具有集成天线结构的晶圆级封装制造技术

本发明专利技术涉及具有集成天线结构的晶圆级封装，射频(RF)半导体芯片可以基于用于提供一封装材料的两步工艺在晶圆级上封装，从而在形成于该封装材料中的天线结构和该半导体芯片之间提供非常短的电性连接。在一些说明性实施例中，该天线结构可设置在该半导体芯片的上方，从而形成一高空间效率的总体配置。

Wafer level package with integrated antenna structure

【技术实现步骤摘要】
具有集成天线结构的晶圆级封装
一般而言，本申请涉及包括必须连接到各自的天线结构以与该半导体装置的外围建立无线连接的射频(RF)元件的半导体装置。
技术介绍
在半导体产品的领域，存在着将越来越多的电路元件集成到单一的半导体裸片(die)或芯片(chip)中的发展趋势，从而提供在单一芯片上实现整个系统的可能性。由于电子装置对于无线连接的需求总体上在增加，因此，在单个半导体芯片中实现各自无线连接的需求也在不断增加，从而显著提高电子组件的灵活性和应用领域。例如，对于低端传感器装置，无线信号传输在建立可基于传感器装置等信息运行的复杂系统方面提供了卓越的灵活性。另一方面，即便是单芯片上的高度复杂系统，也可能必须配备精密的无线连接，以便与例如传感器、监控设备等其他组件进行通信。在芯片级实现无线连接后，不仅必须在半导体芯片中提供各自的RF组件，例如，放大器、本地振荡器、锁相环组件等，而且还必须将各自的天线结构定位于这些RF组件的附近，从而在功率损耗、抗干扰的稳健性(robustness)等方面获得适当的性能。在最近的发展中，为进一步降低波长从而增加通常用于无线连接的各个通信信道的频率，必须处理大约20-110GHz的频率，因此对于各电子元件的模拟(analog)射频部分的总体设计造成了重大负担。例如，当波长在毫米范围内减小时，各天线结构与实际电子组件(例如，发射器的最终射频放大器或接收器的输入放大器)之间的接口(interface)是一个非常关键的器件部分，这是因为，例如，各个馈电线(feedline)的任何过长的长度都可能导致显著的信号丢失、干扰等异常。因此，为了提供高效的中间结构，以将半导体芯片中的天线结构与实际电子组件连接起来，这一
正在作出巨大的努力。例如，已在具有适当接触结构的特定材料的基础上开发专用基板，以便有效地连接至半导体芯片，从而提供一完整电子装置的有效整体性能，其中，该完整电子装置包括有半导体芯片、各自的封装件、以及具有形成于其中的天线结构的专门设计的基板等。在其他最近的方法中，天线结构可在半导体芯片中提供，然而，这可能会导致芯片面积的显著增加，从而提高整体制造成本。一般而言，半导体
有一种趋势，根据这种趋势，半导体芯片的封装可以在晶圆级(waferlevel)上完成，也就是说，半导体裸片可以在将晶圆实际分离成单个半导体芯片之前进行封装，从而实现高成本效益的封装工艺。由于在晶圆级上进行封装是制造半导体装置的一种非常具有前景的方法，此是由于是针对晶圆整体而非单独的裸片执行相应的处理工艺，从而在整个制造流程的最终状态下减少产量损失，本申请通常涉及半导体装置和制造技术，其中，可以包含天线结构，同时避免或至少减少上述问题的影响。
技术实现思路
以下是针对本专利技术的一简要概述，以提供对本专利技术的某些方面的基本了解。此摘要并非本专利技术之详尽概述。其并非用于识别本专利技术的关键要素，也不用于限制本专利技术的范围。其唯一目的是以简化的形式呈现一些概念，以作为后续详细描述的前奏。基本上，本申请涉及射频(RF)半导体装置的晶圆级封装的概念，其采用基于适当材料的成型技术，这些材料被确定为射频应用的优良材料。此外，天线结构可并入各自的介电材料(例如，成型材料)中，并与其他适当的连接结构(例如金属化层)结合，用于将半导体芯片的电性连接重新分配到较小临界横向尺寸的一芯片外部级，以允许至该半导体芯片的外围(例如，另一载体基板、一印刷电路板等)的连接。一般而言，这种以金属线、金属垫以及接触通孔或元件形式分布的接触结构可称为重分布层，并表示该半导体芯片的最终金属层的典型密集型封装的接触垫和外部组件(例如基板封装件、印刷电路板等)之间的一接口。人们已经认识到，基本上，基于介电材料包围半导体芯片的封装技术的应用，例如，基于成型工艺(moldingprocess)，可用于以高空间效率的方式结合各自的天线结构，从而在半导体芯片和天线结构之间实现极短的电性连接，同时，介电材料的优良特性可有助于封装的射频半导体芯片的优异性能。例如，在一些说明性实施例中，除了基于一第一成型工艺形成一重分布层之外，还可使用另一成型工艺，以合并所需的天线结构和各自的连接，从而获得一晶圆级封装工艺，其中，天线结构在封装材料中提供，以于天线结构和实际半导体芯片之间提供非常短的导电路径。根据本文所公开的一个说明性实施例，一种方法包括形成在一半导体芯片的一第一表面上方的一第一重分布层，其中，该第一重分布层包括至少一天线接地板。该方法还包括将该半导体芯片附接至该第一重分布层。此外，形成一第一介电材料以包围该半导体芯片并将该半导体芯片机械地连接至该第一重分布层。该方法还包括形成一第二重分布层以连接到该半导体芯片的一第二表面，其中，该第二表面与该第一表面相对。此外，该方法包括形成一金属化结构于一第二介电材料中，其中，该金属化结构包括一个或多个天线结构以及将该一个或多个天线结构连接到该第一重分布层的一连接结构。根据本文所公开的另一实施例，一射频(RF)半导体装置包括具有至少一射频组件的一半导体芯片，其中，该半导体芯片具有一第一表面和相对的一第二表面。该射频半导体装置还包括包围该半导体芯片的一介电封装材料。此外，一第一重分布层形成于该半导体芯片的该第一表面的上方，其中，该第一重分布层包括横向设置的至少一天线接地板，以沿一高度方向观察时，其至少部分地位于该半导体芯片的一轮廓内。该半导体装置还包括形成于该半导体芯片的该第二表面下方的的一第二重分布层。此外，该射频半导体装置包括一金属化结构，其形成于该第一表面的上方且沿该高度方向与该第一重分布层隔开，并包括一个或多个天线结构，其中，当沿该高度方向观察时，该一个或多个天线中的至少一个位于该半导体芯片的该轮廓内。根据本文所公开的另一说明性实施例中，一射频半导体装置包括具有至少一射频组件的一半导体芯片，其中，该半导体芯片具有一第一表面和相对的一第二表面。该半导体装置还包括包围该半导体芯片的一介电封装材料。此外，一第一重分布层形成于该半导体芯片的该第一表面的上方，其中，该第一重分布层包括横向设置的至少一天线接地板，以便在沿以高度方向观察时，其至少部分地位于该半导体芯片的一轮廓内。此外，一第二重分布层形成于该半导体芯片的该第二表面的下方。最后，一金属化结构沿该高度方向形成于该第一表面以及该第一重分布层的上方，其中，该金属化结构包括多个天线结构，当沿该高度方向观察时，该多个天线结构中的每一个至少部分地位于该半导体芯片的该轮廓内。附图说明本申请可通过下述结合附图的描述进行理解，其中，类似的参考数字用于识别类似的元件，且其中：图1为根据说明性实施例，示意性说明了一半导体芯片的俯视图，该半导体芯片在晶圆级封装，且在该半导体芯片的轮廓内，该封装材料中包含多个天线结构；图2A及图2B为根据说明性实施例，示意性说明了半导体装置的横截面图，该半导体装置包括封装材料中(即成型材料中)的天线结构，其中，图2A所提供的半导体芯片为“正面朝下”，以提供芯片内部接触垫到一封装基板的一接触结构的高效路由，图2B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，其特征在于，包括：/n形成一第一重分布层于一半导体芯片的一第一表面的上方，该第一重分布层包括至少一天线接地板；/n形成一第一介电材料，以包围该半导体芯片并将该半导体芯片机械地连接到该第一重分布层；/n形成一第二重分布层，以连接至该半导体芯片的一第二表面，该第二表面与该第一表面相对；以及/n形成一金属化结构于一第二介电材料中，该金属化结构包括一个或多个天线结构以及一连接结构，该连接结构将该一个或多个天线结构电性连接到该第一重分布层和该第二重分布层中的至少一个。/n

【技术特征摘要】
20180831 US 16/118,7911.一种方法，其特征在于，包括：
形成一第一重分布层于一半导体芯片的一第一表面的上方，该第一重分布层包括至少一天线接地板；
形成一第一介电材料，以包围该半导体芯片并将该半导体芯片机械地连接到该第一重分布层；
形成一第二重分布层，以连接至该半导体芯片的一第二表面，该第二表面与该第一表面相对；以及
形成一金属化结构于一第二介电材料中，该金属化结构包括一个或多个天线结构以及一连接结构，该连接结构将该一个或多个天线结构电性连接到该第一重分布层和该第二重分布层中的至少一个。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该一个或多个天线结构中的至少一个为横向设置，以便在沿以高度方向观察时位于该半导体芯片的一轮廓内。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成该金属化结构包括在形成该第二介电材料之前形成该金属化结构的一第一部分，以及在形成该第二介电材料之后形成该金属化结构的一第二部分。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，形成该金属化结构的该第一部分包括图案化形成于该第一重分布层上方的一牺牲材料，以及在该图案化的牺牲层存在的情况下执行一沉积工艺，以便在该连接结构中沉积用于形成接触元件的一导电材料。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，图案化该牺牲材料包括执行一光刻工艺。


6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，形成该金属化结构的该第二部分包括在该接触元件存在的情况下形成该第二介电材料，以及形成至少该一个或多个天线结构于该第二介电材料中。


7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，形成该金属化结构包括形成开口于该第二介电材料中，以便连接至该第一重分布层，并在该开口中填充一导电材料。


8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，至少一些该开口是通过钻孔形成的。


9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该第一介电材料通过一第一成型工艺而形成。


10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，该第二介电材料由相对于该第一成型工艺独立执行的一第二成型工艺而形成。


11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括确定该第一介电材料和该第二介电材料中的机械应力与该第一重分布层和该第二重分布层的至少一个的一厚度的一相关性，并通过调整该第一重分布层和该第二重分布层中的至少一个的一实施厚度，以使用该确定的相关性进行应力控制。


12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法是在分离成独立芯片之前，在一整体半导体晶圆上予以执行。


13.一种射频(RF)半导体装置，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：W·马塞尔，G·克里斯蒂安，
申请(专利权)人：格芯公司，
类型：发明
国别省市：开曼群岛;KY