CN109935451A - 变压器、变压器的制造方法以及半导体装置 - Google Patents

变压器、变压器的制造方法以及半导体装置 Download PDF

Info

Publication number
CN109935451A
CN109935451A CN201811532803.6A CN201811532803A CN109935451A CN 109935451 A CN109935451 A CN 109935451A CN 201811532803 A CN201811532803 A CN 201811532803A CN 109935451 A CN109935451 A CN 109935451A
Authority
CN
China
Prior art keywords
conductor
primary side
lower wire
semiconductor substrate
conductors
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201811532803.6A
Other languages
English (en)
Inventor
田中贯
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Publication of CN109935451A publication Critical patent/CN109935451A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006Printed inductances
    • H01F17/0033Printed inductances with the coil helically wound around a magnetic core
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041Printed circuit coils
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041Printed circuit coils
    • H01F41/042Printed circuit coils by thin film techniques
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06Coil winding
    • H01F41/061Winding flat conductive wires or sheets
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/06Coil winding
    • H01F41/061Winding flat conductive wires or sheets
    • H01F41/063Winding flat conductive wires or sheets with insulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H01L21/283Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current
    • H01L21/285Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation
    • H01L21/28506Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers
    • H01L21/28512Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table
    • H01L21/28556Deposition of conductive or insulating materials for electrodes conducting electric current from a gas or vapour, e.g. condensation of conductive layers on semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table by chemical means, e.g. CVD, LPCVD, PECVD, laser CVD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5227Inductive arrangements or effects of, or between, wiring layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/10Inductors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006Printed inductances
    • H01F2017/0086Printed inductances on semiconductor substrate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804Printed windings
    • H01F2027/2809Printed windings on stacked layers
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F38/00Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions
    • H01F2038/006Adaptations of transformers or inductances for specific applications or functions matrix transformer consisting of several interconnected individual transformers working as a whole
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/2804Printed windings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01FMAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F27/00Details of transformers or inductances, in general
    • H01F27/28Coils; Windings; Conductive connections
    • H01F27/32Insulating of coils, windings, or parts thereof
    • H01F27/323Insulation between winding turns, between winding layers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Manufacturing Cores, Coils, And Magnets (AREA)

Abstract

本发明提供制造效率提高的变压器、变压器的制造方法以及半导体装置。半导体装置具备:半导体基板;绝缘层,其层叠于所述半导体基板的表面的第一部分;变压器,其形成于所述绝缘层;以及配线,其设置于所述半导体基板的所述表面的第二部分之上。变压器具备初级绕组导体以及次级绕组导体。初级绕组导体在绝缘层的内部设置为具有沿与半导体基板的表面平行的方向延伸的中心轴的四边形螺旋形状,由从真空蒸镀膜、化学气相生长膜、以及溅射膜这组膜之中选择的一个导体膜而构成。次级绕组导体在俯视观察半导体基板时与初级绕组导体分离,并且在绝缘层的内部设置为具有中心轴的四边形螺旋形状,与初级绕组导体磁耦合,由导体膜构成。

Description

变压器、变压器的制造方法以及半导体装置
技术领域
本发明涉及变压器、变压器的制造方法以及半导体装置。
背景技术
当前,例如像日本特开2000-353617号公报所公开的那样,已知通过在半导体基板之上设置导电材料而形成变压器的技术。上述公报涉及的变压器如图9所示,通过由导电材料构成的直线状线段部和由导电材料构成的弧形部而构成。更具体地说,像根据上述公报的图9和图11所掌握的那样,通过将多个直线状线段部和多个弧形部进行连接,从而形成了三维螺旋形状的电感器。图9的贯穿纸面方向是与半导体基板的表面平行的方向。上述公报的电感器具有沿图9的贯穿纸面方向具有中心轴的三维螺旋形状,该三维螺旋形状是包含由弧形部形成的曲线部的形状。
在上述公报中的段落0043到段落0060,记载有构成变压器的电感器的制造工序。这里应当注意的是,上述公报是以电解生长工艺为前提的。在上述公报中,如段落0044所记载的那样,首先在基板形成多个槽。然后,如段落0048所记载的那样,通过电解生长工艺,分别向多个槽埋入金属而形成多个直线状线段部。并且,在上述公报中,如段落0057及之后所记载的那样,在多个直线状线段部的上方,通过电解生长工艺而形成有多个圆弧状的导体构造。通过该多个圆弧状的导体构造与多个直线状线段部连接,从而形成了三维螺旋形状的电感器。如上述所示,上述公报所公开的技术是通过电解生长工艺而形成变压器的绕组构造的技术。
专利文献1:日本特开2000-353617号公报
在上述现有技术中,电解生长工艺是必须的。但是,电解生长工艺并不是在形成现有的半导体装置的配线时高频度使用的配线形成工艺。如果考虑到应用于现有的半导体装置时的制造效率,则上述现有技术还具有改善的余地。
发明内容
本发明就是为了解决上述课题而提出的,其目的在于提供制造效率提高的变压器、变压器的制造方法以及半导体装置。
本发明涉及的变压器的制造方法具有下述工序:
在半导体基板的表面层叠下侧绝缘层;
在所述下侧绝缘层之上,通过真空蒸镀法、化学气相生长法、或者溅射法而层叠第一导体膜;
通过对所述第一导体膜进行图案化,从而形成在俯视观察所述半导体基板时彼此分离并且并排配置的第一下部线状导体和第二下部线状导体;
在形成有所述第一下部线状导体以及所述第二下部线状导体的所述下侧绝缘层之上,层叠上侧绝缘层;
以分别到达所述第一下部线状导体的一端以及另一端、所述第二下部线状导体的一端以及另一端的方式,设置将所述上侧绝缘层贯穿的多个接触通路孔;
在所述上侧绝缘层之上,通过真空蒸镀法、化学气相生长法、或者溅射法而层叠第二导体膜;以及
通过对所述第二导体膜进行图案化,从而以与所述多个接触通路孔接触的方式形成第一上部线状导体和第二上部线状导体,
所述第一上部线状导体形成为将在所述第一下部线状导体的所述一端配置的一个接触通路孔与在所述第二下部线状导体的所述一端以及所述另一端中的距离所述第一下部线状导体的所述一端较远侧的端部配置的另外的接触通路孔进行连接,
所述第二上部线状导体形成为与在所述第一下部线状导体的另一端配置的其它的接触通路孔连接,
通过经由所述多个接触通路孔使所述第一下部线状导体、所述第二下部线状导体、所述第一上部线状导体以及所述第二上部线状导体连接,从而形成绕组导体,
所述绕组导体呈四边形螺旋形状,该四边形螺旋形状具有沿与所述半导体基板的所述表面平行的方向延伸的中心轴。
本发明涉及的变压器具备:
半导体基板;
绝缘层,其层叠于所述半导体基板的表面;
初级绕组导体,其在所述绝缘层的内部,设置为具有沿与所述半导体基板的所述表面平行的方向延伸的中心轴的四边形螺旋形状,由从真空蒸镀膜、化学气相生长膜、以及溅射膜这组膜之中选择的一个导体膜构成;以及
次级绕组导体,其在俯视观察所述半导体基板时与所述初级绕组导体分离,并且在所述绝缘层的内部设置为具有所述中心轴的所述四边形螺旋形状,与所述初级绕组导体磁耦合,由所述导体膜构成。
本发明涉及的半导体装置具备:
半导体基板;
绝缘层,其层叠于所述半导体基板的表面的第一部分;
变压器,其形成于所述绝缘层;以及
配线,其设置于所述半导体基板的所述表面的第二部分之上,
所述变压器具备:
初级绕组导体,其在所述绝缘层的内部,设置为具有沿与所述半导体基板的所述表面平行的方向延伸的中心轴的四边形螺旋形状;以及
次级绕组导体,其在所述半导体基板的俯视观察时与所述初级绕组导体分离,并且在所述绝缘层的内部设置为具有所述中心轴的所述四边形螺旋形状,与所述初级绕组导体磁耦合,
所述配线、所述第一绕组导体以及所述次级绕组导体是由从真空蒸镀膜、化学气相生长膜、以及溅射膜这组膜之中选择的一个导体膜而构成的。
发明的效果
根据本发明,构成变压器的绕组导体呈四边形螺旋形状。四边形螺旋形状的绕组导体能够通过使与绝缘层的面方向平行的线状导体和与绝缘层垂直的接触通路孔进行连结而形成。线状导体以及接触通路孔能够与半导体装置的配线形成工艺同样地通过真空蒸镀法、化学气相生长法、或者溅射法形成导体膜而形成。由于能够通过与半导体装置的配线形成工艺相同的工艺而形成绕组导体,因而能够提高变压器的制造效率。
附图说明
图1是表示实施方式涉及的变压器以及半导体装置的图。
图2是实施方式涉及的变压器的放大剖面图。
图3是实施方式涉及的变压器的斜视图。
图4是实施方式涉及的变压器的俯视图。
图5是用于对实施方式涉及的变压器的作用効果进行说明的图。
图6是实施方式的变形例涉及的变压器的俯视图。
图7是实施方式的变形例涉及的变压器的俯视图。
图8是实施方式的变形例涉及的变压器的俯视图。
图9是实施方式的变形例涉及的变压器的俯视图。
图10是实施方式的变形例涉及的变压器的俯视图。
图11是实施方式的变形例涉及的变压器的俯视图。
图12是实施方式的变形例涉及的变压器的俯视图。
图13是表示实施方式的变形例涉及的半导体装置的图。
图14是实施方式的变形例涉及的变压器的放大剖面图。
图15是实施方式的变形例涉及的变压器的斜视图。
图16是实施方式的变形例涉及的变压器的斜视图。
图17是实施方式的变形例涉及的变压器的斜视图。
图18是实施方式的变形例涉及的变压器的俯视图。
图19是实施方式的变形例涉及的变压器的俯视图。
图20是实施方式的变形例涉及的变压器的俯视图。
图21是用于对实施方式涉及的变压器以及半导体装置的制造方法进行说明的流程图。
图22是用于对实施方式的变形例涉及的变压器以及半导体装置的制造方法进行说明的流程图。
图23是用于对实施方式的变形例涉及的变压器以及半导体装置的制造方法进行说明的流程图。
图24是用于对实施方式的变形例涉及的变压器以及半导体装置的制造方法进行说明的流程图。
图25是用于对实施方式的变形例涉及的变压器以及半导体装置的制造方法进行说明的流程图。
图26是用于对实施方式涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图27是用于对实施方式涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图28是用于对实施方式涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图29是用于对实施方式涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图30是用于对实施方式涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图31是用于对实施方式涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图32是用于对实施方式的变形例涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图33是用于对实施方式的变形例涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图34是用于对实施方式的变形例涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图35是用于对实施方式的变形例涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图36是用于对实施方式的变形例涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
图37是用于对实施方式的变形例涉及的变压器的制造方法进行说明的制造流程图。
标号的说明
1 半导体基板
1a 表面
2 绝缘层
2a 下侧绝缘层
2a1 第一下侧绝缘层
2a2 第二下侧绝缘层
2b 上侧绝缘层
2c 中间绝缘层
4 导线
10、110、111、112、113 水平微型变压器
20 初级绕组导体
21 初级侧下部线状导体(第一初级侧下部线状导体)
21q、22q、25s、31q、32q、35s 弯折部
21r、22r、25r、31r、32r、35r 弯曲部
22 初级侧下部线状导体(第二初级侧下部线状导体)
22m、25m、31m、35m 倾斜弯折部
25、25a、25d 初级侧上部线状导体
25b1 初级侧上部线状导体(第一初级侧上部线状导体)
25b2 初级侧上部线状导体(第二初级侧上部线状导体)
26 初级侧接触通路孔
26a 初级侧接触通路孔(一个初级侧接触通路孔)
26b 初级侧接触通路孔(另外的初级侧接触通路孔)
26c 初级侧接触通路孔(其它的初级侧接触通路孔)
261 初级侧下部接触通路孔
262 初级侧上部接触通路孔
28、38 槽
30 次级绕组导体
31 次级侧下部线状导体(第一次级侧下部线状导体)
32 次级侧下部线状导体(第二次级侧下部线状导体)
35、35a、35d 次级侧上部线状导体
35b1 次级侧上部线状导体(第一次级侧上部线状导体)
35b2 次级侧上部线状导体(第二次级侧上部线状导体)
36 次级侧接触通路孔
36a 次级侧接触通路孔(一个次级侧接触通路孔)
36b 次级侧接触通路孔(另外的次级侧接触通路孔)
36c 次级侧接触通路孔(其它的次级侧接触通路孔)
361 次级侧下部接触通路孔
362 次级侧上部接触通路孔
40 芯线状体
41 中间配线层
90 低电位侧电路
92 高电位侧电路
93 下层配线
94 上层配线
95 配线通路孔
100、101、101a、102、104 半导体装置
122a 初级绕组导体(第一初级绕组导体)
122b、122z 另外的初级绕组导体
132a 次级绕组导体(第一次级绕组导体)
130、132b、132z 另外的次级绕组导体
CL、CLb、CLz 中心轴
具体实施方式
实施方式的装置的结构.
图1是表示实施方式涉及的水平微型变压器10以及半导体装置100的图。图2是实施方式涉及的水平微型变压器10的放大剖面图。为了便于说明,在附图中标出xyz正交坐标轴。
半导体装置100具有半导体基板1、层叠于半导体基板1的表面1a的绝缘层2以及设置于绝缘层2的内部的水平微型变压器10。并且,半导体装置100具有经由导线4与水平微型变压器10连接的低电位侧电路90以及经由导线4与水平微型变压器10连接的高电位侧电路92。水平微型变压器10包含初级绕组导体20和次级绕组导体30。低电位侧电路90以及高电位侧电路92各自具有下层配线93、配线通路孔95以及上层配线94。
半导体基板1是硅基板。半导体基板1也可以是比硅带隙大的宽带隙半导体基板。宽带隙半导体基板可以是SiC基板、GaN基板、或者金刚石基板。
绝缘层2如后所述包含下侧绝缘层2a以及上侧绝缘层2b。初级绕组导体20在绝缘层2的内部设置为具有中心轴CL的四边形螺旋形状。中心轴CL是沿与半导体基板1的表面1a平行的方向延伸的轴。次级绕组导体30在俯视观察半导体基板1时与初级绕组导体20分离。次级绕组导体30在绝缘层2的内部,设置为具有与初级绕组导体20平行的中心轴CL的四边形螺旋形状。初级绕组导体20和次级绕组导体30彼此磁耦合。初级绕组导体20和次级绕组导体30由导体膜构成。构成初级绕组导体20和次级绕组导体30的导体膜是从真空蒸镀膜、化学气相生长膜、以及溅射膜这组膜之中选择的一个导体膜。构成初级绕组导体20和次级绕组导体30的导体膜优选由电阻低的导电材料形成。这样的电阻低的导电材料既可以是金属也可以是掺杂多晶Si等。
实施方式涉及的半导体装置100是用于驱动电力用半导体器件(未图示)的驱动电路。半导体装置100是向电力用半导体器件的控制端子提供驱动信号的装置。这种装置也称为栅极驱动器。半导体装置100使用水平微型变压器10作为电平移位电路。水平微型变压器10通过将来自低电位侧电路90的驱动信号进行电平移位,从而将驱动信号向高电位侧电路92传输。通过电平移位而生成应向电力用半导体器件的控制端子赋予的高电位驱动信号。初级绕组导体20是发送低电位驱动信号的信号发送端部。次级绕组导体30是接收电平移位后的高电位驱动信号的信号接收端部。
图3是实施方式涉及的水平微型变压器10的斜视图。在图3中,为了便于说明,对绝缘层2进行透视而将初级绕组导体20以及次级绕组导体30全部由实线进行图示。这里,对在附图记入的xyz正交坐标轴与水平微型变压器10、半导体装置100之间的关系进行说明。z轴方向是半导体基板1的表面1a的法线矢量方向。z轴方向是在将绝缘层2层叠于半导体基板1的表面1a的情况下的绝缘层2的厚度方向。由x轴以及y轴构成的xy平面与半导体基板1的表面1a平行。x方向是与中心轴CL平行的方向。y方向与中心轴CL正交。
如图3所示,绝缘层2包含有层叠于半导体基板1的下侧绝缘层2a以及层叠于下侧绝缘层2a之上的上侧绝缘层2b。初级绕组导体20包含有多个初级侧下部线状导体21、22、多个初级侧接触通路孔26以及多个初级侧上部线状导体25。多个初级侧下部线状导体21、22设置在下侧绝缘层2a与上侧绝缘层2b之间。多个初级侧下部线状导体21、22与y轴平行地延伸。多个初级侧接触通路孔26在多个初级侧下部线状导体21、22各自的两端部处贯穿上侧绝缘层2b。多个初级侧上部线状导体25设置于上侧绝缘层2b之上而与多个初级侧接触通路孔26连接。多个初级侧上部线状导体25包含有初级侧上部线状导体25a、25b1、25b2、25d。多个初级侧上部线状导体25与多个初级侧下部线状导体21、22以及多个初级侧接触通路孔26一起构成“三维四边形螺旋形状”。
如图3所示,初级绕组导体20具有在绝缘层2的内部设置的“三维四边形螺旋形状”。“三维四边形螺旋形状”是指在与螺旋的中心轴CL平行地观察螺旋形状时,通过使线状的物体绕中心轴CL旋转并弯折成四边形状而延伸得到的形状。
对初级绕组导体20的三维四边形螺旋形状进行说明。首先在绝缘层2内,作为多个初级侧接触通路孔26之一的初级侧接触通路孔26c靠近半导体基板1的表面1a,向下侧方向延伸。“下侧方向”是与半导体基板1的表面1a的法线矢量方向相反朝向的方向,是负z轴方向。在初级侧接触通路孔26c向下侧方向延伸之后,与该初级侧接触通路孔26c连结的第一初级侧下部线状导体21向第一平面方向延伸。在实施方式中,“第一平面方向”是负y方向。“第一平面方向”能够决定为与半导体基板1的表面1a平行的方向,即与xy平面平行的任意的方向。
在第一初级侧下部线状导体21向第一平面方向即负y方向延伸之后,与第一初级侧下部线状导体21连结的初级侧接触通路孔26a向上侧方向延伸。“上侧方向”是与下侧方向相反的朝向,即z轴方向。多个初级侧接触通路孔26与z轴平行地延伸,彼此在构造上没有不同。这里所说的“下侧方向”和“上侧方向”是用于对三维四边形螺旋形状进行说明的简便表达。在初级侧接触通路孔26a向上侧方向延伸之后,与初级侧接触通路孔26a连结的初级侧上部线状导体25b1向第二平面方向延伸。在实施方式中,“第二平面方向”并不与y方向平行,而是y方向矢量和x方向矢量的合成矢量。由此,初级侧上部线状导体25b1的两端彼此在x方向错开。“第二平面方向”能够决定为与半导体基板1的表面1a平行的方向、即与xy平面平行的任意的方向。
加工成线形状的导体膜以上述的顺序反复弯折并延伸,从而得到绕中心轴CL旋转的四边形螺旋形状。即,通过将初级侧上部线状导体25b1、初级侧接触通路孔26b、第二初级侧下部线状导体22、剩余的初级侧接触通路孔26、以及初级侧上部线状导体25d连结,从而线状导体围绕中心轴CL而再旋转一圈延伸。
次级绕组导体30包含多个次级侧下部线状导体31、32、多个次级侧接触通路孔36以及多个次级侧上部线状导体35。多个次级侧下部线状导体31、32设置在下侧绝缘层2a和上侧绝缘层2b之间。多个次级侧下部线状导体31、32与y轴平行地延伸。多个次级侧下部线状导体31、32设置在与多个初级侧下部线状导体21、22相同的层。多个次级侧接触通路孔36在多个次级侧下部线状导体31、32各自的两端部处贯穿上侧绝缘层2b。多个次级侧接触通路孔36设置在与多个初级侧接触通路孔26相同的层。多个次级侧上部线状导体35与设置在上侧绝缘层2b之上的多个次级侧接触通路孔36连接。多个次级侧上部线状导体35包含有次级侧上部线状导体35a、35b1、35b2、35d。多个次级侧上部线状导体35与多个次级侧下部线状导体31、32以及多个次级侧接触通路孔36一起构成四边形螺旋形状。多个次级侧上部线状导体35设置在与多个初级侧上部线状导体25相同的层。
与初级绕组导体20相同地,次级绕组导体30也具有在绝缘层2的内部设置的三维四边形螺旋形状。次级绕组导体30的三维四边形螺旋形状在俯视观察半导体基板1时与初级绕组导体20分离,并且设置在绝缘层2的内部。次级绕组导体30与初级绕组导体20相同地也是反复进行以上述的“下侧方向”、“第一平面方向”、“上侧方向”以及“第二平面方向”这种顺序延伸而成的四边形螺旋形状。
多个初级侧下部线状导体21、22和多个次级侧下部线状导体31、32设置于相同的层,因而能够将它们通过相同的配线形成工艺而一起形成。多个初级侧上部线状导体25和多个次级侧上部线状导体35设置于相同的层,因而能够将它们通过相同的配线形成工艺而一起形成。还能够一起进行用于设置初级侧接触通路孔26和次级侧接触通路孔36的通路孔形成工艺。
初级绕组导体20和次级绕组导体30在xy平面方向以间隔D1分离。在形成初级绕组导体20和次级绕组导体30时通过调节间隔D1,从而能够容易地得到期望的耐压。通过在绝缘层2将初级绕组导体20和次级绕组导体30在xy平面方向分离而设置,从而能够容易地确保两者的电绝缘。由此,不需要在z方向将初级绕组导体20和次级绕组导体30绝缘,因而也可以在初级绕组导体20和次级绕组导体30之间不设置在z方向上膜厚大的厚绝缘膜。
根据实施方式涉及的水平微型变压器10,初级绕组导体20以及次级绕组导体30分别呈四边形螺旋形状。方形的螺旋形状的绕组导体能够通过使与绝缘层2的面方向即xy平面方向平行的多个线状导体和与绝缘层2垂直的多个接触通路孔连结而形成。多个线状导体包含初级侧下部线状导体21、22、初级侧上部线状导体25、次级侧下部线状导体31、32、以及次级侧上部线状导体35。多个接触通路孔包含多个初级侧接触通路孔26以及多个次级侧接触通路孔36。根据上述构造性特征,能够与配线形成工艺同样地使用化学气相生长法等而形成初级绕组导体20以及次级绕组导体30。即,通过与应用于半导体装置100的配线形成工艺相同地利用真空蒸镀法、化学气相生长法、或者溅射法而形成导体膜,能够形成初级绕组导体20以及次级绕组导体30。能够沿用半导体装置100的配线形成工艺而形成水平微型变压器10,因而能够显著地降低水平微型变压器10的制造成本以及生产节拍。能够通过图案化对初级绕组导体20以及次级绕组导体30各自的宽度W、匝数N1、N2以及z方向高度容易且高精度地进行调节,因而能够自由地调节电平移位信号传输能力。
半导体装置100是功率器件驱动用栅极驱动器,具备对N侧功率器件进行驱动的低电位侧电路90以及对P侧功率器件进行驱动的高电位侧电路92。N侧功率器件是低电位侧功率器件。P侧功率器件是高电位侧功率器件。低电位侧电路90将接地作为第一基准电位GND对N侧功率器件进行驱动。高电位侧电路92以作为比第一基准电位GND高的电位的第二基准电位Vs而对P侧功率器件进行驱动。功率器件是IGBT、MOSFET、或者双极型晶体管。这些功率器件被用作半导体开关元件。在实施方式中,作为一个例子,使第二基准电位Vs为源极电位。为了保护低电位侧功率器件,需要将第二基准电位Vs与第一基准电位GND分离。并且,需要用于将输入至第一基准电位GND的信号向Vs电位进行传输的电平移位功能。在从Vs电位向第一基准电位GND进行信号传输时,还需要逆电平移位功能。作为通常的栅极驱动器用电平移位元件,具有光电耦合器、HVIC、以及微型变压器。与光电耦合器相比较,微型变压器具有高温耐性以及高耐劣化性的优点。另外,微型变压器具有绝缘分离构造,因而还具有不流过在HVIC产生的漏电流的优点。实施方式涉及的水平微型变压器10具有上述微型变压器的优点。
图4是实施方式涉及的水平微型变压器10的俯视图。设为多个初级侧下部线状导体21、22和多个次级侧下部线状导体31、32具有彼此相同的粗细以及长度。设为多个初级侧上部线状导体25和多个次级侧上部线状导体35具有彼此相同的粗细以及长度。
此外,在图4中,为了便于图示,与多个初级侧下部线状导体21、22相比位于其上方的多个初级侧上部线状导体25被描绘得较细。但是,在多个初级侧下部线状导体21、22各自与多个初级侧上部线状导体25各自之间没有粗细的限定,既可以使两者为相同的粗细,也可以使一者比另一者粗。在这点上,在多个次级侧下部线状导体31、32与多个次级侧上部线状导体35之间也是同样的。
关于多个初级侧下部线状导体21、22以及多个次级侧下部线状导体31、32的长度,如从图4也可知是y方向上的尺寸。多个初级侧下部线状导体21、22的长度决定初级绕组导体20的宽度W,多个次级侧下部线状导体31、32的长度决定次级绕组导体30的宽度W。此外,初级绕组导体20和次级绕组导体30的匝数以及宽度中的至少一者也可以彼此不同。
在实施方式中,初级绕组导体20以及次级绕组导体30分别绕中心轴CL卷绕了两圈。因此,初级绕组导体20的匝数N1以及次级绕组导体30的匝数N2分别是2。也可以通过初级绕组导体20以及次级绕组导体30分别绕中心轴CL卷绕大于或等于三圈,从而使匝数增加。
图5是用于对实施方式涉及的水平微型变压器10的作用効果进行说明的图。如果在水平微型变压器10的初级绕组导体20流过初级电流I1,则通过初级绕组导体20的绕组构造而产生磁场H1。在水平微型变压器10的次级绕组导体30中,以抵消所产生的磁场的方式产生感应电动势V1。通过这一系列的作用而能够进行信号的电平移位传输。另外,在不实施信号传输时,初级绕组导体20和次级绕组导体30隔着绝缘层2,隔开预先设定的规定分离距离D1在水平方向上分离。只要对该规定分离距离进行调节就能够得到所要求的耐压规格。还存在如下优点,即,不产生漏电流,能够实现电气分离。其结果,在栅极驱动电路中,能够确保低电位侧与600V等高电位侧之间的电气分离,并在低电位侧与高电位侧之间实现相互的信号传输。
实施方式的制造方法.
图21是用于对实施方式涉及的水平微型变压器10以及半导体装置100的制造方法进行说明的流程图。图26至图31是用于对实施方式涉及的水平微型变压器10的制造方法进行说明的制造流程图。
首先,在工序S100中,准备半导体基板1。该工序在图26示出。然后,在工序S102中,在半导体基板1的表面1a层叠下侧绝缘层2a。该工序在图27示出。
然后,在工序S104中,在下侧绝缘层2a之上,通过真空蒸镀法、化学气相生长法、或者溅射法而层叠第一导体膜。
然后,在工序S106中,通过对第一导体膜进行图案化,从而形成第一初级侧下部线状导体21和第二初级侧下部线状导体22。在该工序S106中,通过对第一导体膜进行图案化,从而也形成第一次级侧下部线状导体31和第二次级侧下部线状导体32。第一初级侧下部线状导体21、第二初级侧下部线状导体22、第一次级侧下部线状导体31、以及第二次级侧下部线状导体32彼此在俯视观察半导体基板1时分离并且并排配置。
结束了工序S104以及S106的阶段在图27示出。
然后,在工序S108中,在形成有第一初级侧下部线状导体21、第二初级侧下部线状导体22、第一次级侧下部线状导体31、以及第二次级侧下部线状导体32的下侧绝缘层2a之上层叠上侧绝缘层2b。该工序在图29示出。
然后,在工序S110中,以分别到达第一初级侧下部线状导体21的一端以及另一端、和第二初级侧下部线状导体22的一端以及另一端的方式设置将上侧绝缘层2b贯穿的多个初级侧接触通路孔26。在该工序S110中,以分别到达第一次级侧下部线状导体31的一端以及另一端、和第二次级侧下部线状导体32的一端以及另一端的方式还设置将上侧绝缘层2b贯穿的多个次级侧接触通路孔36。具体地说,在应该设置多个初级侧接触通路孔26以及多个次级侧接触通路孔36的位置,通过干蚀刻而形成多个槽28、38。设置了多个槽28、38的阶段在图30示出。向该多个槽28、38埋入导电材料,由此形成接触通路孔。
然后,在工序S112中,在上侧绝缘层2b之上,通过真空蒸镀法、化学气相生长法、或者溅射法而层叠第二导体膜。
然后,在工序S114中,通过对第二导体膜进行图案化,从而形成包含第一初级侧上部线状导体25b1和第二初级侧上部线状导体25b2的多个初级侧上部线状导体25。第一初级侧上部线状导体25b1以及第二初级侧上部线状导体25b2各自的端部与初级侧接触通路孔26接触。在该工序S114中,通过对第二导体膜进行图案化,从而还形成包含第一次级侧上部线状导体35b1和第二次级侧上部线状导体35b2的多个次级侧上部线状导体35。第一次级侧上部线状导体35b1以及第二次级侧上部线状导体35b2各自的端部与次级侧接触通路孔36接触。
结束了工序S112以及S114的阶段在图31示出。
这里,参照图4对俯视观察构造进行说明。在上述的工序S114中,第一初级侧上部线状导体25b1以将一个初级侧接触通路孔26a与另外的初级侧接触通路孔26b连接的方式形成。一个初级侧接触通路孔26a配置在第一初级侧下部线状导体21的第一端部。另外的初级侧接触通路孔26b配置在第二初级侧下部线状导体22的一端以及另一端中的距离第一初级侧下部线状导体21的第一端部较远侧的端部。在第一初级侧下部线状导体21的第二端部配置有其它的初级侧接触通路孔26c。在工序S114中,第二初级侧上部线状导体25b2以与其它的初级侧接触通路孔26c连接的方式形成。由此,能够经由多个初级侧接触通路孔26a、26b、26c将第一初级侧下部线状导体21、第二初级侧下部线状导体22、第一初级侧上部线状导体25b1、第二初级侧上部线状导体25b2进行连接。由此,以呈具有中心轴CL的四边形螺旋形状的方式形成初级绕组导体20。中心轴CL在与半导体基板1的表面1a平行的xy平面方向延伸。
在上述的工序S114中,第一次级侧上部线状导体35b1以将一个次级侧接触通路孔36a与另外的次级侧接触通路孔36b连接的方式形成。一个次级侧接触通路孔36a配置在第一次级侧下部线状导体31的第一端部。另外的次级侧接触通路孔36b配置在第二次级侧下部线状导体32的一端以及另一端中的距离第一次级侧下部线状导体31的第一端部较远侧的端部。在第一次级侧下部线状导体31的第二端部配置有其它的次级侧接触通路孔36c。在工序S114中,第二次级侧上部线状导体35b2以与其它的次级侧接触通路孔36c连接的方式形成。由此,能够经由多个次级侧接触通路孔36a、36b、36c将第一次级侧下部线状导体31、第二次级侧下部线状导体32、第一次级侧上部线状导体35b1、第二次级侧上部线状导体35b2进行连接。其结果,以呈具有中心轴CL的四边形螺旋形状的方式形成次级绕组导体30。
根据以上的制造方法,通过在绝缘层2的平面方向使初级绕组导体20以及次级绕组导体30分离且并排设置,从而能够制造水平微型变压器10。
然后,在工序S116中,通过导线键合而经由导线4将水平微型变压器10与低电位侧电路90、高电位侧电路92连接。通过以上的工序能够制造半导体装置100。
如以上说明所述,根据实施方式涉及的水平微型变压器10,初级绕组导体20以及次级绕组导体30分别呈四边形螺旋形状。根据上述的构造性特征,能够与配线形成工艺同样地通过化学气相生长法等形成导体膜,由此形成初级绕组导体20以及次级绕组导体30,因而能够提高水平微型变压器10的制造效率。
根据实施方式涉及的水平微型变压器10,通过在绝缘层2将初级绕组导体20和次级绕组导体30在xy平面方向上分离地设置,从而能够确保两者的电绝缘。由此,也可以不设置在z方向将初级绕组导体20与次级绕组导体30进行绝缘的情况下所需要的厚绝缘膜。另外,通过对绝缘层2处的初级绕组导体20与次级绕组导体30的位置进行调节,从而能够容易地得到期望的耐压。
根据实施方式涉及的制造方法,如在工序S102~S114中所说明的那样,通过由真空蒸镀法、化学气相生长法、或者溅射法而层叠导体膜,将该导体膜图案化,从而能够形成多个线状导体。该一系列的工序与应用于半导体装置100的配线形成工艺相同,因此能够沿用半导体装置100的配线形成工艺而形成初级绕组导体20以及次级绕组导体30。通过将多个绕组导体在绝缘层2的xy平面方向上分离而并排地形成,从而能够得到水平微型变压器10。由此,能够将水平微型变压器10的制造成本以及生产节拍显著地降低。
实施方式的变形例.
[第一变形例]
图6至图12是实施方式的变形例涉及的水平微型变压器10的俯视图。第一变形例涉及的水平微型变压器10能够设为图6至图12所示的各种的俯视观察时的形状。此外,在俯视观察时图6至图12为与图4不同的构造,但图6至图12所示的构造也与图4同样地是“三维四边形螺旋形状”,是线形状的导体一边绕中心轴CL旋转一边弯折而延伸的构造。
如图6所示,多个初级侧下部线状导体21、22以及多个次级侧下部线状导体31、32也可以相对于中心轴CL倾斜。在图4中,多个初级侧下部线状导体21、22以及多个次级侧下部线状导体31、32与中心轴CL垂直地交叉,因而在这点上图4的构造与图6的构造不同。
如图7所示,多个初级侧下部线状导体21、22以及多个次级侧下部线状导体31、32也可以具有弯折成钩型即L字形的弯折部21q、22q、31q、32q。第一初级侧下部线状导体21和初级侧上部线状导体25b在半导体基板1的俯视观察时重叠并且在y方向平行地延伸。第一初级侧下部线状导体21的一端向x方向弯折而延伸。在图7的俯视观察时,初级侧上部线状导体25b1在第一初级侧下部线状导体21的一端与第二初级侧下部线状导体22的端部之间直线状地延伸。初级侧上部线状导体25b1和第二初级侧下部线状导体22在半导体基板1的俯视观察时重叠并且在y方向平行地延伸。如上述所示,根据图7的变形例,能够制作出多个初级侧下部线状导体21、22与多个次级侧下部线状导体31、32在半导体基板1的俯视观察时重叠并且在y方向平行延伸的部分。关于多个次级侧下部线状导体31、32和多个次级侧上部线状导体35也同样。
如图8以及图9所示,也可以是与第一初级侧下部线状导体21相比,将第二初级侧下部线状导体22形成得短。在图8以及图9中,多个初级侧下部线状导体21、22与初级侧上部线状导体25在半导体基板1的俯视观察时重叠并且彼此平行地延伸。并且,初级侧上部线状导体25从第一初级侧下部线状导体21的中途弯折。弯折的初级侧上部线状导体25与位于第二初级侧下部线状导体22的端部的初级侧接触通路孔26进行连接。关于多个次级侧下部线状导体31、32和多个次级侧上部线状导体35也同样。
图8与图9的不同在于,多个初级侧上部线状导体25以及多个次级侧上部线状导体35的弯折的形状。在图8中,多个初级侧上部线状导体25以及多个次级侧上部线状导体35以带有圆角的弯曲部25r、35r弯折。在图9中,多个初级侧上部线状导体25以及多个次级侧上部线状导体35以直角的弯折部25s、35s弯折。
如图10所示,也可以将图7中的弯折部22q、31q变形为倾斜地折弯的倾斜弯折部22m、31m。如图11所示,也可以将图7的变形例中的弯折部21q、22q、31q、32q变形为带有圆角的弯曲部21r、22r、31r、32r。
如图12所示,也可以将图9中的弯折部25s、35s的一部分变形为倾斜地折弯的倾斜弯折部25m、35m。
[第二变形例]
图13是表示实施方式的变形例涉及的半导体装置101的图。半导体装置101具有:半导体基板1;绝缘层2,其层叠于半导体基板1的表面1a的第一部分;水平微型变压器10,其形成于绝缘层2;以及低电位侧电路90以及高电位侧电路92,它们设置于半导体基板1的表面1a的第二部分之上。如图13所示,“第一部分”是半导体基板1的表面1a中的中央区域1a1,“第二部分”是半导体基板1的表面1a中的上述第一部分的两边的区域1a2。低电位侧电路90包含设置于半导体基板1的表面1a的第二部分之上的下层配线93、配线通路孔95以及上层配线94。高电位侧电路92包含设置于半导体基板1的表面1a的第二部分之上的下层配线93、配线通路孔95、以及上层配线94。水平微型变压器10与低电位侧电路90以及高电位侧电路92一起集成在一个半导体基板1,在这点上,第二变形例涉及的半导体装置101与实施方式涉及的半导体装置100不同。
在图13的变形例中,下层配线93、配线通路孔95、上层配线94、初级绕组导体20以及次级绕组导体30全部由从真空蒸镀膜、化学气相生长膜、以及溅射膜这组膜之中选择的一个导体膜而构成。在工序S104以及S106中,也可以与多个初级侧下部线状导体21、22以及多个次级侧下部线状导体31、32一起形成低电位侧电路90以及高电位侧电路92的下层配线93。在工序S112以及S114中,也可以与多个初级侧上部线状导体25以及多个次级侧上部线状导体35一起形成低电位侧电路90以及高电位侧电路92的上层配线94。由此,具有下述优点,即,能够将下层配线93、配线通路孔95、上层配线94、初级绕组导体20以及次级绕组导体30通过共通的配线形成工艺而形成。
对于上述的第二变形例涉及的水平微型变压器集成型的半导体装置101,也可以应用上述的第一变形例。
[第三变形例]
图14是实施方式的变形例涉及的水平微型变压器10的放大剖面图。图14所示的变形例涉及的半导体装置101a具有在半导体基板1的表面1a包含3个绝缘层的三层配线构造。在第二下侧绝缘层2a2以及上侧绝缘层2b形成有初级绕组导体20以及次级绕组导体30。即,将下方的2个绝缘层即第一下侧绝缘层2a1以及第二下侧绝缘层2a2作为一个总的下侧绝缘层2a而对待。
图15是实施方式的变形例涉及的水平微型变压器110的斜视图。根据图15所示的变形例,在下侧绝缘层2a与上侧绝缘层2b之间追加有中间绝缘层2c。设置于中间绝缘层2c的一个初级侧下部接触通路孔261与设置于上侧绝缘层2b的一个初级侧上部接触通路孔262连结而形成有一个初级侧接触通路孔26。与此同样地,设置于中间绝缘层2c的一个次级侧下部接触通路孔361与设置于上侧绝缘层2b的一个次级侧上部接触通路孔362连结而形成有一个次级侧接触通路孔36。
图22是用于对实施方式的变形例涉及的水平微型变压器110以及半导体装置102的制造方法进行说明的流程图。图22的流程图与图21的流程图之间的不同点在于,省略了工序S110这一点和追加有工序S200、S202、S204、S206、以及S210这一点。
在图22的流程图中,在工序S106之后,在工序S200中层叠中间绝缘层2c。通过在工序S202中设置将中间绝缘层2c贯穿的第一贯穿孔,从而形成初级侧下部接触通路孔261以及次级侧下部接触通路孔361。然后,在工序S204中通过CVD等形成中间导电膜。然后,通过在工序S206中进行中间导电膜的图案化,从而形成中间配线层41。然后,实施工序S108,以覆盖中间配线层41的方式层叠上侧绝缘层2b。然后,进行工序S210。在工序S210中,以与在工序S202中设置的第一贯穿孔连通的方式设置将上侧绝缘层2b贯穿的第二贯穿孔。在工序S210中,通过将导电体埋入第二贯穿孔,从而形成初级侧上部接触通路孔262以及次级侧上部接触通路孔362。然后,与图21的流程图同样地,进行工序S112、S114以及S116。
也可以通过对图15的变形例进一步进行变形,从而将贯穿中间绝缘层2c和上侧绝缘层2b的贯穿孔通过相同的工艺而形成。由此,具有下述优点,即,通过少的工艺而形成初级侧接触通路孔26以及次级侧接触通路孔36。使用图23对该进一步的变形例进行说明。图23是用于对实施方式的变形例涉及的水平微型变压器110以及半导体装置102的制造方法进行说明的流程图。图23的流程图与图22的流程图之间的第一不同点在于省略了工序S202这一点。图23的流程图与图22的流程图之间的第二不同点在于工序S210被置换为工序S310这一点。在工序S200之后不进行工序S202而是进行工序S204,因而存在没有形成初级侧下部接触通路孔261以及次级侧下部接触通路孔361这一不同。在工序S108之后,进行工序S310。在工序S310中,设置将上侧绝缘层2b以及中间绝缘层2c这两者贯穿的贯穿孔,通过向该贯穿孔埋入导电体,从而形成初级侧接触通路孔26以及次级侧接触通路孔36。
根据上述说明的第三变形例,能够使水平微型变压器110的尺寸在z方向上增加。能够保持构成初级绕组导体20以及次级绕组导体30的导线的微细度,并且使初级绕组导体20与次级绕组导体30之间的信号传输效率提高。另外,电感的调节等变得容易,因而设计的自由度提高。此外,虽然在上述的第三变形例中例示出了三层配线构造,但即便是大于或等于四层的多层配线构造,只要同样地设置水平微型变压器110即可。
[第四变形例]
图16是实施方式的变形例涉及的水平微型变压器110的斜视图。图16的变形例涉及的水平微型变压器110除了追加有芯线状体40这一点之外,具有与图15的构造相同的构造。芯线状体40以插入贯通于初级绕组导体20所具有的四边形螺旋形状的内侧和次级绕组导体30所具有的四边形螺旋形状的内侧这两者的方式设置在绝缘层2的内部。
芯线状体40在中间绝缘层2c之上以与第一初级侧下部线状导体21以及第二初级侧下部线状导体22立体交叉的方式延伸。并且,芯线状体40在中间绝缘层2c之上以与第一次级侧下部线状导体31以及第二次级侧下部线状导体32立体交叉的方式延伸。芯线状体40优选使用高相对磁导率材料,具体地说优选使用相对磁导率即μ/μ0高于1的材料。芯线状体40起到水平微型变压器110的芯即铁芯的作用,因而能够使信号的传输效率提高。
图24是用于对实施方式的变形例涉及的水平微型变压器110以及半导体装置104的制造方法进行说明的流程图。图24的流程图除了在工序S206与工序S108之间追加有工序S406这一点之外,具有与图22相同的工序。图32至图36是用于对实施方式的变形例涉及的水平微型变压器110的制造方法进行说明的制造流程图。通过进行工序S106,得到图32所示的构造。通过工序S200,以将多个初级侧下部线状导体21、22以及多个次级侧下部线状导体31、32覆盖的方式设置中间绝缘层2c。通过该工序,得到图33的构造。然后,进行工序S202而形成初级侧接触通路孔26以及次级侧接触通路孔36。然后,进行工序S204,形成中间导电膜。然后,在工序S206中,通过中间导电膜的图案化而形成中间配线层41。这些点与图22的流程图相同。
在图24的流程图的工序S406中,在中间绝缘层2c之上设置芯线状体40。在工序S406中,首先形成作为芯线状体40的材料的高相对磁导率材料的膜。高相对磁导率材料优选相对磁导率高于1的材料。然后,通过对高相对磁导率材料的膜进行图案化,从而形成芯线状体40。通过图案化而形成的芯线状体40以分别与第一初级侧下部线状导体21、第二初级侧下部线状导体22、第一次级侧下部线状导体31、以及第二次级侧下部线状导体32立体交叉的方式延伸。在结束了工序S406的阶段,得到图34的构造。此外,在图34中省略中间配线层41的图示。
然后,与图22的流程图同样地实施工序S108及之后的工序。在工序S108中,上侧绝缘层2b以覆盖芯线状体40的方式设置于中间绝缘层2c之上。通过该工序而得到图35的构造。
然后,通过工序S210而形成初级侧上部接触通路孔262以及次级侧上部接触通路孔362,由此完成初级侧接触通路孔26以及次级侧接触通路孔36。然后,通过进行工序S112以及S114,从而在上侧绝缘层2b之上以与芯线状体40立体交叉的方式设置多个初级侧上部线状导体25以及多个次级侧上部线状导体35。通过工序S210、S112、S114而得到图36的构造。
图17是实施方式的变形例涉及的水平微型变压器110的斜视图。如果对图15与图17的构造的不同进行说明,则在图15的构造中,初级侧下部接触通路孔261和初级侧上部接触通路孔262连结而形成初级侧接触通路孔26,次级侧下部接触通路孔361和次级侧上部接触通路孔362连结而形成次级侧接触通路孔36。与此相对,图17的水平微型变压器110则是,初级侧接触通路孔26以及次级侧接触通路孔36为一条连续的通路孔,它们通过一次的通路孔形成工艺而设置,在这一点上,与图15的构造不同。
图25是用于对实施方式的变形例涉及的水平微型变压器110以及半导体装置104的制造方法进行说明的流程图。图25的流程图与图24的流程图基本相同,但在省略了工序S202这一点以及工序S210被置换为工序S310这一点上,与图24的流程图不同。图25的流程图在省略工序S202、将工序S210置换为工序S310这一点上,进行与图23相同的工序。即,图25的流程图在图23的流程图中的工序S206之后追加了工序S406。图37是用于对实施方式的变形例涉及的水平微型变压器110的制造方法进行说明的制造流程图。在图25的流程图中省略了工序S202,因而没有形成初级侧下部接触通路孔261以及次级侧下部接触通路孔361。因此,在图25的流程图中,在结束了工序S406的阶段得到图37的构造而非图34的构造。
上述的第四变形例涉及的芯线状体40也可以与上述的第一变形例到第三变形例的任意者进行组合。
[第五变形例]
图18是实施方式的变形例涉及的水平微型变压器111的俯视图。在图18的变形例中,水平微型变压器110具有第一初级绕组导体122a以及另外的初级绕组导体122b、122z。此外,虽然省略了图示,但实际上,在另外的初级绕组导体122b与另外的初级绕组导体122z之间还设置有多个另外的初级绕组导体。在图18的变形例中,水平微型变压器110具有第一次级绕组导体132a以及另外的次级绕组导体132b、132z。此外,虽然省略了图示,但实际上,在另外的次级绕组导体132b与另外的次级绕组导体132z之间还设置有多个另外的次级绕组导体。
第一初级绕组导体122a与实施方式中的初级绕组导体20对应,第一次级绕组导体132a与实施方式中的次级绕组导体30对应。但是,第一初级绕组导体122a以及第一次级绕组导体132a的匝数是3。另外的初级绕组导体122b、122z以及另外的次级绕组导体132b、132z在俯视观察半导体基板1时与第一初级绕组导体122a以及第一次级绕组导体132a分离。另外的初级绕组导体122b、122z以及另外的次级绕组导体132b、132z与第一初级绕组导体122a以及第一次级绕组导体132a同样地在绝缘层2的内部设置为四边形螺旋形状。但是,它们具有不同的中心轴,另外的初级绕组导体122b和另外的次级绕组导体132b具有平行的中心轴CLb,另外的初级绕组导体122b和另外的次级绕组导体132b具有平行的中心轴CLz。
在图18中,另外的初级绕组导体122b、122z与第一初级绕组导体122a并联连接,另外的次级绕组导体132b、132z与第一次级绕组导体132a并联连接。就第一初级绕组导体122a以及另外的初级绕组导体122b、122z各自而言,各初级绕组导体的一端被赋予第一电源电位Vcc,各初级绕组导体的另一端被赋予第一基准电位Gnd。就第一次级绕组导体132a以及另外的次级绕组导体132b、132z各自而言,各次级绕组导体的一端被赋予第二电源电位Vb,各次级绕组导体的另一端被赋予第二基准电位Vs。与Gnd相比Vs是高电位,与Vcc相比Vb是高电位。通过如图18所示进行并联连接,从而能够对信号传输所需要的电流以及电压进行调整,因而水平微型变压器111以及具有该水平微型变压器111的半导体装置100的设计自由度提高。
图19是实施方式的变形例涉及的水平微型变压器112的俯视图。在图19中,另外的初级绕组导体122b、122z与第一初级绕组导体122a串联连接,另外的次级绕组导体132b、132z与第一次级绕组导体132a串联连接。图19是串联连接,图18是并联连接,在这点上两者不同。通过如图19所示进行串联连接,从而也能够对信号传输所需要的电流以及电压进行调整,因而水平微型变压器112以及具有该水平微型变压器112的半导体装置100的设计自由度提高。
也可以在图18中,将初级绕组导体122a、122b、122z变更为串联连接,使次级绕组导体132a、132b、132z保持并联连接。也可以在图18中,使初级绕组导体122a、122b、122z保持并联连接,将次级绕组导体132a、132b、132z变更为串联连接。虽然在实施方式中将初级绕组导体20与次级绕组导体30以1对1的关系而进行了配置,但在第五变形例中,将多个初级绕组导体20和多个次级绕组导体30形成多个组,将它们彼此串联或者并联地连接。在初级绕组导体20和次级绕组导体30之中,既可以是仅某一者形成多个,也可以是两者形成多个。
图20是实施方式的变形例涉及的水平微型变压器113的俯视图。在图20中,在俯视观察半导体基板1时,初级绕组导体20被夹在另外的次级绕组导体130与次级绕组导体30之间。从初级绕组导体20的两侧产生的磁场,能够被由另外的次级绕组导体130和次级绕组导体30构成的多个次级绕组导体接收,因而能够使信号传输效率提高。
上述的第五变形例涉及的绕组导体的个数增加以及电路结构也可以与上述的第一变形例至第四变形例的任意者进行组合。

Claims (10)

1.一种变压器的制造方法,其具备以下工序:
在半导体基板的表面层叠下侧绝缘层;
在所述下侧绝缘层之上,通过真空蒸镀法、化学气相生长法、或者溅射法而层叠第一导体膜;
通过对所述第一导体膜进行图案化,从而形成在俯视观察所述半导体基板时彼此分离并且并排配置的第一下部线状导体和第二下部线状导体;
在形成有所述第一下部线状导体以及所述第二下部线状导体的所述下侧绝缘层之上,层叠上侧绝缘层;
以分别到达所述第一下部线状导体的一端以及另一端、所述第二下部线状导体的一端以及另一端的方式,设置将所述上侧绝缘层贯穿的多个接触通路孔;
在所述上侧绝缘层之上,通过真空蒸镀法、化学气相生长法、或者溅射法而层叠第二导体膜;以及
通过对所述第二导体膜进行图案化,从而以与所述多个接触通路孔接触的方式形成第一上部线状导体和第二上部线状导体,
所述第一上部线状导体形成为将在所述第一下部线状导体的所述一端配置的一个接触通路孔与在所述第二下部线状导体的所述一端以及所述另一端中的距离所述第一下部线状导体的所述一端较远侧的端部配置的另外的接触通路孔进行连接,
所述第二上部线状导体形成为与在所述第一下部线状导体的另一端配置的其它的接触通路孔连接,
通过经由所述多个接触通路孔使所述第一下部线状导体、所述第二下部线状导体、所述第一上部线状导体以及所述第二上部线状导体连接,从而形成绕组导体,
所述绕组导体呈四边形螺旋形状,该四边形螺旋形状具有沿与所述半导体基板的所述表面平行的方向延伸的中心轴。
2.根据权利要求1所述的变压器的制造方法,其具备以下工序:
在层叠所述上侧绝缘层之前,以覆盖所述第一下部线状导体以及所述第二下部线状导体的方式设置中间绝缘层;以及
在所述中间绝缘层之上,设置以与所述第一下部线状导体以及所述第二下部线状导体立体交叉的方式延伸的芯线状体,
所述上侧绝缘层以覆盖所述芯线状体的方式设置于所述中间绝缘层之上,
在所述上侧绝缘层之上,以与所述芯线状体立体交叉的方式设置所述第一上部线状导体和所述第二上部线状导体。
3.一种变压器,其具备:
半导体基板;
绝缘层,其层叠于所述半导体基板的表面;
初级绕组导体,其在所述绝缘层的内部,设置为具有沿与所述半导体基板的所述表面平行的方向延伸的第一中心轴的第一四边形螺旋形状,由从真空蒸镀膜、化学气相生长膜、以及溅射膜这组膜之中选择的一个导体膜构成;以及
次级绕组导体,其在俯视观察所述半导体基板时与所述初级绕组导体分离,并且在所述绝缘层的内部设置为具有沿与所述半导体基板的所述表面平行的方向延伸的第二中心轴的第二四边形螺旋形状,与所述初级绕组导体磁耦合,由所述导体膜构成。
4.根据权利要求3所述的变压器,其中,
所述绝缘层包含层叠于所述半导体基板的下侧绝缘层以及层叠于所述下侧绝缘层之上的上侧绝缘层,
所述初级绕组导体包含:
多个初级侧下部线状导体,其设置于所述下侧绝缘层与所述上侧绝缘层之间;
多个初级侧接触通路孔,其在所述多个初级侧下部线状导体各自的两端部处将所述上侧绝缘层贯穿;以及
多个初级侧上部线状导体,其设置于所述上侧绝缘层之上而与所述多个初级侧接触通路孔连接,从而与所述多个初级侧下部线状导体以及所述多个初级侧接触通路孔一同构成所述四边形螺旋形状,
所述次级绕组导体包含:
多个次级侧下部线状导体,其设置于所述下侧绝缘层与所述上侧绝缘层之间;
多个次级侧接触通路孔,其在所述多个次级侧下部线状导体各自的两端部处将所述上侧绝缘层贯穿;以及
多个次级侧上部线状导体,其设置于所述上侧绝缘层之上而与所述多个次级侧接触通路孔连接,从而与所述多个次级侧下部线状导体以及所述多个次级侧接触通路孔一同构成所述四边形螺旋形状。
5.根据权利要求3所述的变压器,其中,
还具备芯线状体,该芯线状体以插入贯通于所述初级绕组导体所具有的所述四边形螺旋形状的内侧和所述次级绕组导体所具有的所述四边形螺旋形状的内侧这两者的方式设置于所述绝缘层的内部。
6.根据权利要求3所述的变压器,其中,
还具备另外的绕组导体,该另外的绕组导体在俯视观察所述半导体基板时与所述初级绕组导体以及所述次级绕组导体分离,并且在所述绝缘层的内部设置为具有沿与所述半导体基板的所述表面平行的方向延伸的第三中心轴的第三四边形螺旋形状,由所述导体膜构成。
7.根据权利要求6所述的变压器,其中,
所述另外的绕组导体与所述初级绕组导体并联连接。
8.根据权利要求6所述的变压器,其中,
所述另外的绕组导体与所述初级绕组导体串联连接。
9.根据权利要求6所述的变压器,其中,
在俯视观察所述半导体基板时所述初级绕组导体被夹在所述另外的绕组导体与所述次级绕组导体之间。
10.一种半导体装置,其具备:
半导体基板;
绝缘层,其层叠于所述半导体基板的表面的第一部分;
变压器,其形成于所述绝缘层;以及
配线,其设置于所述半导体基板的所述表面的第二部分之上,
所述变压器具备:
初级绕组导体,其在所述绝缘层的内部,设置为具有沿与所述半导体基板的所述表面平行的方向延伸的第一中心轴的第一四边形螺旋形状;以及
次级绕组导体,其在俯视观察所述半导体基板时与所述初级绕组导体分离,并且在所述绝缘层的内部设置为具有沿与所述半导体基板的所述表面平行的方向延伸的第二中心轴的第二四边形螺旋形状,与所述初级绕组导体磁耦合,
所述配线、所述初级绕组导体以及所述次级绕组导体是从真空蒸镀膜、化学气相生长膜、以及溅射膜这组膜之中选择的一个导体膜。
CN201811532803.6A 2017-12-19 2018-12-14 变压器、变压器的制造方法以及半导体装置 Pending CN109935451A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017242902A JP6819564B2 (ja) 2017-12-19 2017-12-19 半導体装置およびその製造方法
JP2017-242902 2017-12-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN109935451A true CN109935451A (zh) 2019-06-25

Family

ID=66674499

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811532803.6A Pending CN109935451A (zh) 2017-12-19 2018-12-14 变压器、变压器的制造方法以及半导体装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11114377B2 (zh)
JP (1) JP6819564B2 (zh)
CN (1) CN109935451A (zh)
DE (1) DE102018217270A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2021214901A1 (ja) * 2020-04-22 2021-10-28 三菱電機株式会社 入力回路
US11901288B2 (en) * 2020-07-09 2024-02-13 Renesas Electronics Corporation Semiconductor device and method of manufacturing the same

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030070282A1 (en) * 2000-04-27 2003-04-17 Bh Electronics, Inc. Ultra-miniature magnetic device
JP2012204815A (ja) * 2011-03-28 2012-10-22 Toshiba Lighting & Technology Corp 巻線装置
CN103887287A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 瑞萨电子株式会社 半导体装置和半导体装置的制造方法
CN106463242A (zh) * 2014-05-23 2017-02-22 德克萨斯仪器股份有限公司 制造用于高频开关模式电源的微细加工的晶片级集成电感器或变压器的方法
CN106898607A (zh) * 2015-11-19 2017-06-27 瑞萨电子株式会社 半导体器件

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3109839B2 (ja) * 1990-12-21 2000-11-20 日本電信電話株式会社 高周波用薄膜トランス
EP0725407A1 (en) * 1995-02-03 1996-08-07 International Business Machines Corporation Three-dimensional integrated circuit inductor
FR2793943B1 (fr) 1999-05-18 2001-07-13 Memscap Micro-composants du type micro-inductance ou micro- transformateur, et procede de fabrication de tels micro- composants
JP4266951B2 (ja) * 2005-03-31 2009-05-27 Tdk株式会社 磁気素子および電源装置
US20100225436A1 (en) * 2009-03-05 2010-09-09 Teledyne Scientific & Imaging, Llc Microfabricated inductors with through-wafer vias
US8130067B2 (en) * 2010-05-11 2012-03-06 Texas Instruments Incorporated High frequency semiconductor transformer
JP2012178391A (ja) * 2011-02-25 2012-09-13 Renesas Electronics Corp 半導体装置
JP5776297B2 (ja) * 2011-04-20 2015-09-09 株式会社村田製作所 高周波トランス、高周波部品および通信端末装置
JP2013038138A (ja) * 2011-08-04 2013-02-21 Renesas Electronics Corp 半導体装置
US8378776B1 (en) * 2011-08-26 2013-02-19 National Semiconductor Corporation Semiconductor structure with galvanically-isolated signal and power paths
JP5815353B2 (ja) * 2011-09-28 2015-11-17 株式会社フジクラ コイル配線素子およびコイル配線素子の製造方法
DE102011086403A1 (de) * 2011-11-15 2013-05-16 Würth Elektronik eiSos Gmbh & Co. KG Induktionsbauteil
US9251948B2 (en) * 2013-07-24 2016-02-02 International Business Machines Corporation High efficiency on-chip 3D transformer structure
US20180130867A1 (en) * 2016-11-09 2018-05-10 Analog Devices Global Magnetic isolators for increased voltage operations and related methods
US10648786B2 (en) * 2017-09-01 2020-05-12 Nanohmics, Inc. Magnetoelastic sensor for analyzing strain

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030070282A1 (en) * 2000-04-27 2003-04-17 Bh Electronics, Inc. Ultra-miniature magnetic device
JP2012204815A (ja) * 2011-03-28 2012-10-22 Toshiba Lighting & Technology Corp 巻線装置
CN103887287A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 瑞萨电子株式会社 半导体装置和半导体装置的制造方法
CN106463242A (zh) * 2014-05-23 2017-02-22 德克萨斯仪器股份有限公司 制造用于高频开关模式电源的微细加工的晶片级集成电感器或变压器的方法
CN106898607A (zh) * 2015-11-19 2017-06-27 瑞萨电子株式会社 半导体器件

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
程婕: "《电子产品制造工程实践技术》", 31 August 2015 *

Also Published As

Publication number Publication date
JP6819564B2 (ja) 2021-01-27
US20190189557A1 (en) 2019-06-20
DE102018217270A1 (de) 2019-06-19
US11114377B2 (en) 2021-09-07
JP2019110237A (ja) 2019-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3777159B2 (ja) 高qインダクタ
CN103700650B (zh) 半导体元件和制造半导体元件的方法
US10950408B2 (en) Apparatuses, systems, and methods for ion traps
CN103681633B (zh) 磁芯及其形成方法,以及包括该磁芯的集成电路、衬底、变压器和电感器
US20210104451A1 (en) Semiconductor devices with back-side coils for wireless signal and power coupling
WO1996028832A1 (en) High q integrated inductor
CN101620919A (zh) 平面型沟槽功率电感结构与制造方法
CN109935451A (zh) 变压器、变压器的制造方法以及半导体装置
JP6903721B2 (ja) 単一リードフレーム積層ダイガルバニック絶縁体
CN103985503A (zh) 用于射频、微波、以及毫米波集成电路的具有增强共模抑制的集成变压器巴伦
CN108155233A (zh) 具有埋藏式互连件的高电子迁移率晶体管
JP7284121B2 (ja) アイソレータ
CN109216316A (zh) 堆叠螺旋电感
US20080237806A1 (en) Through-electrode and semiconductor device
CN110088890A (zh) 形成三维集成布线结构的方法及其半导体结构
JP7465321B2 (ja) アイソレータ
CN110291630A (zh) 包括拓扑绝缘体材料的电互连
CN207731927U (zh) 一种模组结构
KR20010075974A (ko) 반도체 집적회로 공정에 의한 인덕터 및 제조 방법
CN108133931A (zh) 一种模组结构及其制作方法
CN108766899A (zh) 集成电路的制造方法及其结构
CN105097769B (zh) 一种三维集成电路的器件及其制备方法
CN104681537A (zh) 三维堆叠封装芯片中的变压器及其制备方法
US20060202338A1 (en) Integrated interconnect arrangement
JP7364545B2 (ja) アイソレータ

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20190625