一種三維集成電感器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于三維集成電感器領(lǐng)域，特別涉及一種采用硅通孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)的三維集成電感器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電感器可應(yīng)用于模擬集成電路、模/數(shù)混合集成電路和射頻/微波/毫米波電路，是現(xiàn)代通信電路及系統(tǒng)的重要組成部分。電感器在電路中主要起到濾波、振蕩、延遲、陷波等作用，還有篩選信號(hào)、過(guò)濾噪聲、穩(wěn)定電流及抑制電磁波干擾等作用。電感在電路最常見(jiàn)的作用就是與電容一起，組成LC濾波電路。目前存在的集成電感是用一種鋪設(shè)螺旋軌跡的方法被蝕刻在PCB板上，或者以制造晶體管同樣的工藝制造在集成電路中。但是，這些電感器的電感值非常小，限制了電感器在集成電路中的使用。人們對(duì)高性能的大值集成電感器的需求日益迫切。
[0003]硅通孔(TSV)是一種穿透硅襯底的三維結(jié)構(gòu)，可以有效提高電路的集成度和電路系統(tǒng)的質(zhì)量和性能，工藝技術(shù)也日漸成熟，為集成電感器的設(shè)計(jì)和制造提供了新的方法，以滿(mǎn)足日益發(fā)展的現(xiàn)代通信系統(tǒng)對(duì)集成電感器的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有存在的集成電感器電感值小的問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種采用硅通孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)的三維集成電感器及其制造方法。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:本發(fā)明提供了一種采用硅通孔技術(shù)實(shí)現(xiàn)的三維集成電感器，包括頂層介質(zhì)、頂層層間介質(zhì)、半導(dǎo)體襯底、底層介質(zhì)，在半導(dǎo)體襯底上刻蝕呈螺旋狀的硅通孔，在硅通孔的內(nèi)表面設(shè)置有絕緣層，在絕緣層內(nèi)部設(shè)置有金屬，在半導(dǎo)體襯底的上表面設(shè)置有頂層層間介質(zhì)，在頂層層間介質(zhì)內(nèi)刻蝕第一接觸孔和第二接觸孔，第一接觸孔和第二接觸孔位于在金屬上，在第一接觸孔中填充第一互連金屬塞，在第二接觸孔中填充第二互連金屬塞，在頂層層間介質(zhì)上表面設(shè)置有頂層介質(zhì)，在頂層介質(zhì)內(nèi)刻蝕第三接觸孔和第四接觸孔，第三接觸孔和第四接觸孔分別位于對(duì)應(yīng)的第一互連金屬塞與第二互連金屬塞上，在第三接觸孔中填充第一金屬電極，在第四接觸孔中填充第二金屬電極，在半導(dǎo)體襯底的下表面設(shè)置有頂層介質(zhì)；
半導(dǎo)體襯底為硅襯底，半導(dǎo)體襯底將絕緣層完全包裹，絕緣層將金屬完全包裹；
金屬為銅或鋁等導(dǎo)電金屬中的一種，使用硅通孔工藝技術(shù)實(shí)現(xiàn)，是一種螺旋形狀的硅通孔結(jié)構(gòu)，是該三維集成電感器的主體部分；金屬的中心通過(guò)第一互連金屬塞與第一金屬電極連接，金屬外側(cè)通過(guò)第二互連金屬塞與第二金屬電極連接；
優(yōu)選地，頂層介質(zhì)為二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層等絕緣介質(zhì)層中的一種，用于實(shí)現(xiàn)第一金屬電極和第二金屬電極的電學(xué)隔離；
第一金屬電極和第二金屬電極為銅或鋁等導(dǎo)電金屬中的一種，作為該三維集成電感器的兩個(gè)引出電極； 優(yōu)選地，頂層層間介質(zhì)為二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層等絕緣介質(zhì)層中的一種，用于實(shí)現(xiàn)第一互連金屬塞和第二互連金屬塞之間的電學(xué)隔離；
第一互連金屬塞、第二互連金屬塞為層間互連金屬，是銅或鋁等導(dǎo)電金屬中的一種，用于實(shí)現(xiàn)金屬與金屬電極之間的電學(xué)連接；
優(yōu)選地，絕緣層二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層等絕緣介質(zhì)層中的一種，用于實(shí)現(xiàn)金屬和半導(dǎo)體襯底之間的電學(xué)隔離；
優(yōu)選地，底層介質(zhì)為二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層等絕緣介質(zhì)層中的一種，用來(lái)實(shí)現(xiàn)該三維集成電感器和其他元器件之間的電學(xué)隔離。
[0006]本發(fā)明還涉及一種三維集成電感器的制造方法的步驟如下:
步驟一:在半導(dǎo)體襯底上通過(guò)反應(yīng)離子的方式刻蝕硅通孔，硅通孔形狀呈螺旋狀；步驟二:在硅通孔的內(nèi)表面通過(guò)化學(xué)氣相淀積法制備絕緣層，以實(shí)現(xiàn)在半導(dǎo)體襯底和金屬之間的電學(xué)隔離；
步驟三:在絕緣層內(nèi)部通過(guò)物理氣相淀積法制備金屬，直至完全填充；
步驟四:在半導(dǎo)體襯底和硅通孔的上、下表面減薄至所需厚度之后，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，直到半導(dǎo)體襯底和硅通孔的上、下表面平整后為止；
步驟五:在半導(dǎo)體襯底的上表面通過(guò)化學(xué)氣相淀積法制備頂層層間介質(zhì)，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光；
步驟六:在頂層層間介質(zhì)上刻蝕第一接觸孔和第二接觸孔，第一接觸孔位于金屬的中心上部，在第一接觸孔中填充第一互連金屬塞，第二接觸孔位于金屬的外側(cè)上部，在第二接觸孔中填充第二互連金屬塞，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光；
步驟七:在頂層層間介質(zhì)上表面減薄至所需厚度之后，進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光，直到頂層層間介質(zhì)上表面平整后為止；
步驟八:在頂層層間介質(zhì)上表面通過(guò)化學(xué)氣相淀積法制備頂層介質(zhì)，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光；
步驟九:在頂層介質(zhì)上刻第三接觸孔和第四接觸孔，第三接觸孔和第四接觸孔分別位于對(duì)應(yīng)的第一互連金屬塞與第二互連金屬塞上，在第三接觸孔中填充第一金屬電極，在第四接觸孔中填充第二金屬電極，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光；
步驟十:在半導(dǎo)體襯底的下表面通過(guò)化學(xué)氣相淀積法制備頂層介質(zhì)，并進(jìn)行化學(xué)機(jī)械拋光。
[0007]本發(fā)明的有益效果:采用在半導(dǎo)體襯底刻蝕呈螺旋狀的硅通孔，在硅通孔的內(nèi)表面制備有絕緣層，在絕緣層內(nèi)部制備金屬并完全填充，金屬通過(guò)層間互連金屬與兩電極連接來(lái)實(shí)現(xiàn)的三維集成電感器，其電感值得到了大幅提高，可廣泛用于集成電路，尤其是射頻/微波/毫米波電路中。
【附圖說(shuō)明】
[0008]以下將結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0009]圖1為本發(fā)明一種三維集成電感器的縱向剖面圖；
圖2為本發(fā)明一種三維集成電感器中半導(dǎo)體襯底的橫向剖面圖；
圖3?5為本發(fā)明一種三維集成電感器的制造方法流程圖； 圖中標(biāo)號(hào):101、頂層介質(zhì)；102、第一金屬電極；103、第二金屬電極；201、頂層層間介質(zhì)；202、第一互連金屬塞；203、第二互連金屬塞；301、半導(dǎo)體襯底；302、絕緣層；303、金屬；401、底層介質(zhì)。
【具體實(shí)施方式】
[0010]如圖1所示，一種三維集成電感器，包括頂層介質(zhì)101、頂層層間介質(zhì)201、半導(dǎo)體襯底301、底層介質(zhì)401，在半導(dǎo)體襯底301上刻蝕呈螺旋狀的硅通孔，在硅通孔的內(nèi)表面設(shè)置有絕緣層302，在絕緣層302內(nèi)部設(shè)置有金屬303，在半導(dǎo)體襯底301的上表面設(shè)置有頂層層間介質(zhì)201，在頂層層間介質(zhì)201內(nèi)刻蝕第一接觸孔和第二接觸孔，第一接觸孔和第二接觸孔位于金屬303上，第一接觸孔中填充第一互連金屬塞202，在所述第二接觸孔中填充第二互連金屬塞203，在頂層層間介質(zhì)201上表面設(shè)置有頂層介質(zhì)101，在頂層介質(zhì)101內(nèi)刻蝕第三接觸孔和第四接觸孔，第三接觸孔和第四接觸孔分別位于對(duì)應(yīng)的第一互連金屬塞202與第二互連金屬塞203上，第三接觸孔中填充第一金屬電極102，在第四接觸孔中填充第二金屬電極103，在半導(dǎo)體襯底301的下表面設(shè)置有頂層介質(zhì)401。
[0011]頂層介質(zhì)101為二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層等絕緣介質(zhì)層中的一種，用于實(shí)現(xiàn)第一金屬電極102和第二金屬電極103的電學(xué)隔離；第一金屬電極102和第二金屬電極103為銅或鋁等導(dǎo)電金屬中的一種，作為電感器的兩個(gè)引出電極。
[0012]頂層層間介質(zhì)201為二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層等絕緣介質(zhì)層中的一種，用于實(shí)現(xiàn)第一互連金屬塞202和第二互連金屬塞203之間的電學(xué)隔離；第一互連金屬塞202、第二互連金屬塞203為層間互連金屬，是銅或鋁等導(dǎo)電金屬中的一種，用于實(shí)現(xiàn)金屬與金屬電極之間的電學(xué)連接。
[0013]半導(dǎo)體襯底301將絕緣層302完全包裹，絕緣層302將金屬303完全包裹，金屬303的中心通過(guò)第一互連金屬塞202與第一金屬電極102連接，金屬303外側(cè)通過(guò)第二互連金屬塞203與第二金屬電極103連接。
[0014]半導(dǎo)體襯底301為硅襯底；絕緣層302 二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層等絕緣介質(zhì)層中的一種，用于實(shí)現(xiàn)金屬303和半導(dǎo)體襯底301之間的電學(xué)隔離；金屬303為銅或鋁等導(dǎo)電金屬中的一種，是電感器的主體部分。
[0015]底層介質(zhì)401為二氧化硅層、氮化硅層、氮氧化硅層等絕緣介質(zhì)層中的一種，用來(lái)實(shí)現(xiàn)本發(fā)明中的三維集成電感器和其他元器件之間的電學(xué)隔離。
[0016]結(jié)合圖1?5所示