射频芯片、射频芯片保护环布置结构及布置方法技术

本发明专利技术公开了用于在低k介电材料上布置保护环以减少湿气侵入影响的多种实施例。双重保护环的实施例中公开了包括外保护环和内保护环的双重保护环结构。双重保护环结构具有相对设置的外开口和内开口以形成开口环结构来避免射频信号传输过程中的电感耦合。利用加长的湿气侵入路径，双重保护环结构更易于实施。本发明专利技术还公开了倒装射频芯片中的闭合保护环的实施例。闭合保护环具有一个或多个设置于内侧的接地凸块焊盘并通过连接至基板的顶部接地层的凸块柱实现接地。此外，接地凸块焊盘和射频信号凸块焊盘可以构成地

【技术实现步骤摘要】
射频芯片、射频芯片保护环布置结构及布置方法


[0001]本专利技术总体上涉及半导体结构，并具体涉及一种用于工作在射频频率下的半导体芯片的 保护环布置。

技术介绍

[0002]射频(RF)或微波/毫米波频率电路通常包括介电材料，其在高射频频率下将产生过多的 介电热功率损耗。为了提高射频电路的性能，特别是针对更高的射频频率，低介电常数(低 k)的多孔材料，如碳硅氧氢化物(SiCOH)或多孔碳硅氧氢化物(p
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SiCOH)，已被广泛地 应用于多种先进的射频集成电路(IC)。
[0003]但是，相较于非多孔的传统介电材料，例如通过化学气相沉积制得的SiO2薄膜(CVD
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SiO2)，这类低介电常数的多孔材料将更容易吸收湿气。为避免湿气侵入射频芯片，造成SiCOH 开裂或降低芯片的可靠性，例如电迁移、应力迁移等，通常采用从外侧横向环绕包围半导体 芯片的堆叠式后道工序(BEOL)金属结构构成的芯片保护环。芯片保护环能够防止离子污染 物，而且可以在芯片可靠性应力测试和正常使用过程中起到防止芯片介质层分层作用以减少 环境暴露的影响。
[0004]部分保护环(也称为密封环)包括与衬底接触的金属，其向芯片衬底接地提供低电阻路 径以抑制浪涌电流。在射频或微波/毫米波频率，连续闭合的保护环可能引起电感耦合，从而 干扰片上信号路径。
[0005]因此，有必要提供一种布置保护环的系统和方法以提高半导体射频芯片的性能。

技术实现思路

[0006]本专利技术提供了在半导体射频芯片中布置保护环以提高其性能的系统及方法的实施例。
[0007]本专利技术公开了双重保护环结构的实施例，双重保护环结构包括外保护环和内保护环。每 个保护环可以由贯穿多层的后道工序(BEOL)金属结构的堆叠构成。BEOL金属结构环绕包 围低
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k多孔介电材料。双重保护环结构具有设置于外保护环上的外开口和设置于内保护环上 的内开口，由此形成开口环结构来避免电感耦合效应对射频信号传输过程中的干扰。这种开 口结构形成了多条湿气侵入路径，例如，位于外开口和内开口之间的第一湿气侵入路径和第 二湿气侵入路径。在一个或多个实施例中，外开口与内开口的相对设置以使得第一湿气侵入 路径和第二湿气侵入路径长度相等。通过这种方式，湿气侵入便没有“捷径”。环境中的湿气 总是需要途经一段加长的距离，其长度大约为保护环周长的一半，方能侵入半导体芯片。所 以，湿气侵入影响将大幅降低或放缓。两个保护环上的开口断开了金属环，从而最大限度地 减少了闭合保护环所导致的片上射频信号受到寄生耦合和电感耦合干扰。考虑到加长的湿气 侵入路径，双重保护环结构能够避免复杂且昂贵的开口密封处理，进而使这种结构更易于实 现。
[0008]本专利技术还公开了倒装射频芯片中的闭合保护环结构的实施例。闭合保护环内侧设
置有一 个或多个接地凸块焊盘。所述闭合保护环可以由贯穿多层的BEOL金属结构堆叠构成以从外 侧横向环绕包围低k多孔介电材料。所述射频芯片可以是倒装芯片并且包括位于所述多层之 上的绝缘层和晶圆基片(在芯片倒装后)。闭合保护环可以连接至接地凸块焊盘，接地凸块焊 盘通过凸块柱连接至基板的顶部接地层。所述顶部接地层可以通过一个或多个设置于基板上 的接地通孔与底部接地层电连接。通过这种倒装芯片连接方式，闭合保护环接地可以不依赖 于穿过晶圆基片的通孔来实现，因而更加容易实施。
[0009]进一步地，接地凸块焊盘可以位于射频信号凸块焊盘的两侧以构成地
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信号
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地(GSG) 焊盘结构，其特征阻抗与射频信号路径的特征阻抗相匹配以用于平滑或低损耗的射频信号传 输进出所述射频芯片。接地凸块柱和信号凸块柱也可以构成具有与GSG焊盘结构相匹配的特 征阻抗的GSG柱结构。为满足特征阻抗匹配条件，射频信号传输过程中的电压驻波比(VSWR) 需小于等于2:1。
附图说明
[0010]附图中示出了本专利技术的示例性实施例以供参考，这些附图旨在说明而非限制本专利技术。虽 然本专利技术已大致记载于实施例中，但如此做的目的不是将本专利技术的保护范围限制为所描述的 实施例中的具体技术特征。
[0011]图1示出了现有技术中的带连续闭合保护环的射频芯片；
[0012]图2为本专利技术一个或多个实施例中开口相对设置的一种双重保护环结构的布局图；
[0013]图3为本专利技术一个或多个实施例中一种双重保护环结构的剖视图；
[0014]图4为本专利技术一个或多个实施例中每个保护环上均设置有多个开口的另一种双重保护环 结构的布局图；
[0015]图5为本专利技术一个或多个实施例中闭合保护环结构的布局图；
[0016]图6为本专利技术一个或多个实施例中具有闭合保护环结构的倒装芯片的剖视图；
[0017]图7为本专利技术一个或多个实施例中具有闭合保护环结构和用于射频信号传输的地
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信号
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地(GSG)焊盘结构的射频芯片的布局图；
[0018]图8为本专利技术一个或多个实施例中射频芯片及用于射频信号传输的GSG柱结构的剖视 图。
[0019]本领域技术人员将认识到，根据说明书能够实施本专利技术的多种实施方式和实施例。所有 这些实施方式和实施例均应包含在本专利技术的保护范围之内。
具体实施方式
[0020]在下文的描述中，为了解释本专利技术，将陈述本专利技术的具体细节以方便理解本专利技术。但即 使不具备部分或者全部所述的具体细节，本专利技术亦可实施。下文所述的本专利技术的实施例可能 被包含在许多不同的电气组件、电路、设备和系统中。附图的框图中所示的结构和设备用以 说明本专利技术的示例性实施例，但不作为用于模糊本专利技术宽泛指导的托辞。附图中所示的元件 之间的连接关系不限于直接连接。而是元件之间的连接能够通过中间组件被修改、重构或者 以其他方式改变。
[0021]说明书中对“一个实施例”或“某个实施例”的引用表示与该被讨论的实施例有关
的具 体特征、结构、特征或功能包含在本专利技术至少一个预期的实施例中。因此，在说明书中不同 位置出现的短语“在一个实施例中”并不构成对本专利技术单个实施例的多次引用。
[0022]保护环技术被广泛应用于GaAs、SiGe、射频互补金属氧化物半导体(RFCMOS)、以及 射频绝缘体上硅(RFSOI)等多种不同的半导体技术中。图1示出了现有技术中的带连续闭 合保护环的射频芯片。然而在射频或微波/毫米波频率，连续闭合的保护环可能引起电感耦合， 从而干扰片上信号路径。为避免寄生耦合和电感耦合，可以采用分段的保护环。但是，当保 护环上具有开口时，湿气可能会通过开口从芯片切割边缘渗入。分段保护环的使用可能导致 低k多孔介电材料的可靠性失效。因此，具有分段保护环与低k SiCOH或p
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SiCOH的MOL (中间工序)/BEOL(后道工序)的RFSOI芯片在传统上是不兼容的。
[0023]本专利技术描述的保护环的各实施例能够有效地构建于低k多孔介电材料射频本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.用于射频芯片的保护环结构，其特征在于，包括：多孔介电材料层；内保护环，环绕包围所述多孔介电材料层，所述内保护环包括内开口；及外保护环，环绕于所述内保护环的外侧，所述外保护环包括外开口，所述外开口与所述内开口相对设置以形成从所述外开口到所述内开口的第一湿气侵入路径和第二湿气侵入路径。2.根据权利要求1所述的用于射频芯片的保护环结构，其特征在于，所述内保护环和所述外保护环相互平行。3.根据权利要求1所述的用于射频芯片的保护环结构，其特征在于，所述内保护环、外保护环包括堆叠的后道工序金属结构。4.根据权利要求3所述的用于射频芯片的保护环结构，其特征在于，所述后道工序金属结构贯穿有薄膜层、所述多孔介电材料层、半导体层。5.根据权利要求3所述的用于射频芯片的保护环结构，其特征在于，所述后道工序金属结构为电浮接。6.根据权利要求1所述的用于射频芯片的保护环结构，其特征在于，所述第一湿气侵入路径的长度和所述第二湿气侵入路径的长度相等。7.一种射频芯片，其特征在于，包括：多孔介电材料层；闭合保护环，环绕包围所述多孔介电材料层，所述闭合保护环包括堆叠的后道工序金属结构；及第一接地凸块焊盘，设置于所述闭合保护环内侧并与所述闭合保护环电连接，所述第一接地凸块焊盘通过第一接地凸块柱连接至基板的接地层。8.根据权利要求7所述的一种射频芯片，其特征在于，所述射频芯片为倒装射频芯片。9.根据权利要求7所述的一种射频芯片，其特征在于，还包括：第二接地凸块焊盘，设置于所述闭合保护环的内侧并与所述闭合保护环电连接，所述第二接地凸块焊盘通过第二接地凸块柱连接至所述基板的接地层。10.根据权利要求7所述的一种射频芯片，其特征在于，所述后道工序金属结构贯穿有薄膜层、所述多孔介电材料层、半导体层。11.根据权利要求9所述的一种射频芯片，其特征在于，还包括：射频信号凸块焊盘，耦合至所述射频芯片的射频信号路径，所述第一接地凸块焊盘、第二接地凸块焊盘、射频信号凸块焊盘构成地
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信号
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地焊盘结构。12.根据权利要求11所述的一种射频芯片，其特征在于，所述地
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信号
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【专利技术属性】
技术研发人员：章策珉，陈有强，
申请(专利权)人：成都仕芯半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：