半导体装置及在半导体装置内供应电力的方法与流程

1.本揭露是有关于一种半导体装置及在半导体装置内供应电力的方法，尤其是有关于一种包含在堆叠中的电源管理晶粒的半导体装置及在半导体装置内供应电力的方法。


背景技术：

2.由于多种电子组件(如：晶体管、二极管、电阻器、电容器等)的集成密度的持续改善，半导体产业已持续成长。主要地，此些集成密度的改善来自于最小特征尺寸(minimum feature size)的相继缩小，且此允许更多的组件能够整合于预定的区域内。
3.除了更小的电子组件之外，对于组件封装的改善寻求提供比先前封装占据更小区域的更小的半导体封装。半导体的封装类型的例子包含方形扁平式封装(quad flat package，qfp)、插针格线阵列(pin grid array，pga)、球格阵列(ball grid array，bga)、覆晶(flip chip，fc)、三维集成电路(three dimensional integrated circuit，3dic)、晶圆级封装(wafer level package，wlp)、叠层封装(package on package，pop)、系统单晶片(system on chip，soc)或系统整合晶片(system on integrated circuit，soic)的装置。
4.此些三维的装置的一些装置(如：3dic、soc及soic)通过将晶片放置在半导体晶圆级晶片上而制得。因为在堆叠的晶片间的内连接(interconnect)的长度的减短，所以此些三维的装置提供改善的集成密度及其他优点，例如：更快的速度及更高的频宽。然而，仍有许多关于三维装置的挑战。


技术实现要素：

5.本揭露的一实施例揭露一种半导体装置，其包含第一半导体晶粒、在第一半导体晶粒上的堆叠中的第二半导体晶粒，以及在堆叠中的电源管理半导体晶粒，其中第一半导体晶粒以第一电力操作，第二半导体晶粒以不同于第一电力的第二电力操作，电源管理半导体晶粒透过第一穿孔提供第一电力给第一半导体晶粒，并透过第二穿孔提供第二电力给第二半导体晶粒。
6.本揭露的另一实施例揭露一种半导体装置，其包含多个半导体装置、基础半导体晶粒及连结电路。此些半导体装置的每一者包含第一半导体晶粒、在第一半导体晶粒上的一堆叠中的第二半导体晶粒，以及在此堆叠中的电源管理半导体晶粒，其中第一半导体晶粒以第一电力操作，第二半导体晶粒以第二电力操作，且电源管理半导体晶粒透过第一穿孔提供第一电力给第一半导体晶粒，并透过第二穿孔提供第二电力给第二半导体晶粒。此些半导体装置安装在基础半导体晶粒上，以使此些半导体装置的侧面接合至基础半导体晶粒的上表面。连结电路用以电性连接基础半导体晶粒至此些半导体装置。
7.本揭露的又一实施例揭露一种在半导体装置内供应电力的方法。此方法包含透过第一穿孔从电源管理半导体晶粒提供第一电力给在半导体晶粒堆叠中的第一半导体晶粒，其中电源管理半导体晶粒是在半导体晶粒堆叠中，以及透过第二穿孔从电源管理半导体晶粒提供第二电力给在半导体晶粒堆叠中的第二半导体晶粒，其中第二电力不同于第一电
力。
附图说明
8.当伴随附图阅读时，从以下详细描述中将最好理解本揭露的态样。注意到的是，根据业界中的标准实务，多种特征并非按比例绘制，且仅用于说明目的。事实上，为了论述清晰，可任意增加或减小多种特征的尺寸。
9.图1是绘示根据本揭露的一或多个实施例的半导体晶粒100的纵截面视图；
10.图2是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠250(如：垂直的半导体晶粒堆叠)的纵截面视图；
11.图3是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠350(如：垂直的半导体晶粒堆叠)的纵截面视图；
12.图4a是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠450的纵截面视图；
13.图4b是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠450a的纵截面视图；
14.图5a是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠550的纵截面视图；
15.图5b是绘示根据一些实施例的pmic晶粒500c的平面视图(如：pmic晶粒500c的布局设计)；
16.图6a是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠650的纵截面视图；
17.图6b是绘示根据一些实施例的hv晶粒600c的平面视图(如：hv晶粒600c的布局设计)；
18.图6c是提供绘示可应用于hv晶粒600c的电源管理功能区域610的多种mosfet的操作电压的附图；
19.图7是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠750的纵截面视图；
20.图8是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠850(如：soic装置)的纵截面视图；
21.图9是根据一些实施例的半导体装置550、650、750及850的形成方法的流程图；
22.图10是根据一些实施例的半导体装置550、650、750及850的供应电力的方法的流程图。
23.【符号说明】
24.100,200a,200b,200c,200d,500a,500b,500d,600a,600b,600d,700a,700b,700d:
25.半导体晶粒
26.108:半导体基材
27.112:层间介电层
28.114,114a,114b,114c,114d,114e:金属间介电
29.115:蚀刻终止及密封层
30.116:金属特征
31.119:被动层
32.122:栅极电极
33.124:密封环
34.150,150b,150c,150d,155,156:穿孔
35.250,250a,250b,350,450,450a:半导体晶粒堆叠
36.550,650,750,850:半导体晶粒堆叠,半导体装置
37.300:基础半导体晶粒
38.310,310a,310b,310c,310d,410:接合结构
39.326:金属垫片
40.335:金属凸块
41.340,340a,340b,340c:导电性穿孔
42.360,460:介电封装层
43.375:连结电路
44.481,482:电力
45.500c:电源管理集成电路
46.510,610:电源管理功能区域
47.510a:双极性部分
48.510b:cmos部分
49.510c:dmos部分
50.520,620:核心区域
51.600c:高电压晶粒
52.630:输入/输出区域
53.610a:栅极驱动部分
54.610b:源极驱动部分
55.700c:电源管理半导体晶粒
56.910,920,930,1010,1020:步骤
具体实施方式
57.后续的揭露内容提供许多不同的实施例或例子，用于实施本揭露的不同特征。以下描述组件及布置的具体实施例或例子，以简化本揭露。当然，此些具体例子仅为实例，并非意指限制。举例而言，元件的尺寸并非限制揭露的范围或数值，而可依据装置的制程条件及/或想要的性质决定。再者，后续描述中，在第二特征上方或第二特征上形成第一特征可包括以直接接触方式形成第一特征及第二特征的实施例，且亦可包括在第一特征与第二特征之间形成额外特征，以使第一特征及第二特征可不直接接触的实施例。为了简化及清楚化的目的，可按不同比例任意绘制多种特征。
58.进一步，为了便于描述，本文可使用空间相对性术语(诸如“下方(beneath)”、“之下(below)”、“下部(lower)”、“之上(above)”、“上部(upper)”及类似术语)来描述附图中所绘示的一个元件或特征与另一元件或特征的关系。除了附图所绘示的方位之外，空间相对性术语意旨涵盖使用或操作中的装置的不同方位。设备可经其他方式定向(旋转90度或处于其他方位)，且由此可同样地解读本文所使用的空间相对性描述词。
59.半导体晶粒可含有一或多个如关于记忆体、处理器或其他半导体组件的至少一者的集成电路。多个前述晶粒可形成于晶圆上，且然后切块(即单粒化(singulated))，并从晶圆上移除。根据一或多个实施例，晶圆及从晶圆上移除的一或多个半导体晶粒可包含硅、
integrated circuit，pmic)晶粒，其配置以使pmic晶粒的双极性(bipolar)-互补金氧半导体(complementary metal oxide semiconductor，cmos)-双扩散金氧半导体(double diffused metal oxide semiconductor，dmos)区域(例如：bcd区域)可大于pmic晶粒的核心区域。举例而言，电源管理半导体晶粒可包含高电压(hv)晶粒，其配置以使hv晶粒的高电压区域大于hv晶粒的核心，且使得hv晶粒的输入/输出(i/o)区域大于hv晶粒的核心。
68.电源管理半导体晶粒可具有相似于在智能电网系统(smart grid system)中的配电站的特征的特征。尤其地，相似于配电站，电源管理半导体晶粒可使电源管理半导体晶粒与包含在soic装置中的每一个半导体晶粒之间双向沟通。电源管理半导体晶粒可提供需求响应容量(demand response capacity)，以助于平衡随着供电的耗电，且降低成本，增加可靠度，并提升电源有效率。
69.电源管理半导体晶粒可包含多个不相同的mosfet(例如：标准硅fet及高k值加金属栅极fet等)，以供应多个不相同的电压。尤其地，电源管理半导体晶粒的mosfet可包含多个不相同的栅极材料(例如：金属及多晶硅)与栅极厚度，以及/或者多个不相同的栅极绝缘材料(例如：二氧化硅及高k值材料)与栅极绝缘厚度。电源管理半导体晶粒亦可包含电压上升与下降的功能，以及可选择的金属-绝缘体-金属(metal-insulator-metal，mim)电容器结构。
70.电源管理半导体晶粒可被提供于soic装置的任何一层上。举例而言，电源管理半导体晶粒可位于多个堆叠的晶圆的中间者内。从此位置，电源管理半导体晶粒可供应电力给堆叠在电源管理半导体晶粒上方的晶粒，以及/或者给堆叠在电源管理半导体晶粒下方的晶粒。电源管理半导体晶粒可包含晶粒调整功能，以使电源管理半导体晶粒可调整供应给在soic装置中的晶粒的电力，此soic装置具有一或多个调整后的电压、电流、功率及频率。
71.为了达到省电，soic装置可包含sic基(sic-based)装置或gan基(gan-based)装置。sic(碳化硅)具有2.86ev的能带，且gan(氮化镓)具有3.4ev的能带，而硅具有仅1.2ev的能带。因此，gan基装置及sic基装置可具有高于si装置的电子迁移率(electron mobility)，故能够于soic装置中提供省电。
72.请参阅附图，图1是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒100，其可被包含在含有多晶粒堆叠的半导体装置内。半导体晶粒100可包含半导体基材108(如硅基材)。层间介电(ild)112可形成在半导体108上，且金属间介电(imd)114可形成在ild 112的上方。举例而言，ild 112及imd 114可包含未掺杂的硅玻璃(undoped silicon glass，usg)及氟硅酸盐玻璃(fluorosilicate glass，fsg)等。imd层114可包含多个imd层114a至114e，其被多种蚀刻终止及密封层115所分离开。举例而言，此些蚀刻终止及密封层115可包含sic及sin等。
73.多个金属特征116可形成于imd层114内。举例而言，金属特征116可包含多种导电性金属穿孔，其可形成于多种导电性金属线之间或直接接触于多种导电性金属线。金属特征116可由铜、铜合金、铝、铝合金或其组合所形成。其他适合的导电金属材料可用以做为在本揭露的涵盖范围内的金属特征116。最上层的imd层114e的上表面及金属特征116可平面化成共平面，且被动层119可形成在最上层的imd层114e及金属特征116的经平面化的表面上。举例而言，被动层119可包含氧化硅(如：si
x
oy)、氮化硅(如：si
x
ny)、苯并环丁烯(bcb)高分子、聚酰亚胺(pi)、聚苯并恶唑(pbo)或其组合，且可通过如旋转涂布、cvd或其类似的适
合的制程形成。
74.一或多个半导体晶体管装置的一或多个栅极电极122可形成在半导体基材108上。金属特征116可电性连接至栅极电极122。一或多个密封环124亦可形成在imd层114内。可形成密封环124，以环绕半导体晶粒100的功能电路区。密封环124可电性绝缘于金属特征116，且可提供对于半导体晶粒100的特征的保护，以免于其受到存在于半导体晶粒100的制程期间的水、化学物质、残留物及/或污染物的影响。此些密封环124可由如金属材料的导电性材料所形成，更尤其地，密封环124可由相同的材料，且通过与金属特征116同一个制程来同时形成。在其他实施例中，此些密封环124可由不同于形成金属特征116的导电性材料所形成。
75.半导体晶粒100亦可包含一或多个导电性基材穿孔(tsv)150，其可连接至此些金属特征116的一或多者。导电性tsv 150可从金属特征116延伸穿过imd层114、ild层112及半导体基材108。举例而言，导电性tsv 150可包含铜、金、银、铝或此些金属的二者以上的合金，诸如：铝铜(alcu)合金。用以做为tsv 150的其他导电性金属材料可在本揭露的涵盖范围内。
76.举例而言，半导体晶粒100可贴附于基材(未绘示)。基材可包含半导体晶圆或载材基材，并且，举例而言，基材可包含硅基材料，诸如：玻璃、二氧化硅、氧化铝、陶瓷材料或其组合。基材可包含平坦的顶表面，其中半导体晶粒100的半导体基材108能够被结合于此顶表面。
77.介电封装层360可形成于半导体晶粒100上，以封装至少一部分的半导体晶粒100。举例而言，介电封装层360可包含二氧化硅。替代地，介电封装层360可包含未掺杂的硅玻璃(usg)、氟硅酸盐玻璃(fsg)、sic、sion、sin、sicn、低k值薄膜、超低k值(elk)薄膜、磷硅酸盐玻璃(phosphor-silicate glass，psg)、正硅酸四乙酯(tetra-ethoxy-silane，teos)。用以做为介电封装层360的其他介电材料可在本揭露的涵盖范围内。
78.举例而言，半导体晶粒100可做为一部分的半导体晶粒堆叠，而被包含在其中。举例而言，接合结构310可形成于半导体晶粒100上，且用于将此半导体晶粒100接合至在半导体晶粒堆叠中的其他半导体晶粒。接合结构310的材料及形成方法可相似于ild层112。导电性穿孔340可形成于接合结构310中，且可接触(例如：直接或间接)半导体晶粒100内的金属特征116。导电性穿孔340可由相同于金属特征116及/或导电性tsv150的材料形成。在其他实施例中，导电性穿孔340可由不相同于金属特征116及/或导电性tsv150的导电性材料形成。
79.图2是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠250(如垂直的半导体晶粒堆叠)。半导体晶粒堆叠250包含多个堆叠的半导体晶粒200a、200b、200c及200d。相较于图1所绘示的半导体晶粒100，图2所绘示的半导体晶粒200a至200d可翻转或倒置(如半导体基材处于顶部)。半导体晶粒200a至200d的特征及材料可相似于前述的半导体晶粒100的特征及材料。
80.尤其地，半导体晶粒堆叠250可为一水平的soic多晶粒堆叠，其可包含具有不相同的功能的不相同的晶粒。每一个晶粒可具有不相同的电压的需求。在半导体晶粒堆叠250中可需要电源管理，以达到有效率的电源利用及节能。
81.举例而言，半导体晶粒堆叠250可通过堆叠半导体晶粒200b在半导体晶粒200a上形成，以使在半导体晶粒200b中的导电性tsv 150b接触在接合结构310a中的导电性穿孔
340a，且使半导体晶粒200b接合至接合结构310a，然后堆叠半导体晶粒200c在半导体晶粒200b上，以使在半导体晶粒200c中的导电性tsv150c接触接合结构310b中的导电性穿孔340b，且将半导体晶粒200c接合至接合结构310b，然后堆叠半导体晶粒200d在半导体晶粒200c上，以使在半导体晶粒200d中的导电性tsv150d接触接合结构310c中的导电性穿孔340c，且将半导体晶粒200d接合至接合结构310c。多个金属凸块335可连接至在接合结构310d中的金属垫片326，以完成半导体晶粒堆叠250。
82.图3是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠350(如垂直的半导体晶粒堆叠)。半导体晶粒堆叠350包含多个半导体晶粒堆叠250a及250b，其结构及功能可相似于图2中的半导体晶粒堆叠250。半导体晶粒堆叠250a及250b可被介电封装层460封装在一起，介电封装层460可相似于图1中的介电封装层360。
83.半导体晶粒堆叠250a及250b可安装(如作为一单位垂直地安装)在基础半导体晶粒300(如底部半导体晶粒)上，基础半导体晶粒300的结构及功能可相似于前述的半导体晶粒100。也就是，半导体晶粒堆叠250a及250b可安装在基础半导体晶粒300上，以使多个半导体晶粒堆叠250a及250b的侧面接合至基础半导体晶粒300的上表面。半导体晶粒堆叠350亦可包含接合结构410及一或多个连结电路375，其中接合结构410形成在基础半导体晶粒300上，连结电路375形成在接合结构410中，且将基础半导体晶粒300电性连接至此些半导体晶粒堆叠250a及250b。尤其地，如图3所示，此些半导体晶粒堆叠250a及250b的多个半导体晶粒的每一者可通过专用的连结电路375连接至基础半导体晶粒300。
84.尤其地，半导体晶粒堆叠350可为垂直的soic多晶粒堆叠，其可包含具有不相同的功能的不相同的晶粒。每一个晶粒可具有不相同的电压的需求。在半导体晶粒堆叠350中可需要电源管理，以达到有效率的电源利用及节能。
85.图4a是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠450(如垂直的半导体晶粒堆叠)。半导体晶粒堆叠450可具有相似于半导体晶粒堆叠250的结构，且可通过相似于半导体晶粒堆叠250的制造方法的制造方法形成。
86.半导体晶粒堆叠450可为soic装置。半导体晶粒堆叠450可包含半导体晶粒200c。半导体晶粒200c可为用以管理在半导体晶粒堆叠450中的电源的电源管理半导体晶粒。电源管理半导体晶粒(如半导体晶粒200c)可通过使用基材穿孔(tsv)传送适当的电压至如半导体晶粒200a、200b及200d的其他半导体晶粒。电源管理半导体晶粒可包含小于电源管理半导体晶粒的电源管理功能区域的核心区域，以及/或者小于电源管理半导体晶粒的输入/输出(i/o)区域的核心区域。
87.电源管理半导体晶粒可具有相似于在智能电网系统中的配电站的特征的特征。尤其地，与在智能电网系统中的配电站相似地，电源管理半导体晶粒(如半导体晶粒200c)可使电源管理半导体晶粒与在soic装置中的其他的半导体晶粒(如半导体晶粒200a、200b及200d)之间双向沟通。电源管理半导体晶粒可提供需求响应容量(demand response capacity)，以助于平衡随着供电的耗电，且降低成本，增加可靠度，并提升电源有效率。
88.电源管理半导体晶粒(例如：半导体晶粒200c)可利用多个不相同的mosfet(例如：标准硅fet及高k值加金属栅极fet等)，以供应多个不相同的电压。尤其地，电源管理半导体晶粒的mosfet可包含多个不相同的栅极材料(例如：金属及多晶硅)与栅极厚度，以及/或者多个不相同的栅极绝缘材料(例如：二氧化硅及高k值材料)与栅极绝缘厚度。电源管理半导
体晶粒亦可包含电压上升与下降的功能，以及可选择的金属-绝缘体-金属(mim)电容器结构。
89.电源管理半导体晶粒(例半导体晶粒200c)可被提供于半导体晶粒堆叠450的任何一层上。举例而言，电源管理半导体晶粒可位于堆叠的晶粒的中间层内，且电源管理半导体晶粒可供应电力给在电源管理半导体晶粒上方的晶粒，以及/或者给在电源管理半导体晶粒下方的晶粒。电源管理半导体晶粒可包含晶粒调整功能，以使电源管理半导体晶粒可调整供应给在半导体晶粒堆叠450中的多个半导体晶粒电力，其中半导体晶粒堆叠450具有一或多个调整后的电压、电流、功率及频率。为了达到省电，半导体晶粒堆叠450可包含sic基装置或gan基装置。
90.从电源管理半导体晶粒200c提供电力可用以达成省电。一般而言，i/o与晶片的核心的操作电压(例如：i/o与半导体晶粒200a、半导体晶粒200b或半导体晶粒200d的核心的操作电压)可不相同。必须转换电压，以提供不相同的操作电压，且典型地可通过晶片的内部晶体管进行前述转换电压。内文中所述的多种实施例可通过电源管理半导体晶粒200c(例如：电源管理晶片)进行转换电压，此可比晶片更有效率地转换电压。的确，为了提供较佳的转换效率的目的，可使用设计结构设计及制造电源管理半导体晶粒200c，且不受限于其他堆叠的单一个晶片制造制程。因此，省电可通过在具有高转换效率的电源管理半导体晶粒200c中进行电压转换达到，且然后传送不同的电压至在晶片中有需求的操作区域。
91.图4b是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠450a(例如：垂直的半导体晶粒堆叠)。半导体晶粒堆叠450a可具有相似于半导体晶粒堆叠450的结构，但是在半导体晶粒堆叠450a中，半导体晶粒200d(非半导体晶粒200c)可为用以管理在半导体晶粒堆叠450中的电源的电源管理半导体晶粒。因此，图4b的标记处用于显示，半导体晶粒200a至200d的任一者可为在本揭露的一些实施中的电源管理半导体晶粒。
92.从电源管理半导体晶粒200d提供电源可用以达成省电。一般而言，i/o与晶片的核心的操作电压(例如：i/o与半导体晶粒200a、半导体晶粒200b或半导体晶粒200c的核心的操作电压)可不相同。必须转换电压，以提供不相同的操作电压，且典型地可通过晶片的内部晶体管进行前述转换电压。然而于本揭露中，可通过电源管理半导体晶粒200d(例如：电源管理晶片)进行转换电压，此可比晶片更有效率地转换电压。的确，为了提供较佳的转换效率的目的，可使用设计结构设计及制造电源管理半导体晶粒200d，且不受限于其他堆叠的单一个晶片制造制程。因此，省电可通过在具有高转换效率的电源管理半导体晶粒200d中进行电压转换达到，且然后传送不同的电压至在晶片中的有需求的操作区域。
93.图5a是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠550(例如：垂直的半导体晶粒堆叠)。半导体晶粒堆叠550包含多个半导体晶粒500a、500b及500d，以及电源管理集成电路(pmic)晶粒500c，其管理在半导体晶粒堆叠550中的电源。pmic晶粒500c可进行有关于在半导体晶粒堆叠550中的电源需求的多种功能。举例而言，pmic晶粒500c可具有ac转换成dc、电池管理、电源选择、电压调节、动态电压调节(dynamic voltage scaling)、动态频率调节(dynamic frequency scaling)及/或电力次序(power sequencing)的功能。pmic晶粒500c可控制在半导体晶粒堆叠550中的电压来源的流向和方向。半导体晶粒堆叠550可具有多个内部电压(例如：5v、3.3v及1.8v等)，以及外部电力的来源(例如：壁面插座及电池等)，此意谓，半导体晶粒堆叠550的电源设计可具有用于操作的多种电源需求，且pmic晶粒500c可配
置以适应所有的多种电源需求。
94.尤其地，pmic晶粒500c可通过穿孔155(例如：硅穿孔(through silicon via，tsv)提供第一电力481给半导体晶粒500a，且可通过硅穿孔156(例如：tsv)提供第二电力482(不同于第一电力481)给半导体晶粒500b。第一电力481及第二电力482可为不相同，举例而言，以电压、电流及频率等形式。因此，举例而言，第一电力481可包含第一电压(如高电压)，且第二电力482可包含不同于(如更小于)第一电压的第二电压(如低电压)。第一电力481可包含第一电流，且第二电力482可包含不同于(如更小于)第一电流的第二电流，以此类推。
95.进一步，在半导体晶粒堆叠550中可有多个tsv155及多个tsv156，其被pmic晶粒500c用来提供电力给在半导体晶粒堆叠550中的多种半导体晶粒200a,200b及200d。由预计被供应的电力的类型所决定，此些tsv可具有不相同的结构，并且/或者由不相同的材料所制得。举例而言，预计以高电压来提供电力的tsv 155可具有以低于预计低电压所提供电力的tsv156更大的的截面区域(如轴向直径)。
96.通过tsv 155及tsv 156的通道从pmic晶粒500c提供电力可用以达成省电。一般而言，i/o与晶片的核心的操作电压(例如：i/o与半导体晶粒500a或半导体晶粒500b的操作电压)可不相同。必须转换电压，以提供不相同的操作电压，且典型地可通过晶片的内部晶体管进行前述转换电压。然而，于本揭露中，可通过pmic晶粒500c(例如：电源管理晶片)进行转换电压，此可比晶片更有效率地转换电压。的确，为了提供较佳的转换效率的目的，可使用设计结构设计及制造pmic晶粒500c，且不受限于其他堆叠的单一个晶片制造制程。因此，省电可通过在具有高转换效率的pmic晶粒500c中进行电压转换达到，且然后通过tsv155及tsv156的通道传送不同的电压至在晶片中的有需求的操作区域。
97.图5b是绘示根据一些实施例的pmic晶粒500c的平面视图(例如：pmic晶粒500c的布局设计)。如图5b所示，pmic晶粒500c包含电源管理功能区域510及核心区域520，其中用以管理在半导体晶粒堆叠550中的电源的元件位于在电源管理功能区域510中，且处理元件位于核心区域520中。pmic晶粒500c(例如：电源管理晶片)可设计成具有提供其他晶片适当的电流、电压及电力的主要功能，且因此pmic晶粒500c的核心可占据相对小的区域。尤其地，在pmic晶粒500c中，核心区域520可具有小于电源管理功能区域510尺寸的尺寸。在一些实施例中，电源管理功能区域510的尺寸可大于核心区域520的二倍尺寸。
98.举例而言，电源管理功能区域510可包含双极性-cmos(互补金氧半导体)-dmos(双扩散金氧半导体)区域，或者bcd区域。因此，在pmic晶粒500c中，bcd区域(例如：电源管理功能区域510)可大于核心区域520，且尤其地，bcd区域可大于核心区域520的两倍尺寸。举例而言，bcd区域可包含双极性部分510a、cmos部分510b及dmos部分510c，其中双极性部分510a可包含类比区块，cmos部分510b可包含数位控制器，且dmos部分510c可包含功率级。bcd区域的操作电压(例如：大于1.2v)可大于核心区域520的操作电压(例如：约1.1v至1.2v)。
99.图6a是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠650(例如：垂直的半导体晶粒堆叠)。半导体晶粒堆叠650包含多个半导体晶粒600a、600b及600d，以及高电压(hv)晶粒600c，其中高电压晶粒600c供应电力给在半导体晶粒堆叠650中的此些半导体晶粒600a、600b及600d。
100.hv晶粒600c可通过穿孔155(例如：硅穿孔，tsv)提供第一电力481给半导体晶粒
600a，并且可通过穿孔156(例如：tsv)提供不同于第一电力481的第二电力482给半导体晶粒600b。第一电力481及第二电力482可为不相同，举例而言，以电压、电流及频率等形式。因此，举例而言，第一电力481可包含第一电压(例如：高电压)，且第二电力482可包含不同于(例如：更小于)第一电压的第二电压(例如：中间的电压)。第一电力481可包含第一电流，且第二电力482可包含不同于(例如：更小于)第一电流的第二电流，以此类推。
101.通过tsv 155及tsv 156的通道从hv晶粒600c提供电力可用以达成省电。一般而言，i/o与晶片的核心的操作电压(例如：i/o与半导体晶粒600a或半导体晶粒600b的核心的操作电压)可不相同。必须转换电压，以提供不相同的操作电压，且典型地可通过晶片的内部晶体管进行前述转换电压。然而，于本揭露中，可通过hv晶粒600c(例如：电源管理晶片)进行转换电压，此可比晶片更有效率地转换电压。的确，为了提供较佳的转换效率的目的，可使用设计结构设计及制造hv晶粒600c，且不受限于其他堆叠的单一个晶片制造制程。因此，省电可通过在具有高转换效率的hv晶粒600c中进行电压转换达到，且然后通过tsv155及tsv156的通道传送不同的电压至在晶片中的有需求的操作区域。
102.图6b是绘示根据一些实施例的hv晶粒600c的平面视图(例如：hv晶粒600c的布局设计)。如图6b所示，hv晶粒600c可包含电源管理功能区域610、核心区域620及输入/输出(i/o)区域630。用以管理在堆叠的半导体装置650内的电源的元件位于电源管理功能区域610中，处理元件位于核心区域620中，且通过输入/输出区域630，电源及资料等被输入至hv晶粒600c及从hv晶粒600c输出。hv晶粒600c(例如：电源管理晶片)可设计成为具有提供其他晶片适当的电流、电压及电力的主要功能，并且因此，hv晶粒600c的核心可占据相对小的区域。尤其地，在hv晶粒600c中，核心区域620可具有小于电源管理功能区域610的尺寸的尺寸，且小于i/o区域630的尺寸。在一些实施例中，电源管理功能区域610的尺寸及i/o区域630的尺寸的一者可大于核心区域620的二倍尺寸。
103.举例而言，在hv晶粒600c中的电源管理功能区域610可包含栅极驱动部分610a及源极驱动部分610b，其中栅极驱动部分610a可使用25v/32v的高电压操作，源极驱动部分610b可使用5v/6v/8v的中间电压操作。在栅极驱动部分610a及源极驱动部分610b外的电源管理功能区域610可包含横向扩散金属氧化物半导体(laterally diffused metal-oxide semiconductor，ldmos)部分。进一步，电源管理功能区域610的操作电压(例如：大于1.2v)可大于核心区域620的操作电压(例如：约1.1v至1.2v)。
104.图6c提供绘示可应用于hv晶粒600c的电源管理功能区域610的多种mosfet的操作电压的附图。如图6c所示，不同的mosfet可具有不同的操作电压。举例而言，在电源管理功能区域610中的ldmos可具有低于垂直扩散金属氧化物半导体(vertically diffused metal-oxide semiconductor，vdmos)但大于双扩散漏极金属氧半导体(double-diffused drain metal oxide semiconductor，dddmos)的操作电压。cmos的操作电压需要在堆叠中操作各mosfet，且由hv晶粒600c提供的最小操作电压。
105.图7是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠750(例如：垂直的半导体晶粒堆叠)。半导体晶粒堆叠750包含多个半导体晶粒700a、700b及700d，以及sic基或gan基(sic/gan)电源管理半导体晶粒700c，其管理在半导体晶粒堆叠750中的电源。sic/gan电源管理半导体晶粒700c可具有相似于pmic晶粒500c及hv晶粒600c的结构及功能，pmic晶粒500c及hv晶粒600c可为硅基半导体晶粒。然而，相较于硅基半导体晶粒，sic/gan电源管理
半导体晶粒700c可提供具有降低的耗电及其所致的改善的省电的电源(例如：传递电压)，此乃由于sic(碳化硅)具有2.86ev的能带且gan(氮化镓)具有3.4ev的能带，而si(硅)具有仅1.2ev的能带。因此，gan基装置及sic基装置均具有高于硅装置的电子迁移率，且所以gan基装置及sic基装置可在半导体晶粒堆叠750中提供省电。
106.尤其地，sic/gan电源管理半导体晶粒700c可通过穿孔155(例如：硅穿孔，tsv)提供第一电力481给半导体晶粒700a，且可通过穿孔156(例如：tsv)提供不同于第一电力481的第二电力482给半导体晶粒700b。第一电力481及第二电力482可为不相同，举例而言，以电压、电流及频率等形式。因此，举例而言，第一电力481可包含第一电压(如高电压)，且第二电力482可包含不同于(如更小于)第一电压的第二电压(如中间电压)。第一电力481可包含第一电流，且第二电力482可包含不同于(如更小于)第一电流的第二电流，以此类推。
107.通过tsv155及tsv156的通道从sic/gan电源管理半导体晶粒700c提供电源在半导体晶粒堆叠750中可用以达成省电。一般而言，i/o与晶片的核心的操作电压(例如：i/o与半导体晶粒700a或半导体晶粒600b的核心的操作电压)可不相同。必须转换电压，以提供不相同的操作电压，且典型地可通过晶片的内部晶体管进行前述转换电压。然而，于本揭露中，可通过sic/gan电源管理半导体晶粒700c(例如：电源管理晶片)进行转换电压，此可比晶片更有效率地转换电压。的确，为了提供较佳的转换效率的目的，可使用设计结构设计及制造sic/gan电源管理半导体晶粒700c，且不受限于其他堆叠的单一个晶片制造制程。因此，省电可通过在具有高转换效率的sic/gan电源管理半导体晶粒700c中进行电压转换达到，且然后通过tsv155及tsv156的通道传送不同的电压至在晶片中有需求的操作区域。
108.图8是绘示根据一或多个实施例的半导体晶粒堆叠850(如：soic装置)。半导体晶粒堆叠850具有相似于前述有关于半导体晶粒堆叠350的结构。
109.半导体晶粒堆叠850包含多个半导体晶粒堆叠250a及250b，且此些半导体晶粒堆叠250a及250b的每一者包含多个半导体晶粒200a至200d。此些半导体晶粒堆叠250a及250b的每一者可通过一或多个连结电路375连接至基础半导体晶粒300。尤其地，如图8所示，此些半导体晶粒堆叠250a及250b的半导体晶粒200a至200d的每一者可通过专用的连结电路375连接至基础半导体晶粒300。
110.在半导体晶粒堆叠250a及250b的每一者中的半导体晶粒200c可为电源管理半导体晶粒，诸如：pmic晶粒500c及hv晶粒600c。电源管理半导体晶粒(例如：半导体晶粒200c)可通过穿孔155(例如：硅穿孔，tsv)提供第一电力481给半导体晶粒200a，且可通过穿孔156(例如：tsv)提供不同于第一电力481的第二电力482给半导体晶粒200b。第一电力481及第二电力482可为不相同，举例而言，以电压、电流及频率等形式。因此，举例而言，第一电力481可包含第一电压(例如：高电压)，且第二电力482可包含不同于(如更小于)第一电压的第二电压(如低电压)。第一电力481可包含第一电流，且第二电力482可包含不同于(如更小于)第一电流的第二电流，以此类推。
111.通过tsv155及tsv156的通道从半导体晶粒200c提供电力在半导体晶粒堆叠850中可用以达成省电。一般而言，i/o与晶片的核心的操作电压(例如：i/o与半导体晶粒200a或半导体晶粒200b的核心的操作电压)可不相同。必须转换电压，以提供不相同的操作电压，且典型地可通过晶片的内部晶体管进行前述转换电压。然而，于本揭露中，可通过半导体晶粒200c(例如：电源管理晶片)进行转换电压，此可比晶片更有效率地转换电压。的确，为了
提供较佳的转换效率的目的，可使用设计结构设计及制造半导体晶粒200c，且不受限于其他堆叠的单一个晶片制造制程。因此，省电可通过在具有高转换效率的半导体晶粒200c中进行电压转换达到，且然后通过tsv155及tsv156的通道传送不同的电压至在晶片中有需求的操作区域。
112.图9是根据一些实施例的半导体装置550、650、750及850的形成方法。此方法包含形成第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a的步骤910、形成第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b在第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a上的一堆叠中的步骤920，以及形成电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c在此堆叠中的步骤930，其中第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a以第一电力481操作，第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b以不同于第一电力481的第二电力482操作，电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c透过第一穿孔155提供第一电力481给第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a，且透过第二穿孔156提供第二电力482给第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b。
113.图10是根据一些实施例的在半导体装置550、650、750及850内供应电源的方法。此方法包含透过第一穿孔155从在半导体晶粒堆叠中的电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c提供第一电力481给在半导体晶粒堆叠中的第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a的步骤1010，以及透过第二穿孔156从电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c提供第二电力482给在半导体晶粒堆叠中的第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b的步骤1020，第二电力482不同于第一电力481。
114.请参阅图1至图10，在一些实施例中，半导体装置550、650、750及850可包含第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a，在半导体晶粒200a、500a、600a及700a上的堆叠中的第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b，以及在前述的堆叠中的电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c。半导体晶粒200a、500a、600a及700a以第一电力481操作，第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b以不同于第一电力481的第二电力482操作，电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c透过第一穿孔155提供第一电力481给第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a，并透过第二穿孔156提供第二电力482给第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b。
115.在一实施例中，半导体装置550、650、750及850可包含系统整合晶片(soic)装置，并且电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c可管理在soic装置中的电源。第一穿孔155可包含连接电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c至第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a的硅穿孔，并且第二穿孔156可包含连接电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c至第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b的硅穿孔。
116.在一实施例中，电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c可包含电源管理功能区域510及610，以及核心区域520及620，其中核心区域520及620具有小于电源管理功能区域510及610的尺寸的尺寸。在一实施例中，电源管理功能区域510可包含bcd区域，此bcd区域包含双极性部分510a、cmos部分510b及dmos510c。在一实施例中，电源管理功能区域610可包含高电压(hv)区域，此高电压区域包含栅极驱动部分610a、源极驱动部分610b及ldmos部分。在一实施例中，电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c可包含输入/输出(i/o)区域630，以及核心区域520及620，其具有小于i/o区域630尺寸的尺寸。在一实施例中，电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c可包含gan基装置及sic基装置的一者。在一实施例
中，第一电力481可包含第一电压，且第二电力482可包含不同于第一电压的第二电压。在一实施例中，第一电力481可包含第一电流，且第二电力482可包含不同于第一电流的第二电流。
117.在另一态样中，请参阅图1至图10，可提供半导体装置850，其包含多个半导体装置550、650及750，第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b，以及电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c，其中此些半导体装置550、650及750的每一者可包含第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a，半导体装置850亦可包含基础半导体晶粒300、半导体装置550、650及750，以及连结电路375，其中半导体装置550、650及750安装在基础半导体晶粒300上，以使半导体装置550、650及750的侧面接合至基础半导体晶粒300的上表面，且连结电路375用以电性连接基础半导体晶粒300至半导体装置550、650及750。
118.在另一态样中，请参阅图1至图10，可提供半导体装置550、650、750及850的形成方法，其中此方法可包含形成第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a，形成第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b在第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a上的堆叠中，以及形成电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c在前述堆叠中，其中第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a以第一电力481操作，第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b以不同于第一电力481的第二电力482操作，电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c透过第一穿孔155提供第一电力481给第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a，并且透过第二穿孔156提供第二电力482给第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b。
119.在另一态样中，请参阅图1至图10，可提供在半导体装置550、650、750及850内供应电力的方法，其中此方法可包含透过第一穿孔155从在半导体晶粒堆叠中的电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c提供第一电力481给在半导体晶粒堆叠中的第一半导体晶粒200a、500a、600a及700a的步骤1010，以及透过第二穿孔156从电源管理半导体晶粒200c、500c、600c及700c提供第二电力482给在半导体晶粒堆叠物中的第二半导体晶粒200b、500b、600b及700b的步骤1020，其中第二电力482不同于第一电力481。
120.本揭露提供一种半导体装置，其包含第一半导体晶粒、在第一半导体晶粒上的堆叠中的第二半导体晶粒，以及在堆叠中的电源管理半导体晶粒。第一半导体晶粒以第一电力操作，第二半导体晶粒以不同于第一电力的第二电力操作，电源管理半导体晶粒是透过第一穿孔提供第一电力给第一半导体晶粒，并透过第二穿孔提供第二电力给第二半导体晶粒。
121.在一实施例中，半导体装置包含系统整合晶片(system on integrated chips，soic)装置，且电源管理半导体晶粒管理在soic装置中的电源，其中第一穿孔包含连接电源管理半导体晶粒至第一半导体晶粒的第一硅穿孔(through silicon via，tsv)，且第二穿孔包含连接电源管理半导体晶粒至第二半导体晶粒的第二硅穿孔(tsv)。
122.在一实施例中，电源管理半导体晶粒包含电源管理功能区域及核心区域。核心区域具有小于电源管理功能区域的第一尺寸的第二尺寸。
123.在一实施例中，电源管理功能区域包含双极性-cmos-dmos(bcd)区域，bcd区域包含双极性部分、互补金氧半导体(cmos)部分及双扩散金氧半导体(dmos)部分。
124.在一实施例中，电源管理功能区域包含高电压(hv)区域，hv区域包含栅极驱动部分、源极驱动部分及横向扩散金属氧化物半导体(ldmos)部分。
125.在一实施例中，电源管理半导体晶粒包含输入/输出(i/o)区域及核心区域。核心区域具有小于i/o区域的第一尺寸的第二尺寸。
126.在一实施例中，电源管理半导体晶粒包含gan基装置及sic基装置的一者。
127.在一实施例中，第一电力包含第一电压，且第二电力包含不同于第一电压的第二电压。
128.在一实施例中，第一电力包含第一电流，且第二电力包含不同于第一电流的第二电流。
129.本揭露提供一种半导体装置，其包含多个半导体装置、基础半导体晶粒以及连结电路。此些半导体装置的每一者包含第一半导体晶粒、在第一半导体晶粒上的堆叠中的第二半导体晶粒，以及在堆叠中的电源管理半导体晶粒。第一半导体晶粒以第一电力操作，第二半导体晶粒是以第二电力操作，电源管理半导体晶粒透过第一穿孔提供第一电力给第一半导体晶粒，并透过第二穿孔提供第二电力给第二半导体晶粒。此些半导体装置安装在基础半导体晶粒上，以使此些半导体装置的侧面接合至基础半导体晶粒的上表面。连结电路用以电性连接基础半导体晶粒至此些半导体装置。
130.在一实施例中，第一穿孔包含连接电源管理半导体晶粒至第一半导体晶粒的第一硅穿孔，且第二穿孔包含连接电源管理半导体晶粒至第二半导体晶粒的第二硅穿孔。
131.在一实施例中，电源管理半导体晶粒包含电源管理功能区域及核心区域。核心区域具有小于电源管理功能区域的第一尺寸的第二尺寸。
132.在一实施例中，电源管理功能区域包含bcd区域，bcd区域包含双极性部分、cmos部分及dmos部分。
133.在一实施例中，电源管理功能区域包含hv区域，hv区域包含栅极驱动部分、源极驱动部分及ldmos部分。
134.在一实施例中，电源管理半导体晶粒包含i/o区域及核心区域。核心区域具有小于i/o区域的第一尺寸的第二尺寸。
135.在一实施例中，电源管理半导体晶粒包含gan基装置及sic基装置中的一者。
136.在一实施例中，第一电力包含第一电压，且第二电力包含不同于第一电压的第二电压。
137.在一实施例中，第一电力包含第一电流，且第二电力包含不同于第一电流的第二电流。
138.本揭露提供一种在半导体装置内供应电力的方法，其包含透过第一穿孔从电源管理半导体晶粒提供第一电力给在半导体晶粒堆叠中的第一半导体晶粒，其中电源管理半导体晶粒是在半导体晶粒堆叠中，以及透过第二穿孔从电源管理半导体晶粒提供第二电力给在半导体晶粒堆叠中的第二半导体晶粒，其中第二电力不同于第一电力。
139.在一实施例中，此方法包含以下步骤的一者：第一电力包含第一电压，且第二电力包含不同于第一电压的第二电压，以及第一电力包含第一电流，且第二电力包含不同于第一电流的第二电流。
140.前文概述数个实施例或例子的特征，以使本揭露技术领域中具有通常知识者可更佳理解本揭露的态样。本揭露技术领域中具有通常知识者应了解，可轻易使用本揭露做为设计或修改其他制程及结构的基础，以执行本文所介绍的实施例或例子的相同目的及/或
实现相同优点。本揭露技术领域中具有通常知识者亦应认识的是，此类等效构造并未脱离本揭露的精神及范畴，且可在不脱离本揭露的精神及范畴的情况下进行本文中的各种变化、取代及更改。