一种集成电路及其制造方法技术

在一种ＩＣ封装方案中，一种多层基片（１１４）由导电互连层（１２０，１２２，１２４）组成，被环氧树脂或陶瓷绝缘层分隔开并被通路连接。无源元件（１０２，１０４，１０６）可以通过应用于基片的材料技术来加强有源电路芯片的电气性能，达到最大程度。封装的材料选择可对给定的电路设计创造最佳无源集成。典型的应用包括电源旁路电容器、射频调谐和抗阻匹配。封装基片中无源元件的引入创造出新颖的电气可裁ＩＣ封装方法，能对任意给定芯片设计获得比原有方法更佳的性能。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到高Q无源元件的结构，这些元件通常指例如在射频设备中所使用的元件。这些元件在半导体芯片中引入的困难性是众所周知的集总和分散电抗部分的品质因素(Q)主要取决于金属的电阻、介质耗损以及寄生电抗。集总元件的电感和电容的真实值大大受限于半导体芯片可以利用的面积。类似的，分布传输线谐振器很难按期望频率配置在半导体芯片上的原因也在于受空间的限制。常用的惯例是将集总电抗放置在PC板上。然而，传统封装技术所带来的寄生电抗常常严重降低功能电路的性能。例如，在功率放大器设备中，封装导线的寄生电抗常常接近或超出有源半导体器件的输出阻抗。在很多情况下，封装电抗排除了用硅或硅-锗工艺制造可以接受的功率放大器的可能性。类似地，在小信号设备中也存在着相同的问题。集成电路通常安装在塑料或陶瓷封装内，该封装将半导体芯片与随后焊接在PCB上的导线或焊球相连接。有些封装类型包含了多种金属层，例如，倒装-球栅阵列，以便确定I/O焊片的线路，并且利用焊片来和封装外部接触。图11例举了一种典型的球栅封装。半导体芯片1102放置在基片1112上，并由未填满的环氧树脂化合物1106固定。基片包括一组金属互连层，在芯片的焊球(或“块”)1104和基片的焊球1114之间提供一条电通路。模制环氧树脂1110被用来包裹在芯片外面，从而构成球栅封装。图12是基片1112一部分的放大视图，该基片在图11中已说明。可以看见基片由叠层结构的金属交互层1212组成。这些金属层通过绝缘材料层1210，例如环氧树脂或陶瓷而彼此绝缘。这些金属层在半导体芯片1102上的键合片或“块”之间提供了互连。这些金属层由互连(未图示)和通路1202组成图案，通路1202提供金属层之间的互连性。我们所需要的是一种能够在IC器件中不必使用分立元件就能提供高Q元件的方案。希望将这样的器件与IC器件自身结合在一起，从而能节省PCB上的空间，同时获得使用高Q元件的好处。
技术实现思路
根据本专利技术，一种改进的IC封装包括在IC封装中配入无源元件。一种IC安装基片载有半导体芯片，并且有着对芯片的I/O焊片和电源与接地等公用焊片提供外部接触的金属互连叠层结构。金属互连层的内部设计有与包含互连的轨迹直接或经通路相连的无源元件，从而为半导体芯片提供了额外的电功能性。因而，想要的电抗元件从合适的封装金属层上制造出来。电阻大大减小，是因为与芯片上典型厚度小于1微米的金属相比，封装金属典型的厚度为20微米。典型的应用包括(但没有受限于)对输入输出信号进行滤波的滤波电路、电源旁路电容器、阻抗匹配电路、谐振器等等。本专利技术也适用于在单个IC封装内封装两个或多个半导体芯片的多芯片模块。无源元件可以被用于耦合各芯片之间的信号传递。一种制造本专利技术所述的基片的方法包括淀积绝缘层和金属层。每层金属层都形成图案，并且经过了光刻胶蚀刻的步骤。形成图案步骤包括限定建立互连的轨迹。建立无源元件的结构的形成图案步骤和互连同时进行。没有额外的金属被消耗，因为无源结构是从相同的互连金属层上构图的；它们唯一的区别在于无源结构蚀刻的金属更少一些。附图说明图1是展示本专利技术的IC基片中互连的排列和无源元件的顶视图。图2和图3是两种电容器元件的侧视图。图4A和4B是一种螺旋电感器的顶视图和侧视图。图5A-5C是一种螺旋电感器的顶视图、正视图和侧视图。图6是一种谐振器的透视图。图7A和7B是一种电阻器的顶视图和侧视图。图8和9是IC基片中构成的两种典型电路的横截面视图。图10是本专利技术处理步骤的流程图。图11和12展示了一种典型的原有IC封装方案。具体实施例方式图11展示了一种典型的球栅IC封装，包括芯片1102，它装配在基片1112上并被密封剂1110密封。转过来看图1，根据本专利技术较好模式配置的叠层基片114包括单层或多层互连金属层，每层都被一层绝缘材料分隔开。图1展示的最上互连层包括多条互连轨迹120和无源元件102-106。具体而言，元件102和104是电容器，而元件106是一个电感器。可以看见电感器106包括轨迹122和124。这层互连层被安置在基片114的上表面112上。参照图2，图1中沿线2-2截取的电容器102的侧视图展示了基片114的一部分。在绝缘层202上部安置着一金属层200，该绝缘层按顺序也被放置在另一金属层204上。展示的电容器102由两块金属板220和222组成。每块板都形成在金属层200和204中被绝缘层202分隔开。绝缘层被当做电介质。典型的绝缘材料包括环氧树脂或可以是陶瓷材料。由于材料的选择取决于很多因素，例如期望的电气特性、期望的物理特性、制造成本以及其他因素，因此没有一种较好的材料。本专利技术的IC器件的特殊应用将决定使用的具体材料。参照图3，图1中沿线3-3截取的电容器104的侧视图展示了基片114的附加金属和绝缘层306-312。电容器104是一种多层板极电容器。在这个实例中，电容器的结构横跨了四层互连金属层200、204、308和312。四层板极320、322、324和326各自在金属层200、204、308和312中构成。这些板极按照交迭方式垂直排列。绝缘层构成了电容器的电介质。通路330将板极320和324耦合在一起，另一通路332将板极322和326耦合在一起。层202、306和310的绝缘材料被当做电容器104的电介质材料。必须注意的是，电容器102和104可以被耦合到芯片焊片(例如芯片902，图9)作为芯片电路的元件，或位于芯片焊片和一根IC封装的外部引脚(焊球)之间。这样的耦合可以在通过在下层金属层互连中期望提供连通性的情况下，使用通路来完成。还必须注意的是，电容器可以被安置在基片114内部的金属层上。例如，图2所示的板极电容器可以由图3中的金属层204和308组成。实际上，清楚地说，任意无源元件都可以被安置在基片任意金属层中。最终，电容器板极的连接可以使用许多方法中的任意一种完成。互连轨迹可以从板极发散出去来构图，并且通路被用来和其他金属层上的互连耦合在一起。这种特殊的连接结构依赖于无源元件如何耦合和与什么耦合。转回首看图4A和4B，展示了一种安置在绝缘层414表面412上的螺旋电感器402的实例。螺旋的外部端点和互连轨迹420相连。螺旋的内部端点与在下层金属层上构成并通过通路424耦合在一起的轨迹422相耦合。虽然一种空中桥梁可以被用来提供与螺旋内部端点的连通性，但这样的结构通常很难制造，所以本实施例图4A和4B中所示的是较佳的方案。互连轨迹420和422如图所示可以在相对的金属层上，或者安置在同一螺旋金属层上，或者可以在其他一些金属层上，这取决于该元件是如何连接的。参照图5A-5C，展示了一种螺旋电感器502的实例。该元件由放置在第一金属层上并且沿一对角线相互并行排列的第一组金属段550、552和554组成。第二组金属段540、542、544和546放置在第二金属层上，并且沿与第一金属段相对的对角线方向相互平行排列。一组通路522-532以端对端的方式连接第一段和第二段。结果从上面看下去就如图5A所示成为锯齿状配置，虽然螺旋结构的外规是一种正方的螺旋结构。末段540和546通过通路520和534与互连轨迹506和504耦合在一起。或者，轨迹506和504可以在末段540和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体器件，其特征在于，包括：至少一块在其上形成电路的半导体芯片；和在其表面上装有所述印模的叠层基片，所述基片具有单层或多层金属层和单层或多层绝缘层，所述芯片和一些所述的金属层电耦合；所述金属层具有第一金属结构，所述第一金属结构是互连的；所述金属层具有第二金属结构，所述的第二金属结构是将所述互连电耦合到其他所述互连和所述半导体芯片的通路；所述金属层中至少有一层具有至少一个第三金属结构，所述的第三金属结构是无源元件；所述的无源元件和所述的半导体芯片电耦合。

【技术特征摘要】
US 1999-3-11 09/267,8891.一种半导体器件，其特征在于，包括至少一块在其上形成电路的半导体芯片；和在其表面上装有所述印模的叠层基片，所述基片具有单层或多层金属层和单层或多层绝缘层，所述芯片和一些所述的金属层电耦合；所述金属层具有第一金属结构，所述第一金属结构是互连的；所述金属层具有第二金属结构，所述的第二金属结构是将所述互连电耦合到其他所述互连和所述半导体芯片的通路；所述金属层中至少有一层具有至少一个第三金属结构，所述的第三金属结构是无源元件；所述的无源元件和所述的半导体芯片电耦合。2.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述单层或多层的绝缘层是环氧树脂材料。3.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述单层或多层的绝缘层是陶瓷材料。4.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述无源元件是电容器，所述电容器具有放置在所述单层或多层金属层上第一层中的第一板极和放置在所述单层或多层金属层上第二层中的第二板极，所述第一和第二板极被所述单层或多层绝缘层中的一层分隔开。5.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述无源元件是电容器，所述电容器包括多块板极，每一所述板极放置在所述单层或多层金属层上分隔开的某一层中，所述板极以交迭方式垂直排列，所述板极的奇数层相互电耦合，所述板极的偶数层相互电耦合。6.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述无源元件是电感器，所述电感器是一放置在所述单层或多层金属层上某一层中的金属螺旋结构。7.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述无源元件是电感器；所述电感器包括放置在所述单层或多层金属层上第一层中的第一组段和放置在所述单层或多层金属层上第二层中的第二组段；所述单层或多层金属层上的第一层和第二层被所述单层或多层绝缘层中的一层分隔开；所述电感器进一步包括多条将所述第一段和第二段电耦合的被金属填充的通路。8.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述无源元件是谐振器；所述谐振器具有放置在所述单层或多层金属层上第一层中的第一板极和放置在所述单层或多层金属层上第二层中的金属片；所述第一板极具有比所述金属片尺寸更加宽的尺寸。9.如权利要求8所述的半导体器件，其特征在于，所述谐振器包括放置在所述单层或多层金属层上第三层中的第二板极。10.如权利要求1所述的半导体器件，其特征在于，所述无源元件是电阻器，所述电阻器放置在所述单层或多层金属层上的某层中。11.一种集成电路，其特征在于，包括...

【专利技术属性】
技术研发人员：小RJ扎夫里尔，DC鲍曼，
申请(专利权)人：爱特梅尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]