中介层上设有面对面芯片的半导体元件及其制作方法
【技术领域】
[0001]本发明是关于一种半导体元件，尤指一种中介层上设置有面对面芯片且该些芯片热性连接至各个散热座的半导体元件及其制造方法。
【背景技术】
[0002]为了整合行动、通信以及运算功能，半导体封装产业面临极大的散热、电性以及可靠度挑战。尽管在文献中已报导许多面对面芯片组件，但该些组件仍然存在许多性能不足的问题。举例来说，美国专利案号6，281，042,7, 626，829中所揭露的半导体元件将芯片设置于中介层的两侧上，以使该些面对面芯片可通过该中介层而彼此电性连接。然而，因为中介层通常是由如硅或玻璃的易碎材料所制成，并且具有许多贯孔穿透其中，因此在支撑板级组件(board level assembly)时，中介层的机械性强度及刚性是有问题的。因此，不具有足够机械支撑力的独撑中介层将引发可靠度问题，其可能导致中介层破裂并因而造成芯片间的电性连接断开。
[0003]美国专利公开号2014/0210107以及美国专利案号8，502, 372,8, 008, 121中所揭露的面对面芯片组件提供中介层的机械性支撑以改善装置可靠度问题。然而，其作法将造成严重的性能衰减问题，原因在于，封装芯片所产生的热无法通过热绝缘材料适当地散逸。
[0004]为了上述理由及以下所述的其他理由，目前亟需发展一种使面对面芯片互连的新装置与方法，其不再使用独撑的中介层，以改善装置的可靠度，并避免使用如模制化合物或树脂层压材的热绝缘材料来封装芯片，以防止芯片过热而造成装置可靠度及电性效能上的重大问题。
【发明内容】
[0005]本发明的主要目的是提供一种中介层上设置有面对面芯片的半导体元件，其中该中介层被牢固地贴附至一散热座，以使该散热座可对该中介层提供必要的机械性支撑力，其中该中介层连接设置于其上的面对面芯片。
[0006]本发明的另一目的是提供一种中介层上设置有面对面芯片的半导体元件，其中至少一芯片被罩盖于散热座的凹穴中，以有效地散逸该芯片产生的热，以改善半导体元件的信号完整性及电性效能。
[0007]依据上述及其他目的，本发明提出一半导体元件，其包括一中介层、顶部及底部芯片、以及一顶部散热座。该顶部芯片通过多个凸块以电性耦接至该中介层的顶面，且嵌埋于顶部散热座的凹穴中，并使该中介层的顶面贴附至该顶部散热座。该底部芯片通过多个凸块以电性耦接至该中介层的底面，并且因此通过该中介层的多个贯孔以电性连接至该顶部芯片。该半导体元件可选择性地还包括一平衡层、一底部散热座、以及一互连基板。该底部散热座热性连接至该底部芯片以提供该底部芯片的散热。该平衡层覆盖该中介层的侧壁，并且优选是侧向延伸至该半导体元件的外围边缘。该互连基板设置于该中介层的顶面或底面上，并且电性耦接至该中介层，以作为进一步的扇出路由。
[0008]在本发明的一实施方面中，本发明提供一种中介层上设置有面对面芯片的半导体元件制作方法，包括以下步骤:提供一中介层，其包含一第一表面、与该第一表面相反的一第二表面、该第一表面上的多个第一接触垫、该第二表面上的多个第二接触垫、以及电性耦接该些第一接触垫与该些第二接触垫的多个贯孔；通过多个凸块电性耦接一第一芯片至该中介层的该些第一接触垫，以提供一芯片-中介层堆叠次组件；提供一第一散热座，其具有一凹穴；使用一导热材料贴附该芯片-中介层堆叠次组件至该第一散热座，并使该第一芯片插入该凹穴中且该中介层侧向延伸于该凹穴外；选择性地提供一平衡层，该平衡层覆盖该中介层的侧壁及该第一散热座；在该芯片-中介层堆叠次组件贴附至该第一散热座后，通过多个凸块电性耦接一第二芯片至该中介层的该些第二接触垫，并选择性地通过多个焊球电性耦接一互连基板至该中介层的该第二表面上的多个额外的第二接触垫；以及选择性地贴附一第二散热座至该第二芯片上。
[0009]在本发明的另一实施方面中，本发明提供一种中介层上设置有面对面芯片的半导体元件的另一制作方法，包括以下步骤:提供一中介层，其包含一第一表面、与该第一表面相反的一第二表面、该第一表面上的多个第一接触垫、该第二表面上的多个第二接触垫、以及电性耦接该些第一接触垫与该些第二接触垫的多个贯孔；通过多个凸块电性耦接一第一芯片至该中介层的该些第一接触垫，以提供一芯片-中介层堆叠次组件；提供一第一散热座，其具有一凹穴；使用一导热材料贴附该芯片-中介层堆叠次组件至该第一散热座，并使该第一芯片插入该凹穴中且该中介层侧向延伸于该凹穴外；提供一平衡层，该平衡层覆盖该中介层的侧壁及该第一散热座；在该芯片-中介层堆叠次组件贴附至该第一散热座后，通过多个凸块电性耦接一第二芯片至该中介层的该些第二接触垫；使用一导热材料贴附一第二散热座至该第二芯片，并使该第二芯片插入该第二散热座的凹穴中且该中介层侧向延伸于该第二散热座的该凹穴外；移除第一或第二散热座的选定部分，以显露中介层第一表面上多个额外的第一接触垫或第二表面上多个额外的第二接触垫；以及选择性地通过多个焊球电性耦接一互连基板至该中介层的该些额外的第一接触垫或该些额外的第二接触垫。
[0010]除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。
[0011]在本发明的再一实施方面中，本发明提供了一种中介层上设置有面对面芯片的半导体元件，其包括:一第一芯片、一第二芯片、一中介层、一第一散热座、选择性的一平衡层、选择性的一第二散热座、以及选择性的一互连基板，其中(i)该中介层具有一第一表面、与该第一表面相反的一第二表面、该第一表面上的多个第一接触垫、该第二表面上的多个第二接触垫、以及电性耦接该些第一接触垫及该些第二接触垫的多个贯孔；(ii)该第一芯片通过多个凸块以电性耦接至该中介层的该些第一接触垫，以构成一芯片-中介层堆叠次组件；(iii)该芯片-中介层堆叠次组件使用一导热材料以贴附至该第一散热座，同时该第一芯片被罩盖于该第一散热座的一凹穴中且该中介层侧向延伸于该凹穴外；(iv)该第二芯片通过多个凸块以电性耦接至该中介层的该些第二接触垫；(V)该选择性的平衡层覆盖该中介层的侧壁；(vi)该选择性的第二散热座贴附至该第二芯片上，或是该第二芯片插入该第二散热座的一凹穴中且该中介层侧向延伸于该第二散热座的该凹穴外，同时该第二散热座通过一导热材料以贴附至第二芯片；以及(vii)该选择性的互连基板通过多个焊球电性耦接至该中介层的该第一表面上的多个额外的第一接触垫或该第二表面上的多个额外的第二接触垫。
[0012]本发明的半导体元件及其制作方法具有许多优点。举例来说，通过覆晶接合方式将芯片电性耦接至中介层的相反两侧，其可提供面对面设置于中介层相反两侧上的芯片间的最短互连距离。贴附芯片-中介层堆叠次组件至中介层，并使芯片插入凹穴中是特别具有优势的，其原因在于，散热座可提供嵌埋芯片的散热，并且在中介层另一侧进行互连步骤时，散热座可作为支撑平台。
[0013]本发明的上述及其他特征与优点可通过下述优选实施例的详细叙述更加清楚明了。
【附图说明】
[0014]参考随附附图，本发明可通过下述优选实施例的详细叙述更加清楚明了，其中:
[0015]图1及2分别为本发明的第一实施方面中，中介层面板的剖视图及顶部立体视图；
[0016]图3为本发明的第一实施方面中，将凸块设置于芯片上的剖视图；
[0017]图4及5分别为本发明的第一实施方面中，图3芯片电性耦接至图1及2中介层面板的面板组件的剖视图及顶部立体视图；
[0018]图6及7分别为本发明的第一实施方面中，图4及5的面板组件被切割后的剖视图及顶部立体视图；
[0019]图8及9分别为本发明的第一实施方面中，对应于图6及7切离单元的芯片-中介层堆叠次组件的剖视图及顶部立体视图；
[0020]图10及11分别为本发明的第一实施方面中，散热座的剖视图及底部立体视图；
[0021]图12及13分别为本发明的第一实施方面中，将黏着剂涂布于图10及11散热座上的剖视图及底部立体视图；
[0022]图14及15分别为本发明的第一实施方面中，将图8及9的芯片-中介层堆叠次组件贴附至图12及13散热座的剖视图及底部立体视图；
[0023]图16及17分别为本发明的第一实施方面中，图14及15结构上具有另一黏着剂的剖视图及底部立体视图；
[0024]图18及19分别为本发明的第一实施方面中，自图16及17结构移除过剩黏着剂后的剖视图及底部立体视图；
[0025]图20及21分别为本发明的第一实施方面中，将平衡层设置于图18及19结构上的剖视图及顶部立体视图；
[0026]图22为本发明的第一实施方面中，将额外的芯片设置于图20结构上以制成半导体元件的剖视图；
[0027]图23为本发明的第二实施方面中，于散热座上形成定位件的剖视图；
[0028]图24为本发明的第二实施方面中，于散热座上形成另一方面的定位件的底部立体视图；
[0029]图25为本发明的第二实施方面中，层压基板的剖视图；
[0030]图26为本发明的第二实施方面中，将图25的层压基板加工制成一定位件的剖视图；
[0031]图27为本发明的第二实施方面中，具有开口的层压基板剖视图；
[0032]图28为本发明的第二实施方面中，将图27的层压基板加工制成一定位件的剖视图；
[0033]图29为本发明的第二实施方面中，于图26的层压基板中形成一凹穴以制成另一实施方面的散热座剖视图；
[0034]图30为本发明的第二实施方面中，于金属板上形成定位件的剖视图；
[0035]图31为本发明的第二实施方面中，将基层设置于图30结构上以制成再一实施方面的散热座剖视图；
[0036]图32为本发明的第二实施方面中，将黏着剂涂布于图23散热座上的剖视图；
[0037]图33为本发明的第二实施方面中，将芯片-中介层堆叠次组件贴附至图32散热座的剖视图；
[0038]图34为本发明的第二实施方面中，图33结构上具有另一黏着剂的剖视图；
[0039]图35为本发明的第二实施方面中，自图34结构移除过剩黏着剂后的剖视图；
[0040]图36为本发明的第二实施方面中，将芯片-中介层堆叠次组件贴附至图31散热座的剖视图；
[0041]图37为本发明的第二实施方面中，将平衡层设置于