[发明专利]半导体芯片的背侧上的电子元件集成

说明书

公开领域

所公开的实施例涉及管芯的背侧或第二侧上的电子元件集成，该背侧或第二侧与该管芯的有源侧或第一侧相对。示例性方面包括诸如第二侧上的薄膜晶体管、输入/输出晶体管、二极管、无源器件等的电子元件，以及诸如将第一侧连接至第二侧的穿硅通孔(TSV)之类的贯穿通孔。

背景

半导体器件的设计和制造的进步已经导致半导体封装、晶片和管芯/芯片的缩小尺寸。随着对现代计算机系统(尤其在移动处理系统领域中)的处理需要增加，对于在每个半导体芯片上集成大量电子元件有不断增长的需求。因为半导体芯片的有源表面上的有限表面积，电子元件和组件在半导体芯片上的集成、放置和布线提出了公认问题。

例如，常规集成电路设计可使用线焊来将直立安装的芯片或管芯连接至外部电路系统或半导体封装。芯片的电子器件/元件/集成电路组件集成在芯片的有源侧上。线焊要求输入/输出(I/O)连接、焊盘等，它们也形成在芯片的有源侧上，因为例如芯片朝上安装在印刷电路板(PCB)上。这些I/O连接消耗了有源侧上相对大部分的已经有限的表面积。

另一常规集成电路设计选项涉及倒装芯片封装。在倒装芯片中，焊球形成在与有源侧相对的芯片背侧上。金属连接焊盘形成在有源侧上并通过线焊或贯穿通孔作出通过芯片的半导体基板至焊球的连接。作出通过可附连至球栅阵列(BGA)的焊球至外部电路系统的电连接。然而，常规芯片倒装技术还要求在管芯的有源侧上放置I/O连接、至焊球的金属连接焊盘等。除了形成焊球之外，在常规倒装芯片技术中，芯片背侧不被用于集成任何附加组件。

一些常规办法还包括在副管芯或芯片上放置集成电路或片上系统(SoC)的所选组件。例如，第一芯片上的集成电路的I/O端口和/或其他电子元件可被放置在第二芯片上以力图克服对第一芯片上的表面积的限制。然而，此类解决方案引入了涉及芯片间放置和布线的附加挑战，并且这两个芯片之间的互连可引入高性能处理需要可能不能容忍的不期望延迟和低效。

另外，高级芯片设计还可涉及集成在不同电压域和/或其他工作条件中工作的电子元件，并且以上讨论的办法不提供处置具有缩小器件技术的此种设计考虑的有效解决方案。相应地，现有技术中存在对能克服现有解决方案中的至少前述缺点的改善型半导体器件集成技术的需要。

概述

本发明的诸实施例针对用于在半导体管芯背侧上集成电子元件的系统和方法。例如，示例性系统和方法包括带有基板的第一半导体管芯，该基板具有第一侧和与第一侧相对的第二侧。第一集合的电子元件被集成到第一侧上。第二集合的电子元件被集成到第二侧上。一个或多个穿透基板的穿板通孔被用于将第一集合的电子元件中的一者或多者与第二集合的电子元件中的一者或多者耦合。该多个穿板通孔可以是穿硅通孔(TSV)或穿玻通孔(TGV)。第一半导体管芯可与第二半导体管芯相堆叠，其中第一半导体管芯的第一侧或第二侧与第二半导体管芯的有源侧形成界面。

相应地，示例性方面包括半导体器件，其包括带有基板的第一半导体管芯，该基板包括第一侧和与第一侧相对的第二侧。第一集合的电子元件被集成到第一侧上，而第二集合的电子元件被集成到第二侧上。一个或多个穿透基板的穿板通孔将第一集合的电子元件中的一者或多者与第二集合的电子元件中的一者或多者耦合。

另一示例性方面包括一种形成半导体器件的方法，该方法包括：形成具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的第一半导体管芯的基板，在第一侧上集成第一集合的电子元件，在第二侧上集成第二集合的电子元件，以及形成一个或多个穿透基板的穿板通孔以供将第一集合的电子元件中的一者或多者与第二集合的电子元件中的一者或多者耦合。

又一示例性方面包括一种系统，包括：具有第一侧和与第一侧相对的第二侧的第一半导体管芯、集成到第一侧上的第一集合的电子元件和集成到第二侧上的第二集合的电子元件。该系统进一步包括用于将第一集合的电子元件中的一者或多者与第二集合的电子元件中的一者或多者耦合的装置。

附图简要说明

给出附图以帮助对本发明实施例进行描述，且提供附图仅用于解说实施例而非对其进行限定。

图1解说了根据示例性方面的半导体管芯。

图2解说了涉及堆叠示例性半导体管芯的方面。

图3解说了涉及堆叠示例性半导体管芯的另一方面。

图4是根据本公开的各方面的用于形成半导体管芯的示例性过程的流程图解说。

图5是根据示例性方面的形成半导体管芯的方法的流程图解说。