一种具有高稳定性粘结层的半导体装置及其制备方法制造方法及图纸

本申请实施例公开了一种半导体装置(400)及其制备方法，该半导体装置(400)中，用于粘结半导体芯片(41)和基板(42)的粘结层(43)由高导电和导热的金属粉末烧结工艺制成的烧结金属构成。并且，在本申请实施例中，存在于烧结金属内部的至少部分空洞(431)内填充有特定材料。如此，空洞(431)被特定材料填充后，有利于减少潮气的容纳，因而减少了当半导体装置(400)经过回流焊贴装到印刷线路板上时，引起的芯片(41)和基板(42)的分层的可能性。另外，填充后的空洞(431)不会干扰分层的检测结果，因而提高了半导体装置(400)分层检测结果的准确性。

A semiconductor device with high stability bonding layer and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】一种具有高稳定性粘结层的半导体装置及其制备方法
本申请涉及半导体芯片封装
，尤其涉及一种半导体装置及其制备方法。
技术介绍
由于环氧成型化合物(Epoxy Molding Compound,EMC)的材料成本较低，又适合大规模自动化生产，因此，半导体芯片通常采用EMC封装。采用EMC封装得到的结构称为EMC封装结构或塑封结构。目前，业界采用的半导体芯片塑封结构存在以下缺陷：第一：当半导体芯片塑封结构长时间暴露在潮湿的环境中后，当半导体芯片塑封结构器件经过回流焊贴装到印刷线路板上时，有可能会引起半导体芯片和线路基板的粘结材料失效，导致两者分层。第二：半导体芯片塑封结构内部是否存在分层的检测准确性较低。
技术实现思路
有鉴于此，本申请实施例提供了一种半导体装置及其制备方法，以克服上述缺陷。为了解决上述技术问题，本申请采用了如下技术方案：本申请的第一方面提供了一种半导体装置，包括：半导体芯片、基板以及位于该半导体芯片和该基板之间用于粘结该半导体芯片和该基板的粘结层；该粘结层包括烧结金属；该烧结金属的内部包括多个空洞，至少部分空洞内填充有特定材料；其中，该特定材料在高于预设温度时，具有一定的流动性，并且在加热熔融后能够固化成型。本申请提供的半导体装置由于烧结金属内部的至少部分空洞内填充有特定材料，降低了外界环境中的潮气聚集在半导体装置内部的概率，减少了当半导体装置经过回流焊(reflow)贴装到印刷线路板上时，引起的芯片和基板的分层的可能性；另外，填充有特定材料的空洞的超声波扫描显微镜图像与半导体内部分层的图像有明显区别，因此该半导体装置的内部分层的检测准确性较高。结合本申请的第一方面，在第一种可能的实施方式中，该半导体装置还包括：包裹在该半导体芯片和该粘结层外围的塑封体，该特定材料与形成该塑封体对应的塑封料相同。该实施方式中，塑封体能够保护其内部的半导体芯片和粘结层，从而，能够提高半导体装置的可靠性。并且该实施方式能够简化半导体装置的制作工艺，降低制作成本。结合本申请的第一方面及其第一种可能的实施方式中，在第二种可能的实施方式中，所述烧结金属内部85％以上的空洞填充有所述特定材料。结合本申请的第一方面的第二种可能的实施方式中，在第三种可能的实施方式中，所述烧结金属内部90％以上的空洞填充有所述特定材料。当更高比例的空洞被特定材料填充时，因空洞容纳潮气而导致的分层可能性更低，通过超声波扫描显微镜检测内部分层状况的准确性更高。结合本申请的第一方面及其上述各种可能的实施方式中，在第四种可能的实施方式中，在该半导体芯片与该粘结层相粘结的表面上设置有第一金属层，该第一金属层与该粘结层之间由于金属键合力形成第一金属合金层。该实施方式能够提高半导体芯片与粘结层之间的连接性能，降低两者之间分层的可能。结合本申请的第一方面及其上述各种可能的实施方式中，在第五种可能的实施方式中，与该粘结层相粘结的基板表面上设置有第二金属层，该第二金属层与该粘结层之间由于金属键合力形成第二金属合金层。该实施方式能够提高基板与粘结层之间的连接性能，降低两者之间分层的可能。结合本申请的第一方面，在第六种可能的实施方式中，特定材料是在通过烧结固化工艺形成粘结层之后，从该粘结层的外部引入到空洞内，从而达到填充空洞的效果。结合本申请的第一方面及其上述各种可能的实施方式中，在第七种可能的实施方式中，该烧结金属为烧结银。该实施方式能够提高粘结层的导热、导电性能。结合本申请的第一方面及其上述各种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，该金属粉末包括：纳米级和微米级的金属颗粒中的至少一项。结合本申请的第一方面及其上述各种可能的实施方式，在第九种可能的实施方式中，烧结金属由金属粉末经过烧结工艺制成。本申请的第二方面提供了一种半导体装置的制备方法，所述制备方法包括：通过烧结固化工艺在半导体芯片和基板之间形成粘结层，该粘结层用于粘结该半导体芯片和该基板，其中该粘结层由烧结金属组成，该烧结金属内部包括多个空洞；采用特定材料填充至少部分该空洞；该特定材料在高于预设温度时，具有一定的流动性，并且在加热熔融后能够固化成型。由于烧结金属内部的至少部分空洞内填充有特定材料，降低了外界环境中的潮气聚集在半导体装置内部的概率，减少了当半导体装置经过回流焊(reflow)贴装到印刷线路板上时，引起的芯片和基板的分层的可能性；另外，填充有特定材料的空洞的超声波扫描显微镜图像与半导体内部分层的图像有明显区别，因此该半导体装置的内部分层的检测准确性较高。结合本申请的第二方面，在第一种可能的实施方式中，所述制备方法还包括：形成包裹该半导体芯片和该粘结层的塑封体，且特定材料与该塑封体对应的塑封料相同。该可能的实施方式中，塑封体能够保护其内部的半导体芯片和粘结层，从而，能够提高半导体装置的可靠性。结合本申请的第二方面的第一种可能的实施方式，在第二种可能的实施方式中，所述采用特定材料填充至少部分该空洞，具体包括：在形成所述塑封体的同时，流动的塑封料流入所述至少部分所述空洞内，以使得所述至少部分所述空洞内填充有所述塑封料。该可能的实施方式能够简化半导体装置的封装工艺，降低封装成本。结合本申请的第二方面及其上述各种可能的实施方式，在第三种可能的实施方式中，所述形成包裹该半导体芯片和该粘结层的塑封体之后，还包括：对该塑封体进行定型固化。结合本申请的第二方面，在第四种可能的实施方式中，所述采用特定材料填充至少部分该空洞，具体包括：加热该特定材料至高于该预设温度，以使该特定材料能够流动；将该能够流动的特定材料注入到该粘结层内的至少部分空洞内。该可能的实施方式能够提高空洞的填充效果。结合本申请的第二方面的第四种可能的实施方式，在第五种可能的实施方式中，所述利用毛细作用力将该流体注入到该粘结层内的至少部分空洞内之后，还包括：将填充有该特定材料的结构放置到一定温度条件下，对注入到空洞内的流体进行后固化。该可能的实施方式能够提高半导体装置的可靠性。结合本申请的第二方面及其上述各种可能的实施方式，在第六种可能的实施方式中，所述烧结金属内部85％以上的空洞填充有所述特定材料。该可能的实施方式能够减少当半导体装置经过回流焊(reflow)贴装到印刷线路板上时，引起的芯片和基板的分层的可能性。以及提高半导体装置的内部分层的检测准确性。结合本申请的第二方面及其上述各种可能的实施方式，在第七种可能的实施方式中，与所述粘结层相粘结的半导体芯片表面上设置有第一金属层，所述第一金属层与所述粘结层之间由于金属键合力形成第一金属合金层。该可能的实施方式能够提高半导体芯片与粘结层之间的连接性能，降低两者之间分层的可能。结合本申请的第二方面及其上述各种可能的实施方式，在第八种可能的实施方式中，与所述粘结层相粘结的基板表面上设置有第二金属层，所述第二金属层与所述粘结层之间由于金属键合力形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置，其特征在于，包括：/n半导体芯片、基板以及位于所述半导体芯片和所述基板之间用于粘结所述半导体芯片和所述基板的粘结层；/n所述粘结层包括烧结金属；所述烧结金属的内部包括多个空洞，至少部分所述空洞内填充有特定材料；其中，所述特定材料在高于预设温度时，具有一定的流动性，并且在加热熔融后能够固化成型。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】一种半导体装置，其特征在于，包括：
半导体芯片、基板以及位于所述半导体芯片和所述基板之间用于粘结所述半导体芯片和所述基板的粘结层；
所述粘结层包括烧结金属；所述烧结金属的内部包括多个空洞，至少部分所述空洞内填充有特定材料；其中，所述特定材料在高于预设温度时，具有一定的流动性，并且在加热熔融后能够固化成型。


根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，所述半导体装置还包括：包裹在所述半导体芯片和所述粘结层外围的塑封体，所述特定材料与所述塑封体对应的塑封料相同。


根据权利要求1或2所述的半导体装置，其特征在于，所述烧结金属内部85％以上的空洞填充有所述特定材料。


根据权利要求1-3任一项所述的半导体装置，其特征在于，在所述半导体芯片与所述粘结层相粘结的表面上设置有第一金属层，所述第一金属层与所述粘结层之间由于金属键合力形成有第一金属合金层。


根据权利要求1-4任一项所述的半导体装置，其特征在于，与所述粘结层相粘结的基板表面上设置有第二金属层，所述第二金属层与所述粘结层之间由于金属键合力形成有第二金属合金层。


一种半导体装置的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
通过烧结固化工艺在半导体芯片和基板之间形成粘结层，所述粘结层用于粘结所述半导体芯片和所述基板，其中所述粘结层由烧结金属组成，所述烧结金属内部包括多个空洞；
采用特定材料填充至少部分所述空洞；所述特定材料在高于预设温度时，具有一定的流动性，并且在加热熔融后能够...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨人毅，许鹏，滕辉，李晓勇，陈特伟，韩梅，张韧，魏雷，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44