半导体装置组合件及制作半导体装置组合件的方法与流程

本文描述的实施例涉及可减少或最小化半导体装置在处理期间的翘曲的形状记忆材料及使用此类形状记忆材料减少或最小化半导体装置的翘曲的方法。所述形状记忆材料可经温度或电激活。

背景技术：

半导体处理及封装技术继续发展以满足提高性能及减小尺寸的行业要求。电子产品，例如手机、智能电话、平板计算机、个人数字助理、膝上型计算机，以及其它电子装置，需要具有较高装置密度同时具有相对较小的占用面积的封装式半导体组合件。举例来说，存储器装置、处理器及其它装置可用的空间在电子产品中继续减小，从而提供对增加半导体装置密度的需要。半导体装置厚度继续减小以减小半导体装置封装的大小。增加半导体装置密度的一种方法是堆叠半导体装置以形成半导体装置组合件。

在形成半导体装置组合件的工艺期间，所述组合件可经受具有高温的各种工艺。举例来说，在半导体装置之间创建焊接点或互连件的回流工艺期间的温度可达到高温，例如摄氏260度。如所属领域的一般技术人员应了解，高温可取决于半导体装置组合件的组件以及用于形成组合件的工艺改变。作为另一实例，在热压接接合(tcb)工艺期间，半导体装置组合件经受高温，这可导致所述组合件中的半导体装置组件的非所要翘曲。

半导体装置组合件可包括各种组件，例如(但不限于)衬底、半导体装置及模制化合物。所述组件中的每一者可具有不同热膨胀系数(cte)，其可产生潜在问题。随着半导体装置组合件经受高温，半导体装置组合件可由于组合件的个别组件的不同cte而经历翘曲。翘曲可在组合件的组件上提供大量应力。如果翘曲过大，翘曲就可产生半导体装置组合件内的互连件的可靠性问题。举例来说，大于(但不限于)50微米的翘曲可导致焊接点可靠性问题。

归因于cte失配的翘曲在将半导体装置组合件连接到板或衬底时可产生问题。同样，cte失配也可在将第一半导体装置连接到第二半导体装置时产生问题。第一半导体装置在预期回流温度下具有第一翘曲，且第二半导体装置可在预期回流温度下具有不同于第一翘曲的第二翘曲。第一翘曲与第二翘曲之间的差异可使得难以将第一半导体装置连接到第二半导体装置。举例来说，如果翘曲增加两个半导体装置之间的距离，那么翘曲可导致两个半导体装置之间的互连件开裂。相反，如果翘曲减小两个半导体装置之间的距离，那么翘曲可导致两个邻近互连件之间短路。受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，距离减小可导致互连件材料(其可为焊料)朝向邻近互连件横向扩展。

可存在额外缺点及劣势。

技术实现要素：

根据本发明的实施例，一种半导体装置组合件包括：第一半导体装置；衬底，所述第一半导体装置连接到所述衬底；第一元件，其包括连接到所述第一半导体装置的形状记忆材料；其中所述第一元件经配置以返回到初始形状以减少所述第一半导体装置在第一经预先确定的温度下的翘曲。

根据本发明的另一实施例，一种半导体装置组合件包括：半导体装置，其在经预先确定的温度下具有翘曲；至少一个温度激活的形状记忆元件，其连接到所述半导体装置；其中所述至少一个温度激活的形状记忆元件经配置以移动到初始形状以减少所述半导体装置在所述经预先确定温度下的所述翘曲。

根据本发明的另一实施例，一种制作半导体装置组合件的方法包括：提供衬底；提供第一半导体装置；提供连接到所述第一半导体装置的第一温度激活的形状记忆元件；将所述第一半导体装置连接到所述衬底；及将所述半导体装置组合件加热到第一经预先确定的温度，其中所述第一温度激活的形状记忆元件移动到初始形状以减少所述第一半导体装置在所述第一经预先确定的温度下的翘曲。

根据本发明的另一实施例，一种半导体装置组合件包括：半导体装置，其在经预先确定的温度下具有翘曲；至少一个电激活的形状记忆元件，其连接到所述半导体装置；其中所述至少一个电激活的形状记忆元件经配置以在将电力施加于所述至少一个电激活的形状记忆元件之后移动到初始位置以减少所述半导体装置的所述翘曲。

根据本发明的另一实施例，一种制作半导体装置组合件的方法包括：提供衬底；提供半导体装置；提供连接到所述半导体装置的电激活的形状记忆元件；将所述半导体装置连接到所述衬底；及将电力施加于所述电激活的形状记忆元件以修改所述半导体装置的翘曲。

附图说明

图1是包括经由多个互连件连接到衬底的半导体装置的半导体装置组合件的实施例的示意图。

图2是包括连接到半导体装置(其经由多个互连件连接到衬底)的温度激活的形状记忆元件的半导体装置组合件的实施例的示意图。

图3是包括经由多个互连件连接到衬底的半导体装置的半导体装置组合件的实施例的示意图，所述半导体装置包含温度激活的形状记忆元件。

图4是包括经由多个互连件连接到衬底的半导体装置及多个温度激活的形状记忆元件的半导体装置组合件的实施例的示意图。

图5a是展示在一温度下具有第一翘曲的半导体装置及在所述温度下具有第二翘曲的衬底的示意图。

图5b是展示导致半导体装置的翘曲与衬底的翘曲基本上共形的形状记忆元件的示意图。

图6是在半导体装置上呈一图案的形状记忆元件的实施例的示意图。

图7是在半导体装置上呈一图案的形状记忆元件的实施例的示意图。

图8是包括经由多个互连件连接到彼此的两个半导体装置及衬底的半导体装置组合件的实施例的示意图，所述组合件包含多个温度激活的形状记忆元件。

图9是制作半导体装置组合件的方法的实施例的流图。

图10是包括经由多个互连件连接到衬底的半导体装置的半导体装置组合件的实施例的示意图，所述半导体装置包含电激活的形状记忆元件。

图11是包括经由多个互连件连接到衬底的半导体装置的半导体装置组合件的实施例的示意图，所述半导体装置包含电激活的形状记忆元件。

图12是制作半导体装置组合件的方法的实施例的流图。

虽然本发明易受各种修改及替代形式影响，但特定实施例在图中已通过实例展示且将在本文中进行详细描述。然而，应理解，本发明不希望限于所揭示的特定形式。实情是，希望涵盖落于所附权利要求书所界定的本发明的范围内的所有修改、等效物及替代物。

具体实施方式

在本发明中，论述众多特定细节以提供对本发明的实施例的透彻及启发性描述。所属领域的一般技术人员应认识到，本发明可在无需特定细节中的一或多者的情况下实践。通常与半导体装置及半导体装置封装相关联的众所周知的结构及/或操作可能未展示及/或可能未详细描述以避免模糊本发明的其它方面。一般来说，应理解，除了本文揭示的所述特定实施例外的各种其它装置、系统及/或方法可在本发明的范围内。

术语“半导体装置组合件”可指代一或多个半导体装置、半导体装置封装及/或衬底的组合件，其可包含中介层、支撑件及/或其它合适的衬底。半导体装置组合件可制造为(但不限于)离散封装形式、条形或矩阵形式及/或晶片面板形式。术语“半导体装置”通常是指包含半导体材料的固态装置。半导体装置可包含(例如)半导体衬底、晶片、面板或来自晶片或衬底的单个裸片。半导体装置在本文可指代半导体裸片，但半导体装置不限于半导体裸片。

如本文使用，术语“垂直”、“横向”、“上”及“下”可指代图中展示的半导体装置及/或半导体装置组合件中的特征的相对方向或位置。举例来说，“上”或“最上”可指代比另一特征更靠近页的顶部定位的特征。然而，这些术语应广义地解释为包含具有其它定向(例如倒转或倾斜定向)的半导体装置及/或半导体装置组合件，其中顶部/底部、在……之上/在……之下、上方/下方、上/下及左/右可取决于所述定向互换。

本发明的各种实施例涉及半导体装置、半导体装置组合件、半导体封装、半导体装置封装及制造及/或操作半导体装置的方法。

本发明的实施例是半导体装置组合件，其包括第一半导体装置及衬底，其中所述第一半导体装置连接到所述衬底。所述组合件包括第一元件，其经配置具有连接到所述第一半导体装置的形状记忆材料。所述第一元件经配置以返回到初始形状以减少所述第一半导体装置在第一经预先确定的温度下的翘曲。

本发明的实施例是半导体装置组合件，其包括在经预先确定的温度下具有一翘曲的半导体装置及连接到所述半导体装置的至少一个温度激活的形状记忆元件。所述至少一个温度激活的形状记忆元件经配置以移动到初始形状以减少所述半导体装置在所述经预先确定的温度下的翘曲。

本发明的实施例是制作半导体装置组合件的方法，其包括提供衬底及提供第一半导体装置。所述方法包括提供连接到所述第一半导体装置的第一温度激活的形状记忆元件及将所述第一半导体装置连接到所述衬底。所述方法包括将所述半导体装置组合件加热到第一经预先确定的温度，其中所述第一温度激活的形状记忆元件移动到初始形状以减少所述第一半导体装置在所述第一经预先确定的温度下的翘曲。

本发明的实施例是半导体装置组合件，其包括：半导体装置，其在经预先确定的温度下具有翘曲；及至少一个电激活的形状记忆元件，其连接到所述半导体装置。如本文使用，如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，“电激活”、“电力”或施加“电力”意味着将合适的电压、电流及/或电荷施加于形状记忆元件。所述至少一个电激活的形状记忆元件经配置以在将电力施加于所述至少一个电激活的形状记忆元件后移动到初始位置以修改或减少所述半导体装置的翘曲。

本发明的实施例是制作半导体装置组合件的方法，其包括：提供衬底；提供半导体装置；及将所述半导体装置连接到所述衬底。所述方法包括提供连接到所述半导体装置的电激活的形状记忆元件及将电力施加于所述电激活的形状记忆元件以修改所述半导体装置的翘曲。

图1是半导体装置组合件100的示意图。半导体装置组合件100包含经由多个互连件130a、130b、130c连接到衬底110的第一半导体装置120。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，衬底110可为半导体装置。如图1中展示，第一半导体装置120在经预先确定的温度下具有一翘曲。经预先确定的温度可为在处理期间施加于半导体装置组合件100的温度。举例来说，经预先确定的温度可为(但不限于)在tcb工艺期间或在回流工艺期间组合件加热到的温度。

第一半导体装置120在经预先确定的温度下的翘曲可导致部分互连件130a在第一半导体装置120与衬底110之间伸展。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，互连件130a的伸展可导致互连件130a开裂。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，第一半导体装置120在经预先确定的温度下的翘曲还可导致一些互连件130c压缩，从而导致互连件130c横向扩展，这可导致互连件130c之间的短路。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，互连件130a、130b、130c的数目、形状、大小及/或位置是出于说明性目的展示且可改变。同样，如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，第一半导体装置120的翘曲是出于说明性目的展示且可取决于应用改变。

图2是半导体装置组合件200a的示意图。半导体装置组合件200a包含经由多个互连件130连接到衬底110的第一半导体装置120。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，衬底110可为半导体装置。如本文论述，第一半导体装置120及/或衬底110在经预先确定的温度下具有一翘曲，所述经预先确定的温度可在处理期间施加于半导体装置组合件100。半导体装置120及/或衬底110的翘曲可导致半导体装置组合件100内的不充分互连件130。半导体装置组合件100包含至少一个形状记忆元件180，其经配置以减少半导体装置120及/或衬底110的翘曲。图2展示连接到半导体装置120的表面的形状记忆元件180。形状记忆元件180经配置以在经预先确定的温度下返回到初始形状。替代地，形状记忆元件180可经配置以在将电力施加于形状记忆元件180后返回到初始形状，如本文论述。举例来说，形状记忆元件180的初始形状可为相对平坦的层，其帮助减少或最小化半导体装置120的翘曲。如所属领域的一般技术人员应了解，形状记忆元件180也可定位在衬底110上。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，形状记忆元件180的大小、形状、位置及配置是出于说明性目的展示且可取决于应用改变。举例来说，形状记忆元件180可为多个元件且可为半导体装置120及/或衬底110的内部层，如本文论述。

如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，形状记忆元件180可包括各种材料。举例来说，形状记忆元件140可包括(但不限于)形状记忆合金，例如铜-铝-镍或镍-钛或通过把锌、金、铁及铜铸成合金而形成的各种形状记忆合金。举例来说，基于铁及基于铜的形状记忆合金可为铁-锰-硅、铜-铝-镍及铜-锌-铝。

形状记忆元件180可包括呈各种形状或形式的各种形状记忆材料。举例来说，形状记忆元件180可为沉积在表面的顶部上的层，表面的离散元件沉积的顶部，或可内部沉积在半导体装置120及/或衬底110内。举例来说，半导体装置120及/或衬底110可包括多个层，其中所述层中的一或多者包括形状记忆层。形状记忆元件180经配置以在经预先确定的温度下具有初始形状使得当包含形状记忆元件180的半导体装置组合件被加热到经预先确定的温度时，形状记忆元件180将通过移动到其初始形状减少或最小化半导体装置组合件的至少一组件的翘曲。因此，形状及温度两者经配置以抵消半导体装置组合件的组件的预期翘曲。替代地，形状记忆元件180可经配置以在将电力施加于形状记忆元件180后返回到其初始形状以减少或最小化组件的翘曲。

如所属领域的一般技术人员应了解，第一半导体装置120及/或衬底110在经预先确定的温度下的翘曲可由各种机构预先确定。举例来说，半导体装置组合件100中的每一元件的翘曲可使用热阴影云纹(tsm)模拟。tsm可用于确定形状记忆元件180的潜在位置以减少或最小化翘曲以减少互连件130缺陷。其它机构可用于确定形状记忆元件180的潜在位置以减少或最小化翘曲。

各种图案的形状记忆元件180可用于减少作为半导体装置组合件100的部分的半导体装置120及/或衬底110的翘曲。图6展示在半导体装置120上呈一图案的形状记忆元件180的实施例的示意图。举例来说，形状记忆元件180可围绕半导体装置120间隔地定位以减少或最小化半导体装置120在经预先确定的温度下的翘曲。图7展示在半导体装置120上呈一图案的形状记忆元件180的实施例的示意图。举例来说，形状记忆元件180可从半导体装置120的每一拐角向内延伸。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，可被温度或电激活的形状记忆元件180的大小、形状、位置及/或数目是出于说明性目的展示且可取决于应用改变。

图3是半导体装置组合件200b的示意图。半导体装置组合件200b包含经由多个互连件130连接到衬底110的第一半导体装置120。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，衬底110可为半导体装置。如本文论述，第一半导体装置120及/或衬底110可在经预先确定的温度下具有一翘曲，所述经预先确定的温度可在处理期间施加于半导体装置组合件100。半导体装置组合件100包含经定位作为第一半导体装置120的层的至少一个温度激活的形状记忆元件180。

形状记忆元件180经配置以减少第一半导体装置120在经预先确定的温度下的翘曲。形状记忆元件180经配置以在经预先确定的温度下返回到初始形状(在图3中展示)，使得减少或最小化第一半导体装置120在经预先确定的温度下的翘曲。一个以上形状记忆元件180可如本文论述那样使用。另外，如所属领域的一般技术人员应了解，衬底110可包含一或多个形状记忆元件180。

图4是半导体装置组合件200c的示意图。半导体装置组合件200c包含经由多个互连件130连接到衬底110的第一半导体装置120。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，衬底110可为半导体装置。如本文论述，第一半导体装置120及/或衬底110可在经预先确定的温度下具有一翘曲，所述经预先确定的温度可在处理期间施加于半导体装置组合件100。半导体装置组合件100包含定位于衬底110与第一半导体装置120之间的至少一个温度激活的形状记忆元件180。形状记忆元件180经配置以在经预先确定的温度下返回到初始形状以减少衬底110及/或第一半导体装置120的翘曲。

图5a展示包括第一半导体装置120及衬底110的半导体装置组合件200d。第一半导体装置120将连接到衬底110。然而，第一半导体装置120在经预先确定的温度下可具有不同于衬底110的翘曲的翘曲，如图5a中展示，从而使得难以将第一半导体装置120正确地连接到衬底110。形状记忆元件180可连接到第一半导体装置180，如图5b中展示。形状记忆元件180经配置以在经预先确定的温度下返回到初始形状或通过施加可用于修改第一半导体装置120的翘曲的电力返回到初始形状。如图5b中展示，形状记忆元件180可用于修改第一半导体装置120的翘曲使得其更好地对应于衬底110的翘曲。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，形状记忆元件180可连接到衬底110或在半导体装置120及衬底110两者上。

图8是半导体装置组合件200e的示意图。半导体装置组合件200e包含经由多个互连件130连接到衬底110的第一半导体装置120a。如本文论述，第一半导体装置120在经预先确定的温度下可具有一翘曲，所述经预先确定的温度可在处理期间施加到半导体装置组合件200e。半导体装置组合件100还包含经由多个互连件130连接到第一半导体装置120a的第二半导体装置120b。

半导体装置组合件200e包含第一形状记忆元件180a、第二形状记忆元件180b及连接到第一半导体装置120a的第三形状记忆元件180c。第一形状记忆元件180a连接在第一半导体装置120a的表面上，第二形状记忆元件180b是第一半导体装置120a内的层，且第三形状记忆元件180c连接于第一半导体装置120a与衬底110之间。同样，半导体装置组合件200e包含第一形状记忆元件180a、第二形状记忆元件180b及连接到第二半导体装置120b的第三形状记忆元件180c。第一形状记忆元件180a连接在第二半导体装置120b的表面上，第二形状记忆元件180b是第二半导体装置120b内的层，且第三形状记忆元件180c连接于第一半导体装置120a与第二半导体装置120b之间。

如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，形状记忆元件的形状、大小、配置及/或位置是出于说明性目的展示且可改变。举例来说，半导体装置组合件200e可包含：第一组形状记忆元件180，其在第一经预先确定的温度的下返回到初始形状；及第二组形状记忆元件180，其在第二经预先确定的温度下返回到初始形状。以此方式，形状记忆元件180可经配置以减少、最小化或修改在处理期间施加到半导体装置组合件200e的多个温度下的翘曲。

图9是制作半导体装置组合件的方法300的实施例的流图。方法300包含在310处提供衬底。衬底可为半导体装置，如本文论述。方法300包含在320处提供第一半导体装置及在330处提供连接到第一半导体装置的第一温度激活的形状记忆元件。如本文论述，形状记忆元件可替代地连接到衬底或第一半导体装置及衬底两者。方法300包含在340处将第一半导体装置连接到衬底及在350处将半导体装置组合件加热到第一经预先确定的温度，其中第一温度激活的形状记忆元件移动到初始形状以减少第一半导体装置在第一经预先确定的温度下的翘曲。

方法300可包含在325处确定第一半导体装置在第一经预先确定的温度下的翘曲。在326处，方法300可包含基于翘曲确定定位第一温度激活的形状记忆元件以减少翘曲。方法300可包含在360处提供第二半导体装置，及在370处提供连接到第二半导体装置的第二温度激活的形状记忆元件。方法300可包含在380处将第二半导体装置连接到第一半导体装置。

图10是半导体装置组合件400的示意图。半导体装置组合件400包含经由多个互连件130a、130b、130c连接到衬底110的第一半导体装置120。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，衬底110可为半导体装置。如图10中展示，第一半导体装置120在经预先确定的温度下可具有一翘曲。所述经预先确定的温度可为在处理期间施加到半导体装置组合件400的温度。举例来说，所述经预先确定的温度可为(但不限于)在tcb工艺期间或在回流工艺期间组合件加热到的温度。半导体装置组合件400包含连接到第一半导体装置120的表面的电激活的形状记忆元件180。电激活的形状记忆元件180由于第一半导体装置120的翘曲已从初始位置移动。

第一半导体装置120在经预先确定的温度下的翘曲可导致部分互连件130a在第一半导体装置120与衬底110之间伸展。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，互连件130a的伸展可导致互连件130a开裂。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，第一半导体装置120在经预先确定的温度下的翘曲还可导致一些互连件130c压缩，从而导致互连件130c横向扩展，这可导致互连件130c之间的短路。如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，互连件130a、130b、130c的数目、形状、大小及/或位置是出于说明性目的展示且可改变。同样，如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，第一半导体装置120的翘曲是出于说明性目的展示且可取决于应用改变。

图11是图10的半导体装置组合件400的示意图，其中电力401施加于电激活的形状记忆元件180。施加电力401导致电激活的形状记忆元件180返回到初始形状，电激活的形状记忆元件180已经配置以最小化或减少半导体装置120的翘曲。替代地，电激活的形状记忆元件180的初始形状可经配置以修改半导体装置120的翘曲以与邻近衬底及/或半导体装置的轮廓或翘曲更好地共形，如本文论述。减少或最小化半导体装置120的翘曲可确保半导体装置120与衬底110之间充分的互连件130。图11展示连接到半导体装置120的顶部表面的形状记忆元件180，但如受益于本发明的所属领域的一般技术人员应了解，形状记忆元件180可定位在底部表面上或可为半导体装置120的层。

图12是制作半导体装置组合件的方法500的实施例的流图。方法500包含在510处提供衬底。所述衬底可为半导体装置，如本文论述。方法500包含在520处提供半导体装置及在530处提供连接到半导体装置的电激活的形状记忆元件。如本文论述，形状记忆元件可替代地连接到衬底或半导体装置及衬底两者。方法500包含在540处将半导体装置连接到衬底及在550处将电力施加于电激活的形状记忆元件以修改半导体装置的翘曲。

尽管本发明已依据某些实施例进行描述，但所属领域的一般技术人员明白的其它实施例，包含不提供本文陈述的全部特征及优点的实施例，也在本发明的范围内。本发明可涵盖本文未明确展示或描述的其它实施例。因此，本发明的范围仅由参考所附权利要求书及其等效物界定。