用于配电的导电密封环的制作方法

背景技术：

在同一管芯上包括有模拟或数字模块的射频(rf)器件可能会遭遇经由管芯上的公共接地连接而导致的分离模块之间的串扰。当敏感的模拟和数字电路位于与rf相同的管芯上时，来自rf器件的串扰对于敏感的模拟和数字电路而言可能特别成问题，因为rf部分处理具有相对较高频率的相对较高功率信号。信号的高频率使得它们能够更容易通过无功寄生路径并且破坏其他块中的信号。

本领域中已知的是，密封环能够提供应力消除并且提供密封以保护电气部件免受环境损坏。密封环也已经被用来解决串扰问题，这是集成电路设计中已知的现象。例如，本领域中的一些密封环已经被配置成不连续的，以减少集成电路芯片上的数字电路与rf电路之间的噪声耦合。在其他示例中，密封环耦合到地电位，以将噪声信号耗散到地，其中电路部件耦合到密封环。用于限制串扰效应的另外的方法包括增加布局的尺寸或重新布置电路块以增加分离块之间的物理距离。

技术实现要素：

一种多块半导体器件包括以彼此不同的功率状态操作的第一块和第二块。密封环围绕管芯的周边，气密地密封第一块和第二块。管芯具有基底和绝缘层，密封环在绝缘层上。密封环用作第一块而不是第二块的电源总线。密封环和第一块电耦合到第一接地节点，第一接地节点在管芯级别上与多块半导体器件中的其他接地节点电隔离。在一些实施例中，第二块位于管芯的中央区域中，并且多条金属线将密封环电连接到第一块，金属线围绕半导体管芯的大部分周边而均匀地间隔开。

附图说明

图1a是本领域已知的具有密封环的集成电路的平面图。

图1b是图1a的密封环的横截面图。

图2a示出了在一个实施例中的具有密封环的多块管芯的平面图。

图2b是图2a的密封环的横截面图。

图3示出了在另一实施例中的具有密封环的多块管芯的平面图。

图4是在半导体管芯被封装在倒装芯片封装件中的另一实施例中的具有密封环的多块管芯的平面图。

具体实施方式

图1a至图1b示出了具有第一电路110和第二电路120的现有技术的集成电路100的一个示例，其中第一电路110例如可以是模拟电路，而第二电路120可以是数字电路。电路110和120在本公开中也可以被称为块。图1a示出了平面图，而图1b示出了截面a-a的横截面图。在图1a中，密封环130包围集成电路100的周边，并且电路110和120通过接地连接140在芯片级别上与密封环130接地。集成电路100还包括用于支持到rf电路110的外部连接的接触金属垫115、用于支持到数字电路120的外部连接的接触金属垫125、以及用于rf电路110和数字电路120两者的电源端子150。

图1b示出了图1a的截面a-a处的密封环130的横截面图。密封环130被形成在基底160上，并且包括金属层170，接着是介电层180、另一金属层171和另一介电层181。密封环金属层175在介电层181上方，形成用于密封环130的顶部金属层。金属层170、171和175通过穿过介电层180和181的通孔190而电连接。注意，虽然为了清楚的目的而在基底160与密封环金属层175之间仅示出了两个金属层170和171以及两个介电层180和181，但是为了形成第一电路110和第二电路120的电路层，根据需要，可能存在附加的层。密封环130通过集成电路100的接地端子140接地。其可以通过向金属层170之下的基底160的表面引入化学物质(诸如用于与基底160形成硅化物的金属)而被接地。在某些方法中，金属层170将通过如下的另一层通孔而接地到基底160，该另一层通孔穿透被形成在基底160的表面上的钝化层或电介质层。

图2a示出了在本公开的实施例中的多块半导体器件的平面图。集成电路200具有两个块，这两个块在该实施例中将被描述为rf电路210和数字电路220。在其他实施例中，一个块可以以rf状态操作，并且多个其他块可以是与该rf电路相关联的模拟和/或数字电路。更一般地说，多块半导体器件200具有以彼此不同的功率状态操作的第一块210和第二块220。在图2a中，集成电路200还包括密封环230、接地端子240和241、电源端子250和251、接触金属垫215和225以及金属线218。电源端子250为rf电路210提供电力，并且接触金属垫215支持到rf电路210的外部连接。电源端子251为数字电路220提供电力，并且接触金属垫225支持到数字电路220的外部连接。

块210和220以不同的功率状态操作，并且各自具有它们自己的接地节点。接地端子240用作rf电路210的接地节点，而接地端子241用作数字电路220的接地节点。密封环230围绕集成电路200的周边延伸，为该器件提供气密密封和环境保护，并且还用作止裂件，以防止裂缝扩散通过管芯并且损坏器件。因此，密封环230气密地密封第一块210和第二块220。通过将同一结构用作两个目的，节省了管芯上的空间。密封环230连接到多块管芯200中的rf电路块210的接地节点240。密封环230还通过金属线218而用作rf电路210的电源总线，金属线218将块210连接到密封环230。数字电路220以及多块管芯200中除了rf电路210以外的任何其他块都不电连接到密封环230。因此，密封环230用作第一块210而不是第二块220的电源总线。此外，数字电路220接地到接地节点241，接地节点241没有接地到密封环230。换言之，多块管芯200内的块没有在芯片级别上共享公共接地。密封环230和第一块210电耦合到第一接地节点240，第一接地节点240在管芯级别上与多块半导体器件200中的其他接地节点(例如，接地节点241)电隔离。然而，多块半导体器件200内的块通常在模块级别上共享公共接地。因此，rf电路210具有与同一管芯上的其他块分离的接地，并且噪声耦合得以被降低。

图2b示出了图2a的截面b-b处的密封环230的横截面图。半导体管芯包括基底260和绝缘层265，其中绝缘层265可以是诸如bpsg、teos或fox等电介质。密封环230可以包括一个或多个金属层的堆叠。例如，在该实施例中，密封环230包括在绝缘层265上的金属层270，接着是介电层280、另一金属层271和另一介电层281。密封环金属层275在介电层281上方，形成用于密封环230的顶部金属层。密封环230还可以包括在金属层之间的一个或多个通孔。例如，在图2b中，金属层270、271和275通过穿过介电层280和281的通孔290而电连接。注意，虽然为了清楚的目的而在绝缘层265与密封环金属层275之间仅示出了两个金属层270和271以及两个介电层280和281，但是为了形成rf电路210和数字电路220的电路层，根据需要，可以存在附加的层。例如，密封环230可以是在用于形成管芯200的工艺中的所有金属层和通孔的堆叠。密封环堆叠还可以包括在顶部金属层275上方的氮化硅层，以产生用于器件的平滑密封。在一些实施例中，氮化硅可以由任何其他钝化层替代。

密封环230通过集成电路200的接地端子240并且通过金属层270、271和275而接地，因为这些层通常可以被提供用于接触诸如接地节点240等外部端子。由于密封环230通过绝缘层265与基底260分离，所以减少了噪声从rf电路210穿过基底260的传输。

密封环230也可以用于引导静电放电(esd)电流。密封环可以被配置为通过以下来向第一块提供静电放电保护：在芯片周围提供一条路径，以用于esd电流从一个管芯流到另一管芯。使用诸如接地端子240和241等单独的接地的一个潜在的缺点是：在管芯被放置在模块中之前，该器件可能对esd事件更敏感。然而，在将管芯放置在模块中之后，可以使用密封环230来提供esd保护。

如上所述，密封环230还通过金属线218而用作块210的电源总线。在图2a的实施例中，金属线218围绕管芯200的、包围rf电路210的部分而被间隔开。在rf电路210可以被配置为跨越管芯200的更大区域的其他实施例中，金属线218可以围绕rf电路210的更大跨度而被间隔开，以改进功率分配。密封环230的横截面宽度232可以比现有技术中已知的常规密封环更宽，以增加密封环的导电性并且由此提高其用作电源总线的能力。增加的密封环230的宽度232不限制其用作气密密封基础的能力，并且改善了其用作止裂件的能力。密封环230用作电源总线所需要的宽度232取决于应用。对于高频率高功率应用，诸如当密封环230用作rf块的电源总线时，密封环“总线”可以具有例如10微米或更宽(诸如16微米或者更大)的宽度232、或者提供足够低电感以便在密封环接触点之间不引起显著的射频电压差的任何宽度。

图3示出了具有第一电路310和第二电路320的半导体管芯300的另一实施例，其中第二电路320位于中央。管芯300包括如以上在图2b中针对层260和265描述的基底和绝缘层。第一电路310可以是rf电路，而第二电路320可以是例如模拟或数字电路。第二电路320大致位于管芯的中央区域中，而rf电路310位于第二电路320的周边的至少一部分的周围。更一般地说，半导体器件300具有第一块310和第二块320，第一块310和第二块320以彼此不同的功率状态操作。在图3的实施例中，第二块320位于管芯300的中央区域中。在该实施例中，第一块310至少部分包围第二块320，使得第一块310跨越第二块320的至少两侧。在图3中，第一电路310围绕第二电路320的三个边缘形成u形状。在其他实施例中，位于中央的第二电路可以具有跨越两个连续边缘或两个相对边缘、或者包围第二电路的整个周边的第一电路。

密封环330位于管芯300的周边周围，并且气密地密封第一块310和第二块320。密封环330在管芯300的绝缘层上，如以上关于图2b所描述的。管芯300还包括向rf电路310供电的电源端子350。rf电路310通过接地节点340接地，而第二电路320具有单独的接地节点341。密封环330和第一块310电耦合到第一接地节点340，第一接地节点340在管芯级别上与多块半导体器件300中的其他接地节点(例如，接地节点341)电隔离。在一些实施例中，第一接地节点340和多块半导体器件300中的其他接地节点在模块级别上共享公共接地。

在图3的实施例中，密封环330通过金属线318电连接到rf电路310，金属线318围绕半导体管芯的大部分周边而均匀地间隔开。因此，密封环330用作第一块310而不是第二块320的电源总线。在该实施例中还示出了围绕半导体管芯300的周边的金属接触垫315，其中金属线318散布在接触金属垫315之间。使密封环的接触金属线318与rf接触垫315交叉的这种方法使得布局更加紧凑，并且还有助于向rf电路310均匀地分配电力。

图4示出了使用倒装芯片封装方法的又一实施例。在图4中，与图3的实施例类似，集成电路400具有至少部分位于第二电路420周围的rf电路410，其中第二电路420大致位于管芯的中央。第二电路420例如可以是模拟或数字电路。第二电路420可以连接到位于第二电路420紧上方的倒装芯片突起接触金属425。rf电路410同样可以连接到rf电路410紧上方的倒装芯片突起接触金属415。多条金属线418围绕rf电路410的周边间隔开，这些金属线将rf电路410连接到密封环430。因此，密封环430用作rf电路410而不是第二电路420的电源总线。

在另外的实施例中，模拟和数字电路可以位于管芯上的其他位置，诸如不在管芯的中央，而是位于管芯密封环内并且不连接到密封环。在这样的实施例中，rf电路仍将连接到管芯密封环，使得密封环用作rf块而不是其他块的电源总线。

本公开的密封环实施例可以用于在单个芯片上并入多于一个的期望功率状态的任何设计。然而，当在这些不同的状态中在单独接地之间需要非常高的隔离时，它将提供最大的好处。在管芯上使用变压器或平衡-不平衡转换器(balun)的任何设计都属于这个定义。对于具体示例，壁疣变压器器件或壁疣ac-dc转换器将受益于本发明。

虽然已经参考本发明的具体实施例详细描述了本说明书，但是应当认识到，本领域技术人员在获得对前述内容的理解的基础上可以容易地想到对这些实施例的改变、变化和等同实现。在不脱离本发明的范围的情况下，本领域普通技术人员可以实践本发明的这些以及其他修改和变化。此外，本领域的普通技术人员将会理解，前面的描述仅仅是作为示例，并无意限制本发明。因此，本主题旨在覆盖这样的修改和变化。