专利名称：具有整合被动元件的半导体元件及其制造方法
技术领域：
本发明关于一种基材及其加工方法，详言之，关于一种具有整合被动元件的半导体元件及其制造方法。
背景技术：
已知电路中通常会具有电阻器及电感器等被动元件。为了微型化目的，将该电阻器及该电感器整合至半导体工艺以形成一具有整合被动元件antegrated Passive Device, IPD)的半导体元件便为一大趋势。然而，该已知半导体元件的厚度无法有效减少， 而无法达到微型化的目的。因此，有必要提供一种具有整合被动元件的半导体元件及其制造方法，以解决上述问题。
发明内容
本发明提供一种具有整合被动元件的半导体元件，其包括一基材、一电阻器、一电感器、一连接垫、一第一保护层及一第一球下金属层(UBM)。该基材具有一第一表面及一第二表面。该电阻器邻接于该基材的第一表面，且包括一第一金属及二个电极，该等电极位于该第一金属上，且彼此分离。该电感器邻接于该基材的第一表面，且电性连接该电阻器，该电感器的下表面与该第一金属的下表面共平面。该连接垫邻接于该基材的第一表面，且电性连接该电感器。该第一保护层覆盖该电感器及该电阻器，该第一保护层具有至少一开口以显露该连接垫。该第一球下金属层(UBM)位于该第一保护层的开口内以电性连接该连接垫。藉此，该电感器及该连接垫为同一层，而且在形成该电感器后即定义出该电阻器， 如此可达到达到缩短工艺流程及节省成本的效果。此外，该电感器的下表面与该第一金属的下表面共平面，而可有效减少该半导体元件的厚度。本发明另提供一种具有整合被动元件的半导体元件，其包括一基材、一电阻器、一电感器、一连接垫、一第一保护层及一第一球下金属层(UBM)。该基材具有一第一表面、一第二表面及至少一导通孔，该至少一导通孔显露于该基材的第一表面。该一电阻器邻接于该基材的第一表面，该电阻器包括一第一金属及二个电极，该等电极位于该第一金属上，且彼此分离。该电感器邻接于该基材的第一表面，且电性连接该电阻器。该连接垫邻接于该基材的第一表面，且电性连接该电感器及至少一导通孔。该第一保护层覆盖该电阻器及该电感器，且具有至少一开口以显露该连接垫。该第一球下金属层(UBM)位于该第一保护层的开口内以电性连接该连接垫。本发明另提供一种具有整合被动元件的半导体元件的制造方法，其包括以下步骤(a)提供一基材，该基材具有一第一表面及一第二表面；(b)形成一第一金属于该基材的第一表面；(c)形成一第二金属于该第一金属上；(d)移除部分该第一金属及该第二金属；(e)形成一第三金属邻于该基材的第一表面以形成一电感器及一连接垫，该电感器电性连接该连接垫；(f)移除部分该第二金属，以形成二个分离的电极，使得该第一金属及该等电极形成一电阻器，该等电极至少其中之一电性连接该电感器；(g)形成一第一保护层于该电感器及该电阻器上，该第一保护层具有至少一开口以显露该连接垫；及(h)形成一第四金属于该第一保护层的开口内以形成一第一球下金属层(UBM)，且电性连接该连接垫。
图1显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的一实施例的剖视示意图；图2至图7显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的制造方法的一实施例的示意图；图8显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的另一实施例的剖视示意图；图9至图13显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的制造方法的另一实施例的示意图；图14显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的另一实施例的剖视示意图；图15显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的制造方法的另一实施例的示意图；图16显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的另一实施例的剖视示意图；图17显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的制造方法的另一实施例的示意图；图18显示图16的半导体元件的电阻器及电感器的剖视示意图；图19显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的另一实施例的剖视示意图； 及图20显示图19的半导体元件的电阻器及电感器的剖视示意图。
具体实施例方式参考图1，显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的一实施例的剖视示意图。 该半导体元件1包括一基材11、一电阻器121、一电感器161、一连接垫162、一第一保护层 17及一第一球下金属层(UBM) 201。在图1中，该基材11具有一第一表面111及一第二表面112。在本实施例中，该基材11为一玻璃基材。在图1中，该电阻器121邻接于该基材11的第一表面111，且包括一第一金属12 及二个电极131。该第一金属12为一电阻层；该等电极131位于该第一金属12上，且彼此分离。该等电极131由一第二金属13所形成。在本实施例中，该电阻器121的第一金属12 直接位于该基材11的第一表面111，该第一金属12为氮化钽(TaN)，该第二金属13为铝铜 (AlCu)或钛(Ti)。在图1中，该电感器161邻接于该基材11的第一表面111，且电性连接该电阻器 121。该电感器161的下表面与该第一金属12的下表面共平面。在本实施例中，该电感器 161直接位于该基材11的第一表面111，且位于该电阻器121的侧边。该电感器161包括一第三金属16及一第一晶种层14，该第三金属16为铜(Cu)，该第一晶种层14为钛铜(TiCu)。 然而，可以理解的是，该第一晶种层14可以被省略，亦即，此位置的第三金属16即为该电感器161。此外，如图1所示，该电感器161同时接触该电阻器121的第一金属12及电极131， 而且该电感器161的一端更延伸至该电极131上方。在图1中，该连接垫162邻接于该基材11的第一表面111，且电性连接该电感器 161。该连接垫162用以提供垂直方向的电性连接。在本实施例中，该连接垫162直接位于该基材11的第一表面111，且其下表面与该第一金属12的下表面共平面。该连接垫162 与该电感器161为同一层，其包括一第三金属16及一第一晶种层14，该第三金属16为铜 (Cu)，该第一晶种层14为钛铜(TiCu)。然而，可以理解的是，该第一晶种层14可以被省略， 亦即，此位置的第三金属16即为该连接垫162。在图1中，该第一保护层17覆盖该电感器161及该电阻器121，且具有至少一开口 171以显露该连接垫162。部分该第一保护层17直接接触该第一金属12及该基材11的第一表面111，该第一保护层17的材料可为聚亚酰胺(PI)或聚丙烯(PP)等。在图1中，该第一球下金属层(UBM) 201位于该第一保护层17的开口 171内以电性连接该连接垫162。在本实施例中，该第一球下金属层(UBM) 201更延伸至该第一保护层 17的上表面，且包括一第四金属20及一第二晶种层18。该第四金属20为单层或多层结构， 且该第二晶种层18为钛铜(TiCu)。然而，可以理解的是，该第二晶种层18可以被省略，亦即，此位置的第四金属20即为该第一球下金属层(UBM) 201。参考图2至图7，显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的制造方法的一实施例的示意图。参考图2，提供一基材11，该基材11具有一第一表面111及一第二表面112。在本实施例中，该基材11为一玻璃基材。之后，形成一第一金属12于该基材11的第一表面 111，且形成一第二金属13于该第一金属12上。在本实施例中，该第一金属12直接位于该基材11的第一表面111上，该第一金属12为氮化钽(TaN)，该第二金属13为铝铜(AlCu) 或钛(Ti)。参考图3，形成一第一光阻10于该第二金属13上，且移除部分该第一光阻10，使得该第一光阻10具有一剩余部分101以覆盖部份该第二金属13。参考图4，移除未被该剩余部分101覆盖的第一金属12及第二金属13，且完全移除该第一光阻10。参考图5，较佳地，形成一第一晶种层14于该基材11的第一表面111及该第二金属12上。该第一晶种层14为钛铜(TiCu)。接着，形成一第二光阻15，该第二光阻具有至少一开口 151。在本实施例中，该开口 151以俯视观的为螺旋状，且其一端对应该第二金属 13的角落处。参考图6，形成一第三金属16于该第二光阻15的该至少一开口 151内。在本实施例中，该第三金属16为铜(Cu)。接着，移除该第二光阻15。接着，移除未被该第三金属16覆盖的第一晶种层14，使得该第三金属16形成一电感器161及一连接垫162。同时，移除部分该第二金属13，以形成二个分离的电极131，使得该第一金属12及该等电极13形成一电阻器121。该电感器161电性连接该连接垫162及该等电极13至少其中之一。在本实施例中，该电感器161及该连接垫162的下表面与该第一金属12的下表面共平面。该电感器161及该连接垫162直接位于该基材11的第一表面 111，且位于该电阻器121的侧边。该电感器161及该连接垫162皆包括该第三金属16及该第一晶种层14。然而，可以理解的是，该第一晶种层14可以被省略，亦即，此位置的第三金属16即为该电感器161及该连接垫162，而可省略移除该第一晶种层14的步骤。此外， 该电感器161同时接触该第一金属12及该第二金属13，而且该电感器161的一端更延伸至该第二金属13上方。参考图7，形成一第一保护层17于该电感器161及该电阻器121上，该第一保护层 17具有至少一开口 171以显露该连接垫162。部分该第一保护层17直接接触该第一金属 12及该基材11的第一表面111。较佳地，形成一第二晶种层18于该第一保护层17及其开口 171内，以接触该连接垫162。在本实施例中，该第二晶种层18为钛铜(TiCu)。接着，形成一第三光阻19于该第二晶种层18上，该第三光阻19具有至少一开口 191，其对应该第一保护层17的开口 171。 该第三光阻19的开口 191大于该第一保护层17的开口 171。接着，形成一第四金属20于该第一保护层17的开口 171内以形成一第一球下金属层(UBM) 201，且制得图1所示的半导体元件1。该第一球下金属层(UBM) 201电性连接该连接垫162。在本实施例中，该第四金属20为单层或多层结构，且形成于该第一保护层17开口 171中第二晶种层18上。接着，移除该第三光阻19及未被该第四金属20覆盖的第二晶种层18，使得该第一球下金属层(UBM) 201包括该第四金属20及该第二晶种层18。然而，可以理解的是，该第二晶种层18可以被省略，亦即，此位置的第四金属20即为该第一球下金属层(UBM) 201，而可省略移除该第二晶种层18的步骤。此外，该第一球下金属层(UBM) 201 更延伸至该第一保护层17的上表面。在本实施例中，该电感器161及该连接垫162为同一层，而且在形成该电感器161后即定义出该电阻器121，如此可达到缩短工艺流程及节省成本的效果。此外，该电感器161的下表面与该第一金属12的下表面共平面，而可有效减少该半导体元件1的厚度。参考图8，显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的另一实施例的剖视示意图。该半导体元件2与图1所示的半导体元件1大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。该半导体元件2与图1所示的半导体元件1不同处在于，该半导体元件2更包括一第二保护层30及一第二球下金属层(UBM) 331，且该基材11具有至少一导通孔观。在图8中，该导通孔观显露于该基材11的第一表面111及第二表面112，且该连接垫162电性连接该导通孔28。该导通孔28包括一中心绝缘材料对、一内连结金属23及一外环绝缘材料27。该内连结金属23为环状，且夹设于该中心绝缘材料M及该外环绝缘材料27之间。该第二保护层30位于该基材11的第二表面112上，且具有至少一开口 301 以显露该导通孔观。该第二球下金属层(UBM) 331位于该第二保护层30的开口 301内以电性连接该导通孔观。该第二保护层30的材质与该第一保护层17的材质相同。在图8中，在本实施例中，该第二球下金属层(UBM)331更延伸至该第二保护层30 的上表面，且包括一第五金属33及一第三晶种层31。该第五金属33为单层或多层结构， 且该第三晶种层31为钛铜(TiCu)。然而，可以理解的是，该第三晶种层31可以被省略，亦即，此位置的第五金属33即为该第二球下金属层(UBM) 331。参考图9至图13，显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的制造方法的另一实施例的示意图。本实施例的制造方法与图2至图9的制造方法大致相同，其不同处如下。 在本实施例中，在图2的步骤前更包括在该基材11上形成至少一导通孔观，如下所述。
参考图9，形成一光阻层于该基材11的第一表面111上，其中该光阻层具有至少一开口。接着，依据该光阻层的开口蚀刻该基材11，以形成一开槽于该基材11的第一表面 111，该开槽具有一侧壁221及一底面222。接着，形成一内连结金属23于该开槽的该侧壁221与该底面222，而形成一中心槽。接着，移除位于该基材11第一表面111上的内连结金属23。接着，形成一绝缘材料M 于该基材11第一表面111及该中心槽。接着，移除位于该基材11第一表面111上的绝缘材料M，使得该绝缘材料M于该中心槽形成一中心绝缘材料M。参考图10，接着，形成一环槽于该基材11的第一表面111，该环槽围绕该内连结金属23。接着，形成一绝缘材料27于该基材11第一表面111及该环槽内。接着，移除位于该基材11第一表面111上的绝缘材料27，使得该绝缘材料27于该环槽形成一外环绝缘材料 27，而形成一导通孔观。接着，形成该第一金属12于该基材11的第一表面111，且形成该第二金属13于该第一金属12上，其中该第一金属12接触该导通孔观。参考图11，接着，本实施例后续的工艺皆与图2至图7的制造方法相同，以依序形成该电感器161、该连接垫162、该电阻器121、该第一保护层17及该第一球下金属层 (UBM)201。参考图12，提供一载体四，且将该基材11贴附于该载体四上，其中该基材11的第一表面111面对该载体四。接着，以蚀刻或研磨方式从该基材11的第二表面112薄化该基材11，以移除部份该基材11，俾显露该导通孔28。接着，形成一第二保护层30于该基材11的第二表面112上，且具有至少一开口 301以显露该导通孔观。该第二保护层30直接接触该基材11的第二表面112。参考图13，较佳地，形成一第三晶种层31于该第二保护层30及其开口 301内，以接触该导通孔观。在本实施例中，该第三晶种层31为钛铜(TiCu)。接着，形成一第四光阻 32于该第三晶种层31上，该第四光阻32具有至少一开口 321，其对应该第二保护层30的开口 301。该第四光阻32的开口 321大于该第二保护层30的开口 301。参考图13，形成一第五金属33于该第二保护层30的开口 301内以形成一第二球下金属层(UBM) 331，且电性连接该导通孔观。在本实施例中，该第五金属33为单层或多层结构，且形成于该第二保护层30开口 301中第三晶种层31上。接着，移除该第四光阻32 及未被该第五金属33覆盖的第三晶种层31，使得该第二球下金属层(UBM) 331包括该第五金属33及该第三晶种层31。然而，可以理解的是，该第三晶种层31可以被省略，亦即，此位置的第五金属33即为该第二球下金属层(UBM) 331，而可省略移除该第三晶种层31的步骤。此外，该第二球下金属层(UBM) 331更延伸至该第二保护层30的上表面。参考图14，显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的另一实施例的剖视示意图。该半导体元件3与图1所示的半导体元件1大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。该半导体元件3与图1所示的半导体元件1不同处在于，该半导体元件3的基材11为一硅基材，且该半导体元件3更包括一绝缘层34。该绝缘层34位于该基材11的第一表面 111，且该电阻器121的第一金属12、该电感器161的第一晶种层14及该连接垫162的第一晶种层14位于该绝缘层34上。参考图15，显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的制造方法的另一实施例的示意图。本实施例的制造方法与图2至图7的制造方法大致相同，其不同处如下。
参考图15，在本实施例中，在图2的步骤前更在该基材11的第一表面111上形成一绝缘层；34。接着，形成该第一金属12于该绝缘层34，且形成该第二金属13于该第一金属12 上。接着，本实施例后续的工艺皆与图2至图7的制造方法相同，以依序形成该电感器161、 该连接垫162、该电阻器121、该第一保护层17及该第一球下金属层(UBM) 201，而制得该该半导体元件3，如图14所示。参考图16，显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的另一实施例的剖视示意图。该半导体元件4与图8所示的半导体元件2大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。该半导体元件4与图8所示的半导体元件2不同处在于，该半导体元件4的基材11为一硅基材，且该半导体元件4更包括一绝缘层34。该绝缘层34位于该基材11的第一表面 111，且具有至少一开口 341以显露该导通孔28。该连接垫162位于该绝缘层34的开口 341 内，以电性连接该导通孔28。该电阻器121的第一金属12、该电感器161的第一晶种层14 及该连接垫162的第一晶种层14位于该绝缘层34上。参考图17，显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的制造方法的另一实施例的示意图。本实施例的制造方法与图9至图13的制造方法大致相同，其不同处如下。参考图17，在本实施例中，在图2的步骤前更在该基材11的第一表面111上形成一绝缘层34，该绝缘层34具有至少一开口 341以显露该导通孔观。接着，形成该第一金属12于该绝缘层34及其开口 341内，且形成该第二金属13 于该第一金属12上。接着，本实施例后续的工艺皆与图9至图13的制造方法相同，以依序形成该电感器161、该连接垫162、该电阻器121、该第一保护层17及该第一球下金属层 (UBM) 201，而制得该该半导体元件4，如图16所示。在本实施例中，该连接垫162位于该绝缘层34的开口 341内，以电性连接该导通孔28。参考图18，显示图16的半导体元件的电阻器及电感器的剖视示意图。该半导体元件4具有一个电阻器121 (图16)、二个电感器161及二个连接垫162。每一该电感器161 以俯视观的为螺旋状，且围绕每一该连接垫162。每一该电感器161连接该电阻器121的电极 131。参考图19，显示本发明具有整合被动元件的半导体元件的另一实施例的剖视示意图。该半导体元件5与图16所示的半导体元件4大致相同，其中相同的元件赋予相同的编号。该半导体元件5与图16所示的半导体元件4不同处在于，该半导体元件5仅具有一个电感器161及一个连接垫162，如图中左侧所示。此外，该半导体元件5更包括一连接线路 163，其一端连接该电阻器121的一个电极131，另一端可供垂直电性连接。参考图20，显示图19的半导体元件的电阻器及电感器的剖视示意图。该半导体元件5具有一个电阻器121 (图19)、一个电感器161、一个连接垫162及一连接线路163。该电感器161以俯视观的为螺旋状，且围绕该连接垫162。该电感器161连接该电阻器121的电极131。该连接线路163的一端连接该电阻器121的一个电极131，另一端可供垂直电性连接。惟上述实施例仅为说明本发明的原理及其功效，而非用以限制本发明。因此，习于此技术的人士对上述实施例进行修改及变化仍不脱本发明的精神。本发明的权利范围应如权利要求书所列。
权利要求
1.一种具有整合被动元件的半导体元件，包括一基材，具有一第一表面及一第二表面；一电阻器，邻接于该基材的第一表面，该电阻器包括一第一金属及二个电极，所述电极位于该第一金属上，且彼此分离；一电感器，邻接于该基材的第一表面，且电性连接该电阻器，该电感器的下表面与该第一金属的下表面共平面；一连接垫，邻接于该基材的第一表面，且电性连接该电感器；第一保护层，覆盖该电感器及该电阻器，该第一保护层具有至少一开口以显露该连接垫；及一第一球下金属层，位于该第一保护层的开口内以电性连接该连接垫。
2.如权利要求1的半导体元件，其中该基材具有至少一导通孔，显露于该基材的第一表面，且该连接垫电性连接至该导通孔。
3.如权利要求2的半导体元件，其中该导通孔包括一中心绝缘材料、一内连结金属及一外环绝缘材料，该内连结金属为环状，且夹设于该中心绝缘材料及该外环绝缘材料之间。
4.如权利要求1的半导体元件，更包括一绝缘层，位于该基材的第一表面，且该第一金属位于该绝缘层上。
5.如权利要求2的半导体元件，更包括一绝缘层，位于该基材的第一表面，该第一金属位于该绝缘层上，该绝缘层具有至少一开口以显露该导通孔，且该连接垫位于该绝缘层的开口内，以电性连接该导通孔。
6.如权利要求1的半导体元件，其中该电感器包括一第三金属及一第一晶种层，该连接垫包括该第三金属及该第一晶种层。
7.如权利要求2的半导体元件，其中该导通孔更显露于该基材的第二表面，且该半导体元件更包括一第二保护层，位于该基材的第二表面上，该第二保护层具有至少一开口以显露该导通孔；及一第二球下金属层，位于该第二保护层的开口内以电性连接该导通孔。
8.一种具有整合被动元件的半导体元件，包括一基材，具有一第一表面、一第二表面及至少一导通孔，该至少一导通孔显露于该基材的第一表面；一电阻器，邻接于该基材的第一表面，该电阻器包括一第一金属及二个电极，所述电极位于该第一金属上，且彼此分离；一电感器，邻接于该基材的第一表面，且电性连接该电阻器； 一连接垫，邻接于该基材的第一表面，且电性连接该电感器及至少一导通孔； 一第一保护层，覆盖该电阻器及该电感器，且具有至少一开口以显露该连接垫；及一第一球下金属层，位于该第一保护层的开口内以电性连接该连接垫。
9.如权利要求8的半导体元件，其中该至少一导通孔包括一中心绝缘材料、一内连结金属及一外环绝缘材料，该内连结金属为环状，且夹设于该中心绝缘材料及该外环绝缘材料之间。
10.如权利要求8的半导体元件，更包括一绝缘层，位于该基材的第一表面，该第一金属位于该绝缘层上，该绝缘层具有至少一开口以显露该至少一导通孔；该连接垫位于该绝缘层的开口内，以电性连接该至少一导通孔。
11.如权利要求8的半导体元件，其中该电感器包括一第三金属及一第一晶种层，该连接垫包括该第三金属及该第一晶种层。
12.如权利要求8的半导体元件，其中该导通孔更显露于该基材的第二表面，且该半导体元件更包括一第二保护层，位于该基材的第二表面上，且具有至少一开口以显露该至少一导通孔；及一第二球下金属层，位于该第二保护层的开口内以电性连接该至少一导通孔。
13.一种具有整合被动元件的半导体元件的制造方法，包括(a)提供一基材，该基材具有一第一表面及一第二表面；(b)形成一第一金属于该基材的第一表面；(c)形成一第二金属于该第一金属上；(d)移除部分该第一金属及该第二金属；(e)形成一第三金属邻于该基材的第一表面以形成一电感器及一连接垫，该电感器电性连接该连接垫；(f)移除部分该第二金属，以形成二个分离的电极，使得该第一金属及所述电极形成一电阻器，所述电极至少其中之一电性连接该电感器；(g)形成一第一保护层于该电感器及该电阻器上，该第一保护层具有至少一开口以显露该连接垫；及(h)形成一第四金属于该第一保护层的开口内以形成一第一球下金属层，且电性连接该连接垫。
14.如权利要求13的方法，其中该步骤(c)之后更包括一形成一第一光阻于该第二金属上的步骤，该第一光阻具有一剩余部分以覆盖部份该第二金属；该步骤(d)移除未被该剩余部分覆盖的第一金属及第二金属；该步骤(d)之后更包括一形成一第二光阻的步骤， 该第二光阻具有至少一开口 ；且该步骤(e)形成一第三金属于该第二光阻的该至少一开口内以形成该电感器及该连接垫。
15.如权利要求13的方法，其中该步骤(a)的该基材具有至少一导通孔，显露于该基材的第一表面，该步骤(a)之后更包括一形成一绝缘层于该基材的第一表面的步骤，该绝缘层具有至少一开口以显露该导通孔，且该步骤(e)的连接垫形成于该绝缘层的开口内，以电性连接该至少一导通孔。
16.如权利要求15的方法，其中该步骤(h)之后更包括(i)提供一载体；(j)将该基材贴附于该载体上，其中该基材的第一表面面对该载体；(k)从该基材的第二表面薄化该基材，以移除部份该基材，以显露该至少一导通孔；及(1)移除该载体。
全文摘要
本发明关于一种具有整合被动元件的半导体元件及其制造方法。该半导体元件包括一基材、一电阻器、一电感器、一连接垫、一保护层及一球下金属层。该电阻器、该电感器及该连接垫邻接于该基材的一表面，且彼此电性连接。该电感器的下表面与该电阻器的下表面共平面。该保护层覆盖该电感器及该电阻器。该球下金属层位于该保护层的开口内以电性连接该连接垫。藉此，可有效减少该半导体元件的厚度。
文档编号H01L21/70GK102496616SQ201110404709
公开日2012年6月13日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年11月28日
发明者李德章, 陈建桦 申请人:日月光半导体制造股份有限公司