專利名稱：晶片級堆疊裸片封裝的制作方法
晶片級堆疊裸片封裝
背景技術：
例如手機、個人數(shù)據(jù)助理、數(shù)碼相機、膝上型計算機等電子裝置大體上包含若干封裝的半導體集成電路(IC)芯片和表面安裝組件，所述芯片和組件組裝到互連襯底上。將更多的功能性和特征并入到電子裝置中，同時減小電子裝置的尺寸，是持續(xù)的市場需求。這又對互連襯底的設計、尺寸和組裝提出增加的需求。隨著組裝的組件數(shù)目增加，襯底面積和成本增加，同時對較小形狀因數(shù)的需求增加。

發(fā)明內容
本文獻尤其論述一種IC封裝，其包含上面安裝有IC裸片的單片電路，其中模制化合物安置于IC裸片上方以形成IC封裝。所述單片電路可包含制造于半導體襯底中的彼此鄰近的第一和第二離散組件。IC裸片可安裝到半導體襯底的無源側且通過多個穿襯底通孔耦合到第一和第二離散組件。IC封裝可包含位于半導體襯底的有源側上的多個接合墊，用于將IC封裝安裝到互連襯底。希望此概述提供本專利申請案的標的物的概述。不希望其提供本發(fā)明的專門或詳盡解釋。包含詳細描述內容以提供關于本專利申請案的更多信息。


圖式不一定按比例繪制，在圖中，相同標號可在不同視圖中描述相似的組件。具有不同字母后綴的相同標號可表示相似組件的實例。圖式借助于實例而不是限制來大體上說明本文獻中論述的各種實施例。圖1大體上說明晶片級堆疊裸片IC封裝的實例的橫截面圖。圖2大體上說明圖1的晶片級堆疊裸片IC封裝的仰視橫截面圖。圖3大體上說明圖1的晶片級堆疊裸片IC封裝的俯視橫截面圖。圖4說明制造于單個半導體晶片中的第一和第二離散組件的實例。圖5說明安裝到膜載體以用于IC封裝建構期間的支撐的圖4的半導體晶片的實例。圖6說明經薄化以暴露穿襯底通孔的圖5的半導體晶片的實例。圖7說明添加到圖6的半導體晶片的經圖案化導電層的實例。圖8說明在圖7的半導體晶片中蝕刻的凹槽的實例。圖9說明用電絕緣材料填充以形成隔離間隙的圖8的凹槽的實例。圖10說明安裝到圖9的半導體晶片的IC裸片倒裝芯片的實例。圖11說明圍繞圖10的IC裸片和半導體晶片安置的電絕緣材料的實例。
具體實施例方式本發(fā)明人已尤其認識到可通過在半導體襯底(例如，硅晶片)中制造至少一個離散組件且在半導體襯底上安裝IC裸片來產生緊湊的IC封裝?？山又秒娊^緣材料(例如，模制化合物)覆蓋IC裸片并切開IC裸片以形成IC封裝。在一實例中，IC封裝可包含多個觸點區(qū)以用于以倒裝芯片方式安裝到互連襯底(例如，印刷電路板)。 在一實例中，將IC封裝內的IC裸片以倒裝芯片方式安裝到半導體襯底的無源側且電耦合到離散組件。半導體襯底可包含多個穿襯底通孔，其可將IC裸片電耦合到離散組件且電耦合到半導體襯底的有源側的所述多個觸點區(qū)。圖1大體上說明IC封裝100的實例的橫截面圖。IC封裝100可包含第一離散組件102和第二離散組件104，所述組件被制造到半導體襯底106中。換句話說，第一和第二離散組件102、104連同半導體襯底106形成單片集成電路。在一實例中，半導體襯底106 可包含硅晶片。在其它實例中，半導體襯底106可包含鍺、砷化鎵、碳化硅或分層半導體襯底(例如，絕緣體上硅)。在一些實例中，半導體襯底106可經摻雜，如所屬領域的技術人員已知。如本文中提及，半導體襯底106包含有源側108和無源側110。半導體襯底106的有源側108可包含半導體襯底106的表面，在其中制造有第一和第二離散組件102、104。半導體襯底106的無源側110與有源側108相對。在一實例中，第一和第二離散組件102、104在半導體襯底106內彼此鄰近。在一實例中，半導體襯底106可包含隔離間隙112，其安置于第一與第二離散組件102、104之間以用于電隔離第一離散組件102與第二離散組件104。在一實例中，通過在半導體襯底106中蝕刻凹槽且在凹槽中沉積電絕緣材料來形成隔離間隙112。在一實例中，電絕緣材料可包含模制化合物，例如環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚酰亞胺或這些材料中的一者或一者以上的組合。在一實例中，隔離間隙112的寬度可基于第一和第二離散組件102、104處存在的電壓。值得注意的是，當較高電壓可存在于第一或第二離散組件102、104處時，隔離間隙112應較寬以提供增大的電絕緣。在一實例中，IC封裝100還可包含多個穿襯底通孔122，其與導電層116和124組合地將半導體襯底106的有源側108上的第一和第二離散組件102、104電耦合到半導體襯底106的無源側110上的元件。換句話說，所述多個穿襯底通孔122 (例如，當半導體襯底 106為硅時為穿硅通孔(TSV))穿過半導體襯底106提供有源側108與無源側110之間的電耦合。通過穿過半導體襯底106蝕刻孔隙且在所述孔隙內沉積導電材料來形成所述多個穿襯底通孔122中的每一者。在一些實例中，導電材料可包含鎢。在某些實例中，IC封裝100可包含IC裸片114，其安裝在半導體襯底106上且電耦合到第一和第二離散組件102、104。IC裸片114以及第一和第二離散組件102、104形成用于IC封裝100的電路。在一實例中，IC裸片114安裝在半導體襯底106的無源側110 上。IC裸片114借助所述多個穿襯底通孔122電耦合到第一和第二離散組件102、104。在一實例中，第一經圖案化導電層116可安置在半導體襯底106的無源側108上。 第一經圖案化導電層116提供IC裸片114到所述多個穿襯底通孔122的電耦合。第一經圖案化導電層還可提供IC裸片114上的不同觸點之間的耦合。在一實例中，第一經圖案化導電層制造于半導體襯底106的無源側110上，使得經圖案化導電層116的一部分安置在 IC裸片114與半導體襯底106之間。第一經圖案化導電層116可包含多個跡線以用于將 IC裸片114電耦合到所述多個穿襯底通孔122。在一實例中，第一經圖案化導電層116還可包含多個導電區(qū)(例如，接合墊)以用于將IC裸片114安裝并電耦合到經圖案化導電層 116。在一實例中，IC裸片114可以倒裝芯片方式安裝到經圖案化導電層116。在一實例中，IC裸片114可使用球形柵格陣列的焊球118來在電學上和在物理上將IC裸片114耦合到第一經圖案化導電層116。IC裸片114可使用所述多個穿襯底通孔中的至少一者電耦合到第一和第二離散組件102、104。舉例來說，IC裸片114可耦合到第一經圖案化導電層116，所述經圖案化導電層116耦合到穿襯底通孔122。穿襯底通孔122可接著耦合到第一和第二離散組件102、 104。在一實例中，第二經圖案化導電層124制造于半導體襯底106的有源側108上以用于將多個穿襯底通孔122耦合到第一和第二離散組件102、104。

在一實例中，IC封裝100可包含多個導電區(qū)以用于將IC封裝100物理安裝且電耦合到互連襯底(例如，印刷電路板)。在一實例中，所述多個導電區(qū)可為第二經圖案化導電層124的外部暴露部分。在一實例中，第二經圖案化導電層124將IC裸片114電耦合到所述多個導電區(qū)中的至少一者以實現(xiàn)外部電連接。雖然IC裸片114經展示為耦合到半導體襯底106的無源側110，但在其它實例中，IC裸片114可耦合到半導體襯底106的有源側 108，且用于將IC封裝100耦合到互連襯底的多個導電區(qū)安置在半導體襯底106的無源側 110上。在一實例中，用于IC裸片114的輸入/輸出引腳借助所述多個穿襯底通孔122中的一者(或一者以上)耦合到觸點區(qū)124。在一實例中，電絕緣材料120安置于IC裸片114和半導體襯底106的無源側110 的至少一部分上方。電絕緣材料120使IC裸片114電絕緣以免受外部影響。在一實例中， 電絕緣材料120可包含模制化合物，例如環(huán)氧樹脂、硅樹脂、聚酰亞胺或這些材料中的一者或一者以上的組合。在一實例中，電絕緣材料120經安置以使得IC裸片114背側(底部) 表面被暴露以實現(xiàn)較好的熱耗散。在一實例中，第一和第二離散組件102、104可包含晶體管，且IC裸片114可包含用于所述晶體管的控制器。明確地說，第一和第二離散組件可包含高側和低側金屬氧化物半導體場效應晶體管(M0SF7T)，其連同IC裸片114 一起形成功率轉換器。在特定實例中， 功率轉換器可包含降壓轉換器。圖2大體上說明來自圖1的IC封裝100的實例的仰視橫截面圖。圖2說明半導體襯底106的有源側108，其展示第二經圖案化導電層124和多個穿襯底通孔122。在一實例中，第二經圖案化導電層124的第一源極區(qū)202可耦合到高側MOSFET的源極。另外，在一實例中，第二源極區(qū)204耦合到低側MOSFET的源極。在一實例中，高側和低側MOSFET的漏極耦合到穿襯底通孔122以用于耦合到半導體襯底106的無源側110。在一實例中，高側MOSFET的漏極耦合到第一群組(大體上在區(qū) 206處展示)的穿襯底通孔122，且低側MOSFET的漏極耦合到第二群組(大體上在區(qū)208處展示)的穿襯底通孔122。在一實例中，第二經圖案化導電層124將高側源極電耦合到低側漏極。因此，低側晶體管的漏極電耦合到第一源極區(qū)202。在一實例中，第一源極區(qū)202和第二源極區(qū)204可包含大表面區(qū)域。半導體襯底106的有源側108上的耦合到高側和低側 MOSFET的源極的大表面區(qū)域可歸因于可用于外部接合墊放置的大熱耗散區(qū)域(例如，所述多個導電區(qū))而提供良好熱性能。另外，在一實例中，將多個導電區(qū)放置在半導體襯底106 的有源側108上使得將高側和低側MOSFET放置在多個導電區(qū)附近以有效地從高側和低側 MOSFET移除熱量。如圖2所示，使用多個穿襯底通孔122 (說明為正方形)來將IC裸片114耦合到IC封裝100的外部接合墊。另外，圖2說明隔離間隙112。隔離間隙112可包含越過半導體襯底106在高側MOSFET與低側MOSFET之間延伸的凹槽。圖2還說明耦合到高側MOSFET 的柵極的高側柵極區(qū)210。還展示低側柵極區(qū)212，且其耦合到低側MOSFET的柵極。圖3說明IC封裝100的無源側110的實例的大體上俯視橫截面圖。圖3說明半導體襯底106的無源側110上的第一經圖案化導電層116。如圖所示，第一群組206的穿襯底通孔122耦合到第一經圖案化導電層116的第一漏極區(qū)302 (其用于高側漏極)。第一漏極區(qū)302又耦合到控制器114 (虛線展示控制器114在無源側110上的位置。類似地，第二群組304的穿襯底通孔122耦合到用于低側漏極和高側源極的第二漏極區(qū)304。IC裸片114 在區(qū)306處耦合到高側MOSFET的柵極，且在區(qū)308處耦合到低側MOSFET的柵極。IC裸片 114可用柵極區(qū)306和308來控制高側MOSFET和低側M0SFET。

圖4到圖11說明用于制作晶片級堆疊裸片IC封裝(例如IC封裝100)的方法。 在圖4中，將第一和第二離散半導體102、104制造在單個半導體晶片(例如襯底106)中。 在一實例中，制造可包含掩蔽和蝕刻半導體晶片以及沉積適當材料以在半導體晶片中形成第一和第二離散半導體的多個步驟。接著通過蝕刻和沉積金屬(例如鎢)以形成穿襯底通孔122來修正有源側108。接下來，將第二經圖案化導電層124添加到有源側108。在圖5 處，將半導體晶片安裝到在IC封裝構造期間用于支撐的膜載體502。在圖6處，使半導體晶片的無源側110變薄，以使穿襯底通孔122暴露。在一實例中，使半導體晶片變薄到約25微米。在圖7處，將第一經圖案化導電層116添加到半導體襯底106的無源側110。添加第一經圖案化導電層116可包含為漏極區(qū)302、304以及用于耦合到穿襯底通孔122的區(qū)添加較厚的具有圖案的銅金屬化。在圖8處，在半導體襯底106的無源側中，在第一離散組件102 與第二離散組件104之間，等離子蝕刻半導體襯底106中用于隔離間隙112的凹槽802。在圖9處，用電絕緣材料填充凹槽802，以形成隔離間隙112。在一些實例中，電絕緣材料可包含高強度環(huán)氧樹脂或高強度玻璃。在圖10處，IC裸片114為安裝到半導體襯底106的倒裝芯片。在圖11處，將電絕緣材料安置在IC裸片114周圍以及半導體襯底106的無源側 110上。圖4到圖10中所說明的過程在單個晶片上的多個位置中完成，且接著鋸開所述晶片以產生個別IC封裝100。額外附注上文的詳細描述包含對附圖的參考，附圖形成詳細描述的一部分。圖式以說明的方式展示可實踐本發(fā)明的具體實施例。這些實施例在本文也稱為“實例”。此些實例可包含除所展示和描述的元件之外的元件。然而，本發(fā)明人也預期僅提供所展示和描述的元件的實例。本文獻中所提到的所有公開案、專利和專利文獻均以全文引用的方式并入本文中，就像以引用的方式個別地并入本文中一樣。如果本文獻與以引用的方式并入的文獻之間出現(xiàn)不一致的用法，那么應將所并入?yún)⒖贾械挠梅ㄒ暈楸疚墨I的用法的補充；對于不能調和的不一致，以本文獻中的用法為主。如在專利文獻中常見，在本文獻中，使用屬于“一”來包含一個或一個以上，與“至少一個”或“一個或一個以上”的任何其它實例或用法無關。在本文獻中，使用術語“或”來指代非獨占性或，使得“A或B”包含“A但不是B”、“B但不是A”以及“A和B”，除非另有指示。在所附權利要求書中，使用術語“包含”和“在其中”作為相應術語“包括”和“其中”的易懂均等物。另外，在所附權利要求書中，術語“包含”和“包括”是無限制的，即包含權利要求中除此術語之后列出的元素之外的元素的系統(tǒng)、裝置、物品或過程仍被認為術語所述權利要求的范圍。此外，在所附權利要求書中，僅將術語“第一”、“第二”和“第三”等用作標簽，且無意對其對象強加數(shù)字要求。另外，在本文獻中，當稱第一元件(例如材料或IC裸片)“在”第二元件“上”(例如安裝在第二元件上)時，第一元件可直接在第二元件上，或也可存在介入元件。在本文獻中，當稱第一元件(例如層、區(qū)或襯底)“耦合到”第二元件時，第一元件可直接耦合到第二元件，或可存在一個或一個以上介入元件。相反，當稱第一元件“直接在”另一元件“上”或 “直接耦合到”另一元件時，不存在介入元件。本文所描述的方法實例可至少部分地由機器或計算機實施。一些實例可包含編碼有指令的計算機可讀媒體或機器可讀媒體，所述指令可操作以配置電子裝置以執(zhí)行如上述實例中所描述的方法。此些方法的實施方案可包含代碼，例如微碼、匯編語言碼、高級語言碼等。此代碼可包含用于執(zhí)行各種方法的計算機可讀指令。所述代碼可形成計算機程序產品的若干部分。另外，所述代碼可在執(zhí)行期間或在其它時間有形地存儲在一個或一個以上易失性或非易失性計算機可讀媒體上。這些計算機可讀媒體可包含(但不限于)硬盤、可裝卸磁盤、可裝卸光盤(例如壓縮光盤和數(shù)字視頻盤)、磁帶、存儲卡或存儲棒、隨機存取存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM)等。上述描述既定是說明性的而非限制性的。舉例來說，上述實例(或其一個或一個以上方面)可彼此結合而使用。舉例來說，所屬領域的技術人員在回顧以上描述后就可使用其它實施例。提供說明書摘要以遵守37C. F. R. § 1. 72(b)，以允許讀 者快速地確定技術揭示內容的本質。應理解，提出說明書摘要并不是為了將其用于解釋或限制所附權利要求書的范圍或意義。此外，在以上的具體實施方式
中，可將各種特征分組在一起以將揭示內容連成一個整體。這不應被解釋為希望未主張的所揭示特征對任一權利要求是不可或缺的。相反，本發(fā)明的標的物可在于特定所揭示實施例的并非所有特征。因此，所附權利要求書特此并入具體實施方式
中，其中每一權利要求獨立地作為一單獨實施例。應參考所附權利要求書以及此權利要求書有權具有的均等物的完整范圍，來確定本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種集成電路(IC)封裝，其包括半導體襯底；制造于所述半導體襯底中的第一離散組件；制造于所述半導體襯底中的第二離散組件，其中所述第一離散組件鄰近于所述第二離散組件；以及安裝于所述半導體襯底上且耦合到所述第一離散組件和所述第二離散組件的集成電路(IC)裸片。
2.根據(jù)權利要求1所述的IC封裝，其中所述半導體襯底包含硅晶片。
3.根據(jù)權利要求1和權利要求2中任一權利要求所述的IC封裝，其中所述半導體襯底包含包括所述第一和第二離散組件的有源側和與所述有源側對置的無源側，其中所述IC 裸片安裝到所述半導體襯底的所述無源側。
4.根據(jù)權利要求3所述的IC封裝，其中所述設備包含多個穿襯底通孔，其中第一穿襯底通孔耦合到所述第一離散組件，且第二穿襯底通孔耦合到所述第二離散組件；以及位于所述半導體襯底的所述無源側上的經圖案化導電層，所述經圖案化導電層耦合到所述第一和第二穿襯底通孔，其中所述IC裸片通過所述經圖案化導電層耦合到所述第一穿襯底通孔和所述第二穿襯底通孔。
5.根據(jù)權利要求4所述的IC封裝，其包括位于所述半導體襯底的所述有源側上的用于耦合到外部互連襯底的多個導電區(qū)，其中至少一個穿襯底通孔將所述IC裸片耦合到至少一個導電區(qū)。
6.根據(jù)權利要求4所述的IC封裝，其中所述第一離散組件包含第一晶體管，所述第二離散組件包含第二晶體管，且所述IC裸片包含用于控制所述第一和第二晶體管的操作使得所述設備作為功率轉換器而操作的控制器。
7.根據(jù)權利要求5所述的IC封裝，其中所述第一晶體管包含高側金屬氧化物半導體場效應晶體管(MOSFET)，且第二晶體管包含低側M0SFET，其中至少一個穿襯底通孔將所述高側MOSFET的源極耦合到所述低側MOSFET的漏極。
8.根據(jù)權利要求1所述的IC封裝，其包括位于所述半導體襯底中在所述第一離散組件與所述第二離散組件之間的隔離間隙。
9.根據(jù)權利要求8所述的IC封裝，其中所述隔離間隙包含蝕刻于所述半導體襯底中的凹槽，絕緣物沉積于所述凹槽中。
10.根據(jù)權利要求1所述的IC封裝，其中所述IC裸片以倒裝芯片方式安裝到所述半導體襯底。
11.根據(jù)權利要求1所述的IC封裝，其包括安置于所述IC裸片和所述半導體襯底的所述無源側的至少一部分上的電絕緣材料。
12.—種制作集成電路(IC)封裝的方法，其包括在半導體襯底中制造第一和第二離散組件，其中所述第一離散組件鄰近于所述第二離散組件；將集成電路(IC)裸片安裝于所述半導體襯底的第一側上，其中所述IC裸片耦合到所述第一和第二離散組件；以及使電絕緣材料固化于所述IC裸片和所述半導體襯底的所述第一表面的至少一部分上。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其包括在所述半導體襯底中制造多個穿襯底通孔，其中第一穿襯底通孔耦合到所述第一離散組件，第二穿襯底通孔耦合到所述第二離散組件，且第三襯底通孔耦合到所述IC裸片。
14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其包括在半導體襯底的所述第一側上沉積經圖案化導電層，所述經圖案化導電層耦合到所述多個穿襯底通孔中的至少一者；其中所述制造所述第一和第二離散組件包含在所述半導體襯底的第二側上制造所述第一和第二離散組件；且其中所述安裝所述IC裸片包含將所述IC裸片耦合到所述經圖案化導電層。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中所述沉積所述經圖案化導電層包含將耦合到所述第一離散組件的所述第一穿襯底通孔耦合到所述IC裸片和將耦合到所述第二離散組件的所述第二穿襯底通孔耦合到所述IC裸片。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其包括在所述半導體襯底的所述第二側上形成用于耦合到外部電路的多個導電區(qū)。
17.根據(jù)權利要求12到權利要求16中任一權利要求所述的方法，其包括 在所述半導體襯底中在所述第一與第二離散組件之間蝕刻凹槽；以及在所述凹槽中沉積絕緣材料。
18.根據(jù)權利要求12到權利要求16中任一權利要求所述的方法，其中所述安裝包含將所述IC裸片以倒裝芯片方式安裝到所述半導體襯底。
19.一種功率轉換器系統(tǒng)，其包括 具有有源側和無源側的硅晶片；制造于所述硅晶片的所述有源側中的高側晶體管；制造于所述硅晶片的所述有源側中的低側晶體管，所述低側晶體管鄰近于所述高側晶體管；形成于所述硅晶片中在所述高側晶體管與所述低側晶體管之間的隔離間隙； 多個穿硅通孔，其中第一穿硅通孔耦合到所述高側晶體管的漏極，且第二穿硅通孔耦合到所述低側晶體管的漏極；沉積于所述硅晶片的所述無源側上的經圖案化導電層；安裝到所述硅晶片的所述無源側且耦合到所述經圖案化導電層的集成電路(IC)裸片，所述IC裸片包含用于所述高側晶體管和所述低側晶體管的控制器，其中所述第一和第二離散組件是通過將所述第一和第二穿硅通孔耦合到所述IC裸片的所述經圖案化導電層而耦合到所述IC裸片；安置于所述IC裸片和所述硅晶片的所述無源側的至少一部分上的電絕緣材料；以及位于所述硅晶片的所述有源側上的用于耦合到印刷電路板的多個接合墊，至少一個接合墊耦合到所述高側晶體管，至少一個接合墊耦合到所述低側晶體管，且至少一個接合墊耦合到耦合于所述IC裸片的穿硅通孔。
20.根據(jù)權利要求19所述的功率轉換器，其中所述多個接合墊經配置以用于以倒裝芯片方式安裝到印刷電路板。
全文摘要
本文獻尤其是論述一種包含制造于半導體襯底中的第一和第二離散組件的IC封裝。所述第一和第二離散組件可在所述半導體襯底中彼此鄰近，且集成電路裸片可安裝于所述半導體襯底上并耦合到所述第一和第二離散組件。
文檔編號H01L23/485GK102157474SQ201110005659
公開日2011年8月17日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權日2010年1月6日
發(fā)明者丹·金策, 劉永, 斯蒂芬·馬丁 申請人:飛兆半導體公司