CN217693271U - 半导体器件封装和包含其的通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例提供了一种半导体器件封装，包括：第一衬底，所述第一衬底的上表面上形成有半导体器件；第二衬底，形成在所述第一衬底的上表面侧，且与所述第一衬底键合连接以密封所述半导体器件，所述第二衬底上形成有集成电路功能模块。

Description

半导体器件封装和包含其的通信设备

技术领域

本实用新型涉及半导体技术领域，具体涉及一种具有半导体器件封装。

背景技术

薄膜体声波谐振器(FBAR)作为一种新型的MEMS器件，具有体积小、质量轻、插入损耗低、频带宽以及品质因子高等优点，很好地适应了无线通信系统的更新换代，因此薄膜体声波谐振器(FBAR)技术成为通信领域的研究热点之一。由所述薄膜体声波谐振器(FBAR)组成的滤波器被广泛用于许多装置中，例如所述滤波器可以应用在射频模组中。

现有技术中射频模组一般是由滤波器/双工器、功率放大器、低噪放大器、开关封装在一起组成的。功率放大器、低噪放大器、开关可以构成集成在一个衬底上的集成电路。现有的滤波器/双工器通常采用FBAR滤波器，由于FBAR滤波器采用MEMS工艺，因而现有技术中的滤波器和射频模组中的其他集成电路是分开制造的。这明显增加了含FBAR滤波器/双工器的射频模组的制作复杂度，也增大了射频模组的体积。

如图1所述，目前传统的FBAR滤波器晶圆级封装结构主要采用硅(Si)盖板和金-金(Au-Au)键合工艺实现。具体地，先加工具有谐振空腔12的高阻单晶硅(Si)衬底11，在所述硅(Si)衬底顶面上形成谐振器13、与谐振器电连接的呈点状阵列的金(Au)焊盘14、以及在所述金(Au)焊盘外围用作保护挡坝的连续或间断的环形金(Au)层；然后在与所述硅(Si)衬底类似的高阻硅(Si)盖板16下方形成对应的金(Au)键合点/线15、17；通过金-金(Au-Au)键合工艺将硅(Si)盖板与Si衬底压合，通过金刚石磨轮研磨的工艺方法减薄所述硅(Si)盖板顶面，最后利用穿硅通孔(TSV)工艺形成接触塞18以电连接所述金(Au)焊盘。然后在减薄的所述硅(Si)盖板的上方进行重布线(RDL)，然后在所述重布线(RDL)19上进行植球从而形成所述FBAR滤波器的封装。

现有技术中在在FBAR滤波器制作过程中，所述硅(Si)衬底11和所述硅(Si)盖板16都是用高阻硅片进行工艺加工得到。导致现有含有FBAR滤波器/双工器的射频模组集成度差、体积较大。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种具有半导体器件封装和包含其的通信设备，以解决现有技术中包含其的射频模组集成度低、成本高、抗干扰能量差的问题。

根据第一方面，本实用新型实施例提供了一种半导体器件封装，包括：

第一衬底，所述第一衬底的上表面上形成有半导体器件；

第二衬底，形成在所述第一衬底的上表面侧，且与所述第一衬底键合连接以密封所述半导体器件，所述第二衬底上形成有集成电路功能模块。

进一步的，所述集成电路功能模块设置在所述第二衬底的上表面和/或下表面，

进一步的，所述第二衬底中还形成有硅通孔，第二衬底的上表面和/或下表面还设置有重布线层，重布线层连接所述硅通孔，所述第二衬底上的所述集成电路功能模块信号连接所述重布线层。

进一步的，所述第一衬底上表面的所述半导体器件的电信号通过所述硅通孔引出到所述第二衬底的上表面。

进一步的，所述第一衬底中还形成有硅通孔，所述第一衬底上表面的所述半导体器件通过第一衬底中的硅通孔将信号从所述第一衬底的下表面引出。

进一步的，当所述集成电路功能模块设置在所述第二衬底的下表面时，所述集成电路功能模块还通过第二衬底中的硅通孔将电信号引出至第二衬底的上表面。

进一步的，在所述第二衬底的下表面上还形成有垫高凸起部和环状键合部；或所述第二衬底的下表面上还形成有凹槽和环状键合部。

进一步的，形成于所述第一衬底上表面上的所述半导体器件通过所述垫高凸起部和硅通孔将电信号引出到所述第二衬底的上表面。

进一步的，所述集成电路功能模块为功率放大电路、射频开关电路、低噪声放大电路中的至少一个。

根据另一方面，本实用新型实施例还提供了一种通信设备，包括如前所述的半导体器件封装。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本实用新型的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本实用新型进行任何限制，在附图中：

图1示出了现有的半导体器件封装的结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例的半导体器件封装的一实施方案的结构示意图；

图3示出了本实用新型实施例的半导体器件封装的另一实施方案的结构示意图；

图4示出了本实用新型实施例的半导体器件封装的再一实施方案的结构示意图；

图5示出了本实用新型实施例的半导体器件封装的再一实施方案的结构示意图；

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图2示出了根据本实用新型一实施例的半导体器件封装结构。

根据本实用新型实施例的半导体器件封装结构，可以包括第一衬底100，所述第一衬底100可以是例如高电阻率的硅(Si)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、玻璃、蓝宝石、氧化铝、SiC等与所述半导体工艺兼容的材料形成。在所述第一衬底100上具有半导体器件区，例如含声波谐振器的滤波器或双工器、多工器等等。在所述第一衬底100的上表面形成第一凹陷部101，该第一凹陷部101例如可以通过刻蚀形成，本领域技术人员应当理解，作为另一种可选实施方式，所述第一凹陷部101也可以形成在所述第一衬底100上的外延层内，所述第一凹陷部101在所述第一衬底100表面或外延层表面具有开口轮廓。所述声波谐振器包括下电极、压电层和上电极形成的三明治结构，从而构成FBAR声波谐振器102。然而本领域技术人员能理解的是，所述声波谐振器也可以是在所述第一衬底上包括多层布拉格反射层构成的固态装配型谐振器(SMR)。本新型实施例中以FBAR声波谐振器构成的滤波器、双工器、多工器等为例。所述凹陷部中填充有牺牲层，所述牺牲层在后续制备完成谐振结构之后被去除，以释放所述第一凹陷部101。

在所述第一衬底100上还具有键合密封区。在所述键合密封区中形成与所述声波谐振器电连接的呈点状阵列的焊盘103，所述焊盘103由金(Au)构成。以及在所述键合密封区中形成焊盘104，所述焊盘104在所述焊盘103的外围用作保护挡坝，所述焊盘104可以由连续或间断的环形金(Au)层构成。

本领域技术人员应当理解的是所述第一衬底上还具有FBAR声波谐振器的上、下电极引出端。

根据本实用新型实施例的声波谐振器可以包括第二衬底200，所述第二衬底200可以是例如高电阻率的硅(Si)。在所述第二衬底200上具有集成了包括功率放大器、低噪放大器、开关等电路功能模块的集成电路制备区。制备完成所述集成电路205之后，通过金刚石磨轮研磨的工艺将所述第二衬底200的背面进行减薄，然后在所述第二衬底200的背面形成第二凹陷部201，所述第二凹陷部201可容纳所述第一衬底上的半导体器件。所述第二衬底200上还具有键合密封区。在所述键合密封区的所述第二衬底与所述第一衬底100上的焊盘103对应的部分，通过穿硅通孔(TSV)工艺在所述第键合密封区的对应部分形成通孔，在所述通孔的侧边形成导电层或在所述通孔中形成接触塞202，以及进一步的在所述通孔对应的下表面形成与所述第一衬底100上的焊盘103对应的焊盘203，所述焊盘203可为金(Au)键合点/线。本领域技术人员应当理解的是所述第二衬底200的集成电路制备区和键合密封区之间还应当形成重布线206(RDL)，其中具有重布线电性连接所述声波谐振器和所述集成电路。

以及在所述键合密封区的下表面形成焊盘204，所述焊盘204设置所述第二衬底200的所述焊盘203的外围。所述焊盘204与所述第一衬底100上的焊盘104对应。同样的，所述焊盘204可以用作保护挡坝的连续或间断的环形金(Au)层构成。

然后采用键合工艺将第一和第二衬底压合，从而使得所述焊盘103和焊盘203键合在一起，所述焊盘104和焊盘204键合在一起。从而使得所述第一衬底中的器件，如滤波器、双工器或多工器等通过所述焊盘103、焊盘203、接触塞202、重布线与所述第二衬底上表面的集成电路电连接。然后在所述重布线(RDL)上进行植球207从而形成所述器件的封装。本实用新型的器件封装，由于将集成电路所在的衬底用作所述滤波器、双工器或多工器等器件的盖板，减少了所述滤波器、双工器或多工器等器件需要提供盖板封装后再与所述集成电路电连接的步骤，避免了传输的信号受到噪音干扰，或者产生信号损失，从而提高了器件的性能特性。此外由于所述第二衬底的上表面上形成集成电路，因此更适应于能进一步与其他电路的集成电路的面对面的三维封装连接，具有更灵活的拓展封装的低成本性能。

图3示出了根据本实用新型另一实施例的半导体器件封装结构。如图3所示，根据本实施例的半导体器件中的第二衬底200，与图2中的第二衬底的区别在于与所述第一衬底焊盘103对应的部分，通过穿硅通孔(TSV)工艺形成键合通孔208和集成电路通孔209，在所述通孔中形成接触塞，以及进一步的可在所述键合通孔对应的上表面形成的焊盘(未示出)，所述焊盘可为金(Au)键合点/线。以及进一步的在所述集成电路通孔对应的上下表面都形成的焊盘。

然后将所述第二衬底200的形成有集成电路的上表面进行垫高，在所述第二衬底200上形成凸起部210和环状部211，所述凸起部210的位置与所述第一衬底100上的焊盘103对应，所述环状部211的位置与所述第一衬底100上的焊盘104对应。其中所述环状部211可以通过沉积介质层或树脂层然后图案化的方式来形成，所述凸起部210可以通过沉积介质层或树脂层然后图案化形成通孔并填充金属的方式来形成，或者所述凸起部210可以通过形成金属层然后图案化的方式制备以使得所述凸起部210能进行信号连接。然后在所述凸起部210出形成焊盘203，和在所述环状部处形成焊盘204。所述凸起部210与所述第一衬底和第二衬底形成的空间可以用于容纳所述第一衬底上的半导体器件以及所述第二衬底的集成电路。所述环状部211用作密封所述第一衬底和所述第二衬底的密封环。

然后采用键合工艺将第一和第二衬底压合，从而使得所述焊盘103和焊盘203键合在一起，所述焊盘104和焊盘204键合在一起。从而使得所述第一衬底100中的半导体器件，如滤波器、双工器或多工器等通过所述焊盘、通孔、重布线与所述第二衬底200上的集成电路电连接。然后在所述重布线206(RDL)和集成电路通孔209上进行植球207从而形成所述器件的封装。本实用新型的器件封装，同样减少了所述滤波器、双工器或多工器等器件需要提供盖板封装后再与所述集成电路电连接的步骤，避免了传输的信号受到噪音干扰，或者产生信号损失，从而提高了器件的性能特性。

图4示出了根据本实用新型另一实施例的半导体器件封装结构。

根据本实施例的半导体器件的第一衬底100与图3中第一衬底100的变化在于：所述第一衬底100上第一焊盘的电连接是朝所述第一衬底的下表面引出。在所述第一衬底100上通过穿硅通孔(TSV)工艺在所述焊盘103对应的位置形成穿硅通孔105，然后在所述第一衬底背面的穿硅通孔上形成重布线106，以及在所述重布线(RDL)上进行植球107。

根据本实用新型实施例的滤波器的所述第二衬底200与图3中第二衬底200的变化在于：在所述第二衬底200与所述第一衬底第一焊盘对应的部分没有形成所述键合通孔，以及所述第二衬底200上不具有凸起部210，但所述第二衬底200具有环状部211及其上具有的焊盘204。

然后采用键合工艺将第一和第二衬底压合，所述焊盘104和焊盘204键合在一起。从而形成所述半导体器件的封装。本实用新型的器件封装，第一衬底100上的器件的电连接从第一衬底100的背面引出，第二衬底200上器件的电连接从第二衬底200的背面引出，同样减少了所述滤波器、双工器或多工器等器件需要提供盖板封装后再与所述集成电路电连接的步骤，避免了传输的信号受到噪音干扰，或者产生信号损失，从而提高了器件的性能特性。此器件的封装适配于第一和第二衬底之间的器件无需电连接的情形。

图5示出了根据本实用新型另一实施例的半导体器件封装结构。

根据本实用新型实施例的半导体器件封装结构可以包括与图4相同的第一衬底。根据本实用新型实施例的声波谐振器的所述第二衬底200与图4中第二衬底200不同在于，所述第二衬底200上在与所述第一衬底100上的焊盘103对应的部分，没有通过穿硅通孔(TSV)工艺对应形成的键合通孔进而不存在对应的焊盘203，以及不具有连接所述焊盘203和所述集成电路的重布线。

然后采用键合工艺将第一和第二衬底压合，从而使得所述焊104盘和焊盘205键合在一起。本实用新型的器件封装，由于所述第二衬底的上表面上形成集成电路，因此更适应于能进一步与其他电路的集成电路的面对面的三维封装连接同时适配于第一和第二衬底之间的器件无需电连接的情形，具有更灵活的拓展封装的低成本性能。虽然实施例中FBAR滤波器作为示例，但本领域技术人员熟知该封装结构也可适用于任何需要晶圆级密封封装的器件。

本实用新型实施例还提供了一种通信设备，例如可以是手机、个人数字助理(PDA)、电子游戏设备等便携式通信设备，该通信设备可以包括上文中所述的半导体器件封装。

以上结合具体的实施方案对本实用新型内容进行了描述，但本领域技术人员应该清楚，这些描述都是示例性的，并不是对本实用新型内容的保护范围的限制。本领域技术人员可以根据本实用新型内容的精神和原理对本实用新型内容做出各种变型和修改，这些变型和修改也在本实用新型内容的范围内。

Claims (10)

1.一种半导体器件封装，其特征在于，包括：

第一衬底，所述第一衬底的上表面上形成有半导体器件；

第二衬底，形成在所述第一衬底的上表面侧，且与所述第一衬底键合连接以密封所述半导体器件，所述第二衬底上形成有集成电路功能模块。

2.如权利要求1所述的半导体器件封装，其特征在于：所述集成电路功能模块设置在所述第二衬底的上表面和/或下表面。

3.如权利要求2所述的半导体器件封装，其特征在于：所述第二衬底中还形成有硅通孔，第二衬底的上表面和/或下表面还设置有重布线层，重布线层连接所述硅通孔，所述第二衬底上的所述集成电路功能模块信号连接所述重布线层。

4.如权利要求3所述的半导体器件封装，其特征在于：所述第一衬底上表面的所述半导体器件的电信号通过所述硅通孔引出到所述第二衬底的上表面。

5.如权利要求3所述的半导体器件封装，其特征在于：所述第一衬底中还形成有硅通孔，所述第一衬底上表面的所述半导体器件通过第一衬底中的硅通孔将信号从所述第一衬底的下表面引出。

6.如权利要求1-5任一项所述的半导体器件封装，其特征在于：当所述集成电路功能模块设置在所述第二衬底的下表面时，所述集成电路功能模块还通过第二衬底中的硅通孔将电信号引出至第二衬底的上表面。

7.如权利要求1-4任一项所述的半导体器件封装，其特征在于：在所述第二衬底的下表面上还形成有垫高凸起部和环状键合部；或所述第二衬底的下表面上还形成有凹槽和环状键合部。

8.如权利要求7所述的半导体器件封装，其中形成于所述第一衬底上表面上的所述半导体器件通过所述垫高凸起部和硅通孔将电信号引出到所述第二衬底的上表面。

9.如权利要求8所述的半导体器件封装，其中所述集成电路功能模块为功率放大电路、射频开关电路、低噪声放大电路中的至少一个。

10.一种通信设备，其特征在于：包括如权利要求1-9中任一项的半导体器件封装。

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