[发明专利]用有微柱的半导体管芯形成DCALGA封装的方法和半导体器件

说明书

本发明涉及用有微柱的半导体管芯形成DCALGA封装的方法和半导体器件。半导体器件具有布置在衬底之上的第一半导体管芯。在半导体管芯之上形成多个复合互连结构。复合互连结构具有不可熔导电柱和在不可熔导电柱之上形成的可熔层。可熔层被回流以将第一半导体管芯连接到衬底的导电层。不可熔导电柱在回流期间不熔化，从而消除了在衬底之上形成阻焊剂的需要。将密封剂沉积在第一半导体管芯和复合互连结构周围。密封剂在第一半导体管芯的有源表面和衬底之间流动。第二半导体管芯相邻于第一半导体管芯布置在衬底之上。散热器布置在第一半导体管芯之上。密封剂的一部分被移除以暴露散热器。

技术领域

本发明大体上涉及半导体器件，且更具体地涉及用具有微柱的半导体管芯来形成芯片直接贴装焊盘网格阵列（DCALGA）封装的方法和半导体器件。

背景技术

半导体器件通常被发现在现代电子产品中。半导体器件在电气部件的数量和密度方面改变。分立半导体器件通常包含一种类型的电气部件，例如发光二极管（LED）、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器和功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）。集成半导体器件典型地包含数百到数百万个电气部件。集成半导体器件的示例包括微控制器、微处理器和各种信号处理电路。

半导体器件执行各种各样的功能，诸如信号处理、高速计算、传输和接收电磁信号、控制电子器件、将太阳光转换成电以及为电视显示器创建视觉图像。半导体器件被发现在娱乐、通信、功率转换、网络、计算机和消费产品的领域中。半导体器件还被发现在军事应用、航空、汽车、工业控制器和办公室设备中。

半导体器件采用半导体材料的电气性质。半导体材料的结构允许由电场或基极电流的施加或通过掺杂的工艺来操纵材料的导电性。掺杂将杂质引入到半导体材料中以操纵并控制半导体器件的导电性。

半导体器件包含有源和无源电气结构。包括双极和场效应晶体管的有源结构控制电流的流动。通过改变电场或基极电流的施加和掺杂的水平，晶体管促进或限制电流的流动。包括电阻器、电容器和电感器的无源结构创建执行各种电气功能所需的电压和电流之间的关系。使无源和有源结构电连接以形成电路，其使半导体器件能够执行高速操作和其它有用的功能。

通常使用两种复杂的制造工艺（即，前端制造和后端制造）来制造半导体器件，每个制造潜在地涉及数百个步骤。前端制造涉及在半导体晶片的表面上的多个管芯的形成。每个半导体管芯典型地是相同的，并包含通过电连接有源和无源部件而形成的电路。后端制造涉及从完成的晶片单体化个体半导体管芯以及封装管芯以提供结构支持、电互连和环境隔离。如在本文中使用的术语“半导体管芯”指代词的单数和复数形式二者，并且相应地可以指代单个半导体器件和多个半导体器件二者。

半导体制造的一个目标是生产较小的半导体器件。较小的器件典型地消耗较少的功率，具有较高的性能，并可以被更有效地生产。此外，较小的半导体器件具有较小的覆盖区（footprint），这对于较小的最终产品是合乎需要的。减小的封装剖面对在智能电话中封装、可穿戴技术和物联网（IoT）工业特别重要。较小的半导体管芯尺寸可以由前端工艺中的改进实现，从而导致具有较小、较高密度的有源和无源部件的半导体管芯。后端工艺可以通过在电互连和封装材料中的改进来导致具有较小的覆盖区的半导体器件封装。

较小的半导体器件的制造依赖于实现对在半导体管芯和下层衬底之间以及在布置在单个衬底之上的多个半导体管芯之间的水平和垂直电互连的改进。通过在倒装芯片取向上将半导体管芯安装到衬底来形成倒装芯片封装。衬底提供在半导体管芯和外部器件之间的电互连。然而，对于当前倒装芯片封装的封装高度和完全生产时间（throughput time）的减小受衬底的厚度和在倒装芯片与衬底之间形成的互连的高度约束。

发明内容

存在减小封装尺寸和制造时间同时提高执行速度和可靠性的需要。相应地，在一个实施例中，本发明是制造半导体器件的方法，其包括下列步骤：提供衬底；布置包括复合互连结构的第一半导体管芯，复合互连结构包括在衬底之上的不可熔部分和可熔部分；使复合互连结构的可熔部分回流；以及将密封剂沉积在第一半导体管芯周围。