阅读说明：本技术 半导体装置组合件和其制造方法 (Semiconductor device assembly and method of manufacturing the same ) 是由 罗时剑 于 2019-05-31 设计创作，主要内容包括：本申请设计一种半导体装置组合件和其制造方法。一种半导体装置组合件,其包含连接所述半导体装置组合件的两个组件的热响应材料的第一元件。所述第一元件经配置以在第一确定的温度下向邻近组件施加力,以减少所述邻近组件中的一或两个的翘曲。所述第一元件可膨胀或收缩以施加所述力。所述半导体装置可包含连接两个组件的热响应材料的第二元件。所述第二元件可经配置以在第二预先确定的温度下膨胀或收缩。所述第二元件可经配置以施加与所述第一元件相比不同量的力。所述第二元件可经配置以施加与所述第一元件相比相反方向的力。所述第一元件和所述第二元件可经组合配置,以减少所述半导体装置组合件中一或多个组件的翘曲。(The present application relates to a semiconductor device assembly and a method of manufacturing the same. A semiconductor device assembly includes a first element of thermally responsive material connecting two components of the semiconductor device assembly. The first element is configured to apply a force to adjacent components at a first determined temperature to reduce warpage of one or both of the adjacent components. The first element may expand or contract to apply the force. The semiconductor device may include a second element of thermally responsive material connecting two components. The second element may be configured to expand or contract at a second predetermined temperature. The second element may be configured to apply a different amount of force than the first element. The second element may be configured to apply a force in an opposite direction as compared to the first element. The first element and the second element may be configured in combination to reduce warpage of one or more components in the semiconductor device assembly.)

半导体装置组合件和其制造方法

技术领域

本文中所描述的实施例涉及可在处理期间减少或最小化半导体装置的翘曲的热响应材料，和使用此类热响应材料减少或最小化半导体装置的翘曲的方法。

背景技术

半导体处理和封装技术继续演变来满足对增加的性能和减小的尺寸的行业需求。电子产品，例如手机、智能电话、平板计算机、个人数字助理、笔记本电脑机以及其它电子装置，需要具有高密度的装置同时具有相对较小的占用面积的经封装半导体组合件。举例来说，电子产品中可用于存储器装置、处理器和其它装置的空间在继续减少，从而需要增加半导体装置的密度。半导体装置的厚度不断减小，以减小半导体装置封装的大小。增大半导体装置的密度的一个方法是堆叠半导体装置以形成半导体装置组合件。

在形成半导体装置组合件的过程期间，组件可以经历具有升高的温度的各种过程。举例来说，在回流工艺期间在半导体装置之间产生焊点或互连的温度可以达到升高的温度，例如260摄氏度。如所属领域的技术人员将了解，升高的温度可以根据半导体装置组合件的组件以及用于形成组合件的过程而变化。作为另一实例，在热压接合(TCB)工艺期间，半导体装置组合件经受升高的温度，这可能导致组合件中的半导体装置组件的不期望的翘曲。

半导体装置组合件可包括各种组件，所述组件例如但不限于，衬底、半导体装置和模制化合物。组件中的每一个可具有不同热膨胀系数(CTE)，这可能产生潜在问题。当半导体装置组合件经受高温时，半导体装置组合件可能由于组合件的个别组件的不同CTE而经历翘曲。翘曲可能对组合件的组件施加大量应力。如果翘曲过大，那么翘曲可能产生半导体装置组合件内的互连的可靠性问题。举例来说，大于但不限于50微米的翘曲可导致焊接点可靠性问题。

由于CTE不匹配引起的翘曲可能在将半导体装置组合件连接到板或衬底时产生问题。同样地，CTE不匹配也可能在将第一半导体装置连接到第二半导体装置时产生问题。第一半导体装置可以在预期的回流温度下具有第一翘曲，并且第二半导体装置可以具有与在预期的回流温度下的第一翘曲不同的第二翘曲。第一翘曲与第二翘曲之间的差异可能使得将第一半导体装置连接到第二半导体装置非常困难。举例来说，如果翘曲增加了两个半导体装置之间的距离，那么翘曲可能导致两个半导体装置之间的互连件的断裂。相反地，如果翘曲减小了两个半导体装置之间的距离，那么翘曲可能导致两个邻近互连件之间短接。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，距离的减小可能使得可以是焊料的互连件材料朝向邻近互连件侧向膨胀。

可能存在额外缺陷和缺点。

发明内容

在一个方面中，本发明提供一种半导体装置组合件，其包括：第一半导体装置；衬底；第一元件，其包括连接于所述衬底与所述第一半导体装置之间的热响应材料；其中所述第一元件经配置以在第一预先确定的温度下向所述第一半导体装置施加力。

在另一方面中，本发明提供一种半导体装置组合件，其包括：第一半导体装置；第二半导体装置；多个互连件，其电连接所述第一半导体装置和所述第二半导体装置；以及第一多个元件，其包括连接所述第一半导体装置与所述第二半导体装置的热响应材料，其中所述第一多个元件经配置以在预先确定的温度下施加力，以减少所述第一半导体装置在所述预先确定的温度下的翘曲或者减少所述第二半导体装置在所述预先确定的温度下的翘曲。

在又一方面中，本发明提供一种制造半导体装置组合件的方法，其包括：提供衬底；提供第一半导体装置；利用包括热响应材料的至少一个第一元件来将所述第一半导体装置连接到所述衬底；以及将所述半导体装置组合件加热到第一预先确定的温度，其中所述至少一个第一元件施加力以减少所述第一半导体装置在所述第一预先确定的温度下的翘曲。

附图说明

图1是包括经由多个互连件连接到衬底的半导体装置的半导体装置组合件的实施例的示意图。

图2是包括经由多个互连件和热响应元件连接到衬底的半导体装置的半导体装置组合件的实施例的示意图。

图3是包括经由多个互连件和热响应元件连接到衬底的半导体装置的半导体装置组合件的实施例的示意图。

图4是包括经由多个互连件和热响应元件彼此连接的两个半导体装置和衬底的半导体装置组合件的实施例的示意图。

图5是半导体装置上的图案中的热响应元件的实施例的示意图。

图6是半导体装置上的图案中的热响应元件的实施例的示意图。

图7是半导体装置上的图案中的热响应元件的实施例的示意图。

图8是制造半导体装置组合件的方法的实施例的流程图。

虽然本公开易有各种修改和替代形式，但具体实施例已经在图中借助于实例展示且将在本文中详细描述。然而，应理解，本公开并不意图限于所公开的特定形式。实际上，意图是涵盖属于如由所附权利要求书界定的本公开的范围内的所有修改、等效物和替代物。

具体实施方式

在本公开中，论述了许多具体细节以提供对本公开的实施例的透彻且启发性描述。所属领域的技术人员将认识到，可在并无具体细节中的一或多个的情况下实践本公开。可能不展示和/或可能不详细描述常常与半导体装置和半导体装置封装相关联的熟知结构和/或操作，以避免混淆本公开的其它方面。一般来说，应理解，除了本文中所公开的那些具体实施例之外的各种其它装置、系统和方法可在本公开的范围内。

术语“半导体装置组合件”可以指一或多个半导体装置、半导体装置封装和/或衬底的组合件，所述衬底可包含中介层、支撑件和/或其它合适的衬底。半导体装置组合件可制造为但不限于离散封装件形式、条带或矩阵形式和/或晶片面板形式。术语“半导体装置”大体上是指包含半导体材料的固态装置。半导体装置可包含例如来自晶片或衬底的半导体衬底、晶片、面板或单个裸片。半导体装置在本文中可是指一种半导体裸片，但半导体装置不限于半导体裸片。

如本文中所使用，术语“竖直”、“侧向”、“上部”和“下部”可是指图式中所展示的特征在半导体装置和/或半导体装置组合件中的相对方向或位置。举例来说，“上部”或“最上部”可是指比另一特征更接近页面的顶部定位的特征。然而，这些术语应被广泛地解释为包含具有其它定向的半导体装置和/或半导体装置组合件，例如颠倒或倾斜定向，其中顶部/底部、上方/下方、高于/低于、向上/向下和左边/右边可取决于定向而互换。

本公开的各个实施例涉及半导体装置、半导体装置组合件、半导体封装、半导体装置封装，以及制造和/或操作半导体装置的方法。

本公开的实施例是半导体装置组合件，其包括第一半导体装置、衬底和包括连接于衬底与第一半导体装置之间的热响应材料的第一元件。第一元件经配置以在第一确定的温度下向第一半导体装置施加力。第一半导体装置可在第一确定的温度下具有翘曲且第一元件可经配置以通过向第一半导体装置施加力来减少在第一确定的温度下的翘曲。

本公开的实施例是半导体装置组合件，所述半导体装置组合件包括第一半导体装置、第二半导体装置和电连接第一半导体装置和第二半导体装置的多个互连件。半导体装置组合件包含第一多个元件，所述第一多个元件包括连接第一半导体装置与第二半导体装置的热响应材料。第一多个元件经配置以在预先确定的温度下施加力，以减少第一半导体装置在预先确定的温度下的翘曲或减少第二半导体装置在预先确定的温度下的翘曲。

本公开的实施例是制造半导体装置组合件的方法，所述方法包括提供衬底和提供第一半导体装置。所述方法包括利用包括热响应材料的至少一个第一元件将第一半导体装置连接到衬底，以及将半导体装置组合件加热到第一预先确定的温度，其中所述至少一个第一元件施加力以减少第一半导体装置在第一预先确定的温度下的翘曲。

图1是半导体装置组合件100的示意图。半导体装置组合件100包含经由多个互连件130A、130B、130C连接到衬底110的第一半导体装置120。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，衬底110可以是半导体装置。如图1中所展示，第一半导体装置120可在预先确定的温度下具有翘曲。预先确定的温度可以是在处理期间应用于半导体装置组合件100的温度。举例来说，预先确定的温度可以是但不限于在TCB工艺期间或在回流工艺期间将组合件加热到的温度。

第一半导体装置120在预先确定的温度下的翘曲可使第一半导体装置120与衬底110之间的互连件130A中的一些拉伸。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，互连件130A的拉伸可能导致互连件130A的断裂。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，第一半导体装置120在预先确定的温度下的翘曲还可使一些互连件130C压缩，从而使互连件130C侧向膨胀，这可能使互连件130C之间短接。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，互连件130A、130B、130C的数量、形状、大小和/或位置出于说明性目的展示且可以变化。同样地，如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，第一半导体装置120的翘曲出于说明性目的展示且可根据应用而变化。

图2是半导体装置组合件100的示意图。半导体装置组合件100包含经由多个互连件130连接到衬底110的第一半导体装置120。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，衬底110可以是半导体装置。如本文中所论述，第一半导体装置120和/或衬底110可在预先确定的温度下具有翘曲，所述预先确定的温度可能在处理期间应用于半导体装置组合件100。半导体装置120和/或衬底110的翘曲可在半导体装置组合件100内产生不适当的互连件130。半导体装置组合件100包含连接第一半导体装置120与衬底110的多个元件140。元件140经配置以减少第一半导体装置120和/或衬底110的翘曲。举例来说，元件140包括热响应材料，其在预先确定的温度下向第一半导体装置120和衬底110施加展示为箭头F1的力。

如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，元件140可包括各种材料。举例来说，元件140可包括但不限于聚合物或聚合物混合物，其在某些温度下进行进一步聚合以使体积缩小，从而致使元件140收缩。聚酯、聚酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚丙烯酸酯和多酚是此类聚合物的实例。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，可使用其它聚合物或聚合物混合物来形成元件140。元件140可包括热响应材料，其在预先确定的温度下或基本上接近预先确定的温度收缩。元件140的收缩可施加展示为箭头F1的力，所述力在元件140所定位的位置处将第一半导体装置120和衬底110拉在一起。替代地，元件140可经配置以在如本文中所论述的元件140所定位的位置处推动第一半导体装置120和衬底110彼此远离。

如所属领域的技术人员将了解，可通过各种机制预先确定第一半导体装置120和/或衬底110在预先确定的温度下的翘曲。举例来说，可使用热阴影波纹(TSM)模拟半导体装置组合件100的每一元件的翘曲。TSM可用于确定包括热响应材料的元件140的潜在位置，以向半导体装置组合件100的一或多个组件提供力，以减少或最小化翘曲，从而减少互连件130缺陷。可使用其它机制来确定热响应元件140的潜在位置以减少或最小化翘曲。

可以使用各种图案来减少作为半导体装置组合件100的一部分的半导体装置120和/或衬底110的翘曲。图5展示半导体装置120上的图案中的热响应元件140的实施例的示意图。热响应元件140可定位于半导体装置120的每一角中。热响应元件140连接到半导体装置组合件100中的另一元件且经配置以通过膨胀或收缩来施加力，以减少或最小化半导体装置组合件100的半导体装置120和/或邻近组件的翘曲。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，热响应元件140的大小、形状、位置和/或数量出于说明性目的展示且可根据应用而变化。

图6展示半导体装置120上的图案中的热响应元件140的实施例的示意图。热响应元件140可包括沿着半导体装置120的边缘定位的纵向元件140。热响应元件140连接到半导体装置组合件100中的另一组件，例如衬底110或另一半导体装置，且经配置以通过膨胀或收缩来施加力，以减少或最小化半导体装置组合件100的半导体装置120和/或邻近组件的翘曲。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，热响应元件140的大小、形状、位置和/或数量出于说明性目的展示且可根据应用而变化。

图3是半导体装置组合件100的示意图。半导体装置组合件100包含经由多个互连件130连接到衬底110的第一半导体装置120。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，衬底110可以是半导体装置。如本文中所论述，第一半导体装置120和/或衬底110可在预先确定的温度下具有翘曲，所述预先确定的温度可能在处理期间应用于半导体装置组合件100。半导体装置组合件100包含连接第一半导体装置120与衬底110的第一多个元件140和连接第一半导体装置120与衬底110的第二多个元件150。

第一多个元件140和第二多个元件150经配置以减少第一半导体装置120和/或衬底110的翘曲。举例来说，第一多个元件140包括热响应材料，其经配置以在第一预先确定的温度下向第一半导体装置120和衬底110施加展示为箭头F1的力。同样地，第二多个元件150可包括热响应材料，其经配置以在第一预先确定的温度下向第一半导体装置120和衬底110施加展示为箭头F2的力。替代地，第二多个元件150可包括热响应材料，其经配置以在第二预先确定的温度下向第一半导体装置120和衬底110施加展示为箭头F2的力。

如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，第一多个元件140和第二多个元件150可包括各种材料。举例来说，收缩元件140可包括聚合物或聚合物混合物，其在某些温度下进行进一步聚合以使体积缩小，如上文所论述。元件150可包括具有热不稳定颗粒的聚合物混合物。可以是液体或固体的热不稳定颗粒可经历相位改变(即，从固体或液体改变成气体)或降级，以在某些升高的温度下产生空隙，这致使元件150膨胀。第一多个元件140可包括热响应材料，其经配置以在预先确定的温度下或基本上接近预先确定的温度收缩。元件140的收缩可施加展示为箭头F1的力，所述力在元件140所定位的位置处将第一半导体装置120和衬底110拉在一起。第二多个元件150可包括热响应材料，其经配置以在第一预先确定的温度下或基本上接近第一预先确定的温度膨胀。替代地，第二多个元件150可包括热响应材料，其经配置以在第二预先确定的温度下或基本上接近第二预先确定的温度膨胀。元件150的膨胀可施加展示为箭头F2的力，其在元件150所定位的位置处推动第一半导体装置120与衬底110彼此远离。

如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，第一多个元件140和第二多个元件150的数量、大小、形状、位置和/或配置可根据应用而变化。举例来说，第一多个元件140和第二多个元件150可施加相同方向的力，即两个收缩或两个膨胀，以减少或最小化半导体装置120和/或邻近组件的翘曲，但可经配置以在不同温度下施加此力。第一多个元件可在第一预先确定的温度下或基本上接近第一预先确定的温度收缩或膨胀，且第二多个元件可在第二预先确定的温度下或基本上接近第二预先确定的温度收缩或膨胀。同样地，第一多个元件和第二多个元件可经配置以相较于彼此施加不同量的力。

两个热响应元件140、150的组合可用于减少或最小化半导体装置组合件100中的半导体装置120和/或邻近组件的翘曲。第一多个热响应元件140和第二热响应元件150可取决于期望的结果和/或应用而以各种配置和/或图案定位。图7展示半导体装置120上第一多个热响应元件140和第二多个热响应元件150的实施例的示意图。第一多个热响应元件140可各自定位于半导体装置120的角中，而第二多个热响应元件150定位于半导体装置120的各角之间。第一多个热响应元件140和第二多个热响应元件150连接到半导体装置组合件100中的另一组件，且经配置以通过膨胀或收缩来施加力，以减少或最小化半导体装置组合件100的半导体装置120和/或邻近组件的翘曲。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，热响应元件140、150的大小、形状、位置和/或数量出于说明性目的展示且可根据应用而变化。

图4是半导体装置组合件100的示意图。半导体装置组合件100包含经由多个互连件130连接到衬底110的第一半导体装置120A。如本文中所论述，第一半导体装置120可在预先确定的温度下具有翘曲，所述预先确定的温度可在处理期间应用于半导体装置组合件100。半导体装置组合件100还包含经由多个互连件130连接到第一半导体装置120A的第二半导体装置120B。

半导体装置组合件100包含连接第一半导体装置120A与衬底110的第一多个元件140A和第二多个元件160。半导体装置组合件100包含连接第一半导体装置120A与第二半导体装置120B的第三多个元件140B和第四多个元件150。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，半导体装置120A、120B的数量、大小、形状、和/或配置出于说明性目的展示且可根据应用而变化。举例来说，半导体装置组合件100可包含多于两个半导体装置120A、120B。

第一多个元件140A、第二多个元件160、第三多个元件140B和第四多个元件150个别地或组合地经配置以减少第一半导体装置120A、第二半导体装置120B和/或衬底110的翘曲。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，衬底110可以是半导体装置。

第一多个元件140A包括热响应材料，其经配置以在第一预先确定的温度下向第一半导体装置120A和衬底110施加展示为箭头F1的力。由于元件140的收缩，力F1可在第一多个元件140A中的每一个的位置处将第一半导体装置120A和衬底110拉在一起。第二多个元件160包括热响应材料，其经配置以在第二预先确定的温度下向第一半导体装置120A和衬底110施加展示为箭头F3的力。由于元件160的收缩，力F3可在第二多个元件160中的每一个的位置处将第一半导体装置120A和衬底110拉在一起

第三多个元件140B可与第一多个元件140A相同。因此，第三多个元件140可包括热响应材料，其经配置以向第一半导体装置120A和第二半导体装置120B施加展示为箭头F1的力。第四多个元件150包括热响应材料，其经配置以在预先确定的温度下向第一半导体装置120A和第二半导体装置120B施加展示为箭头F2的力。预先确定的温度可以是第一预先确定的温度、第二预先确定的温度或第三预先确定的温度。由于元件150的膨胀，力F2可在第四多个元件150中的每一个的位置处推动第一半导体装置120A和第二半导体装置120B彼此远离。

如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，用以最小化或减少半导体装置组合件100的组件的翘曲的热响应元件140A、140B、150、160的数量、大小、位置和配置出于说明性目的展示且可变化。举例来说，半导体装置组合件100的两个邻近组件之间的热响应元件可收缩、膨胀，或多个组件可配合一些膨胀和一些收缩一起使用。热响应元件可经配置以在单个预先确定的温度下施加力或可经配置以使得热响应元件的部分在第一温度下或基本上接近第一温度下施加力，而其它热响应元件在第二温度或甚至第三温度下或基本上接近第二温度或甚至第三温度施加力。另外，由于包括热响应元件的材料的膨胀速率、收缩速率和/或量，半导体装置组合件100中的个别热响应元件可经配置以向邻近组件施加不同量的力。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，可存在其它变化。

图8是制造半导体装置组合件的方法200的实施例的流程图。方法200包含在210处提供衬底。衬底可以是如本文中所论述的半导体装置。方法200包含在220处提供第一半导体装置，和在230处利用包括热响应材料的至少一个第一元件将第一半导体装置连接到衬底。方法200包含在240处将半导体装置组合件加热到第一预先确定的温度，其中至少一个第一元件施加力以减少第一半导体装置在第一预先确定的温度下的翘曲。

方法200可包含在245处确定第一半导体装置在第一预先确定的温度下的翘曲。在250处，方法200可包含在确定翘曲的基础上定位至少一个元件以减少第一半导体装置的翘曲。方法200可包含在255处在确定翘曲的基础上定位包括热响应材料的至少一个第二元件以减少翘曲，以及在260处利用至少一个第二元件将第一半导体装置连接到衬底。方法200可包含在265处将半导体装置组合件加热到第二预先确定的温度，其中至少一个第二元件施加力以减少第一半导体装置在第二预先确定的温度下的翘曲。

热响应元件可在减少或最小化翘曲之后保持半导体装置组合件的部分。替代地，在半导体装置组合件的温度已减小到低于第一预先确定的温度之后，可从半导体装置组合件移除热响应元件。方法200可包含在270处将温度降低到低于第一预先确定的温度并从半导体装置组合件中移除至少一个第一元件。举例来说，可以使用溶剂来溶解来自半导体装置组合件的热响应元件。作为另一实例，可机械地从半导体装置组合件的组件之间移除热响应元件。如受益于本公开的所属领域的技术人员将了解，可视需要使用各个机制来从半导体装置组合件移除热响应元件。

尽管已经关于某些实施例描述了本公开，但所属领域的技术人员清楚的其它实施例，包含并不提供本文中所阐述的所有特征和优点的实施例，同样在本公开的范围内。本公开可涵盖本文中未明确地展示或描述的其它实施例。因此，本公开的范围仅参考所附权利要求书和其等效物界定。