[發(fā)明專(zhuān)利]一種新型硅基低阻電感結(jié)構(gòu)及其晶圓級(jí)封裝方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310062901.9
• 申請(qǐng)日: 2013-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103165571A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-06-19
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭洪巖;張黎;陳錦輝;賴(lài)志明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 江陰長(zhǎng)電先進(jìn)封裝有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01L23/522
• 分類(lèi)號(hào): H01L23/522;H01L21/768
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 王斌

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。基于硅基的平面螺旋電感由于其尺寸小，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(xiàn)工藝主要是半導(dǎo)體中段工藝（Middle-end）所采用的再布線(xiàn)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(xiàn)的高度。為了得到較高的銅線(xiàn)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=ρL/S，式中：計(jì)算公式：R=ρL/S，式中：ρ為物質(zhì)的電阻率，?L為長(zhǎng)度，S為截面積。在電感線(xiàn)圈材質(zhì)一定、長(zhǎng)度和寬度一定的情況下，布線(xiàn)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(xiàn)工藝制作的布線(xiàn)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(xiàn)圈的直流電阻較大。因此，采用上述工藝，即光刻膠形成布線(xiàn)圖形的再布線(xiàn)方法，布線(xiàn)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(xiàn)圈槽，所述線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圈槽內(nèi)設(shè)置金屬布線(xiàn)層，所述金屬布線(xiàn)層上表面和裸露的絕緣層上涂覆再鈍化層，并在金屬布線(xiàn)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(xiàn)，所述金屬引線(xiàn)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(xiàn)圈槽呈螺旋狀分布。

所述線(xiàn)圈槽的側(cè)壁傾角為α、側(cè)壁的上沿傾角為β，α≧β。

所述線(xiàn)圈槽的側(cè)壁傾角α取值范圍：80°≦α≦90°，側(cè)壁上沿傾角β取值范圍：50°≦α≦70°。

所述金屬布線(xiàn)層填充整個(gè)線(xiàn)圈槽。

所述金屬布線(xiàn)層的上表面不高于硅基本體的上表面，且金屬布線(xiàn)層的厚度不小于30微米。

所述金屬引線(xiàn)與金屬布線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)圈槽內(nèi)沉積材質(zhì)為銅的一定厚度的金屬布線(xiàn)層；

步驟十、去除剩余的負(fù)性光刻膠，并將線(xiàn)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(xiàn)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(xiàn)；

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。