半导体结构及其制作方法转让专利
申请号 : CN202110444198.2
文献号 : CN113161323B
文献日 : 2022-03-22
发明人 : 张丽霞 , 刘杰 , 应战
申请人 : 长鑫存储技术有限公司
摘要 :
权利要求 :
1.一种半导体结构,其特征在于,包括:基底以及位于所述基底上的接合垫;
接合柱,位于所述接合垫远离所述基底的表面且与所述接合垫接触;
第一器件,位于所述基底上,且与所述接合柱相互间隔;
焊垫,位于所述第一器件远离所述基底的表面;
介质层,环绕所述接合柱的侧壁;
电磁屏蔽层,至少位于所述接合柱顶面、所述介质层顶面和所述介质层远离所述接合柱的侧壁,且在所述基底指向所述第一器件的方向上,所述电磁屏蔽层顶面与所述焊垫顶面之间的高度差不大于所述焊垫的厚度;
引线,所述引线的一端与所述焊垫电连接,所述引线的另一端与所述电磁屏蔽层电连接;
第二器件,位于所述第一器件远离所述基底的一侧;
导电垫,位于所述基底上,所述导电垫与所述接合垫之间相互间隔;
焊盘,位于所述第二器件远离所述基底的表面;
导电柱,位于所述导电垫远离所述基底的表面且与所述导电垫接触,且在所述基底指向所述第一器件的方向上,所述导电柱顶面不低于所述接合柱顶面;
保护层,环绕所述导电柱的侧壁;
电磁阻挡层,至少位于所述导电柱顶面、所述保护层顶面和所述保护层远离所述导电柱的侧壁,且所述电磁阻挡层和所述电磁屏蔽层之间相互间隔;
导电线,所述导电线的一端与所述焊盘接触电连接,所述导电线的另一端与所述电磁阻挡层接触电连接。
2.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,所述引线的一端与所述焊垫键合形成第一键合点,所述引线的另一端与所述电磁屏蔽层键合形成第二键合点,所述第一键合点不低于所述第二键合点。
3.根据权利要求2所述的半导体结构,其特征在于,所述引线包括引线颈部,所述引线颈部位于所述引线沿所述第一键合点向上延伸的折弯处,所述电磁屏蔽层和所述第一器件之间具有间隔,所述引线颈部位于所述间隔中。
4.根据权利要求3所述的半导体结构,其特征在于,还包括:塑封层,所述塑封层填充所述间隔,且覆盖所述引线颈部。
5.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,在所述基底指向所述第一器件的方向上,所述介质层还环绕所述接合垫的侧壁。
6.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,所述电磁屏蔽层的材料包括银导电漆、铜导电漆、镍导电漆、银包铜粉和镍包铜粉中的至少一种,且所述电磁阻挡层的材料与所述电磁屏蔽层的材料相同。
7.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,所述接合柱、所述引线、所述介质层、所述电磁屏蔽层和所述第一器件围成的区域在所述基底上的正投影为第一投影,所述第二器件在所述基底上的正投影为第二投影,所述第二投影覆盖所述第一投影,且所述导电柱、所述保护层和所述电磁阻挡层在所述基底上的组合正投影为第三投影,所述第三投影位于所述第一投影之外;
半导体结构还包括:密封层,所述密封层覆盖所述第二器件、所述电磁阻挡层和所述导电线。
8.根据权利要求1所述的半导体结构,其特征在于,所述第二器件包括多个芯片堆叠的封装体,且多个所述芯片沿所述基底指向所述第一器件的方向依次堆叠设置。
9.根据权利要求8所述的半导体结构,其特征在于,所述第二器件露出所述焊盘的侧壁,相邻所述第二器件上的所述焊盘之间具有金属层,用于电连接相邻所述第二器件上的所述焊盘,所述焊盘和所述金属层共同构成电连接结构,所述导电线的一端与所述电连接结构顶面接触电连接。
10.一种半导体结构的制作方法,其特征在于,包括:提供基底,所述基底上具有接合垫,且所述基底暴露出所述接合垫表面;
在所述接合垫远离所述基底的表面形成接合柱;
在所述接合柱的侧壁形成介质层;
至少在所述接合柱顶面、所述介质层顶面和所述介质层远离所述接合柱的侧壁形成电磁屏蔽层,且在所述基底指向第一器件的方向上,所述电磁屏蔽层顶面与所述焊垫顶面之间的高度差不大于焊垫的厚度;
在所述基底上形成第一器件,且所述第一器件远离所述基底的表面具有焊垫,所述第一器件与所述电磁屏蔽层相互间隔;
采用引线连接所述电磁屏蔽层和所述焊垫;
其中,所述基底上还具有与所述接合垫相互间隔的导电垫;在形成所述接合柱和所述介质层时,还形成与所述介质层相互间隔的导电柱和保护层,具体的形成步骤包括:在所述基底上形成牺牲层,所述牺牲层覆盖所述接合垫和所述导电垫;
图形化所述牺牲层,形成露出所述接合垫和所述导电垫的通孔;
形成填充满所述通孔的所述接合柱和所述导电柱,所述导电柱和所述导电垫接触;
去除部分所述牺牲层,剩余环绕所述接合柱侧壁的所述牺牲层为所述介质层,剩余环绕所述导电柱侧壁的所述牺牲层为所述保护层;
在形成所述第一器件之后,还包括:在所述第一器件远离所述基底的一侧形成塑封层,所述塑封层包裹所述第一器件、所述接合柱、所述介质层、所述电磁屏蔽层和所述引线;
在所述塑封层远离所述基底的一侧形成第二器件;
采用导电线连接所述电磁屏蔽层 和所述第二器件。
11.根据权利要求10所述的半导体结构的制作方法,其特征在于,在形成所述电磁屏蔽层时,还形成电磁阻挡层,具体的形成步骤包括:在所述基底、所述接合柱、所述介质层、所述导电柱和所述保护层的表面形成金属层;
去除部分金属层,剩余位于所述接合柱顶面、所述介质层顶面和所述介质层远离所述接合柱的侧壁的金属层为所述电磁屏蔽层,剩余位于所述导电柱顶面、所述保护层顶面和所述保护层远离所述导电柱的侧壁的金属层为所述电磁阻挡层。
说明书 :
半导体结构及其制作方法
技术领域
背景技术
的。引线键合(Wire Bonding)是用金属丝将芯片的I/O端与对应的封装引脚或基板上焊盘
互连。固相焊接过程,采用加热、加压和超声波能量,破坏表面氧化层和污染,产生塑性变
形,界面亲密接触发生电子共享和原子扩散形成焊点。
发明内容
高半导体结构的稳定性。
的表面且与所述接合垫相接触;第一器件,位于所述基底上,且与所述接合柱相互间隔;焊
垫,位于所述第一器件远离所述基底的表面;介质层,环绕所述接合柱的侧壁;电磁屏蔽层,
至少位于所述接合柱顶面、所述介质层顶面和所述介质层远离所述接合柱的侧壁;引线,所
述引线的一端与所述焊垫接触电连接,所述引线的另一端与所述电磁屏蔽层接触电连接。
面形成接合柱;在所述接合柱的侧壁形成介质层;至少在所述接合柱顶面、所述介质层顶面
和所述介质层远离所述接合柱的侧壁形成电磁屏蔽层;在所述基底上形成第一器件,且所
述第一器件远离所述基底的表面具有焊垫,所述第一器件与所述电磁屏蔽层相互间隔;采
用引线连接所述接合柱和所述焊垫。
端点的间距减小的情况下,也可以通过降低引线两端点之间的高度差来缓解引线的弯曲弧
度,从而有利于提高引线与接合柱和焊垫之间的连接强度,以提高半导体结构的稳定性。此
外,介质层环绕接合柱的侧壁,有利于避免接合柱侧壁被氧化或者腐蚀和对接合柱起支撑
作用,电磁屏蔽层包裹接合柱以及介质层暴露出的表面,有利于防止相邻接合柱以及接合
柱和第一器件之间的电磁干扰。
附图说明
具体实施方式
度差,会进一步增大连接芯片的I/O端与封装引脚或基板上的焊盘的引线的弯曲程度,使得
引线在芯片的I/O端与封装引脚或基板上的焊盘处更容易因弯曲程度过大而开裂。
引线两端点之间的高度差,降低引线的弯曲弧度,即使在引线两端点的间距减小的情况下,
也可以通过降低引线两端点之间的高度差来缓解引线的弯曲弧度,从而有利于提高引线与
接合柱和焊垫之间的连接强度,以提高半导体结构的稳定性。此外,介质层环绕接合柱的侧
壁,有利于避免接合柱侧壁被氧化或者腐蚀和对接合柱起支撑作用,电磁屏蔽层包裹接合
柱以及介质层暴露出的表面,有利于防止相邻接合柱以及接合柱和第一器件之间的电磁干
扰。
中,为了使读者更好地理解本申请而提出了许多技术细节。但是,即使没有这些技术细节和
基于以下各实施例的种种变化和修改,也可以实现本申请所要求保护的技术方案。
示意图。
且与接合柱102相互间隔;焊垫111,位于第一器件101远离基底100的表面;介质层112,环绕
接合柱102的侧壁;电磁屏蔽层122,至少位于接合柱102顶面、介质层112顶面和介质层112
远离接合柱102的侧壁;引线103,引线103的一端与焊垫111接触电连接,引线103的另一端
与电磁屏蔽层122接触电连接。
122以及引线103在基底100和焊垫111之间传递。
或者铝基合金等导电材料中的至少一种。具体地,铝基合金是指包含超过50%的铝的材料,
例如,铝材料中可以掺杂有硅(例如,1%的硅)。
点之间的高度差在焊垫111的厚度范围内波动,有利于保证引线103两端点之间具有较低的
高度差,从而有利于缓解引线103的弯曲程度,从而有利于提高引线103与接合柱102和焊垫
111之间的连接强度,以提高半导体结构的稳定性。
第二键合点b也为楔形键合点,靠近第二键合点b的部分引线103沿平行于电磁屏蔽层122顶
面的方向上延伸。
该锐角小于45°,当电磁屏蔽层122顶面与焊垫111顶面齐平时,有利于保证第一键合点a和
第二键合点b共处一个平面,从而可以使得引线103在第二键合点b处的切线方向与电磁屏
蔽层122顶面之间夹角也为较小的锐角,从而缓解引线103的弯折程度,以降低引线103在第
一键合点a处产生的作用力的大小,以及降低引线103在第二键合点b处产生的作用力的大
小,从而进一步降低第一键合点a和第二键合点b开裂的概率。
氧化或者腐蚀,以及避免接合柱102受外力影响时相对于基底100发生偏移或者倾倒。其中,
介质层112的材料包括氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一种。
受电磁干扰。其中,电磁屏蔽层122的材料包括银导电漆、铜导电漆、镍导电漆、银包铜粉和
镍包铜粉等电磁屏蔽材料中的至少一种。
强度。
柱102的侧壁延伸,除了环绕接合柱102的侧壁外,还环绕接合垫110的侧壁,如此,有利于避
免接合柱102侧壁和接合垫110侧壁被氧化或者腐蚀,且对接合柱102和接合垫110起支撑作
用,有利于避免接合柱102和接合垫110受外力影响时相对于基底100发生偏移或者倾倒。
102和接合垫110整体起到良好的防电磁干扰作用。
外,第二键合点b也为楔形键合点,靠近第二键合点b的部分引线103沿平行于接合柱102顶
面的方向上延伸。
该锐角大于45°,当电磁屏蔽层122顶面高于焊垫111顶面时,可以降低引线103在第二键合
点b处的切线方向与电磁屏蔽层122顶面之间夹角,使得该夹角为较小的锐角,从而缓解引
线103的弯折程度,以降低引线103在第一键合点a处产生的作用力的大小,以及降低引线
103在第二键合点b处产生的作用力的大小,从而进一步降低第一键合点a和第二键合点b开
裂的概率。
件与基底之间的电磁干扰。
柱的截面形状也可以为正梯形,则接合柱可以为圆台结构,有利于增大接合柱和基底之间
的接触面积,增强基底对接合柱的支撑效果,有利于提高接合柱的稳定性。
第二作用力。由于引线颈部c位于覆盖介质层112侧壁的电磁屏蔽层122与焊垫111的间隔
中,有利于降低引线103在第一键合点a处的切线方向与焊垫111顶面之间夹角,以及降低引
线103在第二键合点b处的切线方向与电磁屏蔽层122顶面之间夹角,缓解引线103的弯折程
度,从而有利于降低引线103在第一键合点a处产生的第一作用力的大小,以及降低引线103
在第二键合点b处产生的第二作用力的大小,从而进一步降低第一键合点a和第二键合点b
开裂的概率。
屏蔽层122与焊垫111的间隔,以提高半导体结构的封装密度,同时保证引线103与电磁屏蔽
层122与焊垫111之间的良好的连接强度。
合点b开裂的概率。其中,塑封层104的材料包括聚合成型树脂或者低温热玻璃复合材料等
电绝缘材料。
两端点之间的高度差,从而降低引线103的弯曲程度,从而有利于降低第一键合点a和第二
键合点b开裂的概率。此外,环绕接合柱102侧壁的介质层112,一方面对接合柱102具有良好
的支撑效果,有利于避免接合柱102受外力影响时相对于基底100发生偏移或者倾倒,另一
方面有利于避免接合柱102侧壁被氧化或者腐蚀。而且,电磁屏蔽层122包裹接合柱102以及
介质层112暴露出的表面,有利于防止相邻接合柱102以及接合柱102和第一器件101之间的
电磁干扰。
又一实施例提供的半导体结构的制作方法进行详细说明,需要说明的是,与前述实施例相
同或者相应的部分,可参考前述实施例的详细描述,在此不再赘述。
第一器件201,位于基底200上,且与接合柱202相互间隔;焊垫211,位于第一器件201远离基
底200的表面;介质层212,环绕接合柱202的侧壁;电磁屏蔽层222,至少位于接合柱202顶
面、介质层212顶面和介质层212远离接合柱202的侧壁;引线203,引线203的一端与焊垫211
接触电连接,引线203的另一端与电磁屏蔽层222接触电连接。
第二器件206远离基底200的表面;导电柱207,位于导电垫230远离基底200的表面且与导电
垫230相接触,且在基底200指向第一器件201的方向上,导电柱207顶面不低于接合柱202顶
面;保护层217,环绕导电柱207侧壁;电磁阻挡层227,至少位于导电柱207顶面、保护层217
顶面和保护层217远离导电柱207的侧壁,且电磁阻挡层227和电磁屏蔽层222之间相互间
隔;导电线208,导电线208一端与焊盘216接触电连接,导电线208的另一端与电磁阻挡层
227接触电连接。
垫211之间传递。
体结构中常用的半导体器件。
同。
为球形键合点,或者第三键合点为球形键合点,第四键合点为楔形键合点。
的截面形状也可以为正梯形,则导电柱可以为圆台结构。
离电磁阻挡层227的第四作用力。由于导电线颈部h位于电磁阻挡层227与焊盘216的间隔
中,有利于降低导电线208在第三键合点f处的切线方向与焊盘216顶面之间夹角,以及降低
导电线208在第四键合点g处的切线方向与电磁阻挡层227顶面之间夹角,缓解导电线208的
弯折程度,从而有利于降低导电线208在第三键合点f处产生的第三作用力的大小,以及降
低导电线208在第四键合点g处产生的第四作用力的大小,从而进一步降低第三键合点f和
第四键合点g开裂的概率。
蚀,且对导电柱207和导电垫230起支撑作用,有利于避免导电柱207和导电垫230受外力影
响时相对于基底200发生偏移和避免导电柱207和导电垫230倾倒。其中,保护层217的材料
包括氧化硅、氮化硅或者氮氧化硅中的至少一种。
证导电线在电磁阻挡层顶面处良好的连接强度。
第二投影覆盖第一投影,且导电柱207、保护层217和电磁阻挡层227在基底200上的组合正
投影为第三投影,第三投影位于第一投影之外。
一器件201上形成第二器件206时,防止第二器件206的底面与引线203相接触,导致引线203
受到损伤。
良好的保护效果,避免第二器件与引线相接触。
外,密封层209对导电线颈部h具有良好的支撑加固的作用,有利于进一步降低第三键合点f
和第四键合点g开裂的概率。其中,密封层209的材料包括聚合成型树脂或者低温热玻璃复
合材料等电绝缘材料。
面之间夹角为较小的锐角,譬如,该锐角小于45°,导电线208在第四键合点g处的切线方向
与电磁阻挡层227顶面之间夹角也为较小的锐角,从而缓解导电线208的弯折程度,以降低
导电线208在第三键合点f处产生的作用力的大小,以及降低导电线208在第四键合点g处产
生的作用力的大小,从而进一步降低第三键合点f和第四键合点g开裂的概率。
216。以下将结合图6和图9对半导体结构进行说明。
之间的连接方式也不做限制。
合点g之间的高度差,从而可以不同程度上地降低导电线208的弯曲弧度,从而有利于降低
第三键合点f和第四键合点g开裂的概率。
磁阻挡层227顶面与底层芯片226上的焊盘216顶面之间的高度差不大于焊盘216的厚度。
线208在该第三键合点f处的切线方向与焊盘216顶面之间夹角为较小的锐角,与该第三键
合点f连接同一导电线208的第四键合点g处的切线方向与电磁阻挡层227顶面之间夹角也
为较小的锐角,从而进一步缓解该导电线208的弯折程度,从而进一步降低第三键合点f和
第四键合点g开裂的概率。
的传递速率;另一方面,有利于防止相邻导电线208之间短路。
低的高度差即可。
大于焊盘216的厚度。
降低第三键合点f和第四键合点g开裂的概率。此外,不同的导电线208位于不同的平面上,
有利于进一步防止相邻导电线208之间短路。
键合点之间具有较低的高度差即可。
共同构成电连接结构,导电线208的一端与电连接结构顶面接触电连接。
与电连接结构顶面可以齐平,一方面,有利于降低导电线208的长度,从而降低导电线208的
电阻;另一方面,有利于缓解导电线208的弯折程度,从而降低第三键合点f和第四键合点g
开裂的概率。
207的顶面齐平,对导电柱207的侧壁进行全面的保护和支撑。
和焊垫211之间良好的连接强度。此外,导电垫230上具有导电柱207,有利于降低第三键合
点f和第四键合点g之间的高度差,从而降低导电线208的弯曲程度,从而有利于降低第三键
合点f和第四键合点g开裂的概率。而且,由于可以降低导电线208的弯曲程度,则可以降低
半导体结构的整体厚度,使得半导体结构朝着更小尺寸的方向发展。
在接合柱102的侧壁形成介质层112。
垫110位于第一面,封装垫120位于第二面。其中,牺牲层129的材料可以为氧化硅、氮化硅或
者氮氧化硅中的至少一种。
成电磁屏蔽层。其中,金属层159的材料包括银导电漆、铜导电漆、镍导电漆、银包铜粉和镍
包铜粉等电磁屏蔽材料中的至少一种。
此外,第一器件101位于电磁屏蔽层122的间隔中,且第一器件101与每一电磁屏蔽层122之
间具有间隔,用于给后续采用引线电连接第一器件101上的焊垫111和接合柱102提供足够
的空隙。在其他例子中,也可以将粘合层涂敷在基底上,然后将第一器件固定在粘合层上。
b。
于引线103的引线颈部c,用于防止后续进行其他工艺步骤时,引线103受到损伤。此外,塑封
层104也可以用于防止第一器件101和接合柱102受到损伤。
外,在接合柱102的侧壁形成介质层112,以及在介质层112和接合柱102暴露出的表面覆盖
电磁屁股比层122,有利于避免接合柱102受外力影响时相对于基底100发生偏移或者倾倒,
以及防止相邻接合柱102以及接合柱102和第一器件101之间的电磁干扰。
形成与介质层212相互间隔的导电柱207和保护层217。
实施例中,开口在基底上的正投影也可以位于接合垫或导电垫在基底上的正投影中。
202和导电柱207的材料均为金、铝、铜或者硅和铝的复合材料等导电材料中的至少一种。
的一侧形成隔离层,隔离层覆盖接合柱和底层导电柱;图形化隔离层,形成露出底层导电柱
的第二通孔;形成填充满第二通孔的顶层导电柱,底层导电柱和顶层导电柱共同构成导电
柱。
207顶面、保护层217顶面和保护层217远离导电柱207的侧壁的金属层259为电磁阻挡层
227。
牲层和隔离层共同构成支撑层;然后在基底上形成第一器件和采用引线连接电磁屏蔽层和
焊垫。
间隔。
基底200上的正投影。
电磁阻挡层227电连接形成第四键合点g。
面高于导电线208的导电线颈部h,用于防止后续进行其他工艺步骤时,导电线208受到损
伤。此外,密封层209,也可以用于防止第二器件206、导电柱207、保护层217和电磁阻挡层
227受到损伤。
于基底表面的方向上,可以根据不同芯片与导电柱之间不同的连接方式,调节导电柱的高
度,以降低第三键合点和第四键合点之间的高度差,提高导电线与第二器件和导电柱之间
的连接强度。
证引线203与电磁屏蔽层222和焊垫211之间良好的连接强度,以及保证导电线208与电磁阻
挡层227和焊盘216之间良好的连接强度。此外,在接合柱202的侧壁形成介质层212,在导电
柱207的侧壁形成保护层217,有利于避免接合柱202和导电柱207受外力影响时相对于基底
200发生偏移或者倾倒,电磁屏蔽层222覆盖介质层212和接合柱202暴露的表面,电磁阻挡
层227覆盖保护层217和导电柱207暴露的表面,有利于防止导电柱207和接合柱202与其他
电学器件之间的电磁干扰。
任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各自更动与修改,因此本发
明的保护范围应当以权利要求限定的范围为准。