一種高密度電感的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種無源器件的圓片級集成，特別是涉及一種高密度電感的制造方法。
【背景技術】
[0002]磁性器件如電感器件及由它構成的電源變壓器、濾波器、DC/DC變換器、放大器、振蕩器和調諧器等是電子線路中必不可少的重要元器件，它們都是實現電子產品小尺寸、輕重量和高性能的關鍵之一，特別是由磁性薄膜微電感器件構成的微型化DC/DC變換器將廣泛應用于各種便攜式電子產品。因此市場對于研制高功率微型化集成電感器件提出了非常迫切的需求。
[0003]相較于傳統的分立磁芯電感，為符合系統整合的需求，集成磁性材料的微電感主要分為基于CMOS工藝與封裝技術兩大類。相較于在封裝體內集成磁性材料電感，在硅上制作該電感則受限于硅工藝兼容性，電感線圈與磁性薄膜的厚度受到限制，典型的結構剖面圖如圖所示，電感的電感值較低、飽和電流較小、直流電阻較大。
[0004]由于傳統的封裝成本較高，無法滿足充分體現嵌入式無源器件的優越性。圓片級芯片尺寸封裝(WLCSP)以其低成本，小尺寸在電子產品中得到了廣泛應用，Amkor (UltraCSPTM)、Fraunhofer、Fujitsu (Super CSPTM)、Form Factor (WowTM, M0STTM)等多家公司和研究機構都有自己的圓片級封裝技術。在圓片級封裝中埋置無源器件能夠很好的滿足小型化，低成本，低功耗等要求。
【發明內容】
[0005]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種高密度電感制造方法，用簡單的工藝得到電感值的提高。
[0006]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種高密度電感制造方法，該制造方法至少包括以下步驟:
[0007]A.提供一硅基板，在所述硅基板正反兩面沉積掩膜層后在該硅基板反面形成腐蝕窗口 ；
[0008]B.沿所述腐蝕窗口形成位于該硅基板內的深坑結構；使得該深坑結構底部剩余一層薄娃基板；
[0009]C.在所述硅基板正面的掩膜層上形成第一層金屬圖形；
[0010]D.在步驟C之后獲得的結構上旋涂介質層并圖形化，形成暴露部分第一金屬圖層的通孔；
[0011]E.在步驟D之后獲得的結構上形成第二層金屬圖形；使得部分第二層金屬圖形通過所述通孔與第一金屬圖層接觸；
[0012]F.去除所述深坑結構底部剩余的一層薄硅基板；
[0013]G.在所述深坑結構中填充BCB與磁粉的復合磁性材料并固化。
[0014]本發明提出的用干濕混合法腐蝕方案制作集成磁性材料的帶底部鏤空電感的方法。適應產品的小型化，低成本化發展需求，工藝步驟簡單，與其他工藝兼容，且大幅提高了產品性能，在集成無源器件領域有很大潛力。
【附圖說明】
[0015]圖1是集成磁性材料的底部鏤空電感的平面結構。
[0016]圖2是在基板雙面形成一層掩膜層，并對背面進行圖形化的結構示意圖。
[0017]圖3是在基板背面腐蝕出深坑結構的結構示意圖。
[0018]圖4是形成第一層金屬圖案的結構示意圖。
[0019]圖5是介質層有機物的旋涂及圖形化的結構示意圖。
[0020]圖6是形成第二層金屬圖形的結構示意圖。
[0021]圖7是腐蝕掉深坑底部的剩余硅的結構示意圖。
[0022]圖8是磁性材料對深坑進行填充的結構示意圖。
[0023]元件標號說明
[0024]硅基板100
[0025]掩模層101
[0026]第一層金屬圖形102
[0027]介質層103
[0028]第二層金屬圖形104
[0029]磁性材料105
【具體實施方式】
[0030]以下由特定的具體實施例說明本發明的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點及功效。
[0031]請參閱圖1至圖8。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本發明可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本發明所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本發明所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本發明可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施的范疇。
[0032]如圖所示，本發明提供一種高密度電感的制造方法，是集成磁性材料、底部鏤空的電感制造方法，其主要特征包括以下幾點:
[0033]A.電感結構包括帶有鏤空結構的娃基板，聚酰亞胺Polyimide (PI)或苯并環丁稀Benzocyclobutene (BCB)等聚合物構成的介質層，以及鏤空結構之上的金屬線圈。
[0034]B.硅基板上的鏤空結構由以下方法制成:在雙面拋光的硅基板的一面上用KOH或TMAH等堿性溶液腐蝕出在水平面上的投影面積略大于金屬線圈投影面積(即第一、第二層金屬圖形)的深坑結構，該深坑深度為娃基板厚度減去30?lOOum，優選60um。
[0035]C.基板上電感的制造步驟:a.濺射種子層，光刻電感線圈圖形，電鍍金屬層，然后去除光刻膠和金屬種子層；b.旋涂第一層5?15um聚合物(BCB或PI)作為介質層，優選為lOum，并通過光刻或刻蝕方法形成通孔，然后高溫固化重復步驟a形成第二層金屬層。
[0036]D.磁性材料的集成方式:在底部鏤空電感制作完成后，通過絲網印刷工藝將BCB與磁粉的復合磁性材料填充進底部深坑中，隨后進行固化，所選用的磁粉材料可以是鎳鋅或猛鋅鐵氧體粉末，粉末平均粒徑在1nm?5um之間。
[0037]本實施例中，基板為普通硅，其成本比較低。
[0038]本實施例中，在完成最后一層金屬圖形的布線后，采用深反應離子(DRIE)或XeF2各向同性刻蝕氣體將深坑底部剩余的硅刻蝕掉。
[0039]本實施例中，金屬圖形的形成過程中電鍍一金屬層選用銅，并且在形成第二層金屬圖形時在金屬Cu層之上可以電鍍一層薄金作為鈍化層。
[0040]本實施例中，電感的形狀為圓螺旋形、多邊螺旋形或折線形，優選為阿基米德螺旋，其過渡光滑高頻損耗小。
[0041]下面結合附圖和實施例對本發明實質性特點和顯著的進步作進一步說明。
[0042]在圖1中，實現了硅基鏤空結構100及其上面制造的平面線圈電感結構。其上的平面電感由兩層金屬線102、104組成。以及背面深坑中集成了磁性材料105。由于正對線圈其下的硅基板已經被掏空，然后填充了磁性材料，所以提高了電感元件的電感密度。
[0043]在圖2到圖8中，介紹集成磁性材料的帶鏤空