[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倒装芯片PoP组件的底部衬底中形成穿孔开口以减少过剩底部填充剂材料的渗出的方法。

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用空间（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用空间的半导体器件封装。

图1示出常规倒装芯片层叠封装（PoP）结构10。倒装芯片型半导体管芯12被安装到具有凸块16的衬底14。底部填充剂材料18（例如环氧树脂）被沉积在半导体管芯12和衬底14之间。凸块19形成在衬底14的相对侧上用于进一步的电互连。半导体管芯20、22、和24层叠在衬底26上并且被密封剂28覆盖。半导体管芯20－24利用结合线30电连接到衬底26。衬底26利用凸块32连接到衬底14。

利用滴涂工具（dispensing tool）34从半导体管芯12的一侧沉积底部填充剂材料18，如图2a中所示。如果底部填充剂材料18没有被均匀和一致地分布，或者如果底部填充剂材料被以超额体积分配，则底部填充剂材料可能渗出到衬底26的接触焊盘36上，如图2b中所示。渗出的底部填充剂对于具有高输入/输出（I/O）密度的半导体器件来说是特别严重的，因为接触焊盘通常被放置得更靠近半导体管芯12的占用空间。过剩的底部填充剂材料18在接触焊盘36上渗出阻止了凸块32电连接到衬底14上的接触焊盘，这引起缺陷并且降低了制造成品率。

发明内容

存在对减少过剩的底部填充剂材料从半导体管芯下渗出到衬底的接触焊盘上的需要。因此，在一个实施例中，本发明是制造半导体器件的方法，所述方法包括以下步骤：提供倒装芯片半导体管芯和第一衬底，在第一衬底中在倒装芯片半导体管芯到第一衬底的置放中心的位置中形成开口，在第一衬底中的开口上将倒装芯片半导体管芯安装到第一衬底，将多个半导体管芯安装到第二衬底，在所述多个半导体管芯和第二衬底上沉积密封剂，将第二衬底安装到第一衬底，通过倒装芯片半导体管芯和第一衬底之间的第一衬底中的开口分配底部填充剂材料，以及当底部填充剂材料接近或到达倒装芯片半导体管芯的周边时停止底部填充剂材料的分配以减少底部填充剂材料的渗出。