專(zhuān)利名稱(chēng)：一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)及其晶圓級(jí)封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)及其晶圓級(jí)封裝方法，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(jí)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(lái)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(jí)封裝，但目前陶瓷基的分立電感器件尺寸較大，不能滿(mǎn)足封裝小型化的要求?；诠杌钠矫媛菪姼杏捎谄涑叽缧?，精度高成為替代分立電感器的選擇。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(shí)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(guò)光刻的方式在晶圓表面形成圖形，最后通過(guò)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(wèn)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(kāi)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(jì)算公式:R=PL/S，式中:P為物質(zhì)的電阻率，L為長(zhǎng)度，S為截面積。在電感線圈材質(zhì)一定、長(zhǎng)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(huì)超過(guò)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(duì)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
本發(fā)明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)及其晶圓級(jí)封裝方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)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(kāi)口，所述再鈍化層上設(shè)置金屬引線，所述金屬引線的一端填充再鈍化層開(kāi)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°。所述金屬布線層填充整個(gè)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。一種新型硅基低阻電感的晶圓級(jí)制作方法，其包括以下工藝過(guò)程:
步驟一、取硅晶圓，并在硅晶圓上表面涂覆光刻膠；
步驟二、通過(guò)曝光、顯影等工藝在硅晶圓上形成光刻膠開(kāi)窗圖形；
步驟三、通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕方法將光刻膠開(kāi)窗圖形處對(duì)應(yīng)的硅刻蝕掉，通過(guò)控制刻蝕工藝控制其截面形狀，形成線圈槽；
步驟四、去除光刻膠并清洗硅晶圓；
步驟五、通過(guò)電沉積的方法在硅晶圓上表面、線圈槽底部和側(cè)壁沉積一層有機(jī)材料的絕緣層；
步驟六、通過(guò)濺射或者PVD等其他物理沉積方式在絕緣層表面沉積電鍍種子層； 步驟七、再次通過(guò)電沉積的方法在上述電鍍種子層表面沉積負(fù)性光刻膠；
步驟八、通過(guò)曝光顯影的方式將上述線圈槽內(nèi)部的負(fù)性光刻膠去除，并采用濕法和干法的形式清洗線圈槽內(nèi)部，確保無(wú)負(fù)性光刻膠殘留及其他污染物附著；
步驟九、采用電鍍方式在線圈槽內(nèi)沉積材質(zhì)為銅的一定厚度的金屬布線層；
步驟十、去除剩余的負(fù)性光刻膠，并將線圈槽外部的電鍍種子層腐蝕掉，露出硅晶圓上表面的絕緣層；
步驟十一、在上述絕緣層和金屬布線層上表面通過(guò)涂覆、曝光、顯影方法制作再鈍化層及其再鈍化層開(kāi)口；
步驟十二、依次通過(guò)濺射、光刻、電鍍方法在再鈍化層上形成金屬引線；
步驟十三、通過(guò)切割形成單顆結(jié)構(gòu)的新型硅基低阻螺旋電感。上述加工步驟均在晶圓級(jí)條件下完成，可滿(mǎn)足封裝小型化、高精度的要求，同時(shí)可采用現(xiàn)有晶圓加工設(shè)備，降低生產(chǎn)成本。本發(fā)明的有益效果是:
1、在硅基上通過(guò)刻蝕開(kāi)槽的方法形成一定厚度的銅質(zhì)金屬布線層，避免了傳統(tǒng)的采用光刻膠形成布線圖形的再布線方法，降低了對(duì)光刻膠材料的要求，降低了工藝難度；
2、通過(guò)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(jī)材料，可以同時(shí)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(gè)封裝結(jié)構(gòu)的可靠性；
4、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；
5、所有工藝采用晶圓級(jí)方式實(shí)現(xiàn)，可采用現(xiàn)有晶圓加工設(shè)備，降低生產(chǎn)成本。


圖1為本發(fā)明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(jí)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(kāi)窗圖形111 絕緣層200 電鍍種子層300 負(fù)性光刻膠310 金屬布線層400 再鈍化層500 再鈍化層開(kāi)口 501 金屬引線600。
具體實(shí)施例方式參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明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 ≥ 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°≤α≤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(jī)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(gè)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(shí)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(kāi)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(kāi)口 501，通過(guò)再鈍化層開(kāi)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。本發(fā)明一種新型硅基低阻螺旋電感的晶圓級(jí)制作方法，其包括以下工藝過(guò)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(guò)曝光、顯影等工藝在硅晶圓100上形成光刻膠開(kāi)窗圖形111，如圖5所
示步驟三、通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕方法將光刻膠開(kāi)窗圖形111處對(duì)應(yīng)的硅刻蝕掉，通過(guò)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(guò)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(jī)材料的絕緣層200，如圖8所示。步驟六、通過(guò)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(guò)電沉積的方法在上述電鍍種子層300表面沉積負(fù)性光刻膠310，如圖10所示。步驟八、通過(guò)曝光顯影的方式將上述線圈槽102內(nèi)部的負(fù)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(wú)負(fù)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(fù)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(guò)涂覆、曝光、顯影方法制作再鈍化層500及其再鈍化層開(kāi)口 501，如圖14所示。步驟十二、依次通過(guò)濺射、光刻、電鍍方法在再鈍化層500上形成金屬引線600，如圖15所示。步驟十三、通過(guò)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(guò)程在晶圓級(jí)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(kāi)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(kāi)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(gè)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。
9.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。
10.一種新型硅基低阻電感的晶圓級(jí)制作方法，其包括以下工藝過(guò)程: 步驟一、取硅晶圓(100 )，并在硅晶圓(100 )上表面涂覆光刻膠(110); 步驟二、通過(guò)曝光、顯影等工藝在硅晶圓(100)上形成光刻膠開(kāi)窗圖形(111)； 步驟三、通過(guò)反應(yīng)離子刻蝕方法將光刻膠開(kāi)窗圖形(111)處對(duì)應(yīng)的硅刻蝕掉，通過(guò)控制刻蝕工藝控制其截面形狀，形成線圈槽(102)； 步驟四、去除光刻膠(110)并清洗硅晶圓(100)； 步驟五、通過(guò)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(jī)材料的絕緣層(200)； 步驟六、通過(guò)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)； 步驟七、再次通過(guò)電沉積的方法在上述電鍍種子層(300)表面沉積負(fù)性光刻膠(310)；步驟八、通過(guò)曝光顯影的方式將上述線圈槽(102)內(nèi)部的負(fù)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(wú)負(fù)性光刻膠(310)殘留及其他污染物附著；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)； 步驟十、去除剩余的負(fù)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)； 步驟i^一、在上述絕緣層(200)和金屬布線層(400)上表面通過(guò)涂覆、曝光、顯影方法制作再鈍化層(500)及其再鈍化層開(kāi)口(501)； 步驟十二、依次通 過(guò)濺射、光刻、電鍍方法在再鈍化層(500)上形成金屬引線(600)； 步驟十三、通過(guò)切割形成單顆結(jié)構(gòu)的新型硅基低阻螺旋電感。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)及其晶圓級(jí)封裝方法，屬于半導(dǎo)體封裝技術(shù)領(lǐng)域。其在硅晶圓(100)上表面刻蝕形成線圈槽(102)，在線圈槽(102)內(nèi)涂布絕緣層(300)，然后通過(guò)物理方法沉積電鍍種子層(300)、光刻圖形化和電鍍工藝在線圈槽(102)內(nèi)形成厚銅金屬布線層(400)，即電感線圈，最后在其上設(shè)置再鈍化層(500)和金屬引線(600)，且所述金屬布線層(400)通過(guò)再鈍化層開(kāi)口(501)與金屬布線層(400)連通。本發(fā)明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(shí)通過(guò)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(hào)H01L21/768GK103165571SQ20131006290
公開(kāi)日2013年6月19日 申請(qǐng)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(lài)志明 申請(qǐng)人:江陰長(zhǎng)電先進(jìn)封裝有限公司