專利名稱：半導(dǎo)體裝置及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體裝置及制造該半導(dǎo)體裝置的方法。
技術(shù)背景圖1示出一種根據(jù)現(xiàn)有的半導(dǎo)體裝置制造方法獲得的"系統(tǒng)級(jí)封裝"(System in a package,簡(jiǎn)稱SiP)的半導(dǎo)體裝置。參見圖1，現(xiàn)有技術(shù)中SiP半導(dǎo)體裝置包括內(nèi)插板11、第一器件13、 第二器件15以及第三器件17。第一器件13、第二器件15或者第三器件17中可包括下述任何一個(gè) 中央處理單元(CPU)，靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(SRAM)，動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問 存儲(chǔ)器(DRAM)，閃存(Flash),大規(guī)模邏輯集成電路(Logic LSI)， 功率集成電路(Power IC)，控制集成電路(Control IC)，模擬大規(guī)模 集成電路(Analog LSI)，微波單片集成電路(MMIC)，互補(bǔ)型金屬氧 化物半導(dǎo)體射頻集成電路(CMOS RF-IC)，傳感器芯片，微機(jī)電系統(tǒng) (MEMS)芯片，等等。在第一器件13和第二器件15之間以及第二器件15和第三器件17 之間可以形成連接單元，以給每一器件傳遞信號(hào)。但是，具有上述結(jié)構(gòu)的SiP半導(dǎo)體裝置如果要獲得廣泛的應(yīng)用，就必須 對(duì)其散熱問題加以解決。特別是對(duì)于這種情況，比如半導(dǎo)體裝置的第二器件 15被設(shè)置在中間層時(shí)，必須解決其散熱問題才能對(duì)SiP半導(dǎo)體裝置加以推廣 應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法，旨在使SiP半導(dǎo) 體裝置易于散熱。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種半導(dǎo)體裝置，包括內(nèi)插板；多個(gè)器件，
堆疊于該內(nèi)插板之上；冷卻器，設(shè)置在至少一個(gè)器件內(nèi)，該冷卻器包括冷卻 材料通道；以及，連接電極，設(shè)置在各該多個(gè)器件之間，用于將上層器件內(nèi) 的信號(hào)電極與下層器件內(nèi)的信號(hào)電極連接起來(lái)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，提供一種制造半導(dǎo)體裝置的方法，該方法包括以 下步驟形成多個(gè)器件，其中至少一個(gè)器件包括具有冷卻材料通道的冷卻器; 以及將這些器件堆疊于內(nèi)插板上。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，熱量可以很容易地從SiP 半導(dǎo)體裝置散發(fā)出來(lái)。


圖1示出根據(jù)現(xiàn)有半導(dǎo)體裝置制造方法獲得的半導(dǎo)體裝置的截面圖； 圖2示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法獲得的SiP半導(dǎo)體裝 置的截面圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中設(shè)有冷卻材料通道的器件結(jié) 構(gòu)的截面圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中設(shè)有冷卻材料通道的保護(hù)層 的截面圖；圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制造方法獲得的SiP半導(dǎo)體裝 置的截面圖。
具體實(shí)施方式
參考圖2到圖4，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，半導(dǎo)體裝置可以包括內(nèi)插板 200、第一器件210、第二器件230、第三器件250以及第四器件270。第 一器件210、第二器件230和第三器件250可以設(shè)置用來(lái)傳輸冷卻材料的 第一通道211、第二通道231和第三通道251。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該半導(dǎo)體裝置可以包括第一連接層220，用于 連接形成于第一器件210的信號(hào)電極和形成于第二器件230的信號(hào)電極。 另外，該半導(dǎo)體裝置可以包括第二連接層240，用于連接形成于第二器件 230的信號(hào)電極和形成于第三器件250的信號(hào)電極。該半導(dǎo)體裝置可以包 括第三連接層260，用于連接形成于第三器件250的信號(hào)電極和形成于第
四器件270的信號(hào)電極。第一電極210可以包括具有第一通道211的冷卻器。該冷卻器設(shè)置 在保護(hù)層213內(nèi)，該保護(hù)層213形成于第一器件210的上部。 一般來(lái)說(shuō)， 保護(hù)層213可以形成于器件的頂部，由此通過對(duì)保護(hù)層213的蝕刻和清 洗工藝，很容易形成用于傳輸冷卻材料的第一通道211。另外，該冷卻器 可以被設(shè)置在頂不同位置以代替第一器件210的頂部位置。圖2示出了設(shè)于第二器件230和第三器件250的第二通道231和第 三通道251，用于傳輸冷卻材料。但是，即使冷卻材料的通道僅形成于一 個(gè)器件上，半導(dǎo)體裝置的全部熱量仍然可以散發(fā)。在本發(fā)明的實(shí)施例中， 盡管圖中未示出，位于圖2所示半導(dǎo)體裝置的頂部的第四器件270也可 形成冷卻材料的通道。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該半導(dǎo)體裝置可以進(jìn)一步包括冷卻材料供應(yīng) 器，其連接到冷卻器，用于提供冷卻材料。冷卻材料供應(yīng)器提供的冷卻 材料流經(jīng)形成于第一到第三器件210、230和250的通道211、231和251。 在本發(fā)明的實(shí)施例中，盡管圖中未示出，冷卻材料供應(yīng)器提供的冷卻材 料也可以流經(jīng)形成于第四器件270的通道。該冷卻材料可以包括低溫氣 體和低溫液體，比如液態(tài)氮。因此，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該半導(dǎo)體裝 置可以很容易且有效地向外散熱。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一到第四器件210、 230、 250和270的每 一個(gè)都可以包括貫通電極，該貫通電極分別穿過上述器件。該貫通電極 用于在下層器件和上層器件之間傳遞信號(hào)。盡管在上述實(shí)施例中描述了堆疊有第一到第四器件210、 230、 250 和270的SiP半導(dǎo)體裝置，但該堆疊器件的數(shù)目是可變的。每一器件都 可以包括下述結(jié)構(gòu)之一中央處理單元(CPU)，靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器 (SRAM)，動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器(DRAM)，閃存(Flash)，大規(guī)模 邏輯集成電路(Logic LSI)，功率集成電路(Power IC)，控制集成電 路(Control IC)，模擬大規(guī)模集成電路(Analog LSI)，微波單片集成 電路(MM IC)，互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體射頻集成電路(CMOS RF-IC)， 傳感器芯片，微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)芯片。在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法中，包括形成多個(gè)
器件，其中至少一個(gè)器件包括具有冷卻材料通道的冷卻器。在根據(jù)本發(fā) 明的實(shí)施例的制造半導(dǎo)體裝置的方法中，包括將該多個(gè)器件堆疊于內(nèi)插 板上。在該多個(gè)器件之間形成連接層。在上層器件和下層器件中形成的 信號(hào)電極，通過形成于連接層的連接電極彼此連接。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，當(dāng)上述器件形成時(shí)，在位于設(shè)有冷卻器的器 件頂部的保護(hù)層內(nèi)形成冷卻器。圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置中，形成有冷卻材料通 道的保護(hù)層。在本發(fā)明的實(shí)施例中，通道211可采用巻繞模式(winding pattern)形成，以覆蓋更多的面積區(qū)域。在本發(fā)明的實(shí)施例中，為了更加有效的從每一器件散熱，可以制造 如圖5所示的半導(dǎo)體裝置。圖5示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置制 造方法所獲得的SiP半導(dǎo)體裝置。參見圖5，該SiP半導(dǎo)體裝置包括內(nèi)插板300、第一器件310、第二 器件330、第三器件350以及第四器件370。該SiP半導(dǎo)體裝置包括穿過 第一器件310的第一貫通電極315、穿過第二器件330的第二貫通電極 335、穿過第三器件350的第三貫通電極355以及穿過第四器件370的第 四貫通電極375。第一到第三器件310、 330和350包括被配置為用于傳 輸冷卻材料的通道311、 331和351。該SiP半導(dǎo)體裝置可以包括第一連接層320，其將形成于第一器件 310的信號(hào)電極和形成與第二器件330的信號(hào)電極連接起來(lái)。該SiP半導(dǎo) 體裝置可以包括第二連接層340，其將形成于第二器件330的信號(hào)電極和 形成與第三器件350的信號(hào)電極連接起來(lái)。該SiP半導(dǎo)體裝置可以包括 第三連接層360，其將形成于第三器件350的信號(hào)電極和形成與第四器件 370的信號(hào)電極連接起來(lái)。第一器件310可以包括冷卻器，該冷卻器具有被配置為用于傳輸冷 卻材料的通道311。該冷卻器可以設(shè)置在形成于第一器件310上部的保護(hù) 層內(nèi)。另外，由于保護(hù)層可以形成于器件的頂部，則通過對(duì)保護(hù)層的蝕 刻和清洗加工工藝，很容易形成用于傳輸冷卻材料的通道311。在本發(fā)明 的實(shí)施例中，該冷卻器可以被設(shè)置在不同位置以代替第一器件310的頂 部位置。 圖5示出了形成于第二和第三器件330和350的通道331和351，這 些通道被配置為用于傳輸冷卻材料。但是，即使冷卻材料的通道僅形成 于一個(gè)器件上，半導(dǎo)體裝置的大部分或者全部熱量仍然可以散發(fā)。在本 發(fā)明的實(shí)施例中，冷卻材料的通道也可以形成于位于圖5所示半導(dǎo)體裝 置頂部的第四器件370中。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的SiP半導(dǎo)體裝置可以進(jìn)一步包括冷卻材料供應(yīng) 器，其與冷卻器連接并用于向其提供冷卻材料。冷卻材料供應(yīng)器提供的 冷卻材料流經(jīng)形成于相應(yīng)器件的通道311、 331和351，以傳輸冷卻材料。 該冷卻材料可以包括低溫氣體和低溫液體，比如液態(tài)氮。因此，根據(jù)本 發(fā)明的實(shí)施例，該半導(dǎo)體裝置能夠很容易且有效地向外散熱。該SiP半導(dǎo)體裝置可以包括第一連接層320，用于將第一器件310和 第二器件330連接起來(lái)。該SiP半導(dǎo)體裝置可以包括第二連接層340，用 于將第二器件330和第三器件350連接起來(lái)。該SiP半導(dǎo)體裝置可以包 括第三連接層360，用于將第三器件350和第四器件370連接起來(lái)。在第 一到第三連接層320、 340和360內(nèi)形成第一到第三連接電極325、 345 和365。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一器件310可以通過第一連接電極325電 連接到第二器件330。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第二器件330可以通過第二 連接電極345電連接到第三器件350。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第三器件 350可以通過第三連接電極365電連接到第四器件370。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第一連接電極325可以將第一貫通電極315 和第二貫通電極335連接起來(lái)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，第二連接電極345 可以將第二貫通電極335和第三貫通電極355連接起來(lái)。在本發(fā)明的實(shí) 施例中，第三連接電極365可以將第三貫通電極355和第四貫通電極375 連接起來(lái)。貫通電極315、 335、 355和375可以通過順序執(zhí)行下述加工工藝而 形成模式加工工藝，蝕刻工藝，半導(dǎo)體裝置的金屬成形工藝，以及化 學(xué)機(jī)械拋光(Chemical Mechanical Polishing,簡(jiǎn)稱CMP)工藝。由于上 述工藝為本領(lǐng)域普通技術(shù)人員的公知技術(shù)，因此不再贅述。在本發(fā)明的實(shí)施例中，貫通電極315、 335、 355和375包括鎢(W)， 銅(Cu)，鋁(Al)，銀(Ag)以及金(Au)至少其中之一。該貫通電 極可以通過物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱PVD)、原 子層沉積(Atomic Layer Deposition,簡(jiǎn)稱ALD)、化學(xué)氣相沉積(Chemical Vapor Deposition,簡(jiǎn)稱CVD)、蒸發(fā)或者電化學(xué)鍍膜(Electro-Chemical Plating,簡(jiǎn)稱ECP)進(jìn)行沉積。貫通電極的勢(shì)壘可以在下述組中擇一并 通過CVD、 PVD或者ALD形成，該組包括氮化鉭(TaN)，鉭(Ta)， 氮化鈦(TiN)，鈦(Ti)以及氮化鈦硅(TiSiN)。在本發(fā)明的實(shí)施例中，散熱器380可以形成于第一器件310的底面 之下。通過貫通電極，散熱器380可以被連接到這些器件，以更加有效 的散發(fā)這些器件的熱量。散熱器380可以包括散熱片或者散熱管。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，熱量可以很容易地 從SiP半導(dǎo)體裝置散發(fā)出來(lái)。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，顯然可以對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行各種改進(jìn)或 者修改。因此，涵蓋了各種改進(jìn)和修改的實(shí)施例應(yīng)該落入所附權(quán)利要求的范 圍內(nèi)。本領(lǐng)域技術(shù)人員也可以理解，當(dāng)提及一層位于另一層或者基底"之上" 或"上面"時(shí)，可以是直接位于另一層或者基底之上，或者也可以在中間插 入其他層。
權(quán)利要求
1. 一種裝置，包括 內(nèi)插板；多個(gè)器件，所述多個(gè)器件堆疊于所述內(nèi)插板之上；冷卻器，在所述多個(gè)器件中的至少一個(gè)器件內(nèi)設(shè)有所述冷卻器，所 述冷卻器包括冷卻材料通道；以及連接電極，設(shè)置在各所述多個(gè)器件之間，用于將上層器件內(nèi)的信號(hào) 電極與下層器件內(nèi)的信號(hào)電極連接起來(lái)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，所述多個(gè)器件中的每個(gè)器件 包括穿過相應(yīng)器件的貫通電極。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其中，所述貫通電極包括鎢，銅， 鋁，銀以及金至少其中之一。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，其中，設(shè)有所述冷卻器的所述至少 一個(gè)器件包括保護(hù)層，該保護(hù)層位于所述至少一個(gè)器件的頂部，以及所 述冷卻器位于所述保護(hù)層之中。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，還包括散熱器，所述散熱器設(shè)置 在所述內(nèi)插板與堆疊而成的所述多個(gè)器件之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中，所述散熱器包括散熱片和散 熱管其中之一。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中，所述冷卻材料包括低溫氣體 和低溫液體至少其中之一。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中，所述低溫材料包括液態(tài)氮。
9. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的裝置，還包括冷卻材料供應(yīng)器，其配置 為用于向所述冷卻器提供冷卻材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體裝置，其中，每一器件包括下述之一中央處理單元、靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器、閃存、大規(guī)模邏輯集成電路、功率集成電路、控制集成電路、模擬大規(guī)模 集成電路、微波單片集成電路、互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體射頻集成電路、 傳感器芯片，以及微機(jī)電系統(tǒng)芯片。
11. 一種方法，包括以下步驟形成多個(gè)器件，至少一個(gè)器件包括具有冷卻材料通道的冷卻器；以及將所述多個(gè)器件堆疊于內(nèi)插板之上。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，在所述內(nèi)插板上堆疊所述 多個(gè)器件包括在所述多個(gè)器件中的每個(gè)器件內(nèi)形成信號(hào)電極； 在各器件之間形成連接層； 在每一連接層內(nèi)形成連接電極；以及通過設(shè)置在上層器件和下層器件之間的連接層內(nèi)的連接電極，將形 成于所述上層器件和下層器件內(nèi)的信號(hào)電極彼此連接。
13. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，形成具有所述冷卻器的所 述至少一個(gè)器件包括在設(shè)有所述冷卻器的所述至少一個(gè)器件的頂部形成保護(hù)層； 在所述保護(hù)層內(nèi)形成所述冷卻器。
14. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，形成所述多個(gè)器件包括在 所述多個(gè)器件中的每個(gè)器件內(nèi)形成貫通電極，所述貫通電極穿過相應(yīng)的 器件。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中，每一貫通電極包括鴇、銅、 鋁、銀以及金至少其中之一。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括在堆疊于所述內(nèi)插板上 的所述多個(gè)器件中的最下層器件的底面之下形成散熱器。
17. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中，所述散熱器包括散熱片和 散熱管其中之一。
18. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，其中，所述冷卻材料包括低溫氣 體和低溫液體至少其中之一。
19. 根據(jù)權(quán)利要求ll所述的方法，進(jìn)一步包括將冷卻材料供應(yīng)器 連接到所述冷卻器，該冷卻材料供應(yīng)器用以提供冷卻材料。
20. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，每一器件包括下述之一中央處理單元、靜態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器、動(dòng)態(tài)隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器、閃存、大 規(guī)模邏輯集成電路、功率集成電路、控制集成電路、模擬大規(guī)模集成電 路、微波單片集成電路、互補(bǔ)型金屬氧化物半導(dǎo)體射頻集成電路、傳感 器芯片，以及微機(jī)電系統(tǒng)芯片。
全文摘要
本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體裝置及其制造方法。該裝置包括內(nèi)插板；多個(gè)器件，堆疊于該內(nèi)插板之上；冷卻器，設(shè)置在至少一個(gè)器件內(nèi)，該冷卻器包括冷卻材料通道；以及，連接電極，設(shè)置在這些器件之間，用于將上層器件內(nèi)的信號(hào)電極與下層器件內(nèi)的信號(hào)電極連接起來(lái)。根據(jù)本發(fā)明的半導(dǎo)體裝置及其制造方法，熱量可以很容易地從SiP半導(dǎo)體裝置散發(fā)出來(lái)。
文檔編號(hào)H01L25/065GK101123249SQ200710140899
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2007年8月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月11日
發(fā)明者韓載元 申請(qǐng)人:東部高科股份有限公司