包含光学连接的晶片堆叠体的半导体装置制造方法及图纸

公开了一种半导体装置，其包含具有存储器裸芯的密集配置的3D阵列的晶片的堆叠体。每个晶片上的存储器裸芯可以布置成群集，每个群集包含光学模块，该光学模块为数据来回每个群集的传输提供光互连。

Semiconductor Devices Containing Optically Connected Wafer Stacks

【技术实现步骤摘要】
包含光学连接的晶片堆叠体的半导体装置
本技术涉及半导体装置。
技术介绍
对于便携式消费电子装置需求的强劲增长驱动了对于大容量储存装置的需求。诸如闪存储存卡的非易失性半导体存储器装置正变得广泛用于满足对数字信息储存和交换的日益增长的需求。它们的便携性、多功能以及坚固设计连同它们的高可靠性和大容量已经使得这样的存储器装置对于广泛的电子装置(包含例如数码相机、数字音乐播放器、视频游戏控制台、PDA以及蜂窝电话)中的使用是理想的。考虑到非易失性存储器装置的优势，目前推动将其代替传统的硬盘驱动器(HDD)来用作企业数据中心中的固态驱动器(SSD)。特别地，由于SSD以电子的方式储存数据，并且不需要HDD的机械接口，所以SSD可以比HDD更快地读取和写入数据。电子接口相对机械接口的另一个特点是SSD趋向持续更长，并且使用更低的读取/写作操作的功率。每天正在产生和储存的数据量正在快速增长，使对数据中心的需求正越来越大。随着SSD技术上的最新进展，SSD的储存容量最近已经超过了HDD的储存容量，并且SSD比HDD以更快的速率进行缩放。然而，满足企业数据中心中的数据需求依然是不变的问题。
技术实现思路
总之，本技术涉及半导体装置，包括：一个或多个未切片的半导体晶片，其被处理为包含多个半导体裸芯；以及多个光学模块，其配置为使用光信号来将数据传输到在一个或多个晶片上的多个半导体裸芯和从在一个或多个晶片上的多个半导体裸芯传输数据。在另一个示例中，本技术涉及半导体装置，包括：多个堆叠的晶片，每个晶片包括：多个半导体裸芯，该多个半导体裸芯被处理到晶片中；多个腔；以及多个光学模块，其安装在多个腔中并且配置为使用光信号来将数据传输到多个半导体裸芯和从多个半导体裸芯传输数据。在其他示例中，本技术涉及半导体装置，包括：多个堆叠的晶片；多个半导体裸芯，该多个半导体裸芯被处理到晶片中；在多个堆叠的晶片中的多个腔；以及在不同晶片的多个腔中的多个光学模块，该多个光学模块配置为将光信号穿过多个堆叠的晶片来传输到彼此。在其他示例中，本技术涉及半导体装置，包括：多个堆叠的晶片，每个晶片包括：多个半导体裸芯，该多个半导体裸芯以群集的方式被处理到晶片中；多个腔，在晶片的每个群集中具有一个腔；多个光学模块，在多个腔中的每一个中安装一个光学模块，并且该光学模块配置为使用光信号来将数据传输到多个半导体裸芯和从多个半导体裸芯传输数据；以及多个控制器裸芯，在多个腔中的每一个中安装一个控制器裸芯，并且该控制器裸芯配置为控制数据到多个半导体裸芯的传输和数据从多个半导体裸芯的传输。在另一个示例中，本技术涉及半导体装置，包括：多个堆叠的晶片，每个晶片包括：多个半导体裸芯，该多个半导体裸芯被处理到晶片中；光信号发射构件，其用于沿着垂直于晶片的表面的轴线发射信号；以及控制器构件，其用于控制数据到多个半导体裸芯的传输和数据从多个半导体裸芯的传输。附图说明图1是用于形成根据本技术的实施例的半导体装置的流程图。图2是示出了晶片的第一主表面的半导体晶片的前视图。图3是在根据本技术的实施例的半导体装置的制造中的步骤处的存储器群集的放大透视图。图4是在根据本技术的实施例的半导体装置的制造中的其他步骤处的存储器群集的放大透视图。图5是将控制器裸芯和光学模块电连接到晶片上的存储器群集的第一方法的俯视图。图6是将控制器裸芯和光学模块电连接到晶片上的存储器群集的第二方法的横截面边缘视图。图7是根据本技术的实施例的图4的存储器群集的横截面边缘视图。图8是在根据本技术的实施例的半导体装置的制造中的另一个步骤处的存储器群集的横截面边缘视图。图9是在根据本技术的实施例的半导体装置的制造中的其他步骤处的横截面边缘视图，示出了若干存储器群集在晶片上上下叠置。图10是根据本技术的实施例的包含若干堆叠的晶片的半导体装置的透视边缘视图。图11是根据本技术的替代实施例的形成在晶片上的半导体裸芯的群集的俯视图。图12和13是示出了根据本技术的实施例的在主机装置和半导体装置之间的通信的边缘视图。图14是与本技术的实施例一起使用的光学模块的示例的框图。图15和16分别是根据本技术的其他实施例的半导体装置的透视边缘视图和横截面边缘视图。具体实施方式本技术现将在实施例中参考附图进行描述，其涉及半导体装置，该半导体装置包括具有密集配置的存储器裸芯的3D阵列的晶片的堆叠体。每个晶片上的存储器裸芯可以布置成群集，每个群集包含光学模块，该光学模块为数据来回每个群集的传输提供光互连。半导体装置的晶片可以处理为包含布置成群集的若干半导体裸芯，并且在每个群集内包含腔。控制器裸芯和光学模块然后可以安装在每个群集腔内，并且电连接到群集中的半导体裸芯。处理的晶片然后可以变薄并且堆叠，以形成完整的半导体装置。半导体装置中的晶片上和在每个晶片之上的每个群集中的光学模块用于，例如在数据中心内，在半导体装置中的所选择的裸芯和主机装置之间传输光信号和/或功率。可以将光信号的波长选择为诸如，例如在800到1200nm的范围内，使得光信号实质上无退化地传送通过薄的硅晶片。根据本技术的半导体装置可以具有大量的密集配置的3D存储器裸芯，以最大化半导体装置的储存容量。此外，用于交换数据的光学接口在高速度下进行操作，而同时提供低的功率消耗和热生成。应当理解，本专利技术能够以许多不同形式实现，且不应理解为限制于本文所提出的实施例。反之，提供这些实施例，将使得本公开彻底而完整，并将本专利技术完全传达给本领域技术人员。事实上，本专利技术意图覆盖这些实施例的替代、修改和等效，其包含在本专利技术由所附权利要求限定的精神和范围内。此外，在以下本专利技术的详细描述中，提出了许多具体细节，以便提供本专利技术的彻底理解。然而，本领域普通技术人员将理解，本专利技术能够在没有这样的具体细节的情况下实践。如本文中可能使用的术语“顶”和“底”“上”和“下”和“垂直”和“水平”以及其形式是作为示例且仅为说明性目的，而不意图限制本专利技术的描述，因为所指的项可以在位置和取向上交换。此外，如本文中所示用的，术语“实质上”和/或“约”是指具体尺寸或参数可以在对于给定应用的可接受制造公差内变化。在一个实施例中，可接受制造公差为限定尺寸的±0.25％。现将参考图1的流程图和图2-16的视图解释本技术的实施例。首先参考图1的流程图，半导体晶片100可以开始为可以在步骤200中形成的晶片材料的晶锭。在一个示例中，形成晶片100的晶锭可以是根据切克拉斯基(Czochralski，CZ)或浮区(floatingzone，FZ)工艺生长的单晶硅。然而，在其他实施例中，晶片100可以由其他材料以及通过其他工艺形成。在步骤204中，半导体晶片100可以从晶锭切割，并且在第一主表面102(图2)和与表面102相对的第二主表面104(图7)两者上进行抛光，以提供光滑的表面。在步骤206中，第一主表面102可以经受各种处理步骤，以将晶片100分割成相应的半导体裸芯106(图2和图3)，并且以在第一主表面102上和/或第一主表面102中形成相应的半导体裸芯106的集成电路。这些各种处理步骤可以包含金属化步骤，该金属化步骤沉积金属互连层以及晶片内的通孔。可以提供这些金属互连层和通孔用于向每个半导体裸芯内的集成电路传输信号/功率和从每个半导体裸芯内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体装置，包括：一个或多个未切片的半导体晶片，其被处理为包含多个半导体裸芯；以及多个光学模块，其配置为使用光信号来将数据传输到一个或多个晶片上的所述多个半导体裸芯和从所述一个或多个晶片上的多个半导体裸芯传输数据。

【技术特征摘要】
1.一种半导体装置，包括：一个或多个未切片的半导体晶片，其被处理为包含多个半导体裸芯；以及多个光学模块，其配置为使用光信号来将数据传输到一个或多个晶片上的所述多个半导体裸芯和从所述一个或多个晶片上的多个半导体裸芯传输数据。2.如权利要求1所述的半导体装置，还包括在所述一个或多个未切片的半导体晶片中的多个腔，其中所述多个光学模块安装在所述多个腔内。3.如权利要求1所述的半导体装置，其中所述一个或多个晶片包括多个堆叠的晶片。4.如权利要求3所述的半导体装置，其中在所述多个堆叠的晶片的连续层中提供所述多个光学模块的组，并且所述多个光学模块的组沿着垂直于所述堆叠的晶片的表面的轴线彼此轴向地对齐，所述多个光学模块的组沿着穿过所述多个堆叠的晶片的轴线将光发射到彼此。5.如权利要求4所述的半导体装置，其中所述多个光学模块发射波长范围在800nm到1200nn范围内的所述光信号。6.如权利要求1所述的半导体装置，其中所述多个半导体裸芯布置成所述一个或多个晶片中的每一个上的多个群集。7.如权利要求6所述的半导体装置，其中所述多个光学模块包括在所述多个群集中的每一个中的一个光学模块。8.如权利要求7所述的半导体装置，其中群集中的半导体裸芯各自直接地相邻于所述群集中的光学模块的位置。9.如权利要求1所述的半导体装置，还包括多个控制器裸芯，所述多个控制器裸芯安装在所述晶片上，用于控制数据到所述多个半导体裸芯的传输和数据从所述多个半导体裸芯的传输。10.如权利要求9所述的半导体装置，其中所述多个控制器裸芯和光学模块安装在腔内，所述腔形成在所述一个或多个晶片的表面中。11.如权利要求1所述的半导体装置，其中所述多个半导体裸芯包括闪存裸芯。12.一种半导体装置，包括：多个堆叠的晶片，每个晶片包括：多个半导体裸芯，其被处理到晶片中；多个腔；以及多个光学模块，其安装在所述多个腔中，并且配置为使用光信号来将数据传输到所述多个半导体裸芯和从所述多个半导体裸芯传输数据。13.如权利要求12所述的半导体装置，其中所述多个光学模块将所述光信号发射穿过所述多个晶片。14.如权利要求12所述的半导体装置，其中所述多个光学模块包括在所述多个堆叠的晶片中的两个或更多个上的两个或更多个光学模块，所述两个或更多个光学模块沿着垂直于所述多个晶片的表面的轴线对齐，所述两个或更多个光学模块将所述光信号发射穿过所述多个晶片。15.如权利要求12所述的半导体装置，还包括多个控制器裸芯，所述多个控制器裸芯安装在所述多个腔中，并且配置为控制数据到所述多个半导体裸芯的传输和数据从所述多个半导体裸芯的传输。16.如权利要求15所述的半导体装置，其中所述多个控制器裸芯安装到所述多个腔的底部，并且所述多个光学模块安装在所述控制器裸芯上。17.如权利要求14所述的半导体装置，其中所述多个控制器裸芯和光学模块包括在所述多个堆叠的晶片上的腔中的两个或更多个控制器裸芯和两个或更多个光学模块，所述两个或更多个控制器裸芯和所述两个或更多个光学模块沿着垂直于所述多...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱进添，白晔，马世能，刘婷，郑彬彬，石蕾，H塔卡尔，
申请(专利权)人：晟碟信息科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31