[發(fā)明專利]三維集成微型變壓器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210475510.5
• 申請(qǐng)日: 2012-11-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102969304A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-03-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伍榮翔;李威;單建安;羅和平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H01L23/64
• 分類號(hào): H01L23/64;H01F27/28
• 代理公司: 成都惠迪專利事務(wù)所 51215
• 代理人: 劉勛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及集成電路，特別涉及用于隔離式信號(hào)和功率傳輸?shù)奈⑿妥儔浩鳌?/p>

背景技術(shù)

很多數(shù)據(jù)接口及功率模塊都需要用隔離器來(lái)確保安全、保護(hù)核心電路、消除基準(zhǔn)電壓差。傳統(tǒng)信號(hào)隔離市場(chǎng)被光耦合器壟斷，但光耦合器反應(yīng)慢、功耗大、易老化。變壓器具有隔離能力強(qiáng)、反應(yīng)快、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)變壓器體積大、成本高。目前，對(duì)微型變壓器已經(jīng)有一定研究。US?6927662[1]提出了多種在同一芯片上集成的微型變壓器結(jié)構(gòu)，但這些結(jié)構(gòu)要么需要單獨(dú)的芯片面積來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而提高了成本，要么金屬線圈厚度小電阻大，從而降低了性能。US?6927662[1]還提出了一種兩線圈分別在兩芯片上的微型變壓器結(jié)構(gòu)，但該結(jié)構(gòu)的線圈同樣具有要么需要單獨(dú)的芯片面積來(lái)實(shí)現(xiàn)，要么金屬線圈厚度小電阻大的缺點(diǎn)；該結(jié)構(gòu)線圈之間除了隔離材料外還有一層半導(dǎo)體襯底，間距較大，從而耦合因子較低，從而降低了性能。US?2012/0068301?A1[2]提出了一種在同一芯片上集成的微型變壓器結(jié)構(gòu)，但該結(jié)構(gòu)很難實(shí)現(xiàn)高的隔離能力。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種新型三維集成微型變壓器結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)高性能芯片間隔離式信號(hào)和功率傳輸。

本發(fā)明解決所述技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是，三維集成微型變壓器，其特征在于，在上層芯片的下方設(shè)置有第一金屬線圈，下層芯片的上方設(shè)置有第二金屬線圈，第一金屬線圈和第二金屬線圈位置大致相對(duì)，兩層芯片上的金屬線圈之間為隔離鍵合層。

進(jìn)一步的說(shuō)，第一金屬線圈設(shè)置于上層芯片的下表面，第一金屬線圈和上層芯片襯底之間為絕緣層；第二金屬線圈設(shè)置于下層芯片的上表面，第二金屬線圈和下層芯片襯底之間為絕緣層。

或者，第一金屬線圈嵌入設(shè)置于上層芯片襯底，第一金屬線圈和上層芯片襯底之間為絕緣層；第二金屬線圈嵌入設(shè)置于下層芯片襯底，第二金屬線圈和下層芯片襯底之間為絕緣層。

本發(fā)明的線圈集成在芯片背面，不需要單獨(dú)的芯片面積，從而降低成本。采用嵌入式線圈還可以實(shí)現(xiàn)小電阻，從而提高性能。兩芯片背靠背三維疊置鍵合使得兩個(gè)線圈之間僅有一層隔離層，可以很好的實(shí)現(xiàn)線圈之間的耦合，從而提高性能。

附圖說(shuō)明

圖1是第一種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是實(shí)施例1的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是第二種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4是實(shí)施例2的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5是第三種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖6是實(shí)施例3的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖7是第四種實(shí)施方式的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8是實(shí)施例4的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1～圖8皆為縱向剖視圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一

參見(jiàn)圖1。本實(shí)施方式中，兩線圈分別集成在兩芯片背面的表面上，形成新型三維集成微型變壓器。圖中標(biāo)號(hào)11、21的部分為絕緣層。

第一金屬線圈（12）集成在正置上層芯片襯底(10)背面的表面上。第一金屬線圈(12)和襯底之間為第一絕緣層（11）。第二金屬線圈（22）集成在倒置下層芯片襯底(20)背面的表面上。第二金屬線圈(22)和襯底之間為第二絕緣層（21）。第一金屬線圈（12）和第二金屬線圈（22）之間為隔離層（30）。

芯片的襯底材料可采用硅。絕緣層材料可以是硅氧化物，可通過(guò)化學(xué)氣相淀積等方法實(shí)現(xiàn)。在某些情況下（例如襯底電阻率較大），金屬線圈和襯底之間可不設(shè)置絕緣層。金屬線圈的材料可為銅、鋁等，可采用濺射、蒸發(fā)、電鍍等方法實(shí)現(xiàn)。隔離層（30）的材料可以采用硅氧化物、聚酰亞胺（PI）、苯并環(huán)丁烯（BCB）等，可用化學(xué)氣相淀積（硅氧化物）、旋轉(zhuǎn)涂布(聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯)等方法實(shí)現(xiàn)。隔離層(30)還起到鍵合兩芯片的作用。金屬線圈可通過(guò)硅通孔(TSV)等技術(shù)電學(xué)連接到兩芯片正面。

實(shí)施例1：參見(jiàn)圖2。

本實(shí)施例的上下兩層芯片分別為發(fā)送器電路芯片和接收器電路芯片，正置上層芯片的上表面為發(fā)送器（或接收器）電路，倒置下層芯片的下表面為接收器（或發(fā)送器）電路，第一金屬線圈（12）集成在上層芯片襯底(10)背面的表面上。第一金屬線圈(12)和襯底之間為第一絕緣層（11）。

第二金屬線圈（22）集成在下層芯片襯底(20)背面的表面上。第二金屬線圈(22)和襯底）之間為第二絕緣層（21）。第一金屬線圈（12）和第二金屬線圈（22）之間為隔離層（30）。本實(shí)施例中，隔離層（30）連接了上下兩層芯片。

具體實(shí)施方式二