專利名稱：具有堆疊的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有堆疊的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置。本發(fā)明還涉及根據(jù)本發(fā)明的這種半導(dǎo)體裝置的制造方法。
背景技術(shù)：
盡管本發(fā)明是參考存儲元件描述的，本發(fā)明并不局限于此。
例如，存儲元件通過總線系統(tǒng)互相連接。所提供的布線通路尤其是信號線，應(yīng)該盡可能短。提供了一種用于堆疊存儲元件的技術(shù)。觸點之間的布線的長度以這種方式保持短的距離，所述觸點中的一個位于另一個之上。圖11圖示了帶有殼體的半導(dǎo)體元件5的一種已知的布置。兩個帶有殼體的半導(dǎo)體元件中的一個被放置在另一個的頂部上，并通過外部布線3與另一個電連接。圖12圖示了用于堆疊的另外一種布置。這個例子里，兩個未封裝的半導(dǎo)體元件2一個疊在另一個的頂部被放置在殼體(housing)內(nèi)，并利用各自的內(nèi)部布線1與殼體的外部布線3電連接。圖13圖示了另外一種變型。這個例子里，兩個半導(dǎo)體元件2被集合在裝置8中的中間層6的周圍，各個單獨的半導(dǎo)體元件又通過內(nèi)部布線1連接到殼體的外部布線3上。圖14圖示了第四種變型，其與前面的布置的區(qū)別在于兩個半導(dǎo)體元件12被堆疊在殼體里面，內(nèi)部線連接1和插入(interposer)襯底形成連接到外部供電線的連接，在這個例子中，外部供電線采用焊球的形式。
不利地，在所提出的所有四種已知的半導(dǎo)體裝置中，互相連接的各個半導(dǎo)體元件的接觸區(qū)域10之間的布線的阻抗不匹配。尤其是，沒有裝置(provision)用于匹配具有1mm量級的典型長度的結(jié)合(bonding)線的阻抗。使用這些結(jié)合線，具有大于1GHz的頻率范圍的信號元件的未來存儲代不能被應(yīng)用。
對于在信號線中具有分支的總線系統(tǒng)，產(chǎn)生了另一個問題。在這種情況下，沒有附加的電容和電感，不能夠容易地匹配所有布線部分的阻抗。因此總線系統(tǒng)總是具有阻抗匹配差的部分。
這導(dǎo)致了未來存儲元件的性能被由于布線的原因引起的信號反射和干涉效應(yīng)所限制的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種半導(dǎo)體裝置，其能夠堆疊半導(dǎo)體元件，同時，提供改進(jìn)的布線。
上面的目的通過在權(quán)力要求1提到中的裝置實現(xiàn)。該裝置使用在權(quán)力要求6中提到的方法制造。
本發(fā)明的實質(zhì)在于兩個半導(dǎo)體元件被布置，以使它們的活動表面互相面對。這使得能夠?qū)⒏鱾€半導(dǎo)體元件的接觸區(qū)域彼此非?？拷夭贾?。這樣，到達(dá)半導(dǎo)體觸點的電線中的分支點(fork)位于緊靠半導(dǎo)體觸點的位置附近。因此，分支點后的布線部分的長度(尚未匹配的長度)短得可以忽略不計。
根據(jù)本發(fā)明，傳送信號的布線從地表面離開一段距離被規(guī)定路線(route)，并通過電介質(zhì)層與后者隔開。信號布線的橫截面、信號布線和地表面之間的距離以及電介質(zhì)被選擇，以使得對于半導(dǎo)體裝置的典型頻率實現(xiàn)最佳阻抗匹配。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個改進(jìn)(development)，半導(dǎo)體元件被嵌入到灌注混合物或框架中。灌注混合物可包括聚合物。
根據(jù)本發(fā)明的裝置的一個改進(jìn)，接觸連接裝置具有焊料沉積物和/或?qū)щ娬辰觿?br> 用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的裝置的方法通過將半導(dǎo)體元件嵌入到灌注混合物中并應(yīng)用重新布線的事實來實現(xiàn)其目的，在接下來的步驟中，第二半導(dǎo)體元件被與第一半導(dǎo)體元件相對地布置，使得它們的接觸區(qū)域互相相對，先前應(yīng)用的重新布線位于該兩個半導(dǎo)體元件之間。兩個接觸區(qū)域之間通過接觸連接裝置互相連接。


下面將結(jié)合附圖詳細(xì)描述示例性實施例，在附圖中圖1-6圖示了制造方法的一個實施例；圖7-8圖示了制造方法的第二實施例，和阻抗匹配的半導(dǎo)體裝置；圖9-10圖示了制造方法的第三個實施例，和阻抗匹配的半導(dǎo)體裝置；和圖11-14圖示了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的堆疊的半導(dǎo)體元件裝置。
具體實施例方式
在圖1-6詳細(xì)地圖示了本發(fā)明的制造方法的一個實施例。沒有詳細(xì)地描述掩模和蝕刻技術(shù)，因為假設(shè)這些技術(shù)是完全已知的。
在第一步驟中(如圖1所示)，第一半導(dǎo)體元件21被嵌入到灌注混合物或者框架20中。該灌注混合物典型地包括聚合物。第一半導(dǎo)體元件21具有接觸區(qū)域22。該接觸區(qū)域沿著半導(dǎo)體元件的活動(active)側(cè)25上的中心線分布。該活動側(cè)25沒有被灌注混合物20覆蓋。有利地，活動表面25與灌注混合物20的上表面24形成一個平面。在進(jìn)一步的步驟中(如圖2所示)，重新布線(rewiring)23疊加于第一半導(dǎo)體元件和灌注混合物。重新布線23與第一半導(dǎo)體元件21的接觸連接區(qū)域22接觸。在單行觸點排列的情況下，重新布線23典型地沿著接觸區(qū)域在左手側(cè)和右手側(cè)交替地實現(xiàn)。在接下來的步驟中(如圖3所示)，粘結(jié)劑凸起27被疊加于第一半導(dǎo)體元件的局部區(qū)域，接觸連接裝置29被疊加于接觸區(qū)域22中的各個觸點上。接觸連接裝置29可以具有焊料沉積物和/或?qū)щ娬辰Y(jié)劑。
隨后，具有活動表面30的第二半導(dǎo)體元件26和其中的接觸連接區(qū)域28被固定在粘結(jié)劑凸起27上。在這種情況下，第二半導(dǎo)體元件以這樣一種方式確定方向，使得它的接觸連接區(qū)域28與第一半導(dǎo)體元件的接觸連接區(qū)域22互相相對。通過接觸連接區(qū)域28與接觸連接裝置29的連接，第一半導(dǎo)體元件的接觸連接區(qū)域22被電連接到第二半導(dǎo)體元件的接觸連接區(qū)域28，通過固化或者重熔接觸連接裝置29，形成永久的連接。如果需要，例如，在這種情況下進(jìn)行熱處理，以使焊料液化。這導(dǎo)致了重新布線23連接到兩個半導(dǎo)體元件21、26。這樣，重新布線中用于兩個半導(dǎo)體元件21和26的分支直接位于兩個接觸連接區(qū)域22和28之間。粗略地估計，還沒有被匹配的信號傳輸通路必須比媒介中的信號的波長的1/10短，當(dāng)接觸區(qū)域彼此之間間距為100μm時，這導(dǎo)致了對于該實施例的200GHz的極限頻率。這使得在兩個通過接觸連接裝置連接的半導(dǎo)體元件之間非常快速的通訊成為可能。也保證了從該裝置的外部觸點到各個半導(dǎo)體元件之間的信號傳輸通路幾乎具有相同的長度，這樣使得信號的傳播差最小化。
在接下來的步驟中(如圖4所示)，第二半導(dǎo)體元件的承載襯底(carriersubstrate)可以是地。在這種情況下，獲得50μm的厚度是可能的。這有利于獲得小的半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)高度。
為了實現(xiàn)半導(dǎo)體裝置的機(jī)械穩(wěn)定性，第二半導(dǎo)體元件被嵌入到襯底34中。該襯底可以對應(yīng)于灌注混合物20。嵌入也使得填充兩個半導(dǎo)體元件之間的空腔成為可能。重新布線邊緣處的區(qū)域35沒有被襯底34覆蓋。這能夠通過后面的襯底去除，或者通過事先疊加掩模，然后在襯底34疊加之后去除掩模而實現(xiàn)。有利地，沒有被襯底34覆蓋的區(qū)域35位于襯底20的邊緣附近。這樣，外部接觸連接區(qū)域36相互之間隔開一段距離，所述距離使得在印刷線路板上能夠?qū)崿F(xiàn)簡單的安裝。圖6示意了短的重新布線37，其接觸連接位于襯底34的表面上的接觸連接區(qū)域36，并被沉積到未被覆蓋的重新布線23的區(qū)域上。為此，重新布線37被形成圖案。
重新布線37可以使用薄膜和/或厚膜技術(shù)被沉積，例如，電鍍和/或在等離子反應(yīng)室中的沉積。
圖7中，圖示了本發(fā)明的第二實施例。在第一半導(dǎo)體元件21被嵌入到灌注混合物20中和重新布線23已經(jīng)形成之后，沉積電介質(zhì)層40。電介質(zhì)層40被構(gòu)造為它不覆蓋灌注混合物20區(qū)域中的重新布線23的外部區(qū)域。導(dǎo)電層41被沉積到電介質(zhì)層上。然后導(dǎo)電層41形成等電勢表面或者地表面。在給定電介質(zhì)40的電常數(shù)和半導(dǎo)體元件的典型頻率的情況下，根據(jù)已知的技術(shù)或者電氣力學(xué)知識，以最佳方式匹配阻抗的方式選擇電介質(zhì)層40的厚度和布線23的寬度。
在接下來的步驟中，如在第一示例性實施例中所述，第二半導(dǎo)體元件通過位于第二半導(dǎo)體元件上或者電介質(zhì)層上的粘結(jié)劑凸起被固定。兩個接觸連接區(qū)域22和28被使用接觸連接裝置29依次電連接。然后，疊加襯底34以封裝第二半導(dǎo)體元件。通常包含金屬的導(dǎo)電層42被沉積到襯底34上，所述的層構(gòu)成了等電勢或者地表面。電介質(zhì)層43被沉積到導(dǎo)電的地表面42上。在最后的步驟中，重新布線48被實現(xiàn)，所述的重新布線將重新布線23連接到位于電介質(zhì)層43的最上層表面上的外部接觸連接區(qū)域。第二重新布線48的阻抗通過第二地表面42和位于其中的電介質(zhì)層43被匹配。這個實施例的優(yōu)點在于阻抗匹配從外部接觸連接36到緊靠接觸連接區(qū)域22和28附近的重新布線23中的分支點基本上被保證。
圖9和圖10示意了本發(fā)明的第三個實施例。該實施例與第二實施例的區(qū)別在于在第一步驟中，等電勢或者地表面45被疊加至第一嵌入半導(dǎo)體元件21。該地表面45不接觸接觸連接區(qū)域22。電介質(zhì)層40被沉積到地表面45上。然后形成重新布線44。該重新布線接觸連接至接觸連接區(qū)域22。該重新布線的阻抗通過地表面45和電介質(zhì)層40被匹配。制造本發(fā)明的第三個實施例的接下來的步驟對應(yīng)于第二實施例的步驟。
盡管參考優(yōu)選的示例性實施例描述了本發(fā)明，本發(fā)明并不限于它們。尤其，為了把第二半導(dǎo)體元件固定到第一半導(dǎo)體元件上，各種技術(shù)是已知的。而且，用于重新布線的材料并不限制于金屬，而是同樣可以包括摻雜半導(dǎo)體材料。
附圖標(biāo)記說明1內(nèi)部布線2未封裝的半導(dǎo)體元件3外部接觸連接區(qū)域4殼體5半導(dǎo)體元件6承載襯底7，8具有堆疊的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置102的接觸區(qū)域11覆蓋層12半導(dǎo)體元件13具有內(nèi)部布線的插入體14間距15絕緣16外部觸點17接觸連接區(qū)域20第一襯底或灌注混合物21第一半導(dǎo)體元件2221的第一接觸區(qū)域23，44第一重新布線2420的表面2521的第一活動側(cè)26第二半導(dǎo)體元件27粘接劑凸起2826的第二接觸區(qū)域29接觸連接裝置3026的第二活動側(cè)3126的第二非活動側(cè)33空腔34第二襯底
35接觸連接開口36外部觸點37，48，49第二重新布線40，43電介質(zhì)層41，42，45，50地表面
權(quán)利要求
1.一種具有堆疊的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置，其中，具有第一接觸區(qū)域(22)的第一半導(dǎo)體元件(21)和具有第二接觸區(qū)域(28)的第二半導(dǎo)體元件(26)被布置為使第一接觸區(qū)域(22)和第二接觸區(qū)域(28)互相相對，接觸連接裝置(29)電連接第一接觸區(qū)域(22)和第二接觸區(qū)域(28)，該接觸連接裝置(29)通過重新布線(23，37，48，49)電連接到外部接觸連接區(qū)域(36)，提供平行于重新布線(23，37，48，49)延伸的至少一個接地表面(41，42，45，50)，電介質(zhì)層(40，43)被引入重新布線(23，37，48，49)和接地表面(41，42，45，50)之間，以匹配重新布線的阻抗。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置，其中，第一半導(dǎo)體元件(21)和第二半導(dǎo)體元件(26)被嵌入灌注混合物或者框架(20，34)中。
3.根據(jù)權(quán)利要求2中所述的半導(dǎo)體裝置，其中，襯底(20，34)包含聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的半導(dǎo)體裝置，其中，接觸連接裝置(29)具有導(dǎo)電的粘結(jié)劑，和/或焊料堆積物，和/或通過擴(kuò)散焊接被制造。
5.用于制造權(quán)利要求1中所述半導(dǎo)體裝置的方法，所述的方法具有步驟a)提供第一半導(dǎo)體元件(21)；b)在灌注混合物(20)中嵌入第一半導(dǎo)體元件(21)，第一半導(dǎo)體元件的第一接觸區(qū)域(22)沒有被覆蓋；c)將接觸連接裝置(29)疊加于第一接觸區(qū)域(22)；d)形成第一重新布線(23，44)，以接觸連接所述接觸連接裝置(29)，第一重新布線(23，44)延伸得與襯底(20)一樣遠(yuǎn)；e)布置具有第二接觸區(qū)域(28)的第二半導(dǎo)體元件(26)，使得第二接觸區(qū)域(28)面向第一接觸區(qū)域(22)，并且，接觸連接裝置(29)將第二接觸區(qū)域(28)電連接到第一接觸區(qū)域(22)；f)在第二襯底(34)中嵌入第二半導(dǎo)體元件；和g)將外部觸點(36)疊加到第二襯底(34)上，并形成第二重新布線(37，48，49)，以將外部觸點(36)連接到第一重新布線(23，44)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的制造方法，其中，在重新布線(23，37，44，48，49)形成之后或之前，用于形成地表面(41，42，45，50)的導(dǎo)電層和電介質(zhì)層(40，43)緊接著被沉積并形成圖案，沉積的順序被選擇，使得電介質(zhì)層(40，43)以使重新布線(23，37，44，48，49)的阻抗被匹配的方式布置在重新布線(23，37，44，48，49)和地表面(41，42，45，50)之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求6中所述的制造方法，其中，在第二半導(dǎo)體元件被疊加之后將第二半導(dǎo)體元件薄化，以獲得裝置的低的結(jié)構(gòu)高度。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有堆疊的半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體裝置。兩個半導(dǎo)體元件(21，26)被布置，以使得它們的接觸區(qū)域(28，22)彼此相對。接觸連接裝置(29)在兩個接觸區(qū)域(28，22)之間形成了短的電連接。接觸區(qū)域(28，22)與裝置的外部接觸區(qū)域(36)通過重新布線(23)連接。
文檔編號H01L23/50GK1744312SQ20051009598
公開日2006年3月8日 申請日期2005年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月30日
發(fā)明者哈里·黑德勒, 羅蘭·伊爾希格勒, 托尓斯藤·邁耶 申請人:印芬龍科技股份有限公司