专利名称：大电感值集成磁性感应器件及其制造方法
技术领域：
本公开总的来讲涉及感应器件及制造方法，包括，但不限于，大电感值集成磁性感应器件及其制造方法。
背景技术：
磁性感应器件(包括电感器和变压器)广泛应用于诸如开关模式电源之类的电源电子应用中。在这些应用中，大电感值(例如几百微亨)和小电阻值的磁性感应器件可以用来实现理想的电路性能。因此，这种磁性感应器件可以利用具有大横截面积的被很多圈粗的导电绕组环绕的磁芯。
然而，传统的感应器件技术不能实现大电感值磁性器件的单片电路集成。给出上述当前技术的缺陷的目的仅仅在于对传统器件的一些问题给予一个概括，而不是穷尽。通过阅读下面的详细描述，涉及现有技术的其它问题以及本文所述的各种非限制性实施例的对应优点将变得显而易见。
发明内容
在此提供简单的概括以有助于基本或总体上理解以下详细描述和附图中的示例性、非限制性实施例的各个方面。然而，该概括目的不是作为广泛或穷举综述。而是，该概括的唯一目的是以简单形式呈现涉及示例性非限制性实施例的一些概念，作为以下各实施例的更详细描述的开篇。根据一个或多个实施例和对应的公开，描述了关于提供大电感值的磁性器件的单片电路集成的各非限制性方面。例如，一个实施例包括一种磁性感应器件，其包括形成在衬底(例如，半导体主体、硅晶圆、双面抛光的硅晶圆等)中的沟槽(例如，V形沟槽、具有梯形截面的沟槽等)，该衬底在磁性感应器件上面和/或下面可以包括其它电路元件。在各方面中，沟槽可以形成在衬底的底面/顶面、衬底的底层/顶层、衬底的背面等中。而且，该磁性感应器件可以包括包含于沟槽中且被与衬底的一部分或多个部分相邻的导电绕组(例如，螺线管形、环形、铜、金、金属复合物材料等)围绕的磁芯。而且，该磁性感应器件可以包括分别包含于衬底和导电绕组之间和磁芯和导电绕组之间的各绝缘层。在至少一个实施例中，磁性感应器件可以包括形成于衬底中并且连接至导电绕组的导电通孔。在一个实施例中，该导电通孔在沟槽的顶端、尖端、顶点等处连接至导电绕组。在另一个实施例中，导电通孔可以在沟槽的基底、底部等处连接至与导电绕组连接的导电层。在另一个实施例中，导电通孔可以与衬底的顶表面和/或底表面、衬底的顶层和/底层等的一部分连接，例如，其连接至在磁性感应器件上面和/或下面的(一个或多个)电路元件。在至少一个其它的实施例中，各绝缘层可以包括包含于(形成于等)衬底和导电通孔之间的绝缘层。例如，绝缘层可以包括一电介质层和/或第一电介质层，所述电介质层覆盖导电通孔的侧壁，而第一介质层形成(沉积等)在沟槽的侧壁和/或衬底的顶面/底面上。在一个或多个其它的实施例中，导电绕组包括导电层(例如，图案化层等)，其形成(沉积等)在第一电介质层上。在一个实施例中，各绝缘层可以包括形成(沉积等)在导电层上的第二电介质层。而且，磁芯可以包括形成(沉积等)在第二电介质层上的磁层。而且，磁性感应器件可以包括各个绝缘层的第三电介质层，其形成(沉积等)在磁层上，例如作为图案化的电介质层。另一个非限制性实施方式可以包括一种电感器，其包括形成在衬底(例如，半导 体主体、硅晶圆等)中的沟槽，例如V形沟槽、具有梯形截面的沟槽等。而且，该电感器可以包括磁芯，例如，闭环磁芯、在磁芯的各末端之间包括有间隙的芯等，其包含于沟槽中并且被与衬底的(一个或多个)部分相邻的导电绕组围绕。而且，该电感器还可以包括分别包含于衬底和导电绕组之间以及磁芯和导电绕组之间的各绝缘层。而且，该电感器可以包括形成于衬底中并且连接至导电绕组的各部分的导电通孔。在一个实施例中，导电通孔中的一个导电通孔可以连接至导电绕组、朝向沟槽的顶端、沟槽的底部等。在另一个实施例中，磁芯可以包括一个区段，该区段被形成于其它区段对面、与其它区段相邻其它等，例如从而形成衬底内的曲折和/或弯曲路径。再一个非限制性实施例可以包括一种变压器，例如，2-相、3-相等，其包括形成于衬底中的沟槽。而且，该变压器可以包括包含于沟槽中并且被与衬底的对应部分相邻的第一导电绕组和第二导电绕组围绕的闭环磁芯，从而例如形成2-相变压器。而且，变压器可以包括分别形成于衬底和第一导电绕组之间、衬底和第二导电绕组之间、闭环磁芯和第一导电绕组之间、以及闭环磁芯和第二导电绕组之间的绝缘层。在一个或多个非限制性实施例中，变压器可以包括形成于衬底中并且连接至第一导电绕组的一个或多个部分的第一导电通孔、以及形成于衬底中并且连接至第二导电绕组的一个或多个部分的第二导电通孔。在一个实施例中，第一导电绕组的一个或多个部分可以与第二导电绕组的一个或多个部分交叉。在另一个实施例中，变压器可以包括与衬底的一部分相邻的第三导电绕组，从而例如形成3-相变压器。而且，变压器可以包括分别形成于衬底和第三导电绕组之间以及闭环磁芯和第三导电绕组之间的其它绝缘层。另外一个或多个其它非限制性实施例可以包括从衬底的一个表面在衬底中形成沟槽(例如，V形沟槽、具有梯形横截面的沟槽等)。在一个实施例中，可以通过衬底的化学蚀刻、衬底的晶向相关化学蚀刻、基于横向的等离子体蚀刻等来形成沟槽。而且，这些非限制性实施例可以包括在沟槽的各侧壁和衬底的表面上形成(沉积等)第一电介质层；在第一电介质层上形成(沉积等)导电层；在导电层上形成第二电介质层；在第二电介质层上形成磁层；以及在磁层上形成第三电介质层。在一个或多个非限制性实施例中，可以通过化学气相沉积、溅射、热氧化等来形成这些电介质层。在一个或多个实施例中，可以通过导电材料的种子层的沉积、然后电化学沉积、化学气相沉积、溅射、热喷涂等来形成导电层和/或磁层。在一个或多个实施例中，可以采用例如等离子体蚀刻，从衬底的一个表面在衬底中形成一个或多个孔。而且，可以在一个或多个孔的各表面上形成电介质层，以及可以在这些电介质层上形成导电层以形成导电通孔。一个或多个其它实施例可以包括去除第一电介质层、第二电介质层、第三电介质层、导电层、和/或磁层的对应部分；以及在所述的对应部分的与所述导电层相邻的部分上形成多个导电层，以构建对应的接触。例如，可以通过平坦化、光刻、蚀刻等来执行这种去除。以下将详细描述其它实施例和各种非限制性示例、方案和实施方式。
参照附图，进一步描述各个非限制性实施例，其中图I示出了根据一个实施例的磁性感应器件的示意性三维(3D)视图。图2至图8示出了根据多个实施例的各磁性感应器件的横截面图。图9至图11示出了根据多个实施例的各磁性感应器件的示意性三维视图。图12至图17示出了根据多个实施例的各磁性感应器件的仰视图。图18至图21示出了根据多个实施例的示例性工艺。
具体实施例方式现在参照附图描述一个或多个实施例，其中通篇采用相同参考编号表示相似元件。在以下描述中，为了说明目的，阐述了大量具体细节，以提供对各实施例的全面理解。然而，显然的是，可以在没有这些具体细节(例如，可以不应用于任何特定环境或标准)的情况下实践各个实施例。在其它实例中，以框图形式示出已知结构和器件，以便有助于另外详细地描述各实施例。在此呈现的方法及设备的各非限制性实施例提供了集成磁性感应器件，其能够在单片集成电路的小器件区域内以小电阻值和大电感值来操作。在一个实施例中，一种磁性感应器件包括形成于衬底中的沟槽；包含于沟槽中并且被与衬底的至少一部分相邻的导电绕组围绕的磁芯；以及在衬底和导电绕组之间以及在磁芯和导电绕组之间分别包括的绝缘层。在另一个实施例中，一种电感器包括形成于衬底中的沟槽；包含于沟槽中并且被与衬底的至少一部分相邻的导电绕组围绕的磁芯；以及在衬底和导电绕组之间以及在磁芯和导电绕组之间分别包括的绝缘层；以及形成于衬底中并且连接至导电绕组的各部分的导电通孔。在另一个实施例中，一种变压器包括形成于衬底中的沟槽；包含于沟槽中并且被与衬底的相应部分相邻的第一导电绕组和第二导电绕组围绕的闭环/有间隙的磁芯；以及在衬底和第一导电绕组之间、在衬底和第二导电绕组之间、在闭环/有间隙的磁芯和第一导电绕组之间、以及在闭环/有间隙的磁芯和第二导电绕组之间分别形成的绝缘层。在一个实施例中，一种方法包括从衬底的第一表面在衬底中形成沟槽；在沟槽的各侧壁和衬底的第一表面上形成第一电介质层；在第一电介质层上形成导电层；在导电层上形成第二电介质层；在第二电介质层上形成磁层；以及在磁层上形成第三电介质层。这些技术能够有效地将大电感值和小电阻值的磁性器件集成到单片集成电路中。大电感值的集成电磁感应器件及其制造方法图I示出了磁性感应器件100的示意性三维视图；而图2示出了沿图I的线AA’截取的磁性电感器件100的横截面图200。在一个实施例中，磁芯150可以包含于、置于、形成于或以其它方式处于在衬底110中所形成的V形沟槽120内，衬底110例如是半导体主体、硅晶圆、双面抛光的硅晶圆等，其可以包括在磁性感应器件100上面和/或下面的其它电路元件(未示出)。这些电路元件例如可以包括在多种应用中，例如电源管理系统、片上系统(S0C)、AD/DC转换器、DC/AC转换器、电源转换器(例如，输入电压大于12V，如220V的市电AC电源电压)、功率晶体管栅极驱动器、用于控制信号反馈的隔离器、变压器、用于恢复输入波形的功率系数校正等。
如图I所示，V形沟槽120可以形成于衬底110的底表面、底层或背面等中。在另一个实施例中，V形沟槽120可以形成于衬底110的顶面、顶层等中。在一个实施例中，V形沟槽120可以通过以下方法形成衬底110的化学蚀刻、衬底110的方向相关的化学蚀刻、具有横向蚀刻能力的等离子体蚀刻方法、衬底110的晶向相关的化学蚀刻(诸如衬底110的四甲基氢氧化铵(TMAH)蚀刻)、衬底110的背面上的硅的各向异性蚀刻等。因此，磁性感应器件100可以有效地与例如能够在衬底110的顶表面层中制造的SOC系统等(见上文)的其它电路元件(未示出)集成。V形沟槽120的深度可以较大，例如400 iim，这样能够提供较大的空间用于(I)在V形沟槽120的(一个或多个)侧壁内放置、形成或以其它方式包括导电绕组140(例如图案化为粗绕组(例如，lOOym))和(2)包括、放置、形成等例如具有例如与较大电感值相关的较大磁芯横截面积(例如，20，OOOiim2)的磁芯材料150。因此，本文公开的各实施例的优点包括提供具有大横截面积的磁芯和提供绕组匝数巨大、每匝绕组长度较小和很粗的导电绕组，从而提供了分别具有大电感值、小电阻值和小器件面积的小型、集成磁性器件结构。在一个或多个实施例中，可以通过种子层的物理沉积和磁芯材料(例如由Co、Ni和Fe组成的合金材料)的电化学沉积或任何其它物理/化学沉积方法，在V形沟槽120内包括、放置、形成等磁芯150。而且，磁芯150可以被与衬底110的(一个或多个)部分相邻(例如沿着V形沟槽120的各侧壁)的导电绕组140 (例如，螺线管形导电绕组、环形导电绕组等)围绕。而且，参照图2，磁性感应器件100可以包括分别处在衬底110和导电绕组140之间和在磁芯150和导电绕组140之间的绝缘层231，232等。在一个或多个方面中，各绝缘层可以通过(一种或多个)电介质材料的沉积、热氧化等来形成，沉积例如是以硅烷或者四乙基原硅酸盐(TEOS)作为源气体的氧化硅化学气相沉积(CVD)。而且，一个或多个实施例可以包括经由利用掩模的化学蚀刻(例如，氧化硅的缓冲氧化蚀刻剂(BOE)湿法蚀刻、等离子体蚀刻等)来对各绝缘层进行图案化。一方面，在衬底110的(一个或多个)表面上、沿着与V形沟槽120的侧壁相邻的绝缘层以及沿着与孔(见下文321)相邻的绝缘层，可以通过导电层的化学气相沉积、溅射等来形成导电绕组140。例如，导电层可以通过种子层的物理沉积然后例如Al或Cu的电化学沉积或任何其它物理/化学沉积方法来形成。而且，可以执行V形沟槽120的侧壁上的导电层的图案化，以产生导电绕组140的部分。这种图案化可以通过利用掩模的化学蚀刻(例如Cu或HPO4的FeCl3湿法蚀刻、Al的CH3COOH和HNO3湿法蚀刻)、等离子体蚀刻等来实现。例如，由于衬底110的很大一部分顶表面可以用于上述相关的一个或多个系统的其它电路元件，因此磁性感应器件100可以制造于衬底110的底层中，并且通过导电通孔141连接至衬底110的顶侧，以用于单片集成。导电通孔141可以连接至在衬底110的顶部和/或底部的导电绕组140，并且连接至衬底110的顶面/底面、顶层/底层的一个或多个部分等，例如其可以连接至磁性导电器件100上面和/或下面的电路元件。在一个实施例中，导电通孔141可以在V形沟槽120的顶点、顶端、尖端等处连接至导电绕组140。在另一实施例中，导电通孔141可以连接至一个或多个导电层，该导电层在V形沟槽120的基部、底部等连接至导电绕组140 (例如，见图9及下文相关讨论)。而且，如图2所示，导电绕组140和导电通孔141分别通过例如230至232的绝缘层与衬底110和磁芯150隔离。在一个或多个实施例中，现在参照图3至图8，衬底110可以包括孔321，该孔321可以从衬底110的一侧或多侧通过衬底110的等离子体蚀刻(例如，深度反应离子蚀刻(DRIE))来形成。而且，在一些方面中，V形沟槽120的深度可以例如根据衬底110的厚度和特定器件设计目标，在50 iim至500 iim之间改变。而且，在一个或多个方面中，V形沟槽120的宽度可以在V形沟槽120的深度的一半到V形沟槽120的深度的5倍之间改变。另外，例如230至232的各绝缘层可以包括在V形沟槽120和孔321的侧壁上以及在衬底110的一个或多个表面上形成(沉积等)的第一电介质层430。而且，导电层442(例如，图案化的导电层等)可以形成(沉积等)在电介质层430上，例如覆盖V形沟槽120的侧壁和填充孔321。在一个或多个方面中，可以通过沉积(例如以硅烷或TEOS作为源气体的氧化硅的化学气相沉积)或者衬底110的化学反应(例如，氧化)来形成电介质层430。而且，可以通过导电材料的种子层的沉积(例如，TaN/Cu溅射)然后电化学沉积(例如Cu的电镀)来形成导电层442。还可以通过直接沉积(例如，Al或Cu的溅射)来形成导电层442。在一个或多个方面中，导电层442的厚度可以例如基于特定应用的电阻要求而在0. 5 u m至100 u m范围内变化。现在参照图5和图6，例如可以通过平坦化工艺(例如，化学机械抛光)去除导电层442在衬底110表面上位于V形沟槽120相对侧的部分。而且，可以例如经由光刻、蚀刻等在V形沟槽120的侧壁上和在衬底110的表面上图案化导电层442。而且，可以例如通过沉积(例如，以硅烷或TEOS为源气体的氧化硅的化学气相沉积)、化学反应(例如，导电层442的氧化)等在导电层442上形成(沉积等)电介质层631。另外，磁层650可以形成在电介质层631上并且填充V形沟槽120。例如，可以通过导电材料的种子层的沉积、然后磁层650的电化学沉积(例如，通过Ni、Co、Fe合金等的电镀)来形成磁层650。在其它实施例中，可以通过直接沉积(例如，溅射等)形成磁层650。在一个或多个方面，磁层650的厚度可以例如基于V形沟槽120的厚度和导电层442的厚度而在5 ii m至500 ii m之间的范围内变化。如图7所示，例如在V形沟槽120的各侧，可以去除磁层650在衬底110表面上的部分以及导电层442的一部分。例如可以通过平坦化工艺(例如，抛光)来去除磁层650和导电层442的这些部分。而且，可以在与这些部分对齐的表面上形成(沉积等)电介质层732，例如覆盖保留在V形沟槽120中的磁性层650的表面。在一个或多个方面中，可以、通过沉积(例如，以硅烷或TEOS为源气体的氧化硅的化学气相沉积)、化学反应(例如，磁层650的氧化)等来形成电介质层732。现在参照图8，可以通过光刻和/或蚀刻图案化/有选择性地去除电介质层732和/或430。而且，可以通过图案化(例如，通过光刻或蚀刻)形成导电层843，或者通过导电材料的种子层的沉积(例如，TaN/Cu的溅射)、然后电化学沉积(例如，Cu的电镀)来形成导电层843。而且，可以通过例如Al或Cu的溅射的直接沉积来形成导电层843。在一个或多个方面，导电层843的厚度可以基于特定应用的电阻要求在0. 5 ii m至100 ii m的范围内变化。图9至图11示出了根据各实施例的各磁性感应器件的示意性三维视图。例如，图9示出了一种集成磁性感应器件900的示意性三维视图，该集成磁性感应器件900具有在衬底110的底层连接至各导电绕组的导电通孔141。在另一实施例(未示出)中，可以在衬底110的顶层中制造磁性感应器件900，而没有导电通孔。
在图10示出的另一个实施例中，例如通过不充分时间的蚀刻形成V形沟槽120，使得磁性感应器件1000的V形沟槽120可以具有平坦底面的梯形横截面。现在参照图11和图12，分别示出了根据各实施例的电感器1100的示意性三维视图(1100)和底视图(1200)。电感器1100可以包括形成于衬底1110中的沟槽120。而且，电感器1100可以包括包含于沟槽120中并且被与衬底1110的一部分或多部分相邻的导电绕组140围绕的磁芯150。可以在衬底1110和导电绕组140、以及在磁芯150和导电绕组140之间包括各绝缘层(未示出)，例如，如上所述的绝缘层230至232。另外，电感器1100可以包括形成于衬底1110中并且连接至导电绕组141的对应部分的导电通孔141。如图11所示，导电通孔141可以朝向沟槽120的顶端而连接至导电绕组140。在另一方面(未示出)，导电通孔141可以朝向沟槽120的底部而连接至导电绕组140。而且，如图12所示，磁芯150可以是闭环磁芯，例如形成为矩形形状的闭环沟槽，其中导电绕组140封闭地围绕磁芯150。现在参照图13至图17，示出了根据各实施例的各电感器/变压器1300至1700的底视图。如图13所示，磁芯150可以包括介于矩形形状的磁芯150的两末端之间的间隙1310，从而形成开环磁芯。而且，如图14所示，磁芯150可以包括例如作为衬底1100中的曲折/游动图案/形状的闭环磁芯的一部分的在其它区段对面形成的一个区段。在本文公开的多个实施例中，可以在沟槽120等中形成(沉积等)一个或多个导电绕组141，以围绕磁芯150，从而形成各种电感器和/或变压器。例如，如图15所示，变压器1500可以包括形成于衬底(例如1110)中的例如120的沟槽(未示出)。而且，变压器1500可以包括闭环磁芯150，该闭环磁芯150包含于沟槽中并且被与衬底的相应部分相邻的第一导电绕组1510和第二导电绕组1520围绕。而且，变压器1500可以包括例如231、232等的绝缘层，这些绝缘层分别形成在衬底和第一导电绕组1510之间、在衬底和第二导电绕组1520之间、在闭环磁芯150和第一导电绕组1510之间、以及在闭环磁芯150和第二导电绕组1520之间。在另一实施例中，变压器1500可以包括形成于衬底中并且连接至第一导电绕组1510的一个或多个部分的例如141的第一导电通孔(未示出)。而且，变压器1500可以包括形成于衬底中并且连接至第二导电绕组1520的一个或多个部分的例如141的第二导电绕组(未示出)。现在参照图16所示的变压器1600，第一导电绕组1610的一个或多个部分以与第二导带绕组1620的一个或多个部分隔开和交叉的方式形成。现在参照图17，示出了根据一个实施例的集成三相变压器1700的底视图。三组初级和次级导电绕组(I) 1771和1772，(2) 1773和1774，和(3) 1775和1776例如可以如上针对导电绕组141所述形成(沉积等)在沟槽120中，用以围绕三条磁芯150。在一个实施例中，三条磁芯中的每条的两端可以经由磁芯150的一对垂直条连接起来。为了描述的简单和清楚，一些附图示出了本文所述的半导体器件的实施例的构造的总体方式。而且，省略了对构造这些器件的公知特征和技术的描述和细节，以避免不必要地混淆创新的方面。另外，附图中的元件不必按比例绘制，并且附图中的一些区域或元件可以被放大以有利于对本发明实施例的理解。
可以使用术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等在相似要素之间进行区别，而不是用来描述特定次序或时间顺序。而且，术语“包含”、“包括”、“具有”及类似表述旨在覆盖非排他的包括，从而包括要素列表的工艺、方法、物品、设备或组合物不必限于这些要素，而是可以包括没有明确列举的或者对于该工艺、方法、物品、设备或组合物固有的其它要素。整个说明书中对“一个实施例”的引用表示关于该实施例的特定特征、结构或特性的描述包含于至少一个实施例中。因此，在整个说明书中不同部分出现的术语“在一个实施例中”不表示都参照同一个实施例。而且，可以在一个或多个实施例中以任何合适方式结合这些特定特征、结构或特性。图18至图20示出了根据所公开主题的方法。为了描述的简单，这些方法以一系列与各方框相关的动作的方式示出和描述。应当明白和理解，本发明主题的创新点不限于这些示出的动作，和/或不限于动作/方框的这些顺序。例如，动作/方框可以以各种顺序出现和/或同时出现，并且可以与未在本文呈现或描述的其它动作/方框一起出现。而且，根据本公开主题的方法的实现，并不是所有示出的动作/方框都是必需的。另外，所属领域的技术人员将明白和理解，可以经由状态图或事件将这些方法可替换地表示为一系列的相关状态。图18至图19是示出形成(制造等)磁性感应器件的示例性非限制性实施例的流程图。在1810，可以从衬底(例如110)的第一表面，在衬底中形成沟槽(例如，120)。在1820，可以在沟槽的一个或多个侧壁和衬底的第一表面上形成第一电介质层，例如430。在1830，可以在第一电介质层上形成导电层，例如442。在1840，可以在导电层上形成第二电介质层，例如631。在1850,可以在第二电介质层上形成磁层,例如650。继续并且参照图19，在1910，可以在磁层上形成第三电介质层，例如732。在1920，例如通过抛光、蚀刻等，可去除第二电介质层、第三电介质层和导电层的各自的一部分。在1930，可以在衬底上与导电层相邻的部分上形成例如843的导电层，以产生各个接触。图20示出了显示用于形成(制造等)磁性感应器件的示例性非限制性实施例的另一流程图。在2010，可以从衬底的第一表面在衬底中形成V形沟槽，并且从衬底的第二表面在衬底中形成孔。在2020，可以在衬底的第一表面上、在衬底的第二表面上、在V形沟槽的侧壁上、以及在孔中形成第一电介质层。而且，可以在第一电介质层和在孔中形成第一导电层，例如完全地填充孔。在2030，例如利用平坦化工艺，可以去除在衬底的第二表面上的第一导电层；以及例如利用光刻和蚀刻，可以从衬底的第一表面和V形沟槽的侧壁选择性地去除第一导电层，而留下V形沟槽侧壁上的导电条带，以形成导电绕组的对应部分。在2040,可以在第一导电层和衬底的第一表面上形成第二电介质层。而且,可以在第二电介质层上形成磁层，例如完全地填充V形沟槽。一方面，可以通过导电材料的种子层的沉积、然后磁材料的电化学沉积来形成磁层。另一方面，可以通过化学气相沉积、溅射或任何其它沉积方法来形成磁层。在2050，例如利用平坦化工艺，可以去除衬底的第一表面上的磁层，而留下磁层在沟槽中的部分。而且，可以在磁层和衬底的第一表面上形成第三电介质层。而且，例如利用光刻和蚀刻，可以去除第二电介质层和第三电介质层的多个部分以暴露第一电介质层上要形成接触的多个部分。在2060，可以在第三电介质层和第一导电层的暴露部分上形成第二导电层，以进行接触。而且，例如利用光刻和蚀刻，可以去除第二电介质层的一部分或多个部分，留下导电条带以形成完成的导电绕组。在一个实施例中，可以通过衬底的晶向相关的化学蚀刻或者具有横向蚀刻能力的 任何其它的化学蚀刻或等离子体蚀刻方法来形成V形沟槽。在另一个实施例中，可以通过等离子体蚀刻来形成孔，例如形成导电通孔。在再一个实施例中，可以通过化学气相沉积、派射或者任何其它沉积方法来形成第一电介质层、第二电介质层、和/或第三电介质层。在一个实施例中，可以通过热氧化来形成这些电介质层。在另一个实施例中，可以通过导电材料的种子层的沉积、然后电化学沉积来形成第一导电层和/或第二导电层。在一方面中，可以通过化学气相沉积、溅射或任何其它沉积方法形成第一导电层和/或第二导电层。图21示出了显示形成(制造等)磁性感应器件的示例性非限制性实施例的另一流程图。在2110，基于磁性感应器件的轮廓，可以从衬底的背面在衬底的底层中形成V形沟槽；可以从衬底的顶面在衬底中形成孔；可以形成覆盖V形沟槽和孔的绝缘层；第一导电层可以形成于V形沟槽的侧壁上并且填充孔以形成导电通孔；以及去除衬底的顶面上的多余导电材料。在2120，经由图案化，可以在衬底的背面上形成(涂敷等)第一导电层；可以在衬底的背面形成覆盖第一导电层的绝缘层；可以利用磁芯材料填充V形沟槽的剩余空间；可以去除衬底的背面上的过度沉积的磁芯材料；以及可以在衬底的背面上形成覆盖V形沟槽中的磁芯的其它绝缘层。在一个实施例中，可以在衬底的背面上形成(涂敷等)其它绝缘层，从而利用图案化在用于接触的必要位置暴露第一导电层。而且，例如利用图案化，可以在衬底的背面形成第二导电层。在一个或多个其它实施例中，可以在衬底的正面制造磁性感应器件。在这些实施例中，例如，可以作为选择从衬底的底面在衬底中形成孔，并且可以选择性地去除衬底的底面上的过量导电材料。如在本说明书中使用的一样，术语“或者”旨在意味着包含性的“或者”，而不是排他性的“或者”。即，除非另外明确指出，或者从上下文可以清楚地获得，否则“X采用A或者B”表示任意一种自然的包含性排列。即，如果X采用A ;X采用B ;或者C采用A和B，则在任何一种上述实例中均满足“X采用A或者B”。另外，本说明书和权利要求中所用的冠词“一个”总的来说应当解释为表示“一个或多个”或者“至少一个”，除非另外明确指出或者从上下文可以清楚地获得表示单数形式。而且，在详细说明或者权利要求中使用了术语“含有”、“具有”、“包含”和其它类似词语，为了避免混淆，这些术语类似于术语“包括”是包含性的，作为开放性过渡词语，而不排斥任意另外或其它要素。本文中使用词语“示例性”或“示例”来表示一个示例、例子或示范。本文作为“示例性”描述的任一方面或设计不必解释为相对于其它方面或设计为优选的或者更有优势，也不意味着排除所属领域的技术人员已知的等同示例性结构和技术。而是，词语示例性的使用旨在以具体形式呈现发明思想。为了避免疑问，本文公开的各不同实施例的主题不限于这些示例。上述实施例中的一些已经针对例如包含于SOC系统中的几个元件、电路元件等之间的相互关系进行了描述。应当理解，这些系统和元件可以包括那些元件或指定的子元件、指定元件或子元件中的一些、和/或另外的元件、以及上述元件的各种排列和组合。子元件还可以实现为与其它元件通信耦接的元件，而不是包含于父元件内(分层的)。另外，应当注意，一个或者多个元件可以结合到提供集合功能的一个元件中或者分成多个单独的子元件，并且可以提供一个或多个中间层或元件以耦接至这些子元件以便提供集成功能。本文所述的任何元件还可以与未明确描述但是所属领域技术人员通常已知的一个或多个其它 元件相互作用。鉴于上述的示例性元件和系统，参照各附图的流程图可以更好地理解根据所描述主题实施的方法。虽然为了说明简单，以一系列方框示出和描述了方法，但是应当明白和理解，所要求保护的主题不限于各方框给出的顺序，这是因为一些方框可以以与本文示出和描述不同的其它顺序和/或与其它方框同时地进行。在通过流程图示出了非时序或者分支的流程的情况下，可以理解，可以实施能够实现相同或类似结果的各种其它方框的分支、流程和顺序。而且，可能并不是所有示出的方框都被需要用来实现本文所述的方法。对本发明的示例性实施例的上述描述(包括摘要中所述的内容)的目的不是为了穷尽或者将所公开的实施例限于所公开的准确形式。虽然为了描述目的本文描述了具体实施例和示例，但是所属领域的技术人员可以认识到可以进行各种变型，这些变型应当认为是属于这些实施例和示例的范围之内。因此，虽然已经连同各种实施例和对应附图描述了所公开的主题，但是应当理解在适用的情况下在不偏离的情况下可以使用其它类似的实施例并且可以对所述的实施例进行变型和添加以执行所公开主题的相同的、类似的、可选的或者可替代的功能。因此，所公开的主题不应当限于在此所述的任何单个实施例，而是应当根据所附的权利要求以更宽范围进行解释。
权利要求
1.一种磁性感应器件，包括 沟槽，形成于衬底中； 磁芯，其包含于衬底中并且被与衬底的至少一部分相邻的导电绕组围绕；以及 多个绝缘层，分别处于衬底和导电绕组之间以及磁芯和导电绕组之间。
2.如权利要求I所述的磁性感应器件，还包括 导电通孔，形成于衬底中并且连接至导电绕组。
3.如权利要求2所述的磁性导电器件，其中导电通孔在沟槽的顶端连接至导电绕组。
4.如权利要求2所述的磁性导电器件，其中多个绝缘层包括处于衬底和导电通孔之间的绝缘层。
5.如权利要求I所述的磁性感应器件，其中多个绝缘层中的第一绝缘层包括形成于沟槽侧壁上的第一电介质层。
6.如权利要求5所述的磁性感应器件，其中导电绕组包括形成于第一电介质层上的导电层。
7.如权利要求6所述的磁性感应器件，其中导电层包括图案化的导电层。
8.如权利要求6所述的磁性感应器件，其中多个绝缘层中的第二绝缘层包括形成于导电层上的第二电介质层。
9.如权利要求8所述的磁性感应器件，其中磁芯包括形成于第二电介质层上的磁层。
10.如权利要求9所述的磁性感应器件，还包括形成于磁层上的第三电介质层。
11.如权利要求10所述的磁性感应器件，还包括另ー导电层，其接触所述导电层和第三电介质层，其中第三电介质层包括图案化的电介质层。
12.如权利要求2所述的磁性感应器件，其中导电通孔连接至ー个导电层，该导电层在沟槽的基部连接至导电绕组。
13.如权利要求I所述的磁性感应器件，其中沟槽包括梯形横截面。
14.一种电感器,包括 沟槽，形成于衬底中； 磁芯，包含于沟槽中并且被与衬底的至少一部分相邻的导电绕组围绕； 多个绝缘层，分别处于衬底和导电绕组之间以及磁芯和导电绕组之间；以及 多个导电通孔，形成于衬底中并且连接至导电绕组的对应部分。
15.如权利要求14所述的电感器，其中多个导电通孔中的ー个导电通孔朝向沟槽的顶端连接至导电绕组。
16.如权利要求14所述的电感器，其中多个导电通孔中的一个导电通孔朝向沟槽的底部连接至导电绕组。
17.如权利要求14所述的电感器，其中磁芯是闭环磁芯。
18.如权利要求14所述的电感器，其中磁芯包括在磁芯的各末端之间的间隙。
19.如权利要求14所述的电感器，其中磁芯包括在其它区段对面形成的ー个区段。
20.一种变压器，包括 沟槽，形成于衬底中； 闭环磁芯，包含于沟槽中并且被与衬底的对应部分相邻的第一导电绕组和第二导电绕组围绕；以及多个绝缘层，分别形成于衬底和第一导电绕组之间、衬底和第二导电绕组之间、闭环磁芯和第一导电绕组之间、以及闭环磁芯和第二导电绕组之间。
21.如权利要求20所述的变压器，还包括 第一导电通孔，形成于衬底中并且连接至第一导电绕组的至少一部分；以及 第二导电通孔，形成于衬底中并且连接至第二导电绕组的至少一部分。
22.如权利要求20所述的变压器，其中第一导电绕组的至少一部分与第二导电绕组的至少一部分交叉。
23.如权利要求20所述的变压器，还包括 第三导电绕组，其与衬底的一部分相邻；以及 多个其它绝缘层，分别形成于衬底和第三导电绕组之间以及闭环磁芯和第三导电绕组 之间。
24.—种方法,包括 从衬底的第一表面，在衬底中形成沟槽； 在沟槽的各侧壁和衬底的第一表面上形成第一电介质层； 在第一电介质层上形成导电层； 在导电层上形成第二电介质层； 在第二电介质层上形成磁层；以及 在磁层上形成第三电介质层。
25.如权利要求24所述的方法，还包括 去除第二电介质层、第三电介质层和导电层的对应部分；以及 在对应部分中与所述导电层相邻的部分上形成多个导电层，以构建对应的接触。
全文摘要
本发明公开了大电感值集成磁性感应器件及其制造方法。该磁性感应器件可以包括形成于衬底中的沟槽、包含于沟槽中且被与衬底的一个或多个部分相邻的导电绕组围绕的磁芯、以及分别处于衬底和导电绕组之间以及在磁芯和导电绕组之间的绝缘层。一种电感器还可以包括形成于衬底中并且连接至导电绕组的对应部分的导电通孔。而且，一种变压器可以包括形成于衬底中的沟槽、包含于沟槽中且被与衬底的对应部分相邻的第一和第二导电绕组围绕的闭环/有间隙的磁芯、以及分别形成于衬底和第一、第二导电绕组之间、以及闭环/有间隙的磁芯和第一、第二导电绕组之间的绝缘层。
文档编号H01L23/64GK102738128SQ20121008623
公开日2012年10月17日 申请日期2012年3月28日 优先权日2011年3月30日
发明者伍荣翔, 单建安, 方向明 申请人:香港科技大学