具有被动元器件的重布线层结构及半导体封装结构的制作方法

1.本技术涉及半导体技术领域，具体而言，涉及一种具有被动元器件的重布线层结构及半导体封装结构。


背景技术：

2.晶圆级封装(wafer level packaging，wlp)是芯片封装方式的一种，是将整片晶圆生产完成后，直接在晶圆上进行封装和测试，完成之后才切割制成单颗芯片，无需经过打线或填胶。晶圆级封装具有封装尺寸小和封装后电性能优良的优点，并且容易与晶圆制造和芯片组装兼容，可以简化晶圆制造到产品出货的过程，降低整体生产成本。
3.为了解决芯片结构中io端口的重新布局的难题，现有技术的芯片封装中会用到重布线层(redistribution layers，rdl)作为芯片组件中芯片与封装之间的接口界面，以实现对芯片的焊盘位置进行重新布局。
4.然而，现有的重布线层结构主要用于分布重布线，实现原焊盘与新接口之间的电连接，但是重布线层除了重布线之外，其主体部分仍然为占用较大空间的介质材料，并没有其他新的用途，不符合半导体工业通过持续减小特征尺寸来继续提高各种电子元器件的整合密度的原则，因此有必要依托重布线层结构来集成更多的电子元器件。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本技术提供了一种具有被动元器件的重布线层结构及半导体封装结构。
6.根据本实用新型实施例的第一方面，提供了一种具有被动元器件的重布线层结构。
7.具有被动元器件的重布线层结构，其包括层叠的基底和介质层，所述基底朝向所述介质层的一侧设置有若干芯片焊盘，所述介质层背离所述基底的一侧设置有若干凸块焊盘，所述介质层内形成有重布线和具有预设电阻值的第一被动元器件。
8.可选地，在本实用新型实施例提供的重布线层结构中，所述第一被动元器件呈长条状结构且其延伸方向垂直于所述基底的厚度方向。
9.可选地，在本实用新型实施例提供的重布线层结构中，所述介质层内设置有第二被动元器件，所述第二被动元器件包括第一金属层、第二金属层和介电材料层，所述第一金属层和第二金属层平行设置且至少存在部分区域相正对，所述介电材料层填充在所述第一金属层和第二金属层之间。
10.可选地，在本实用新型实施例提供的重布线层结构中，所述第一金属层通过重布线与所述芯片焊盘连接，所述第二金属层通过重布线与所述凸块焊盘连接；和/或
11.所述第一被动元器件通过重布线分别连接所述芯片焊盘和所述凸块焊盘。
12.可选地，在本实用新型实施例提供的重布线层结构中，所述第一被动元器件与所述第二被动元器件串联设置在所述芯片焊盘和所述凸块焊盘之间。
13.可选地，在本实用新型实施例提供的重布线层结构中，所述第一被动元器件与所述第二被动元器件并联设置在所述芯片焊盘和所述凸块焊盘之间。
14.根据本实用新型实施例的第二方面，提供了一种具有被动元器件的重布线层结构。
15.具有被动元器件的重布线层结构包括层叠的基底和介质层，所述基底朝向所述介质层的一侧设置有若干芯片焊盘，所述介质层背离所述基底的一侧设置有若干凸块焊盘，所述介质层内形成有重布线和第三被动元器件，所述第三被动元器件为单层或多层设置的线圈。
16.可选地，在本实用新型实施例提供的重布线层结构中，所述线圈内设置有磁芯。
17.可选地，在本实用新型实施例提供的重布线层结构中，所述重布线层结构的介质层内形成有第二被动元器件，所述第二被动元器件包括第一金属层、第二金属层和介电材料层，所述第一金属层和第二金属层平行设置且至少存在部分区域相正对，所述介电材料层填充在所述第一金属层和第二金属层之间，所述第三被动元器件与所述第二被动元器件并联或串联设置。
18.根据本实用新型实施例的第二方面，提供了一种半导体封装结构，其包括本实用新型实施例第一方面或第二方面所提供的具有被动元器件的重布线层结构。
19.本实用新型实施例所提供的重布线层结构及包含其的封装结构具有如下技术效果：通过在重分布层中同时设置重布线和被动元器件，一方面实现了芯片结构中io端口的重新布局；另一方面在重布线层结构内的形成了被动元器件，充分利用了重布线层的空间，提高了集成电路中各种电子元器件的整合密度和集成度。
附图说明
20.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
21.图1是本实用新型实施例提供的第一种重布线层结构的剖视图；
22.图2是本实用新型实施例提供的第二种重布线层结构的剖视图；
23.图3是图2中第二被动元器件的结构放大图；
24.图4是本实用新型实施例提供的第三种重布线层结构的剖视图；
25.图5是图4中所提供的第三被动元器件的立体结构示意图；
26.图6是本实用新型实施例提供的第四种重布线层结构的剖视图；
27.图7是图6中所提供的第三被动元器件的立体结构示意图；
28.图8是本实用新型实施例提供的第五种重布线层结构的剖视图；
29.图9是本实用新型实施例提供的第六种重布线层结构的剖视图；
30.图10是本实用新型实施例提供的第七种重布线层结构的剖视图；
31.图11是图10中第一被动元器件与第二被动元器件所组成的电路结构示意图；
32.图12是本实用新型实施例提供的第八种重布线层结构的剖视图；
33.图13是图12中第一被动元器件与第二被动元器件所组成的电路结构示意图；
34.图中：
35.1、基底；2、介质层；3、芯片焊盘；4、凸块焊盘、5、重布线；6、第一被动元器件；7、第二被动元器件；701、第一金属层；702、第二金属层；703、介电材料层；8、第三被动元器件；801、第一电感线圈；802、第一导线；803、第二电感线圈；804、第二导线；805、电感铁芯。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
37.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列单元的系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些产品或设备固有的其单元。
38.在本技术中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元器件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
39.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
40.此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元器件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
41.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
42.下面将参照附图对本实用新型的示例性实施方式作详细说明。在图中，为了方便说明，放大了层和区域的厚度，所示大小并不代表实际尺寸。尽管这些图并不是完全准确的反映出器件的实际尺寸，但是它们还是完整的反映了区域和组成结构之间的相互位置，特别是组成结构之间的上下和相邻关系。参考图是本实用新型的理想化实施例的示意图，本实用新型所示的实施例不应该被认为仅限于图中所示区域的特定形状，而是包括所得到的形状。
43.参考图1
‑
图13所示，本实用新型实施例提供了一种具有被动元器件的重布线层结构，该重布线层结构包括层叠设置的基底1和介质层2，所述基底1朝向所述介质层2的一侧设置有若干芯片焊盘3，所述介质层2背离所述基底1的一侧设置有若干凸块焊盘4，所述介质层2内形成有重布线5和被动元器件，芯片焊盘3与凸块焊盘4之间可以通过重布线5实现电性连接，其中被动元器件包括但不限于第一被动元器件6、第二被动元器件7和第三被动元器件8中的至少一种。第一被动元器件6具有预设电阻值，可以作为电阻元器件使用；第二被动元器件7包括第一金属层701、第二金属层702和介电材料层703，所述第一金属层701和
第二金属层702平行设置且至少存在部分区域相正对设置，所述介电材料层703填充在所述第一金属层701和第二金属层702之间，其可以作为电容元器件来使用；第三被动元器件8包括单层或多层设置的线圈，或者所述线圈具有预设电感值，可以作为电感元器件来使用。
44.上述实施例所提供的重布线层结构通过在重分布层中同时设置重布线5和被动元器件，一方面，通过重布线5将芯片焊盘3与凸块焊盘4进行电性连接，实现了芯片结构中io端口的重新布局；另一方面在重布线层结构内的形成了多种被动元器件，充分利用了重布线层的空间，可以使得重布线层内集成电阻元器件、电容元器件或电感元器件，提高了集成电路中各种电子元器件的整合密度和集成度。
45.在上面的实施例中，所述基底1的材料可以为硅(si)、锗(ge)、或硅锗(gesi)、碳化硅(sic)；也可以是绝缘体上硅(soi)，绝缘体上锗(goi)；或者还可以为其它的材料，例如砷化镓等
ⅲ‑ⅴ
族化合物。在基底1中(或上)形成有所需的各种半导体器件，比如晶体管(包括pmos、nmos或cmos)、场效应管。所述介质层2位于半导体衬底表面并覆盖半导体衬底中(或上)形成的半导体器件，并且在介质层2中可以形成除了重布线5之外若干互连结构，所述互连结构可以与半导体器件相连接。由于不涉及本实用新型的具体改进点，此处不做过多赘述。
46.本实用新型实施例提供的重布线层结构中所包含的被动元器件的具体连接方式不做具体限制，本领域技术人员可以根据需求来具有设计，已实现对应的功能。
47.作为一种可选地实施方式，如图8所示，所述第一被动元器件6通过重布线5分别连接所述芯片焊盘3和所述凸块焊盘4，即第一被动元器件6的一端通过一条重布线5与芯片焊盘3连接，第一被动元器件6的另一端通过另一条重布线5与凸块焊盘4连接，这样就相当于第一被动元器件6串联在凸块焊盘4和芯片焊盘3之间。其中，用于形成第一被动元器件6的材质为具有一定电阻率的金属及合金，包括但不限于钼、铬、钨以及它们的合金，本领域技术人员可以结和选用材质的电阻率，将其制作为具有特定长度以及特定截面积的第一被动元器件6，用以获得所需要的电阻值。
48.优选地，如图8所示，所述第一被动元器件6呈长条状结构且其延伸方向垂直于所述基底1的厚度方向，第一被动元器件6在一些情况下需要设计为长条状结构，以满足作为电阻元器件使用的需求，为了充分使用重布线层结构的特征，第一被动元器件6的延伸方向垂直于基底1的厚度方法可以获得较为充分的延伸空间。
49.作为一种可选地实施方式，如图9所示，第二被动元器件7的所述第一金属层701通过一条重布线5与所述芯片焊盘3连接，所述第二金属层702通过另一条重布线5与所述凸块焊盘4连接，这样就相当于第一被动元器件6串联在凸块焊盘4和芯片焊盘3之间。其中，用于形成第一金属层701和第二金属层702的材质优选为导电性能优异的金属，包括但不限于铜、钨、铝、钛、银、金、铂、镍中一种或几种，所述第一金属层701和第二金属层702的形成工艺可以为电镀或溅射，并通过化学机械掩膜或刻蚀实现平坦化。用于形成介电材料层703的材质优选为绝缘介质，包括但不限于sion、hfo2、tio2、hfzro、hfsino、ta2o5、zro2、zrsio2、al2o3、srtio3或basrtio中一种或几种，例如介电材料层703可以通过二氧化铪和氧化铝交替堆叠而成，介电材料层的形成工艺可以为化学气相沉积或溅射。
50.如图4
‑
7所示，本实用新型实施例提供的第三被动元器件8可以为各种不同的形状和构造，来根据应用和使用的需求来获得不同电感值的大小。例如，参考图4和5所示，第三
被动元器件8包括在不同水平面上分布的多个第一电感线圈801，每一个第一电感线圈801在同一平面内螺旋设置有多圈，从而产生对应的电感值，并且不同平面之间的第一电感线圈801之间通过第一导线802连接。再如，参考图6和7所示，第三被动元器件8包括在不同水平面上分布的多个第二电感线圈803，每一个第二电感线圈803在同一平面内螺旋设置有一圈，并且不同平面之间的第二电感线圈803之间通过第二导线804连接。优选地，第三被动元器件8还包括有电感铁芯805，用于调整第三被动元器件8阻抗与频率、电感值与频率等特性，其材质包括但不限于铁氧体、铁镍钼合金、铁硅铝合金和铁镍合金。
51.此外，本实用新型实施例提供的重布线层结构中所包含的第一被动元器件6、第二被动元器件7以及第三被动元器件8之间可以通过重布线5来进行连接，以组合形成不同形式的电路结构，具体的组合形式可以为多个同一种类的被动元器件之间的组合，也可以为多个不同种类的被动元器件之间的组合，本领域技术人员可以根据需求来具有设计，已实现对应的功能。
52.如图10所示的重布线层结构中，所述第一被动元器件6与所述第二被动元器件7串联设置在所述芯片焊盘3和所述凸块焊盘4之间，其所对应的电路结构如图11所示的rc串联电路，由于电路中有第二被动元器件7的存在而不能流过直流电流，第一被动元器件6和第二被动元器件7都会对电流存在阻碍作用，其总阻抗由第一被动元器件6的电阻和第二被动元器件7容抗确定。
53.如图12所示的重布线层结构中，所述第一被动元器件6与所述第二被动元器件7并联设置在所述芯片焊盘3和所述凸块焊盘4之间。其所对应的电路结构如图13所示的rc并联电路，该电路既可通过直流信号又可通过交流信号。
54.再如，还可以在重布线层结构将所述第三被动元器件8与所述第二被动元器件7进行串联或者并联设置，已组成谐振电路结构，实现对应的功能，还可以将一个第一被动元器件6与一个第二被动元器件7并联后再与另一个第一被动元件串联，而形成rc串并联电路，即所述第一被动元器件6、所述第二被动元器件7和所述第三被动元器件8的数量设置均不作具体限制，其组合方式是多样的。
55.以上为本实用新型实施例关于具有被动元器件的重布线层结构的示例性描述和说明，重布线层结构的其他构成以及其制备方法对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述，本领域技术人员可以参考现有技术的记载进行理解和应用。
56.本实用新型还相应提供一种半导体封装结构，其包括本技术上述实施例提供的具有被动元器件的重布线层结构。本技术实施例所公开的半导体封装结构由于包括上述实施例提供的具有被动元器件的重布线层结构，因此具有该重布线层结构的半导体封装结构也具有上述所有的技术效果，在此不再一一赘述。半导体封装结构的其他构成、原理以及制备方法对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。
57.本说明书中部分实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
58.以上仅是本实用新型的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新
颖特点相一致的最宽的范围。