CN102867822B - 一种esd保护器件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种ESD保护器件及其制备方法。该ESD保护器件包括：第一覆铜板CCL衬底，第一CCL衬底由第一核层和分别位于第一核层相对立的两侧上的第一铜层和第二铜层构成；在第二铜层中形成并延伸到第一核层中的第一沟槽；填充在第一沟槽中的浆料层；以及覆盖在第二铜层上的第一树脂层。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种ESD保护器件及其制备方法。
背景技术
随着集成电路工艺的不断发展，晶体管尺寸已经缩减到亚微米甚至深亚微米阶段。器件物理尺寸的减小，大大提高了电路的集成度，但是高集成度器件的可靠性问题也随之而来。ESD（静电放电）就是引起电子设备与元器件失效的最主要原因之一。这主要是因为随着元器件尺寸的缩小，MOS元件的栅极氧化层厚度逐渐变薄，这种变化虽然可以大幅度提高电路的工作效率，但是却使电路变得更加脆弱，从而在受到静电冲击时，电路很容易失效。
为了解决由于ESD造成的电子设备与元器件的可靠性问题，集成电路中必须加入具有高性能、高耐受力的ESD保护器件。ESD保护器件一般配置在电路的信号线路与接地端之间，在电路正常工作状态下，ESD保护器件两端被中间的介质层隔开，呈现出高阻状态，信号不会通过ESD保护器件而流入接地端。当电路受到ESD影响时，例如人皮肤上的静电施加在电路上时，电路中出现一个很大的电压值，大电压的产生使得ESD保护器件两端出现大的电势差，此时ESD保护器件被击穿，由高阻状态转变为导通状态，这样就将静电导入到接地端，避免了工作电路因为电压过大造成的损坏。在静电导出后，ESD保护器件两端的电势差也随之消失，ESD保护器件又回到高阻状态。
传统的ESD保护器件的制作方法流程如图1a至1f所示。
如图1a所示，选取半导体衬底1，所述半导体衬底1上有其保护作用的氮化硅层2。
如图1b所示，在所述氮化硅层2上开槽，使所述半导体衬底1裸露出来。
如图1c所示，对所述半导体衬底1的裸露出来的部分进行刻蚀，使所述半导体衬底1在所述裸露出来的部分中形成沟槽。
如图1d所示，使用氧化工艺在所述半导体衬底1的所述沟槽的内壁和底部上形成氧化层3，所述氧化层3主要起绝缘的作用。
如图1e所示，在所述半导体衬底1的沟槽中填充多晶硅4，所述多晶硅4将该沟槽填满。
如图1f所示，将所述氮化硅层2以及露出所述半导体衬底1的表面的多晶硅4去除。这样，就能够利用所述多晶硅4制作PN结二极管，所述PN结二极管为ESD保护器件。随着当前高速信号传输的应用越来越多，ESD保护器件自身的寄生电容越大对高速信号传输所造成的信号失真、损耗影响也就越大。由于根据现有技术的此类ESD保护器件是利用PN结的反向击穿原理来达到静电保护的目的的，其采用的是半导体制作工艺，因此此类ESD保护器件往往要用较高的制造成本才能达到超小寄生电容容值与漏电流电流值（例如，实现小于0.2pf的寄生电容容值和小于100nA的漏电流流值）。此外通过此类ESD保护器件的电流过大时，可能会造成ESD器件炸裂而形成开路现象。
发明内容
本发明针对现有技术中ESD保护器件的上述缺陷，提供一种能够克服上述缺陷的ESD保护器件及其制备方法。
本发明提供一种ESD保护器件，该ESD保护器件包括：
第一覆铜板CCL衬底，所述第一CCL衬底由第一核层（22）和分别位于所述第一核层（22）相对立的两侧上的第一铜层（21）和第二铜层（23）构成；
在所述第二铜层（23）中形成并延伸到所述第一核层（22）中的第一沟槽；
填充在所述第一沟槽中的浆料层（29）；以及
覆盖在所述第二铜层（23）上的第一树脂层（24）。
本发明还提供一种制备ESD保护器件的方法，包括：
提供第一覆铜板CCL衬底，所述第一CCL衬底由第一核层（22）和分别位于所述第一核层（22）相对立的两侧上的第一铜层（21）和第二铜层（23）构成；
在所述第二铜层（23）中形成延伸到所述第一核层（22）中的第一沟槽；
在所述第一沟槽中以及所述第二铜层（23）的表面上形成第一树脂层（24）；
在所述第一树脂层（24）上形成保护层（31）；
去除所述第一沟槽中及该第一沟槽上方部分的所述第一树脂层（24）和所述保护层（31）以形成第二沟槽；
在所述第二沟槽中和所述保护层（31）上形成浆料层（29）；以及
去除位于所述第一树脂层（24）上的所述保护层（31）和所述浆料层（29）。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：首先，制备根据本发明的ESD保护器件可以采用现有成熟度高的PCB或封装基板加工工艺，而非半导体加工工艺，使根据本发明的ESD保护器件的加工难度降低、制造成本降低，提高根据本发明的ESD保护器件的可制造性；其次，根据本发明的ESD保护器件在PCB或封装基板结构中结合了具备特殊功能的浆料，在正常工作电压下，浆料保持高阻状态，当电压超过触发电压时浆料变成低阻状态以实现静电保护，而浆料与PCB或封装基板结构本身具备极低的寄生电容与漏电流，因此根据本发明的ESD保护器件的电容、漏电流与现有ESD保护器件的电容、漏电流相比均减小了（例如，根据本发明的ESD保护器件能够实现小于0.2pf的寄生电容容值和小于100nA的漏电流流值），这对降低高频/高速电路的信号失真与损耗、降低电路功耗、提高电路的工作效率具有重要的意义；第三，根据本发明的ESD保护器件中引入了树脂材料，降低了所述ESD保护器件的第二、第三沟槽加工难度，提高了所述ESD保护器件的可制造性，降低了制造成本，使根据本发明的ESD保护器件在市场竞争中更加具有潜力。
附图说明
图1a至1f示出了现有ESD保护器件的制作方法的流程图，其中所示的为各个流程中ESD保护器件的截面图；
图2a、2b和2c分别是根据本发明实施方式的ESD保护器件的剖面图、俯视图和仰视图；
图3a至3g为制备根据本发明的ESD保护器件的下体部分的流程图，其中所示的为各个流程中下体部分的截面图；
图4a至4e为制备根据本发明的ESD保护器件的上体部分的流程图，其中所示的为各个流程中上体不同的截面图；
图5为根据本发明的ESD保护器件阵列的截面图；以及
图6a、6c、6d为从ESD保护器件阵列中获得单个ESD保护器件的流程图，图6b是图6a的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图来详细描述根据本发明的ESD保护器件的结构及其制备方法。
如图2a所示，根据本发明一种实施方式的ESD保护器件包括：第一覆铜板CCL衬底，所述第一CCL衬底由第一核层22和分别位于所述第一核层22相对立的两侧上的第一铜层21和第二铜层23构成；在所述第二铜层23中形成并延伸到所述第一核层22中的第一沟槽；填充在所述第一沟槽中的浆料层29；以及覆盖在所述第二铜层23上的第一树脂层24。上述结构形成了根据本发明实施方式的ESD保护器件的下体部分。
为了能够对根据本发明实施方式的ESD保护器件的下体部分进行保护，根据本发明实施方式的ESD保护器件还包括上体部分，其中上体部分包括：第二CCL衬底，所述第二CCL衬底由第二核层27和位于所述第二核层27的一侧上的第三铜层28构成；覆盖在所述第二核层27的与所述第三铜层28所处的一侧相对立的一侧上的第二树脂层26；在所述第二树脂层26中形成并延伸到所述第二核层27中的第二沟槽。将所述上体部分中的所述第二树脂层26与所述下体部分中的第一树脂层24相接触，将所述第一铜层21和所述第三铜层28各自中的部分铜层移除，并使所述第一铜层21、所述第二铜层23以及所述第三铜层28的分别位于所述第二沟槽同一侧的部分彼此电连接以分别形成所述ESD保护器件的引出电极，就形成了能够实现对所述下体部分进行保护的完整ESD保护器件。
图2b和图2c分别是图2a所示的ESD保护器件的俯视图和仰视图。
在根据本发明的优选实施方式中，在所述第二树脂层26与所述第一树脂层24之间还形成有粘结层25，这样有利于ESD保护器件的上体部分与下体部分之间的密封性。
在根据本发明的另一优选实施方式中，所述浆料层29是含有导电粒子和非导电粒子的混合浆料层。
下面描述根据本发明的ESD保护器件的制备方法。
图3a至3g是根据本发明的ESD保护器件的下体部分的制备流程。
首先，在图3a中提供第一覆铜板CCL衬底，所述第一CCL衬底由第一核层22和分别位于所述第一核层22相对立的两侧上的第一铜层21和第二铜层23构成，所述第一核层22的材料可以是环氧类、酚醛类、BT、PI、PET、PPO等树脂类绝缘材料。然后，在图3b中，在所述第二铜层23中形成延伸到所述第一核层22中的第一沟槽。其中，该第一沟槽可以采用机械加工工艺形成，例如采用划片刀来切槽从而形成第一沟槽。
之后，在图3c中，在所述第一沟槽中以及所述第二铜层（23）的表面上形成第一树脂层24。其中，第一树脂层24可以通过压合或印刷树脂材料来形成。
之后，在图3d中，在所述第一树脂层24上形成保护层31，该保护层31可以通过压合或印刷工艺形成，而且该保护层31优选具有可剥离性。
之后，在图3e中，去除所述第一沟槽中及该第一沟槽上方部分的所述第一树脂层24和所述保护层31以形成第二沟槽，其中，可以通过对第一树脂层24和保护层31进行部分刻蚀的方式形成第二沟槽，例如采用激光钻孔（laser drill）的方式进行刻蚀。
之后，在图3f中，在所述第二沟槽中和所述保护层（31）上形成浆料层29，其中可以选用印刷工艺进行填充，而且所述浆料层29可以溢出第二沟槽并覆盖到保护层31上，从而形成浆料层29。其中，所述浆料层29所选用的浆料可以是是含有导电粒子和非导电粒子的混合浆料。
之后，在图3g中，去除位于所述第一树脂层24上的所述保护层31和所述浆料层29。其中，可以通过剥离的方式来去除保护层31和浆料层29。至此，根据本发明的ESD保护器件的下体部分就制备完成了。
根据本发明的ESD保护器件的上体部分的制备流程如图4a至4e所示。
首先，在图4a中，提供第二CCL衬底，所述第二CCL衬底由第二核层27和分别位于所述第二核层27相对立的两侧上的第三铜层28和第四铜层40构成。
然后，在图4b中，去除所述第四铜层40，其中可以采用刻蚀工艺（例如，酸腐蚀工艺）来去除第四铜层40。
之后，在图4c中，在所述第二核层27的去除了所述第四铜层40的表面上覆盖第二树脂层26，其中可以通过压合或印刷工艺来形成第二树脂层26。
之后，在图4d中，在第二树脂层26中形成粘结层25，其中可以采用压合或印刷工艺来形成粘结层25，而且该步骤是可选的，其目的是为了后续使根据本发明的ESD保护器件的上体部分与下体部分更好地密封。
之后，在图4e中，在所述第二树脂层26和粘结层25（若不执行图4d的步骤，则无粘结层25）中形成延伸到所述第二核层27中的第三沟槽，其中可以通过刻蚀的方式（例如激光钻孔）形成第三沟槽。至此，根据本发明的ESD保护器件的上体部分就制备完成了。
在根据本发明的ESD保护器件的上体部分和下体部分制备完成之后，就可以通过例如压合的方式使所述第二树脂层26（形成粘结层25的情况下，为粘结层25）与所述第一树脂层24相接触，从而得到根据本发明的ESD保护器件的整体结构。但是为了使根据本发明的ESD保护器件能够工作，还需要将所述第一铜层21和所述第三铜层28各自中的部分铜层移除，并使所述第一铜层21、所述第二铜层23以及所述第三铜层28的分别位于所述第三沟槽同一侧的部分彼此电连接（如图2a所示那样）以分别形成所述ESD保护器件的引出电极。
在制备根据本发明的ESD保护器件时，通常是先形成ESD保护器件阵列（如图5示出了多个ESD保护器件阵列的截面图），并然后将阵列中的每个ESD保护器件分离以获得单个的ESD保护器件。从ESD保护器件阵列中获得单个ESD保护器件的流程一般为：在ESD保护器件之间开孔（如图6a的截面图所示），其中可以采用机械加工工艺完成开孔，图6b是图6a所示ESD保护器件阵列的俯视图；在所述开孔中沉铜30（除了铜之外，其他能够进行电气连接的材料也是可以的），并对所述沉铜进行电镀从而使第一铜层21、第二铜层23和第三铜层28连接在一起（如图6c的截面图所示），另外，还可以在第一铜层21和第三铜层28上沉铜并进行电镀以使第一铜层21和第三铜层28变厚，以提高互连的可靠性；对ESD保护器件中的第一铜层21和第三铜层28进行蚀刻，以使第一铜层21和第三铜层28分别形成断开的两部分，从而形成ESD保护器件的两个引出电极（如图6d的截面图所示）；对ESD保护器件阵列进行切割，得到如图2a所示的单个ESD保护器件，其中可以采用机械加工工艺完成切割。
以上仅结合本发明的优选实施方式对本发明进行了描述，但是在不背离本发明精神和范围的情况下，能够对本发明做出各种修改和变形。
Claims (9)
1.一种ESD保护器件，该ESD保护器件包括：
第一覆铜板CCL衬底，所述第一CCL衬底由第一核层(22)和分别位于所述第一核层(22)相对立的两侧上的第一铜层(21)和第二铜层(23)构成；
在所述第二铜层(23)中形成并延伸到所述第一核层(22)中的第一沟槽；
填充在所述第一沟槽中的浆料层(29)；以及
覆盖在所述第二铜层(23)上的第一树脂层(24)；
第二CCL衬底，所述第二CCL衬底由第二核层(27)和位于所述第二核层(27)的一侧上的第三铜层(28)构成；
覆盖在所述第二核层(27)的与所述第三铜层所处的一侧相对立的一侧上的第二树脂层(26)；
在所述第二树脂层(26)中形成并延伸到所述第二核层(27)中的第三沟槽；以及
所述第二树脂层(26)与所述第一树脂层(24)相接触，所述第一铜层(21)和所述第三铜层(28)各自中的部分铜层被移除，且所述第一铜层(21)、所述第二铜层(23)以及所述第三铜层(28)的分别位于所述第三沟槽同一侧的部分彼此电连接以分别形成所述ESD保护器件的引出电极。
2.根据权利要求1所述的ESD保护器件，其中，在所述第二树脂层(26)与所述第一树脂层(24)之间还形成有粘结层(25)。
3.根据权利要求1或2所述的ESD保护器件，其中，所述浆料层(29)是含有导电粒子和非导电粒子的混合浆料层。
4.一种制备ESD保护器件的方法，包括：
提供第一覆铜板CCL衬底，所述第一CCL衬底由第一核层(22)和分别位于所述第一核层(22)相对立的两侧上的第一铜层(21)和第二铜层(23)构成；
在所述第二铜层(23)中形成延伸到所述第一核层(22)中的第一沟槽；
在所述第一沟槽中以及所述第二铜层(23)的表面上形成第一树脂层(24)；
在所述第一树脂层(24)上形成保护层(31)；
去除所述第一沟槽中及该第一沟槽上方部分的所述第一树脂层(24)和所述保护层(31)以形成第二沟槽；
在所述第二沟槽中和所述保护层(31)上形成浆料层(29)；以及
去除位于所述第一树脂层(24)上的所述保护层(31)和所述浆料层(29)。
5.根据权利要求4所述的方法，该方法还包括：
提供第二CCL衬底，所述第二CCL衬底由第二核层(27)和分别位于所述第二核层(27)相对立的两侧上的第三铜层(28)和第四铜层构成；
去除所述第四铜层；
在所述第二核层(27)的去除了所述第四铜层的表面上覆盖第二树脂层(26)；
在所述第二树脂层(26)中形成延伸到所述第二核层(27)中的第三沟槽；
使所述第二树脂层(26)与所述第一树脂层(24)相接触；以及
将所述第一铜层(21)和所述第三铜层(28)各自中的部分铜层移除，并使所述第一铜层(21)、所述第二铜层(23)以及所述第三铜层(28)的分别位于所述第三沟槽同一侧的部分彼此电连接以分别形成所述ESD保护器件的引出电极。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，在在所述第二核层(27)的去除了所述第四铜层的表面上覆盖第二树脂层(26)之后，该方法还包括：
在所述第二树脂层(26)上覆盖粘结层(25)，并之后在所述第二树脂层(26)和所述粘结层(25)中形成延伸到所述第二核层(27)中的第三沟槽，并之后使所述粘结层(25)与所述第一树脂层(24)相接触。
7.根据权利要求4至6中任一项权利要求所述的方法，其中，所述浆料层(29)是含有导电粒子和非导电粒子的混合浆料层。
8.根据权利要求4至6中任一项权利要求所述的方法，其中，通过激光钻孔工艺形成所述沟槽。
9.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述第一树脂层(24)、所述第二树脂层(26)和所述保护层(31)通过压合或印刷工艺形成。
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