CN106898458B - 电感器及其形成方法 - Google Patents
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Abstract
一种电感器及其形成方法，电感器包括：基底，所述基底上具有介电层；呈条形状的铁磁芯，位于所述介电层内；呈螺线管状的金属层，位于所述介电层内，所述金属层沿所述铁磁芯的延伸方向环绕所述铁磁芯，且所述金属层和所述铁磁芯之间具有所述介电层。本发明所述电感器包括呈条形状的铁磁芯、以及呈螺线管状的金属层，所述金属层沿所述铁磁芯的延伸方向环绕所述铁磁芯；在所述铁磁芯的作用下，使得电感器的导磁率得到提高，且将所述电感器的磁场集中于中心处，从而提高电感器的电感，进而提高电感器的品质因子，提高电感器的效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种电感器及其形成方法。
背景技术
电感器的主要作用是对交流信号进行隔离、滤波，或与电容器、电阻器等组成谐振电路。由于电感器发挥着重要的作用，例如可用于便携式电子产品，无线和射频应用，因此在芯片制造中电感器应用变得越来越普遍。
目前，普遍采用的是螺旋电感器，即利用金属线形成螺旋状的电感器，所述电感器的螺旋状结构就可以产生电感。但是，随着半导体技术的不断发展，器件的尺寸也在不断减小，电感器的电感的增加也相应受到了限制。
因此，亟需提供一种电感器，以增加电感器的电感。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种电感器及其形成方法，增加电感器的电感。
为解决上述问题，本发明提供一种电感器，包括：基底，所述基底上具有介电层；呈条形状的铁磁芯，位于所述介电层内；呈螺线管状的金属层，位于所述介电层内，所述金属层沿所述铁磁芯的延伸方向环绕所述铁磁芯，且所述金属层和所述铁磁芯之间具有所述介电层。
相应的，本发明还提供一种电感器的形成方法，包括：提供基底，所述基底上形成有第一底层介电层；刻蚀部分厚度的所述第一底层介电层，在所述第一底层介电层内形成第一凹槽；在所述第一凹槽的底部和侧壁形成多个分立的底层金属条，沿所述第一凹槽延伸方向上，所述多个底层金属条平行排列，且每一个所述底层金属条具有第一端部和第二端部；形成所述底层金属条后，形成填充满所述第一凹槽的第一介电材料层；刻蚀部分厚度的所述第一介电材料层，在所述第一介电材料层内形成第二凹槽，且剩余所述第一介电材料层作为第二底层介电层；在所述第二凹槽中形成铁磁芯，所述铁磁芯凸出于所述第二凹槽；形成保形覆盖所述铁磁芯的第一顶层介电层，所述第一顶层介电层与所述第二底层介电层相连接；形成保形覆盖所述第一顶层介电层的多个分立的顶层金属条，沿所述铁磁芯延伸方向上，所述多个顶层金属条平行排列，每一个所述顶层金属条具有两端，且每一个顶层金属条的一端与相邻一个底层金属条的第一端部相连接，另一端与另一个相邻底层金属条的第二端部相连接；其中，所述顶层金属条和底层金属条构成金属层，且所述金属层呈螺线管状，所述金属层沿所述铁磁芯的延伸方向环绕所述铁磁芯；形成覆盖所述顶层金属条、第一顶层介电层和第一底层介电层的第二顶层介电层；其中，所述第二顶层介电层与所述第一顶层介电层、中心介电层、第二底层介电层、以及第一底层介电层构成介电层。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明提供一种电感器，所述电感器包括呈条形状的铁磁芯、以及呈螺线管状的金属层，所述金属层沿所述铁磁芯的延伸方向环绕所述铁磁芯；在所述铁磁芯的作用下，使得电感器的导磁率得到提高，且将所述电感器的磁场集中于中心处，从而提高电感器的电感，进而提高电感器的品质因子，提高电感器的效率。
本发明提供一种电感器的形成方法，形成了金属层环绕铁磁芯的电感器结构，在所述铁磁芯的作用下，使得电感器的导磁率得到提高，且将所述电感器的磁场集中于中心处，从而提高电感器的电感，进而提高电感器的品质因子，提高电感器的效率；此外，本发明所述技术方案与半导体制造工艺的兼容性较高，具有工艺可实现性。
附图说明
图1是本发明电感器一实施例的立体图；
图2是图1沿AA1方向割线的剖面结构示意图；
图3是本发明电感器另一实施例的立体图；
图4至图22是本发明电感器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图；
图23和图24是本发明电感器的形成方法另一实施例中各步骤对应的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知，随着器件尺寸的不断减小，电感器的电感增加相应受到了限制，从而导致电感器的品质因子(即Q值)难以得到提高，电感器的效率较低。
为了解决所述技术问题，本发明提供一种具有铁磁芯电感器，所述电感器的金属层沿所述铁磁芯的延伸方向环绕所述铁磁芯；在所述铁磁芯的作用下，使得电感器的导磁率得到提高，且将所述电感器的磁场集中于中心处，从而提高电感器的电感，进而提高电感器的品质因子，提高电感器的效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
结合参考图1和图2，图1示出了本发明电感器一实施例的立体图，图2是图1沿AA1方向割线的剖面结构示意图。
以下将结合附图对本实施例提供的电感器进行详细说明。所述电感器包括：
基底(图未示)，所述基底上具有介电层10；呈条形状的铁磁芯40，位于所述介电层10内；呈螺线管状的金属层20，位于所述介电层10内，所述金属层20沿所述铁磁芯40的延伸方向(如图1中L方向所示)环绕所述铁磁芯40，且所述金属层20和所述铁磁芯40之间具有所述介电层10。
需要说明的是，为了便于图示，图1中未示出位于所述金属层20远离所述铁磁芯40一侧的介电层10。
所述基底为电感器(Inductor)的形成提供工艺平台。
所述基底包括衬底，所述衬底的材料可以为硅、锗、锗化硅、碳化硅或镓化铟，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底。本实施例中，所述衬底的材料为硅。所述基底内可以形成有半导体器件，例如NMOS器件、PMOS器件、电阻器等，所述基底内还可以形成有金属互连结构。需要说明的是，所述电感器位置处的基底内不具有半导体器件。
所述介电层(Dielectric Layer)10用于实现电感器之间的相互绝缘，还用于实现所述电感器与其他半导体结构之间的相互绝缘，且还用于实现所述金属层20之间、以及所述金属层20与所述铁磁芯40之间的绝缘。
所述介电层10的材料为绝缘材料。本实施例中，所述介电层10的材料可以是硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物，所述介电层10的材料还可以是上述三种材料中掺杂碳、氟、硼或磷的材料。
所述螺线管状的金属层20用于作为所述电感器的电感线圈。所述金属层20的材料为导电材料，例如铝、铜、铟、金等金属材料。本实施例中，所述金属层20的材料为铝。
所述金属层20是螺线管结构，所述金属层20的形状根据实际工艺需求而定。本实施例中，在垂直于所述铁磁芯40的延伸方向上，所述金属层20的剖面形状为六边环形。在其他实施例中，所述金属层的剖面形状还可以是圆环形。
本实施例中，所述金属层20包括：多个分立的底层金属条25，所述底层金属条25位于所述铁磁芯40的一侧且环绕部分所述铁磁芯40，且沿所述铁磁芯40延伸方向上，所述多个底层金属条25平行排列，每一个所述底层金属条25具有第一端部(如图1中区域B所示)和第二端部(如图1中区域C所示)；多个分立的顶层金属条26，所述顶层金属条26位于所述铁磁芯40的另一侧且环绕部分所述铁磁芯40，沿所述铁磁芯40延伸方向上，所述多个顶层金属条26平行排列，每一个所述顶层金属条26具有两端，且每一个顶层金属条26的一端(未标示)与相邻一个底层金属条25的第一端部相连接，另一端(未标示)与另一个相邻底层金属条25的第二端部相连接。也就是说，所述底层金属条25和所述顶层金属条26首尾相连，从而形成沿同一方向环绕所述铁磁芯40的螺线管状的金属层20。
所述金属层20的厚度D1(如图2所示)根据实际工艺需求而定。本实施例中，所述金属层20的厚度D1为1微米至6微米。
需要说明的是，所述金属层20位于所述介电层10内，且所述金属层20和所述铁磁芯40之间具有所述介电层10，因此所述金属层20周围包裹有所述介电层10。
所述铁磁芯40材料的导磁率较高，在所述铁磁芯40的作用下，使得电感器的导磁率得到提高，且将所述电感器的磁场集中于中心处，从而提高电感器的电感，进而提高电感器的品质因子，提高电感器的效率。本实施例中，所述铁磁芯40的材料为Fe。在其他实施例中，所述铁磁芯的材料还可以是Ni或Co。
具体地，根据所述电感器的电感线圈的形状，即根据所述金属层20的形状，所述铁磁芯40的形状是条形状。本实施例中，为了降低所述铁磁芯40的形成工艺难度，在所述铁磁芯40的形成过程中提高所述铁磁芯40材料的形成质量，所述铁磁芯40的形状是条形环状体。在其他一些实施例中，所述铁磁芯的形状还可以是实心的条状体。
本实施例中，在垂直于所述铁磁芯40的延伸方向(如图2中X方向所示)上，所述铁磁芯40的剖面形状为六边环形。在另一实施例中，所述铁磁芯的剖面形状还可以为方环形。
需要说明的是，沿所述铁磁芯40中心指向外围的方向上，所述铁磁芯40的厚度D2(如图2所示)不宜过小，也不宜过大。所述铁磁芯40的厚度D2越大，相应增加所述电感器的电感的效果越好，因此如果所述铁磁芯40的厚度D2过小，容易导致增加所述电感器的电感的效果不明显；如果所述铁磁芯40的厚度D2过大，在所述铁磁芯40的形成过程中，容易增加工艺难度，且容易降低所述铁磁芯40的形成质量。为此，本实施例中，在尽可能增加所述铁磁芯40厚度的同时满足工艺可实现性，沿所述铁磁芯40中心指向外围的方向上，所述铁磁芯40的厚度D2为0.5微米至1微米；也就是说，所述条形环状体的铁磁芯40的壁厚是0.5微米至1微米。
还需要说明的是，所述铁磁芯40呈条形环状体，且所述铁磁芯40位于所述介电层10内，因此所述铁磁芯40周围包裹有所述介电层10，所述铁磁芯40和所述金属层20通过所述介电层10进行绝缘。
此外，所述电感器还包括：第一插塞61(如图1所示)，与所述金属层20的一端(未标示)电连接；第二插塞62(如图1所示)，与所述金属层20的另一端(未标示)电连接。
本实施例中，所述第一插塞61和第二插塞62位于所述介电层10内，且所述第一插塞61和第二插塞62均位于所述金属层20靠近所述介电层10顶部的一侧，所述介电层10的顶部露出所述第一插塞61和第二插塞62的顶部。具体到本实施例中，所述第一插塞61和第二插塞62的顶部与所述介电层10的顶部齐平。所述第一插塞61和第二插塞62用于作为所述电感器的电路衔接的电极引线。
本实施例中，所述第一插塞61和第二插塞62的材料均为W。在其他实施例中，所述第一插塞的材料还可以是Al、Cu、Ag或Au等金属材料，所述第二插塞的材料还可以是Al、Cu、Ag或Au等金属材料。
参考图3，示出了本发明电感器另一实施例的立体图。
本实施例与前述实施例相同之处，本发明在此不再赘述。本实施例与前述实施例不同之处在于：在垂直于所述铁磁芯50的延伸方向(如图2中X方向所示)上，所述铁磁芯50的剖面形状为方环形。
对所述电感器的具体描述，可参考前述实施例中的相应描述，在此不再赘述。
结合参考图4至图22，示出了本发明电感器的形成方法一实施例中各步骤对应的结构示意图。相应的，本发明还提供一种电感器的形成方法。以下将结合附图，对所述形成方法的步骤做详细说明。
参考图4，提供基底(图未示)，所述基底上形成有第一底层介电层115。
所述基底为电感器(Inductor)的形成提供工艺平台。
所述基底包括衬底，所述衬底的材料可以为硅、锗、锗化硅、碳化硅或镓化铟，所述衬底还能够为绝缘体上的硅衬底或者绝缘体上的锗衬底。本实施例中，所述衬底的材料为硅。所述基底内可以形成有半导体器件，例如NMOS器件、PMOS器件、电阻器等，所述基底内还可以形成有金属互连结构。需要说明的是，所述电感器位置处的基底内不具有半导体器件。
所述第一底层介电层115用于作为后续所形成介电层的一部分。所述介电层用于实现电感器之间、所述电感器的电感线圈与铁磁芯之间、以及所述电感器与其他半导体结构之间的相互绝缘。
需要说明的是，本实施例中，后续所形成电感器形状为以平行于所述第一底层介电层115顶部的表面为对称面的对称形状。
所述第一底层介电层115的材料为绝缘材料。本实施例中，所述第一底层介电层115的材料可以是硅的氧化物、硅的氮化物或硅的氮氧化物，所述第一底层介电层115的材料还可以是上述三种材料中掺杂碳、氟、硼或磷的材料。
本实施例中，通过化学气相沉积工艺，在所述基底上形成所述第一底层介电层115。所述第一底层介电层115的厚度根据实际所形成电感器的尺寸设计而定。本实施例中，所述第一底层介电层115的厚度是3微米至50微米。
参考图5，刻蚀部分厚度的所述第一底层介电层115，在所述第一底层介电层115内形成第一凹槽101。
所述第一凹槽101为后续形成电感器的电感线圈提供空间位置，所述第一凹槽101的形貌决定所述电感线圈的形貌。
本实施例中，在垂直于所述衬底表面方向上，所述第一凹槽101的剖面形状为倒梯形；相应的，后续所形成电感器的电感线圈的剖面形状为六边环形。在其他实施例中，所述第一凹槽的剖面形状还可以是半圆形。但所述第一凹槽101的剖面形状不仅限于倒梯形和半圆形。
本实施例中，通过使所述第一凹槽101的剖面形状为倒梯形，便于后续金属材料的沉积，从而有利于提高后续金属层的沉积效果和形成质量。
本实施例中，后续所形成电感器形状是以平行于所述第一底层介电层115顶部的表面为对称面的对称形状，相应的，所述第一凹槽101的深度根据所形成电感线圈的尺寸而定。具体到本实施例中，所述第一凹槽101的深度为5微米至20微米。
本实施例中，采用干法刻蚀工艺，刻蚀部分厚度的所述第一底层介电层115。具体地，所述干法刻蚀工艺为等离子体干法刻蚀工艺。在其他实施例中，所述干法刻蚀工艺还可以是反应离子刻蚀(RIE)工艺、离子束刻蚀工艺或激光刻蚀工艺。
结合参考图6和图7，在所述第一凹槽101的底部和侧壁形成多个分立的底层金属条215(如图7所示)，沿所述第一凹槽101延伸方向上，所述多个底层金属条215平行排列，且每一个所述底层金属条215具有第一端部(如图7中区域E所示)和第二端部(如图7中区域F所示)。
所述底层金属条215用于作为后续所形成电感器的电感线圈的一部分。本实施例中，通过在所述第一凹槽101的底部和侧壁形成多个分立的底层金属条215，从而为后续形成螺线管状的电感线圈提高工艺基础。
需要说明的是，所述底层金属条215的厚度T1(如图7所示)不宜过小，也不宜过大。如果所述底层金属条215的厚度T1过小，相应的，后续所形成电感线圈的横截面面积较小，从而导致所形成电感器的电感较小；如果所述底层金属条215的厚度T1过大，难以满足工艺集成度的需求，还容易对后续膜层的形成造成不良影响。为此，本实施例中，所述底层金属条215的厚度T1为1微米至6微米。
具体地，形成所述底层金属条215的步骤包括：在所述第一凹槽101的底部和侧壁形成底层金属膜210(如图6所示)，所述底层金属膜210还位于所述第一底层介电层115顶部；在所述第一凹槽101中的部分底层金属膜210上形成第一图形层(图未示)，所述第一图形层内具有多个第一图形开口，所述第一图形开口沿所述第一凹槽101的延伸方向平行排列；以所述第一图形层为掩膜，刻蚀去除位于所述第一底层介电层115顶部、以及部分所述第一凹槽101表面的底层金属膜210，所述第一凹槽101中的剩余所述底层金属膜210作为底层金属条215，且所述底层金属条215具有第一端部和第二端部；去除所述第一图形层。
本实施例中，采用物理气相沉积工艺的方式，形成所述底层金属膜210。在其他实施例中，形成所述底层金属膜的工艺还可以是电镀工艺。。
参考图8，形成所述底层金属条215后，形成填充满所述第一凹槽101(如图7所示)的第一介电材料层310。
所述第一介电材料层310为后续形成第二底层介电层提供工艺基础，且所形成第二底层介电层用于作为后续所形成介电层的一部分。
对所述第一介电材料层310材料的具体描述，可参考前述第一底层介电层115材料的相应描述，在此不再赘述。所述第一介电材料层310可以由所述第一底层介电层115相同或不同的介电材料形成。本实施例中，为了提高工艺兼容性，所述第一介电材料层310的材料与所述第一底层介电层115的材料相同。
具体地，形成所述第一介电材料层310的步骤包括：通过化学气相沉积工艺，在所述第一凹槽101中填充所述第一介电材料，所述第一介电材料覆盖所述底层金属条215和第一底层介电层115顶部；对所述第一介电材料进行平坦化处理，形成第一介电材料层310，所述第一介电材料层310顶部高于所述底层金属条215和第一底层介电层115顶部。
本实施例中，在所述平坦化处理后，所述第一介电材料层310顶部至所述底层金属条215的第一端部(如图7中区域E所示)或第二端部(如图7中区域F所示)的距离T2(如图8所示)为0.5微米至1微米。
参考图9，刻蚀部分厚度的所述第一介电材料层310(如图8所示)，在所述第一介电材料层310内形成第二凹槽301，且剩余所述第一介电材料层310作为第二底层介电层315。
所述第二底层介电层315用于作为后续所形成介电层的一部分。
后续步骤还包括在所述第二凹槽301内形成铁磁芯，为了降低后续形成所述铁磁芯的工艺难度，提高所述铁磁芯的材料的沉积质量，本实施例中，在垂直于所述衬底表面方向上，所述第二凹槽301的剖面形状为倒梯形。在其他实施例中，所述第二凹槽的剖面形状还可以是方形。
需要说明的是，所述第二凹槽301的深度不宜过小，也不宜过大。如果所述第二凹槽301的深度过小，相应会增加后续形成所述铁磁芯的工艺难度，从而容易降低所述铁磁芯的形成质量；如果所述第二凹槽301的深度过大，容易增加所述底层金属条215和所述铁磁芯相接触的风险，容易导致后续所形成电感器的损坏。为此，本实施例中，所述第二凹槽301的深度为1微米至2微米。
本实施例中，采用干法刻蚀工艺，刻蚀部分厚度的所述第一介电材料层310。具体地，所述干法刻蚀工艺为等离子体干法刻蚀工艺。在其他实施例中，所述干法刻蚀工艺还可以是反应离子刻蚀工艺、离子束刻蚀工艺或激光刻蚀工艺。
需要说明的是，为了避免后续形成所述铁磁芯的过程中，所述铁磁芯的材料与所述底层金属条215相接触，形成所述第二凹槽301后，所述第二底层介电层315覆盖所述底层金属条215。
结合参考图10至图15，在所述第二凹槽301(如图9所示)中形成铁磁芯450(如图15所示)，所述铁磁芯450凸出于所述第二凹槽301。
所述铁磁芯(Ferromagnetic Core)450材料的导磁率较高，从而有利于增加所述电感器的电感。
所述铁磁芯450的材料为铁磁性材料。本实施例中，所述铁磁芯450的材料为Fe。在其他实施例中，所述铁磁芯的材料还可以是Ni或Co。
本实施例中，根据后续所形成电感器的电感线圈的形状，所述铁磁芯450的形状是条形状，所述铁磁芯450延伸方向与所述第二凹槽301延伸方向相同，相应的，所述铁磁芯450延伸方向与所述第一凹槽101(如图5所示)延伸方向也相同。
需要说明的是，为了避免在形成所述铁磁芯450的工艺过程中，出现所述铁磁芯450的材料层厚度过大的情况，从而降低形成所述铁磁芯450的工艺难度，本实施例中，所述铁磁芯450的形状是条形环状体。在其他一些实施例中，所述铁磁芯的形状还可以是实心的条状体。
以下结合附图，对形成所述条形环状体的铁磁芯450的步骤做详细说明。
结合参考图10和图11，在所述第二凹槽301的底部和侧壁形成底层铁磁材料层415(如图11所示)，所述底层铁磁材料层415具有第三端部(如图11中区域G所示)和第四端部(如图11中区域H所示)。
所述底层铁磁材料层415用于作为后续铁磁芯的一部分。本实施例中，所述底层铁磁材料层415的材料为Fe。在其他实施例中，所述底层铁磁材料层的材料还可以是Ni或Co。
需要说明的是，所述底层铁磁材料层415的厚度T3(如图11所示)不宜过小，也不宜过大。所述底层铁磁材料层415的厚度T3越大，增加后续所形成电感器的电感的效果相应越好，因此如果所述底层铁磁材料层415的厚度T3过小，容易导致增加所述电感器的电感的效果不明显；如果所述底层铁磁材料层415的厚度T3过大，在所述第二凹槽301的底部和侧壁形成所述底层铁磁材料层415的过程中，容易增加工艺难度，且容易降低所述底层铁磁材料层415的形成质量。为此，本实施例中，在尽可能增加所述底层铁磁材料层415厚度T3的同时满足工艺可实现性，所述底层铁磁材料层415的厚度T3为0.5微米至1微米。
具体地，形成所述底层铁磁材料层415的步骤包括：在所述第二凹槽301的底部和侧壁表面形成底层铁磁材料膜410(如图10所示)，所述底层铁磁材料膜410还位于所述第二底层介电层315顶部；在所述第二凹槽301中形成第二图形层(图未示)，所述第二图形层覆盖位于所述第二凹槽301中的底层铁磁材料膜410表面；以所述第二图形层为掩膜，刻蚀去除位于所述第二底层介电层315顶部的底层铁磁材料膜410，保留位于所述第二凹槽301中的所述底层铁磁材料膜410，剩余所述底层铁磁材料膜410作为底层铁磁材料层415，且所述底层铁磁材料层415具有第三端部和第四端部；去除所述第二图形层。
本实施例中，采用物理气相沉积工艺的方式，形成所述底层铁磁材料膜410。在其他实施例中，形成所述底层铁磁材料膜的工艺还可以是电镀工艺。
参考图12，形成所述底层铁磁材料层415后，形成填充满第二凹槽301(如图11所示)的第二介电材料层550。
所述第二介电材料层550为后续形成顶部凸出于所述第二凹槽301的中心介电层提供工艺基础。
对所述第二介电材料层550材料的具体描述，可参考前述第一底层介电层115材料的相应描述，在此不再赘述。所述第二介电材料层550可以由所述第一底层介电层115相同或不同的介电材料形成。本实施例中，为了提高工艺兼容性，所述第二介电材料层550的材料与所述第一底层介电层115的材料相同。
具体地，形成所述第二介电材料层550的步骤包括：通过化学气相沉积工艺，在所述第二凹槽301中填充所述第二介电材料，所述第二介电材料覆盖所述底层铁磁材料层415和第二底层介电层315顶部；对所述第二介电材料进行平坦化处理，形成第二介电材料层550，所述第二介电材料层550顶部高于所述底层铁磁材料层415和第二底层介电层315顶部。
本实施例中，所述第二凹槽301的深度为1微米至2微米，所述底层铁磁材料层415的厚度T3(如图11所述)为0.5微米至1微米，为了使后续所形成中心介电层的形状为以平行所述第一底层介电层115顶部的表面为对称面的对称形状，在所述平坦化处理后，所述第二介电材料层550顶部至所述底层铁磁材料层415的第三端部(如图11中区域G所示)或第四端部(如图11中区域H所示)的距离T4为0.5微米至1微米。
参考图13，刻蚀所述第二介电材料层550(如图12所示)，形成中心介电层500，所述中心介电层500凸出于所述第二凹槽301(如图11所示)。
通过所述中心介电层500，使后续所形成铁磁芯的形状为条形环状体。
具体地，在所述第二凹槽301(如图11所示)上方的第二介电材料层550上形成第三图形层(图未示)，所述第三图形层在所述衬底上的投影与所述第二凹槽301底部在所述衬底上的投影重合；以所述第三图形层为掩膜，采用干法刻蚀工艺，刻蚀所述第二介电材料层550，保留位于所述第二凹槽301中的第二介电材料层550以及凸出于所述第二凹槽301的部分第二介电材料层550，形成中心介电层500；形成所述中心介电层500后，去除所述第三图形层。
所述中心介电层500的形状为以平行所述第一底层介电层115顶部的表面为对称面的对称形状。本实施例中，在垂直于所述衬底表面方向上，所述第二凹槽301的剖面形状为倒梯形，因此凸出于所述第二凹槽301的剩余第二介电材料层550的剖面形状为梯形。也就是说，在垂直于所述衬底表面方向上，所述中心介电层500的剖面形状为六边形，且所述中心介电层500的延伸方向与所述第一凹槽101(如图5所示)的延伸方向相同。
结合参考图14和图15，形成保形覆盖所述中心介电层500表面的顶层铁磁材料层425(如图15所示)，所述顶层铁磁材料层425具有两端，且所述顶层铁磁材料层425的一端与所述底层铁磁材料层415的第三端部(如图11中区域G所示)相连接，所述顶层铁磁材料层425的另一端与所述底层铁磁材料层415的第四端部(如图11中区域H所示)相连接；其中，所述顶层铁磁材料层425和所述底层铁磁材料层415构成铁磁芯450(如图15所示)。
所述底层铁磁材料层415和所述顶层铁磁材料层425相连接，且所述底层铁磁材料层415和所述顶层铁磁材料层425之间形成有所述中心介电层500，因此所述铁磁芯450的形状为条形环状。
本实施例中，所述铁磁芯450的形状为以平行于所述第一底层介电层115顶部的表面为对称面的对称形状，因此所述顶层铁磁材料层425的厚度与所述底层铁磁材料层415的厚度相同。
本实施例中，所述顶层铁磁材料层425的材料与所述底层铁磁材料层415的材料相同，所述顶层铁磁材料层425的材料为Fe。
具体地，形成所述顶层铁磁材料层425的步骤包括：形成保形覆盖所述中心介电层500、底层铁磁材料层415和第二底层介电层315的顶层铁磁材料膜420(如图14所示)；形成覆盖位于所述中心介电层500顶部和侧壁、以及所述底层铁磁材料层415表面的顶层铁磁材料膜420的第四图形层(图未示)，所述第四图形层露出位于所述第二底层介电层315上的所述顶层铁磁材料膜420；以所述第四图形层为掩膜，刻蚀去除位于所述第二底层介电层315上的顶层铁磁材料膜420，保留位于所述底层铁磁材料层415和中心介电层500表面的顶层铁磁材料膜420作为顶层铁磁材料层425；形成所述顶层铁磁材料层425后，去除所述第二图形层。
本实施例中，采用物理气相沉积工艺，形成所述顶层铁磁材料膜420。在其他实施例中，形成所述顶层铁磁材料膜的工艺还可以是电镀工艺。
本实施例中，所述中心介电层500的形状为六边形，相应的，在垂直于所述铁磁芯450的延伸方向上，所述铁磁芯450的剖面形状为六边环形。
本实施例中，所述顶层铁磁材料层425与所述底层铁磁材料层415的厚度T3(如图11所示)均为0.5微米至1微米，因此沿所述铁磁芯450中心指向外围的方向上，所述铁磁芯450的厚度为0.5微米至1微米；也就是说，所述条形环状体的铁磁芯450的壁厚是0.5微米至1微米。
结合参考图16和图17，形成保形覆盖所述铁磁芯450的第一顶层介电层325(如图17所示)，所述第一顶层介电层325与所述第二底层介电层315相连接。
所述第一顶层介电层325与所述第二底层介电层315用于对所述铁磁芯450以及后续所形成电感器的金属线圈进行绝缘，从而避免所述铁磁芯450与所述金属线圈接触，进而避免所形成电感器的损坏。
对所述第一顶层介电层325材料的具体描述，请参考前述第一底层介电层115材料的相关描述，在此不再赘述。所述第一顶层介电层325可以由所述第一底层介电层115相同或不同的介电材料形成。本实施例中，为了提高工艺兼容性，所述第一顶层介电层325的材料与所述第一底层介电层115的材料相同。
具体地，形成所述第一顶层介电层325的步骤包括：通过化学气相沉积工艺，形成覆盖所述顶层铁磁材料层425和第二底层介电层315顶部的第三介电材料；对所述第三介电材料进行平坦化处理，形成第三介电材料层320(如图16所示)，所述第三介电材料层320顶部高于所述顶层铁磁材料层425顶部；在位于所述顶层铁磁材料层425顶部的第三介电材料层320上形成第五图形层(图未示)，所述第五图形层在所述衬底上的投影与所述第二底层介电层315底部在所述衬底上的投影重合；以所述第五图形层为掩膜，刻蚀去除位于所述第一底层介电层115上的第三介电材料层320，保留保形覆盖所述顶层铁磁材料层425和第二底层介电层315表面的第三介电材料层320作为第一顶层介电层325，且所述第一顶层介电层325与所述第二底层介电层315相连接；形成所述第一顶层介电层325后，去除所述第五图形层。
结合参考图18和图19，形成保形覆盖所述第一顶层介电层325的多个分立的顶层金属条225(如图19所示)，沿所述铁磁芯450延伸方向上，所述多个顶层金属条225平行排列，每一个所述顶层金属条225具有两端(未标示)，且每一个顶层金属条225的一端与相邻一个底层金属条215的第一端部(如图7中区域E所示)相连接，另一端与另一个相邻底层金属条215的第二端部(如图7中区域F所示)相连接；其中，所述顶层金属条225和底层金属条215构成金属层250，且所述金属层250呈螺线管状，所述金属层250沿所述铁磁芯450的延伸方向环绕所述铁磁芯450。
每一个顶层金属条225的一端与相邻一个底层金属条215的第一端部相连接，另一端与另一个相邻底层金属条215的第二端部相连接，因此所述顶层金属条225与所述底层金属条215之间不平行，且所述顶层金属条225与所述底层金属条215首尾相连，从而使得所述顶层金属条225和底层金属条215构成立体螺旋结构，也就是说，所述金属层250呈螺线管状。
本实施例中，在垂直于所述衬底表面方向上，所述金属层250的形状为以所述第一底层介电层115顶部表面为对称面的对称形状，且所述第一凹槽101(如图7所示)的剖面形状为倒梯形，因此，所述金属层250的剖面形状为六边环形。在其他实施例中，当所述第一凹槽的剖面形状为半圆形时，相应的，所述金属层的剖面形状为圆环形。
具体地，形成所述顶层金属条225的步骤包括：形成保形覆盖所述第一顶层介电层325、底层金属条215和第一底层介电层115的顶层金属膜220(如图18所示)；在位于所述第一顶层介电层325顶部的部分顶层金属膜220上形成第六图形层，所述第六图形层内具有多个第二图形开口，所述第二图形开口沿所述铁磁芯450的延伸方向平行排列，且所述第二图形开口在所述衬底上的投影与所述底层金属条215在所述衬底上的投影不平行；以所述第六图形层为掩膜，刻蚀去除位于所述第一底层介电层115顶部、所述第一顶层介电层325部分顶部和部分侧壁的顶层金属膜220，保留位于所述第一顶层介电层325部分顶部和部分侧壁、以及所述底层金属条215表面的顶层金属膜220，作为顶层金属条225；去除所述第六图形层。
本实施例中，采用物理气相沉积工艺，形成所述顶层金属膜220。在其他实施例中，形成所述顶层金属膜的工艺还可以是电镀工艺。
参考图20，形成覆盖所述顶层金属条225、第一顶层介电层325和第一底层介电层315的第二顶层介电层125；其中，所述第二顶层介电层125与所述第一顶层介电层325、中心介电层500、第二底层介电层315、以及第一底层介电层115构成介电层(未标示)。
对所述第二顶层介电层125材料的具体描述，请参考前述第一底层介电层115材料的相关描述，在此不再赘述。所述第二顶层介电层125可以由所述第一底层介电层115相同或不同的介电材料形成。本实施例中，为了提高工艺兼容性，所述第二顶层介电层125的材料与所述第一底层介电层115的材料相同。
具体地，形成所述第二顶层介电层125的步骤包括：通过化学气相沉积工艺，形成覆盖所述顶层金属条225、第一顶层介电层325和第一底层介电层315的第四介电材料；对所述第四介电材料进行平坦化处理，形成所述第二顶层介电层125。
本实施例中，在所述平坦化处理后，所述第二顶层介电层125的顶部高于所述顶层金属条225的顶部，且所述第二顶层介电层125顶部与所述顶层金属条225顶部的距离T5为0.5微米至1微米。
结合参考图21和图22，图21是立体图，图22是图21沿KK1方向割线的剖面结构示意图，需要说明的是，形成所述第二顶层介电层125后，所述形成方法还包括：在所述顶层金属条225顶部的第二顶层介电层125内形成分立的第一插塞600和第二插塞610，且所述第一插塞600和第二插塞610分别与不同的顶层金属条225实现电连接。
为了便于图示，图21中未标示出所述第二顶层介电层125、第一顶层介电层325、第二底层介电层315和第一底层介电层115。
如图21所示，所述金属层250呈螺线管状，所述金属层250沿所述铁磁芯450的延伸方向具有两端，所述第一插塞600与所述金属层250的一端(未标示)电连接，所述第二插塞610与所述金属层250另一端(未标示)电连接。
具体地，形成所述第一插塞600和第二插塞610的步骤包括：刻蚀所述顶层金属条225顶部的第二顶层介电层125，在所述第二顶层介电层125内形成露出所述金属层250两端的接触孔；在所述接触孔中填充导电材料，所述导电材料还覆盖所述第二顶层介电层125顶部；采用平坦化工艺，去除高于所述第二顶层介电层125顶部的导电材料，形成与所述金属层250的一端电连接的第一插塞600，以及与所述金属层250另一端电连接的第二插塞610。
所述第一插塞600和第二插塞610用于作为所形成电感器的电路衔接的电极引线。
本实施例中，所述第一插塞600和第二插塞610的材料均为W。在其他实施例中，所述第一插塞的材料还可以是Al、Cu、Ag或Au等金属材料，所述第二插塞的材料还可以是Al、Cu、Ag或Au等金属材料。
结合参考图23和图24，示出了本发明电感器的形成方法另一实施例中各步骤对应的结构示意图。
本实施例与前述实施例的相同之处，本发明在此不再赘述。本实施例与前述实施例的不同之处在于：刻蚀部分厚度的所述第一介电材料层，在所述第一介电材料层内形成第二凹槽3011的步骤中，在垂直于所述衬底表面方向上，所述第二凹槽3011的剖面形状是方形。
本实施例中，形成所述第二凹槽3011后，剩余所述第一介电材料层作为第二底层介电层3151。相应的，后续形成铁磁芯4501后，在垂直于所述铁磁芯4501的延伸方向上，所述铁磁芯4501的剖面形状为方环形；后续形成中心介电层5001后，在垂直于所述中心介电层5001的延伸方向上，所述中心介电层5001的剖面形状为方形。
通过本发明电感器的形成方法，形成了金属层环绕所述铁磁芯的电感结构，使得电感器的导磁率得到提高且将所述电感器的磁场集中于中心处，从而提高电感器的电感，进而提高电感器的品质因子，提高电感器的效率；此外，本发明技术方案与半导体制造工艺的兼容性较高，具有工艺可实现性。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种电感器，其特征在于，包括：
基底，所述基底上具有介电层；
呈条形状的铁磁芯，位于所述介电层内；
呈螺线管状的金属层，位于所述介电层内，所述金属层沿所述铁磁芯的延伸方向环绕所述铁磁芯，且所述金属层和所述铁磁芯之间具有所述介电层；
其中，所述金属层包括：多个分立的底层金属条，所述底层金属条位于所述铁磁芯的一侧且环绕部分所述铁磁芯，沿所述铁磁芯延伸方向上，所述多个底层金属条平行排列，每一个所述底层金属条具有第一端部和第二端部；
多个分立的顶层金属条，所述顶层金属条位于所述铁磁芯的另一侧且环绕部分所述铁磁芯，沿所述铁磁芯延伸方向上，所述多个顶层金属条平行排列，每一个所述顶层金属条具有两端，且每一个顶层金属条的一端与相邻一个底层金属条的第一端部相连接，另一端与另一个相邻底层金属条的第二端部相连接，所述顶层金属条和底层金属条构成金属层。
2.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，所述铁磁芯的材料为Ni、Fe或Co。
3.如权利要求1所述的电感器，其特征在于，所述铁磁芯的形状是条形环状体。
4.如权利要求3所述的电感器，其特征在于，在垂直于所述铁磁芯的延伸方向上，所述铁磁芯的剖面形状为六边环形或方环形。
5.一种电感器的形成方法，其特征在于，包括：
提供基底，所述基底上形成有第一底层介电层；
刻蚀部分厚度的所述第一底层介电层，在所述第一底层介电层内形成第一凹槽；
在所述第一凹槽的底部和侧壁形成多个分立的底层金属条，沿所述第一凹槽延伸方向上，所述多个底层金属条平行排列，且每一个所述底层金属条具有第一端部和第二端部；
形成所述底层金属条后，形成填充满所述第一凹槽的第一介电材料层；
刻蚀部分厚度的所述第一介电材料层，在所述第一介电材料层内形成第二凹槽，且剩余所述第一介电材料层作为第二底层介电层；
在所述第二凹槽中形成铁磁芯，所述铁磁芯凸出于所述第二凹槽；
形成保形覆盖所述铁磁芯的第一顶层介电层，所述第一顶层介电层与所述第二底层介电层相连接；
形成保形覆盖所述第一顶层介电层的多个分立的顶层金属条，沿所述铁磁芯延伸方向上，所述多个顶层金属条平行排列，每一个所述顶层金属条具有两端，且每一个顶层金属条的一端与相邻一个底层金属条的第一端部相连接，另一端与另一个相邻底层金属条的第二端部相连接；其中，所述顶层金属条和底层金属条构成金属层，且所述金属层呈螺线管状，所述金属层沿所述铁磁芯的延伸方向环绕所述铁磁芯；
形成覆盖所述顶层金属条、第一顶层介电层和第一底层介电层的第二顶层介电层；其中，所述第二顶层介电层与所述第一顶层介电层、中心介电层、第二底层介电层、以及第一底层介电层构成介电层。
6.如权利要求5所述的电感器的形成方法，其特征在于，所述铁磁芯的材料为Ni、Fe或Co。
7.如权利要求5所述的电感器的形成方法，其特征在于，所述铁磁芯的形状是条形环状体；
在所述第二凹槽中形成铁磁芯的步骤包括：在所述第二凹槽的底部和侧壁形成底层铁磁材料层，所述底层铁磁材料层具有第三端部和第四端部；形成所述底层铁磁材料层后，形成填充满第二凹槽的第二介电材料层；刻蚀所述第二介电材料层，形成中心介电层，所述中心介电层凸出于所述第二凹槽；形成保形覆盖所述中心介电层表面的顶层铁磁材料层，所述顶层铁磁材料层具有两端，且所述顶层铁磁材料层的一端与所述底层铁磁材料层的第三端部相连接，所述顶层铁磁材料层的另一端与所述底层铁磁材料层的第四端部相连接；其中，所述顶层铁磁材料层和所述底层铁磁材料层构成铁磁芯；
形成保形覆盖所述铁磁芯的第一顶层介电层的步骤中，所述第一顶层介电层保形覆盖所述顶层铁磁材料层。
8.如权利要求7所述的电感器的形成方法，其特征在于，在垂直于所述第二凹槽延伸方向上，所述第二凹槽的剖面形状为倒梯形；在垂直于所述铁磁芯的延伸方向上，所述铁磁芯的剖面形状为六边环形；
或者，
在垂直于所述第二凹槽延伸方向上，所述第二凹槽的剖面形状为方形；在垂直于所述铁磁芯的延伸方向上，所述铁磁芯的剖面形状为方环形。
9.如权利要求7所述的电感器的形成方法，其特征在于，沿所述铁磁芯中心指向外围的方向上，所述铁磁芯的厚度为0.5微米至1微米。
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