[發明專利]集成層積磁性器件及其制造方法

有效

• 申請號: 201310265561.X
• 申請日: 2013-06-28
• 公開（公告）號: CN103681598B
• 公開（公告）日: 2016-10-12
• 發明（設計）人: B·C·韋布
• 申請（專利權）人: 國際商業機器公司
• 主分類號: H01L23/522
• 分類號: H01L23/522;H01L23/64;H01L21/02
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 于靜;張亞非

本發明得到能源部授予的合同編號為DE-EE0002892的政府支持。政府對本發明具有特定權利。

技術領域

本領域一般涉及具有使用電鍍技術形成的層積磁性-絕緣體疊層結構的例如電感器、變壓器等的半導體集成磁性器件。

背景技術

在使用磁性膜來構造半導體集成磁性器件時，需要使磁性膜足夠厚，以獲得給定操作頻率所需的操作特性。但是，磁性器件的給定操作頻率所需的單個磁性層的厚度將導致操作時磁性材料中渦流的產生，由此帶來某些損耗。這樣，磁性膜典型地被制造地足夠薄以避免渦流損耗，但是以較低的能量磁性層能力為代價。

但是，可以通過使用交替的薄磁性和絕緣膜的疊層來構建磁結構、來增加集成磁性器件的能量存儲，其中，通過薄絕緣層來分離磁性層。通常，使用被絕緣材料層分離的多層磁性材料用于避免磁性材料中渦流的產生，而提供磁性材料的有效厚度，這足以獲得給定操作頻率想要的操作特性。

用于構建多層磁性絕緣體結構的傳統技術包括濺射技術。通常，濺射工藝包括通過交替地濺射磁性材料和介電材料層、光致抗蝕層構圖以形成蝕刻掩模、使用蝕刻掩模來蝕刻磁絕緣層的多層疊層并去除多層疊層不想要的區域、然后去除該蝕刻掩模，來形成多層疊層。盡管濺射可被用于構建磁絕緣層的疊層，但用于濺射的材料和制造成本卻是高的。

發明內容

本發明的示例性實施例一般包括半導體集成磁性器件例如電感器、變壓器等，其具有使用電鍍技術來形成的層積磁性-絕緣體疊層結構。

例如，在本發明的一個示例性實施例中，一種集成層積磁性器件包括多層疊層結構，其包含在襯底上形成的交替的磁性和絕緣層，其中，多層疊層結構中的每個磁性層通過絕緣層與多層疊層結構中的另一磁性層分離。局部短接結構將多層疊層結構中的每個磁性層電連接到多層疊層結構中下伏磁性層，以使用疊層中底下伏導電層（磁性層或種子層）作為用于疊層結構中的每個電鍍磁性層的電陰極/陽極來促進磁性層的電鍍。局部短接結構在兩個磁性層之間提供電連接，從而除了與多層疊層結構的磁通路徑平行的方向之外，在兩個磁性層之間不存在閉合電路徑。

在本發明的另一示例性實施例中，一種用于制造集成層積磁性器件的方法包括在襯底上形成第一種子層并在第一種子層上形成掩模結構，其中，該掩模結構暴露限定了器件區域的第一種子層的部分。使用第一種子層作為電陰極或陽極，將第一磁性層電鍍到器件區域中的第一種子層的暴露部分上。在器件區域的第一磁性層上形成第一絕緣層。在器件區域中的第一絕緣層上形成第二種子層。在第一絕緣層中形成向下到器件區域中的第一磁性層的開口。在第一絕緣層的開口中形成第一導電插塞，其中，該第一導電插塞將第二種子層電連接到第一磁性層。使用第一種子層作為電陰極或陽極，將第二磁性層電鍍到器件區域中的第二種子層的暴露部分上，其中，第一種子層通過第一磁性層和第一導電插塞電連接到第二種子層。

在本發明的又一示例性實施例中，一種用于制造集成層積磁性器件的方法包括在襯底上形成第一種子層并在第一種子層上形成掩模結構，其中，該掩模結構暴露限定了器件區域、突部（tab）區域和場區域的第一種子層的部分。使用第一種子層作為電陰極或陽極，將第一磁性層電鍍到器件區域、突部區域和場區域中的第一種子層的暴露部分上。在器件區域的第一磁性層上形成第一絕緣層。在器件區域中的第一絕緣層上以及在突部區域和場區域中的第一磁性層上形成第二種子層，其中，該第二種子層通過第一絕緣層與器件區域中的第一磁性層完全隔離。使用第一種子層作為電陰極或陽極，將第二磁性層電鍍到器件區域中的第二種子層的暴露部分上，其中，第一種子層通過突部和場區域中的第一磁性層電連接到第二種子層。

根據說明性實施例的下列詳細描述并結合附圖，本發明的這些和其他示例性實施例將變得明顯。

附圖說明

圖1是根據本發明的示例性實施例的用局部短接形成的具有多層磁性疊層結構的半導體集成磁性器件的示意性透視圖。

圖2是根據本發明的另一示例性實施例的用局部短接形成的具有多層磁性疊層結構的半導體集成磁性器件的示意性透視圖。

圖3示意性地示出了根據本發明的示例性實施例的沿著磁性疊層結構的一個邊緣來實現磁性層的局部短接的方法。

圖4示意性地示出了根據本發明的另一示例性實施例的沿著磁性疊層結構的兩個相對邊緣來實現磁性層的局部短接的方法。

圖5A、5B、5C、5D、5E和5F示意性地示出了根據本發明的示例性實施例的用磁性層的局部短接來構造磁性結構的方法，其中：