堆疊器件的方法
【專利說明】
[0001] 該申請為分案申請，其原案申請的申請?zhí)枮?00910150015. 5、申請日為2009年06 月18日、發(fā)明名稱為"堆疊器件的方法"。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本發(fā)明一般地涉及一種半導(dǎo)體制造工藝，特別地涉及一種制造堆疊半導(dǎo)體器件的 方法。
【背景技術(shù)】
[0003] 通孔通常被廣泛地用于半導(dǎo)體制造以在半導(dǎo)體器件和一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體材料層之 間提供電耦合。傳統(tǒng)的引線鍵合有局限性，例如，隨著性能和密度需求的提高使得進(jìn)行傳統(tǒng) 的引線鍵合不再合適，最近，穿透硅通孔（TSV)技術(shù)成為了克服這種傳統(tǒng)的引線鍵合局限 性的方法。TSV允許在Z軸形成互連線實(shí)現(xiàn)更短的互連。從襯底前表面延伸到后表面而形 成的通孔可以穿透襯底（例如晶片）建立互連。TSV在3D封裝技術(shù)中的堆疊晶片、堆疊芯 片和/或其組合形成互連是非常有用的。
[0004] 在制造堆疊半導(dǎo)體器件中，包括焊劑的液體無流式底部填充（NFU)技術(shù)通常被用 于堆疊和耦合兩個(gè)器件。NFU層經(jīng)過熱處理（例如，固化/回流循環(huán)），其中NFU層被固化 并把相關(guān)的結(jié)構(gòu)封裝在器件之間的區(qū)域內(nèi)。同樣，兩個(gè)器件之一的焊料凸點(diǎn)回流并形成與 其它器件的TSV結(jié)構(gòu)的焊料接合點(diǎn)，這樣各器件能夠被電耦合。對于每個(gè)需要堆疊和耦合 的附加器件，需要提供附加 NFU層并且重復(fù)進(jìn)行熱處理。雖然這一方法對于其所意欲達(dá)到 的目標(biāo)而言是滿意的，但是在其它方面是不滿意的。其中一個(gè)缺陷就是，在堆疊半導(dǎo)體器件 的制造過程中低NFU層經(jīng)過多次固化/回流循環(huán)。這將增加 NFU層的熱應(yīng)力，并且引入例 如NFU層中的氣泡、焊料凸點(diǎn)褶皺或破碎、NFU層的脫落等各種缺陷，從而導(dǎo)致較差的器件 性能和可靠性。
[0005] 因此，需要一種制造堆疊半導(dǎo)體器件的方法以減少器件之間的涂層材料的熱應(yīng) 力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 因此，本發(fā)明的一些實(shí)施例提供了制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供第一器件、第 二器件和第三器件；提供在第一器件和第二器件之間的第一涂層材料；提供在第二器件和 第三器件之間的第二涂層材料；以及此后，在同一處理中對第一和第二涂層材料進(jìn)行固化。 在一些實(shí)施例中，每個(gè)所述第一、第二和第三器件包括電路；每個(gè)所述第一和第二器件包括 穿透硅通孔（TSV)結(jié)構(gòu)；所述方法還包括，響應(yīng)于所述固化，利用所述第一和第二器件的 TSV結(jié)構(gòu)對第一、第二和第三器件的電路進(jìn)行電耦合；其中，所述第一和第二涂層材料均包 括利于耦合的焊料成分。在另一些實(shí)施例中，所述第一、第二和第三器件是管芯和晶片中的 一種。
[0007] 在另一些實(shí)施例中，所述第三器件包括形成于其上的第三涂層材料，并且所述方 法包括在固化之前在所述第三涂層材料和所述第三器件上覆蓋第四器件，所述第四器件是 管芯和晶片中的一種；其中所述固化包括對第三涂層材料進(jìn)行固化以使第三涂層材料與第 一和第二涂層材料基本相同地從第一態(tài)轉(zhuǎn)化為第二態(tài)。在其它實(shí)施例中，所述方法還包括 在固化前對所述第一和第二涂層材料進(jìn)行預(yù)處理。在一些實(shí)施例中，所述預(yù)處理包括將第 一和第二涂層材料加熱到低于第一和第二涂層材料的固化溫度的溫度。在一些實(shí)施例中， 所述方法還包括在固化后對所述第一和第二涂層材料進(jìn)行后處理。
[0008] 在一些實(shí)施例中，所述提供第一涂層材料的步驟包括在所述第一器件上形成所述 第一涂層材料，以及在所述第一涂層材料和第一器件上覆蓋所述第二器件；以及所述提供 第二涂層材料的步驟包括在所述第二器件上形成所述第二涂層材料，以及在所述第二涂層 材料和第二器件上覆蓋所述第三器件。在另外一些實(shí)施例中，所述提供第一涂層材料的步 驟包括在所述第二器件上形成所述第一涂層材料，以及在所述第一器件上覆蓋具有所述第 一涂層材料的所述第二器件；以及所述提供第二涂層材料的步驟包括在所述第三器件上 形成所述第二涂層材料，以及在所述第二器件上覆蓋具有所述第二涂層材料的所述第三器 件。
[0009] 本發(fā)明的一些實(shí)施例還提供一種半導(dǎo)體器件，包括第一器件；第二器件，覆蓋在所 述第一器件上并且電耦合到所述第一器件；第三器件，覆蓋在所述第二器件上并且電耦合 到所述第二器件；第一涂層材料，置于所述第一和第二器件之間；以及第二涂層材料，置于 所述第二和第三器件之間；其中所述第一和第二涂層材料被設(shè)定了基本相同的熱處理歷 史。在一些實(shí)施例中，所述第一和第二涂層材料具有基本相同的固化循環(huán)。在另一些實(shí)施 例中，所述第一、第二和第三器件是管芯和晶片中的一種。在另一些實(shí)施例中，所述的半導(dǎo) 體器件，還包括第四器件，所述第四器件是管芯和晶片中的一種；以及第三涂層材料，置于 所述第三和第四器件之間，所述第三涂層材料具有與第一和第二涂層材料的固化循環(huán)基本 相同的固化循環(huán)。
[0010] 在另一些實(shí)施例中，每個(gè)所述第一、第二和第三器件包括多個(gè)穿透硅通孔（TSV) 結(jié)構(gòu)。在一些實(shí)施例中，所述第一器件的一個(gè)TSV結(jié)構(gòu)電耦合到所述第二器件的一個(gè)TSV 結(jié)構(gòu)；以及其中所述第二器件的一個(gè)TSV結(jié)構(gòu)電耦合到所述第三器件的一個(gè)TSV結(jié)構(gòu)。在 另一些實(shí)施例中，所述第一器件包括用于連接另一半導(dǎo)體器件的多個(gè)導(dǎo)電凸點(diǎn)。在另一些 實(shí)施例中，所述半導(dǎo)體器件進(jìn)一步包括用于支撐結(jié)構(gòu)的承載襯底；以及所述第一器件覆蓋 在所述承載襯底上并且固定到所述承載襯底上。
[0011] 此外，本發(fā)明的一些實(shí)施例還提供了一種制造堆疊半導(dǎo)體器件的方法，包括：提供 具有電路和形成于其上的第一涂層材料的第一器件；在所述第一涂層材料和所述第一器件 上堆疊第二器件，所述第二器件具有電路和形成于其上的第二涂層材料；在所述第二涂層 材料和所述第二器件上堆疊第三器件，所述第三器件具有電路；以及執(zhí)行一個(gè)熱處理用于 電耦合所述第一、第二和第三器件的電路從而形成堆疊半導(dǎo)體器件的電路。在一些實(shí)施例 中所述方法包括在執(zhí)行所述熱處理之前對所述第一和第二涂層材料進(jìn)行預(yù)處理，其中預(yù)處 理的溫度從大約80°c至大約150Γ。在另一些實(shí)施例中，所述方法包括在執(zhí)行所述熱處理 之后對所述第一和第二涂層材料進(jìn)行后處理，其中所述后處理的溫度從大約100°c至大約 200。。。
[0012] 在另一些實(shí)施例中，所述熱處理的溫度從大約200°C至大約300°C。在其它實(shí)施例 中，第四器件包括在其上形成的第三涂層材料，所述第三涂層材料與第一和第二涂層材料 基本相同，所述方法還包括在第三涂層材料和第四器件上堆疊的第五器件，所述第五器件 是具有電路的芯片，并且響應(yīng)于熱處理，所述第五器件的電路電耦合到所述第四器件的電 路。在另一些實(shí)施例中，所述方法還包括選擇第一和第二涂層材料為B階聚合物和固體膜 之一。
[0013] 根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括：提供第一器件， 所述第一器件包括第一穿透硅通孔（TSV)結(jié)構(gòu)；在所述第一器件上方形成第一涂層材料， 其中，所述第一涂層材料在所述第一器件上方連續(xù)地延伸并且覆蓋所述第一穿透硅通孔結(jié) 構(gòu)；將第二器件設(shè)置在所述第一器件上方以及所述第一涂層材料內(nèi)，其中，所述第二器件包 括第二穿透硅通孔結(jié)構(gòu)和多個(gè)導(dǎo)電凸點(diǎn)，設(shè)置所述第二器件包括所述多個(gè)導(dǎo)電凸點(diǎn)位于所 述第一涂層材料內(nèi)；在所述第二器件上方形成第二涂層材料，其中，所述第二涂層材料在所 述第二器件上方連續(xù)地延伸并且覆蓋所述第二穿透硅通孔結(jié)構(gòu)；將第三器件設(shè)置在所述第 二涂層材料上方，其中，所述第三器件包括第三穿透硅通孔結(jié)構(gòu)；對所述第一涂層材料和所 述第二涂層材料進(jìn)行預(yù)處理；以及此后，同一處理中對所述第一涂層材料和所述第二涂層 材料進(jìn)行固化。
[0014] 在該方法中，每個(gè)所述第一器件、所述第二器件和所述第三器件均包括電路；其 中，所述第一涂層材料和所述第二涂層材料均包括焊劑成分；以及其中，響應(yīng)于所述固化， 利用所述第一穿透硅通孔結(jié)構(gòu)、所述第二穿透硅通孔結(jié)構(gòu)和所述第三穿透硅通孔結(jié)構(gòu)將所 述第一器件、所述第二器件和所述第三器件的電路電耦合。
[0015] 在該方法中，每個(gè)所述第一器件、所述第二器件和所述第三器件均是管芯。
[0016] 該方法包括：將第四器件設(shè)置在第三涂層材料上方，其中，所述第四器件包括第四 穿透硅通孔結(jié)構(gòu)；以及其中，所述固化包括在與所述第一涂層材料和所述第二涂層材料相 同的同一處理中對所述第三涂層材料進(jìn)行固化。
[0017] 在該方法中，所述預(yù)處理的溫度從大約80°C至大約150°C。
[0018] 在該方法中，所述預(yù)處理包括將所述第一涂層材料和所述第二涂層材料加熱至比 所述第一涂層材料和所述第二涂層材料的固化溫度低的溫度。
[0019] 該方法還包括：在所述固化之后對所述第一涂層材料和所述第二涂層材料進(jìn)行后 處理。
[0020] 在該方法中，所述后處理的溫度從大約100°C至大約200°C。
[0021] 在該方法中，所述固化包括溫度在大約200°C至大約300°C的熱處理。
[0022] 根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種制造堆疊半導(dǎo)體器件的方法，所述方法包 括：
[0023] 提供具有第一電路和第一穿透硅通孔（TSV)結(jié)構(gòu)的第一器件；
[0024] 在所述第一器件上方形成第一涂層材料，所述第一涂層材料在所述第一器件上方 連續(xù)地延伸并且覆蓋所述第一穿透硅通孔結(jié)構(gòu)；在所述第一涂層材料上堆疊第二器件，所 述第二器件具有第二電路、第二穿透硅通孔結(jié)構(gòu)和第一多個(gè)導(dǎo)電凸點(diǎn)，其中，堆疊所述第二 器件促使所述第一多個(gè)導(dǎo)電凸點(diǎn)進(jìn)入所述第一涂層材料；在所述第二器件上方形成形成第 二涂層材料，所述第二涂層材料在所述第二器件上方