本公开涉及一种半导体结构及其制造方法，特别关于一种晶圆级芯片上覆置芯片半导体结构以及制造方法。
背景技术：
半导体元件对于许多现代应用而言是重要的。随着电子技术的进展，半导体元件的尺寸越来越小，而功能越来越大且整合的电路量越来越多。由于半导体元件的规模微小化，芯片上覆置芯片(chip-on-chip)技术目前广泛用于制造半导体元件。在此半导体封装的生产中，实施了许多制造步骤。
然而，微型化规模的半导体元件的制造变得越来越复杂。制造半导体元件的复杂度增加可能造成缺陷，例如电互连不良、产生裂纹、或是组件脱层。因此，半导体元件的结构与制造的修饰有许多挑战。
上文的“现有技术”说明仅是提供背景技术，并未承认上文的“现有技术”说明揭示本揭露的标的，不构成本揭露之先前技术，且上文的“现有技术”的任何说明均不应作为本申请的任一部分。
技术实现要素：
本公开的实施例提供一种半导体结构，包括：一第一半导体元件；至少一传导件，位于该第一半导体元件上；一第二半导体元件，位于该第一半导体元件上；一封装件，位于该第一半导体元件上，其中该封装件环绕该第二半导体元件与该至少一传导件；以及一重布线层(redistributionlayer，rdl)，位于该第二半导体元件与该至少一传导件上。
在本公开的一些实施例中，该第二半导体元件位于该第一半导体元件上，该第二半导体元件与该第一半导体元件之间实质上无使用一电路基板。
在本公开的一些实施例中，该半导体结构还包括一第三半导体元件位于该第一半导体元件上，该第一半导体元件与该第三半导体元件之间实质上无使用一电路基板。
在本公开的一些实施例中，该至少一传导件位于该第一半导体元件上，该至少一传导件与该第一半导体元件之间实质上无使用焊接材料。
在本公开的一些实施例中，该半导体结构还包括至少一传导接合，位于该重布线层上。
在本公开的一些实施例中，该第一半导体元件为一存储器元件。
在本公开的一些实施例中，该第二半导体元件为一逻辑元件，该第三半导体元件为一存储器元件。
在本公开的一些实施例中，该半导体结构包括一散热路径，位于该第一半导体元件与该第二半导体元件之间。
在本公开的一些实施例中，该半导体结构包括一散热路径，位于该第一半导体元件与该第三半导体元件之间。
在本公开的一些实施例中，该第二半导体元件与该第一半导体元件的热阻小于该第二半导体元件与该重布线层的热阻。
在本公开的一些实施例中，该第三半导体元件与该第一半导体元件之间的热阻小于该第三半导体元件与该重布线层之间的热阻。
在本公开的一些实施例中，该第二半导体元件与该第三半导体元件经由一粘着剂而设置于该第一半导体元件上。
在本公开的一些实施例中，该封装件未延伸至该第一半导体元件与该第二半导体元件之间的界面；相似地，该封装件未延伸至该第一半导体元件与该第三半导体元件之间的界面。
本公开的实施例还提供一种半导体结构的制造方法，包括：提供一第一半导体元件；形成至少一传导件于该第一半导体元件上；附接一第二半导体元件于该第一半导体元件上；形成一封装件于该第一半导体元件上；以及形成一重布线层(rdl)于该第二半导体元件与该至少一传导件上。
在本公开的一些实施例中，在该第一半导体元件上形成该封装件之前，该第二半导体元件已附接于该第一半导体元件上；因此，该封装件环绕该第二半导体元件与该至少一传导件。在本公开的一些实施例中，在该封装件形成过程中，该第一半导体元件作为该第二半导体元件的载体基板。
在本公开的一些实施例中，形成该至少一传导件于该第一半导体元件上的制程，该至少一传导件与该第一半导体基板之间实质上无使用焊接材料。
在本公开的一些实施例中，附接该第二半导体元件至该第一半导体元件的制程，该第二半导体元件与该第一半导体元件之间实质上无使用一电路基板。
在本公开的一些实施例中，该制造方法还包括附接一第三半导体元件至该第一半导体元件上，其中该第一半导体元件与该第三半导体元件之间实质上无使用一电路基板。
在本公开的一些实施例中，该制造方法还包括形成至少一传导接合于该重布线层上。
在本公开的一些实施例中，该第二半导体元件经由一粘着剂而附接至该第一半导体元件上。
在本公开的一些实施例中，该第二半导体元件通过一融合接合制程而附接至该第一半导体元件上。
在本公开的一些实施例中，该第二半导体元件是附接至该第一半导体元件的一正面，以及该制造方法还包括研磨该第一半导体元件的一背面。
在本公开的一些实施例中，该半导体结构没有使用电路基板与传导凸块于该第一半导体元件与该第二半导体元件之间(以及若有第三半导体元件存在，亦无使用电路基板与传导凸块于该第一半导体元件与该第三半导体元件之间)，因此半导体结构的高度小于具有对应的中介电路基板与传导凸块的半导体结构的高度。换言之，本公开的半导体结构可符合半导体装置市场的规模微小化需求(小尺寸架构)。
在本公开的一些实施例中，第二半导体元件(以及若有第三半导体元件的情况)，位于该第一半导体元件上，该第二半导体元件与该第一半导体元件之间实质上没有高热组的空气间隙；因此，该第二半导体元件与该第一半导体元件之间的热阻(thermaldissipationresistance)降低，并且该第一半导体元件与该第二半导体元件之间具有散热路径。如此，第一半导体元件或第二半导体元件产生的热可经由该散热路径实质被消散至周围环境。
上文已相当广泛地概述本公开的技术特征及优点，以使下文的本公开详细描述得以获得较佳了解。构成本公开的权利要求标的的其它技术特征及优点将描述于下文。本公开所属技术领域中的技术人员应了解，可相当容易地利用下文公开的概念与特定实施例可作为修改或设计其它结构或制程而实现与本公开相同的目的。本公开所属技术领域中的技术人员亦应了解，这类等效建构无法脱离权利要求所界定的本公开的精神和范围。
附图说明
参阅详细说明与权利要求结合考量附图时，可得以更全面了解本公开的内容，附图中相同的元件符号是指相同的元件。
图1为剖面示意图，例示本公开的比较实施例的半导体结构；
图2为剖面示意图，例示本公开实施例的半导体结构；
图3为剖面示意图，例示本公开实施例的半导体结构；
图4为流程图，例示本公开实施例的半导体结构的制造方法；
图5至图10为示意图，例示本公开实施例图4的方法制造半导体结构。
附图标记说明：
10～半导体结构；
11～传导凸块；
13～空气间隙；
20～第一封装元件；
21～电路基板；
23～半导体芯片；
25～接合线；
30～第二封装元件；
31～重布线层；
33a～半导体芯片；
33b～半导体芯片；
35～传导通路；
37～封装件；
100～半导体结构；
100’～半导体结构；
101～第一半导体元件；
103～传导件；
105～第二半导体元件；
107～第三半导体元件；
109～封装件；
111～重布线层；
111a～介电堆叠；
111b～传导线；
113a～粘着剂；
113b～粘着剂；
115～传导接合；
117～颗粒化工具。
具体实施方式
本公开的以下说明伴随并入且组成说明书的一部分的附图，说明本公开的实施例，然而本公开并不受限于该实施例。此外，以下的实施例可适当整合以下实施例以完成另一实施例。
“一实施例”、“实施例”、“例示实施例”、“其他实施例”、“另一实施例”等是指本公开所描述的实施例可包含特定特征、结构或是特性，然而并非每一实施例必须包含该特定特征、结构或是特性。再者，重复使用“在实施例中”一语并非必须指相同实施例，然而可为相同实施例。
本公开涉及一种晶圆级芯片上覆置芯片的半导体结构及其制造方法。为了使得本公开可被完全理解，以下说明提供详细的步骤与结构。显然，本公开的实施不会限制该技艺中的技术人士已知的特定细节。此外，已知的结构与步骤不再详述，以免不必要地限制本公开。本公开的较佳实施例详述如下。然而，除了详细对其进行说明外，本公开亦可广泛实施于其他实施例中。本公开的范围不限于详细说明的内容，而是由权利要求定义。
图1为剖面示意图，例示本公开实施例的半导体结构10。半导体结构10包含第一封装元件20以及经由多个传导凸块11而接合至第一封装元件20的第二封装元件30，以形成封装元件上覆置封装元件(packageonpackage，pop)半导体结构。第一封装元件20包含电路基板21、经由粘着物27而附接至电路基板21的半导体芯片23、以及电连接半导体芯片23与电路基板21的多个接合线25。第二封装元件30包含重布线层31、在重布线层31上的半导体芯片33a与半导体芯片33b、电连接重布线层31的传导终端至传导凸块11的多个传导通路35、以及囊封重布线层31上的半导体芯片33a与半导体芯片33b的封装件37。
在pop半导体结构10的制程中，半导体芯片(晶粒)23经由粘着剂27而位于电路基板21上以成为第一封装元件20；半导体芯片33a与半导体芯片33b位于载体基板上并且受到封装件37囊封，而后在模制后(molded)的半导体芯片33a与半导体芯片33b上形成重布线层31，并且移除载体基板；之后，第一封装元件20附接至第二封装元件30以经由传导凸块11形成封装元件上覆置封装元件(pop)半导体结构10。pop半导体结构10的高度难以进一步降低以符合半导体装置市场的尺度微小化需求。此外，pop半导体结构10中第一封装元件20与第二封装元件30之间的传导凸块11所形成的空气间隙13具有相对不良的散热能力；此外，当半导体元件尺寸变得更小而具有更大功能性与更大量集成电路时，散热问题已经成为严重的挑战。再者，一些pop半导体结构可能需要双面重布线层(redistributionlayer，rdl)，其制造成本相对昂贵且具有相对不佳的制程效率。
图2为剖面示意图，例示本公开实施例的半导体结构100。在一些实施例中，半导体结构100包括第一半导体元件101；一或多个传导件103位于第一半导体元件101上；第二半导体元件105与第三半导体元件107位于第一半导体元件101上；封装件109位于第一半导体元件101上；以及重布线层(rdl)111位于第二半导体元件105、第三半导体元件107与传导件103上。在一些实施例中，封装件109环绕第二半导体元件105、第三半导体元件107、以及传导件103。在一些实施例中，第一半导体元件101可包含重布线层，用于电连接第一半导体元件101至第二半导体元件105、第三半导体元件107与传导件103。
在一些实施例中，第一半导体元件101为存储器芯片，例如dram(动态随机存取存储器)芯片，第二半导体元件105为逻辑芯片，例如cpu(中央处理单元)/gpu(图形处理单元)芯片，以及第三半导体元件107为存储器芯片，例如快取芯片。
在一些实施例中，第二半导体元件105经由粘着剂113a或通过融合接合制程而位于第一半导体元件101上；换言之，第二半导体元件105位于第一半导体元件101上，且第二半导体元件105与第一半导体元件101之间实质上无使用封装件109。
在一些实施例中，第三半导体元件107经由粘着剂113b或通过融合接合制程而位于第一半导体元件101上；换言之，第三半导体元件107位于第一半导体101上，且第一半导体元件101与第三半导体元件107之间实质上无使用封装件109。
融合接合制程的细节公开于文献(anoverviewofpatternedmetal/dielectricsurfacebonding:mechanism,alignmentandcharacterization,j.electrochem.soc.1011volume158,issue6,p81-p86)，其全文并入本公开作为参考，并且不再重述。
在一些实施例中，封装件109可为单层膜或复合堆叠。在一些实施例中，封装件109包含各种材料，例如模塑料、模塑底胶填充(moldingunderfill)、环氧化合物、树脂、或类似物。在一些实施例中，封装件109具有高热传导性、低吸湿速度以及高抗弯强度(flexuralstrength)。
在一些实施例中，粘着剂113a与粘着剂113b为可导热的或是热传导性为约0.01与100w/(m·k)之间。在一些实施例中，粘着剂113a与粘着剂113b包含铝、银、碳或具有热传导性高于25w/(m·k)的其他粒子。
在一些实施例中，第二半导体元件105、第三半导体元件107与传导件103受到封装件109环绕。在一些实施例中，传导件103包含传导材料，例如铜、铝或银。在一些实施例中，传导件103延伸穿过封装件109。在一些实施例中，传导件103延伸于第一半导体元件101的终端与重布线层111的终端之间。在一些实施例中，传导件103为贯穿封装件插塞(throughmoldingvia，tmv)。在一些实施例中，传导件103位于第一半导体元件101上，传导件103与第一半导体元件101之间实质上无使用焊接材料。
在一些实施例中，重布线层111包括介电堆叠111a以及位于介电堆叠111a中的一些传导线111b。传导线111b电连接上侧的第一传导终端与下侧的第二传导终端。传导线111b亦用于在传导件103、第二半导体元件105与第三半导体元件107之间形成电连接。在一些实施例中，传导线111b由铜、金、银、镍、焊料、锡、铅、钨、铝、钛、钯、或其合金制成。
在一些实施例中，半导体结构100还包括位于重布线层111上的至少一传导接合115。在一些实施例中，传导接合115位于重布线层111的上侧，而第二半导体晶粒105与第三半导体晶粒107位于重布线层111的下侧。在一些实施例中，传导接合115为传导凸块，其包含传导材料，例如焊料、铜、镍或金。在一些实施例中，传导接合115为焊球、球栅阵列(ballgridarray，bga)球、受控的塌陷芯片连接(controlledcollapsechipconnection，c4)凸块、微凸块、柱、或类似物。在一些实施例中，传导接合115为球形、半球形、或圆筒形。
比较图1的半导体结构10与图2的半导体结构100，图1的半导体结构10具有其他元件(电路基板21与传导凸块11)，而图2的半导体结构100则无这些元件存在。因此，图2的半导体结构100的高度小于图1的半导体结构10的高度。换言之，图2的半导体结构100可符合半导体装置市场的规模微小化需求(小尺寸架构)。
此外，参阅图2，第二半导体元件105位于第一半导体元件101上，第二半导体元件105与第一半导体元件101之间实质上无高热阻(highthermalresistance)的空气间隙；因此，第二半导体元件105与第一半导体元件101之间的热阻(thermaldissipationresistance)降低，并且第一半导体元件101与第二半导体元件105之间具有散热路径。因此，第一半导体元件101或第二半导体元件105产生的热可经由具有较小热阻的散热路径实质消散至周围环境。
相似地，参阅图2，第三半导体元件107位于第一半导体元件101上，第一半导体元件101与第三半导体元件107之间实质上无使用高热阻的空气间隙；因此，第三半导体元件107与第一半导体元件101之间的热阻降低，并且第一半导体元件101与第三半导体元件107之间具有散热路径。因此，第一半导体元件101或第三半导体元件107产生的热可经由具有较小热阻的散热路径实质消散至周围环境。
图3为剖面示意图，例示本公开实施例的半导体结构100’。图3所示的半导体结构100’与图2所示的半导体结构100实质相同，差别在于传导件103的位置。在图2中，传导件103位于半导体结构100的周围区域中，而图3的传导件103位于半导体结构100’的中心区域。
本公开亦提供半导体结构的制造方法。在一些实施例中，可通过图4所示的方法300形成半导体结构。方法300包含一些操作并且描述与说明不被视为操作顺序的限制。方法300包含一些步骤(301、303、305、307与309)。
在步骤301中，提供第一半导体元件101，如图5所示。在一些实施例中，第一半导体元件101为存储器元件，例如dram芯片或dram晶圆。
在步骤303中，在第一半导体元件101上形成一些传导件103，如图5所示。在一些实施例中，通过微影制程与镀膜制程或任何其他合适的制程，形成传导件103，传导件103与第一半导体元件101之间无使用焊接材料。
在步骤305中，在第一半导体元件101上附接第二半导体元件105与第三半导体元件107，如图6所示。在一些实施例中，第二半导体元件105经由粘着剂113a或通过融合接合制程而附接于第一半导体元件101上，第二半导体元件105与第一半导体元件101之间无使用电路基板。相似地，第三半导体元件107经由粘着剂113b或通过融合接合制程而附接于第一半导体元件101上，第三半导体元件107与第一半导体元件101之间无使用电路基板。
在步骤307中，在第一半导体元件101上形成封装件109，如图7所示。在一些实施例中，在封装件109形成于第一半导体元件101上之前，第二半导体元件105与第三半导体元件107已附接于第一半导体元件101上；因此，封装件109环绕第二半导体元件105、第三半导体元件107与传导件103。在一些实施例中，在封装件109形成过程中，第一半导体元件101作为第二半导体元件105与第三半导体元件107的载体基板。
在步骤309中，形成重布线层111于第二半导体元件105、第三半导体元件107与传导件103上，如图8所示。在一些实施例中，通过沉积、微影与蚀刻制程形成重布线层111。此外，在重布线层111上形成一些传导接合115。在一些实施例中，在形成封装件109之后，再形成重布线层111。
参阅图9，通过在第一半导体元件101的背面进行研磨制程，以薄化第一半导体基板101，其中第二半导体元件105与第三半导体元件109位于第一半导体元件101的正面上。
参阅图10，晶圆被切割为分离的半导体封装。在一些实施例中，经由晶粒切割或单粒化制程分隔晶圆，其中颗粒化工具117(例如机械或激光锯)于个别芯片或晶粒之间切割穿过基板。在一些实施例中，激光锯使用氩(ar)为基础的离子激光束工具。
本公开的实施例提供一种半导体结构。该半导体结构包含第一半导体元件；位于该第一半导体元件上的至少一传导件；位于该第一半导体元件上的一第二半导体元件；位于该第一半导体元件上的封装件；以及位于该第二半导体元件与该至少一传导件上的重布线层(rdl)；其中该封装件环绕该第二装置与该至少一传导件。
本公开的另一实施例提供半导体结构的制造方法。该制造方法包含：提供第一半导体元件；形成至少一传导件于该第一半导体元件上；附接一第二半导体元件于该第一半导体元件上；形成一封装件于该第一半导体元件上，其中该封装件环绕该第二半导体元件与该至少一传导件；以及在该第二半导体元件与该至少一传导件上形成重布线层(rdl)。
在一些实施例中，在该第一半导体元件上形成该封装件之前，该第二半导体元件已附接至该第一半导体元件上；因此，该封装件环绕该第二半导体元件与该至少一传导件。在一些实施例中，在该封装件形成过程中，该第一半导体元件是作为该第二半导体元件的载体基板。
在本公开的一些实施例中，该半导体结构没有使用电路基板与传导凸块于该第一半导体元件与该第二半导体元件之间(以及若有第三半导体元件存在，亦无使用电路基板与传导凸块于该第一半导体元件与该第三半导体元件之间)，因此半导体结构的高度小于具有对应的中介电路基板与传导凸块的半导体结构的高度。换言之，本公开的半导体结构可符合半导体装置市场的规模微小化需求(小尺寸架构)。
在本公开的一些实施例中，第二半导体元件(以及若有第三半导体元件的情况，)位于该第一半导体元件上，该第二半导体元件与该第一半导体元件之间实质上没有高热组的空气间隙；因此，该第二半导体元件与该第一半导体元件之间的热阻(thermaldissipationresistance)降低，并且该第一半导体元件与该第二半导体元件之间具有散热路径。如此，第一半导体元件或第二半导体元件产生的热可经由该散热路径实质被消散至周围环境。
虽然已详述本公开及其优点，然而应理解可进行各种变化、取代与替代而不脱离权利要求所定义的本公开的精神与范围。例如，可用不同的方法实施上述的许多制程，并且以其他制程或其组合替代上述的许多制程。
再者，本申请案的范围并不受限于说明书中所述的制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法与步骤的特定实施例。本领域的技术人员可自本公开的公开内容理解可根据本公开而使用与本文所述的对应实施例具有相同功能或是达到实质相同结果的现存或是未来发展的制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤。据此，这些制程、机械、制造、物质组成物、手段、方法、或步骤是包含于本申请案的权利要求内。