应变被减小的半导体结构制造技术

本发明专利技术涉及应变被减小的半导体结构。一种晶体管模块包含：衬底；晶体管，其位于所述衬底上；电介质层，其安置于所述晶体管及所述衬底上方；金属层，其安置于所述电介质层及所述晶体管上方，所述金属层接触所述晶体管的一部分；金属柱，其安置于所述金属层上方；及电介质衬垫，其安置于在所述晶体管上方的所述金属层与所述金属柱之间。所述电介质衬垫包含比所述金属柱柔软的电介质材料，以用于在相对于所述衬底对所述金属柱施加拉伸应力或压缩应力中的至少一者时减小半导体结上的应变。所述晶体管模块可进一步包含邻近于所述晶体管形成于所述金属层与所述衬底之间的至少一个扶壁，以用于通过提供基本上绕过所述晶体管的至少一个对应替代应力路径而进一步减小所述半导体结上的应变。

Semiconductor Structures with Reduced Strain

【技术实现步骤摘要】
应变被减小的半导体结构
本专利技术一般来说涉及应变被减小的半导体结构。
技术介绍
现代无线通信装置包含(举例来说)通常在经封装半导体装置或模块中实施的若干个倒装经组装无线电频率(RF)功率放大器。所述经封装半导体装置包含布置于半导体衬底上的多个晶体管，包含所述RF功率放大器的信号路径。所述晶体管可为双极结晶体管(BJT)或异质结双极晶体管(HBT)，其中的每一者包含基极、射极及集极。为处置晶体管中的巨大所耗散功率密度，晶体管的射极可通过金属(例如，铜)柱直接连接到模块印刷电路板(PCB)。举例来说，所述模块PCB可接着连接到母板。对于最佳热及电连接，柱直接放置于晶体管上方，且更特定来说，放置于晶体管的射极及基极部分上方(其通常为堆叠式的)。在此配置中，射极通过垂直金属堆叠(包括裸片上互连件、铜柱及焊料)直接连接到PCB。此配置提供基本上均匀热导率及紧凑低电感电连接。然而，直接垂直金属堆叠还由于金属堆叠的塑料变形而将显著应变传输到晶体管的半导体结(例如，基极-射极结)，模制化合物在将RF前端模块组装到母板期间覆盖晶体管及PCB。半导体结为其中形成晶体管的各种组件的材料汇合的结。举例来说，在NPN双极晶体管中，基极-射极结为从N型经掺杂射极到P型经掺杂基极的过渡平面。在HBT中，在结处汇合的不同层可由不同半导体材料以及不同掺杂极性形成。举例来说，共同RF功率放大器HBT可包含与基极中的相对较窄带隙材料(例如，砷化镓(GaAs))接触的具有较宽带隙的射极(例如，磷化镓铟(InGaP))。举例来说，基极-射极结可位于在射极条带下面的区域中，其中射极条带与基极台面汇合。由此芯片-封装相互作用产生的半导体结上的应变更改半导体带隙，此更改半导体结接通电压，此更改固定偏置电压下的RF性能，且此应变的后续松弛可导致电性能跨越产品寿命的改变。举例来说，可在半导体模块的组装中通过芯片-封装相互作用发生应变。在焊料回流期间，举例来说，为将RF前端模块附接到母板，已完成模块组合件。因此，已将有机模制化合物(例如，具有无机填料颗粒)注入到经翻转功率放大器裸片与模块衬底之间的空间中。在将模块附接到母板期间，回流循环加热所有材料，从而致使所述材料膨胀，且柱焊料接头熔化，从而允许焊料拉长。在回流冷却中，焊料在拉长状态中再冻结，同时模制化合物(及其它电介质)继续收缩，从而将柱(及直接连接到其的半导体结)放到压缩应变中。因此，需要在模块PCB中提供金属柱，所述金属柱提供结构支撑及电导率以及热耗散而不导致半导体结上的过度应变。
技术实现思路
在一个方面中，本专利技术涉及一种半导体模块，其包括：衬底；晶体管，其位于所述衬底上；电介质层，其安置于所述晶体管及所述衬底上方；金属层，其安置于所述电介质层及所述晶体管上方，所述金属层接触所述晶体管的一部分；金属柱，其安置于所述金属层上方；及电介质衬垫，其安置于在所述晶体管上方的所述金属层与所述金属柱之间，所述电介质衬垫包括比所述金属柱柔软的电介质材料，以用于在相对于所述衬底对所述金属柱施加拉伸应力或压缩应力中的至少一者时减小所述晶体管的半导体结上的应变。在另一方面中，本专利技术涉及一种将安装于印刷电路板(PCB)上的模块，所述模块包括：多个晶体管，其位于衬底上，每一晶体管包括：子集极层，其位于所述衬底上或至少部分地位于所述衬底中；基极，其包含堆叠于所述子集极层上的基极敷金属及基极台面且连接到基极馈源；至少一个射极条带，其形成于所述基极台面上且与所述基极敷金属电绝缘；及至少一个集极条带，其邻近所述基极台面形成于所述子集极层上且连接到集极总线，所述至少一个集极条带包含第一金属层的至少一部分；第一电介质材料，其安置于所述多个晶体管上方；第二金属层，其安置于所述第一电介质材料上方且电连接到每一晶体管的所述至少一个射极条带；多个电介质衬垫，其包括安置于所述第二金属层上的第二电介质材料，每一电介质衬垫布置于每一晶体管的所述基极及所述至少一个射极条带上方；第三金属层，其安置于所述第二金属层及所述多个电介质衬垫上方，所述第三金属层在所述多个电介质衬垫之间接触所述第二金属层；及金属柱，其安置于所述第三金属层上，其中所述电介质衬垫经配置以保护所述多个晶体管的半导体结免受由相对于所述衬底对所述金属柱施加的拉伸应力及/或压缩应力引起的应变。在又一方面中，本专利技术涉及一种模块，其包括：衬底；晶体管，其位于所述衬底上；电介质层，其安置于所述晶体管及所述衬底上方；金属层，其安置于所述电介质层及所述晶体管上方，所述金属层接触所述晶体管的一部分；金属柱，其安置于所述金属层上方；及至少一个扶壁，其邻近于所述晶体管形成于所述金属层与所述衬底之间，所述至少一个扶壁在相对于所述衬底对所述金属柱施加拉伸应力或压缩应力中的至少一者时减小半导体结上的应变，从而提供基本上绕过所述晶体管的至少一个对应替代应力路径。附图说明当与附图一起阅读时，依据以下详细说明会最好地理解本专利技术教示。特征未必按比例绘制。在任何实际的情况下，相似元件符号指代相似特征。图1是根据代表性实施例的具有电介质衬垫及扶壁的半导体结构的横截面视图。图2是根据代表性实施例的具有电介质衬垫及扶壁的半导体结构的另一横截面视图。图3是根据代表性实施例的具有电介质衬垫及扶壁的图1及2中所展示的半导体结构的经简化俯视图。具体实施方式在以下详细说明中，出于阐释而非限制的目的，陈述了揭示具体细节的代表性实施例以便提供对本专利技术教示的透彻理解。可省略对已知装置、材料及制造方法的说明以便避免使对实例性实施例的说明模糊。尽管如此，但可根据代表性实施例使用在所属领域的普通技术人员的认识范围内的此些装置、材料及方法。此外，应理解，各图中所描绘的电组件及连接的各种配置为说明性的，且因此可在不背离本专利技术教示的范围的情况下变化。本文中所使用的术语是出于仅描述特定实施例的目的，且不打算为限制性的。所定义术语是对所述所定义术语在相关上下文中通常所理解及接受的技术、科学或普通意义的补充。术语“一(a、an)”及“所述(the)”包含单数及复数两种形式的所指物，除非上下文另有清晰指示。因此，举例来说，“装置”包含一个装置及多个装置。术语“基本”或“基本上”意指在所属领域的普通技术人员可接受的极限或程度内。术语“大致”意指在所属领域的普通技术人员可接受的极限或量内。例如“上面”、“下面”、“顶部”、“底部”、“上部”及“下部”的相关术语可用于描述各种元件彼此之间的关系，如附图中所图解说明。这些相关术语打算囊括除图式中所描绘的定向之外的装置及/或元件的不同定向。举例来说，如果装置相对于图式中的视图倒置，那么被描述为在另一元件“上面”的元件(举例来说)现在将在所述元件下面。在称第一装置连接或耦合到第二装置时，这囊括其中可采用一或多个中间装置来将两个装置彼此连接的实例。相比之下，在称第一装置直接连接或直接耦合到第二装置时，这囊括其中在无除电连接器(例如，导线、接合材料等)之外的任何介入装置的情况下将两个装置连接在一起的实例。一般来说，各种实施例包含具有裸片上互连系统的(例如)功率放大器的半导体结构，所述裸片上互连系统包含布置于所述半导体结构中的(若干)晶体管上方的电介质衬垫。也就是说，所述裸片上互连系统可包含多个相对柔软绝缘低K电介质材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种半导体模块，其包括：衬底；晶体管，其位于所述衬底上；电介质层，其安置于所述晶体管及所述衬底上方；金属层，其安置于所述电介质层及所述晶体管上方，所述金属层接触所述晶体管的一部分；金属柱，其安置于所述金属层上方；及电介质衬垫，其安置于在所述晶体管上方的所述金属层与所述金属柱之间，所述电介质衬垫包括比所述金属柱柔软的电介质材料，以用于在相对于所述衬底对所述金属柱施加拉伸应力或压缩应力中的至少一者时减小所述晶体管的半导体结上的应变。

【技术特征摘要】
2017.10.30 US 15/797,3021.一种半导体模块，其包括：衬底；晶体管，其位于所述衬底上；电介质层，其安置于所述晶体管及所述衬底上方；金属层，其安置于所述电介质层及所述晶体管上方，所述金属层接触所述晶体管的一部分；金属柱，其安置于所述金属层上方；及电介质衬垫，其安置于在所述晶体管上方的所述金属层与所述金属柱之间，所述电介质衬垫包括比所述金属柱柔软的电介质材料，以用于在相对于所述衬底对所述金属柱施加拉伸应力或压缩应力中的至少一者时减小所述晶体管的半导体结上的应变。2.根据权利要求1所述的半导体模块，其进一步包括：至少一个扶壁，其邻近于所述晶体管形成于所述金属层与所述衬底之间，所述至少一个扶壁在相对于所述衬底对所述金属柱施加拉伸应力或压缩应力中的所述至少一者时进一步减小所述半导体结上的应变，从而提供基本上绕过所述晶体管的至少一个对应替代应变路径。3.根据权利要求2所述的半导体模块，其中所述至少一个扶壁由金属形成。4.根据权利要求3所述的半导体模块，其中所述至少一个扶壁平行于所述晶体管的射极条带而布置。5.根据权利要求1所述的半导体模块，其中所述电介质衬垫包括电介质材料。6.根据权利要求5所述的半导体模块，其进一步包括：钝化覆盖物，其环绕所述电介质衬垫的所述电介质材料的至少一部分。7.根据权利要求6所述的半导体模块，其中所述电介质衬垫的所述电介质材料包括苯并环丁烯BCB、聚苯并恶唑PBO材料、聚酰亚胺材料或其它有机旋涂薄膜中的一者，且所述钝化覆盖物包括氮化硅材料、二氧化硅材料或其它无机材料。8.根据权利要求1所述的半导体模块，其进一步包括位于所述金属层与所述金属柱之间的再分布层RDL，所述电介质衬垫安置于所述金属层与所述RDL之间。9.一种将安装于印刷电路板PCB上的模块，所述模块包括：多个晶体管，其位于衬底上，每一晶体管包括：子集极层，其位于所述衬底上或至少部分地位于所述衬底中；基极，其包含堆叠于所述子集极层上的基极敷金属及基极台面且连接到基极馈源；至少一个射极条带，其形成于所述基极台面上且与所述基极敷金属电绝缘；及至少一个集极条带，其邻近所述基极台面形成于所述子集极层上且连接到集极总线，所述至少一个集极条带包含第一金属层的至少一部分；第一电介质材料，其安置于所述多个晶体管上方；第二金属层，其安置于所述第一电介质材料上方且电连接到每一晶体管的所述至少一个射极条带；多个电介质衬垫，其包括安置于所述第二金属层上的第二电介质材料，每一电介质衬垫布置于每一晶体管的所述基极及所述至少一个射极条带上方；第三金属层，其安置于所述第二金属层及所述多个电介质衬垫上方，所述第...

【专利技术属性】
技术研发人员：托马斯·爱德华·邓根，乔纳森·夸杜沃·阿布罗克华，福雷斯特·狄克逊，威廉姆·斯诺德格拉斯，
申请(专利权)人：安华高科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG