具有贯穿衬底通孔芯的电感器的制作方法

相关申请案的交叉参考

本申请案含有与由凯尔k.卡比(kylek.kirby)同时申请的标题为“具有用于无线信号及功率耦合的背侧线圈的半导体装置(semiconductordeviceswithback-sidecoilsforwirelesssignalandpowercoupling)”的美国专利申请案相关的标的物。其揭示内容以引用方式并入本文中的相关申请案转让给美光科技公司(microntechnology,inc.)且由代理档案号10829-9206.us00标识。

本申请案含有与由凯尔k.卡比同时申请的标题为“具有用于无线信号及功率耦合的贯穿衬底线圈的半导体装置(semiconductordeviceswiththrough-substratecoilsforwirelesssignalandpowercoupling)”的美国专利申请案相关的标的物。其揭示内容以引用方式并入本文中的相关申请案转让给美光科技公司且由代理档案号10829-9207.us00标识。

本申请案含有与由凯尔k.卡比同时申请的标题为“具有耦合贯穿衬底通孔芯的多裸片电感器(multi-dieinductorswithcoupledthrough-substrateviacores)”的美国专利申请案相关的标的物。其揭示内容以引用方式并入本文中的相关申请案转让给美光科技公司且由代理档案号10829-9220.us00标识。

本申请案含有与由凯尔k.卡比同时申请的标题为“具有贯穿衬底通孔芯的3d互连多裸片电感器(3dinterconnectmulti-dieinductorswiththrough-substrateviacores)”的美国专利申请案相关的标的物。其揭示内容以引用方式并入本文中的相关申请案转让给美光科技公司且由代理档案号10829-9221.us00标识。

本发明一般来说涉及半导体装置，且更特定来说，涉及包含具有贯穿衬底通孔芯的电感器的半导体装置以及其制作及使用方法。

背景技术：

随着电子电路的小型化需求不断增长，最小化例如电感器的各种电路元件的需求飞速增长。在许多离散元件电路(例如阻抗匹配电路、线性滤波器及各种电源电路)中，电感器是重要组件。由于传统电感器是大型组件，所以电感器的成功小型化提出具有挑战性的工程问题。

一种小型化电感器的方法是使用标准集成电路建构块(例如电阻器、电容器)及有源电路(例如运算放大器)来设计模拟离散电感器的电性质的有源电感器。有源电感器可经设计为具有高电感及高q因子，但使用这些设计所制造的电感器消耗大量功率且生成噪声。另一方法是使用常规集成电路工艺来制造螺旋式电感器。不幸的是，单个层级(例如平面)中的螺旋电感器占据大表面积，使得制造具有高电感的螺旋电感器会很昂贵且大小过大。因此，需要其它方法来小型化半导体装置中的电感元件。

附图说明

图1是根据本技术的实施例所配置的具有含tsv芯的电感器的半导体装置的简化横截面视图。

图2是根据本技术的实施例所配置的围绕贯穿衬底通孔安置的基本上螺旋形导体的简化透视图。

图3是根据本技术的实施例所配置的共享贯穿衬底通孔芯的耦合电感器的简化横截面视图。

图4是根据本技术的实施例所配置的共享贯穿衬底通孔芯的耦合电感器的简化横截面视图。

图5是根据本技术的实施例所配置的具有电感器的半导体装置的简化横截面视图，所述电感器具有包括多个贯穿衬底通孔的闭合芯。

图6是根据本技术的实施例所配置的具有贯穿衬底通孔芯的耦合电感器的简化横截面视图。

图7是根据本技术的实施例所配置的具有贯穿衬底通孔芯的耦合电感器的简化横截面视图。

图8是根据本技术的实施例所配置的具有贯穿衬底通孔芯的耦合电感器的简化横截面视图。

图9是根据本技术的实施例所配置的具有贯穿衬底通孔芯的电感器的简化横截面视图。

图10是根据本技术的实施例所配置的具有贯穿衬底通孔芯的电感器的简化横截面视图。

图11是根据本技术的实施例所配置的围绕贯穿衬底通孔安置的基本上螺旋形导体的简化透视图。

图12a到12d是根据本技术的实施例的制造过程的各个阶段处的具有贯穿衬底通孔芯的电感器的简化横截面视图。

图12e及12f是根据本技术的实施例的制造过程的各个阶段处的具有贯穿衬底通孔芯的电感器的简化透视图。

图13是说明根据本技术的实施例的制造具有贯穿衬底通孔芯的电感器的方法的流程图。

具体实施方式

在下文描述中论述众多具体细节以提供本技术的实施例的透彻且可行描述。然而，所属领域技术人员将认识到，可在无一或多个具体细节的情况下实践本发明。在其它情况下，未展示或未详细描述通常与半导体装置相关联的熟知结构或操作以避免模糊本技术的其它方面。一般来说，应了解，除本文中所揭示的所述具体实施例以外的各种其它装置、系统及方法可在本技术的范围内。

如上文所论述，随着对占据小面积的具有高电感的电感器的需求不断增加，半导体装置不断完善设计。因此，根据本技术的半导体装置的若干实施例可提供具有贯穿衬底通孔芯的电感器，其可提供高电感同时仅占用小面积。

本技术的若干实施例涉及半导体装置、包含半导体装置的系统，及制作及操作半导体装置的方法。在一个实施例中，半导体装置包括衬底(例如硅、玻璃、砷化镓、有机材料等的衬底)、延伸到硅衬底中的贯穿衬底通孔(tsv)及围绕tsv安置的基本上螺旋形导体。基本上螺旋形导体可为经配置以响应于电流经过基本上螺旋形导体而在tsv中生成磁场的非平面螺旋。可包含一个以上tsv(例如，以提供闭合芯)，及/或可提供一个以上基本上螺旋形导体(例如，以提供耦合电感器)。

图1是根据本技术的实施例所配置的具有含tsv芯的电感器100的半导体装置10的简化横截面视图。装置10具有衬底材料101a及绝缘材料101b，且电感器100具有衬底材料101a中的一个部分及绝缘材料101b中的另一部分。例如，电感器100可包含tsv102，tsv102具有衬底材料101a中的第一部分及绝缘材料101b中的第二部分。因此，tsv102从衬底材料101a向外延伸且到绝缘材料102b中。电感器100可进一步包含在绝缘材料101b中至少围绕tsv102的第二部分的区段的基本上螺旋形导体103(“导体103”)。在图1所展示的实施例中，导体103示意性地被说明为具有围绕tsv102的5个完整匝(103a、103b、103c、103d及103e)。导体103经配置以响应于电流经过导体103而在tsv102中诱发磁场。导体103可通过引线120a及120b可操作地连接到其它电路元件(未展示)。

根据本技术的一个实施例，衬底材料101a可为适合于半导体处理方法的数种衬底材料中的任一者，包含硅、玻璃、砷化镓、氮化镓、有机层板、模制化合物(例如，用于扇出晶片级处理的重组晶片)等等。所属领域的技术人员将容易理解，可通过将高纵横比孔蚀刻到衬底材料101a中且在一或多个沉积及/或电镀步骤中使用一或多种材料填充孔来制作贯穿衬底通孔，例如tsv102。因此，tsv102至少基本上延伸到衬底材料101a中，这与额外地建构在衬底材料101a的顶部上的其它电路元件不同。例如，衬底材料101a可为约800μm厚的硅晶片，且tsv102可在衬底材料101a中延伸30μm到100μm。在其它实施例中，tsv可在衬底材料中进一步延伸(例如150μm、200μm等)或可在衬底材料中延伸仅10μm。

tsv102还可包含外层102a及外层102a内的磁性材料102b。外层102a可为电隔离磁性材料102b与导体103的电介质或绝缘材料(例如氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺等)。根据本技术的一个实施例，tsv102的磁性材料102b可为具有高于衬底材料101a及/或绝缘材料101b的磁导率以在电流流过导体103时增强tsv102中的磁场的材料。磁性材料102b可为(例如)铁磁体、亚铁磁体或其组合。例如，tsv102可包含镍、铁、钴、铌或其合金。tsv102可包含单种组合物的块状材料或不同材料的离散区域(例如同轴层压层)中的一种以上材料。根据本技术的实施例，tsv102可包含具有期望磁性性质(例如，由镍、铁、钴、铌或其合金所提供的高磁导率)的块状材料或可包含多个离散层(其中仅部分是磁性的)。

例如，在绝缘体(例如绝缘体102a)的高纵横比蚀刻及沉积之后，可在单个金属化步骤中通过使用磁性材料填充绝缘开口来提供tsv102。在另一实施例中，可在多个步骤中形成tsv102以提供同轴层(例如通过一或多个非磁性层分离的两个或两个以上磁性层)。例如，可在从下而上填充操作之前执行多个保形电镀操作以提供具有分离磁性材料芯及外磁性材料同轴层的非磁性材料同轴层的tsv。就这一点来说，第一保形电镀步骤可使用磁性材料(例如镍、铁、钴、铌或其合金)来部分填充且窄化蚀刻开口，第二保形电镀步骤可使用非磁性材料(例如聚酰亚胺等等)来进一步部分填充且进一步窄化开口，且后续从下而上电镀步骤(例如，在窄化开口的底部处沉积晶种材料之后)可使用另一磁性材料(例如镍、铁、钴、铌或其合金)来完全填充窄化开口。具有磁性及非磁性材料的层压同轴层的此结构可有助于减少磁通量所经过的tsv中的涡流损失。

导体103的匝103a到103e彼此电绝缘且与tsv102电绝缘。在一个实施例中，绝缘材料101b电隔离导体103与tsv102。在另一实施例中，导体103可具有由电介质或绝缘外层110b覆盖(例如，涂覆)的导电内区域110a。例如，导体103的外层110b可为氧化物层，且内区域110a可为铜、金、钨或其合金。导体103的一个方面是个别匝103a到103e相对于tsv102的纵向维度“l”界定非平面螺旋。在导体103的非平面螺旋中，每一后续匝103a到103e位于沿tsv102的纵向维度l的不同高度处。

根据本技术的一个实施例，围绕tsv磁芯(例如tsv102)安置的电感器的导电绕组(例如导体103)无需为平滑螺旋形。尽管导体103在图1中被示意性地且功能性地说明为具有在横截面上看似与衬底的表面的距离逐渐增加的匝，但所属领域的技术人员将容易理解，制造具有垂直于衬底的表面的轴线的平滑螺旋状物提出巨大工程挑战。因此，如本文中所使用，“基本上螺旋形”导体描述具有沿tsv的纵向维度l(例如垂直于衬底平面的z维度)分离但未必沿z维度平滑变动(例如，基本上螺旋形形状不具有弧形曲面及恒定螺距角)的匝的导体。确切来说，导体的个别匝可具有零度的螺距且相邻匝可通过具有较大螺距的陡直或甚至垂直连接器(例如迹线或通孔)彼此电耦合，使得“基本上螺旋形”导体可具有阶梯状结构。此外，由基本上螺旋形导体的个别匝的路径勾画的平面形状无需为椭圆形或圆形。为便于与高效半导体处理方法(例如，使用具成本效益的光罩进行屏蔽)整合在一起，基本上螺旋形导体的个别匝可在平面视图中勾画多边形路径(例如围绕tsv102的正方形、六边形、八边形或某一其它规则或不规则多边形形状)。因此，如本文中所使用，“基本上螺旋形”导体描述非平面螺旋导体，其具有在平面视图(例如，平行于衬底表面的平面)中勾画环绕中心轴线的任何形状(包含圆形、椭圆形、规则多边形、不规则多边形或其某一组合)的匝。

图2是根据本技术的实施例所配置的围绕贯穿衬底通孔202安置的基本上螺旋形导体204(“导体204”)的简化透视图。为更易于说明图2中所说明的导体204的基本上螺旋形形状，已从说明消除其中安置导体204及tsv202的装置的衬底材料、绝缘材料及其它细节。如参考图2可见，导体204围绕tsv202同轴安置。导体204围绕tsv202形成三个匝(204a、204b及204c)。如上文所描述，导体204具有阶梯状结构而非单个螺距角，其中具有0螺距角的匝(例如放置在装置200的平面中的匝)通过围绕匝周向交错的垂直连接部分连接。就这一点来说，平面匝204a及204b通过垂直连接部分206连接，且平面匝204b及204c通过垂直连接部分208连接。这个阶梯状结构促进使用较简单半导体处理技术(例如用于垂直连接部分的匝及通孔形成的平面金属化步骤)来制造导体204。此外，如图2中所展示，当定向在平面视图中时，导体204的匝204a、204b及204c勾画围绕tsv202的矩形形状。

根据一个实施例，tsv202可任选地(例如，如由虚线所展示)包含由一或多个同轴层(例如层202b及202c)环绕的芯材料202a。例如，芯202a及外同轴层202c可包含磁性材料，而中间同轴层202b可包含非磁性材料，以提供可减少涡流损失的层压结构。尽管tsv202在图2中被说明为任选地包含三层结构(例如，芯202a由两个同轴层压层202b及202c环绕)，但在其它实施例中可使用任何数目个同轴层压层来制造tsv。

图1及2的上述实例中所展示，由基本上螺旋形导体围绕tsv所形成的匝的数目可根据本技术的不同实施例而变动。与具有较少匝相比，提供较多匝可增加电感器的电感，但制造成本及复杂性增加(例如更多制造步骤)。匝数目可低达1或高达期望值。如图2的实例实施例中所展示，基本上螺旋形导体无需围绕tsv形成整数个匝(例如，顶部及/或底部匝可并非完整匝)。

尽管图1及2中所展示的上述实施例已说明具有围绕单个tsv安置的单个基本上螺旋形导体的单个电感器，但本技术的其它实施例可配置有一个以上基本上螺旋形导体及/或tsv。例如，图3是根据本技术的实施例所配置的共享共同贯穿衬底通孔芯的两个耦合电感器的简化横截面视图。如参考图3可见，装置300包含衬底材料301a、绝缘材料301b及tsv302。tsv302从衬底材料301a向外延伸且到绝缘材料301b中。装置300还包含围绕tsv302的第一部分安置的第一基本上螺旋形导体303(“导体303”)及围绕tsv302的第二部分安置的第二基本上螺旋形导体304(“导体304”)。在所说明实施例中，第一导体303具有围绕tsv302的两个完整匝(303a及303b)，且第二导体304具有围绕tsv302的三个完整匝(304a、304b及304c)。第一导体303通过引线320a及320b分别可操作地连接到装置衬垫330a及330b。第二导体304可通过引线321a及321b可操作地连接到其它电路元件(未展示)，包含用于使耦合交流电还原为dc的一或多个整流器及用于提供稳定电流的一或多个电容器或其它滤波器元件。

根据一个实施例，第一导体303经配置以响应于电流经过导体303(例如，由跨衬垫330a及330b所施加的电压提供)而在tsv302中诱发磁场。可通过改变经过第一导体303的电流(例如，通过施加交流电或通过在高电压状态与低电压状态之间重复切换)而在tsv302中诱发变化磁场，这又在第二导体304中诱发变化电流。以这种方式，可在包括第一导体303的电路与包括第二导体304的另一电路之间耦合信号及/或功率(例如，将装置300操作为电源变压器)。

如图3中所展示，第一导体303及第二导体304具有不同数目个匝。所属领域技术人员将容易理解，这种布置允许将装置300操作为升压或降压变压器(取决于将哪个基本上螺旋形导体用作初级绕组及将哪个基本上螺旋形导体用作次级绕组)。例如，鉴于这种配置中的初级绕组与次级绕组之间的2:3匝比，将第一变化电流(例如2v交流电)施加到第一导体303将在第二导体304中诱发具有较高电压的第二变化电流(例如3v交流电)。当操作为降压变压器(例如，通过将第二导体304用作初级绕组且将第一导体303用作次级绕组)时，鉴于这种配置中的初级绕组与次级绕组之间的3:2匝比，将第一变化电流(例如3v交流电)施加到第二导体304将在第一导体303中诱发具有较低电压的变化电流(例如2v交流电)。

尽管图3说明在两个不同高度处围绕tsv安置的两个基本上螺旋形导体或绕组(例如，同轴但不同心)，但在其它实施例中，可在相同高度处提供具有不同直径的多个基本上螺旋形导体(例如，在相同层中具有径向间隔导电匝)。由于基本上螺旋形导体的电感至少部分取决于其直径及与tsv(基本上螺旋形导体围绕tsv安置)的径向间隔，所以此方法可用于减少层处理步骤的数目比增加如此径向间隔的基本上螺旋形导体的电感更值得期待的情况中。

尽管在图3的实例中，一对耦合电感器被展示为在其绕组中具有不同数目个匝，但在本技术的其它实施例中，耦合电感器可具备相同数目个绕组(例如，以在不升高或降低来自初级绕组的电压的情况下耦合两个电隔离电路)。例如，图4是根据本技术的实施例所配置的共享贯穿衬底通孔芯的耦合电感器的简化横截面视图。如参考图4可见，装置400包含衬底材料401a、绝缘材料401b及tsv402。tsv402从衬底材料401a向外延伸且到绝缘材料402b中。装置400还包含围绕tsv402的第一部分安置的第一基本上螺旋形导体403(“导体403”)、围绕tsv402的第二部分安置的第二基本上螺旋形导体404(“导体404”)及围绕tsv402的第三部分安置的第三基本上螺旋形导体405(“导体405”)。在本实施例中，导体403、404及405中的每一者被展示为包含围绕tsv402的两个完整匝(分别是403a及403b、404a及404b及405a及405b)。第一导体403通过引线420a及420b分别可操作地连接到装置衬垫430a及430b。第二导体404可通过引线421a及421b可操作地连接到其它电路元件(未展示)，第三导体405也可通过对应引线422a及422b可操作地连接到其它电路元件。

根据一个实施例，第一导体403经配置以响应于电流经过第一导体403(例如，由跨衬垫430a及430b所施加的电压差提供)而在tsv402中诱发磁场。可通过改变经过第一导体403的电流(例如，通过施加交流电或通过在高电压状态与低电压状态之间重复切换)而在tsv402中诱发变化磁场，这又在第二导体404及第三导体405两者中诱发变化电流。以这种方式，可在包括第一导体403的电路与包括第二导体404及第三导体405的其它电路之间耦合信号及/或功率。

图1到4中所说明的上述实例实施例包含具有开放芯(例如其中磁场仅使磁场路径的部分穿过较高磁导率材料的芯)的电感器，但本技术的实施例还可具备闭合芯(例如其中高磁导率材料的基本上连续路径穿过导电绕组的中间的芯)。例如，图5是根据本技术的实施例所配置的具有电感器500的半导体装置50的简化横截面视图，电感器500具有包括多个贯穿衬底通孔的闭合芯。如参考图5可见，装置50包含衬底材料501a及绝缘材料501b，且电感器500具有衬底材料501a中的一个部分及绝缘材料501b中的另一部分。例如，电感器500可包含第一tsv502a及第二tsv502b，其各自具有衬底材料501a中的第一部分及绝缘材料501b中的第二部分。因此，tsv502a及502b从衬底材料501a向外延伸且到绝缘材料501b中。所述电感器可进一步包含在绝缘材料501b中至少围绕tsv502a的第二部分的区段的基本上螺旋形导体503(“导体503”)。在图5所展示的实施例中，导体503具有围绕tsv502a的五个匝(503a、503b、503c、503d及503e)。tsv502a及502b通过上耦合部件550a耦合在导体503上方且通过下耦合部件550b耦合在导体503下方。

上耦合部件550a及下耦合部件550b可包含具有高于衬底材料501a及/或绝缘材料501b的磁导率的磁导率的磁性材料。上耦合部件550a及下耦合部件550b的磁性材料可为与tsv502a及502b的材料相同或不同的材料。上耦合部件550a及下耦合部件550b的磁性材料可为块状材料(例如镍、铁、钴、铌或其合金)或具有不同层(例如磁性材料层及非磁性材料层)的层压材料。磁性材料及非磁性材料的层压层可有助于减少上耦合部件550a及下耦合部件550b中的涡流损失。根据本技术的一个方面，第一tsv502a、第二tsv502b、上耦合部件550a及下耦合部件550b可一起提供由导体503所诱发的磁场的闭合路径(由磁场线(例如磁场线560)所说明)，使得电感器500的电感大于仅提供第一tsv502a时的电感。

尽管图5所说明的实例实施例中说明具有完全闭合芯的电感器，但在其它实施例中可省略上耦合部件及下耦合部件中的一者或两者。在此实施例中，具有高磁导率的第二tsv可位于围绕其安置绕组的第一tsv附近以提供具有与图1到4中所说明的单tsv实施例相比得以改进的电感的开放芯实施例。

根据一个实施例，如图5中以实例方式所说明的闭合磁芯可提供其中可安置一或多个额外绕组(例如，以提供变压器或功率耦合)的额外空间。例如，图6是根据本技术的实施例所配置的具有贯穿衬底通孔芯的耦合电感器的简化横截面视图。如参考图6可见，装置600包含衬底材料601a、绝缘材料601b，及两个tsv602a及602b。tsv602a及602b从衬底材料601a向外延伸且到绝缘材料601b中。装置600还包含具有围绕第一tsv602a安置的六个匝的第一基本上螺旋形导体603(“导体603”)，及也具有围绕第二tsv602b安置的六个匝的第二基本上螺旋形导体604(“导体604”)。第一导体603通过引线620a及620b连接到其它电路元件(未展示)。第二导体604通过引线621a及621b分别连接到装置600的顶面上的衬垫631a及631b。tsv602a及602b(a)通过上耦合部件650a耦合在第一导体603及第二导体604上方，且(b)通过下耦合部件650b耦合在第一导体603及第二导体604下方。

根据一个实施例，第一导体603经配置以响应于电流经过第一导体603(例如，由跨引线620a及620b所施加的电压提供)而在第一tsv602a及第二tsv602b(以及上耦合部件650a及下耦合部件650b)中诱发磁场。可通过改变经过第一导体603的电流(例如，通过施加交流电或通过在高电压状态与低电压状态之间重复切换)而在第一tsv602a及第二tsv602b(以及上耦合部件650a及下耦合部件650b)中诱发变化磁场，这又在第二导体604中诱发变化电流。以这种方式，可在包括第一导体603的电路(例如，在电耦合到引线620a及620b的装置中)与包括第二导体604的另一电路(例如，在经由衬垫631a及631b电耦合的另一裸片中的装置中)之间耦合信号及/或功率。

尽管在图6所说明的实施例中邻近tsv上的两个耦合电感器被展示为具有相同数目个匝，但在本技术的其它实施例中，可在类似配置的电感器上提供不同数目个绕组。例如，图7是根据本技术的实施例所配置的具有贯穿衬底通孔芯的耦合电感器的简化横截面视图。如参考图7可见，装置700包含衬底材料701a、绝缘材料701b，及两个tsv702a及702b。tsv702a及702b从衬底材料701a向外延伸且到绝缘材料701b中。装置700还包含具有围绕第一tsv702a安置的六个匝的第一基本上螺旋形导体703(“导体703”)，及具有围绕第二tsv702b安置的四个匝的第二基本上螺旋形导体704(“导体704”)。第一导体703可通过引线720a及720b可操作地连接到其它电路元件(未展示)。第二导体704可通过引线721a及721b可操作地连接到其它电路元件(未展示)。第一tsv702a及第二tsv702b通过上耦合部件750a耦合在第一导体703及第二导体704上方，且通过下耦合部件750b耦合在第一导体703及第二导体704下方。

根据一个实施例，第一导体703经配置以响应于电流经过第一导体703而在第一tsv702a及第二tsv702b(以及上耦合部件750a及下耦合部件750b)中诱发磁场。可通过改变经过第一导体703的电流(例如，通过施加交流电或通过在高电压状态与低电压状态之间重复切换)而在第一tsv702a及第二tsv702b(以及上耦合部件750a及下耦合部件750b，如上文参考图5所展示)中诱发变化磁场，这又在第二导体704中诱发变化电流。以这种方式，可在包括第一导体703的电路(例如，在经由引线720a及720b电耦合的装置中)与包括第二导体704的另一电路(例如，在经由引线721a及721b电耦合的装置中)之间耦合信号及/或功率。

图7中所展示的第一导体703及第二导体704具有不同数目个匝。所属领域的技术人员将容易理解，这种布置允许将装置700操作为升压或降压变压器(取决于将哪个导体用作初级绕组及将哪个导体用作次级绕组)。例如，鉴于这种配置中的初级绕组与次级绕组之间的6:4匝比，将第一变化电流(例如3v交流电)施加到第二导体704将在第一导体703中诱发具有较低电压(例如2v交流电)的第二变化电流。

尽管图6及7所说明的实施例中说明具有相等数目个tsv及绕组的装置，但本技术的其它实施例可在一对邻近或耦合tsv中的任一者或两者上提供一个以上绕组。例如，图8是根据本技术的实施例所配置的具有贯穿衬底通孔芯的耦合电感器的简化横截面视图。如参考图8可见，装置800包含衬底材料801a、绝缘材料801b，及两个tsv802a及802b。tsv802a及802b从衬底材料801a向外延伸且到绝缘材料801b中。装置800还包含具有围绕第一tsv802a的第一部分的三个匝的第一基本上螺旋形导体803(“导体803”)，及具有围绕第一tsv802a的第二部分的两个匝的第二基本上螺旋形导体804(“导体804”)。所述装置进一步包含具有围绕第二tsv802b的六个匝的第三基本上螺旋形导体805(“导体805”)。第一导体803可通过引线820a及820b可操作地连接到其它电路元件(未展示)，第二导体804可通过引线821a及821b可操作地连接到其它电路元件(未展示)，且第三导体805可通过引线822a及822b可操作地连接到其它电路元件(未展示)。第一tsv802a及第二tsv802b(a)通过上耦合部件850a耦合在三个导体803、804及805上方，且(b)通过下耦合部件850b耦合在三个导体803、804及805下方。

根据一个实施例，第一导体803经配置以响应于电流经过第一导体而在第一tsv802a及第二tsv802b(以及上耦合部件850a及下耦合部件850b)中诱发磁场。可通过改变经过第一导体803的电流(例如，通过施加交流电或通过在高电压状态与低电压状态之间重复切换)而在第一tsv802a及第二tsv802b(以及上耦合部件850a及下耦合部件850b)中诱发变化磁场，这又在第二导体804中诱发第二变化电流且在第三导体805中诱发第三变化电流。以这种方式，可在包括第一导体803的电路与包括第二导体804及第三导体805的其它电路之间耦合信号及/或功率。

尽管在图5到8所说明的实施例中，提供单个额外tsv以增强由围绕tsv的初级绕组所生成的磁场的返回路径的磁导率，但在本技术的其它实施例中，可提供多个返回路径tsv以进一步改进如此配置的电感器的电感。例如，图9是根据本技术的实施例所配置的包含具有闭合芯的电感器900的半导体装置90的简化横截面视图。参考图9，装置900包含衬底材料901a及绝缘材料901b，且电感器900具有衬底材料901a中的一个部分及绝缘材料901b中的另一部分。例如，电感器900可包含三个tsv902a、902b及902c，其各自具有衬底材料901a中的第一部分及绝缘材料901b中的第二部分。因此，三个tsv902a、902b及902c从衬底材料901a向外延伸且到绝缘材料901b中。电感器900可进一步包含具有围绕第一tsv902a的五个匝的基本上螺旋形导体903(“导体903”)。三个tsv902a、902b及902c(a)通过上耦合部件950a耦合在导体903上方，且(b)通过下耦合部件950b耦合在导体903下方。根据本技术的一个方面，三个tsv902a、902b及902c连同上耦合部件950a及下耦合部件950b一起提供由导体903所生成的磁场的闭合路径，使得电感器900的电感大于仅提供第一tsv902a时的电感。

尽管图9所说明的实例实施例中说明具有完全闭合芯(例如其中高磁导率材料的连续路径穿过绕组的中间的芯)的电感器，但在其它实施例中可省略上耦合部件及下耦合部件中的一者或两者。在此实施例中，具有高磁导率的多个额外tsv(例如，除围绕其安置绕组的tsv以外)可位于围绕其安置绕组的tsv附近以提供具有改进电感的开放芯实施例。

例如，图10是根据本技术的实施例所配置的包含具有贯穿衬底通孔芯的电感器1000的半导体装置1010的简化横截面视图。在此实施例中，装置1010包含衬底材料1001a及绝缘材料，且电感器1000具有衬底材料1001a中的一个部分及绝缘材料1001b中的另一部分。例如，电感器1000可包含三个tsv1002a、1002b及1002c，其各自具有衬底材料1001a中的第一部分及绝缘材料1001b中的第二部分。因此，三个tsv1002a、1002b及1002c从衬底材料1001a向外延伸且到绝缘材料1001b中。电感器1000可进一步包含具有围绕第一tsv1002a的五个匝的基本上螺旋形导体1003(“导体1003”)。根据本技术的一个方面，额外tsv1002b及1002c促成由导体1003所诱发(且由磁场线(例如磁场线1060)所说明)的磁场的高磁导率路径，使得电感器1000的电感大于仅提供第一tsv1002a时的电感。

尽管在图1到10所阐述的上述实例中每一基本上螺旋形导体已被说明为在与衬底的表面的给定距离处具有围绕tsv的单个匝，但在其它实施例中基本上螺旋形导体可在与衬底表面的相同距离处具有围绕tsv的一个以上匝(例如，多个匝同轴布置在每一层级处)。例如，图11是根据本技术的实施例所配置的围绕贯穿衬底通孔1102安置的基本上螺旋形导体1104(“导体1104”)的简化透视图。如参考图11可见，导体1104包含围绕tsv1102安置的第一基本上螺旋形导体1104a(“导体1104a”)，其连接到第二同轴对准的基本上螺旋形导体1104b(“导体1104b”)，使得单个导电路径在第一平均径向距离处围绕tsv1102向下缠绕且在第二平均径向距离处围绕tsv1102向上回绕。因此，导体1104在沿tsv1102的纵向维度“l”的相同位置处包含围绕tsv1102的两个匝(例如导体1104a的最上匝及导体1104b的最上匝)。在另一实施例中，基本上螺旋形导体可在第一层级处形成围绕tsv的两个匝(例如，向外螺旋)，在第二层级处形成围绕tsv的两个匝(例如，向内螺旋)，等等以类似方式形成与期望一样多的匝。

图12a到12f是根据本技术的实施例的制造过程的各种状态中的包含具有贯穿衬底通孔芯的电感器的装置1200的简化视图。在图12a中，提供衬底1201以供进一步处理步骤使用。衬底1201可为数种衬底材料中的任一者，包含硅、玻璃、砷化镓、氮化镓、有机层板等。在图12b中，已将基本上螺旋形导体的第一匝1203安置在衬底1201上方的绝缘材料1202的层中。绝缘材料1202可为适合于半导体处理的数种绝缘材料中的任一者，包含氧化硅、氮化硅、聚酰亚胺等。第一匝1203可为适合于半导体处理的数种导电材料中的任一者，包含铜、金、钨、其合金等。

在图12c中，已将基本上螺旋形导体的第二匝1204安置在绝缘材料1202的此时变厚层中且通过绝缘材料1202的层使第二匝1204与第一匝1203隔开。第二匝1204通过第一通孔1205电连接到第一匝1203。也已提供第二通孔1206以将第一匝1203的端路由到装置1200的最终较高层。在图12d中，已将基本上螺旋形导体的第三匝1207安置在绝缘材料1202的此时变厚层中且通过绝缘材料1202的层使第三匝1207与第二匝1204隔开。第三匝1207通过第三通孔1208电连接到第二匝1204。已进一步延伸第二通孔1206以继续将第一匝1203的端路由到装置1200的最终较高层。

转到图12e，其以简化透视图说明已蚀刻开口1209穿过绝缘材料1202且到衬底1201中之后的装置1200。使用能够提供具有高纵横比的基本上垂直开口的数个蚀刻操作中的任一者来蚀刻与基本上螺旋形导体的匝1203、1204及1207基本上同轴的开口1209。例如，可使用深反应性离子蚀刻、激光钻孔等来形成开口1209。在图12f中，已将tsv1210安置在开口1209中。tsv1210可包含磁性材料(例如具有高于衬底1201及/或绝缘材料1202的磁导率的材料)以在电流流过基本上螺旋形导体时增加tsv1210中的磁场。磁性材料可为铁磁体、亚铁磁体或其组合。tsv1210可包含单种组合物的块状材料或不同材料的离散区域(例如同轴层压层)中的一种以上材料。例如，tsv1210可包含镍、铁、钴、铌或其合金。磁性及非磁性材料的层压层可有助于减少tsv1210中的涡流损失。可在填充开口1209的单个金属化步骤或层压层(例如，多个磁性层由非磁性层分离)的多个步骤中提供tsv1210。在一个实施例中，为提供具有多层结构的tsv，可利用保形电镀操作及从下而上填充电镀操作的混合(例如，保形电镀步骤使用第一材料来部分填充且窄化蚀刻开口，且后续从下而上电镀步骤使用第二材料来完全填充窄化开口)。

图13是说明根据本技术的实施例的制造具有贯穿衬底通孔芯的电感器的方法的流程图。方法开始于步骤1310，其中提供衬底。在步骤1320中，在衬底上方的绝缘材料中安置基本上螺旋形导体。在步骤1330中，沿基本上螺旋形导体的轴线蚀刻穿过绝缘材料且到衬底中的开口。在步骤1340中，将tsv安置到开口中。

从上文将明白，本文中已出于说明目的而描述本发明的特定实施例，但可在不背离本发明的范围的情况下作出各种修改。因此，本发明仅受所附权利要求书限制。