磁感应器件及制造方法与流程

本发明涉及电气元件领域，具体而言，涉及一种磁感应器件及制造方法。

背景技术：

随着刻蚀、电镀、表面平坦化技术的发展，嵌入式金属线技术由于具有厚度大、电阻小的技术优势，得到了较好的应用。嵌入式金属线技术指的是在衬底的表面开设凹槽，将金属材料填充至凹槽，而非将金属材料设置于衬底的表面的技术。

在现有技术中，形成嵌入式金属线后，衬底需要进行平坦化，从而在平坦化处理后的衬底表面继续后续制造工艺，例如表面处理(surfacefinishing)。表面处理形成的保护层可以使金属线中的金属在焊接时不能向焊料中扩散，增加金属线的可焊接性，同时能保护嵌入式金属线在储存运输过程中不被氧化。

然而，表面处理形成的保护层通常是由导电金属材料(例如镍、金、钯、银、锡等)组成，且从原有的嵌入式金属线的表面延伸。因此，如果相邻嵌入式金属线的距离太近，表面处理形成的保护层有可能会互相接触导致短路。上述现象限制了嵌入式金属线的密度，特别是当使用嵌入式金属线制造磁感应器件时，低的布线密度意味着低电感密度，从而严重制约使用嵌入式金属线的磁感应器件的性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种磁感应器件及制造方法，以改善现有的磁感应器件的表面形成的保护层限制嵌入式金属线的密度，制约使用嵌入式金属线的磁感应器件的性能的不足。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种磁感应器件，包括：衬底、第一金属层以及第一保护层，所述衬底的第一表面开设有至少一个第一凹槽，所述第一金属层设置于所述至少一个第一凹槽内，所述第一金属层的表面低于所述第一表面，所述第一金属层的表面与所述第一表面共同构成第一凹陷部，所述第一保护层的形状与所述第一凹陷部的形状相同且所述第一保护层覆盖所述第一凹陷部。

一种磁感应器件制造方法，用于制造上述的磁感应器件，所述方法包括：在衬底形成从所述衬底的表面延伸至所述衬底的内部的凹槽；在所述衬底的表面以及所述凹槽内溅射形成种子层，在所述种子层使用金属材料进行电镀；通过刻蚀去除所述衬底表面的金属材料；对所述凹槽内的金属材料进行预定时间的过刻蚀，以使所述金属材料的表面低于所述衬底的表面；在所述金属材料的表面进行表面处理，形成表面的保护层。

本发明实施例提供的磁感应器件及制造方法的有益效果为：

本发明实施例提供的磁感应器件及制造方法在衬底的第一表面开设有第一凹槽，第一金属层设置在第一凹槽内，且第一金属层的表面低于第一表面，第一金属层的表面与第一表面共同构成第一凹陷部，第一保护层的形状与第一凹陷部的形状相同，且第一保护层覆盖第一凹陷部。本发明实施例中，由于第一金属层的表面低于第一表面，使得覆盖第一金属层的第一保护层互相接触的可能性更小，更有利于提高第一金属层的布线密度，使得磁感应器件在嵌入式金属线的布线密度提高的情况下，不容易由于第一保护层的相互接触而导致短路，有利于提高使用嵌入式金属线的磁感应器件的性能。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明第一实施例提供的磁感应器件的部分结构示意图；

图2a是本发明第二实施例提供的磁感应器件的部分结构的剖面图；

图2b是本发明第二实施例提供的磁感应器件的部分结构的俯视图；

图3是本发明第三实施例提供的磁感应器件的部分结构示意图；

图4是本发明第四实施例提供的磁感应器件的制造方法；

图5是图4示出的磁感应器件的制造方法对应的制造流程示意图。

图标：10-磁感应器件；110-衬底；111-第一表面；112-第一凹槽；113-第二表面；114-第二凹槽；115-种子层；120-第一金属层；121-端部；130-第一保护层；140-第一凹陷部；150-第二金属层；160-第二保护层；170-第二凹陷部；180-绝缘层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

详情请参见图1，图1示出了本发明第一实施例提供的磁感应器件10，该磁感应器件10包括衬底110、第一金属层120以及第一保护层130。

衬底110具体可以为硅板、玻璃板、化合物半导体或封装基板。优选地，衬底110的材料可以为硅或玻璃。

衬底110的第一表面111开设有至少一个第一凹槽112，第一金属层120设置于位于衬底110的第一表面111的第一凹槽112内，且第一金属层120的表面低于第一表面111，第一金属层120的材料具体可以为铜。

具体地，第一金属层120的表面与第一表面111可以构成第一凹陷部140，详情请参见图1。第一保护层130的形状可以与第一凹陷部140的形状相同且第一保护层130覆盖第一凹陷部140，第一保护层130具体可以有t1和t2两种厚度。

第一保护层130具体可以通过表面处理(surfacefinishing)的方式在第一金属层120的表面形成，厚度通常不超过10微米，优选地，可以在3微米至6微米之间。表面处理是指在第一金属层120的表面形成保护层，可以保证在后续焊接时，第一金属层120中的金属不能向焊料中扩散，增加第一金属层120的可焊接性，同时使第一金属层120构成的嵌入式金属线在储存和运输过程中不被氧化。

表面处理的方法有很多，包括化学镀镍浸金(enig)，化学镀镍钯浸金(enepig)，化学镀镍金，浸银，浸锡等，根据焊接和储存时间的不同要求，可以选择不同的表面处理的方法。表面处理有一个共同的特点，保护层为导电金属(例如镍、金、钯、银、锡等)，且从原有的第一金属层120的表面延伸出去。

请参见图1，若第一保护层130的厚度为t1时，第一保护层130覆盖第一凹陷部140且第一保护层130的表面仍低于第一表面111，即第一保护层130未将第一凹陷部140填满；若第一保护层130的延伸长度为t2时，第一保护层130填充所述第一凹陷部140，且第一保护层130的表面高于第一表面111。详情参见图1，第一保护层130的表面高于第一表面111，但由于第一金属层120与第一表面111共同构成的第一凹陷区的存在，使得第一保护层130的表面高于第一表面111后依然不会与其他的第一保护层130相接触。

本发明实施例提供的磁感应器件10还可以包括绝缘层180，绝缘层180设置于衬底110的第一表面111以及第一凹槽112的表面，也在衬底110与第一金属层120之间以及衬底110与第一保护层130之间，详情参见图1。若衬底110为高阻硅或玻璃(电阻率大于100ω·cm)，绝缘层180也可以省去。为了描述方便，下面以具有绝缘层180为例进行说明。

本发明第一实施例的工作原理为：详情请参见图1，第一凹槽112的深度为ht，由于在第一凹槽112填充第一金属层120的技术效果为通过大深度(ht)的凹槽增加第一金属层120构成的金属线的横截面积，降低第一金属层120的单位长度的电阻(通常第一凹槽112的深度ht为20-300μm)，所以第一凹陷部140的深度hr与第一凹槽112的深度ht相比，不能过大；通常hr≤0.25×ht，优选地，hr≤0.1×ht，从而使得第一金属层120在与第一表面111共同形成第一凹陷部140的同时，仍然有较大的厚度(ht-hr)。

在第一凹陷部140中的第一金属层120的表面进行表面处理，可以避免现有技术中，由于嵌入式金属线距离太近导致表面处理形成的保护层可能会由于互相接触而短路的问题。

为了方便描述，表面处理的方法以化学镀镍浸金(enig)为例。在化学镀镍浸金技术中，化学镀形成的镍需要有一定的厚度来确保实现防止第一金属层120扩散和防止第一金属层120氧化的功能。例如根据ipc-4552标准的要求，沉积在铜表面的镍厚度应当在3-6微米之间。

当化学镀镍的厚度为t1时，详情请参见图1，化学镀镍形成的第一保护层130的厚度t1小于第一凹陷部140的深度hr。此时，相邻的第一保护层130两两之间必然不会由于相互接触而短路。当化学镀镍的延伸长度为t2时，化学镀镍形成的第一保护层130会从第一凹陷部140溢出，并横向扩展，详情请参见图1。此时，相邻的第一保护层130短路的条件是延伸长度t2>hr+s/2。

所以，第一凹陷部140的存在显著增加了镀镍形成的第一保护层130的可允许的厚度范围。即使相邻的第一金属层120之间的间距较小，通过选取与相邻的第一金属层120相适配的第一凹陷部140的厚度hr，也可以避免相邻的第一保护层130由于从第一凹陷部140溢出相互接触而短路的问题。

具体地，hr的范围通常在1微米至50微米之间；优选地，hr的范围为3至15微米。

图2a示出了本发明第二实施例提供的磁感应器件10的剖面图，图2b示出了本发明第二实施例提供的磁感应器件10的俯视图，其中，图2a的剖面图是按照图2b的虚线方向剖开的。

详情请参见图2b，至少一个第一凹槽112为螺旋形第一凹槽112，第一金属层120为与螺旋形第一凹槽112匹配的螺旋形线圈。第一金属层120的表面与第一表面111可以构成螺旋形的第一凹陷部140，第一保护层130为螺旋形的第一保护层130，且螺旋形的第一保护层130覆盖螺旋形的第一凹陷部140。

螺旋形线圈具体可以有两个端部121，参见图2b，螺旋形线圈的端部121的宽度可以大于螺旋形线圈其他部门的金属线的宽度，从而方便后续的焊接或键合线打线，具体地，螺旋形线圈的两个端部121可以通过键合线连接到其他芯片组成rf电路或功率转换电路。本实施例中是以一个螺旋形线圈为例进行说明的，在实际使用过程中，可以包含多个相互独立或者交缠的线圈，螺旋形线圈的具体数量不应该理解为是对本发明的限制。

具体地，以一个外径600微米，内径150微米，线宽20微米的螺旋形线圈为例：如果螺旋形线圈的相邻金属线之间的距离为22微米，那么该螺旋形线圈的圈数为6圈，对应的电感为12nh。使用如图2a和图2b示出的具有第一凹陷部140的螺旋形线圈，则螺旋形线圈的相邻金属线之间的距离可以降低到10微米，此时，螺旋形线圈的圈数为8圈，对应的电感值增加到21nh，即对应的电感密度提高了75％。

可以看出，使用带有第一凹陷部140的螺旋形线圈与不具有第一凹陷部140的螺旋形线圈相比，能够显著提高电感密度。

图3示出了本发明第三实施例提供的磁感应器件10，还包括第二金属层150以及第二保护层160。

衬底110的第二表面113开设有第二凹槽114，第二金属层150设置于第二凹槽114内。第二金属层150的表面低于第二表面113，第二金属层150的表面与第二表面113可以共同构成第二凹陷部170，第二保护层160的形状与第二凹陷部170的形状相同，第二保护层160覆盖第二凹陷部170。

第一金属层120与第二金属层150均可以为如第二实施例示出的一个或多个螺旋形线圈。第三实施例的具体工作原理与第一实施例的具体工作原理相同，在此便不做赘述。

请参见图4，图4示出了本发明第四实施例提供的磁感应器件10的制造方法，具体包括如下步骤：

步骤s110，在衬底110形成从所述衬底110的表面延伸至所述衬底110的内部的凹槽。

如果衬底110的材料为硅，可以使用深反应离子刻蚀(deepreactiveionetch)形成凹槽(即第一凹槽112)；如果衬底110的材料为玻璃，可以使用激光形成凹槽，具体可以使用刻蚀、激光、或者光敏玻璃光刻显影的方式来形成凹槽，形成凹槽后请参见图5(1)。

步骤s120，在所述衬底110的表面以及所述凹槽内溅射形成种子层115，在所述种子层115使用金属材料进行电镀。

在形成凹槽后，还可以在凹槽表面以及衬底110的表面形成种子层115，具体用溅射的方式形成种子层115，种子层115通常包括用于增加粘附性的ti或tiw层，以及用于导电及提供电镀种子的cu层，详情参见图5(2)。

电镀的金属材料不但会填充第一凹槽112，也会在衬底110的表面生长，详情请参见图5(3)。其中，金属材料具体可以为铜。

步骤s130，通过刻蚀去除所述衬底110表面的金属材料。

具体可以通过湿法刻蚀去除衬底110表面的大面积金属材料，经湿法刻蚀后，金属材料的表面与凹槽开口的平面接近，请参见图5(4)。如果电镀完成后，表面的金属材料平坦程度较差，可以使用低成本的研磨将表面的金属材料减薄，同时改善表面平坦程度，再使用上述湿法刻蚀去除表面大面积的金属材料，从而提高湿法刻蚀在衬底110表面的一致性。

衬底110表面的大面积金属材料也可以使用化学机械抛光cmp工艺去除，从而形成平坦化的表面。

步骤s140，对所述凹槽内的金属材料进行预定时间的过刻蚀，以使所述金属材料的表面低于所述衬底110的表面。

在衬底110表面的金属材料被刻蚀之后，增加一段过刻蚀(over-etch)的时间，将凹槽内的第一金属层120刻蚀到预定的深度，以形成第一凹陷部140。

步骤s140与步骤s130可以使用同一溶液刻蚀，也可以使用不同的溶液刻蚀。例如，可以使用刻蚀速度快的溶液完成衬底110表面的大面积金属材料的刻蚀，再使用刻蚀速度慢的溶液进行过刻蚀。还可以对凹槽内的金属材料进行煺火(anneal)，改善电镀铜的品质。由于此时衬底110的第一表面111的大面积的金属材料已经被刻蚀掉，所以金属材料在高温下煺火，对衬底110形成的应力将会显著减小。经过过刻蚀处理后的磁感应器件10如图5(5)所示。第一金属层120的表面可以是上凸的，实际生产时根据电镀和刻蚀溶液的不同，第一金属层120的表面也可以是平坦或者下凹的。

步骤s150，在所述金属材料的表面进行表面处理，形成表面的保护层。

在第一金属层120的表面进行表面处理，形成表面的保护层。表面处理过程以化学镀镍浸金为例，保护层包含几微米厚的化学镀镍层作为阻隔层，防止焊接时，金属材料中的铜向焊料中扩散；在镍的表面还有100纳米左右的金，用于防止镀镍层在空气中的氧化，详情请参见图5(6)。

本发明实施例提供的磁感应器件10制造方法能够获得上述的磁感应器件10，应当理解，该方法为制造上述磁感应器件10的一种可能的方法，上述的磁感应器件10也可以由其他的方法制造。

本发明实施例提供的磁感应器件10及制造方法在衬底110的第一表面111开设有第一凹槽112，第一金属层120设置在第一凹槽112内，且第一金属层120的表面低于第一表面111，第一金属层120的表面与第一表面111共同构成第一凹陷部140，第一保护层130的形状与第一凹陷部140的形状相同，且第一保护层130覆盖第一凹陷部140。本发明实施例中，由于第一金属层120的表面低于第一表面111，使得覆盖第一金属层120的第一保护层130互相接触的可能性更小，更有利于提高第一金属层120的布线密度，使得磁感应器件10在嵌入式金属线的布线密度提高的情况下，不容易由于第一保护层130的相互接触而导致短路，有利于提高使用嵌入式金属线的磁感应器件10的性能。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，上面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行了清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以上对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。