本发明一般来说涉及半导体芯片，特别是涉及（但不局限于）半导体外壳内的半导体芯片组件。 在典型情况下半导体芯片或集成电路被焊接到一个外部的、电互连系统（以下简称“互连系统”）。该互连系统可使半导体芯片与一个外部系统电连接。在典型情况下该互连系统包括金属引线或具有一个整体的或分立的金属热沉（散热片）的引线框架。半导体芯片与引线电连接。一般来讲半导体芯片和互连系统的一部分被封装到一个金属或陶瓷的外壳中。这里所用的互连系统也描述焊接到印刷电路上的芯片。
在常规的工艺中，背面淀积金属或不淀积金属的硅芯片或管芯通过管芯固定（粘结）介质固定到金属引线框架或金属热沉上。该芯片固定或粘结介质包括焊料或其它金属材料，或以环氧树脂为基础的材料。在这种常规的互连系统中，在半导体芯片的半导体材料和管芯固定材料之间以及在管芯固定材料和金属引线框架之间发生热失配。这种互连系统的问题包括由于热失配而导致的管芯破裂，管芯和管芯固定材料间的粘接失效以及在常规的焊料和环氧树脂芯片固定系统中出现的疏松（voiding）。
因此，希望能提供一种不存在常规互连系统的上述问题的互连系统。
通过提供至少一个半导体芯片和一个半导体基片以及在不用环氧树脂或金属层来建立半导体芯片和半导体基片之间的粘接的情况下半导体芯片粘接到半导体基片上来形成一个半导体芯片组件。
该半导体芯片可与一个外部的、电互连系统电连接。
图1为工艺的开始阶段本发明的一个实施例的顶视图;
图2为本发明的一个实施例在工艺的稍后阶段的截面图;
图3为在工艺的稍后阶段的本发明的一个实施例的顶视图;
图4为本发明的一个实施例在工艺的再后阶段的透视图;
图5为本发明第一实施例在工艺中后部工序时图4之结构的侧视图;
图6描述了本发明第二实施例在工艺的后部工序时图4之结构的侧视图;
图7描述了本发明第三实施例在工艺的后部工序时图4之结构的侧视图;以及
图8为本发明的一个流程实施例的流程图。
图1描述了形成一个用于最后组装在外壳内的半导体芯片组件的工艺开始阶段的顶视图。在图1至图6的描述中，参照描述本发明的流程图（图8）是有益的。图中所示为一个具有许多安放多个半导体芯片20的、互相隔开的槽12的固定件或支承件10。这类固定件一般称为“华夫组合（waffle pack”），这是一种“扩展的栅格”，在其中半导体芯片20可按特定的距离互相分隔开。可通过拣起一安放法将半导体芯片20放入固定件10中。多个半导体芯片20按正面21朝上的方式（如图4所示）安放在固定件10中。
图2描述了用真空构架15从固定件10拾起多个半导体芯片20的情况。真空构架15包括一个与真空17相连接的多口拾起表面。真空17连接到导管18。在多个半导体芯片20与半导体基片30相结合之前，必须清洗许多个半导体芯片20的背面22（如图4所示）。在优选实施例中，在用真空检拾器15把多个半导体芯片20保持在适当位置时，将它浸没在一种清洗液中（最好是一种氨一过氧化氢溶液）维持一段清洗表面所必须的时间。适当的清洗时间的例子是十分钟。
然后提供一个半导体基片30。在一优选实施例中，半导体基片30是一个晶片，其大小一般是用以在其上形成多个半导体芯片20的晶片的大小。在本领域中应用4、5、6，甚至12英寸的晶片。半导体基片30也要用上述类似的方法进行清洗。把半导体芯片20的背面22结合到半导体基片30的正面31（如图4所示）。一旦把多个半导体芯片20粘结到半导体基片30上，就把半导体基片30和多个半导体芯片20以水平位置放进一个温度最好在约200℃至400℃之间的炉子内，并维持至少约一小时。半导体芯片20与半导体基片30的粘合可以在垂直位置上发生，但这需要将一个小的力加到半导体芯片20和半导体基片30上。要注意在通常的晶片与晶片的键合中（不是这里进行的芯片与晶片的键合），需要应用高得多的温度。可以相信上面用所选择的温度范围和时间在每个半导体芯片20和半导体基片30之间可得到最佳地结合。
重要的是要注意半导体芯片20是在不应用粘结介质（环氧树脂）或金属层的情况下粘接到半导体基片30的一部位上的。这一点之所以重要是因为粘结介质或金属层具有与半导体芯片20或半导体基片30根本不同的热膨胀系数。在优选实施例中，半导体基片30是由用以形成半导体芯片20的半导体材料所构成的。即使在半导体基片30与半导体芯片20是由不同的半导体材料所构成的情况下，它们在热性质方面的差异仍然比半导体材料与金属或环氧树脂间的热性质的差异要小。
为了得到最佳的结合，在半导体基片30的正面31和半导体芯片20的背面最好都有一层以化学方式形成的氧化层，以尽量减少或防止形成疏松键合。在优选实施例中，该氧化层是通过对半导体芯片20或半导体基片30的半导体材料进行氧化而热生长在半导体基片30或半导体芯片20上的。如果半导体材料由硅构成，那么该氧化层最好由二氧化硅构成。要注意氧化层的一种元素是由半导体材料构成的。氧化层厚度要足够薄，故可以忽略不计对热性质匹配的半导体基片30和半导体芯片20产生的影响。换言之，氧化层不会对本发明的半导体芯片组件35引入较大的热失配。这样一来，本发明就避免了许多与热失配的互连系统相联系的失效机制。
图3描述了在将至少一个半导体芯片20孤立起来放入一个组件35（如图4所示）的工艺中半导体基片30的顶视图。图3中的虚线40表明半导体基片30可沿此线锯开分隔成多个组件35。也可以应用其它将半导体基片30分隔开的方法。
图4描述了具有正面31和背面32的单个半导体芯片组件35。在这个特定的图中，把具有正面21和背面22的单个半导体芯片20粘合到半导体基片30的一个部位上。半导体基片30的这个部位的面积大于键合在其上的半导体芯片20的面积。
图5描述了与一个互连系统49粘结在一起的半导体芯片组件35。在引线51和半导体芯片20之间有电连接线54。在该实施例中，金属热沉50是与引线51分离的。图5仅描述了可以把半导体芯片组件35固定在金属热沉上的一种途径。在该实施例中，通过应用诸如导电性的或非导电性的环氧树脂或焊料的导热性粘合材料52将半导体芯片组件35的正面31固定到金属热沉50的方式将半导体芯片组件35与金属热沉50固定在一起。在本实施例中，半导体基片30的这个部位代替了一部分常规金属热沉。要注意，在本实施例中为金属热沉50设置了一个开口，以使半导体芯片20的正面暴露出来。还要注意金属热沉50有一个让半导体基片30固定在其上的台阶或槽口53。该台阶53并不是对所有的封装都是必要的，而是在热特性需要的情况下可形成一个共平面的表面。该其平面的表面改善了互连系统49的热特性。然后，可以形成塑料封装或其它的外壳（未示出），把半导体芯片组件35、热沉50和引线51的一部分包封起来。
图6描述了本发明的另一个实施例的互连系统60。这里，通过上文参照图5所描述的键合材料52可把半导体芯片组件35的正面31固定到引线或引线框架56上。如果粘合材料52是非导电性的，可以在引线56和半导体芯片20之间焊接电连接线54。塑料封装剂65可用来将半导体芯片组件35和引线56的一部分包封起来。在本领域中公知的有许多工艺方法来完成这个包封步骤。在本实施例中，半导体基片30的这部分取代了已有技术的金属热沉。
虽然在半导体芯片组件35与金属热沉50（图5）之间或与引线框架56（图6）之间仍有热失配存在，但消除了芯片20和邻近芯片20的材料之间的热失配。因为仅是半导体基片30的一部分与金属热沉或引线相粘合，因此存在热失配的面积也小于已有技术。在已有技术中，毗邻芯片的材料是焊料或环氧树脂层，而毗邻焊料或环氧树脂层的是金属热沉。在本发明中通过消除芯片与焊料或环氧树脂间以及焊料或环氧树脂与金属热沉间的热失配，使互连系统的热特性比常规互连系统的热特性有了改善。在以上示出的两个实施例中，金属热沉都不与半导体芯片20的背面22相毗邻。故在本发明中不出现已有技术中存在的半导体芯片与金属热沉间的热失配。从而在本发明中避免了半导体芯片20的破裂。
图7描述了本发明的又一个实施例。在该实施例中，半导体芯片组件35被用于代替印刷电路板中的全部或一部分。电隔离的金属层或条72（在这里起引线的作用）可直接形成在基片30的一部分之上。金属层72互相之间以及与半导体基片30的上述部分隔离开。一种形成隔离的金属层72的方法是先在半导体基片30的正面31上形成一层绝缘层，随后再在该绝缘层上（通过蒸发或溅射）形成一层金属层。然后使金属层和绝缘层构成图形，以形成多个隔离的金属层72和一个绝缘部分（或多个绝缘部分）74。也可以应用其它的方法来形成电隔离的金属层72。然后通过电连接线54使这些金属层72与半导体芯片20电连接。要注意，这里描述的三个实施例都显示了本发明的半导体芯片组件35能与之电连接的、不同的外部电互连系统。
图8描述了本发明中所用的制造半导体芯片组件的工艺流程图。通过应用本发明的半导体芯片组件，管芯就不必通过粘结介质直接粘合到金属热沉上，因此就防止了热失配。热失配导致粘结介质中高的应力并已知会引起芯片破裂。通过热失配的消除也提高了互连系统的热特性。