[发明专利]半导体装置和制造半导体装置的方法

说明书

技术领域

本技术涉及半导体装置。

背景技术

对具有增强的功能性的小型产品的消费需求继续推动半导体工业提供半导体装置的高密度包封。半导体装置的这种高密度包封可通过以下方式实现：在裸芯贴附(die attach)工艺中将多个半导体裸芯堆叠在公共衬底上，在引线键合工艺中电连接该半导体裸芯，并且在模制工艺中用模塑料将该半导体裸芯包封在单个封装体内。

在半导体装置的典型堆叠结构中，裸芯堆叠中的半导体裸芯悬伸于位于其紧下方的半导体裸芯之上，从而留下足够的空间以用于在随后的引线键合工艺中连接半导体裸芯的对应键合垫。图1A是半导体装置100的立体示意图，其未示出包封该半导体裸芯的模塑料；图1B是带有模塑料130的半导体装置100的剖视示意图。如图1A所示，半导体装置100包括以错列结构堆叠在公共衬底110上的多个半导体裸芯，包括最上的半导体裸芯120。在这种结构中，半导体裸芯被划分为下部子组114和上部子组118，该下部子组114包含4个具有朝向左侧的悬伸部分的半导体裸芯，该上部子组118包含4个具有朝向右侧的悬伸部分的半导体裸芯。如图1C所示，每个半导体裸芯120典型地包括涂覆在硅衬底122上的保护层126，用于保护形成在硅衬底122上表面(被称为装置层124)上的特征。该保护层126的热膨胀系数(CTE)远大于下面的硅衬底122的热膨胀系数。例如，由聚酰亚胺制成的保护层的CTE值是硅的CTE的10倍大。在这种情况下，在前面的工艺步骤中半导体裸芯的热循环之后，硅衬底122和保护层126之间的不匹配的CTE引起半导体裸芯120的保护层126中的热压应力。在每个半导体120的裸芯贴附工艺过程中，当半导体裸芯120从安装其的划片胶带上被拾起并放置到半导体装置上之后，这种残余应力被释放，从相对于下方半导体裸芯的悬伸部分128(在该处不存在作用于相反方向的黏附力)开始向上拉动该硅衬底122。由于高密度包封中的半导体裸芯通常较薄且厚度小于30μm以便在单个封装体中堆叠更多的裸芯，每个半导体裸芯的机械强度较弱，这可能导致上部子组118中的半导体裸芯在裸芯贴附工艺中发生严重的上弯，尤其是在上部子组118中的最上的半导体裸芯120的悬伸部分处。子组118中半导体裸芯的上弯逐渐累积成该最上的半导体裸芯120在悬伸部分处相对于与衬底110上表面平行的参考平面A-A的较大挠曲(deflection)d，如图1B的剖视示意图所示。这种挠曲d会导致最上的半导体裸芯120的上表面与半导体装置100的模塑料130的上表面之间的不均匀余隙，由此产生了在后续工艺中使半导体装置受损的潜在风险。例如，如果挠曲d超出了最上的半导体裸芯120的上表面与半导体装置100的模塑料130的上表面之间的规定余隙，则由于半导体裸芯120的悬伸部分与模制工艺中使用的模制模具之间的接触，该最上的半导体裸芯120会在悬伸部分处受损。

发明内容

一方面，本技术涉及半导体装置。该半导体装置包括：该半导体装置包括：衬底；以一个位于另一个之上的方式堆叠在该衬底的上表面上的多个半导体裸芯，该多个半导体裸芯包括最上的第一半导体裸芯，其具有相对于第一半导体裸芯紧下方的第二半导体裸芯而在第一方向上悬伸的第一边缘；形成在该第一半导体裸芯的上表面上的至少一个引导件；以及包封该多个半导体裸芯的模塑料。该引导件的尺寸根据第一半导体裸芯相对于与衬底的上表面平行的参考平面的挠曲而制定，从而在第一半导体裸芯的上表面与模塑料的上表面之间提供间隔。

在各实施方式中，该引导件具有足以使该第一半导体裸芯在远离模塑料的上表面的方向上挠曲的机械强度。该引导件的热膨胀系数大致与模塑料的热膨胀系数相同。该引导件具有立方体、长方体、半球、圆顶或球形形状。该引导件至少部分地位于该第二半导体裸芯上方。

在各实施方式中，该至少一个引导件包括在第一半导体裸芯的上表面上沿垂直于该第一方向的第二方向线性分布的多个引导件。该至少一个引导件包括沿着该第二方向以等间距分布在单行中的多个引导件，并且这些引导件相对于第一半导体裸芯的上表面具有相同高度。该至少一个引导件包括以阵列分布的多个引导件，该多个引导件至少包括沿第二方向的、相对于第一半导体裸芯的上表面具有第一高度的第一行引导件和相对于第一半导体裸芯的上表面具有第二高度的第二行引导件，该第一行引导件位于比第二行引导件更靠近第一半导体裸芯的第一边缘的位置处，并且该第一高度等于该第二高度。

在各实施方式中，该多个半导体裸芯以以下方式堆叠：该堆叠的至少上半部分中的每个半导体裸芯在该第一方向上悬伸于堆叠在紧下方的半导体裸芯之上。