[發明專利]用于具有磁性元件的變壓器的結構和方法

有效

• 申請號: 201210103817.2
• 申請日: 2012-04-10
• 公開（公告）號: CN103187393A
• 公開（公告）日: 2013-07-03
• 發明（設計）人: 顏孝璁;林佑霖;呂盈達;陳煥能;陳和祥
• 申請（專利權）人: 臺灣積體電路制造股份有限公司
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L21/768
• 代理公司: 北京德恒律師事務所 11306
• 代理人: 陸鑫;房嶺梅

交叉參考

將以下共同轉讓的美國專利申請結合于此作為參考：美國序列號No.13/313,240，由發明人Yu-Ling?Lin、Hsiao-Tsung?Yen、Ho-Hsiang?Chen、以及Chewn-Pu?Jou于2011年12月7日提交的名稱為“IMPROVED?INTEGRATED?CIRCUIT?GROUND?SHIELDING?S?TRUCTURE”；以及美國序列號No.13/280,786，由發明人Hsiao-Tsung?Yen、Yu-Ling?Lin、Chin-Wei?Kuo、Ho-Hsiang?Chen、以及Min-Chie?Jeng于2011年10月25日提交的名稱為“STRUCTURE?AND?METHOD?FOR?HIGH-K?TRANSFORMER?WITH?CAPACITIVE?COUPLING”。

技術領域

本發明涉及半導體領域，更具體地，本發明涉及一種用于具有磁性元件的變壓器的結構和方法。

背景技術

半導體集成電路(IC)工業經歷了快速發展。IC材料和設計方面的技術進步產生了多代IC，其中，每一代都比前一代具有更小和更復雜的電路。然而，這些進步增加了處理和制造IC的復雜性，并且對于將被實現的這些進步，需要IC處理和制造的類似發展。在集成電路演進的過程中，在幾何尺寸(即，可以使用制造處理產生的最小組件(或線))減小的同時，函數密度(即，每芯片面積互連器件的數量)通常增加。

可以在半導體IC上形成多種有源或無源電子組件。例如，變壓器可以形成為無源電子組件。當器件尺寸繼續減小用于甚至更高頻應用時，傳統變壓器結構可能遇到諸如減小的互感系數K和減小的自諧振頻率的問題。特別地，通過改進技術節點，耦合效率隨著減小的器件尺寸而降低。

從而，需要一種變壓器的結構和制造其的方法來解決以上問題。

發明內容

為了解決現有技術中所存在的問題，根據本發明的一個方面，提供了一種半導體器件，包括：第一電感器，形成在第一襯底上；第二電感器，形成在第二襯底上并且與所述第一電感器電感耦合作為變壓器；以及多個微凸塊元件，被配置在所述第一襯底和所述第二襯底之間，其中，所述多個微凸塊元件包括磁性材料，所述磁性材料具有基本大于1的相對磁導率并且被配置成增強所述第一電感器和所述第二電感器之間的耦合。

在該半導體器件中，所述第一襯底包括半導體襯底，所述半導體襯底上形成有集成電路；并且所述第二襯底包括接合至所述第一襯底的中介層。

在該半導體器件中，所述中介層包括具有硅通孔的硅襯底。

在該半導體器件中，所述微凸塊元件與所述第一電感器和所述第二電感器電斷開。

在該半導體器件中，還包括：電介質底部填充材料，設置在所述第一襯底和所述第二襯底之間，使得所述多個微凸塊元件嵌入所述底部填充材料中。

在該半導體器件中，所述磁性材料包括鎳、鈷和鐵中的一種。

在該半導體器件中，所述磁性材料選自包括鎳、氮化鎳、和硅化鎳的組。

在該半導體器件中，所述微凸塊元件被成形為具有直徑和大于所述直徑的高度。

根據本發明的另一方面，提供了一種半導體器件，包括：半導體襯底，具有集成電路(IC)器件；互連結構，設置在所述半導體襯底上并且與所述IC器件相連接；以及變壓器，設置在所述半導體襯底上并且被集成在所述互連結構中，其中，所述變壓器包括：第一電感器；第二電感器，與所述第一電感器電感耦合，以及磁性材料，接近所述第一電感器和第二電感器設置并且被配置成增強所述第一電感器和第二電感器之間的電感耦合。

在該半導體器件中，所述磁性元件包括磁性材料，所述磁性材料具有基本大于1的相對磁導率。

在該半導體器件中，所述磁性元件包括選自由鎳、鐵、鈷、或其結合所構成的組的磁性材料。

在該半導體器件中，所述磁性元件被配置在所述第一電感器和所述第二電感器之間并且不與所述第一電感器和所述第二電感器電連接。

在該半導體器件中，所述互連結構包括多個金屬層，所述多個金屬層具有第一金屬層、第二金屬層、以及設置在所述第一金屬層和所述第二金屬層之間的通孔層；所述第一電感器設置在所述第一金屬層中；所述第二電感器設置在所述第二金屬層中；并且所述磁性元件設置在所述通孔層中。

在該半導體器件中，所述磁性元件包括多個子元件，所述多個子元件分隔開并且分布在所述第一電感器和所述第二電感器之間。