【专利解密】美光最新公开的半导体装置

【嘉德点评】美光发明的半导体装置，可以有效的减小裸片于衬底结构之间的分离距离，从而减小错误率以及有效降低成本。

集微网消息，半导体裸片是半导体元器件在制造完成、封装之前的产品形态，通常以大圆片或单颗芯片的形式存在，封装后成为半导体元件、集成电路、或更复杂电路的组成部分。裸片包含用于存储器单元、处理器电路及成像器装置的互连件。

如上图为现有的技术方案，半导体装置100包含具有裸片互连件104的裸片102，裸片和具有衬底互连件108的衬底结构106相连接，并通过裸片互连件彼此电耦合。此外，裸片互连件及衬底互连件可彼此直接接触或通过中间结构接触，可以看到这种结构下，裸片与衬底之间的间隙较大。

随着半导体领域的技术进步及增加的应用，市场一直在寻找更快且更小的半导体装置，为了满足市场需求，半导体装置的物理大小和尺寸正在被推向极限。例如，人们正在努力减小裸片与衬底结构之间的距离。

然而，由于各种因素的存在，例如底胶填充的粘度电平、陷留空气、底胶填充的不均匀流动、互连件之间的空间等问题，会引起半导体装置的电气故障。此外，由于装置越来越小，制造成本也会大大增加。

为此，美光科技在18年12月3日申请了一项名为“具有分层保护机制的半导体装置及相关系统、装置及方法”的发明专利（申请号：201880069079.X），申请人为美光科技公司。

根据目前该专利公开的资料，让我们一起来看看这项半导体装置吧。

如上图，为该专利中发明的半导体装置的平面图，半导体装置200主要包括安装在衬底上的多个半导体裸片，在裸片之间，半导体装置包含电耦合结构的内部互联件218。

在该装置的外围，第一围封壳220和第二围封壳222各自形成包围内部互连件的金属结构，在裸片和PCB衬底之间，经围封的空间224内部填充有惰性气体，因此，围封壳可将内部互连件的的外部空间隔离。

除了围封壳进行距离的分离以外，半导体装置还配置了围封电容242，围封电容可以为内部互连件提供有效信号的电容，且其他围封壳可以连接到第二电压电平，因为不需要底胶填充。这样做的好处就在于接合线厚度可以减小，可以使得多裸片堆叠的高度非常低。

此外，排除焊料的围封壳通过消除柱凸块来减小制造成本，排除焊料的围封壳通过提供无焊料帽的清洁接头来移除与焊料桥接、塌陷、匮乏、金属间化合物(IMC)、电磁(EM)效应等相关联的故障模式，从而可以降低故障率。

如上图，为制造方法中的选定阶段处的半导体装置的横截面视图，第一裸片802包含在第一裸片底表面下方突出的第一裸片互连件804、多个第一裸片内部围封壳和第一裸片外部围封壳811。

第一裸片内部围封壳和第一裸片外部围封壳分别为金属围封壳结构的固体金属结构，裸片的周围环绕着第一裸片内部围封壳，且第一裸片外部围封壳可沿水平面环绕第一裸片内部围封壳。

该专利中使用裸片的单独制造工艺来制造具有第一裸片互连件及裸片围封壳的第一裸片，这种单独制造工艺可根据突出部测量值产生第一裸片互连件及裸片围封壳，同时根据突出部测量值，裸片互连件和围封壳可以平行于裸片底表面。

最后，我们来看看这种制造半导体装置的方法流程图，从图中可以看到，该专利通过使用单独制造工艺来制造裸片，裸片将和衬底结合后送入下一步骤。

准备好裸片和衬底之后，对准工艺可将裸片对准于衬底上方，其中每一裸片互连件的一部分沿垂直线与衬底互连件的对应部分重合，裸片围封壳的一部分沿垂直线与衬底围封壳重合。

接着，接合工艺通过控制结构中的温度、对结构施加压力来完成接合，例如通过接合工艺，可形成围封壳、经围封空间、互连件等结构，同时也可以消除氧化物，从而降低成本以及错误率。

以上就是美光发明的半导体装置，随着半导体领域技术的不断推进，市场一直在寻找更快更小的装置，半导体装置的物理大小和尺寸正在被推向极限，而美光的这项专利则可以有效的减小裸片于衬底结构之间的分离距离，从而减小错误率以及有效降低成本。

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（校对/holly）