CN105027236B - 具有气隙结构的垂直耦合变压器 - Google Patents

具有气隙结构的垂直耦合变压器 Download PDF

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Abstract

在特定实施例中，一种设备包括低损耗基板、第一电感器结构、以及气隙。该第一电感器结构在该低损耗基板与第二电感器结构之间。第一电感器结构与第二电感器结构对齐以形成变压器。气隙在第一电感器结构与第二电感器结构之间。

Description

具有气隙结构的垂直耦合变压器
相关申请的交叉引用
本申请要求共同拥有的于2013年2月27日提交的美国非临时专利申请No.13/778,191的优先权，该非临时专利申请的内容通过援引全部明确纳入于此。
领域
本公开一般涉及半导体器件中的变压器。
相关技术描述
无线通信技术已对我们的社会作出极大影响。众多技术突破已经帮助促进无线通信。这些技术突破之一是实现将大量微电子器件集成到半导体集成电路(IC)上的半导体制造工艺。这种半导体制造技术已经帮助降低与制造无线通信产品相关联的成本。
互补金属氧化物半导体(CMOS)制造技术通常用于制造无线通信IC。因为现代射频(RF)双工器使用频率选择性滤波器来用于发射-接收(TX-RX)隔离，所以高隔离要求防止将RF片外双工器与CMOS技术集成。目前，表面声波(SAW)技术和薄膜体声波谐振器(FBAR)技术由于其TX-RX隔离而是主导的双工器技术。然而，SAW和FBAR技术与其他技术相比导致相对大的模块大小和较高的成本。
概述
本公开提出了在两个垂直耦合电感器之间具有气隙的垂直耦合变压器的特定实施例。在无线通信设备(例如，RF双工器)中使用具有气隙的垂直耦合变压器可改善TX-RX隔离和ANT-RX信令耦合，并可减少与该无线通信设备相关联的ANT-RX插入损耗和TX-ANT插入损耗。
在特定实施例中，一种设备包括低损耗基板、第一电感器结构、以及气隙。第一电感器结构在低损耗基板与第二电感器结构之间。第一电感器结构与第二电感器结构对齐以形成变压器。气隙在第一电感器结构与第二电感器结构之间。
在另一特定实施例中，一种设备包括低损耗基板(例如，介电基板或半导体基板)和电感器结构。所述电感器结构中的每一个电感器结构包括第一电感器和第二电感器。第一电感器和第二电感器彼此靠近。各电感器结构是并行设置的。第一电感器结构在第二电感器结构与低损耗基板之间。第一电感器结构与第二电感器结构对齐以形成变压器。第一电感器结构中的第一电感器连接至第二电感器结构中的第一电感器。第一电感器结构中的第二电感器与第二电感器结构中的第二电感器连接。气隙在第一电感器结构与第二电感器结构之间。
在另一特定实施例中，一种方法包括形成第一电感器结构和形成第二电感器结构。第一电感器结构在低损耗基板与第二电感器结构之间。第一电感器结构与第二电感器结构对齐以形成变压器。该方法还包括在第一电感器结构与第二电感器结构之间形成气隙。
在另一特定实施例中，一种方法包括形成电感器结构。该电感器结构中的每一个电感器结构包括第一电感器和第二电感器。第一电感器和第二电感器彼此靠近。各电感器结构是并行设置的。第一电感器结构中的第一电感器与第二电感器结构中的第一电感器连接。第一电感器结构中的第二电感器与第二电感器结构中的第二电感器连接。第一电感器结构在低损耗基板与第二电感器结构之间。第一电感器结构与第二电感器结构对齐以形成变压器。该方法还包括在第一电感器结构与第二电感器结构之间形成气隙。
在另一特定实施例中，一种存储指令的计算机可读存储设备，该指令在由处理器执行时使该处理器执行操作，该操作包括形成第一电感器结构和形成第二电感器结构。第一电感器结构在低损耗基板与第二电感器结构之间。第一电感器结构与第二电感器结构对齐以形成变压器。该方法还包括在第一电感器结构与第二电感器结构之间形成气隙。
在另一特定实施例中，一种方法包括用于形成第一电感器结构的步骤。该方法还包括用于形成第二电感器结构的步骤。第一电感器结构在低损耗基板与第二电感器结构之间。第一电感器结构与第二电感器结构对齐以形成变压器。该方法还包括用于在第一电感器结构与第二电感器结构之间形成气隙的步骤。
与没有气隙的垂直变压器相比，所公开的实施例中的至少一个实施例所提供的一个特定优点是增强的性能，诸如在RF双工器配置中实现时。例如，TX-RX隔离可由于输入电感器与输出电感器之间的减小的寄生电容耦合而改善，ANT-RX信号耦合可由于输入电感器与输出电感器之间的隙宽度的减小而改善，而ANT-RX插入损耗和TX-ANT插入损耗可因为该气隙可充当非常低损耗或无损耗的介电材料而减小。
本公开的其他方面、优点和特征将在阅读了整个申请后变得明了，整个申请包括下述章节：附图简述、详细描述以及权利要求。
附图简述
图1是示出玻璃上无源器件(POG)配置中的具有气隙结构的垂直耦合变压器(VHT)的特定实施例的示图；
图2是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括在低损耗(例如介电或半导体)基板上形成连接器；
图3是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括形成介电层和创建通孔孔洞；
图4是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括形成下电感器；
图5是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括形成介电层；
图6是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括使用化学机械抛光(CMP)平坦化工艺来移除不想要的介电层材料；
图7是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括形成牺牲层；
图8是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括形成上电感器；
图9是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括形成介电层和创建通孔孔洞；
图10是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括形成连接器；
图11是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括形成钝化层和形成用于探测或结合的开口；
图12是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括形成释放孔洞；
图13是形成具有气隙结构的VHT的一阶段的特定实施例的示图，包括从牺牲层移除牺牲材料；
图14是具有并行配置的多个电感器的VHT的特定实施例的示图；
图15是带有气隙结构的具有交织配置的多个电感器的VHT的特定实施例的示图；
图16是形成具有气隙结构的VHT的方法的特定解说性实施例的流程图；
图17是形成具有气隙结构的VHT的方法的另一特定解说性实施例的流程图；
图18是包括具有气隙结构的VHT的通信设备的框图；以及
图19是制造包括具有气隙结构的半导体器件的电子设备的制造过程的特定解说性实施例的数据流图。
详细描述
图1是示出玻璃上无源器件(POG)配置中的具有气隙结构的垂直耦合变压器(VHT)120的透视图的示图。该示图还示出了POG VHT的横截面视图130。在本公开中详细呈现了具有气隙结构的POG VHT及制造方法的特定实施例。然而，应当领会，关于设备的设计和关于如何制造该设备的特定实施例中使用的概念和理解可体现在各种上下文中。所呈现的特定实施例仅仅解说了设计和制造该设备的特定方式，而不限制本公开的范围。
本公开在特定上下文中描述了特定实施例，诸如具有气隙的VHT设备的设计以及制造POG配置中的该设备的方法。然而，根据特定实施例描述的特征、方法、结构或特性也可按适当方式组合以形成一个或多个其他实施例。另外，附图被绘制到这样的程度：它们被用来解说特征、方法、结构或特性之间的相对关系，并且因此不是按照比例绘制的。
POG VHT 120包括下电感器101、上电感器102、以及在下电感器101与上电感器102之间的气隙103。下电感器101可以生成磁场122(例如，响应于向下电感器101施加电流)。上电感器102可响应于磁场122而生成另一电流。
POG VHT 120的横截面视图130包括低损耗材料作为基板132，其可由具有高电阻率的玻璃材料制成。POG VHT 130包括距基板132的表面第一距离的金属连接器134。金属连接器134(例如，M1层)可被用来经由导电层136(例如，通孔层V2)与下电感器101(例如，M3层)连接。POG VHT 130进一步包括上电感器102，其中在下电感器101与上电感器102之间具有气隙103。在上电感器102(例如M4层)与另一金属连接器140(例如，M5层)之间存在另一导电层138(例如，通孔层V4)。该另一金属连接器140可被用来将上电感器102经由第三导电层142连接到其他电路系统或器件。
在垂直变压器(例如，POG VHT 130)中具有气隙结构而不是材料介电层可减小使用该垂直变压器的无线通信设备(例如，RF双工器)的输入电感器(例如，下电感器101)与输出电感器(例如，上电感器102)之间的寄生电容耦合。减小的寄生耦合可导致与无线通信设备相关联的改善的TX-RX隔离。在特定实施例中，具有气隙结构而不是材料介电层可减小输入电感器与输出电感器之间的空隙宽度，从而导致改善的ANT-RX信号耦合。在另一特定实施例中，气隙结构可用作比材料介电层更低损耗的介电层，由此减小了与无线通信设备相关联的ANT-RX插入损耗和TX-ANT插入损耗。
图2是解说形成具有气隙结构的POG VHT中的组件的一阶段的示图。该示图示出了晶片200的一部分的横截面视图。晶片200包括低损耗(例如，介电、宽带隙半导体等)材料作为基板201，该基板201可由玻璃材料制成。低损耗材料可包括介电材料或高绝缘性半导体材料。低损耗材料的示例包括玻璃、石英、蓝宝石、绝缘体上硅(SOI)、砷化镓(GaAs)、磷酸铟(InO4P)、碳化硅(SiC)、塑料、罗杰斯层叠(Rogers Laminates)、氮化硅、氮氧化硅、陶瓷、聚合物、以及环氧树脂。基板201的厚度可以是容适以下工艺和封装准则的任何适当大小。在特定实施例中，该厚度可以为约0.7毫米(mm)。在另一特定实施例中，该厚度可以为约0.3mm。在另一特定实施例中，该厚度可以为约0.1mm。在另一特定实施例中，该厚度的范围可以为从约0.1mm到约0.7mm。
注意，在本公开的特定实施例中，薄膜沉积工艺(诸如化学气相沉积(CVD)、旋涂、溅射、和/或电镀)可被用来形成金属层和金属间介电层。光刻可被用来形成金属层的图案。蚀刻工艺可被执行以移除不想要的材料。平坦化工艺(诸如“回蚀”和化学机械抛光(CMP))可被用来创建平坦表面。
还注意到，为了便于解说和清楚，仅有限数量的连接器、电感器、层和其他结构或器件被显示在本公开的附图中。本领域普通技术人员将领会，在实践中，按照设计准则，晶片200可主存大量连接器、电感器、层、和其他结构或器件。还注意到，在说明书和附图中可能不重复类似的标号、字母、材料、功能、结构、和工艺流。
金属连接器202可在基板201的要被用来与电感器连接的表面上形成。连接器202可通过首先在基板201的前侧(FS)上沉积导电层203来形成。用于导电层203的材料可包括任何导电材料。在特定实施例中，导电层203是金属或金属合金，诸如铝-铜(Al-Cu)合金。导电层203的厚度可包括各种厚度。在特定实施例中，该厚度为约1-3微米(um)。导电层203可通过薄膜沉积工艺(诸如物理气相沉积(PVD)(例如溅射)或化学气相沉积(CVD))来形成。替换地，也可通过电镀工艺来形成导电层203。在特定实施例中，导电层203由铜(Cu)制成并且是使用电镀工艺或CVD工艺制成的以获得高导电且低损耗的层。可对导电层203执行光刻-蚀刻工艺流以形成经图案化的金属连接器202。
如图3中的处理阶段300中所解说的，介电层301可以随后在基板201上形成以将金属连接器202与其他电路系统或器件电绝缘。介电层301可包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、或绝缘聚合物(例如，聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、丙烯酸、聚苯并恶唑(PBO)、或光阻)。在特定实施例中，介电层301的厚度为约3微米(um)。可对基板201执行各向异性蚀刻工艺以在介电层301中创建通孔孔洞302。在特定实施例中，通孔孔洞302的深度为约2um。
如图4中的处理阶段400中所解说的，可在基板201上沉积导电层401以形成电感器402。用于导电层401的材料可包括适于制造RF电感器的任何导电材料。在特定实施例中，导电层401由诸如铜(Cu)等金属或金属合金制成。导电层401可通过薄膜沉积工艺(诸如电镀、溅射PVD、或化学气相沉积(CVD))来形成。可对导体层401执行光刻-蚀刻工艺流以形成经图案化的电感器402。图4中解说的电感器402可对应于图1的下电感器101的横截面视图。
如图5中的处理阶段500中所解说的，介电层501可以随后在基板201上沉积以将电感器402与其他电路系统或器件绝缘。介电层501的材料可包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)、或绝缘聚合物(例如，聚酰亚胺(PI)、苯并环丁烯(BCB)、丙烯酸、聚苯并恶唑(PBO)、或光阻)。
如在图6的处理阶段600中所解说的，平坦化工艺可被用来移除不想要的或多余的介电层材料，创建平坦表面，以及露出电感器402以供后续处理。在此阶段可采用任何适当的平坦化工艺。在特定实施例中，平坦化工艺可包括化学机械抛光(CMP)。在另一特定实施例中，平坦化工艺可包括回蚀(etch-back)平坦化工艺。
如在图7的处理阶段700中所解说的，牺牲层710随后可被沉积在基板201上以在稍后被移除以形成气隙。光刻-蚀刻工艺可被用来图案化牺牲层701。牺牲层701的材料可以是可在稍后规程期间通过各工艺移除的任何材料。在特定实施例中，牺牲材料包括钼、非晶硅(a-Si)、多晶硅、二氧化硅(SiO2)或SU-8光阻。在特定实施例中，牺牲层701的厚度为约5um。在另一特定实施例中，牺牲层701的厚度为大致3-10um。
如图8中的处理阶段800中所解说的，可在基板201上沉积导电层801以形成电感器802。用于导电层801的材料可包括适于制造RF电感器的任何导电材料。在特定实施例中，导电层801由诸如铜(Cu)等金属或金属合金制成。导电层801可通过薄膜沉积工艺(诸如电镀、物理气相沉积(PVD)、或化学气相沉积(CVD))来形成。可对导体层801执行光刻-蚀刻工艺流以形成经图案化的电感器802。电感器802可以是任何适当高度的。在特定实施例中，电感器802的高度为约10um。如图8中解说的电感器802可对应于图1的上电感器102的横截面视图。
如图9中的处理阶段900中所解说的，介电层901可以随后在基板101上沉积以将电感器802与其他电路系统或器件绝缘。介电层901的材料可包括二氧化硅(SiO2)、氮化硅(Si3N4)或绝缘聚合物。在特定实施例中，介电层901的厚度为约15um。可对基板201执行各向异性蚀刻工艺来在介电层901中创建通孔孔洞902。通孔孔洞902可被用于在稍后的处理阶段中形成连接器。在特定实施例中，通孔孔洞902的深度为约2um。
如图10中的处理阶段1000所解说的，导电层1001可被沉积在基板201上以形成连接器1002，该连接器1002可被用于将电感器802与其他电路系统或器件连接。用于导电层1001的材料可包括适于制造连接器的任何导电材料。在特定实施例中，导电层1001由金属或金属合金(诸如铝-铜(Al-Cu)合金)制成。导电层1001可通过薄膜沉积工艺(诸如物理气相沉积(PVD)(例如溅射)或化学气相沉积(CVD))来形成。在特定实施例中，导电层203由铜(Cu)制成并且是使用电镀工艺或CVD工艺制成的以获得高导电且低损耗的层。可对导体层1001执行光刻-蚀刻工艺流以形成经图案化的连接器1002。在特定实施例中，连接器1002的厚度为约10um。
如图11中的处理阶段1100中所解说的，钝化层1101可随后被形成在基板201上以将电感器802和连接器1002与结合到晶片200的任何晶片中的其他电路系统或器件电绝缘。可对基板201执行各向异性蚀刻工艺来在钝化层1101中创建开口1102。开口1102可被用于探测连接器1102、与连接器1002结合或两者。
如在图12中的处理阶段1200中所解说的，可对基板201执行各向异性蚀刻工艺以在介电层901和钝化层1101中创建一个或多个凹陷1201。该一个或多个凹陷1201可被用作释放孔洞以移除牺牲层701并形成如关于图13所描述的气隙。
如在图13中的处理阶段1300中所解说的，在创建一个或多个凹陷1201之后，可应用工艺以移除牺牲层701。该工艺可以是任何适当的工艺，诸如化学工艺(例如，湿法蚀刻或气相蚀刻)。一旦牺牲层701被移除，在电感器402与电感器802之间形成气隙1301。气隙1301可包括微机电系统(MEMS)气隙。在POG VHT中具有气隙1301提升POG VHT的性能。例如，与使用在电感器402与电感器802之间包含介电层的VHT相比，在RF双工器配置中使用在电感器402与电感器802之间具有气隙1301的POG VHT可改善TX-RX隔离和ANT-RX敏感性，并可减小TX-ANT和RX-ANT插入损耗。
注意到，为便于解说和清楚起见，描述了牺牲层701和形成以上所示的气隙1301的工艺。本领域技术人员应当意识到，在实践中，许多配置中的气隙可在晶片200中形成。在特定实施例中，可在多个电感器402与多个电感器802之间形成多个气隙。
注意到，可使用其他适当处理技术(诸如镶嵌工艺)来形成电感器402和802以及连接器层202和1002。
还注意到，电感器402和802和以上示出的形成电感器402和802的工艺是为了便于解说和清楚起见。本领域技术人员应当意识到，在实践中，各种参数和配置的许多电感器可在以上解说的处理规程之后在晶片200中形成。在特定实施例中，形成方形、中空、环形、或八边形的平坦电感器的阵列。在另一实施例中，形成方形、中空、环形、或八边形的螺旋电感器的阵列。
还注意到，电感器402和802可被形成为并行配置中的多个垂直耦合电感器。该多个垂直耦合电感器可包括多个具有两个垂直耦合电感器的集合。如在图14中的多个垂直耦合实施例1400中所解说的，该多个垂直耦合电感器还可包括两个垂直耦合电感器结构，每个垂直耦合电感器结构包括由连接器连接并处于并行配置的一系列电感器1401和1402。各电感器1401被并行设置为第一堆栈，各电感器1402被并行设置为第二堆栈，并且第一堆栈与第二堆栈并行设置。
还要注意，除了并行配置以外，电感器402和802还可在交织配置中形成。如图15中的交织配置1500中所解说的，交织配置1500包括第一类型的一系列电感器1501和第二类型的一系列电感器1502。第一类型电感器1501和第二类型电感器1502中的每个电感器包括在先配置中的电感器的一部分。
每个第一类型电感器1501与每个第二类型电感器1502配对并与其横向设置以形成电感器结构。一个电感器结构设置成距另一电感器结构第一距离。即，电感器结构是并行设置的。另外，一个电感器结构的第一类型电感器1501通过连接器与另一电感器结构的第一类型电感器1501连接。同样，一个电感器结构的第二类型电感器1502通过连接器与另一电感器结构的第二类型电感器1502连接。
交织配置1500可在使用图1的垂直耦合变压器(VHT)120或图4的多个垂直耦合实施例1400的应用中使用。例如，交织配置1500可在无线通信设备(诸如RF双工器)中使用。与在无线通信设备中使用没有气隙的垂直变压器相比，交织配置1500中的第一类型电感器和第二类型电感器之间的气隙可改善TX-RX隔离和ANT-RX信令耦合并可减小与该无线通信设备相关联的ANT-RX插入损耗和TX-ANT插入损耗。
参照图16，一种形成具有气隙结构的垂直耦合变压器(VHT)(例如POG VHT 120)的方法的特定解说性实施例的流程图被描绘并将其一般指定为1600。方法1600的一个或多个操作可由集成到电子设备(诸如半导体制造工厂(例如，“加工厂”)的装备)中的处理器执行，如参照图19进一步描述的。
方法1600包括在1602形成第一电感器结构。例如，第一电感器结构可对应于图1的下电感器101。为了解说，如参照图4所描述的，电感器402可以在距玻璃基板201第一距离处形成。电感器402可对应于图1的下电感器101并且玻璃基板201可对应于图1的玻璃基板132。
方法1600还包括在1604形成第二电感器结构。第一电感器结构可位于低损耗基板与第二电感器结构之间。第一电感器结构可与第二电感器结构对齐以形成变压器。例如，第二电感器结构可对应于图1的上电感器102。为了解说，如参照图8所描述的，电感器802可在距玻璃基板201第二距离处形成以形成VHT，其中第二距离大于第一距离。电感器802可对应于图1的上电感器102。
方法1600进一步包括在1606在第一电感器结构与第二电感器结构之间形成气隙。例如，如参照图13所描述的，气隙1301可在电感器402与电感器802之间形成。气隙1301可对应于图1的气隙103。
将领会，与使用没有气隙的垂直变压器相比，形成具有气隙结构的VHT可改善与无线通信设备相关联的TX-RX隔离。在至少一个实施例中，形成具有气隙结构的VHT可减小输入电感器(例如，电感器402)与输出电感器(例如，电感器802)之间的寄生电容耦合，由此改善与该无线通信设备相关联的TX-RX隔离。
参照图17，描绘了一种形成具有气隙结构的垂直耦合变压器(VHT)(例如POG VHT120)的方法的特定解说性实施例的流程图并将其一般指定为1700。方法1700的一个或多个操作可由集成到电子设备(诸如半导体制造工厂(例如，“加工厂”)的装备)中的处理器执行，如参照图9进一步描述的。
方法1700包括在1702形成电感器结构。各电感器结构中的每个电感器结构可包括第一电感器和第二电感器。第一电感器和第二电感器可彼此靠近。各电感器结构可并行设置。第一电感器结构中的第一电感器可与第二电感器结构中的第一电感器连接。第一电感器结构中的第二电感器可与第二电感器结构中的第二电感器连接。第一电感器结构可位于低损耗基板与第二电感器结构之间。第一电感器结构可与第二电感器结构对齐以形成变压器。例如，如参照图14所描述的，两个垂直耦合电感器结构中的每个垂直耦合电感器结构包括由连接器连接并处于并行配置中的电感器1401和1402。
方法1700还包括在1704在第一电感器结构与第二电感器结构之间形成气隙。例如，如参照图13所描述的，气隙可在电感器402与电感器802之间形成。在特定实施例中，电感器402可对应于图14的两个电感器结构中的电感器1401。电感器802可对应于图14的两个电感器结构中的电感器1402。
参照图16的方法1600、图17的方法1700或其组合可通过现场可编程门阵列(FPGA)器件、专用集成电路(ASIC)、处理单元(诸如中央处理器单元(CPU)、数字信号处理器(DSP))、控制器、另一硬件设备、固件设备、或其任何组合来执行。作为示例，图16的方法1600、图17的方法1700、或其组合可由半导体制造装备执行，诸如执行存储在存储器(例如非瞬态计算机可读介质)处的指令的处理器，如参照图19进一步描述的。
参照图18，描绘了移动设备的特定解说性实施例的框图并将其一般地指定为1800。移动设备1800可包括处理器1810，诸如数字信号处理器(DSP)。处理器1810可耦合至存储器1832(例如，随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM)、电可擦式可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、或本领域中所知的任何其他形式的非瞬态存储介质)。存储器1832可存储可由处理器1810执行的指令1862。存储器1832可存储处理器1810可访问的数据1866。
移动设备1800包括形成有气隙的至少一个VHT，诸如图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT。例如，如图18中所描绘的，RF接口1852可包括VHT 1856(例如，图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)。作为另一示例，图18解说了可包括VHT 1848(例如，图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)的电源1844。作为另一示例，片上系统1822、片上系统1822的一个或多个组件、或其组合可包括图1的POGVHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT。例如，如图18中所描绘的，无线控制器1840可包括VHT 1846(例如，图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)。在特定实施例中，VHT 1846可被用作RF双工器或在RF双工器中使用。
图18还示出了耦合至处理器1810和显示器1828的显示器控制器1826。编码器/解码器(CODEC)1834也可耦合至处理器1810。扬声器1836和话筒1838可被耦合至CODEC 1834。图18还指示了无线控制器1840可被耦合至处理器1810并可经由射频(RF)接口1852进一步被耦合至天线1842。
在特定实施例中，处理器1810、显示器控制器1826、存储器1832、CODEC 1834以及无线控制器1840被包括在系统级封装或片上系统设备1822中。输入设备1830和电源1844可耦合至片上系统设备1822。此外，在特定实施例中，并且如图18中所解说的，显示器1828、输入设备1830、扬声器1836、话筒1838、无线天线1842和电源1844在片上系统设备1822的外部。然而，显示器1828、输入设备1830、扬声器1836、话筒1838、无线天线1842和电源1844中的每一者可耦合至片上系统设备1822的组件，诸如接口或控制器。
上文公开的设备和功能性可被设计和配置在存储在计算机可读介质上的计算机文件(例如，RTL、GDSII、GERBER等)中。一些或全部此类文件可被提供给制造管理人以基于此类文件来制造设备。结果产生的产品包括半导体晶片，其随后被切割为半导体管芯并被封装成半导体芯片。半导体芯片随后被集成到电子设备中，如参照图19进一步描述的。
参照图19，描绘了电子设备制造过程的特定解说性实施例，并且将其一般指定为1900。在图19中，物理设备信息1902在制造过程1900处(诸如在研究计算机1906处)被接收。物理设备信息1902可包括代表诸如形成有气隙的VHT(例如图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)的半导体器件的至少一种物理性质的设计信息。例如，物理设备信息1902可包括经由耦合至研究计算机1906的用户接口1904输入的物理参数、材料特性、以及结构信息。研究计算机1906包括耦合至计算机可读介质(诸如存储器1910)的处理器1908，诸如一个或多个处理核。存储器1910可存储计算机可读指令，其可被执行以使处理器1908将物理设备信息1902转换成遵循文件格式并生成库文件1912。
在特定实施例中，库文件1912包括至少一个包括经转换的设计信息的数据文件。例如，库文件1912可包括被提供以与电子设计自动化(EDA)工具1920联用的半导体器件的库，其包括半导体器件(例如，图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)。
库文件1912可在设计计算机1914处与EDA工具1920协同使用，设计计算机1914包括耦合至存储器1918的处理器1916，诸如一个或多个处理核。EDA工具1920可被存储为存储器1918处的处理器可执行指令以使得设计计算机1914的用户使用库文件1912来设计包括半导体器件(例如，图1的POG VHT120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)的电路。例如，设计计算机1914的用户可经由耦合至设计计算机1914的用户接口1924来输入电路设计信息1922。电路设计信息1922可包括代表半导体器件的至少一种物理属性的设计信息，该半导体器件诸如是半导体器件(例如图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)。为了解说，电路设计性质可包括特定电路的标识以及与电路设计中其他元件的关系、定位信息、特征尺寸信息、互连信息、或表示半导体器件的物理性质的其他信息。
设计计算机1914可被配置成转换设计信息(包括电路设计信息1922)以遵循文件格式。为了解说，该文件格式可包括以分层格式表示关于电路布局的平面几何形状、文本标记、及其他信息的数据库二进制文件格式，诸如图形数据系统(GDSII)文件格式。除了其他电路或信息之外，设计计算机1914还可被配置成生成包括经变换的设计信息的数据文件，诸如GDSII文件1926，其包括描述半导体器件(例如图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)的信息。为了解说，该数据文件可包括与包括半导体器件(例如图1的POGVHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)并且还包括片上系统(SOC)内的附加电子电路和组件的该SOC相对应的信息。
GDSII文件1926可在制造过程1928处被接收以制造半导体器件(例如，图1的POGVHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)，并根据GDSII文件1926中的经转换的信息。例如，器件制造过程可包括将GDSII文件1926提供给掩模制造商1930以创建一个或多个掩模，诸如用于与光刻处理联用的掩模，其在图19中被解说为代表性掩模1932。掩模1932可在制造过程期间使用以生成一个或多个晶片，在图19中被解说为代表性晶片1934。在至少一个实施例中，晶片1934包括晶片200。根据进一步的实施例，晶片200可使用替换技术来生成。晶片1934可被测试并分为多个管芯，诸如代表性管芯1936。管芯1936包括包含半导体器件(例如，图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)的电路。
结合所描述的实施例，非瞬态计算机可读介质存储可由计算机执行以执行图16的方法1600、图17的方法1700、或其组合的指令。例如，半导体制造工厂的装备可包括计算机和存储器并可执行图16的方法1600、图17的方法1700、或其组合，诸如结合制造过程1928并使用GSDII文件1926。为了解说，如参照图16所描述的，该计算机可执行指令以开始形成第一电感器结构，形成第二电感器结构，以及在该第一电感器结构与该第二电感器结构之间形成气隙。
管芯1936可被提供给封装过程1938，其中管芯1936被纳入到代表性封装1940中。例如，封装1940可包括单个管芯1936或多个管芯，诸如系统级封装(SiP)安排。封装1940可被配置成遵循一个或多个标准或规范，诸如电子器件工程联合委员会(JEDEC)标准。
关于封装1940的信息可诸如经由存储在计算机1946处的组件库被分发给各产品设计者。计算机1946可包括耦合至存储器1950的处理器1948，诸如一个或多个处理核。印刷电路板(PCB)工具可作为处理器可执行指令被存储在存储器1950处以处理经由用户接口1944从计算机1946的用户接收的PCB设计信息1942。PCB设计信息1942可包括经封装的半导体器件在电路板上的物理定位信息，该所封装半导体器件对应于封装1940，该封装1940包括半导体器件(例如，图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)。
计算机1946可被配置成转换PCB设计信息1942以生成数据文件，诸如具有包括经封装的半导体器件在电路板上的物理定位信息以及电连接的布局(诸如迹线和通孔)的数据的GERBER文件1952，其中经封装的半导体器件对应于封装1940，该封装1940包括半导体器件(例如，图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)。在其他实施例中，由经转换的PCB设计信息生成的数据文件可具有GERBER格式以外的格式。
GERBER文件1952可在板组装过程1954处被接收并且被用于创建根据GERBER文件1952内存储的设计信息来制造的PCB，诸如代表性PCB 1956。例如，GERBER文件1952可被上传到一个或多个机器以执行PCB生产过程的各个步骤。PCB 1956可填充有电子组件(包括封装1940)以形成代表性印刷电路组装件(PCA)1958。
PCA 1958可在产品制造过程1960处被接收，并被集成到一个或多个电子设备中，诸如第一代表性电子设备1962和第二代表性电子设备1964。作为解说性的、非限制性的示例，第一代表性电子设备1962、第二代表性电子设备1964或两者可以是半导体器件(例如，图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)可被集成于其中的蜂窝电话、无线局域网(LAN)设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、娱乐单元、导航设备、通信设备、个人数字助理(PDA)、固定位置数据单元、以及计算机。作为另一解说性的非限定性示例，电子设备1962和1964中的一者或多者可以是远程单元(诸如移动电话、手持式个人通信系统(PCS)单元)、便携式数据单元(诸如个人数据助理、启用全球定位系统(GPS)的设备、导航设备)、位置固定的数据单元(诸如仪表读数装备)、或者存储或检索数据或计算机指令的任何其他设备、或者其任何组合。尽管图19解说了根据本公开的教义的远程单元，但本公开并不限于这些解说的单元。本公开的实施例可合适地用在包括具有存储器和片上电路系统的有源集成电路系统的任何设备中。
一种包括半导体器件(例如，图1的POG VHT 120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)的设备可被制造、处理和纳入到电子设备中，如在解说性过程1900中所描述的。关于图1-19公开的各实施例的一个或多个方面可被包括在各个处理阶段，诸如被包括在库文件1912、GDSII文件1926、以及GERBER文件1952内，以及被存储在研究计算机1906的存储器1910、设计计算机1914的存储器1918、计算机1946的存储器1950、在各个阶段(诸如在板组装过程1954处)使用的一个或多个其他计算机或处理器的存储器(未示出)处，并且还被纳入到一个或多个其他物理实施例中，诸如晶片1934、管芯1936、封装1940、PCA 1958、其他产品(诸如原型电路或设备(未示出))中、或者其任何组合。尽管参照图1-19描绘了各种代表性阶段，然而在其他实施例可使用更少的阶段或可包括附加阶段。类似地，图19的过程1900可由单个实体或由执行过程1900的各个阶段的一个或多个实体来执行。
结合所描述的实施例，公开了包括第一半导体器件(例如，图1的POG VHT120、图14的多个垂直耦合实施例1400、图15的交织配置1500、根据图16的方法1600形成的VHT、和/或根据图17的方法1700形成的VHT)的设备。该第一半导体器件可包括VHT 1856、VHT 1848、或其组合。该设备进一步包括用于将第一半导体器件与至少第二半导体器件(例如，PCB1956)电耦合的装置。
结合所描述的实施例，公开了一种包括用于生成磁场的装置的设备。例如，用于生成磁场的装置可包括图1的下电感器101、图4的电感器402、图1的电感器1402、或其组合。
该设备还包括用于响应于磁场而生成电流的装置。用于生成磁场的装置在低损耗基板与用于生成电流的装置之间。用于生成磁场的装置与用于生成电流的装置对齐以形成变压器。在用于生成磁场的装置与用于生成电流的装置之间有气隙。例如，用于生成电流的装置可包括图1的上电感器102、图8的电感器802、图14的电感器1401、或其组合。
技术人员将进一步领会，结合本文所公开的实施例来描述的各种解说性逻辑框、配置、模块、电路、和算法步骤可实现为电子硬件、由处理器执行的计算机软件、或这两者的组合。各种解说性组件、框、配置、模块、电路、和步骤已经在上文以其功能性的形式作了一般化描述。此类功能性是被实现为硬件还是处理器可执行指令取决于具体应用和加诸于整体系统的设计约束。技术人员可针对每种特定应用以不同方式来实现所描述的功能性，但此类实现决策不应被解读为致使脱离本发明的范围。
结合本文所公开的实施例描述的方法或算法的各个步骤可直接用硬件、由处理器执行的软件模块或两者的组合来实现。软件模块可驻留在随机存取存储器(RAM)、闪存、只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦式可编程ROM(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动盘、压缩盘只读存储器(CD-ROM)、或本领域中所知的任何其他形式的非瞬态存储介质中。示例性的存储介质被耦合到处理器以使得该处理器能从/向该存储介质读和写信息。替换性地，存储介质可以被整合到处理器。处理器和存储介质可驻留在专用集成电路(ASIC)中。ASIC可驻留在计算设备或用户终端中。在替换方案中，处理器和存储介质可作为分立组件驻留在计算设备或用户终端中。
提供前面对所公开的实施例的描述是为了使本领域技术人员皆能制作或使用所公开的实施例。对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员而言将是显而易见的，并且本文中定义的原理可被应用于其他实施例而不会脱离本公开的范围。因此，本公开并非旨在被限定于本文中示出的实施例，而是应被授予与如由所附权利要求定义的原理和新颖性特征一致的最广的可能范围。

Claims (41)

1.一种用于垂直耦合变压器的设备，包括：
低损耗基板；
在所述低损耗基板上形成的第一电感器结构，其中所述第一电感器结构包括第一电感器；
在所述第一电感器结构上形成的介电层；
在所述介电层中形成的第二电感器结构，其中所述第二电感器结构包括在所述介电层中形成的凹陷旁边的第二电感器，所述第一电感器结构与所述第二电感器结构对齐以形成变压器；以及
在所述第一电感器结构与所述第二电感器结构之间形成的气隙，其中所述气隙耦合至所述凹陷。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于：
所述气隙包括微机电系统(MEMS)气隙；以及
所述气隙的第一部分耦合至所述凹陷的在所述介电层中的所述凹陷的第二部分。
3.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述变压器包括垂直耦合变压器。
4.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述低损耗基板包括介电基板或半导体基板。
5.如权利要求1所述的设备，其特征在于，在经由蚀刻来沉积所述凹陷之后，所述气隙的一部分经由化学过程被置于所述凹陷中，并且其中所述低损耗基板包括玻璃、石英、蓝宝石、绝缘体上硅(SOI)基板、砷化镓(GaAs)、磷酸铟(InO4P)、碳化硅(SiC)、塑料、罗杰斯层叠、氮化硅、氮氧化硅、陶瓷、聚合物、环氧树脂或以上组合。
6.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一电感器结构和所述第二电感器结构包括方形平坦电感器、中空平坦电感器、环形平坦电感器、或八边形平坦电感器。
7.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一电感器结构和所述第二电感器结构包括方形螺旋电感器、中空螺旋电感器、环形螺旋电感器、或八边形螺旋电感器。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一电感器结构包括多个第一电感器并且其中所述第二电感器结构包括多个第二电感器。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述多个第一电感器被并行设置为第一堆栈，其中所述多个第二电感器被并行设置为第二堆栈，并且其中所述第一堆栈与所述第二堆栈并行设置。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于：
第一气隙位于所述多个第一电感器之间；
第二气隙位于所述多个第二电感器之间。
11.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一电感器和所述第二电感器被集成在至少一个半导体管芯中。
12.如权利要求1所述的设备，其特征在于，进一步包括选自以下各项的另一设备：蜂窝电话、无线局域网(WLAN)设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、导航设备、个人数字助理(PDA)、位置固定的数据单元、以及计算机，所述各项中集成了所述低损耗基板、所述第一电感器结构、以及所述第二电感器结构。
13.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一电感器包括两个毗邻电感器，并且其中所述气隙位于这两个毗邻电感器上方。
14.如权利要求1或权利要求13所述的设备，其特征在于，所述第二电感器包括两个毗邻电感器，并且其中所述气隙位于所述第二电感器的所述两个毗邻电感器下方。
15.一种用于垂直耦合变压器的设备，包括：
低损耗基板；
在所述低损耗基板上形成的介电层；以及
位于所述低损耗基板上方的电感器结构，
所述电感器结构中的每一个电感器结构包括第一电感器和第二电感器，
第一电感器结构在所述低损耗基板与在所述介电层中形成的凹陷旁边的第二电感器结构之间，
所述介电层形成在所述第一电感器结构上，所述第二电感器结构形成在所述介电层中；
所述第一电感器结构与所述第二电感器结构对齐以形成变压器，以及
在所述第一电感器结构与所述第二电感器结构之间的气隙耦合至所述凹陷。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述电感器结构处于经交织的配置。
17.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第一电感器和所述第二电感器包括方形平坦电感器、中空平坦电感器、环形平坦电感器、或八边形平坦电感器。
18.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述第一电感器和所述第二电感器包括方形螺旋电感器、中空螺旋电感器、环形螺旋电感器、或八边形螺旋电感器。
19.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述气隙是微机电系统(MEMS)气隙。
20.如权利要求15所述的设备，其特征在于，所述电感器结构被集成在至少一个半导体管芯中。
21.如权利要求15所述的设备，其特征在于，进一步包括选自以下各项的另一设备：蜂窝电话、无线局域网(WLAN)设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、导航设备、个人数字助理(PDA)、位置固定的数据单元、以及计算机，所述各项中集成了所述低损耗基板和电感器结构。
22.一种用于制造垂直耦合变压器的方法，包括：
形成包括第一电感器的第一电感器结构；
形成包括第二电感器的第二电感器结构，其中所述第一电感器结构在低损耗基板与所述第二电感器结构之间，并且其中所述第一电感器结构与所述第二电感器结构对齐以形成变压器；
在所述低损耗基板上形成介电层；以及
在所述第一电感器结构与所述第二电感器结构之间形成气隙，所述气隙耦合至在所述介电层中形成的凹陷，
其中所述介电层形成在所述第一电感器结构上，所述第二电感器结构形成在所述介电层中。
23.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述气隙是通过移除牺牲材料贯穿所述凹陷来形成的。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，所述牺牲材料包括钼、非晶硅、多晶硅、二氧化硅、以及SU-8光阻中的至少一者。
25.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一电感器结构包括多个第一电感器并且其中所述第二电感器结构包括多个第二电感器。
26.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述第一电感器结构包括被设置为第一堆栈的多个第一电感器，所述第二电感器结构包括被设置为第二堆栈的多个第二电感器，并且其中所述第一堆栈与所述第二堆栈对齐。
27.如权利要求25所述的方法，其特征在于：
第一气隙位于所述多个第一电感器之间；以及
第二气隙位于所述多个第二电感器之间。
28.如权利要求22所述的方法，其特征在于，所述气隙是微机电系统(MEMS)气隙。
29.如权利要求22所述的方法，其特征在于，形成所述第一电感器结构、形成所述第二电感器结构、以及形成所述气隙是由集成到电子设备中的处理器来发起的。
30.一种用于制造垂直耦合变压器的方法，包括：
在低损耗基板上形成电感器结构；
在所述低损耗基板上形成介电层，其中：
所述电感器结构中的每一个电感器结构包括第一电感器和第二电感器，
第一电感器结构的所述第一电感器物理连接至第二电感器结构的所述第一电感器，所述第二电感器结构位于在所述介电层中形成的凹陷旁边，
所述第一电感器结构的所述第二电感器物理连接至所述第二电感器结构的所述第二电感器，
所述第一电感器结构在所述低损耗基板与所述第二电感器结构之间，以及
所述第一电感器结构与所述第二电感器结构对齐以形成变压器；以及
在所述第一电感器结构与所述第二电感器结构之间形成气隙，所述气隙耦合至所述凹陷，
其中所述介电层形成在所述第一电感器结构上，所述第二电感器结构形成在所述介电层中。
31.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述电感器结构处于经交织的配置。
32.如权利要求30所述的方法，其特征在于，所述气隙是微机电系统(MEMS)气隙。
33.如权利要求30所述的方法，其特征在于，形成所述电感器结构以及形成所述气隙是由集成到电子设备中的处理器来发起的。
34.一种用于垂直耦合变压器的装备，包括：
用于生成磁场的装置；
用于隔离所述用于生成磁场的装置的装置；以及
用于响应于所述磁场而生成电流的装置，其中所述用于生成所述磁场的装置在低损耗基板与用于生成所述电流的装置之间，其中所述用于生成所述磁场的装置包括第一电感器，其中所述用于生成电流的装置包括第二电感器，并且其中所述用于生成所述磁场的装置与所述用于生成所述电流的装置对齐以形成变压器，并且其中在所述用于生成所述磁场的装置与所述用于生成所述电流的装置之间的气隙耦合至在所述用于隔离的装置中形成的凹陷，
其中所述用于隔离的装置形成在所述用于生成所述磁场的装置上，所述用于生成电流的装置形成在所述用于隔离的装置中。
35.如权利要求34所述的装备，其特征在于，所述用于生成所述磁场的装置和所述用于生成所述电流的装置被集成到至少一个半导体管芯中。
36.如权利要求34所述的装备，其特征在于，进一步包括选自以下各项的设备：蜂窝电话、无线局域网(WLAN)设备、机顶盒、音乐播放器、视频播放器、导航设备、个人数字助理(PDA)、位置固定的数据单元、以及计算机，其中所述各项中集成了所述用于生成所述磁场的装置和所述用于生成所述电流的装置。
37.一种存储指令的计算机可读存储设备，所述指令在由处理器执行时使所述处理器执行操作，所述操作包括：
形成包括第一电感器的第一电感器结构；
形成介电层；
形成包括第一电感器的第二电感器结构，其中所述第一电感器结构在低损耗基板与所述第二电感器结构之间，并且其中所述第一电感器结构与所述第二电感器结构对齐以形成变压器；以及
在所述第一电感器结构与所述第二电感器结构之间形成气隙，所述气隙耦合至在所述介电层中形成的凹陷，
其中所述介电层形成在所述第一电感器结构上，所述第二电感器结构形成在所述介电层中。
38.如权利要求37所述的计算机可读存储设备，其特征在于，所述气隙是通过移除牺牲材料来形成的。
39.一种用于制造垂直耦合变压器的方法，包括：
接收数据文件，所述数据文件包括对应于半导体器件的设计信息；以及
根据所述设计信息来制造所述半导体器件，其中所述半导体器件包括：
包括第一电感器的第一电感器结构；
用于隔离所述第一电感器结构的介电层；
包括在所述介电层中形成的凹陷旁边的第二电感器的第二电感器结构，其中所述第一电感器结构在低损耗基板与所述第二电感器结构之间，并且其中所述第一电感器结构与所述第二电感器结构对齐以形成变压器；以及
在所述第一电感器结构与所述第二电感器结构之间的气隙，所述气隙耦合至所述凹陷，
其中所述介电层形成在所述第一电感器结构上，所述第二电感器结构形成在所述介电层中。
40.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述数据文件具有图形数据系统格式。
41.如权利要求39所述的方法，其特征在于，所述数据文件具有GERBER格式。
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