具有带聚合物衬底的半导体器件的印刷电路模块以及其制造方法_3

文档序号:9669167阅读:来源:国知局
0的第一表面38上的图案分配。一旦聚合物衬底40被附连到半导体堆叠结构10的第一表面38,则拆卸临时载体安装36(步骤108)。
[0040]在用于制造半导体器件42的工艺中使用的步骤的顺序将取决于使用的安装工艺和载体的类型。存在多个这样可获得的工艺。广泛用于通过衬底通孔(TSV)处理的典型拆卸步骤包括将晶片安装到透明石英载体的UV粘合胶带暴露到UV光,这改变UV胶带的化学性质,使得半导体器件42能够容易地从临时载体安装36分离。然后半导体器件42能够用普通化学溶剂和/或等离子清洗工艺清洗。
[0041]然后半导体器件42能够通过多个不同传统工艺从原始晶片(未示出)单体化成单独管芯。切穿半导体堆叠结构10和聚合物衬底40的典型锯切操作是管芯单体化的优选方法。其他单体化方法诸如激光锯切、激光划线或金刚石划线能够被用作替代方式。
[0042]应该注意该公开中教导的半导体器件和方法以传统制造的RFSOI CMOS晶片开始,在该示例性情况中该晶片是设置在硅晶片操作12上的半导体堆叠结构10。然而,一个区别在于不存在对硅晶片操作12具有高电阻率的需要,因为硅晶片操作12被去除并且不成为半导体器件42的一部分。如果半导体器件42要求倒装片封装,则它理想地应该已经包括源极倒装片凸块26和漏极倒装片凸块32,尽管这样的要求取决于使用的凸块或柱封装技术的特定特性可能不是必需的。在该示例性情况中,认为晶片工艺通过凸起来完成。
[0043]图6是示出在半导体器件42到达稳定状态供电条件后通过具有聚合物衬底40的半导体器件42的热流路径的半导体器件的现有技术横截面图。在正常操作下,通过NFET 18中的能量损耗产生热。产生的热的起源由邻近NF E T 18的B 0 X层14中的虚线椭圆表示。热流由虚线箭头表示。如通常对高性能RF应用那样,半导体器件42被倒装片安装在其最终应用中。这样,要被抽取的热通过热传导被传递到源极倒装片凸块26和漏极倒装片凸块32。典型的SOI技术的热分析指出除非硅晶片操作12(图1)用良好导热材料替代,否则NFET 18在额定条件下快速过热并且实质上变为非常不可靠以及很可能失效。在正常条件和设计规则下,背端线(back-end-of-line)金属化层(未示出)提供太高的热电阻路径以至于不能有效用作用于耗散由器件产生的热的装置。聚合物衬底40从热管理角度有效地实现与原始硅晶片操作12相同的功能,同时还提供更好改进的线性特性以及比硅晶片操作12的lk Ohm-cm衬底电阻率有效高得多的衬底电阻率。
[0044]图7是列出针对可用于形成半导体器件42的聚合物衬底40的示例性聚合物材料的热、机械、电和物理规格的规格表。要理解规格表仅提供示例性规格并且各种机械和物理属性在本公开的范围内可获得。此外,针对在图7的表中提供的热和电属性的数量值仅表示在以上公开中已经讨论的热和电属性的范围内的示例性值。
[0045]图8是具有设置到器件层48上的诸如焊料凸块或铜(Cu)柱的电接触46的RF绝缘体上硅(RFS0I)晶片44的横截面图。器件层48通过设置在器件层48和操作晶片52之间的埋藏氧化物(BOX)层50保护。操作晶片52是相对低成本低电阻率硅衬底,其被用来在包括将电接触46添加到器件层48的顶部表面的凸起步骤的处理步骤期间保护和操作器件层48。
[0046]图9是图8的RFS0I晶片44的顶部视图。在该顶部视图中,电接触46在表示管芯54的轮廓内示出。在将电接触46添加到器件层48后,典型地将管芯54单体化。
[0047]图10描绘插件板56,该插件板56最终制造成具有安装在印刷电路衬底58上的管芯54的单独管芯的印刷电路模块(未示出)。电接触46以虚线示出来表示电接触46在该顶部视图中不可见。
[0048]图11是具有管芯62的未完成印刷电路60的横截面图,该管芯62是安装到印刷电路衬底58的管芯54(图10)中的一个。管芯62的电接触46典型地被焊接或熔融到印刷电路衬底58的表面上的导电焊盘64。模块凸块66通过印刷电路衬底58内的金属化层68被親合到导电焊盘。
[0049]顶部保护层70被设置到印刷电路衬底58上直接抵靠管芯62上到平面P,该平面P基本上与操作层72之间的界面平齐,该操作层72是操作晶片52(图8和图9)的单体化的部分。顶部保护层70典型地由聚合物材料诸如在图7的规格表中列出的示例性聚合物制成。替选地,在至少一个实施例中,顶部保护层70由电介质材料诸如设置在印刷电路衬底58的整个顶部表面之上的聚酰亚胺制成。存在电子工业中熟知的可用于将顶部保护层70施加到印刷电路衬底58的顶部的多个沉积和平坦化技术。
[0050]图12是进一步包括底部保护层74而操作层72(图11)被刻蚀掉以产生减薄的管芯62T的未完成印刷电路60的横截面图。此外,在一些实施例中,在后面是操作层72的剩余部分的选择性湿法或干法刻蚀之前,传统的研磨操作去除大部分的操作层72。在这样的情况中,省略底部保护层74并且使用对本领域技术人员所知的多个技术来保护模块凸块66。一个这样的技术将用粘合保护片或胶带(类似于在锯切诸如在图10中描绘的插件板56的插件板期间所使用的)来覆盖印刷电路衬底58的背侧。然而,在图12中描绘的底部保护层74典型地是设置在印刷电路衬底58的整个底部表面之上的诸如聚酰亚胺的电介质材料。底部保护层74至少足够厚以覆盖模块凸块66。
[0051]如在图12中进一步描绘的,用于去除操作层72的一个方法是使用湿化学物质诸如乙二胺(EDA)和邻苯二酚(C6H4(0H)2)以及水的组合。该组合以约100埃/秒的速率刻蚀硅但是不以近似的速率刻蚀二氧化硅。还可以使用其他刻蚀剂化学物质诸如氢氧化钾(Κ0Η)或四甲基氢氧化铵(TMAH)。然而,当最后操作层72被去除时必须使用停止工艺。要理解通过各种技术来去除操作层72在本公开的范围内,只要完成这样的步骤而不显著影响BOX层50和与减薄的管芯62T和印刷电路衬底58相关联的任何期望保护区域。
[0052]图13是具有设置在减薄的管芯62T之上以提供减薄的管芯62T的永久保护的聚合物层76的印刷电路60的横截面图。与通常在过模制操作中使用的塑料相比较,聚合物层76具有相对独特的特性集合,因为在大多数应用中使用的绝大多数塑料化合物是极其糟糕的热导体。聚合物层76是独特的,因为它提供相对优异的电绝缘同时还提供优异的热传导。具有该特定特性组合的专有塑料化合物在工业上可获得。在图7的规格表中公开针对聚合物层76的示例性材料。
[0053]聚合物层76材料的实际成分本身并不重要,只要材料提供超过1兆Ohm-cm的电阻率同时提供至少>2W/mK的热导率。用于具有热导率值在10-50W/mK范围中的聚合物层76的材料目前在塑料工业中可获得。在BOX层50和聚合物层76之间建立永久粘合键合也是高度期望的。在一些实施例中,键合层78诸如氮化物层被设置到BOX层50上以增强聚合物层76和BOX层50之间的粘合。
[0054]一旦聚合物层76通过成型或其他沉积工艺设置在BOX层50之上,则聚合物层76提供对额外处理步骤诸如去除底部保护层74所必须的刚性。针对聚合物层76的适合厚度范围从约ΙΟΟμπι到约500μπι。然
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