[发明专利]半导体器件以及形成集成无源器件的方法

说明书

技术领域

本发明一般涉及半导体器件，并且更具体地涉及半导体器件以及形成集成无源器件的方法。

背景技术

半导体器件在现代电子产品中是常见的。半导体器件在电部件的数量和密集程度方面不同。分立的半导体器件通常包含一种类型的电部件，例如发光二极管(LED)、小信号晶体管、电阻器、电容器、电感器以及功率金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。集成半导体器件典型地包含数百到数百万个电部件。集成半导体器件的例子包括微控制器、微处理器、电荷耦合器件、太阳能电池以及数字微镜器件(DMD)。

半导体器件执行广泛的功能，诸如高速计算、传送和接收电磁信号、控制电子器件、将太阳光转换为电力以及为电视显示产生视觉投影。在娱乐、通信、功率转换、网络、计算机以及消费品领域中都能找到半导体器件。在军事应用、航空、汽车、工业控制器以及办公室设备中也找得到半导体器件。

半导体器件利用半导体材料的电特性。半导体材料的原子结构允许它的导电性由电场或者基极电流(base current)的施加或者通过掺杂的工艺来操纵。掺杂将杂质引入到半导体材料以操纵和控制半导体器件的导电。

半导体器件包含有源和无源的电结构。有源结构包括双极和场效应晶体管，其控制电流的流动。通过改变掺杂的程度以及电场或者基极电流的施加，晶体管促进或者限制电流的流动。无源结构包括电阻器、电容器和电感器，其产生执行各种电功能所必要的电压和电流之间关联。无源和有源结构被电连接来形成电路，所述电路允许半导体器件执行高速计算以及其它有用的功能。

半导体器件通常使用两种复杂的制造工艺来制造，即前端制造和后端制造，每种工艺都潜在地涉及数百个步骤。前端制造涉及多个小片(die)在半导体晶圆(wafer)的表面上的形成。每个小片典型地是相同的并且包含通过将有源和无源部件电连接所形成的电路。后端制造涉及从完成的晶圆中分割出(singulate)单独的小片并且对该小片进行封装以提供结构支持和环境隔离。

半导体制造的一个目标是生产更小的半导体器件。更小的器件通常消耗更少的功率、具有更高的性能并且可以更高效地被生产。另外，更小的半导体器件具有更小的占用面积(footprint)，这对于更小的终端产品是理想的。更小的小片尺寸可以通过前端工艺的改进来实现，产生具有更小、更高密度的有源和无源部件的小片。后端工艺可以通过电互连和封装材料方面的改进来产生具有更小的占用面积的半导体器件封装。

半导体制造的另一个目标是产生更高性能的半导体器件。器件性能方面的提高可以通过形成能够以更高速度操作的有源部件来实现。在诸如射频(RF)无线通信的高频应用中，集成无源器件(IPD)常常被包含在半导体器件内。IPD的例子包括电阻器、电容器和电感器。典型的RF系统需要在一个或者多个半导体封装中有多个IPD来执行必要的电功能。

图1示出常规的IPD半导体器件。半导体小片10包含模拟或者数字电路，该模拟或者数字电路被实现为形成在诸如硅的基底材料上并且根据该小片的电设计和功能电互连的有源器件、无源器件、导电层以及介电层。电阻层12、导电层14、电阻层16以及绝缘层18和26形成在半导体小片10下面。邻近半导体小片10安装有分立的半导体器件22。使用成型工艺来沉积密封剂24并且接着在半导体小片10上形成导电层28a-28k。在导电层28a-28k被形成绝缘层30和泵32。导电层14、电阻层16、绝缘层18和导电层28d构成金属-绝缘体-金属(MIM)电容器。导电层28b-28f被沉积在半导体小片10底下并且被缠绕以表现电感特性。

当在半导体封装中形成诸如电感器的IPD时，电感器的桥典型地位于半导体小片下方。该IPD构造限制了可以被实现在封装内的电感器的尺寸。另外，为实现高Q值的电感器，半导体小片10需要高电阻率的硅基底材料。否则，来自电感器的涡电流损失可能干扰或者不利地影响该小片的操作。高电阻率的衬底给制造工艺增加了成本。

发明内容