[发明专利]用于具有磁性元件的变压器的结构和方法

说明书

交叉参考

将以下共同转让的美国专利申请结合于此作为参考：美国序列号No.13/313,240，由发明人Yu-Ling Lin、Hsiao-Tsung Yen、Ho-Hsiang Chen、以及Chewn-Pu Jou于2011年12月7日提交的名称为“IMPROVED INTEGRATED CIRCUIT GROUND SHIELDING S TRUCTURE”；以及美国序列号No.13/280,786，由发明人Hsiao-Tsung Yen、Yu-Ling Lin、Chin-Wei Kuo、Ho-Hsiang Chen、以及Min-Chie Jeng于2011年10月25日提交的名称为“STRUCTURE AND METHOD FOR HIGH-K TRANSFORMER WITH CAPACITIVE COUPLING”。

技术领域

本发明涉及半导体领域，更具体地，本发明涉及一种用于具有磁性元件的变压器的结构和方法。

背景技术

半导体集成电路(IC)工业经历了快速发展。IC材料和设计方面的技术进步产生了多代IC，其中，每一代都比前一代具有更小和更复杂的电路。然而，这些进步增加了处理和制造IC的复杂性，并且对于将被实现的这些进步，需要IC处理和制造的类似发展。在集成电路演进的过程中，在几何尺寸(即，可以使用制造处理产生的最小组件(或线))减小的同时，函数密度(即，每芯片面积互连器件的数量)通常增加。

可以在半导体IC上形成多种有源或无源电子组件。例如，变压器可以形成为无源电子组件。当器件尺寸继续减小用于甚至更高频应用时，传统变压器结构可能遇到诸如减小的互感系数K和减小的自谐振频率的问题。特别地，通过改进技术节点，耦合效率随着减小的器件尺寸而降低。

从而，需要一种变压器的结构和制造其的方法来解决以上问题。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的问题，根据本发明的一个方面，提供了一种半导体器件，包括：第一电感器，形成在第一衬底上；第二电感器，形成在第二衬底上并且与所述第一电感器电感耦合作为变压器；以及多个微凸块元件，被配置在所述第一衬底和所述第二衬底之间，其中，所述多个微凸块元件包括磁性材料，所述磁性材料具有基本大于1的相对磁导率并且被配置成增强所述第一电感器和所述第二电感器之间的耦合。

在该半导体器件中，所述第一衬底包括半导体衬底，所述半导体衬底上形成有集成电路；并且所述第二衬底包括接合至所述第一衬底的中介层。

在该半导体器件中，所述中介层包括具有硅通孔的硅衬底。

在该半导体器件中，所述微凸块元件与所述第一电感器和所述第二电感器电断开。

在该半导体器件中，还包括：电介质底部填充材料，设置在所述第一衬底和所述第二衬底之间，使得所述多个微凸块元件嵌入所述底部填充材料中。

在该半导体器件中，所述磁性材料包括镍、钴和铁中的一种。

在该半导体器件中，所述磁性材料选自包括镍、氮化镍、和硅化镍的组。

在该半导体器件中，所述微凸块元件被成形为具有直径和大于所述直径的高度。

根据本发明的另一方面，提供了一种半导体器件，包括：半导体衬底，具有集成电路(IC)器件；互连结构，设置在所述半导体衬底上并且与所述IC器件相连接；以及变压器，设置在所述半导体衬底上并且被集成在所述互连结构中，其中，所述变压器包括：第一电感器；第二电感器，与所述第一电感器电感耦合，以及磁性材料，接近所述第一电感器和第二电感器设置并且被配置成增强所述第一电感器和第二电感器之间的电感耦合。

在该半导体器件中，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的相对磁导率。

在该半导体器件中，所述磁性元件包括选自由镍、铁、钴、或其结合所构成的组的磁性材料。

在该半导体器件中，所述磁性元件被配置在所述第一电感器和所述第二电感器之间并且不与所述第一电感器和所述第二电感器电连接。

在该半导体器件中，所述互连结构包括多个金属层，所述多个金属层具有第一金属层、第二金属层、以及设置在所述第一金属层和所述第二金属层之间的通孔层；所述第一电感器设置在所述第一金属层中；所述第二电感器设置在所述第二金属层中；并且所述磁性元件设置在所述通孔层中。

在该半导体器件中，所述磁性元件包括多个子元件，所述多个子元件分隔开并且分布在所述第一电感器和所述第二电感器之间。