[发明专利]半导体器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明总体上涉及半导体器件，并且更具体地说涉及半导体器件和在衬底的空腔中安装具有TSV的半导体部件用于FI-POP的电互连的方法。

背景技术

在现代电子产品中通常会发现有半导体器件。半导体器件在电部件的数量和密度上有变化。分立的半导体器件一般包括一种电部件，例如发光二极管(LED)、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器、以及功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。集成半导体器件通常包括数百到数百万的电部件。集成半导体器件的实例包括微控制器、微处理器、电荷耦合器件(CCD)、太阳能电池、以及数字微镜器件(DMD)。

半导体器件执行多种功能，例如高速计算、发射和接收电磁信号、控制电子器件、将日光转换成电、以及为电视显示器生成可视投影。在娱乐、通信、功率转换、网络、计算机、以及消费品领域中有半导体器件的存在。在军事应用、航空、汽车、工业控制器、以及办公设备中也有半导体器件的存在。

半导体器件利用半导体材料的电特性。半导体材料的原子结构允许通过施加电场或基极电流(base current)或者通过掺杂工艺来操纵(manipulated)它的导电性。掺杂把杂质引入半导体材料中以操纵和控制半导体器件的导电性。

半导体器件包括有源和无源电结构。有源结构(包括双极和场效应晶体管)控制电流的流动。通过改变掺杂水平并且施加电场或基极电流，晶体管促进或限制电流的流动。无源结构(包括电阻器、电容器、和电感器)产生执行多种电功能所必需的电压和电流之间的关系。无源和有源结构被电连接以形成电路，所述电路能够使半导体器件执行高速计算和其它有用的功能。

通常利用两个复杂的制造工艺来制造半导体器件，即前端制造和后端制造，每个可能包括数百个步骤。前端制造包括在半导体晶片的表面上形成多个管芯。每个管芯通常相同并且包括通过电连接有源和无源部件形成的电路。后端制造包括从已完成的晶片单体化(singulating)单个管芯并且封装管芯以提供结构支撑和环境隔离。

半导体制造的一个目标是制造更小的半导体器件。更小的半导体器件通常消耗更少功率、具有更高的性能、并且能够被更有效地制造。另外，更小的半导体器件具有更小的占地面积(footprint)，其对于更小的最终产品而言是期望的。通过改善导致产生具有更小、更高密度的有源和无源部件的管芯的前端工艺可以实现更小的管芯尺寸。通过改善电互连和封装材料，后端工艺可以产生具有更小占地面积的半导体器件封装。

在许多应用中，期望一个在另一个之上地堆叠多个半导体管芯以形成堆叠半导体封装。然而，堆叠半导体管芯也增加了半导体封装的总尺寸和厚度。例如，在包括三个或更多个堆叠管芯的封装中，所述封装需要几个衬底以便于在每一个半导体管芯之间形成电互连。在常规封装中，例如，当形成扇入型层叠封装(Fi-PoP)的封装时经常需要三个衬底以在顶部、中间、和底部管芯之间形成必要的连接。即使使用一个衬底，安装到衬底相对侧的管芯也会增加封装厚度和加长传播路径，这降低了电性能。

发明内容

在Fi-PoP布置中存在电互连堆叠的半导体管芯的需要。因此，在一个实施例中，本发明是包括以下步骤的制造半导体器件的方法：提供具有第一表面和第二表面的衬底，形成通过衬底的第一表面和第二表面的空腔，形成通过第一半导体管芯的通路，利用导电材料填充所述通路以形成导电通路，在所述空腔中安装第一半导体管芯，在第一半导体管芯的第一表面和衬底上沉积密封剂，从第一半导体管芯的第一表面除去密封剂的一部分以暴露所述导电通路，以及将第二半导体管芯安装到第一半导体管芯的第一表面。第二半导体管芯电连接到所述导电通路。所述方法进一步包括在与第一半导体管芯的第一表面相对的第一半导体管芯的第二表面上安装第三半导体管芯的步骤。

在另一个实施例中，本发明是包括以下步骤的制造半导体器件的方法：提供具有第一表面和第二表面的衬底，形成通过衬底的第一表面和第二表面的空腔，以及在所述空腔中安装第一半导体部件。所述第一半导体部件具有导电TSV。所述方法进一步包括以下步骤：在第一半导体部件的第一表面和衬底上沉积密封剂，从第一半导体部件的第一表面除去密封剂的一部分以暴露所述导电TSV，以及将第二半导体部件安装到第一半导体部件的第一表面。第二半导体部件电连接到所述导电TSV。