[发明专利]用于多芯片器件的热增强结构

说明书

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种用于多芯片器件的热增强结构。

背景技术

自从发明了集成电路，由于多种电子部件(例如，晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成密度的持续发展，半导体工业经历了迅速的发展。就绝大部分而言，集成密度的发展源于最小部件尺寸的再三减小，这使得能够在给定的面积中集成更多的部件。

随着半导体技术的发展，三维(3D)集成电路(IC)作为用于进一步减小半导体芯片物理尺寸的高效替代品脱颖而出。在以3D IC为基础的半导体芯片中，有源电路被制造在不同的晶圆上并且使用拾取-放置技术将每个晶圆管芯堆叠在另一个晶圆管芯的顶部上。可以通过使用3D IC实现极高的密度。另外，3D IC可以实现：更小的规格、成本效率、提高的性能以及较低的功率损耗。

3D IC器件可以包括顶部有源电路层、底部有源电路层以及多个隔层(inter-layer)。隔层之一可以是中介层。在3D IC中，可以通过多个微凸块将两个管芯接合在一起。因此，可以在3D IC中在没有中介层的条件下将多个有源电路层堆叠在一起。然而，由于中介层(作为相对较大的硅层)可以容纳各种不同尺寸的晶圆管芯，所以中介层仍旧被广泛地应用在3D IC中。更具体地，中介层可以通过使用微凸块将各种晶圆管芯接合在一起。另外，通过使用中介层，可以简化3D IC复杂的热分布问题。

3D IC可以包括多种半导体管芯，每种半导体管芯在通常的工作中都可以产生出过量的热量。因此，当在高密度IC封装中设置有多种半导体管芯时，可能产生过量的热量。该过量的热量可能降低3D IC的热性能。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种结构，包括：散热器模块，具有与第一半导体管芯相接合的第一表面；所述第一半导体管芯，与第二半导体管芯相连接；封装材料层，位于所述半导体管芯和所述第二半导体管芯中的至少一个上；再分配层，形成在所述封装材料层上，并且与所述第二半导体管芯相连接；以及多个热通孔，与所述散热器模块的第二表面相连接。

在该结构中，所述散热器模块与所述第一半导体管芯的背面相接合。

在该结构中，所述散热器模块与所述第一半导体管芯的正面相接合，并且其中，所述散热器模块具有多个开口。

在该结构中，进一步包括：多个铜柱，连接在所述第二半导体管芯和所述再分配层之间。

在该结构中，进一步包括：第二散热器模块，设置在所述散热器模块和所述再分配层之间；以及焊球，设置在所述再分配层下面。

在该结构中，进一步包括：第三半导体管芯，设置在所述第一半导体管芯和所述第二半导体管芯之间；以及多个凸块，设置在所述第一半导体管芯和所述第三半导体管芯之间。

在该结构中，进一步包括：第二再分配层，形成在所述第二半导体管芯和所述封装材料层之间。

根据本发明的另一方面，提供了一种结构，包括：第一散热器模块，与第一半导体管芯的背面相接合；所述第一半导体管芯，与中介层相连接；以及衬底，通过多个焊球与所述中介层相连接，其中，所述第一半导体管芯设置在所述中介层和所述衬底之间。

在该结构中，进一步包括：多个凸块，设置在所述第一半导体管芯和所述中介层之间。

在该结构中，进一步包括：再分配层，形成在所述中介层上；多个凸块下金属化结构，形成在所述再分配层上；以及多个焊球，设置在所述衬底和所述再分配层之间。

在该结构中，进一步包括：第二散热器模块，设置在所述第一散热器模块和所述衬底之间。

在该结构中，形成所述第一散热器模块，使得：所述第一散热器模块的第一表面与所述第一半导体管芯相接合；以及所述第一散热器模块的第二表面与所述衬底相接合。

在该结构中，所述第一散热器模块包括：多个热开口；以及多个热通孔。

在该结构中，所述多个热开口和所述多个热通孔被设置为使得所述第一半导体管芯具有均匀的热分布。

在该结构中，所述第一散热器模块包含：金属材料；化合物金属材料；合金材料；以及具有高导热率的复合材料。

在该结构中，所述第一散热器模块由多个散热器模块形成。

根据本发明的又一方面，提供了一种方法，包括：将第一半导体管芯的第一表面与第二半导体管芯的第一表面相接合；以及将散热器与所述第一半导体管芯的第二表面相接合。