CN100466294C - 用于集成电路装置的集成式环形线圈电感器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种用于制造被集成于半导体芯片中的螺线管电感器的手段。螺线管线圈被部分地嵌入一被蚀刻在芯片基板内的深井中。线圈未被嵌入的部分被制造当作后段制程(BEOL)金属化层的一部分。这允许螺线管线圈的大截面积区域，于是减少圈到圈的电容耦合。因为本发明的螺线管线圈有大直径的截面，所以制成的线圈具有大电感值然而却只占用较小的芯片区域。制造过程包含在所有前段处理(FEOL)步骤完成后在基板上蚀刻深凹洞；将该凹洞衬以介电质，随后制造线圈部分，该线圈部分将通过掩模利用导电材料金属沉积被嵌入；沉积介电质及利用化学机械抛光法(CMP)将该介电质平坦化。在平坦化之后，其余部分螺线管线圈的制造是作为BEOL中金属化的一部分(即如BEOL的线/通路孔)。为了进一步增加螺线管线圈的截面积，部分螺线管线圈可以在BEOL层上部通过掩模以电沉积来建立。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件，更具体地说，涉及集成在半导体芯片--诸如那些用于射频(RF)通信的芯片—中的多圈螺线管电感器。本发明还涉及一种制造崭新的多圈螺线管电感器的方法。
背景技术
集成于半导体芯片中的电感器一般是以螺旋状制造于一个BEOL(back-end-of-the-line，后段制程)金属化平面(加上通路孔以连接至或自回臂(return arm))中。因为BEOL金属化层的厚度限制(大约2至4微米)，螺旋电感器相对一给定电感值具有相对高的阻抗(大约1-5欧姆或更大)。具有互连通路孔的双金属层，有时候被利用以降低螺旋阻抗。因为电感值直接与电感器螺纹的长度相关，螺旋电感器被限制在相当小的电感值(大约20纳亨或更小)，且占用相当大的芯片区域。因为螺旋电感器的电磁场未被限定，在电感器的下方通常不允许存在有源器件，于是螺旋电感器占用芯片许多的空间。
集成式螺线管电感器亦可以被制造于半导体芯片的BEOL层。这些器件具有因为螺线管线圈之间高电容耦合所形成一些限制，其形成的原因是因为BEOL的总厚度非常小，大约8至10微米，所以螺线管线圈必须在垂直方向彼此非常接近。此紧密接近亦限制螺线管的截面积，其直接限制可达到的电感值，因为螺线管电感值直接与截面积有关。
由于现有技术中的上述缺点，需要开发一种集成于半导体芯片中的多圈螺线管电感器以克服现有技术中的上述问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种集成于半导体芯片中的多圈螺线管电感器。本发明另一目的是提供一种集成于半导体芯片中的多圈螺线管电感器，其中诸螺线管线圈彼此充分地分开，因此降低螺线管线圈之间的电容耦合。
此外，本发明的另一个目的是提供一种包含大直径截面积螺线管线圈的集成式结构。本发明的另一个目的是提供一种包含螺线管线圈的集成式结构，该螺线管线圈具有高电感值，但占用了较小的芯片区域。
通过提供集成于半导体芯片中的螺线管电感器，其中螺线管线圈被部份地嵌入蚀刻进入半导体芯片的深井(即凹洞)，可以得到本发明及优点。使用于此之“深井”一词是指离半导体芯片上表面的深度大约为10至50微米、最好是大约20至25微米的凹洞。这允许诸螺线管线圈被较大地分开，因此减少线圈之间的电容耦合。因为本发明之螺线管线圈具有大直径截面(大约25至35微米)，所以本发明线圈可以具有大电感值但占用较小的芯片区域。
本发明一方面涉及一种包含集成于集成电路(IC)芯片中的螺线管线圈的半导体结构，其中该螺线管线圈被部份地嵌入在该IC芯片基板中所形成凹洞内且部分在该IC芯片之BEOL层中。
在本发明的一个实施例中，螺线管线圈包含一磁芯。在本发明的另一个实施例中，螺线管线圈是环形的。
本发明另一方面涉及一种电变换器，其包括两个具有共享磁芯的螺线管线圈。
本发明另一方面涉及一种制造上述半导体结构的方法。具体地说，制造本发明的半导体结构的处理步骤包括：
(a)在集成电路(IC)芯片基板中形成一或多个凹洞；
(b)在该基板上包含在该一或多个凹洞中形成第一介电材料；
(c)将邻接该一或多个凹洞的该第一介电材料去除，而留下在该一或多个凹洞中的该第一介电材料当作衬里；
(d)在该一或多个有介电衬里的凹洞中形成螺线管线圈的下部线圈组件；
(e)在包含该螺线管线圈的下部线圈组件的该基板上方形成第二介电材料；
(f)去除不包含该一或多个凹洞部分的该基板上方的该第二介电材料；以及
(g)形成该螺线管线圈的侧边线圈组件及上部线圈组件，其中该上部线圈组件是经由该侧边线圈组件与该下部线圈组件电连接。
在本发明方法的一实施例中，在步骤(d)形成侧边线圈组件，且步骤(g)只包括形成上部线圈组件。
附图说明
图1A显示具部分被嵌入基板中的环形线圈的集成电路(IC)晶片的截面(未按实际比例)；而图1B显示图1A中所显示螺线管线圈的顶视图。环形线圈是一般螺线管形状的特例，其中螺线管被弯回连接自己本身。此种结构理想地限制了在环面截面区域中的所有电磁场。
图2A-J显示本发明螺线管线圈在不同制造阶段IC晶片的截面。
图3显示具有内建磁芯的螺线管线圈的截面。
具体实施方式
本发明，提供一种集成于半导体芯片中的多圈螺线管电感器及其制造方法，现在将参照本申请的附图而加以更详细地说明。应该注意的是在附图中，相同及/或相对应的组件标以相同的标号。
首先参照用以说明本发明半导体结构的图1A(截面图)及1B(顶视图)。具体地，图1A中的结构包括具有一或多个螺线管线圈50的基板10，这些线圈被形成于在基板中形成的凹洞内，且部分在BEOL布线层52中。作为例子，图1A螺线管线圈50的顶视图被显示于图1B中。
根据本发明，各螺线管线圈50包含下部线圈组件22及上部线圈组件30，它们是经由侧边线圈组件26而电连接。在下部线圈组件22与基板10之间形成第一介电层14且在上部与下部线圈组件之间形成第二介电层24。没有被包含在图1A-1B之上述组件将在图2A-J中加以更详细地说明。
如图所示，线圈部份被制造在IC基板上所形成的凹洞内且部分在BEOL布线层内。在此方法中，可以制造一种真正的3维立体结构，而它却包含在于其它方面均为标准IC芯片的厚度范围之内。值得一提的是，本发明线圈拥有大直径截面(大约25至35微米)；因此该线圈可以被制成具有大电感值却占用较小芯片区域。
现在将通过参照图2A-J以及下列说明更详细地说明本发明所使用的制造图1A及1B所显示结构的处理步骤.
特别地，图2A显示一种被使用于本发明以形成图1A-B中所显示发明结构的最初结构。该最初结构包含集成电路芯片的基板10，其具有凹洞12(在这些图中只显示其中之一)部分地形成于其上。注意，凹洞是在IC芯片的所有前段制程(front-end-of-the-line，FEOL)处理完成，且氧化物或硼磷掺杂硅酸盐玻璃(BPSG)的钝化层(未显示于图中)被沉积在晶片上之后形成的。因为此钝化层会在所示区域中被局部地去除，所以它未被显示于此。
图2A中所显示结构包括那些本领域技术人员所熟知的传统材料，且制造此结构使用传统方法。例如，基板10包含任何半导体材料，包括但不限于，硅(Si)、锗(Ge)、锗化硅(SiGe)、砷化镓(GaAs)、磷化铟(InP)、砷化铟(InAs)及其它类似III/V复合半导体。基板10亦可以是多层半导体，诸如Si/SiGe或Si/Si连同绝缘体上硅(SOI)。该基板可以包含在此所形成或凹洞12对面的基板表面上所形成的各种有源器件区域。
利用传统的光刻(包含涂一光致抗蚀剂至基板表面，将光致抗蚀剂曝光于幅射线图案且显影此图案)及蚀刻形成凹洞12。蚀刻步骤包含干式蚀刻处理，诸如反应离子蚀刻(RIE)、离子束蚀刻或等离子体蚀刻，或化学湿式蚀刻处理，该化学湿式蚀刻处理包含对于基板材料有高选择性的化学蚀刻剂。根据本发明，凹洞12是深的凹洞，其深度由上表面算起大约是10至50微米，最好的情况是深度在大约20至25微米。
接着，在图2A中所显示结构上，包含基板10的上表面及凹洞12中，沉积第一介电材料14，以便提供图2B中所描述的结构。第一介电材料可以由诸如二氧化硅(SiO2)之氧化物、诸如氮化硅(Si3N4)之氮化物或聚酰亚胺所组成，其形成方式是利用任何传统覆盖层沉积方法，其能够在该结构上形成第一介电材料14的保形层。例如，可以利用化学汽相沉积法(CVD)、等离子辅助CVD、溅射法及其它类似覆盖层沉积法沉积出第一介电材料14。第一介电材料的厚度与所选用覆盖层沉积法及介电材料是相关的。然而，典型地，第一介电材料的厚度从大约1至10微米，且理想的厚度是从大约4至5微米。
接着，自该结构去除任何在凹洞12之外的任何第一介电材料，而提供图2C中所显示的结构。注意，在此去除步骤之后，基板中凹洞以第一介电材料14做衬里。本发明的去除步骤，其导致形成以第一介电材料14做衬里的凹洞，是利用诸如化学-机械抛光(CMP)或研磨法的传统平坦化方法来完成的。
沉积出将被使用于线圈材料沉积的覆盖层衬里(例如TaN/Ta、TiN、WN或其它类似扩散阻挡材料)及籽晶层(例如Cu、Al、W或其它类似导电材料)，接着采用非常厚的光致抗蚀剂。应该注意在图2D中标号16是同时指覆盖层衬里及籽晶层，而标号18是指光致抗蚀剂。
图2E显示在光致抗蚀剂被l线、x射线等以大焦距深度照射而图案化之后的结构。注意图2E中的结构，标号20标示将使用传统光致抗蚀显影剂而被显影以提供接下来线圈组件形成区域的光致抗蚀剂区域。在湿式蚀刻的凹洞的例子中，此图案是由线圈的下部组件、连同部分的侧边(上升)片段所组成，该侧边片断上至晶片表面的平面(即凹洞的上部)，或其上方一点点。对于具有垂直侧边的凹洞，诸如以RIE所得到的，此掩模上的图案只是由线圈的下部组件所组成；线圈上升组件的制造，上至晶片表面，需要第二光刻步骤(使用另一个只包含“通路孔”的掩模)。注意剩下的图显示此第二光刻步骤，其在一些实施例中可以被省略。
在将显影区域作适当清洁之后，使用包含但不限于电沉积法、溅射法及电镀法等的标准技术形成线圈组件22。下部线圈组件是由传统导电材料所组成，包括诸如铜(Cu)、铝(Al)、钨(W)及其它类似导体。作为例子，所产生的含有下部线圈组件22的结构被显示于图2F中。注意在此图中，下部线圈组件22包含部分衬里/籽晶层16。
然后利用本领域中公知的传统方法自图2F中所显示结构剥除剩余的光致抗蚀剂18，且利用传统蚀刻方法，诸如RIE，将任何不包含下部线圈组件22的衬里/籽晶层16自结构中去除。这两个处理步骤在图2G中被说明。
然后利用上述形成第一介电材料14所使用的沉积法在此结构上形成第二介电材料24。第二介电材料24可以是由与第一介电材料14相同或不同的介电质所组成。在本发明的较佳实施例中，第一及第二介电材料都是由相同的介电质所组成。在第二介电材料24沉积之后，利用传统平坦化方法，诸如CMP，将结构变成如图2H所显示的结构。注意在平坦化处理期间，超出凹洞12上表面的一些下部线圈组件22也会一起被去除。
利用标准方法，诸如镶嵌或双镶嵌法，当作芯片BEOL制造之部分，完成上升组件(即侧边线圈组件26)缺掉部分，如图2I所示。这包含沉积介电质28，以传统光刻及蚀刻将介电质28图案化、以便在介电质28中形成诸开口将下部线圈组件22暴露出来，以及在这些开口中沉积导电金属。注意侧边线圈组件最好是由与下部线圈组件相同的导电材料所组成。再次强调侧边线圈组件之形成可以更早进行；因而所述光刻法及开口蚀刻及接下来的以导电材料填满开口可以被省略。
完成线圈环的水平组件(即上部线圈组件30)透过掩模(未显示)以电沉积法、溅射法或电镀导电材料(与下部及侧边线圈组件相同或相异，最好是同时与下部及侧边线圈组件相同的导电材料)被制造当作BEOL层的一部分，或形成在BEOL上部。作为例子，所产生的结构被显示于图2J。
在本发明一较佳实施例中，螺线管线圈是环形线圈。在本发明另一较佳实施例中，诸如透磁合金(Permalloy)及AlNiCo的磁性材料之核心32，可以以适合的位置被并入线圈中央，参看图3。特别地，是利用传统沉积法，诸如化学汽相沉积法(CVD)、等离子辅助CVD、溅射法、电镀法或化学溶液沉积法，将磁性材料32形成于该结构中。
虽然已经以其较佳实施例特别显示及说明本发明，本领域技术人员将了解前述及其它形式上及细节上的改变可以被完成而不背离本发明之精神及范畴。因此本发明不应被限制在此所说明的确切形式及细节，而应包含所有落在所附的权利要求的范围中的修改及变型。
Claims (33)
1.一种包含与集成电路芯片集成的螺线管线圈的半导体结构，每个所述螺线管线圈包括通过侧边线圈组件相互电连接的下部线圈组件和上部线圈组件，其中所述下部线圈组件被置于在半导体基板中形成的凹洞内，所述侧边线圈组件的部分被置于所述凹洞中且其另外的部分被置于经构图的后段制程层中，以及所述上部线圈组件被置于所述经构图的后段制程层中或上方。
2.如权利要求1的半导体结构，其中螺线管线圈包含一形成在线圈组件之间的磁芯。
3.如权利要求1或2的半导体结构，其中该螺线管线圈是环形的。
4.如权利要求1或2的半导体结构，其中该螺线管线圈包含下部线圈组件及上部线圈组件，它们通过侧边线圈组件彼此电连接。
5.如权利要求1或2的半导体结构，其中该螺线管线圈是由选自Cu、Al或W的一种导电材料所构成。
6.如权利要求4的半导体结构，其中各线圈组件是由相同或不同的导电材料所构成。
7.如权利要求1或2的半导体结构，其中该凹洞的深度是由该基板上表面算起10至50微米。
8.如权利要求7的半导体结构，其中该深度是从20至25微米。
9.如权利要求1或2的半导体结构，其中该凹洞是以第一介电材料为衬里。
10.如权利要求9的半导体结构，其中该第一介电材料是由选自氧化物、氮化物或聚酰亚胺的一种介电质所组成。
11.如权利要求1或2的半导体结构，其中该凹洞包含第二介电材料，其将上部线圈组件与下部线圈组件隔离开。
12.如权利要求11的半导体结构，其中该第二介电材料是由选自氧化物、氮化物或聚酰亚胺的一种介电质所组成。
13.如权利要求1或2的半导体结构，其中该后段制程层包含至少一介电材料。
14.如权利要求2的半导体结构，其中该磁芯包含选自透磁合金或AlNiCo的磁性材料。
15.一种电变换器，其包含两个具有共同磁芯的螺线管线圈，所述螺线管线圈与集成电路芯片集成，每个所述螺线管线圈包括通过侧边线圈组件相互电连接的下部线圈组件和上部线圈组件，其中所述下部线圈组件被置于在半导体基板中形成的凹洞内，所述侧边线圈组件的部分被置于所述凹洞中且其另外的部分被置于经构图的后段制程层中，以及所述上部线圈组件被置于所述经构图的后段制程层中或上方。
16.一种制造半导体结构的方法，包括如下步骤:
(a)在集成电路芯片的基板上形成一或多个凹洞；
(b)在该基板上包括在该一或多个凹洞中形成第一介电材料；
(c)去除邻接该一或多个凹洞的该第一介电材料，而留下在该一或多个凹洞内的该第一介电材料当作衬里；
(d)在该一个或多个以介电质为衬里的凹洞中形成螺线管线圈的下部线圈组件；
(e)在包含该螺线管线圈的该下部线圈组件的该基板上形成第二介电材料；
(f)去除不包含该一或多个凹洞的该基板上方的该第二介电材料；以及
(g)形成该螺线管线圈的侧边线圈组件及上部线圈组件，其中该上部线圈组件是经由该侧边线圈组件与该下部线圈组件电接触，以及其中，将所述侧边线圈组件的部分置于所述凹洞中且将其另外的部分置于经构图的后段制程层中，以及将所述上部线圈组件置于所述经构图的后段制程层中或上方。
17.如权利要求16的方法，其中该一或多个凹洞是利用光刻及蚀刻形成的。
18.如权利要求16或17的方法，其中该基板包含在其上所形成的钝化层。
19.如权利要求16或17的方法，其中该第一介电质的厚度为1至10微米。
20.如权利要求19的方法，其中该第一介电质的厚度为4至5微米。
21.如权利要求16或17的方法，其中该第一介电材料是以覆盖层沉积过程形成的。
22.如权利要求16或17的方法，其中步骤(c)是以平坦化过程完成。
23.如权利要求22的方法，其中该平坦化过程是化学机械抛光。
24.如权利要求16或17的方法，其中该下部线圈组件是以下列步骤形成:在该第一介电材料上形成一衬里/籽晶层；在该基板上形成一构成图案的光致抗蚀剂，其中该构成图案的光致抗蚀剂不覆盖该凹洞中的该衬里/籽晶层部分；且沉积一导电材料在该衬里/籽晶层上。
25.如权利要求24的方法，其中该导电材料是以电沉积法沉积的。
26.如权利要求16或17的方法，其中该第二介电材料是以沉积形成的。
27.如权利要求16或17的方法，其中步骤(f)包含平坦化过程。
28.如权利要求27的方法，其中该平坦化过程是化学机械抛光。
29.如权利要求16或17的方法，其中该侧边线圈组件是以镶嵌或双镶嵌所形成的。
30.如权利要求16或17的方法，其中该侧边线圈组件的形成步骤有:在含有该第二介电材料的该基板上方形成一介电质；在该介电质提供暴露该下部线圈组件部分的开口；并且以导电材料填满该开口。
31.如权利要求16或17的方法，其中该上部线圈组件是通过图案化的掩模沉积一种导电材料形成的。
32.如权利要求31的方法，其中该沉积包含电沉积。
33.如权利要求16或17的方法，其中侧边线圈组件亦在步骤(d)形成且步骤(g)只包含形成该上部线圈组件。
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Families Citing this family (35)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6635948B2 (en) * | 2001-12-05 | 2003-10-21 | Micron Technology, Inc. | Semiconductor device with electrically coupled spiral inductors |
| US7247544B1 (en) * | 2002-04-12 | 2007-07-24 | National Semiconductor Corporation | High Q inductor integration |
| TWI288443B (en) | 2002-05-17 | 2007-10-11 | Semiconductor Energy Lab | SiN film, semiconductor device, and the manufacturing method thereof |
| US6894593B2 (en) * | 2003-02-12 | 2005-05-17 | Moog Inc. | Torque motor |
| JP4324952B2 (ja) * | 2003-02-26 | 2009-09-02 | Ｔｄｋラムダ株式会社 | インダクタンス素子の製造方法 |
| US7609763B2 (en) * | 2003-07-18 | 2009-10-27 | Microsoft Corporation | Advanced bi-directional predictive coding of video frames |
| US7696625B2 (en) * | 2004-11-30 | 2010-04-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
| US7732349B2 (en) * | 2004-11-30 | 2010-06-08 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Manufacturing method of insulating film and semiconductor device |
| US7517791B2 (en) * | 2004-11-30 | 2009-04-14 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing semiconductor device |
| US7985677B2 (en) * | 2004-11-30 | 2011-07-26 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method of manufacturing semiconductor device |
| KR100683866B1 (ko) * | 2004-12-03 | 2007-02-15 | 삼성전자주식회사 | 감광성 필름 및 공동(空洞)을 이용하여 제조된 인덕터 및그 제조방법 |
| US7687326B2 (en) * | 2004-12-17 | 2010-03-30 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
| US7579224B2 (en) * | 2005-01-21 | 2009-08-25 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Method for manufacturing a thin film semiconductor device |
| US7477128B2 (en) | 2005-09-22 | 2009-01-13 | Radial Electronics, Inc. | Magnetic components |
| US10431367B2 (en) | 2005-09-22 | 2019-10-01 | Radial Electronics, Inc. | Method for gapping an embedded magnetic device |
| US10049803B2 (en) | 2005-09-22 | 2018-08-14 | Radial Electronics, Inc. | Arrayed embedded magnetic components and methods |
| US10522279B2 (en) | 2005-09-22 | 2019-12-31 | Radial Electronics, Inc. | Embedded high voltage transformer components and methods |
| US9754712B2 (en) | 2005-09-22 | 2017-09-05 | Radial Electronics, Inc. | Embedded magnetic components and methods |
| US7531407B2 (en) | 2006-07-18 | 2009-05-12 | International Business Machines Corporation | Semiconductor integrated circuit devices having high-Q wafer backside inductors and methods of fabricating same |
| US20080052110A1 (en) * | 2006-08-23 | 2008-02-28 | Cambridge Software Solutions Corp. | Referral system |
| US20100327406A1 (en) * | 2009-06-26 | 2010-12-30 | Stats Chippac, Ltd. | Semiconductor Device and Method of Forming Inductor Over Insulating Material Filled Trench In Substrate |
| US8313659B2 (en) * | 2009-07-10 | 2012-11-20 | Seagate Technology Llc | Fabrication of multi-dimensional microstructures |
| US9754714B2 (en) | 2009-07-31 | 2017-09-05 | Radial Electronics, Inc. | Embedded magnetic components and methods |
| US8664745B2 (en) * | 2010-07-20 | 2014-03-04 | Triune Ip Llc | Integrated inductor |
| CN102738128B (zh) * | 2011-03-30 | 2015-08-26 | 香港科技大学 | 大电感值集成磁性感应器件及其制造方法 |
| US8742539B2 (en) | 2012-07-27 | 2014-06-03 | Infineon Technologies Austria Ag | Semiconductor component and method for producing a semiconductor component |
| DE102012018013B4 (de) | 2012-09-12 | 2014-09-18 | X-Fab Semiconductor Foundries Ag | Spiralförmige, integrierbare Spulen mit zentrischen Anschlüssen in planarer grabenisolierter Siliziumhalbleitertechnologie |
| KR20140083577A (ko) * | 2012-12-26 | 2014-07-04 | 삼성전기주식회사 | 공통모드필터 및 이의 제조방법 |
| KR20150025859A (ko) * | 2013-08-30 | 2015-03-11 | 삼성전기주식회사 | 코일 부품 및 이를 이용하는 전자 모듈 |
| US9355972B2 (en) | 2014-03-04 | 2016-05-31 | International Business Machines Corporation | Method for making a dielectric region in a bulk silicon substrate providing a high-Q passive resonator |
| US9893141B2 (en) | 2015-02-26 | 2018-02-13 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. | Magnetic core, inductor, and method for fabricating the magnetic core |
| US10431377B2 (en) | 2015-03-26 | 2019-10-01 | Toyota Motor Engineering & Manufacturing North America, Inc. | High efficiency magnetic component |
| US10304603B2 (en) * | 2016-06-29 | 2019-05-28 | International Business Machines Corporation | Stress control in magnetic inductor stacks |
| US10811177B2 (en) | 2016-06-30 | 2020-10-20 | International Business Machines Corporation | Stress control in magnetic inductor stacks |
| US10283249B2 (en) | 2016-09-30 | 2019-05-07 | International Business Machines Corporation | Method for fabricating a magnetic material stack |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5372967A (en) * | 1992-01-27 | 1994-12-13 | Motorola, Inc. | Method for fabricating a vertical trench inductor |
| US5793292A (en) * | 1993-04-22 | 1998-08-11 | Ivey, Jr.; Ellwood G. | System for inhibiting use of a hand-operated machine by an impaired individual through detection of toxins in the individual |
| WO2000016349A1 (en) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Bourns, Inc. | Integrated inductive components and method of fabricating such components |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3881244A (en) * | 1972-06-02 | 1975-05-06 | Texas Instruments Inc | Method of making a solid state inductor |
| JPH03241768A (ja) * | 1990-02-20 | 1991-10-28 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法 |
| JP3063422B2 (ja) * | 1992-10-05 | 2000-07-12 | 富士電機株式会社 | 磁気誘導素子用コイル |
| JPH06181290A (ja) * | 1992-12-14 | 1994-06-28 | Toshiba Corp | 半導体装置およびその製造方法 |
| WO1996027905A1 (fr) * | 1995-03-06 | 1996-09-12 | Hitachi, Ltd. | Circuit amplificateur haute frequence |
| US5793272A (en) * | 1996-08-23 | 1998-08-11 | International Business Machines Corporation | Integrated circuit toroidal inductor |
| KR100250225B1 (ko) * | 1996-11-19 | 2000-04-01 | 윤종용 | 집적회로용 인덕터 및 그 제조방법 |
| US6008102A (en) * | 1998-04-09 | 1999-12-28 | Motorola, Inc. | Method of forming a three-dimensional integrated inductor |
| US6083802A (en) * | 1998-12-31 | 2000-07-04 | Winbond Electronics Corporation | Method for forming an inductor |
| KR100328710B1 (ko) * | 1999-08-23 | 2002-03-20 | 박종섭 | 인덕터 및 그의 제조방법 |
| US6534843B2 (en) * | 2001-02-10 | 2003-03-18 | International Business Machines Corporation | High Q inductor with faraday shield and dielectric well buried in substrate |
| US20030122175A1 (en) * | 2001-12-28 | 2003-07-03 | Buskirk Peter Van | Integrated passive devices formed by demascene processing |
-
2001
- 2001-03-14 US US09/808,381 patent/US6492708B2/en not_active Expired - Lifetime
-
2002
- 2002-03-11 TW TW091104476A patent/TW556235B/zh not_active IP Right Cessation
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- 2002-03-13 WO PCT/US2002/007992 patent/WO2002073702A1/en active Search and Examination
- 2002-09-10 US US10/238,746 patent/US6720230B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5372967A (en) * | 1992-01-27 | 1994-12-13 | Motorola, Inc. | Method for fabricating a vertical trench inductor |
| US5793292A (en) * | 1993-04-22 | 1998-08-11 | Ivey, Jr.; Ellwood G. | System for inhibiting use of a hand-operated machine by an impaired individual through detection of toxins in the individual |
| WO2000016349A1 (en) * | 1998-09-10 | 2000-03-23 | Bourns, Inc. | Integrated inductive components and method of fabricating such components |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20030011041A1 (en) | 2003-01-16 |
| JP2004524696A (ja) | 2004-08-12 |
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