本實(shí)用新型屬于無源電子器件技術(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)：

隨著無線通訊的發(fā)展，射頻微波電路在醫(yī)療設(shè)備、無線局域網(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法滿足需求。

近年來，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的問 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稱設(shè)置。

所述的硅通孔結(jié)構(gòu)為穿過硅基底的銅，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。

附圖說明

圖1為依據(jù)美國專利號第8,143,952B2號專利所顯示的運(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)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。

圖1為依據(jù)美國專利號第8,143,952B2號專利所顯示的運(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。從圖中可見其利用硅通孔技術(shù)延長金屬線長度，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金屬線連接。

圖3為電感器的立體圖，該電感元件的工作過程：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，并通過硅通孔流向其金屬層端(輸出地)，最后通過金屬線流出電感元件。

上述電感器的制作工藝過程：

步驟一，如圖4A所示，首先進(jìn)行晶圓減薄，并對硅片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工藝在銅通孔周圍挖空槽結(jié)構(gòu)607，使得銅外周硅基底厚度為10μm；

步驟七，在硅片金屬層按照圖2A(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圖2B(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。