保護することができる。いくつかの実施形態では、第１のパッケージ部品１００とパッケージ基板３００との間には、導電性コネクタ１５０を囲むようにアンダーフィル３０８が形成されてもよい。アンダーフィル３０８は、第１のパッケージ部品１００を取り付けた後にキャピラリーフロープロセスにより形成してもよいし、第１のパッケージ部品１００を取り付ける前に適切な堆積方法により形成してもよい。
いくつかの実施形態では、第１のパッケージ部品１００（例えば、ＵＢＭ１３８）又はパッケージ基板３００（例えば、接合パッド３０４）には、受動デバイス（例えば、表面実装デバイス（ＳＭＤ）、図示せず）が取り付けられてもよい。例えば、受動デバイスは、導電性コネクタ１５０として、第１のパッケージ部品１００又はパッケージ基板３００の同一面に接合されていてもよい。受動デバイスは、第１のパッケージ部品１００をパッケージ基板３００に実装する前に、パッケージ部品１００に取り付けられてもよいし、第１のパッケージ部品１００をパッケージ基板３００に実装する前又は後にパッケージ基板３００に取り付けられてもよい。
別の特徴やプロセスを含んでいてもよい。例えば、３Ｄパッケージングや３ＤＩＣデバイスの検証試験を補助するための試験構造を備えていてもよい。試験構造は、例えば、再配線層または基板上に形成された試験パッドを含み得、これにより、３Ｄパッケージングまたは３ＤＩＣの試験、プローブおよび／またはプローブカードの使用などが可能になる。検証試験は、最終構造体だけでなく、中間構造体に対して行ってもよい。さらに、本明細書に開示される構造および方法は、歩留まりを向上させ、コストを削減するために、既知の良好なダイの中間検証を組み込んだ試験方法と組み合わせて使用することができる。
これにより、第２のパッケージ部品２００と第３のパッケージ部品３００とに接合された第１のパッケージ部品１００からなる半導体パッケージ４００は形成される。第１のパッケージ部品１００と第２のパッケージ部品２００との間には、第１のパッケージ部品１００のダイ５０から第２のパッケージ部品２００を介した放熱を向上させるために、１つ以上のヒートスプレッダ１７０が配置されている。ヒートスプレッダ１７０は、比較的高い熱伝導率、例えば、第１のパッケージ部品１００と第２のパッケージ部品２００との間の封止材２５０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有してもよい。このように、半導体パッケージ４００の放熱及びデバイス性能を向上させることができる。例えば、ヒートスプレッダ１７０を備えることにより、半導体パッケージ４００の動作温度を２２％以上低下させることができる。
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃは、それぞれ半導体パッケージ４２０、４３０、４４０の断面図を示す。各半導体パッケージ４２０、４３０、４４０は、パッケージ４００と同様であり、同一の参照符号は、同一のプロセスで形成された同一の要素を示している。しかしながら、各半導体パッケージ４２０、４３０、４４０における第２のパッケージ部品２００は、第２のパッケージ部品２００の基板２０２に取り付けられる放熱蓋２５４をさらに備えていてもよい。放熱蓋２５４は、銅などの比較的高い熱伝導率を有する導電性材料からなり、接着剤、熱伝導材料（ＴＩＭ）などによって基板２０２の上面に取り付けられてもよい。基板２０２は、ヒートスプレッダ１７０と放熱蓋２５４とを熱接続する。このように、ダイ５０からヒートスプレッダ１７０及び基板２０２を介して放熱蓋２５４に放熱することができる。また、パッケージ４２０、４３０、４４０において、封止材２５０は、第１のパッケージ部品１００と第２のパッケージ部品２００との間でのみ形成さればよく、封止材２５０は、第２のパッケージ部品２００の側壁に沿って延在してはならない。
図１４Ａのパッケージ４２０は、ヒートスプレッダ１７０がダイ５０と同じ幅であり、ダイ５０に隣接する実施形態を示している。また、パッケージ３２０内のヒートスプレッダ１７０は基板２０２に接触し、ヒートスプレッダ１７０はダイ５０と基板２０２との間の全距離に亘って配置されてもよい。
図１４Ｂのパッケージ４３０は、ヒートスプレッダ１７０がダイ５０に対して狭くてオフセットされており、各ダイ５０に複数のヒートスプレッダ１７０が取り付けられている実施形態を示している。例えば、パッケージ４３０において、ヒートスプレッダ１７０は、ダイ５０の側壁と重なっていてもよい。また、パッケージ３３０内のヒートスプレッダ１７０は基板２０２に接触し、ヒートスプレッダ１７０はダイ５０と基板２０２との間の全距離に亘って配置されていてもよい。
図１４Ｃのパッケージ３４０は、ヒートスプレッダ１７０がダイ５０と同じ幅であり、ダイ５０に隣接する実施形態を示している。また、パッケージ３２０内のヒートスプレッダ１７０は、封止材２５０によって基板２０２から物理的に分離されていてもよい。例えば、ヒートスプレッダ１７０がパッケージ２００に取り付けられていなくてもよいし、ヒートスプレッダ１７０の上面と基板２０２の下面との間に封止材２５０が形成されていてもよい。ヒートスプレッダ１７０は基板２０２に接触しないが、封止材２５０の内部にヒートスプレッダ１７０を含むことで、第１のパッケージ部品１００と第２のパッケージ部品２００との間の放熱が依然として向上する。
図１５～図１９は、他の実施形態による、半導体パッケージ４５０を形成するための断面図を示す。パッケージ４５０は、図１２のパッケージ４００と同様であり、同一の参照符号は、同一のプロセスで形成された同一の要素を示している。図１４は、図４と同様のプロセス段階において、封止材１２０を形成する前の断面図を示している。例えば、図１４では、キャリア基板１０２上に表面再配線構造１２２が形成され、表面再配線構造１２２のコンタクトパッド１１０Ａ上に貫通ビア１１６が形成され、表面再配線構造１２２のコンタクトパッド１１０Ｂにダイ５０が接合されている。しかし、図１４の構造では、ダイ５０が貫通ビア１１６よりも高くなって延在していてもよい。
図１６では、各部品の上及び周りには封止材１２０が形成されている。封止材１２０は、形成後、貫通ビア１１６及び集積回路ダイ５０の側壁に沿って延在している。封止材４３０は、成形材、エポキシ等であってもよい。封止材１２０は、圧縮成形、トランスファー成形などにより塗布され、封止材１２０内に配置された貫通ビア１１６及び／又は集積回路ダイ５０を介して、キャリア基板１０２上に形成されてもよい。封止材１２０は、液状又は半液状で塗布された後、硬化されてもよい。
封止材１２０は、集積回路ダイ５０間の隙間領域に形成されている。しかし、封止材１２０は、貫通ビア１１６の上面をカバーしないように堆積されていてもよい。例えば、封止材１２０を堆積した後、封止材１２０にパターニング又は平坦化プロセスを施すことなく、貫通ビア１１６の上面を露出させたままとしてもよい。あるいは、貫通ビア１１６を埋め込むように封止材１２０を堆積し、エッチバックプロセスを施して貫通ビア１１６の上面を露出させてもよい。このような実施形態では、エッチバックプロセスは等方性であってもよい。
いくつかの実施形態では、封止材１２０は、ダイ５０の側壁の少なくとも上部に沿ってフィレットをさらに有していてもよい。図１６では、封止材１２０の上面が貫通ビア１１６の上面と同じ高さにある場合を示しているが、他の実施形態では、封止材１２０の上面が貫通ビア１１６の上面よりも低くなっていてもよい。
図１７では、第２のパッケージ部品２００は、第１のパッケージ部品１００に連結されている。第２のパッケージ部品２００の１つは、各パッケージ領域１００Ａ、１００Ｂのそれぞれに連結され、第１のパッケージ部品１００の各領域に集積回路装置積層を形成する。例えば、導電性コネクタ１５２をリフローすることにより、第２のパッケージ部品２００を貫通ビア１１６に直接接合してもよい。第２のパッケージ部品２００は、図７で説明したものと同様であってもよいので、詳細な説明は省略する。
パッケージ４５０において、ダイ５０は、フィルム１５４によって第２のパッケージ部品２００に直接取り付けられてもよい。フィルム１５４は、高ｋポリマー（例えば、高ｋ ＤＡＦ）、金属（例えば、Ｉｎ、Ｓｎ）、ＴＩＭ、半田ペーストなどであってもよい。例えば、ダイ５０の基板５２は、フィルム１５４によって第２のパッケージ部品２００の基板２０２に取り付けられてもよい。基板５２は、半導体材料（例えば、比較的高い熱伝導率を有するもの）で構成されているため、第２のパッケージ部品２００に近接して配置することで、放熱を容易にすることができる。ダイ５０と基板２０２との間の界面材料として、比較的高い熱伝導率を有する材料（例えば、フィルム１５４）を用いることで、放熱をさらに向上させることができる。例えば、完成したパッケージの動作温度は、ダイ５０を比較的高い熱伝導率の材料で第２のパッケージ部品２００に直接取り付けることによって、少なくとも１８％低下させることができることが確認された。
図１８では、封止材２５０は、第１のパッケージ部品１００と第２のパッケージ部品２００との間に、導電性コネクタ１５２を囲むように形成されている。封止材２５０は、図８で説明したものと同様の方法及び同様の材料で形成することができる。封止材２５０は、ダイ５０の基板５２よりも熱伝導率が低くてもよい。ダイ５０はフィルム１５４によって第２のパッケージ部品２００に直接取り付けられているため、封止材２５０は、ダイ５０の上面と基板２０２の下面との間において、ダイ５０の上面に対して垂直に延在していなくてもよい。これにより、放熱を向上させることができる。
図１９では、図９～図１３に関して前述したものと同様のプロセスを追加して、第１のパッケージ部品１００及び第２のパッケージ部品２００を個片化して第３のパッケージ部品３００に接合してもよい。これにより、第２のパッケージ部品２００と第３のパッケージ部品３００とに接合された第１のパッケージ部品１００からなる半導体パッケージ４５０は形成される。第１のパッケージ部品１００のダイ５０の基板５２を第２のパッケージ部品２００の基板２０２に直接取り付けて、第１のパッケージ部品１００のダイ５０から第２のパッケージ部品２００への放熱を向上させる。ダイ５０の基板５２は、比較的高い熱伝導率、例えば、第１のパッケージ部品１００と第２のパッケージ部品２００との間の封止材２５０の熱伝導率よりも高い熱伝導率を有していてもよい。このように、半導体パッケージ４５０の放熱及びデバイス性能を向上させることができる。例えば、半導体パッケージ４５０の動作温度を１８％低下させることができる。
図２０は、半導体パッケージ４６０の断面図を示す。半導体パッケージ４６０は、半導体パッケージ４５０と同様であり、同一の参照符号は、同一のプロセスで形成された同一の要素を示している。しかしながら、半導体パッケージ４６０における第２のパッケージ部品２００は、第２のパッケージ部品２００の基板２０２に取り付けられる放熱蓋２５４をさらに備えていてもよい。放熱蓋２５４は、銅などの熱伝導率の高い導電性材料からなり、接着剤、熱伝導材料（ＴＩＭ）などによって基板２０２の上面に取り付けられてもよい。基板２０２は、ダイ５０と放熱蓋２５４とを熱接続する。また、半導体パッケージ４６０において、封止材２５０は、第１のパッケージ部品１００と第２のパッケージ部品２００との間でのみ形成さればよく、封止材２５０は、第２のパッケージ部品２００の側壁に沿って延在してはならない。
図２１～図２９は、他の実施形態による、半導体パッケージ４７０を形成するための断面図を示す。パッケージ４７０は、図１２のパッケージ４００と同様であり、同一の参照符号は、同一のプロセスで形成された同一の要素を示している。
図２０において、キャリア基板１０２が設けられ、キャリア基板１０２上に剥離層１０４が形成されている。剥離層１０４上には、裏面再配線構造１０６が形成されていてもよい。図示の実施形態では、裏面再配線構造１０６は、誘電体層１０８、金属化パターン１１０（再配線層又は再配線と呼ばれることもある）、金属化パターン１１１、及び誘電体層１１２を含む。金属化パターン１１０、１１１は、上述した金属化パターン１３６と同様のプロセス及び材料で形成することができる。裏面再配線構造１０６は任意である。いくつかの実施形態では、剥離層１０４上には、裏面再配線構造１０６に代えて、金属化パターンが形成されていない誘電体層が形成されていてもよい。
図２１では、裏面再配線パターン１０６を貫通して開口部１１３がパターニングされている。開口部１１３のパターニングは、例えば、フォフォトリソグラフィとエッチングとを組み合わせて行うことができる。開口部は、剥離層１０４を露出していてもよい。
図２２では、開口部１１３にヒートスプレッダ１７０が形成されている。ヒートスプレッダ１７０は、例えば、金属化パターン１１０、１１１と同様の方法で形成することができる。ヒートスプレッダ１７０は、銅などの比較的高い熱伝導率を導電性材料で構成されていてもよい。いくつかの実施形態では、ヒートスプレッダは、少なくとも約３８０ Ｗ／ｍ・ｋの熱伝導率を有していてもよい。いくつかの実施形態では、ヒートスプレッダ１７０は、ゲート誘電体層１１２の上面をカバーするように形成され、平坦化プロセスを使用して、ヒートスプレッダ１７０の余剰部分を除去し、金属化パターン１１０を露出させることができる。
図２３では、金属化パターン１１０上には貫通ビア１１６が形成されている。貫通ビア１１６は、裏面再配線構造１０６の最上部誘電体層（例えば、誘電体層１１２）から離間して延在していてもよい。貫通ビア１１６は、図３で説明されたものと同様のプロセス及び同様の材料で形成することができる。
図２４では、集積回路ダイ５０（例えば、第１の集積回路ダイ５０Ａ及び第２の集積回路ダイ５０Ｂ）は、接着剤１１８によってヒートスプレッダ１７０に接着されている。各パッケージ領域１００Ａ及び１００Ｂには、所望の種類及び数量の集積回路ダイ５０が接着されている。図示の実施形態では、第１のパッケージ領域１００Ａ及び第２のパッケージ領域１００Ｂのそれぞれにおいて、第１の集積回路ダイ５０Ａ及び第２の集積回路ダイ５０Ｂを含む複数の集積回路ダイ５０が互いに隣接して接着されている。第１の集積回路ダイ５０Ａは、中央処理装置（ＣＰＵ）、グラフィックスプロセッシングユニット（ＧＰＵ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）、マイクロコントローラなどのロジックデバイスであってもよい。第２の集積回路ダイ５０Ｂは、ダイナミックランダムアクセスメモリ（ＤＲＡＭ）チップ、スタティックランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）チップ、ハイブリッドメモリキューブ（ＨＭＣ）モジュール、高帯域メモリ（ＨＢＭ）モジュールなどの記憶デバイスであってもよい。いくつかの実施形態では、集積回路ダイ５０Ａ、５０Ｂは、ＳＯＣダイなどの同じ種類のダイであってもよい。第１の集積回路ダイ５０Ａと第２の集積回路ダイ５０Ｂとは、同じテクノロジーノードのプロセスで形成されてもよいし、異なるテクノロジーノードのプロセスで形成されてもよい。例えば、第１の集積回路ダイ５０Ａは、第２の集積回路ダイ５０Ｂよりも高度なプロセスノードであってもよい。集積回路ダイ５０Ａ、５０Ｂは、異なる大きさ（例えば、異なる高さ及び／又は表面積）を有してもよいし、同じ大きさ（例えば、同じ高さ及び／又は表面積）を有してもよい。第１のパッケージ領域１００Ａ及び第２のパッケージ領域１００Ｂにおける貫通ビア１１６に利用可能なスペースは、特に、集積回路ダイ５０がＳｏＣなどのフットプリントの大きいデバイスを含む場合に限定される。裏面再配線構造１０６の使用は、第１のパッケージ領域１００Ａ及び第２のパッケージ領域１００Ｂが貫通ビア１１６に利用可能な限定されたスペースを有する場合、向上された相互接続配置を可能にする。
接着剤１１８は、集積回路ダイ５０の裏面に設けられ、集積回路ダイ５０とヒートスプレッダ１７０とを接着する。接着剤１１８は、高ｋポリマー（例えば、高ｋ ＤＡＦ）、リフロープロセスにより取り付けされた金属（例えば、Ｉｎ、Ｓｎ）、熱伝導材料（ＴＩＭ）、半田ペーストなどであってもよい。接着剤１１８は、集積回路ダイ５０の裏面に塗布してもよいし、裏面再配線構造１０６の上面に塗布してもよい。例えば、接着剤１１８は、集積回路ダイ５０を分離するために個片化する前に、集積回路ダイ５０の裏面に塗布することができる。接着剤１１８は、ダイ５０からヒートスプレッダ１７０への放熱を促進するために、比較的高い熱伝導率を有していてもよい。
図２６では、各部品の上及び周りには封止材１２０が形成されている。封止材１２０は、形成後、貫通ビア１１６及び集積回路ダイ５０を封止する。封止材４３０は、成形材、エポキシ等であってもよい。封止材１２０は、圧縮成形、トランスファー成形などにより塗布され、貫通ビア１１６及び／又は集積回路ダイ５０を埋め込むか又はカバーするようにキャリア基板１０２上に形成されてもよい。さらに、集積回路ダイ５０間の隙間領域には、封止材１２０が形成されている。封止材１２０は、液状又は半液状で塗布された後、硬化されてもよい。
封止材１２０に平坦化プロセスを実行して、貫通ビア１１６及びダイコネクタ６６を露出させる。また、平坦化プロセスにより、貫通ビア１１６、誘電体層６８及び／又はダイコネクタ６６の材料を、ダイコネクタ６６及び貫通ビア１１６が露出するまで除去してもよい。貫通ビア１１６、ダイコネクタ６６、誘電体層６８及び封止材１２０の上面は、プロセス変動内の平坦化プロセスの後、実質的に同一平面上にある。平坦化プロセスとしては、例えば、化学機械研磨（ＣＭＰ）法、研削プロセス等を用いることができる。いくつかの実施形態では、例えば、貫通ビア１１６及び／又はダイコネクタ６６が既に露出している場合には、平坦化プロセスを省略してもよい。
図２６では、表面再配線構造１２２は、封止材１２０、貫通ビア１１６、及び集積回路ダイ５０上に形成されている。表面再配線構造１２２は、誘電体層１２４、１２８、１３２、１３６と、金属化パターン１２６、１３０、１３４とを有する。上記メタライズパターンは、再配線層又は再配線と呼ばれることもある。表面再配線構造１２２は、３層の金属化パターンを有する例を示している。表面側再配線構造３５０には、より多くの又はより少ない誘電体層やメタライズパターンが形成されていてもよい。表面再配線構造１２２は、図３で説明したプロセス及び／又は材料を用いて形成することができる。
図２７では、表面再配線構造１２２に外部接続するためのＵＢＭ１３８及び導電性コネクタ１５０が形成されている。ＵＢＭ１３８は、誘電体層１３６の主表面にあり、それに沿って延在するバンプ部を有し、誘電体層１３６を貫通して延在するビア部分を有することにより、金属化パターン１３４を物理的及び電気的に連結する。その結果、ＵＢＭ１３８は、貫通ビア１１６及び集積回路ダイ５０に電気的に連結される。ＵＢＭ１３８は、金属化パターン１２６と同じ材料で形成することができる。いくつかの実施形態では、ＵＢ１３８は、金属化パターン１２６、１３０及び１３４とは異なる大きさを有する。
ＵＢＭ１３８には、導電性コネクタ１５０が形成されている。導電性コネクタ１５０としては、ボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）コネクタ、半田ボール、金属ピラー、制御崩壊チップ接続（Ｃ４）バンプ、マイクロバンプ、無電解ニッケル－無電解パラジウム－浸漬金技術（ＥＮＡＰＩＧ）形成バンプなどを用いることができる。導電性コネクタ１５０は、半田、銅、アルミニウム、金、ニッケル、銀、パラジウム、スズなどの導電性材料、又はこれらの組み合わせを含んでもよい。いくつかの実施形態では、導電性コネクタタ１５０は、蒸着、電解めっき、印刷、半田転写、ボール配置などにより、最初に半田の層を形成することにより形成される。構造上にはんだの層が形成されたら、材料を所望のバンプ形状に成形するためにリフローを実行することができる。他の実施形態では、導電性コネクタ１５０は、スパッタリング法、印刷法、電解めっき法、無電解メッキ法、ＣＶＤ法などにより形成された金属ピラー（例えば、銅ピラー）で構成される。金属ピラーは、はんだを含まなくてもよく、実質的に垂直な側壁を有することができる。いくつかの実施形態では、金属キャップ層が金属ピラーの上部に形成される。金属キャップ層は、ニッケル、スズ、スズ鉛、金、銀、パラジウム、インジウム、ニッケル－パラジウム－金、ニッケル－金など、またはそれらの組み合わせを含み得、そしてめっきプロセスによって形成され得る。これにより、裏面再配線構造１０６と、ヒートスプレッダ１７０と、貫通ビア１１６と、ダイ５０と、封止材１２０と、表面再配線構造１２２と、ＵＢＭ１３８と、導電性コネクタ１５０と、を備える第１のパッケージ部品１００が形成される。
図２８では、キャリア基板の剥離が実行されて、キャリア基板１０２を裏面再配線構造１０６、例えば誘電体層１０８から取り外す（または「剥離する」）。いくつかの実施形態によれば、剥離は、剥離層１０４が光の熱の下で分解し、キャリア基板１０２を除去することができるように、剥離層１０４上にレーザ光またはＵＶ光などの光を投射することを含む。
また、図２８において、開口部１１５を誘電体層１０８を通って形成して金属化パターン１１１の一部を露出させる。開口部１１５は、例えば、レーザドリル、エッチングなどを用いて形成されてよい。
続いて、第２のパッケージ部品２００を、図７に関して上述したのと同様の方法で、第１のパッケージ部品１００に取り付ける。例えば、導電性コネクタは、誘電体層１０８の開口部を通って延在して第１のパッケージ部品１００の金属化パターン１１１と第２のパッケージ部品２００とを電気的に接続する。ダイ５０から第２のパッケージ部品２００への放熱性を向上させるために、ヒートスプレッダ１７０を、第１のパッケージ部品１００のダイ５０と第２のパッケージ部品２００の基板２０２との間に配置してよい。
追加の処理（例えば、図８、図１２、図１３に関して説明したのと同様の処理）を行って、図２９のパッケージ４７０に取得してよい。パッケージ４７０は、第１のパッケージ部品１００の裏面再配線構造１０６内に形成されたヒートスプレッダ１７０を含んでよい。ヒートスプレッダ１７０をダイ５０と第２のパッケージ部品２００との間に配置することにより、放熱性及びデバイス性能を向上させることができる。
図３０は、いくつかの変形例に係る半導体パッケージ４８０の断面図である。半導体パッケージ４８０は、半導体パッケージ４００と同様であり、同一の参照符号は、同一の工程で形成された同一の要素を示している。しかしながら、半導体パッケージ４８０内のダイ５０は、積層された構成で互いに直接接合されている。いくつかの実施形態では、ダイ５０Ａは、上述したハイブリッド接合処理によりダイ５０Ｂに直接接合されてよい。例えば、ダイ５０Ａのパッシベーション層６８Ａは、誘電体対誘電体接合により金型５０Ｂのパッシベーション層６８Ｂと直接接合されてよく、また、金型５０Ａのダイコネクタ６６Ａは、金属対金属接合により金型５０Ｂのダイコネクタ６６Ｂに直接接合されてよい。さらに、ダイ５０Ｂは、ダイ５０Ｂの基板５２を通って延在する基板貫通ビア（ＴＳＶ）７０を含んでよい。ＴＳＶ７０は、例えば、ハイブリッド接合構成を用いて、表面再配線層１２２のコンタクトパッド１１０Ｂに直接接合されてよい。
ダイ５０Ａ及び５０Ｂ全ては、パッケージ４８０内でヒートスプレッダ１７０に熱的に接続される。例えば、ヒートスプレッダ１７０は、フィルム１６８によりダイ５０Ａの基板５２Ａに直接取り付けられてよい。さらに、サーマルビア１７２は、ダイ５０Ｂの導電性コネクタ６６Ｂに形成されてよく、また、サーマルビア１７２は、ダイ５０Ｂとヒートスプレッダ１７０とを熱的に接続してよい。いくつかの実施形態では、サーマルビア１７２は、貫通ビア１１６と同様の材料及び処理で形成される。いくつかの実施形態では、サーマルビア１７２は、ダイ５０Ａ及び５０Ｂ内の能動デバイスと電気的に接続されていないダミービアであってよい。これにより、ダイ５０Ａ及び５０Ｂに熱的に接続されたヒートスプレッダ１７０によりパッケージ４８０内で放熱を実現することができる。また、ダイ５０Ｂから表面再配線構造１２２を介して放熱することができる。
いくつかの実施形態によると、パッケージは、集積回路（ＩＣ）パッケージ部品に接合された、１つ以上のＩＣダイからなるメモリパッケージ部品を含む。いくつかの実施形態では、メモリパッケージ部品とＩＣパッケージ部品との間には、放熱を向上させるために、比較的高い熱伝導率を有するヒートスプレッダが配置されている。例えば、ヒートスプレッダは、ＩＣダイの裏面に取り付けられてもよいし、ＩＣダイからメモリパッケージまで延在してもよい。他の実施形態では、熱放散を向上させるために、ＩＣダイがメモリパッケージに直接取り付けられてもよい。このように、本実施形態に係る半導体パッケージによれば、熱は、ヒートスプレッダを介して、又はＩＣダイをメモリパッケージに直接取り付けることにより、ＩＣダイからヒートシンクに効果的に放散することができる。
いくつかの実施形態では、半導体パッケージは、第１の半導体ダイ、前記第１の半導体ダイの周囲にある第１の封止材、及び前記半導体ダイに電気的に接続された第１の再配線構造を含む第１のパッケージ部品を含む。前記半導体パッケージは、第２の半導体ダイを含む、前記第１のパッケージ部品に接合された第２のパッケージ部品と、前記第１の半導体ダイと前記第２のパッケージ部品との間にあるヒートスプレッダと、前記ヒートスプレッダよりも低い熱伝導率を有する、前記第１のパッケージ部品と前記第２のパッケージ部品との間にある第２の封止材と、を含む。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記ヒートスプレッダは、１４９Ｗ／ｍ＊ｋ以上の熱伝導率を有する。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記ヒートスプレッダは、前記第２のパッケージ部品の基板に接触している。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記第２の封止材は、前記ヒートスプレッダの上面と前記第２のパッケージ部品の基板の下面との間に延在している。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記ヒートスプレッダは、フィルムにより前記第１の半導体ダイの半導体基板に取り付けられている任意選択に、いくつかの実施形態では、前記フィルムは、高ｋポリマー、インジウム、スズ、熱伝導材料（ＴＩＭ）又は半田ペーストを含む任意選択に、いくつかの実施形態では、第２のヒートスプレッダは、前記第１の半導体ダイと前記第２のパッケージ部品との間に配置され、前記第２の封止材は前記ヒートスプレッダと前記第２のヒートスプレッダとの間にある。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記半導体パッケージは、前記第２のパッケージ部品の基板の上面に取り付けられた放熱蓋をさらに含み、前記第１のパッケージ部品は、前記第２のパッケージ部品の前記基板の下面に取り付けられている。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記第２の封止材は、前記第２のパッケージ部品の側壁に沿って配置されている。
いくつかの実施形態では、半導体パッケージは、第１の半導体基板を含む第１の半導体ダイ、前記第１の半導体ダイの周囲にある第１の封止材、及び前記半導体ダイに電気的に接続された第１の再配線構造を含む第１のパッケージ部品を含む。前記半導体パッケージは、フィルムにより前記第１の半導体基板が直接取り付けられた第２の半導体基板上に第２の半導体ダイを含む、前記第１のパッケージ部品に接合された第２のパッケージ部品と、前記第１のパッケージ部品と前記第２のパッケージ部品との間にある第２の封止材と、をさらに含む。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記第２の封止材は、前記第１の半導体基板よりも低い熱伝導率を有する。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記フィルムは、高ｋポリマー、インジウム、スズ、熱伝導材料（ＴＩＭ）又は半田ペーストを含む任意選択に、いくつかの実施形態では、前記半導体パッケージは、前記第１の封止材の内部に導電性ビアをさらに含み、前記第１の半導体ダイは、前記貫通ビアよりも上方に延在している。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記第２の封止材は、前記第１の半導体ダイの上面よりも下方に延在している。
いくつかの実施形態では、方法は、絶縁層内に第１のコンタクトパッド及び第２のコンタクトパッドを含む再配線構造を形成する工程と、前記第２のコンタクトパッド上に貫通ビアを形成する工程と、第１のダイを前記再配線構造に接合する工程であって、前記第１のダイの誘電体層は前記絶縁層に接触し、かつ前記第１のダイの第３のコンタクトパッドは前記第１のコンタクトパッドに接触する工程と、前記第１のダイの前記再配線構造とは反対側の面にヒートスプレッダを取り付ける工程と、第２のダイを含むパッケージ部品を貫通ビアに接合する工程であって、前記ヒートスプレッダは前記第１のダイと前記パッケージ部品との間にある工程と、を含む、方法。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記方法は、前記貫通ビア及び前記第１のダイを第１の封止材で封止する工程をさらに含む。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記方法は、前記ヒートスプレッダの周囲及び前記第１のダイと前記パッケージ部品との間に、第２の封止材を分配する工程をさらに含み、前記ヒートスプレッダは、前記第２の封止材よりも高い熱伝導率を有する。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記方法は、前記ヒートスプレッダの上面と前記パッケージ部品の下面との間に前記第２の封止材を分配する工程をさらに含む。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記パッケージ部品を接合する工程は、前記ヒートスプレッダを前記パッケージ部品に接触させる工程を含む。任意選択に、いくつかの実施形態では、前記第１のダイの前記再配線構造とは反対側の面に前記ヒートスプレッダを取り付ける工程は、フィルムにより前記第１のダイの前記面に前記ヒートスプレッダを取り付ける工程を含み、前記フィルムは、高ｋポリマー、インジウム、スズ、熱伝導材料（ＴＩＭ）又は半田ペーストを含む。
前述のことは、当業者が本開示の態様をよりよく理解できるように、いくつかの実施形態の特徴を概説している。当業者であれば、本明細書に導入された実施形態の同じ目的を実行し、及び／又は同じ利点を達成するための他のプロセス及び構造を設計又は修正するための基礎として本開示を容易に使用できることを理解できる。当業者であれば、またそのような同等の構造が本開示の精神及び範囲から逸脱せず、本開示の精神及び範囲から逸脱することなく、本明細書において様々な変更、置換、及び改変を行うことができることを理解できる。

Claims (20)

  1. 第１の半導体ダイ、前記第１の半導体ダイの周囲にある第１の封止材、及び前記半導体ダイに電気的に接続された第１の再配線構造を含む第１のパッケージ部品と、
    第２の半導体ダイを含む、前記第１のパッケージ部品に接合された第２のパッケージ部品と、
    前記第１の半導体ダイと前記第２のパッケージ部品との間にあるヒートスプレッダと、
    前記ヒートスプレッダよりも低い熱伝導率を有する、前記第１のパッケージ部品と前記第２のパッケージ部品との間にある第２の封止材と、
    を含む、半導体パッケージ。
  2. 前記ヒートスプレッダは、１４９Ｗ／ｍ＊ｋ以上の熱伝導率を有する、請求項１に記載の半導体パッケージ。
  3. 前記ヒートスプレッダは、前記第２のパッケージ部品の基板に接触している、請求項１に記載の半導体パッケージ。
  4. 前記第２の封止材は、前記ヒートスプレッダの上面と前記第２のパッケージ部品の基板の下面との間に延在している、請求項１に記載の半導体パッケージ。
  5. 前記ヒートスプレッダは、フィルムにより前記第１の半導体ダイの半導体基板に取り付けられている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
  6. 前記フィルムは、高ｋポリマー、インジウム、スズ、熱伝導材料（ＴＩＭ）又は半田ペーストを含む、請求項５に記載の半導体パッケージ。
  7. 第２のヒートスプレッダは、前記第１の半導体ダイと前記第２のパッケージ部品との間に配置され、前記第２の封止材は前記ヒートスプレッダと前記第２のヒートスプレッダとの間にある、請求項５に記載の半導体パッケージ。
  8. 前記第２のパッケージ部品の基板の上面に取り付けられた放熱蓋をさらに含み、前記第１のパッケージ部品は、前記第２のパッケージ部品の前記基板の下面に取り付けられている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
  9. 前記第２の封止材は、前記第２のパッケージ部品の側壁に沿って配置されている、請求項１に記載の半導体パッケージ。
  10. 第１の半導体基板を含む第１の半導体ダイ、前記第１の半導体ダイの周囲にある第１の封止材、及び前記半導体ダイに電気的に接続された第１の再配線構造を含む第１のパッケージ部品と、
    フィルムにより前記第１の半導体基板が直接取り付けられた第２の半導体基板上に第２の半導体ダイを含む、前記第１のパッケージ部品に接合された第２のパッケージ部品と、
    前記第１のパッケージ部品と前記第２のパッケージ部品との間にある第２の封止材と、
    を含む、半導体パッケージ。
  11. 前記第２の封止材は、前記第１の半導体基板よりも低い熱伝導率を有する、請求項１０に記載の半導体パッケージ。
  12. 前記フィルムは、高ｋポリマー、インジウム、スズ、熱伝導材料（ＴＩＭ）又は半田ペーストを含む、請求項１０に記載の半導体パッケージ。
  13. 前記第１の封止材の内部に導電性ビアをさらに含み、前記第１の半導体ダイは、前記貫通ビアよりも上方に延在している、請求項１０の記載の半導体パッケージ。
  14. 前記第２の封止材は、前記第１の半導体ダイの上面よりも下方に延在している、請求項１０に記載の半導体パッケージ。
  15. 絶縁層内に第１のコンタクトパッド及び第２のコンタクトパッドを含む再配線構造を形成する工程と、
    前記第２のコンタクトパッド上に貫通ビアを形成する工程と、
    第１のダイを前記再配線構造に接合する工程であって、前記第１のダイの誘電体層は前記絶縁層に接触し、かつ前記第１のダイの第３のコンタクトパッドは前記第１のコンタクトパッドに接触する工程と、
    前記第１のダイの前記再配線構造とは反対側の面にヒートスプレッダを取り付ける工程と、
    第２のダイを含むパッケージ部品を貫通ビアに接合する工程であって、前記ヒートスプレッダは前記第１のダイと前記パッケージ部品との間にある工程と、を含む、方法。
  16. 前記貫通ビア及び前記第１のダイを第１の封止材で封止する工程をさらに含む、請求項１５に記載の方法。
  17. 前記ヒートスプレッダの周囲及び前記第１のダイと前記パッケージ部品との間に、第２の封止材を分配する工程をさらに含み、前記ヒートスプレッダは、前記第２の封止材よりも高い熱伝導率を有する、請求項１５に記載の方法。
  18. 前記ヒートスプレッダの上面と前記パッケージ部品の下面との間に前記第２の封止材を分配する工程をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
  19. 前記パッケージ部品を接合する工程は、前記ヒートスプレッダを前記パッケージ部品に接触させる工程を含む、請求項１５に記載の方法。
  20. 前記第１のダイの前記再配線構造とは反対側の面に前記ヒートスプレッダを取り付ける工程は、フィルムにより前記第１のダイの前記面に前記ヒートスプレッダを取り付ける工程を含み、前記フィルムは、高ｋポリマー、インジウム、スズ、熱伝導材料（ＴＩＭ）又は半田ペーストを含む、請求項１５に記載の方法。
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