低温漂集成点火桥结构及其制造方法、半导体封装结构与流程

1.本发明涉及半导体技术领域，尤其是涉及一种低温漂集成点火桥结构及其制造方法、半导体封装结构。


背景技术：

2.在半导体微电子器件领域，对电子元器件的长期稳定性和可靠性要求越来越高，然而随着现代信息技术的快速发展和黑客活动的不断演化，信息安全问题变得越来越重要。现代商业信息安全以及居民隐私保护领域，存储着用户重要信息的存储介质如u盘、移动硬盘一旦遗失或者被竞争对手获取，将导致用户信息泄露或者商业秘密泄露，对用户财产、隐私造成巨大损失。
3.基于此，作为信息存储的物理媒介，电子元器件是信息和技术的物理载体，在特殊环境或者特殊场合下需要快速实现销毁，防止核心敏感信息泄漏。这就需要制备出与现有半导体工艺技术完全兼容的高可靠且能实现快速销毁的安全芯片。而现有技术中一般采用点火桥结构实现芯片的不可恢复性破碎。但是，集成电路中特别是极端环境对点火桥结构中电阻的高可靠、低温漂要求也越来越高，要求电阻具有稳定性好，温度系数小，工艺简单并且工艺移植性高等特点。
4.因此，目前急需一种兼容半导体工艺的低温漂点火桥结构技术方案。


技术实现要素：

5.鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种低温漂金属薄膜集成点火桥结构，以兼容半导体工艺并满足低温漂、高可靠等需求。
6.为实现上述目的及其它相关目的，本发明提供的技术方案如下。
7.一种低温漂集成点火桥结构，包括：
8.基底单元；
9.低温漂薄膜电阻，嵌在所述基底单元中，其表面与所述基底单元的表面齐平，且沿着电流的流向，两端的横向尺寸大于中间的横向尺寸；
10.保护膜，设置在所述低温漂薄膜电阻上。
11.可选地，所述低温漂薄膜电阻的材质包括铬硅合金。
12.可选地，所述低温漂薄膜电阻包括依次串接的第一电极、电阻丝和第二电极，沿着所述电流的流向，所述第一电极的横向尺寸大于所述电阻丝的横向尺寸，所述第二电极的横向尺寸大于所述电阻丝的横向尺寸。
13.可选地，所述低温漂薄膜电阻的形状包括狗骨头形状。
14.一种低温漂集成点火桥结构制造方法，包括：
15.提供基底，所述基底包括多个呈阵列设置的基底单元；
16.进行第一次刻蚀，在所述基底单元上形成凹槽，多个所述凹槽相互独立；
17.在所述基底上形成电阻层，所述电阻层覆盖所述基底并填满各个所述凹槽，且所
述电阻层的厚度与所述凹槽的深度相等；
18.在所述电阻层上形成保护层；
19.进行第二次刻蚀，去除所述凹槽之外的所述保护层和所述电阻层；
20.对所述基底进行划片切割处理，将多个所述基底单元分割开来，每个所述基底单元连同其上的电阻层和保护层构成一个点火桥结构。
21.可选地，所述凹槽的形状包括狗骨头形状，两端的尺寸大于中间的尺寸。
22.可选地，所述电阻层的材质包括铬硅合金，所述保护层的材质包括惰性金属。
23.可选地，第一次刻蚀的掩膜与第二次刻蚀的掩膜互补。
24.一种半导体封装结构，包括：
25.塑封体；
26.含能材料，设置在所述塑封体内；
27.上述任一项所述的低温漂集成点火桥结构，设置在所述塑封体内且位于所述含能材料上，且其保护膜与所述含能材料接触；
28.芯片，部分嵌入所述塑封体内且位于所述低温漂集成点火桥结构上。
29.可选地，在所述低温漂集成点火桥结构中，所述低温漂薄膜电阻的两端通过引线柱电连接到外部触发电源。
30.如上所述，本发明提供的低温漂集成点火桥结构及其制造方法、半导体封装结构，至少具有以下有益效果：
31.沿着电流的流向，低温漂薄膜电阻两端的横向尺寸大于中间的横向尺寸，有效电阻区为中间区域，设计时通过调节中间区域的线宽即可有效调节电阻值的大小，点火桥结构的电阻值掌控调节比较方便；同时，低温漂薄膜电阻上设置有保护膜，能有效防止低温漂薄膜电阻的表面被氧化，提升了低温漂薄膜电阻的结构稳定性，改善了点火桥结构的点火性能。
附图说明
32.图1-图3为本发明中低温漂集成点火桥结构的结构示意图。
33.图4-图12为本发明中低温漂集成点火桥结构制造方法的工艺流程图。
34.图13为为本发明一实施例中低温漂集成点火桥结构的电阻温漂曲线图。
35.附图标号说明
36.1—基底，2—电阻层，3—保护层，10—基底单元，20—低温漂薄膜电阻，30—保护膜，201—第一电极，202—电阻丝，203—第二电极。
具体实施方式
37.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
38.请参阅图1至图13。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数
目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图示所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
39.如前述在背景技术中所述的，发明人在研究安全芯片时，发现极端环境对点火桥结构中电阻的高可靠、低温漂要求也越来越高，要求电阻具有稳定性好、温度系数小、工艺简单且工艺兼容等特点，而目前的点火桥技术方案还无法满足上述要求。
40.基于此，如图1-图3所示，本发明提供一种低温漂集成点火桥结构，其包括：
41.基底单元10；
42.低温漂薄膜电阻20，嵌在基底单元10中，其表面与基底单元10的表面齐平，且沿着电流的流向，两端的横向尺寸大于中间的横向尺寸；
43.保护膜30，设置在低温漂薄膜电阻20上。
44.详细地，如图1-图3所示，基底单元10主要起承载作用，其可采用单晶硅等常用硅基材料。
45.详细地，针对现代信息安全防护的特殊需求，低温漂薄膜电阻20采用以铬和硅为主要成分的铬硅合金材料，该材料随着铬材料比例的增加，电阻率下降，电阻温度系数可从负数逐渐变到正值，一般方块电阻为0.5～5kω，电阻温度系数(100～150)
×
10-6
/℃。因此，低温漂薄膜电阻20电阻值的温度漂移很小，可以忽略不计，有效提高了点火桥结构的温度稳定性和可靠性。
46.详细地，如图2所示，低温漂薄膜电阻20包括依次串接的第一电极201、电阻丝202和第二电极203，沿着电流的流向(图2中x轴方向)，第一电极201的横向尺寸(图2中y 轴方向的尺寸)大于电阻丝202的横向尺寸，第二电极203的横向尺寸大于电阻丝202的横向尺寸。
47.其中，第一电极201和第二电极203电引出低温漂薄膜电阻20的两端，便于后续与外界触发电源的电连接，电阻丝202为低温漂薄膜电阻20的有效电阻区。
48.详细地，如图2所示，低温漂薄膜电阻20的形状包括狗骨头形状，或者其它两端粗中间细的形状，如沙漏形状。
49.详细地，如图1或者图3所示，低温漂薄膜电阻20上设置有保护膜30，保护膜30主要是防止低温漂薄膜电阻20的表面被氧化形成氧化层，这会影响点火桥的电火效率，保护膜 30的材质可采用惰性金属如金或铂金等。
50.同时，如图4-图12所示，本发明还提供一种上述低温漂集成点火桥结构的制造方法，其包括步骤：
51.s1、提供基底1，基底1包括多个呈阵列设置的基底单元10；
52.s2、进行第一次刻蚀，在基底单元10上形成凹槽t，多个凹槽t相互独立；
53.s3、在基底1上形成电阻层2，电阻层2覆盖基底1并填满各个凹槽t，且电阻层2的厚度与凹槽t的深度相等；
54.s4、在电阻层2上形成保护层3；
55.s5、进行第二次刻蚀，去除凹槽t之外的保护层3和电阻层2；
56.s6、对基底1进行划片切割处理，将多个基底单元10分割开来，每个基底单元10连同其上的电阻层20和保护层30构成一个点火桥结构。
57.详细地，如图4所示，步骤s1进一步包括：
58.s11、选取成片的基底1，基底1具有相对设置的正面和背面，对基底1进行半导体工艺晶圆清洗、打标等标准工艺；
59.s12、确定设计好点火桥结构的图形与尺寸，从基底1的正面，将基底1规划为多个呈阵列设置的基底单元10。
60.详细地，如图4-图6所示，进行第一次刻蚀的步骤s2进一步包括：
61.s21、在基底1的正面上形成正性光刻胶并光刻，形成点火桥结构的图形结构；
62.s22、以光刻后的正性光刻胶为掩膜，对基底1上的各个基底单元10进行刻蚀，将点火桥结构的图形结构转移到基底1上，在每个基底单元10上分别形成一个凹槽t，多个凹槽t 相互独立。
63.其中，凹槽t的形状包括狗骨头形状，两端的尺寸大于中间的尺寸，或者凹槽t的形状还可以是其它两端粗中间细的形状，如沙漏形状。
64.详细地，如图7所示，形成电阻层2的步骤s3进一步包括：
65.s31、去除基底1上残留的正性光刻胶；
66.s32、通过溅射、电子束蒸发或者真空蒸镀等工艺，在基底1的正面上形成电阻层2，电阻层2覆盖基底1并填满各个凹槽t，且电阻层2的厚度与凹槽t的深度相等，以保证凹槽 t中沉积完成后的电阻层2的表面与基底1的正面齐平。
67.其中，电阻层2的厚度范围为100埃-2000埃，电阻层2的材质采用铬硅合金，其电阻温度系数相对较低，以保证后续形成的电阻的低温漂特性。
68.详细地，如图8所示，形成保护层3的步骤s4包括：通过溅射、电子束蒸发或者真空蒸镀等工艺，在电阻层2上形成保护层3，保护层3覆盖电阻层2。
69.其中，保护层3的厚度范围为10埃-50埃，保护层3的材质采用惰性金属，如金或者铂金，保护层3主要是为了防止电阻层2表面形成自然氧化层，影响点火桥结构的电阻和点火性能。
70.详细地，如图9-图10所示，进行第二次刻蚀的步骤s5进一步包括：
71.s51、在保护层3上形成负性光刻胶并光刻，形成点火桥结构图形结构的互补结构；
72.s52、以光刻后的负性光刻胶为掩膜，对基底1上的保护层3及电阻层2进行刻蚀，去除凹槽t之外的保护层3和电阻层2。
73.其中，第一次刻蚀的掩膜与第二次刻蚀的掩膜互补，即第二次光刻图形化的结构正好和第一次光刻图形呈互补结构，第一次正性光刻胶形成的刻蚀区为第二次负性光刻胶形成的保护区一致，以保证凹槽t中沉积完成后的电阻层2的表面与基底10的正面齐平。同时，第二次光刻需要与第一次光刻实现精确定位，保证两次光刻图形精确互补。
74.详细地，如图11-图12所示，进行划片切割处理的步骤s6包括：沿着步骤s1中规划好的切割道，对基底1进行划片切割处理，将多个基底单元10分割开来，每个基底单元10连同其上的电阻层2的一部分构成的低温漂薄膜电阻20和保护层3的一部分构成的保护膜30 共同组成一个点火桥结构。
75.需要说明的是，在划片切割之前，还需要对每个基底单元10上的点火桥结构进行电学测试，验证其电阻值、温度系数以及均匀性是否满足设计要求；在划片切割之前，还需要对基底1的背面进行平坦化减薄处理；在划片切割之后，对多个点火桥结构进行分拣处理。
76.最终，得到如图1或者如图12所示的低温漂集成点火桥结构，其包括基底10、低温漂薄膜电阻20及保护膜30，主体呈狗骨头形状；所述低温漂集成点火桥结构中心区域线宽可以根据实际点火需要进行适当调整，一般在0.1-10微米，因为点火桥结构通过焦耳热发热触发含能材料发生链式反应，而焦耳热e＝i2/r，其中e是点火桥释放的能量，单位为焦耳，i 是点火桥结构通过的电流，单位为安培，r是点火桥结构的电阻，单位为欧姆，而电阻r的大小与点火桥结构的线宽成反比。
77.在本发明的一可选实施例中，如图13所示，对如图1或者如图12所示的低温漂集成点火桥结构100个方块电阻的电阻温度漂移曲线进行测定，由图13可知，其温度漂移系数很低，一阶温度系数tcr1＝33.25
×
10-6
ppm/℃，二阶温度系数tcr2＝1.097
×
10-7
ppm/℃，即该点火桥结构的电阻温度系数低至33.25
×
10-6
ppm/℃，无论是在-55℃的低温环境下，还是在 125℃的高温环境下，其电阻值都比较稳定，其电阻值的温漂不超过1％。
78.此外，基于上述低温漂集成点火桥结构，本发明还提供一种半导体封装结构，其包括：
79.塑封体；
80.含能材料，设置在塑封体内；
81.上述低温漂集成点火桥结构，设置在塑封体内且位于含能材料上，且其保护膜与含能材料接触；
82.芯片，部分嵌入塑封体内且位于低温漂集成点火桥结构上。
83.其中，在低温漂集成点火桥结构中，低温漂薄膜电阻的两端通过引线柱电连接到外部触发电源。
84.综上所述，在本发明的低温漂集成点火桥结构及其制造方法、半导体封装结构中，沿着电流的流向，低温漂薄膜电阻两端的横向尺寸大于中间的横向尺寸，有效电阻区为中间区域，设计时通过调节中间区域的线宽即可有效调节电阻值的大小，点火桥结构的电阻值掌控调节比较方便；同时，低温漂薄膜电阻上设置有保护膜，能有效防止低温漂薄膜电阻的表面被氧化，提升了低温漂薄膜电阻的结构稳定性，改善了点火桥结构的点火性能；低温漂薄膜电阻的材质采用铬硅合金等低温漂系数的金属材质，其电阻温度系数相对较低，保证了点火桥结构电阻的低温漂特性，特别适用于低温高温等极端环境下的芯片引爆；制造方法的整体工艺简单，稳定性高，且与现有半导体工艺兼容；集成点火桥结构与基底的其它区域处于同一水平面，易于封装集成，不额外增加封装的复杂度，在封装后半导体封装结构中，点火桥结构与目标芯片、含能材料紧密接触，便于实现稳定可靠的电学引爆，实现安全芯片不可恢复性炸裂，保证芯片敏感信息安全，防止信息被窃取。
85.上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。