一種新型矽基低阻電感結構的製作方法

2023-05-26 05:10:06

專利名稱：一種新型矽基低阻電感結構的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種新型矽基低阻電感結構，屬於半導體封裝技術領域。
背景技術：
隨著封裝技術的發展,系統級封裝(SIP, system in package)由於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-直流轉換器封裝領域，人們嘗試將分立電感器與電源管理晶片集成為系統級封裝，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。基於矽基的平面螺旋電感由於其尺寸小，精度高成為替代分立電感器的選擇。目前，用於製作矽基螺旋電感的矽基體上的布線工藝主要是半導體中段工藝(Middle-end)所採用的再布線工藝。該工藝是這樣實現的:首先採用濺射的方式在晶圓表面製備電鍍種子層，然後通過光刻的方式在晶圓表面形成圖形，最後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於電鍍銅線的高度。為了得到較高的銅線高度就需要在晶圓表面塗覆較厚的光刻膠並完成曝光顯影工藝。採用厚膠工藝存在以下工藝問題:光刻膠旋塗後，膠厚均勻性差；由於光刻膠厚度不均勻從而導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，根據電阻公式:R=PL/S，式中:計算公式:R=P L/S，式中:P為物質的電阻率，L為長度，S為截面積。在電感線圈材質一定、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。採用再布線工藝製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，採用上述工藝，即光刻膠形成布線圖形的再布線方法，布線層設置在矽基本體的表面，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。
發明內容本實用新型的目的在於克服上述電感結構的不足，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矽基低阻電感結構。本實用新型的目的是這樣實現的:一種新型矽基低阻電感結構，包括矽基本體，所述矽基本體上設有下凹的線圈槽，所述線圈槽的底部、側壁和矽基本體的上表面塗覆絕緣層，所述線圈槽內部的絕緣層上設置電鍍種子層，設置電鍍種子層的線圈槽內設置金屬布線層，所述金屬布線層上表面和裸露的絕緣層上塗覆再鈍化層，並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 圈槽的側壁傾角為α、側壁的上沿傾角為β，α蘭β。所述線圈槽的側壁傾角α取值範圍:80° ^ a ^ 90°，側壁上沿傾角β取值範圍: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於矽基本體的上表面，且金屬布線層的厚度不小於30微米。所述金屬布線層的厚度大於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、在矽基上通過刻蝕開槽的方法，將作為電感線圈的銅質金屬布線層埋入矽基本體的內部，節省空間，提升封裝密度；2、通過電鍍工藝獲得的銅質金屬布線層為厚度不小於30微米的電感線圈，尤其是厚度大於50微米銅質金屬布線層可顯著降低電感的直流電阻，提升電感的品質因數；3、絕緣層為電沉積有機材料，可以同時作為金屬引線與矽基本體之間的熱應力緩衝層，提高整個封裝結構的可靠性。
圖1為本實用新型一種新型矽基低阻電感結構的示意圖。圖2為圖1的A-A剖視圖。圖3 圖16為本發明一種新型矽基低阻電感結構的晶圓級封裝方法的示意圖。其中:矽晶圓100矽基本體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矽基低阻電感結構，包括矽基本體101，所述矽基本體101上設有下凹的線圈槽102，線圈槽102可呈螺旋狀分布。所述線圈槽102的側壁傾角為α、側壁的上沿傾角為β，α 3 β。優選地，線圈槽102的側壁傾角α取值範圍:80。^ a ^ 90°，側壁上沿傾角β取值範圍:50。蘭α蘭70°。所述線圈槽102的底部、側壁和矽基本體101的上表面塗覆有機材料的絕緣層200。線圈槽102內部的絕緣層200上設置單層金屬或多層電鍍種子層300。設置電鍍種子層300的線圈槽102內設置金屬布線層400，所述金屬布線層400的材質優選為銅，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的厚度不小於30微米，優選地，金屬布線層400的厚度大於50微米。銅質金屬布線層400的增大厚度，有利於降低電阻，形成低阻螺旋電感。同時金屬布線層400上表面不高於娃基本體101的上表面，使金屬布線層400埋入矽基本體101的內部，節省空間，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上塗覆再鈍化層500，並在金屬布線層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，以便於與外部線路的連接。金屬引線600的材質優選金屬銅。本實用新型一種新型矽基低阻螺旋電感的晶圓級製作方法，其包括以下工藝過程:步驟一、取矽晶圓100，並在矽晶圓100上表面塗覆光刻膠110，如圖3和圖4所示。步驟二、通過曝光、顯影等工藝在矽晶圓100上形成光刻膠開窗圖形111，如圖5所
/Jn ο步驟三、通過反應離子刻蝕方法將光刻膠開窗圖形111處對應的矽刻蝕掉，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並清洗矽晶圓100，如圖7所示。步驟五、通過電沉積的方法在矽晶圓100上表面、線圈槽102底部和側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內部的負性光刻膠310去除，並採用溼法和幹法的形式清洗線圈槽102內部，確保無負性光刻膠310殘留及其他汙染物附著，如圖11所示。步驟九、採用電鍍方式在線圈槽102內沉積材質為銅的一定厚度的金屬布線層400，如圖12所示。步驟十、去除剩餘的負性光刻膠310，並將線圈槽102外部的電鍍種子層300腐蝕掉，露出矽晶圓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上表面通過塗覆、曝光、顯影方法製作再鈍化層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構的新型矽基低阻螺旋電感，如圖16所示。上述新型矽基低阻螺旋電感的製作過程在晶圓級條件下完成，其工藝方法也可用於加工其他矽基電感。
權利要求1.一種新型矽基低阻電感結構，包括矽基本體(101)，其特徵在於:所述矽基本體(101)上設有下凹的線圈槽(102)，所述線圈槽(102)的底部、側壁和矽基本體(101)的上表面塗覆絕緣層(200 )，所述線圈槽(102 )內部的絕緣層(200 )上設置電鍍種子層(300 )，設置電鍍種子層(300)的線圈槽(102)內設置金屬布線層(400)，所述金屬布線層(400)上表面和裸露的絕緣層(200)上塗覆再鈍化層(500)，並在金屬布線層(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.根據權利要求1所述的一種新型矽基低阻電感結構，其特徵在於:所述線圈槽(102)呈螺旋狀分布。
3.根據權利要求1或2所述的一種新型矽基低阻電感結構，其特徵在於:所述線圈槽(102)的側壁傾角為α、側壁的上沿傾角為β，α蘭β。
4.根據權利要求3所述的一種新型矽基低阻電感結構，其特徵在於:所述線圈槽(102)的側壁傾角α取值範圍:80°蘭α蘭90°，側壁上沿傾角β取值範圍:50°蘭α蘭70°。
5.根據權利要求1或2所述的一種新型矽基低阻電感結構，其特徵在於:所述金屬布線層(400)填充整個線圈槽(102)。
6.根據權利要求1所述的一種新型矽基低阻電感結構，其特徵在於:所述金屬布線層(400)的上表面不高於娃基本體(101)的上表面,且金屬布線層(400)的厚度不小於30微米。
7.根據權利要求5所述的一種新型矽基低阻電感結構，其特徵在於:所述金屬布線層(400)的上表面不 高於娃基本體(101)的上表面,且金屬布線層(400)的厚度不小於30微米。
8.根據權利要求6或7所述的一種新型矽基低阻電感結構，其特徵在於:所述金屬布線層(400)的厚度大於50微米。
9.根據權利要求1或6或7所述的一種新型矽基低阻電感結構，其特徵在於:所述金屬引線(600)與金屬布線層(400)相連。
10.根據權利要求1所述的一種新型矽基低阻電感結構，其特徵在於: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矽基低阻電感結構，屬於半導體封裝技術領域。其包括矽基本體(101)，矽基本體(101)上設有下凹的線圈槽(102)，線圈槽(102)的底部、側壁和矽基本體(101)的上表面塗覆絕緣層(200)，並設置電鍍種子層(300)，線圈槽(102)內設置金屬布線層(400)，並在其上塗覆再鈍化層(500)和形成再鈍化層開口(501)，其上設置的金屬引線(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金屬布線層埋入矽基本體的內部，降低了製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，提升了電感的品質因數。
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 優先權日2013年2月28日
發明者郭洪巖, 張黎, 陳錦輝, 賴志明 申請人:江陰長電先進封裝有限公司