專利名稱：一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著封裝技術(shù)的發(fā)展,系統(tǒng)級封裝(SIP, system in package)由于其較好的電性能和較小的封裝尺寸越來越受到人們的歡迎。在電源管理器件比如直流-直流轉(zhuǎn)換器封裝領(lǐng)域，人們嘗試將分立電感器與電源管理芯片集成為系統(tǒng)級封裝，但目前陶瓷基的分立電感器件尺寸較大，不能滿足封裝小型化的要求?；诠杌钠矫媛菪姼杏捎谄涑叽缧。雀叱蔀樘娲至㈦姼衅鞯倪x擇。目前，用于制作硅基螺旋電感的硅基體上的布線工藝主要是半導(dǎo)體中段工藝(Middle-end)所采用的再布線工藝。該工藝是這樣實現(xiàn)的:首先采用濺射的方式在晶圓表面制備電鍍種子層，然后通過光刻的方式在晶圓表面形成圖形，最后通過電鍍的方式形成螺旋電感。在這種工藝中，需要確保光刻膠的厚度大于電鍍銅線的高度。為了得到較高的銅線高度就需要在晶圓表面涂覆較厚的光刻膠并完成曝光顯影工藝。采用厚膠工藝存在以下工藝問題:光刻膠旋涂后，膠厚均勻性差；由于光刻膠厚度不均勻從而導(dǎo)致光刻曝光工藝難以控制；光刻開口深寬比大，顯影困難，容易有殘膠。另外，根據(jù)電阻公式:R=PL/S，式中:計算公式:R=P L/S，式中:P為物質(zhì)的電阻率，L為長度，S為截面積。在電感線圈材質(zhì)一定、長度和寬度一定的情況下，布線的厚度越小，電感的直流電阻越大，直接降低電感的效率。采用再布線工藝制作的布線其厚度通常為10-20微米，最厚也不會超過30微米，使得電感線圈的直流電阻較大。因此，采用上述工藝，即光刻膠形成布線圖形的再布線方法，布線層設(shè)置在硅基本體的表面，對光刻膠材料的要求高，工藝難度大，工藝成本高，也限制了封裝密度的提升。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于克服上述電感結(jié)構(gòu)的不足，提供一種降低工藝難度和工藝成本、降低電感的直流電阻、提升封裝密度的新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，包括硅基本體，所述硅基本體上設(shè)有下凹的線圈槽，所述線圈槽的底部、側(cè)壁和硅基本體的上表面涂覆絕緣層，所述線圈槽內(nèi)部的絕緣層上設(shè)置電鍍種子層，設(shè)置電鍍種子層的線圈槽內(nèi)設(shè)置金屬布線層，所述金屬布線層上表面和裸露的絕緣層上涂覆再鈍化層，并在金屬布線層的上表面形成再鈍化層開口，所述再鈍化層上設(shè)置金屬引線，所述金屬弓I線的一端填充再鈍化層開口，另一端沿再鈍化層向電感外圍延伸。所述線圈槽呈螺旋狀分布。所述線 圈槽的側(cè)壁傾角為α、側(cè)壁的上沿傾角為β，α蘭β。所述線圈槽的側(cè)壁傾角α取值范圍:80° ^ a ^ 90°，側(cè)壁上沿傾角β取值范圍:50。芻α芻70°。[0009]所述金屬布線層填充整個線圈槽。所述金屬布線層的上表面不高于硅基本體的上表面，且金屬布線層的厚度不小于30微米。所述金屬布線層的厚度大于50微米。所述金屬引線與金屬布線層相連。所述電鍍種子層為單層金屬或多層金屬。本實用新型的有益效果是:1、在硅基上通過刻蝕開槽的方法，將作為電感線圈的銅質(zhì)金屬布線層埋入硅基本體的內(nèi)部，節(jié)省空間，提升封裝密度；2、通過電鍍工藝獲得的銅質(zhì)金屬布線層為厚度不小于30微米的電感線圈，尤其是厚度大于50微米銅質(zhì)金屬布線層可顯著降低電感的直流電阻，提升電感的品質(zhì)因數(shù)；3、絕緣層為電沉積有機材料，可以同時作為金屬引線與硅基本體之間的熱應(yīng)力緩沖層，提高整個封裝結(jié)構(gòu)的可靠性。
圖1為本實用新型一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)的示意圖。圖2為圖1的A-A剖視圖。圖3 圖16為本發(fā)明一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)的晶圓級封裝方法的示意圖。其中:硅晶圓100硅基本體101線圈槽102光刻膠110光刻膠開窗圖形111絕緣層200電鍍種子層300負性光刻膠310金屬布線層400再鈍化層500再鈍化層開口 501金屬引線600。
具體實施方式
參見圖1和圖2，本實用新型一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，包括硅基本體101，所述硅基本體101上設(shè)有下凹的線圈槽102，線圈槽102可呈螺旋狀分布。所述線圈槽102的側(cè)壁傾角為α、側(cè)壁的上沿傾角為β，α 3 β。優(yōu)選地，線圈槽102的側(cè)壁傾角α取值范圍:80。^ a ^ 90°，側(cè)壁上沿傾角β取值范圍:50。蘭α蘭70°。所述線圈槽102的底部、側(cè)壁和硅基本體101的上表面涂覆有機材料的絕緣層200。線圈槽102內(nèi)部的絕緣層200上設(shè)置單層金屬或多層電鍍種子層300。設(shè)置電鍍種子層300的線圈槽102內(nèi)設(shè)置金屬布線層400，所述金屬布線層400的材質(zhì)優(yōu)選為銅，金屬布線層400填充整個線圈槽102，成為電感的線圈。所述金屬布線層400的厚度不小于30微米，優(yōu)選地，金屬布線層400的厚度大于50微米。銅質(zhì)金屬布線層400的增大厚度，有利于降低電阻，形成低阻螺旋電感。同時金屬布線層400上表面不高于娃基本體101的上表面，使金屬布線層400埋入硅基本體101的內(nèi)部，節(jié)省空間，提升封裝密度。所述金屬布線層400上表面和裸露的絕緣層200上涂覆再鈍化層500，并在金屬布線層400的上表面形成再鈍化層開口 501。所述再鈍化層500上設(shè)置金屬引線600，所述金屬引線600的一端填充再鈍化層開口 501，通過再鈍化層開口 501金屬引線600與金屬布線層400相連；金屬引線600的另一端沿再鈍化層500向電感外圍延伸，以便于與外部線路的連接。金屬引線600的材質(zhì)優(yōu)選金屬銅。本實用新型一種新型硅基低阻螺旋電感的晶圓級制作方法，其包括以下工藝過程:步驟一、取硅晶圓100，并在硅晶圓100上表面涂覆光刻膠110，如圖3和圖4所示。步驟二、通過曝光、顯影等工藝在硅晶圓100上形成光刻膠開窗圖形111，如圖5所
/Jn ο步驟三、通過反應(yīng)離子刻蝕方法將光刻膠開窗圖形111處對應(yīng)的硅刻蝕掉，通過控制刻蝕工藝控制其截面形狀，形成線圈槽102，如圖6所示。步驟四、去除光刻膠110并清洗硅晶圓100，如圖7所示。步驟五、通過電沉積的方法在硅晶圓100上表面、線圈槽102底部和側(cè)壁沉積一層有機材料的絕緣層200，如圖8所示。步驟六、 通過濺射或者PVD等其他物理沉積方式在絕緣層200表面沉積電鍍種子層300，如圖9所示。步驟七、再次通過電沉積的方法在上述電鍍種子層300表面沉積負性光刻膠310，如圖10所示。步驟八、通過曝光顯影的方式將上述線圈槽102內(nèi)部的負性光刻膠310去除，并采用濕法和干法的形式清洗線圈槽102內(nèi)部，確保無負性光刻膠310殘留及其他污染物附著，如圖11所示。步驟九、采用電鍍方式在線圈槽102內(nèi)沉積材質(zhì)為銅的一定厚度的金屬布線層400，如圖12所示。步驟十、去除剩余的負性光刻膠310，并將線圈槽102外部的電鍍種子層300腐蝕掉，露出硅晶圓100上表面的絕緣層200，如圖13所示。步驟十一、在上述絕緣層200和金屬布線層400上表面通過涂覆、曝光、顯影方法制作再鈍化層500及其再鈍化層開口 501，如圖14所示。步驟十二、依次通過濺射、光刻、電鍍方式在再鈍化層500上形成金屬引線600，如圖15所示。步驟十三、通過切割形成單顆結(jié)構(gòu)的新型硅基低阻螺旋電感，如圖16所示。上述新型硅基低阻螺旋電感的制作過程在晶圓級條件下完成，其工藝方法也可用于加工其他硅基電感。
權(quán)利要求1.一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，包括硅基本體(101)，其特征在于:所述硅基本體(101)上設(shè)有下凹的線圈槽(102)，所述線圈槽(102)的底部、側(cè)壁和硅基本體(101)的上表面涂覆絕緣層(200 )，所述線圈槽(102 )內(nèi)部的絕緣層(200 )上設(shè)置電鍍種子層(300 )，設(shè)置電鍍種子層(300)的線圈槽(102)內(nèi)設(shè)置金屬布線層(400)，所述金屬布線層(400)上表面和裸露的絕緣層(200)上涂覆再鈍化層(500)，并在金屬布線層(400)的上表面形成再鈍化層開口( 501)，所述再鈍化層(500 )上設(shè)置金屬引線(600 )，所述金屬引線(600 )的一端填充再鈍化層開口(501)，另一端沿再鈍化層(500)向電感外圍延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述線圈槽(102)呈螺旋狀分布。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述線圈槽(102)的側(cè)壁傾角為α、側(cè)壁的上沿傾角為β，α蘭β。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述線圈槽(102)的側(cè)壁傾角α取值范圍:80°蘭α蘭90°，側(cè)壁上沿傾角β取值范圍:50°蘭α蘭70°。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬布線層(400)填充整個線圈槽(102)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬布線層(400)的上表面不高于娃基本體(101)的上表面,且金屬布線層(400)的厚度不小于30微米。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬布線層(400)的上表面不 高于娃基本體(101)的上表面,且金屬布線層(400)的厚度不小于30微米。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬布線層(400)的厚度大于50微米。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或6或7所述的一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬引線(600)與金屬布線層(400)相連。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述電鍍種子層(300)為單層金屬或多層金屬。
專利摘要本實用新型涉及一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域。其包括硅基本體(101)，硅基本體(101)上設(shè)有下凹的線圈槽(102)，線圈槽(102)的底部、側(cè)壁和硅基本體(101)的上表面涂覆絕緣層(200)，并設(shè)置電鍍種子層(300)，線圈槽(102)內(nèi)設(shè)置金屬布線層(400)，并在其上涂覆再鈍化層(500)和形成再鈍化層開口(501)，其上設(shè)置的金屬引線(600)的一端填充再鈍化層開口(501)，另一端沿再鈍化層(500)向電感外圍延伸。本實用新型將作為電感線圈的銅質(zhì)金屬布線層埋入硅基本體的內(nèi)部，降低了制備電感線圈的工藝難度和工藝成本，提升了封裝密度，同時通過增大線圈的厚度降低了電感的直流電阻，提升了電感的品質(zhì)因數(shù)。
文檔編號H01L23/522GK203134789SQ201320091018
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者郭洪巖, 張黎, 陳錦輝, 賴志明 申請人:江陰長電先進封裝有限公司