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      一種具有高品質(zhì)因數(shù)的三維電感器結(jié)構(gòu)的制作方法

      文檔序號(hào):11686470閱讀:433來(lái)源:國(guó)知局
      一種具有高品質(zhì)因數(shù)的三維電感器結(jié)構(gòu)的制造方法與工藝

      本實(shí)用新型屬于無(wú)源電子器件技術(shù)領(lǐng)域,涉及一種具有高品質(zhì)因數(shù)的三維電感器結(jié)構(gòu)。



      背景技術(shù):

      隨著無(wú)線通訊的發(fā)展,射頻微波電路在醫(yī)療設(shè)備、無(wú)線局域網(wǎng)和智能家居等方面得到了廣泛應(yīng)用。其中電感在濾波器、放大器、混頻器和振蕩器等電路中起著重要的作用。隨著集成器件的不斷縮小,傳統(tǒng)二維電感器在占用面積上和封裝成本上已無(wú)法滿足需求。

      近年來(lái),隨著三維集成電路的飛速發(fā)展,一種新興的集成電路制作工藝硅通孔工藝受到廣泛關(guān)注。它可將硅片表面的電路通過(guò)硅通孔連接至硅片背面,實(shí)現(xiàn)不同層器件之間的電學(xué)性能連接。并且硅通孔技術(shù)可提供更大的設(shè)計(jì)自由度和更好的電學(xué)性能來(lái)設(shè)計(jì)不同元器件。其中基于硅通孔技術(shù)可用于構(gòu)造三維電感器和變壓器等片上元件,該電感器與傳統(tǒng)二維電感器相比,具有較高的品質(zhì)因數(shù)。

      電感器性能優(yōu)劣的主要評(píng)判指標(biāo)是品質(zhì)因數(shù),若其品質(zhì)因數(shù)越高,則電感器件的性能就越好。而提高電感器的品質(zhì)因數(shù)主要可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行:1.減小襯底的寄生效應(yīng);2.減小電感器本身電阻;3.提高自身有效電感值。

      而目前現(xiàn)有的硅通孔工藝是利用等離子刻蝕通孔,采用化學(xué)氣相沉淀方法在通孔表面形成氧化層,最后通過(guò)銅電鍍方法填充通孔,并使用化學(xué)機(jī)械拋光技術(shù)移除多余的銅電鍍層。該硅通孔工藝中硅基底襯底存在損耗,因而使電感器件的性能有所下降,即品質(zhì)因數(shù)有所減小。因此本實(shí)用新型提供的一種高品質(zhì)因數(shù)的三維電感器,通過(guò)運(yùn)用金屬線連接兩個(gè)圓環(huán)中的硅通孔,降低硅基底的損耗(即減小了電感器襯底的寄生效應(yīng)),因而改善了其品質(zhì)因數(shù)。



      技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素:

      本實(shí)用新型的一個(gè)目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足,提供一種具有高品質(zhì)因數(shù)的三維電感器結(jié)構(gòu),極大的克服了異向電流和硅基底損耗所帶來(lái)的問(wèn) 題,從而提高品質(zhì)因數(shù)。

      本實(shí)用新型電感器由多個(gè)元件單元構(gòu)成,電感元件的輸入輸出端口位于基底頂部的金屬層;

      所述的元件單元包括位于基底頂部的金屬層、兩個(gè)圓環(huán)狀的硅通孔陣列、位于基底底部的重新布局層;其中兩個(gè)圓環(huán)狀的硅通孔陣列左右對(duì)稱設(shè)置。

      所述的硅通孔結(jié)構(gòu)為穿過(guò)硅基底的銅,為防止漏電流,在銅外周設(shè)有材料為二氧化硅的絕緣層,一般其厚度為0.5μm,在絕緣層外周則為硅基底。由若干個(gè)硅通孔結(jié)構(gòu)構(gòu)成圓環(huán)結(jié)構(gòu),上述硅通孔均勻分布在圓環(huán),其位置左右對(duì)稱,一般圓環(huán)內(nèi)的硅通孔個(gè)數(shù)為6-12個(gè)。其中所述的穿過(guò)硅基底的銅的半徑為10μm,高度為230μm;所述的圓環(huán)外半徑為75μm,內(nèi)半徑為55μm。

      本實(shí)用新型中兩個(gè)圓環(huán)中硅通孔的個(gè)數(shù)均為6個(gè),且將圓環(huán)中的硅通孔順時(shí)針定義為第一、二、三、四、五、六硅通孔,其中定義圓環(huán)最上部的位置為第一硅通孔。將第一圓環(huán)的第六硅通孔的金屬層端作為輸入端,第二圓環(huán)中的第二硅通孔的金屬層端作為輸出端。將第一圓環(huán)中的第一硅通孔的金屬層端與第二圓環(huán)中的第一硅通孔的金屬層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第二硅通孔的金屬層端與第二圓環(huán)中的第六硅通孔的金屬層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第三硅通孔的金屬層端與第二圓環(huán)中的第五硅通孔的金屬層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第四硅通孔的金屬層端與第二圓環(huán)中的第四硅通孔的金屬層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第五硅通孔的金屬層端與第二圓環(huán)中的第三硅通孔的金屬層端通過(guò)金屬線連接;

      同樣在電感器的底部重新布局層也進(jìn)行金屬線連接,將第一圓環(huán)中的第一硅通孔的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第二硅通孔的重新布局層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第二硅通孔的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第一硅通孔的重新布局層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第三硅通孔的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第六硅通孔的重新布局層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第四硅通孔的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第五硅通孔的重新布局層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第五硅通孔的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第四硅通孔的重新布局層端通過(guò)金屬線連接;將 第一圓環(huán)中的第六硅通孔的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第三硅通孔的重新布局層端通過(guò)金屬線連接。

      本實(shí)用新型運(yùn)用金屬線連接兩個(gè)圓環(huán)中的硅通孔,相較與傳統(tǒng)硅通孔構(gòu)造的電感器具有較大的電感值,同時(shí)充分利用正互感值(同圓環(huán)中硅通孔的電流流向都相同,金屬層和重新布局層中金屬線中電流流向分別相同),增強(qiáng)電感值。

      附圖說(shuō)明

      圖1為依據(jù)美國(guó)專利號(hào)第8,143,952B2號(hào)專利所顯示的運(yùn)用硅通孔構(gòu)造的電感元件;

      圖2A為電感器的頂部截面圖,圖2B為電感器的底部截面圖;

      圖3為電感器的立體圖;

      圖4A-H為本實(shí)用新型制作電感器的工藝流程圖。

      圖1中標(biāo)記如下:電感元件100,第一輸入端口101,第二輸入端口102,貫穿基底的硅通孔103,基底頂部金屬層M1中的金屬線104,基底底部的重新布局層中的金屬線105;

      圖2、3中標(biāo)記如下:

      第一圓環(huán)中:第一硅通孔201,第二硅通孔202,第三硅通孔203,第四硅通孔204,第五硅通孔205,第六硅通孔206;

      第二圓環(huán)中:第一硅通孔207,第二硅通孔208,第三硅通孔209,第四硅通孔210,第五硅通孔211,第六硅通孔212;

      圖4中標(biāo)記如下:硅片601,硅片上下表面二氧化硅602,硅通孔區(qū)域603,通孔604,通孔側(cè)壁氧化層605,銅606,空槽結(jié)構(gòu)607,重新布局層608,焊點(diǎn)609。

      具體實(shí)施方式

      以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。

      圖1為依據(jù)美國(guó)專利號(hào)第8,143,952B2號(hào)專利所顯示的運(yùn)用硅通孔構(gòu)造的電感元件100,其包括輸入端口101和102、貫穿基底的硅通孔103、基底頂部金屬層M1中的金屬線104以及基底底部的重新布局層中的金屬線105。從圖中可見(jiàn)其利用硅通孔技術(shù)延長(zhǎng)金屬線長(zhǎng)度,從而獲得較大的電感值。但限于硅通孔尺寸,其自感較小,且金屬層M1和重新布局層中金屬線中存在大量的異向電流,會(huì)降低整體電感值。

      圖2給出了本實(shí)用新型的電感器的頂部和底部截面圖,電感器的頂層有兩個(gè)圓環(huán)狀的硅通孔陣列,圓環(huán)中有6個(gè)硅通孔,將圓環(huán)中的硅通孔順時(shí)針定義為第一硅通孔、第二硅通孔、第三硅通孔、第四硅通孔、第五硅通孔、第六硅通孔,其中定義圓環(huán)最上部的位置為第一硅通孔。將第一圓環(huán)的第六硅通孔的金屬層端作為輸入端,第二圓環(huán)中的第二硅通孔的金屬層端作為輸出端。將第一圓環(huán)中的第一硅通孔201的金屬層端與第二圓環(huán)中的第一硅通孔207的金屬層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第二硅通孔202的金屬層端與第二圓環(huán)中的第六硅通孔212的金屬層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第三硅通孔203的金屬層端與第二圓環(huán)中的第五硅通孔211的金屬層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第四硅通孔204的金屬層端與第二圓環(huán)中的第四硅通孔210的金屬層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第五硅通孔205的金屬層端與第二圓環(huán)中的第三硅通孔209的金屬層端通過(guò)金屬線連接;

      同樣在電感器的底部重新布局層也進(jìn)行金屬線連接,將第一圓環(huán)中的第一硅通孔201的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第二硅通孔208的重新布局層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第二硅通孔202的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第一硅通孔207的重新布局層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第三硅通孔203的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第六硅通孔212的重新布局層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第四硅通孔204的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第五硅通孔211的重新布局層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第五硅通孔205的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第四硅通孔210的重新布局層端通過(guò)金屬線連接;將第一圓環(huán)中的第六硅通孔206的重新布局層端與第二圓環(huán)中的第三硅通孔209的重新布局層端通過(guò)金屬線連接。

      圖3為電感器的立體圖,該電感元件的工作過(guò)程:電流首先從外部流入第一圓環(huán)中的第六硅通孔206的金屬層端(輸入端),并通過(guò)硅通孔從其金屬層端流向重新布局層端,第一圓環(huán)中的第六硅通孔206的重新布局層端通過(guò)金屬線流向第二圓環(huán)中的第三硅通孔209的重新布局層端,并通過(guò)硅通孔流向其金屬層端,第二圓環(huán)中的第三硅通孔209的金屬層端通過(guò)金屬線流向第一圓環(huán)中的第五硅通孔205的金屬層端,并通過(guò)硅通孔流向其重新布局層端,第一圓環(huán)中的第五硅通孔205的重新布局層端通過(guò)金屬線 流向第二圓環(huán)中的第四硅通孔210的重新布局層端,并通過(guò)硅通孔流向其金屬層端,第二圓環(huán)中的第四硅通孔210的金屬層端通過(guò)金屬線流向第一圓環(huán)中的第四硅通孔204的金屬層端,并通過(guò)硅通孔流向其重新布局層端,第一圓環(huán)中的第四硅通孔204的重新布局層端通過(guò)金屬線流向第二圓環(huán)中的第五硅通孔311的重新布局層端,并通過(guò)硅通孔流向其金屬層端,第二圓環(huán)中的第五硅通孔211的金屬層端通過(guò)金屬線流向第一圓環(huán)中的第三硅通孔203的金屬層端,并通過(guò)硅通孔流向其重新布局層端,第一圓環(huán)中的第三硅通孔203的重新布局層端通過(guò)金屬線流向第二圓環(huán)中的第六硅通孔212的重新布局層端,并通過(guò)硅通孔流向其金屬層端,第二圓環(huán)中的第六硅通孔212的金屬層端通過(guò)金屬線流向第一圓環(huán)中的第二硅通孔202的金屬層端,并通過(guò)硅通孔流向其重新布局層端,第一圓環(huán)中的第二硅通孔202的重新布局層端通過(guò)金屬線流向第二圓環(huán)中的第一硅通孔207的重新布局層端,并通過(guò)硅通孔流向其金屬層端,第二圓環(huán)中的第一硅通孔207的金屬層端通過(guò)金屬線流向第一圓環(huán)中的第一硅通孔201金屬層端,并通過(guò)硅通孔流向其重新布局層端,第一圓環(huán)中的第一硅通孔201的重新布局層端底部通過(guò)金屬線流向第二圓環(huán)中的第二硅通孔208的重新布局層端,并通過(guò)硅通孔流向其金屬層端(輸出地),最后通過(guò)金屬線流出電感元件。

      上述電感器的制作工藝過(guò)程:

      步驟一,如圖4A所示,首先進(jìn)行晶圓減薄,并對(duì)硅片601上下表面進(jìn)行拋光;

      步驟二,如圖4B所示,在硅片601上下表面進(jìn)行二氧化硅602沉淀形成氧化層(其厚度大于0.5μm),并定義出硅通孔區(qū)域603,依次通過(guò)各項(xiàng)異性腐蝕二氧化硅。

      步驟三,如圖4C所示,在定義出硅通孔區(qū)域內(nèi),利用Bosch工藝刻蝕硅片,形成通孔604;

      步驟四,如圖4D所示,定義出氧化層的厚度為0.5μm,并且去除硅片上下表面過(guò)厚的氧化層602,直至其厚度達(dá)到0.5μm,此外還在通孔604的側(cè)部同步形成厚度為0.5μm的氧化層605。

      步驟五,如圖4E所示,使用銅電鍍的方法對(duì)通孔進(jìn)行銅填充606;

      步驟六,如圖4F所示,使用bosch工藝在銅通孔周?chē)诳詹劢Y(jié)構(gòu)607,使得銅外周硅基底厚度為10μm;

      步驟七,在硅片金屬層按照?qǐng)D2A(電感器)的布局,進(jìn)行金屬線連接;

      步驟八,如圖4G所示,在新的硅片上的重新布局層按照?qǐng)D2B(電感器)的布局連接,之后在重新布局層608上與另一硅片硅通孔對(duì)應(yīng)的位置添加焊點(diǎn)609。

      步驟九,如圖4H所示,最后將兩塊硅片進(jìn)行上下貼合。

      上述實(shí)施例并非是對(duì)于本實(shí)用新型的限制,本實(shí)用新型并非僅限于上述實(shí)施例,只要符合本實(shí)用新型要求,均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。

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