半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
【專利摘要】一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法，所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法包括：提供襯底，所述襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第二區(qū)域包圍所述第一區(qū)域，所述襯底的第二區(qū)域表面高于第一區(qū)域表面，所述第二區(qū)域內(nèi)形成有平面電感，所述平面電感包圍第一區(qū)域；在所述第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽；在所述襯底上以及第一凹槽內(nèi)形成磁性材料層；采用無掩膜刻蝕工藝，去除位于所述襯底上的部分磁性材料層，形成位于所述第一凹槽內(nèi)的磁性層，所述磁性層能提高通過所述平面電感的磁通量。上述方法可以提高平面電感的性能。
【專利說明】半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)及其形成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在現(xiàn)有的集成電路，例如CMOS射頻集成電路中，電感是一種重要的電學(xué)器件，其性能參數(shù)直接影響了集成電路的性能?，F(xiàn)有技術(shù)中，集成電路中的電感大多采用平面電感，例如平面螺旋電感。所述平面電感為金屬導(dǎo)線在襯底或介質(zhì)層表面繞制而成，相對于傳統(tǒng)的繞線電感，平面電感具有成本低、易于集成、噪聲小和功耗低的優(yōu)點(diǎn)，更重要的是能與現(xiàn)今的集成電路工藝兼容。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，在標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝中，所述平面電感的面積較小，并且形成在半導(dǎo)體襯底或者介質(zhì)層中，所述半導(dǎo)體襯底和介質(zhì)層的磁導(dǎo)率較低，使得所述平面電感的電感值較低。
[0004]現(xiàn)有可以通過增加所述平面電感的線圈數(shù)量來增加平面電感的電感值，但是這樣會(huì)增加電感的面積，降低集成電路的集成度。
[0005]所以所述平面電感的性能有待進(jìn)一步的提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明解決的問題是提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，提高平面電感的電感值。
[0007]為解決上述問題，本發(fā)明提供一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，包括:提供襯底，所述襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第二區(qū)域包圍所述第一區(qū)域，所述襯底的第二區(qū)域表面高于第一區(qū)域表面；所述第二區(qū)域內(nèi)形成有平面電感，所述平面電感包圍第一區(qū)域；在所述第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽；在所述襯底上以及第一凹槽內(nèi)形成磁性材料層；采用無掩膜刻蝕工藝，去除位于所述襯底上的部分磁性材料層,形成位于所述第一凹槽內(nèi)的磁性層，所述磁性層能提高通過所述平面電感的磁通量。
[0008]可選的，形成所述第一凹槽的方法包括:在襯底上形成具有第一開口的第一圖形化掩膜層，所述第一開口位于第一區(qū)域表面；以所述第一圖形化掩膜層為掩膜刻蝕所述襯底，在所述襯底內(nèi)的第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽。
[0009]可選的，還包括:位于第二區(qū)域內(nèi)未被所述平面電感包圍的焊盤，位于所述襯底表面的鈍化層。
[0010]可選的，形成所述第一凹槽的方法包括:在所述鈍化層表面形成具有第一開口和第二開口的第二圖形化掩膜層，所述第一開口暴露出第一區(qū)域上的部分鈍化層表面，所述第二開口暴露出焊盤上方的鈍化層表面；以所述第二圖形化掩膜層為掩膜，以所述焊盤表面作為停止層，刻蝕所述鈍化層和襯底，在所述焊盤表面形成第二凹槽，在所述第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽。
[0011]可選的，形成所述第一凹槽的方法包括:在所述鈍化層表面形成具有第二開口的第三圖形化掩膜層，所述第二開口暴露出焊盤上方的鈍化層表面；以所述第三圖形化掩膜層為掩膜，刻蝕所述鈍化層和襯底，在所述焊盤表面形成第二凹槽后去除所述第三圖形化掩膜層；在所述鈍化層表面形成具有第一開口的第四圖形化掩膜層，所述第一開口暴露出第一區(qū)域上的部分鈍化層表面；以所述第四圖形化掩膜層為掩膜刻蝕所述鈍化層和襯底，在所述第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽，然后去除所述第四圖形化掩膜層。
[0012]可選的，在所述襯底上以及第一凹槽內(nèi)形成的磁性材料層還覆蓋第二凹槽的內(nèi)壁表面。
[0013]可選的，采用無掩膜刻蝕工藝去除位于所述襯底上的部分磁性材料層的方法包括:對所述磁性材料層進(jìn)行各向異性刻蝕，去除位于所述鈍化層的水平表面、第二凹槽底部表面的部分磁性材料層；采用各向同性刻蝕工藝刻蝕去除第一凹槽內(nèi)部分厚度的磁性材料層以及所述第二凹槽的側(cè)壁表面、鈍化層的垂直表面上殘留的部分磁性材料層，在所述第一凹槽內(nèi)形成磁性層。
[0014]可選的，所述磁性層的材料為鐵、鈷、鎳中的一種或幾種金屬材料，或者鐵、鈷、鎳中的兩種或三種金屬的合金、或者錳鋅合金。
[0015]可選的，所述磁性材料層的材料為NiFe合金，所述NiFe合金中Ni的含量范圍為50% ?95%。
[0016]為解決上述問題，本發(fā)明還提供一種采用上述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，包括:襯底，所述襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第二區(qū)域包圍所述第一區(qū)域，所述襯底的第二區(qū)域表面高于第一區(qū)域表面；位于所述襯底的第二區(qū)域內(nèi)的平面電感；位于所述襯底的第一區(qū)域內(nèi)的第一凹槽；位于所述第一凹槽內(nèi)的磁性層，所述磁性層能提高所述平面電感工作時(shí)的磁通量。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的技術(shù)方案具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0018]本發(fā)明的技術(shù)方案中，在被襯底內(nèi)的平面電感包圍的第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽，然后在所述第一凹槽內(nèi)形成磁性層，所屬磁性層能夠提高通過所述平面電感的磁通量，從而提高所述平面電感的電感值，提高所述平面電感的性能。
[0019]進(jìn)一步的，本發(fā)明的所述襯底內(nèi)還形成有位于平面電感外側(cè)的焊盤，并且在所述焊盤和被平面電感包圍的襯底內(nèi)同時(shí)分別形成第二凹槽和第一凹槽，后續(xù)可以在所述焊盤表面的第二凹槽內(nèi)形成焊球，從而形成封裝結(jié)構(gòu)。在形成所述第二凹槽的同時(shí)，形成第一凹槽，可以減少工藝步驟，降低工藝成本。
[0020]進(jìn)一步的，所述第一凹槽和第二凹槽還可以通過不同的圖形化掩膜層為掩膜分開形成，這樣可以更好的控制形成的第一凹槽的深度，所述第一凹槽的深度越大后續(xù)在第一凹槽內(nèi)形成的磁性層的厚度越大，對平面電感的電感值的提高效果越好。
[0021]進(jìn)一步的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，通過在鈍化層表面、第一凹槽和第二凹槽的內(nèi)壁表面形成磁性材料層，然后對所述磁性材料層進(jìn)行刻蝕處理，形成位于所述第一凹槽內(nèi)的磁性層，所采用的工藝方法與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝兼容，可以減少工藝成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1至圖6是本發(fā)明的實(shí)施例的所述平面電感的形成過程的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖7是采用本實(shí)施例的方法形成所述磁性層之前與之后的平面電感所對應(yīng)的電感值曲線?！揪唧w實(shí)施方式】
[0024]如【背景技術(shù)】中所述，現(xiàn)有形成的平面電感的電感值較低，電感的性能較低。
[0025]研究發(fā)現(xiàn)，由于現(xiàn)有平面電感的面積較小，并且主要形成在介質(zhì)層或半導(dǎo)體襯底內(nèi)，而所述半導(dǎo)體襯底以及介質(zhì)層均為非磁性材料，磁導(dǎo)率較低，使得形成的平面電感的電感值較低。
[0026]本發(fā)明的技術(shù)方案在所述平面電感包圍的襯底的第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽，在所述第一凹槽內(nèi)形成磁性層，以提高通過平面電感的磁通量，從而提高電感的電感值。并且本發(fā)明的技術(shù)方案中，形成所述磁性層的方法采用半導(dǎo)體工藝，與現(xiàn)有的半導(dǎo)體技術(shù)兼容。
[0027]為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更為明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施例做詳細(xì)的說明。
[0028]請參考圖1，提供襯底100，所述襯底100包括第一區(qū)域I和第二區(qū)域II，所述第二區(qū)域II包圍所述第一區(qū)域I，所述第二區(qū)域II的表面高于第一區(qū)域I的表面；所述第二區(qū)域II內(nèi)形成有平面電感300，所述平面電感300包圍所述第一區(qū)域I。
[0029]所述襯底100的材料可以是半導(dǎo)體材料，包括硅、鍺、鍺化硅、砷化鎵等半導(dǎo)體材料，所述襯底100可以是體材料也可以是復(fù)合結(jié)構(gòu)如絕緣體上硅。所述襯底100還可以為在襯底表面形成有多層半導(dǎo)體材料層、金屬材料層的多層堆棧結(jié)構(gòu)。
[0030]在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，所述襯底100包括基底和位于基底表面的介質(zhì)層，所述介質(zhì)層作為半導(dǎo)體器件的層間介質(zhì)層。在所述襯底100內(nèi)還可以形成有插塞等金屬互連結(jié)構(gòu)。所述襯底100的材料為氧化硅、氮化硅、低K介電材料或超低K介電材料。
[0031]本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)襯底100上形成的半導(dǎo)體器件選擇襯底100的類型，因此所述襯底100的類型不應(yīng)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0032]本實(shí)施例中，所述襯底100為介質(zhì)層，材料為氧化硅。所述襯底100的第二區(qū)域II內(nèi)形成有平面電感300，所述平面電感300為平面線圈結(jié)構(gòu)。圖1中僅示出了平面電感的部分橫截面示意圖。
[0033]在本實(shí)施例中，所述襯底100的第二區(qū)域II內(nèi)還形成有下層金屬層201、位于所述下層金屬層201上方的焊盤203以及連接所述焊盤203和下層金屬層201的互連件202。所述平面電感300和焊盤203均為頂層金屬材料，由于頂層金屬材料與襯底100下方的半導(dǎo)體襯底的距離較大，可以降低平面電感300與襯底100之間的寄生電容，并且所述頂層金屬的厚度較大，可以降低所述平面電感的電阻，減少損耗。所述下層金屬層201可以是金屬互連線，與襯底100下方的半導(dǎo)體器件連接。
[0034]本實(shí)施例中，所述襯底100表面還形成有鈍化層400，所述鈍化層400用于保護(hù)所述襯底100。所述鈍化層400的材料為氮化硅。所述下層金屬層201、互連件202以及焊盤203位于第二區(qū)域II內(nèi)，未被所述平面電感300的線圈包圍。由于所述焊盤203和平面電感300為頂層金屬，表面高于第二區(qū)域II的表面，并且，后續(xù)不會(huì)再在所述介質(zhì)層100上方形成鈍化層400作為芯片保護(hù)層之后，不會(huì)再在所述鈍化層400上方形成其他半導(dǎo)體器件，所以，為了節(jié)約工藝步驟和成本，在形成所述鈍化層之后，不需要再進(jìn)行平坦化工藝，從而就導(dǎo)致所述第一區(qū)域I的表面高于第二區(qū)域II的表面。
[0035]現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝中，后續(xù)要刻蝕所述焊盤203上方的鈍化層和介質(zhì)層，暴露出焊盤的表面，形成開口，在所述開口內(nèi)形成焊球，作為封裝結(jié)構(gòu)。
[0036]請參考圖2，在所述鈍化層400表面形成具有第一開口 501和第二開口 502的第二圖形化掩膜層500，所述第一開口 501暴露出被所述平面電感線圈包圍的部分襯底100的第一區(qū)域I上的鈍化層400的部分表面，所述第二開口 502暴露出焊盤203上方的鈍化層400的部分表面。
[0037]所述第二圖形化掩膜層500內(nèi)的第一開口 501和第二開口 502分別定義了后續(xù)在第一區(qū)域I內(nèi)形成的第一凹槽的位置以及在焊盤203上形成的第二凹槽的位置。
[0038]所述第二圖形化掩膜層500內(nèi)還可以形成有多個(gè)位于第一區(qū)域I上的第一開口。
[0039]所述第二圖形化掩膜層500的材料可以是光刻膠層或氧化硅等其它掩膜層材料。
[0040]請參考圖3，以所述第二圖形化掩膜層500 (請參考圖2)為掩膜，以所述焊盤203表面作為停止層，刻蝕所述鈍化層400和襯底100，在所述焊盤203表面形成第二凹槽402，在所述襯底100的第一區(qū)域I內(nèi)形成第一凹槽401，然后去除所述第二圖形化掩膜層500(請參考圖2)。
[0041]刻蝕所述鈍化層400和襯底100的工藝可以是各向異性刻蝕工藝。本實(shí)施例中，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述鈍化層400和襯底100，所述干法刻蝕工藝采用的刻蝕氣體可以是CF4、CHF3、C2F6中的一種或幾種組合。
[0042]所述刻蝕過程可以通過刻蝕時(shí)間控制，所述刻蝕工藝以所述焊盤203作為刻蝕停止層。為了確保充分暴露出焊盤203的表面，當(dāng)刻蝕所述鈍化層400和介質(zhì)層100到達(dá)焊盤203表面時(shí)，還會(huì)進(jìn)行一定時(shí)間的過刻蝕直至所述刻蝕過程達(dá)到預(yù)設(shè)的刻蝕時(shí)間。由于所述焊盤203在所述干法刻蝕過程的刻蝕速率很低，所述第二凹槽402的深度與焊盤表面到其上方的鈍化層400的表面之間的距離基本相同。所述過刻蝕的過程中，所述第一凹槽401的深度會(huì)繼續(xù)加深，直到刻蝕停止。所以，所述第一凹槽401的深度略大于第二凹槽402的深度，所述第一凹槽401的深度由所述焊盤203表面到達(dá)鈍化層300表面的距離以及過刻蝕的時(shí)間決定。
[0043]形成所述第一凹槽401和第二凹槽402之后，采用濕法刻蝕工藝或者灰化工藝去除所述第二圖形化掩膜層500 (請參考圖2)。
[0044]所述第二凹槽402用于暴露出焊盤203的表面，以便在所述焊盤203的表面形成焊球，以形成封裝結(jié)構(gòu)。
[0045]所述第一凹槽401的寬度范圍為0.1微米?10微米，可以形成多個(gè)第一凹槽401，相鄰第一凹槽401之間的間距范圍為0.3微米?20微米。
[0046]所述第一凹槽401位于第一區(qū)域I內(nèi)，后續(xù)在第一凹槽401內(nèi)形成的磁性層被平面電感300的線圈包圍，可以提高通過所述平面電感300內(nèi)的磁通量，從而提高所述平面電感300的電感值。
[0047]并且，本實(shí)施例中，所述第一凹槽401與焊盤203頂部的第二凹槽402同時(shí)形成，只需要一次光刻-刻蝕過程，不需要增加額外的掩膜層，在形成位于所述焊盤203表面的第二凹槽402的基礎(chǔ)上，同時(shí)形成了第一凹槽401，與現(xiàn)有的工藝兼容，可以簡化工藝流程，降低工藝成本。
[0048]在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，也可以分別形成所述第一凹槽401和第二凹槽402。具體的，分別形成所述第一凹槽401和第二凹槽402的方法可以是:在所述鈍化層400表面形成具有第二開口的第三圖形化掩膜層，所述第二開口暴露出焊盤203上方的鈍化層表面；以所述第三圖形化掩膜層為掩膜，刻蝕所述鈍化層400和襯底100，在所述焊盤203表面形成第二凹槽402，然后去除所述第三圖形化掩膜層；在所述鈍化層400表面形成具有第一開口的第四圖形化掩膜層，所述第一開口暴露出襯底100的第一區(qū)域I上的部分鈍化層400表面；以所述第四圖形化掩膜層為掩膜刻蝕所述鈍化層400和襯底100，在所述第一區(qū)域I內(nèi)形成第一凹槽401，然后去除所述第四圖形化掩膜層。
[0049]可以采用上述方法，在所述焊盤203上形成第二凹槽402之后，再形成第一凹槽401 ;也可以先形成所述第一凹槽401之后，再形成所述第二凹槽402。
[0050]在所述第一凹槽401和第二凹槽402分開形成的情況下，所述第二凹槽402的深度依舊是焊盤203表面與其上方的鈍化層400表面的距離，而第一凹槽401的深度則可以大于或者小于所述第二凹槽402的深度。發(fā)明人通過研究發(fā)現(xiàn)，所述第二凹槽402的深度越大，后續(xù)在所述第二凹槽402內(nèi)形成的磁性層的厚度越大，對平面電感300的性能提高越大。所以，本發(fā)明的具體實(shí)施例中，可以在單獨(dú)刻蝕所述第一凹槽401的過程中，適當(dāng)加大所述第一凹槽401的深度，以最大程度的提高所述平面電感的性能。
[0051]在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，所述襯底100的第二區(qū)域II內(nèi)未形成焊盤，可以單獨(dú)在所述第一區(qū)域I內(nèi)形成第一凹槽401。
[0052]請參考圖4，在所述鈍化層400表面、第一凹槽401 (請參考圖3)內(nèi)以及第二凹槽402的內(nèi)壁表面形成磁性材料層600。
[0053]所述磁性材料層600的材料為高磁導(dǎo)率的材料，例如可以鐵、鈷、鎳中的一種或幾種金屬材料，或者鐵、鈷、鎳中的兩種或三種金屬的合金、或者錳鋅合金等材料，特別的，所述磁性材料層600可以是具有較高的弱磁場磁導(dǎo)率的磁性材料。
[0054]本實(shí)施例中，采用的磁性材料層600的材料為NiFe合金。所述磁性材料600中Ni的含量范圍為50%?95%。
[0055]所述磁性材料層600的形成工藝可以是化學(xué)氣相沉積工藝或物理氣相沉積工藝。本實(shí)施例中，采用濺射工藝形成所述磁性材料層600。具體的，所述濺射工藝采用的靶材為NiFe合金，其中Ni和Fe的比例范圍為50%?95%，所述靶材中Ni和Fe的比例決定了后續(xù)形成的磁性材料層600中的Ni和Fe的比例；濺射反應(yīng)腔內(nèi)壓強(qiáng)為IE-OTorr?lE_8Torr，濺射溫度范圍為100°C?300°C ;形成的所述磁性材料層600的厚度為100埃?50000埃，所述磁性材料層的厚度與所述第一凹槽厚度的1/2相當(dāng)或者略大于所述第一凹槽401厚度的1/2，從而可以使得第一凹槽兩側(cè)側(cè)壁表面形成的磁性材料層發(fā)生閉合，填充滿所述第一凹槽401 (請參考圖3)的下部分或者填充滿整個(gè)第一凹槽401 (請參考圖3)，僅在所述第一凹槽401 (請參考圖3)上方有部分未閉合區(qū)域,或者所述磁性材料層600在第一凹槽上方完全閉合。
[0056]請參考圖5，采用無掩膜刻蝕工藝，對所述磁性材料層600進(jìn)行各向異性刻蝕，去除位于所述鈍化層400表面、第二凹槽402表面的部分磁性材料層600。
[0057]本實(shí)施例中，采用干法刻蝕工藝刻蝕所述磁性材料層，所述干法刻蝕工藝為各向異性刻蝕工藝，具體的，所述干法刻蝕刻蝕采用的刻蝕氣體為Ar。
[0058]去除位于所述鈍化層400表面、第二凹槽402表面的部分磁性材料層之后，在第二凹槽402的側(cè)壁表面以及鈍化層400的垂直表面上會(huì)有殘留的部分磁性材料層600，后續(xù)工藝中需要去除所述殘留的磁性材料層。
[0059]請參考圖6，采用各向同性刻蝕工藝刻蝕去除第一凹槽401 (請參考圖3)內(nèi)部分厚度的磁性材料層600 (請參考圖5)以及所述第二凹槽402側(cè)壁表面、鈍化層400的垂直表面上殘留的磁性材料層600 (請參考圖5)，在所述第一凹槽401 (請參考圖3)內(nèi)形成磁性層601。
[0060]可以采用濕法刻蝕工藝對所述磁性材料層600進(jìn)行各向同性刻蝕。本實(shí)施例中，所述濕法刻蝕工藝采用的刻蝕溶液為HN03、HCl、CH3COOH和H2O的混合溶液，刻蝕溫度為30°C?50°C，較佳的，可以是40°C ;所述濕法刻蝕工藝的時(shí)間為5s?200s。
[0061]所述各向同性刻蝕工藝去除所述第二凹槽402側(cè)壁表面、鈍化層400的垂直表面上殘留的磁性材料層600 (請參考圖5)的同時(shí)，對第一凹槽600內(nèi)的磁性材料層也進(jìn)行刻蝕，會(huì)使所述第一凹槽內(nèi)的磁芯材料層的厚度降低，形成磁性層601?？梢酝ㄟ^調(diào)整所述各向同性刻蝕工藝的刻蝕時(shí)間，調(diào)整所述磁性層601的厚度。所述各向同性刻蝕工藝的時(shí)間要能夠充分將第一凹槽外的區(qū)域上殘留的磁性材料層去除的同時(shí)，盡量減少對第一凹槽內(nèi)磁性材料層的刻蝕，確保所述磁性層能夠具有較大的深度，從而能夠較大限度的提高平面電感的電感值，提高平面電感的性能。
[0062]在本實(shí)施例中，由于所述第一凹槽上方的磁性材料層(請參考圖4)未完全閉合,所以最終形成的磁性層601的上表面存在凹陷。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，可以提高所述磁性材料層的所述第一凹槽上方的磁性材料層的厚度，從而使得所述磁性材料層完全填充滿所述第一凹槽，并且在第一凹槽上方閉合，使得最終形成的第一凹槽內(nèi)的磁性層的表面可以保持平坦。
[0063]由于集成電路中器件的電流較低，形成的平面電感300的磁場強(qiáng)度都比較低，而所述磁性層601具有較高的磁導(dǎo)率，特別是本實(shí)施例中，采用的磁性層601的材料為NiFe合金，具有較高的弱磁場磁導(dǎo)率，能夠在較低磁場下具有較高的磁導(dǎo)率，能夠提高所述平面電感300的電感值，從而提高所述平面電感的性能。
[0064]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述無掩膜刻蝕工藝也可是僅采用濕法刻蝕工藝，去除所述鈍化層和第二凹槽內(nèi)的磁性材料層。但是僅采用濕法刻蝕工藝需要較長的刻蝕時(shí)間，如果刻蝕時(shí)間不充分，可能會(huì)在所述第二凹槽側(cè)壁和底部連接處以及第一區(qū)域I和第二區(qū)域II連接處留下磁性材料層的材料，刻蝕時(shí)間過程又會(huì)使得所述第一凹槽內(nèi)的磁性層的厚度下降。本實(shí)施例中，先采用干法刻蝕工藝去除大部分的磁性材料層之后，再采用濕法刻蝕工藝刻蝕，可以降低所述濕法刻蝕工藝的刻蝕時(shí)間以及需要刻蝕的磁性材料層的量，從而不容易在所述鈍化層表面和第二凹槽內(nèi)留下磁性材料層的殘留。
[0065]后續(xù)，可以在所述第二凹槽402內(nèi)形成連接所述焊盤203的焊球。
[0066]本發(fā)明的實(shí)施例還提供一種采用上述方法形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，以提高平面電感的性能。
[0067]請參考圖6，為所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0068]所述半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)包括:襯底100，所述襯底100包括第一區(qū)域I和第二區(qū)域II，所述第二區(qū)域II包圍所述第一區(qū)域I，所述襯底100的第二區(qū)域II表面高于第一區(qū)域I表面；位于所述襯底100的第二區(qū)域II內(nèi)的平面電感300;位于所述襯底100的第一區(qū)域I內(nèi)的第一凹槽；位于所述第一凹槽內(nèi)的磁性層601，所述磁性層601能提高所述平面電感300工作時(shí)的磁通量。
[0069]所述磁性層601的材料為高磁導(dǎo)率的軟磁材料，例如可以是鐵、鈷、鎳中的一種或幾種金屬材料，或者鐵、鈷、鎳中的兩種或三種金屬的合金、或者錳鋅合金等其它高磁導(dǎo)率材料，特別的，所述磁性材料層600可以是具有較高的弱磁場磁導(dǎo)率的磁性材料。本實(shí)施例中，所述磁性層601的材料為NiFe合金，其中Ni的含量為50%?95%。
[0070]在本實(shí)施例中，所述襯底100內(nèi)還具有下層金屬層201、位于所述下層金屬層201上方的焊盤203以及連接所述焊盤203和下層金屬層201的互連件202。所述襯底100表面形成有鈍化層400，所述鈍化層400用于保護(hù)所述襯底100，所述鈍化層400的材料為氮化硅。下層金屬層201、互連件202以及焊盤203位于襯底100的第二區(qū)域II，所述焊盤203頂部具有第二凹槽402。
[0071]由于所述襯底的第一區(qū)域I內(nèi)形成有磁性層601，并且所述磁性層601具有較高的磁導(dǎo)率，使得通過所述平面電感的磁通量增加，可以提高平面電感的電感值，從而提高平面電感的性能。
[0072]請參考圖7，采用本實(shí)施例的方法形成所述磁性層之前與之后的平面電感所對應(yīng)的電感值曲線。
[0073]其中，曲線I為未在所述平面電感內(nèi)側(cè)的襯底內(nèi)形成磁性層，所測量得到的平面電感值隨著頻率變化的曲線；曲線2為在所述平面電感內(nèi)側(cè)的襯底內(nèi)形成磁性層之后所測量得到的平面電感值隨著頻率變化的曲線。其中，所述磁性層的材料為NiFe合金，其中Ni的含量為70%，所述磁性層的厚度為30nm。
[0074]由圖7中所示，在頻率小于1.9E+9Hz的情況下，平面電感在形成磁性層之后的電感值明顯大于未形成所述磁性層時(shí)的電感值，可見，形成所述磁性層能夠明顯提高電感的電感值，提高平面電感的性能。
[0075]在圖7中，大于1.9E+9HZ的情況下，曲線2的電感值逐漸下降，這個(gè)主要是由于，磁性層材料的磁導(dǎo)率在高頻下會(huì)發(fā)生所變化導(dǎo)致的。針對這個(gè)問題，一方面，在實(shí)際應(yīng)用中，可以將一定配比的磁性層材料應(yīng)用到具有合適工作頻率的器件；另一方面，也可以根據(jù)器件的工作頻率，調(diào)整磁性層材料中的合金成分配比或合金的形成工藝，來改變磁性層材料的磁導(dǎo)率，使它滿足器件的工作頻率要求。例如可以調(diào)整本實(shí)施例中的NiFe合金中Ni的含量，改善所述NiFe合金在高頻情況下磁導(dǎo)率變化的問題，從而避免在高頻情況下平面電感的電感值下降。
[0076]綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例中，在被平面電感包圍的第一區(qū)域I內(nèi)形成第一凹槽，然后在所述第一凹槽內(nèi)形成磁性層，所屬磁性層能夠提高通過所述平面電感的磁通量，從而提高所述平面電感的電感值，提高所述平面電感性能。
[0077]另外，本發(fā)明的所述襯底內(nèi)還形成有位于平面電感外側(cè)的焊盤，并且在所述焊盤和被平面電感包圍的襯底內(nèi)同時(shí)分別形成第二凹槽和第一凹槽，后續(xù)可以在所述焊盤表面的第二凹槽內(nèi)形成焊球，從而形成封裝結(jié)構(gòu)。本實(shí)施例中，在形成所述第二凹槽的同時(shí)，形成第一凹槽，這樣可以減少工藝步驟，降低工藝成本。并且，采用沉積、刻蝕工藝在所述第一凹槽內(nèi)形成磁性層，所采用的工藝與現(xiàn)有的半導(dǎo)體工藝兼容，步驟簡單，工藝成本較低。
[0078]在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，所述第一凹槽和第二凹槽還可以通過不同的圖形化掩膜層為掩膜分開形成。這樣可以更好的控制形成的第一凹槽的深度，所述第一凹槽的深度越大后續(xù)在第一凹槽內(nèi)形成的磁性層的厚度越大，對平面電感的電感值的提高效果越好。
[0079]雖然本發(fā)明披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，包括: 提供襯底，所述襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第二區(qū)域包圍所述第一區(qū)域，所述襯底的第二區(qū)域表面高于第一區(qū)域表面，所述第二區(qū)域內(nèi)形成有平面電感，所述平面電感包圍第一區(qū)域； 在所述第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽； 在所述襯底上以及第一凹槽內(nèi)形成磁性材料層； 采用無掩膜刻蝕工藝，去除位于所述襯底上的磁性材料層，形成位于所述第一凹槽內(nèi)的磁性層，所述磁性層能提高通過所述平面電感的磁通量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成所述第一凹槽的方法包括:在襯底上形成具有第一開口的第一圖形化掩膜層，所述第一開口位于第一區(qū)域表面；以所述第一圖形化掩膜層為掩膜刻蝕所述襯底，在所述襯底內(nèi)的第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，還包括:位于第二區(qū)域內(nèi)形成未被所述平面電感包圍的焊盤，位于所述襯底表面的鈍化層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成所述第一凹槽的方法包括:在所述鈍化層表面形成具有第一開口和第二開口的第二圖形化掩膜層，所述第一開口暴露出第一區(qū)域上的部分鈍化層表面，所述第二開口暴露出焊盤上方的鈍化層表面；以所述第二圖形化掩膜層為掩膜，以所述焊盤表面作為停止層，刻蝕所述鈍化層和襯底，在所述焊盤表面形成第二凹槽，在所述第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，形成所述第一凹槽的方法包括:在所述鈍化層表面形成具有第二開口的第三圖形化掩膜層，所述第二開口暴露出焊盤上方的鈍化層表面；以所述第三圖形化掩膜層為掩膜，刻蝕所述鈍化層和襯底，在所述焊盤表面形成第二凹槽后去除所述第三圖形化掩膜層；在所述鈍化層表面形成具有第一開口的第四圖形化掩膜層，所述第一開口暴露出第一區(qū)域上的部分鈍化層表面；以所述第四圖形化掩膜層為掩膜刻蝕所述鈍化層和襯底，在所述第一區(qū)域內(nèi)形成第一凹槽，然后去除所述第四圖形化掩膜層。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，在所述襯底上以及第一凹槽內(nèi)形成的磁性材料層還覆蓋第二凹槽的內(nèi)壁表面。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，采用無掩膜刻蝕工藝去除位于所述襯底上的部分磁性材料層的方法包括:對所述磁性材料層進(jìn)行各向異性刻蝕，去除位于所述鈍化層的水平表面、第二凹槽底部表面的部分磁性材料層；采用各向同性刻蝕工藝刻蝕去除第一凹槽內(nèi)部分厚度的磁性材料層以及所述第二凹槽的側(cè)壁表面、鈍化層的垂直表面上殘留的部分磁性材料層，在所述第一凹槽內(nèi)形成磁性層。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述磁性層的材料為鐵、鈷、鎳中的一種或幾種金屬材料，或者鐵、鈷、鎳中的兩種或三種金屬的合金、或者錳鋅合金 o
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的形成方法，其特征在于，所述磁性材料層的材料為NiFe合金，所述NiFe合金中Ni的含量范圍為50%~95%。
10.一種采用權(quán)利要求1至9中任意一項(xiàng)形成方法所形成的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括: 襯底，所述襯底包括第一區(qū)域和第二區(qū)域，所述第二區(qū)域包圍所述第一區(qū)域，所述襯底的第二區(qū)域表面高于第一區(qū)域表面； 位于所述襯底的第二區(qū)域內(nèi)的平面電感； 位于所述襯底的第一區(qū)域內(nèi)的第一凹槽； 位于所述第一凹槽內(nèi)的磁 性層，所述磁性層能提高所述平面電感工作時(shí)的磁通量。
【文檔編號】H01L23/64GK103811309SQ201410080852
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2014年3月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月6日
【發(fā)明者】黎坡, 莘海維, 王健鵬, 時(shí)廷, 孔蔚然 申請人:上海華虹宏力半導(dǎo)體制造有限公司