一種半導(dǎo)體集成電感的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體集成電感，具體涉及一種基于晶圓通孔及倒扣封裝技術(shù)的立體螺旋半導(dǎo)體集成電感。
【背景技術(shù)】
[0002]電感是能夠把電能轉(zhuǎn)化為磁能而存儲(chǔ)起來(lái)的元件。在集成電路中，尤其是模擬和射頻集成電路中，電感是經(jīng)常使用的無(wú)源器件之一，通常用于作為阻抗匹配元件、諧振電路元件、濾波器組成部件、扼流元件等。評(píng)價(jià)電感性能最重要的指標(biāo)之一為品質(zhì)因子Q值，Q值表示為一個(gè)儲(chǔ)能元件(如電感、電容等)在同一信號(hào)周期內(nèi)所儲(chǔ)存能量與所消耗能量之比。高Q值電感意味著電感擁有較低的能量損耗，可以提升集成電路的性能，因此，高性能模擬和射頻集成電路都要求其使用的電感具有高Q值。
[0003]目前，模擬和射頻集成電路大多數(shù)采用如圖1、2所示的平面螺旋結(jié)構(gòu)的集成電感。如圖1所示，平面螺旋電感100由第一金屬層上金屬走線102、第二金屬層上金屬走線101以及連接第一金屬層和第二金屬層的第一通孔103構(gòu)成；金屬走線101的首端及金屬走線102的末端分別構(gòu)成電感100的兩個(gè)端口 ；通孔103連接金屬走線101的末端及金屬走線102的首端?？梢钥吹?，金屬走線102、金屬走線101、通孔103共同構(gòu)成的電感100是平面螺旋結(jié)構(gòu)。如圖2所示為電感100沿著圖1中A-B切線方向的側(cè)向剖面示意圖，集成電路所使用的襯底108，根據(jù)選用的半導(dǎo)體工藝的不同，襯底108可以是S1、GaAs, InP等材料，金屬走線102制作于襯底108的上表面，并被第一介質(zhì)層104覆蓋包圍，金屬走線101制作于第一介質(zhì)層104的上表面，并被第二介質(zhì)層105覆蓋包圍，金屬走線101的末端及金屬走線102的首端由貫穿第一介質(zhì)層104的通孔103連接。
[0004]如圖1、2所示的這種集成電感制作在與襯底平面平行的平面上，在射頻工作條件下，襯底中會(huì)感應(yīng)形成禍旋電流(Eddy Current)，禍旋電流的方向與電感線圈中的電流方向相反，這必然導(dǎo)致電感線圈的磁通量減少，額外的能量損失較大從而使得整個(gè)電感的Q值較低。根據(jù)現(xiàn)有常用半導(dǎo)體技術(shù)水平，平面螺旋電感中金屬走線的寬度通常為5um到40um，金屬走線之間的間距通常為5um到20um，一個(gè)常用電感值(如1nH電感)的平面螺旋電感在芯片上所占面積的單邊長(zhǎng)度通常為10um到400um;可見(jiàn)平面螺旋電感占據(jù)了大量的芯片面積，其成本較高。
[0005]目前，以減少襯底的損耗入手來(lái)解決襯底中渦旋電流的問(wèn)題主要有以下兩種方案:
1、在平面螺旋電感下方設(shè)置由額外金屬層構(gòu)成的屏蔽層或者采用復(fù)雜的懸空式平面螺旋電感來(lái)減小襯底中的渦旋電流以提高電感的Q值。但是受到平面螺旋電感工作原理的限制無(wú)法從根本上解決問(wèn)題，無(wú)法提高電感磁通量以增加電感值的同時(shí)降低渦旋電流并提尚Q值。
[0006]2、通過(guò)多層金屬走線串聯(lián)的方式提高平面螺旋電感的電感值密度以降低平面螺旋電感占用的芯片面積，但是通常會(huì)使得電感的Q值降低。
[0007]因此，現(xiàn)有技術(shù)手段無(wú)法有效提高電感Q值，同時(shí)降低集成電感的成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明目的是:提供一種半導(dǎo)體集成電感，基于晶圓通孔(TSV，Through-Silicon Via)及倒扣封裝技術(shù)(FC，F(xiàn)lip-Chip)的立體螺旋電感，可以有效降低襯底中的渦旋電流并具有低直流損耗從而具有很高的電感Q值，并且相比平面螺旋電感大幅提升了電感密度從而降低了制造成本。
[0009]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種半導(dǎo)體集成電感，包括襯底、第一金屬走線和第二金屬走線，所述襯底包括第一表面和第二表面，所述第一表面平行設(shè)置有至少兩條第一金屬走線，所述第二表面平行設(shè)置有至少一條第二金屬走線，所述第一金屬走線和第二金屬走線包括首端和末端，所述第一金屬走線的第一條的首端為電感的第一端口，所述第一金屬走線的最后一條的末端為電感的第二端口，所述襯底設(shè)置有貫穿第一表面和第二表面的晶圓通孔，所述晶圓通孔內(nèi)填充有導(dǎo)電金屬材料，所述第一金屬走線的第η條的末端通過(guò)晶圓通孔連接第二金屬走線的第η條的首端，第二金屬走線的第η條的末端通過(guò)晶圓通孔連接第一金屬走線的第η+1條的首端。
[0010]優(yōu)選的，所述襯底為高阻襯底，可以為高阻Si襯底、GaAs襯底、InP襯底、高阻SOI襯底、玻璃襯底或者陶瓷襯底。
[0011]優(yōu)選的，所述第一金屬走線和第二金屬走線的寬度為5um-50um，厚度為0.lum-20um，所述第一金屬走線的間距和第二金屬走線的間距為lum_20um。
[0012]優(yōu)選的，所述電感的第一端口和/或第二端口連接有用于倒扣封裝的金屬凸塊。
[0013]優(yōu)選的，所述晶圓通孔的直徑為20um-100um
本發(fā)明還公開(kāi)了一種包括本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電感的諧振網(wǎng)絡(luò)，所述電感的第一端口連接金屬凸塊，第二端口連接電容的一個(gè)極板，所述電容的另一個(gè)極板連接金屬凸塊，所述電感和電容制作在第一芯片上，該第一芯片通過(guò)金屬凸塊倒扣封裝在第二芯片上。
[0014]優(yōu)選的，所述第二芯片貼裝在封裝基板上，所述第二芯片通過(guò)鍵合引線連接封裝基板的相應(yīng)引腳。
[0015]優(yōu)選的，所述第一芯片上的電容為MM電容，所述第一芯片采用iro工藝。
[0016]優(yōu)選的，所述第二芯片為具有有源電路的射頻集成電路。
[0017]優(yōu)選的，所述第二芯片上設(shè)置有多個(gè)貫穿第二芯片第一表面和第二表面的晶圓通孔，將其要引出到外部的信號(hào)端口連接到第二芯片的第二表面，并通過(guò)第二表面上的金屬走線、再分布走線層連接到相應(yīng)的金屬凸塊上，通過(guò)倒扣封裝的方式貼裝到封裝基板上。
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
1.本發(fā)明的半導(dǎo)體集成電感由分布在高阻襯底上下表面上的金屬走線通過(guò)晶圓通孔連接構(gòu)成的連續(xù)的、非相交的導(dǎo)電金屬路徑構(gòu)成了一個(gè)立體結(jié)構(gòu)的螺旋電感。立體螺旋電感中有相當(dāng)大一部分電感值由多個(gè)晶圓通孔貢獻(xiàn)，從而提高了電感值密度，可以有效降低電感所占用的芯片面積。具有高性能和低成本的優(yōu)勢(shì)。
[0019]2.立體螺旋電感可以制作在集成有多個(gè)電容、電阻、電感等無(wú)源器件的芯片上，在襯底的第一表面上制作了金屬凸塊，用于將所述芯片倒扣封裝到封裝基板或別的芯片表面上，安裝牢固，節(jié)省空間。
【附圖說(shuō)明】
[0020]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述:
圖1為現(xiàn)有平面螺旋結(jié)構(gòu)的集成電感的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為圖1中A-B切線方向的側(cè)向剖面示意圖；
圖3為本發(fā)明晶圓通孔立體螺旋電感的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4為圖3中A-B切線方向的側(cè)向剖面示意圖；
圖5為由電容和電感組成的諧振網(wǎng)絡(luò)電路圖；
圖6為諧振網(wǎng)絡(luò)的芯片實(shí)現(xiàn)示意圖；
圖7為諧振網(wǎng)絡(luò)的芯片貼裝在封裝基板的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖8為圖7的俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在以下說(shuō)明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0022]實(shí)施例1:
如圖3所示為本發(fā)明所提出的基于晶圓通孔立體螺旋電感的示意圖。如圖3所示，立體螺旋電感200制作在襯底208之中。優(yōu)選地，在本發(fā)明中，襯底208具有高阻特性，即其電阻率遠(yuǎn)大于50ohm-cm，通常為1000ohm-cm以上；襯底208可以是高阻Si襯底、GaAs襯底、InP襯底、高阻SOI襯底、玻璃、陶瓷等材料。
[0023]襯底208具有上、下兩個(gè)表面，其上表面上制作了一系列互相平行的至少兩條金屬走線201，每一條金屬走線201具有首、末兩端；襯底下表面上制作了一系列互相平行的至少一條金屬走線202，每一條金屬走線202具有首、末兩端。金屬走線201中的第一條的首端作為立體螺旋電感的第一端口 ；金屬走線201中的最后一條的末端作為立體螺旋電感的第二端口。襯底208中制作了多個(gè)晶圓通孔203，晶圓通孔203是貫穿襯底208上、下表面的通孔結(jié)構(gòu)，其內(nèi)部采用電鍍等工藝填充良導(dǎo)電金屬材料，譬如鋁、銅、鎢等材料。金屬走線201中的第η條的末端通過(guò)晶圓通孔203連接到金屬走線202中的第η條的首端；金屬走線202中的第η條的末端通過(guò)晶圓通孔20