CN111034136B - 电感器结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种电感器结构及其制造方法。该电感器结构包括：第一磁性材料层；绝缘层，形成在该第一磁性材料层上，其中该绝缘层包括纵向长度大于横向长度的聚合物结构，并且该聚合物结构在纵向方向上包括拱形上表面、第一侧表面、第二侧表面和底表面，其中该拱形上表面与该第一侧表面之间的拐角和该拱形上表面和该第二侧表面之间的拐角中的至少一个为圆角，并且在该第一侧表面和该底表面之间形成的角和在该第二侧表面和该底表面之间形成的角中的至少一个小于90度；至少一个导线结构，其穿过该绝缘层；以及第二磁性材料层，形成在该绝缘层上。

Description

电感器结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及电子制造技术，以及更具体地涉及一种电感器结构及其制造方法。
背景技术
电感器和变压器是诸如开关稳压器、射频(radio frequency，RF)电路和电磁干扰(electro magnetic interference，EMI)减轻电路等的微电子电路的主要部件。随着微电子系统在不断减小的外形尺寸中朝着更高的集成度和复杂度发展，在小型化覆盖区内实现高电感非常重要。在那种情况下，电感器和变压器能够实现必要的片内(on-die)或封装内(on-package)集成，以实现高性能电路，例如，集成稳压器等。一种实现集成电感器或变压器的高电感的有效方式是使用带状线型磁性薄膜电感器，其具有卷绕圆柱形绝缘材料的两个磁性薄膜层(下层和上层)，并且该圆柱形绝缘材料被金属线穿过。
然而，由于平面工艺技术的限制，很难在半导体工艺中制造这样的结构。
因此，如何有效地提供一种具有高电感的集成电感器结构是一个亟待解决的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种电感器结构及其制造方法，其有效地提供了一种具有高电感的电感器结构。
在第一方面，本申请提供一种电感器结构。该电感器结构包括第一磁性材料层；绝缘层，形成在该第一磁性材料层上；至少一个导线结构，其穿过该绝缘层；以及第二磁性材料层，形成在该绝缘层上。该绝缘层包括纵向长度大于横向长度的聚合物结构，并且该聚合物结构在纵向方向上包括拱形上表面、第一侧表面、第二侧表面和底表面。该拱形上表面与该第一侧表面之间的拐角和该拱形上表面和该第二侧表面之间的拐角中的至少一个为圆角，并且在该第一侧表面和该底表面之间形成的角和在该第二侧表面和该底表面之间形成的角中的至少一个小于90度。
根据本发明实施例，该电感器结构具有由长梯形棱柱结构支撑的两个磁性材料层，可以实现高电感。此外，该长梯形棱柱结构具有拱形上表面和圆角过渡，并且该底表面小于90度，这保证了光滑的膜沉积和磁性特性，从而有效地实现了集成电感或变压器的高电感。
在第二方面，本申请提供一种电感设备。该电感设备包括至少一个第一方面的电感器结构。
在第三方面，本申请提供一种形成电感器结构的方法。该方法包括：形成第一磁性材料层；在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层；在该第一光刻胶层上通过光刻执行图案定义；在该至少一个导线结构与该介电层上涂覆第二光刻胶层；显影该第一光刻胶层和该第二光刻胶层；在该绝缘层上形成第二磁性材料层。
根据第三方面的第一种实现方式，该方法还包括：在涂覆该第二光刻胶层之后且进行显影之前，执行第一预设时间段的沉降。
根据第三方面的第二种实现方式，该方法还包括在该第一磁性材料层上形成介电层，其中在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层包括：在该介电层上形成至少一个导线结构，在该至少一个导线结构与该介电层上涂覆第一光刻胶层。
在第四方面，本申请提供一种形成电感器结构的方法。该方法包括：形成第一磁性材料层；在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的绝缘层，其中该绝缘层包括纵向长度大于横向长度的聚合物结构，并且该聚合物结构在纵向方向上包括拱形上表面、第一侧表面、第二侧表面和底表面，其中该拱形上表面与该第一侧表面之间的拐角和该拱形上表面和该第二侧表面之间的拐角中的至少一个为圆角，并且在该第一侧表面和该底表面之间形成的角和在该第二侧表面和该底表面之间形成的角中的至少一个小于90度；以及在该绝缘层上形成第二磁性材料层。
根据第四方面的第一种实现方式，在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的绝缘层包括：在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的绝缘层；在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层；在该第一光刻胶层上通过光刻执行图案定义；在该至少一个导线结构与该介电层上涂覆第二光刻胶层；显影该第一光刻胶层和该第二光刻胶层。
根据第四方面的第一种实现方式，该方法还包括：在涂覆该第二光刻胶层之后且进行显影之前，执行第一预设时间段的沉降。
根据第四方面的第二种实现方式，该方法还包括：在该第一磁性材料层上形成介电层，其中在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层包括：在该介电层上形成至少一个导线结构，在该至少一个导线结构与该介电层上涂覆第一光刻胶层。
在一些实现方式中，该圆角为凸形和/或该第一侧表面和该第二侧表面靠近该底表面的部分为凹形，这保证了光滑的膜沉积和磁性特性。
在一些实现方式中，该聚合物结构的横截面的底部宽度与高度之比大于或等于3。
在一些实现方式中，该横截面的高度大于或等于10μm。
在一些实现方式中，该聚合物结构在聚合后具有大于200摄氏度的玻璃化转变温度。
在一些实现方式中，该绝缘层的覆盖区具有大于或等于1.5的长宽比。
在一些实现方式中，该拱形上表面的半径至少是该至少一个圆角的半径的4倍。随着顶表面和圆角之间的半径比的增加，顶表面从最高点到边缘的过渡更加平缓。因此，可以大大降低重力对磁各向异性的影响。这是为了保证磁性材料层的期望的磁化极性。
在一些实现方式中，该拱形上表面的轮廓为分段弧形和椭圆弧形中的一种。
在一些实现方式中，该聚合物结构由固化光刻胶材料制成，并且该聚合物结构通过以下步骤制成：在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层；在该第一光刻胶层上通过光刻执行图案定义；在该至少一个导线结构与该介电层上涂覆第二光刻胶层；在涂覆该第二光刻胶层之后，执行第一预设时间段的沉降；显影该第一光刻胶层和该第二光刻胶层。
在一些实现方式中，该第一预设时间段为1小时至3小时，以使得由该第一光刻胶层上的选择性曝光部分产生的光酸分子向该第一光刻胶层和该第二光刻胶层的未曝光区域充分扩散。
在一些实现方式中，该介电层由固化光刻胶材料制成。
附图说明
图1是根据本发明一实施例的电感器结构的结构图。
图2是根据本发明另一实施例的电感器结构的结构图。
图3是根据本发明另一实施例的电感器结构的结构图。
图4是根据本发明另一实施例的包括多个电感器的电感器结构的结构图。
图5示出了根据本发明另一实施例的多核处理器系统的示意性架构。
图6是根据本发明一实施例的电感器结构的剖视图。
图7是根据本发明一实施例的电感器结构的绝缘层的顶视图。
图8是示出根据本发明一实施例的用于制造电感器结构的方法的示意性流程图。
图9是示出根据本发明另一实施例的使用光刻胶制造具有弯曲顶表面的梯形聚合物棱柱的方法的示意性流程图。
图10是根据本发明一实施例的用于制造电感器结构的示意性流程。
图11示意性地示出了根据本发明一实施例的用于制造电感器结构中的聚合物结构的流程。
具体实施方式
应该注意的是，为了便于描述，在本文中可以使用诸如“在……之下”、“在……下面”、“下面”、“在……之上”、“上面”等的空间相对术语来描述附图中所示的一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。除了附图中描绘的方位之外，这些空间相对术语还旨在涵盖在使用中或操作中的设备的不同方位。装置可以以其他方式定向(旋转90度或在其他方位)，同时也可以对本文中使用的空间相对描述符进行相应的解释。
在制造具有两个磁性薄膜层的电感器结构时，可以在基板上形成下部磁性薄膜，然后可以在该下部磁性薄膜上形成被导线结构穿过的长台面绝缘结构或长台面绝缘层，并且可以将上部磁性薄膜溅射到该长台面绝缘结构上。这种绝缘结构可以由聚合光刻胶制成。因此，该下部磁性薄膜层和该上部磁性薄膜层可以形成在结构上由该长台面绝缘结构(例如，圆柱形绝缘结构)支撑的管。传统的方法是利用热回流使矩形聚合光刻胶结构变形以获得该圆柱形绝缘结构。然而，该聚合光刻胶必须具有较低的热稳定性，以在相对较低的温度下容易变形。对于具有高的热稳定性的光刻胶材料而言，这种方法变得非常无效。另外，从可靠性角度来看，具有这种集成微电感器的商业产品还要求这种聚合物具有高的温度稳定性。因此，很难制造这种3D弯曲聚合物结构。
此外，为了与商业半导体制造工艺兼容，该两个磁性薄膜层之间的绝缘结构可以是具有圆角的梯形棱柱结构，以保证光滑的膜沉积和磁性特性，而该下部磁性薄膜可以被制成平坦层。
本发明实施例解决了制造具有拱形横截面轮廓的绝缘结构的挑战，例如，使用更高热稳定的绝缘材料。当然，本发明实施例可以使用较低热稳定的绝缘材料。具体地，本发明实施例提供了一种用于制造长梯形聚合物棱柱结构的方法，并且所得到的聚合物棱柱结构具有拱形上表面或弯曲顶表面和圆角过渡。这种聚合物棱柱结构可以构成在硅芯片或硅晶片上实现集成微电感器或变压器的基础。
本发明实施例可以采用光刻，其也被称为光刻法、光掩模、掩模、光刻处理或显微光刻法。光刻法，也称为光学光刻或紫外(ultraviolet，UV)光刻，是微制造中使用的工艺。它使用光将光掩模上的几何图案转移到基板上的光敏或感光化学“光刻胶”上，或仅仅是“抗蚀剂”上。
图1是根据本发明一实施例的电感器结构100的结构图。例如，该电感器结构100可以指电感器。本发明实施例不限于此，例如，该电感器结构也可以是变压器，或具有电磁感应结构的其他设备。
参考图1，该电感器结构100可以包括第一磁性材料层120、第二磁性材料层130、以及在该第一磁性材料层120和该第二磁性材料层130之间形成的绝缘层140。例如，该绝缘层140可以通过在多步工艺中沉积一种类型的材料或多种类型的材料形成。该电感器结构100还可以包括至少一个导线结构150，其在该第一磁性材料层120和该第二磁性材料层130之间延伸，并且穿过该绝缘层140。
参考图1，坐标轴z指示该电感器结构100的纵向方向，坐标轴x指示该电感器结构100的横向方向。该绝缘层140包括纵向长度大于横向长度的聚合物结构，并且该聚合物结构在纵向方向上可以包括拱形上表面或顶表面141、第一侧表面或侧壁143、第二侧表面或侧壁144和底表面142，其中该拱形上表面141与该第一侧表面143之间的拐角145和该拱形上表面141和该第二侧表面144之间的拐角146中的至少一个为圆角，并且在该第一侧表面和该底表面之间形成的角和在该第二侧表面和该底表面之间形成的角中的至少一个小于90度。
例如，该绝缘层140可以是长梯形棱柱结构，例如，具有拱形横截面轮廓的长台面结构。拐角145和146均为圆角，并且在该第一侧表面和该底表面之间形成的角和在该第二侧表面和该底表面之间形成的角均小于90度。
根据本发明实施例，该电感器结构具有由长梯形棱柱结构支撑的两个磁性材料层，可以实现高电感。此外，该长梯形棱柱结构具有拱形上表面和圆角过渡，并且该底表面小于90度，这保证了光滑的膜沉积和磁性特性，从而有效实现了集成电感器或变压器的高电感。
可选地，作为另一个实施例，该圆角为凸形。例如，拐角145和146均向上凸起。
可选地，作为另一个实施例，该第一侧表面靠近该底表面的部分147和该第二侧表面靠近该底表面的部分148均向下凹陷。
根据本发明实施例，该聚合物结构可以由固化光刻胶制成。
根据本发明实施例，该绝缘层的横截面为梯形，并且具有拱形的上部轮廓。
根据本发明实施例，梯形绝缘微结构可以具有在100μm和300μm之间的范围内的底部宽度，以使得能够装入一个足够宽的金属导体或多个足够宽的金属导体。包含足够宽的金属导体(例如，铜线)的目的是为了保证所得到的电感器具备有意义的低直流(directcurrent，DC)电阻，从而具备低DC损耗，尤其是当这种电感器被用作稳压器电路中的储能设备时。同时，为了利用可用的半导体晶片处理机器、处理技术和处理材料提高梯形绝缘结构的可制造性，这种绝缘结构的高度被限制在10μm到40μm之间的范围内。出于与实现所得到的电感器的低DC电阻相同的原因，该绝缘结构的高度范围能够制造厚度在8μm到20μm之间的金属导体或导体。所得到的电感器能够具有分别在这里指定的范围内的底部宽度、绝缘结构高度和金属导体厚度的任意组合。为了实现低DC损耗，在考虑特定半导体制造工艺的可制造性限制时，该导体厚度在规定范围内应尽可能大。相反，在满足给定制造工艺的可制造性并在金属导体和磁性薄膜层之间提供足够的电绝缘时，该梯形绝缘结构的高度在规定范围内应尽可能小，以实现可能的高电感。
根据本发明实施例，该绝缘层的覆盖区具有在2和10之间的范围内的长宽比。为了实现电感器，底部磁性薄膜和上部磁性薄膜被沉积以装入该绝缘结构和穿过该绝缘结构的导体。这些磁性薄膜需要具有磁各向异性，并且易磁化轴需要与该绝缘结构的纵向方向对齐。在2和10之间的长宽比能够利用几何特点增强所需的磁各向异性。
根据本发明实施例，该拱形上表面的半径至少是该至少一个圆角的半径的4倍。例如，该拱形上表面的半径至少是该至少一个圆角的半径的4倍、5倍或6倍。存在这种尺寸关系是因为该梯形绝缘结构的底部宽度与高度的隐含比率。随着顶表面和圆角之间的半径比的增加，该顶表面从最高点到边缘的过渡更加平缓。因此，可以大大降低重力对磁各向异性的影响。这是为了保证磁性薄膜的期望的磁化极性。
根据本发明实施例，该拱形上表面的轮廓接近椭圆弧形。因为规定的底部宽度总是比该梯形绝缘结构的高度大得多，所以针对图1中的流程所规定的沉降时间保证了没有过多的额外光酸物质扩散到该顶表面以上的区域，并且可以生成椭圆弧形轮廓。
根据本发明实施例，该聚合物结构由固化光刻胶材料制成，并且该聚合物结构通过以下步骤制成：在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层；在该第一光刻胶层上通过光刻执行图案定义；在该至少一个导线结构与该介电层上涂覆第二光刻胶层；在涂覆该第二光刻胶层之后，执行第一预设时间段的沉降；显影该第一光刻胶层和该第二光刻胶层。
根据本发明实施例，该第一预设时间段为1小时至3小时，以使得由该第一光刻胶层上的选择性曝光部分产生的光酸分子向该第一光刻胶层和第二光刻胶层的未曝光区域充分扩散。含有光酸的区域产生交联的光刻胶或部分交联的光刻胶。随后的显影步骤溶解所有未交联的光刻胶，然后剩余的具有弯曲表面的微结构是所期望的绝缘结构。
根据本发明实施例，该介电层由光刻胶材料制成。当然，该介电层也可以不是光刻胶材料。
所制造的电感结构可以用在各种微电子电路中，例如，稳压器、RF电路、EMI减轻电路等。本发明的一个实施例是单相或多相开关稳压器或DC-DC电压转换器。电感器是电路中必不可少的储能元件，并且形成具有附加输出电容器的输出滤波器。这种开关稳压器向诸如微处理器、微处理器处理核心、存储器模块等的目标电路模块提供所需的干净且稳定的电源电压。另一个实施例是包含多个集成微电感器的多相开关稳压器。这种多相稳压器是为了实现更高的响应带宽，以负载来自所提供的电路模块的电流变化，以及大大抑制电压轨中的纹波噪声。另外，多相开关稳压器能够处理大电流负载，同时保持稳定的电源电压，并且对于如今的高性能计算平台(如服务器、台式计算机、膝上型计算机、平板计算机和智能手机)而言很重要。借助集成微电感器，可以实现覆盖区大幅度减小的多相开关稳压器，同时，把它集成到外形尺寸不断缩小的最终用户设备中也变得很有吸引力。
根据本发明实施例，可以通过在给定基板上按一定顺序形成磁性材料层和绝缘材料层来实现集成电感器或变压器。这种基板可以是封装基板、硅晶片或者具有有源晶体管电路的硅晶片。
根据本发明实施例，该电感器结构可以是在硅晶片顶部实现的集成电感器和变压器。
根据本发明实施例，使用多个集成电感器的多个IVR模块可以被合并到复杂的多核心微处理器中。该IVR模块支持分布式电源和电源管理，以实现节能和性能改进。
本发明的好处包括制造具有拱形上表面的梯形聚合物棱柱的方法，以保证均匀的磁性膜沉积，从而实现集成电路中所使用的电感设备的最大电感。根据本发明实施例，可以制造诸如电感器和变压器的电感设备。根据本发明实施例，可以使用片上和/或封装内集成的磁性材料的电感器/变压器制造诸如开关稳压器和集成稳压器的电路，并且这类微电子电路可以用于，例如，服务器、联网处理器、路由器和移动应用程序。集成稳压器，包括多核处理器中所使用的那些需要分区电源域功率输送和功率管理的集成稳压器，可以从使用根据本发明实施例的结构中获益。
图2是根据本发明另一实施例的电感器结构200的结构图。
参考图2，该电感器结构200可以包括第一磁性材料层220、第二磁性材料层230、以及设置在该第一磁性材料层220和该第二磁性材料层230之间的绝缘层240。该电感器结构200还可以包括穿过该绝缘层240的至少一个导线结构250。
该绝缘层240可以是长梯形棱柱结构，例如，具有拱形横截面轮廓的长台面结构。例如，该绝缘层240可以具有拱形上表面、平坦底表面、第一侧表面和第二侧表面，其与图1中所示的绝缘层140类似。该绝缘层240也可以具有第一圆角过渡、第二圆角过渡、第三圆角过渡和第四圆角过渡，其与图1中所示的绝缘层140类似，在此不再赘述。
此外，该绝缘层240可以包括第一绝缘材料层240a和第二绝缘材料层240b。该第一绝缘材料层240a和该第二绝缘材料层240b可以包括相同的材料，例如，固化光刻胶材料。可替代地，该第一绝缘材料层240a和该第二绝缘材料层240b可以具有不同的材料，例如，该第一绝缘材料层240a可以是固化光刻胶材料，而该第二绝缘材料层240b可以由另一种感光聚合物材料制成。可替代地，作为另一个实施例，该第二绝缘材料层240b可以是非感光聚合物材料的薄介电层。
例如，该至少一个导线结构250可以设置在该第一绝缘材料层240a上，并且该第二绝缘材料层240b可以设置在该第一绝缘材料层240a和该至少一个导线结构250之上。
另外，该电感器结构200还可以包括基板210，并且该第一磁性材料层220设置在该基板210上。例如，可以使用传统的商业半导体生产线在硅晶片的表面上制造该第一磁性材料层220。可替代地，该基板210可以是电子设备中的印刷电路板。
图3是根据本发明另一实施例的电感器结构300的结构图。
该电感器结构300可以包括第一磁性材料层320、第二磁性材料层330、绝缘层340和至少一个导线结构350，其分别与图1的实施例中所描述的第一磁性材料层120、第二磁性材料层130、绝缘层140和至少一个导线结构150类似，在此不再赘述。
参考图3，该电感器结构300还可以包括薄膜电容器的第一导体360、该薄膜电容器的第二导体380、该第一导体360和该第二导体380之间的该薄膜电容器的介电层370。该第一磁性材料层320在该第一导体360上形成。
应该注意的是，该绝缘层340也可以包括如图2的实施例中所描述的第一绝缘材料层和第二绝缘材料层。
图4是根据本发明另一实施例的包括多个电感器的电感器结构400的结构图。本实施例以包括两个电感器的电感器结构为例进行描述。
该电感器结构400可以包括电感器410、电感器420、绝缘体440和硅基板450。该电感器410和该电感器420中的每一个可以包括以上实施例中所描述的电感器结构。例如，该电感器410可以包括第一磁性材料层411、第二磁性材料层412、以及设置在该第一磁性材料层411和该第二磁性材料层412之间的绝缘层413。该电感器410还可以包括穿过该绝缘层413的导线结构431。同样地，该电感器420可以包括第一磁性材料层421、第二磁性材料层422、以及设置在该第一磁性材料层421和该第二磁性材料层422之间的绝缘层423。该电感器420还可以包括穿过该绝缘层423的导线结构432。另外，如图4所示，该导线结构432与该导线结构431串联连接。该导线结构431连接到该电感器结构400的第一端子433，并且该导线结构432连接到该电感器结构400的第二端子434。
该绝缘体440可以设置在该硅基板450上，并且该电感器410和该电感器420可以设置在该绝缘体440上。
应该注意的是，在图4中，仅出于说明的目的，该绝缘层423的结构被示为梯形棱柱结构，该第一磁性材料层421和该第二磁性材料层的结构被示为矩形结构，并且每个电感器的结构与以上实施例中的电感器的结构类似。
图5示出了根据本发明另一实施例的多核处理器系统的示意性架构。
参考图5，该多核处理器系统包括多个CPU1-n、输入/输出(input/output，I/O)、多个集成稳压器(integrated voltage regulator，IVR)1-n、片外VR和电源。该多个CPU1-n分别连接到该多个IVR1-n。该多个IVR1-n和I/O连接到该片外VR。该片外VR连接到该电源。该IVR可以靠近处理器核心模块实施，并且实现了每个核心独立的电压供应。这基本上实现了高粒度的电源管理和显著的系统功率节省。本实施例的一个示例可以使用集成电感器实现具有IVR电路的智能手机的应用处理器。例如，IVR电路可以包括集成电感器、电容器、晶体管和电阻。使用IVR可以节省额外的电池寿命。
图6是根据本发明一实施例的电感器结构的剖视图。图7是根据本发明一实施例的电感器结构的顶视图。参考图6和图7，扫描电镜所捕获的该电感器结构的图像表明，该电感器结构中的该绝缘层是梯形棱柱结构，因此该电感器结构也是梯形棱柱结构，并且该电感结构中的该绝缘层具有拱形顶表面、该绝缘层的拱形顶表面与侧表面之间的凸形圆角过渡、以及底表面与侧表面之间的凹形部分，这保证了光滑的膜沉积和磁性特性。
根据本发明实施例的电感设备包括至少一个根据本发明实施例的电感器结构。
图8是示出根据本发明另一实施例的用于制造电感器结构的方法的示意性流程图。该方法可以用于制造如以上实施例中所描述的电感器结构。该方法包括以下内容。
810，形成第一磁性材料层。
820，在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的绝缘层，其中该绝缘层包括纵向长度大于横向长度的聚合物结构，并且该聚合物结构在纵向方向上包括拱形上表面、第一侧表面、第二侧表面和底表面，其中该拱形上表面与该第一侧表面之间的拐角和该拱形上表面和该第二侧表面之间的拐角中的至少一个为圆角，并且在该第一侧表面和该底表面之间形成的角和在该第二侧表面和该底表面之间形成的角中的至少一个小于90度。
830，在该绝缘层上形成第二磁性材料层。
根据本发明实施例，该电感器结构具有由长梯形棱柱结构支撑的两个磁性薄膜层，其中该长梯形棱柱结构具有拱形上表面和圆角过渡。由于该长梯形棱柱结构不是利用热回流形成的，因此有效地实现了集成电感器或变压器的高电感。
根据本发明实施例，步骤820包括：在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的绝缘层；在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层；在该第一光刻胶层上通过光刻执行图案定义；在该至少一个导线结构与该介电层上涂覆第二光刻胶层；显影该第一光刻胶层和该第二光刻胶层。
可选地，作为另一个实施例，该方法还包括：在涂覆该第二光刻胶层之后且进行显影之前，执行第二预设时间段的沉降。
可选地，作为另一个实施例，该第一预设时间段为1小时至3小时。
可选地，作为另一个实施例，该方法还包括：在该第一磁性材料层上形成介电层，其中在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层包括：在该介电层上形成至少一个导线结构；在该至少一个导线结构与该介电层上涂覆第一光刻胶层。
图9是示出根据本发明一实施例的用于制造电感器结构的方法的示意性流程图。该方法可以用于制造如以上实施例中所描述的电感器结构。该方法包括以下内容。
910，形成第一磁性材料层。
920，在该第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层。
930，在该第一光刻胶层上通过光刻执行图案定义。
940，在该至少一个导线结构与该介电层上涂覆第二光刻胶层。
950，显影该第一光刻胶层和该第二光刻胶层。
960，在该绝缘层上形成第二磁性材料层。
根据本发明实施例，该电感器结构具有由长梯形棱柱结构支撑的两个磁性薄膜层，其中该长梯形棱柱结构具有拱形上表面和圆角过渡。由于该长梯形棱柱结构不是利用热回流形成的，因此有效地实现了集成电感器或变压器的高电感。
可选地，作为另一个实施例，该方法还包括：在涂覆该第二光刻胶层之后且进行显影之前，执行第二预设时间段的沉降。
根据本发明实施例，该第一预设时间段为1小时至3小时。
可选地，作为另一个实施例，该方法还包括：在该第一磁性材料层上形成介电层，并且步骤920包括：在该介电层上形成至少一个导线结构，在该至少一个导线结构与该介电层上涂覆第一光刻胶层。
根据本发明实施例，该介电层由固化光刻胶材料制成。
根据本发明实施例，该圆角为凸形和/或该第一侧表面和该第二侧表面靠近该底表面的部分为凹形。
根据本发明实施例，该聚合物结构的横截面的底部宽度与高度之比大于或等于3。
根据本发明实施例，该横截面的高度大于或等于10μm。
根据本发明实施例，该聚合物结构在聚合后具有大于200摄氏度的玻璃化转变温度。
根据本发明实施例，该绝缘层的覆盖区具有大于或等于1.5的长宽比。
根据本发明实施例，该拱形上表面的半径至少是该至少一个圆角的半径的4倍。
根据本发明实施例，该拱形上表面的轮廓为分段弧形和椭圆弧形中的一种。
图10是根据本发明一实施例的用于制造电感器结构的示意性流程。该流程可以用于制造如以上实施例中所描述的电感器结构。该方法包括以下内容。
1010，在基板上形成第一磁性材料层。
例如，该基板可以是硅晶片或印刷电路板。本实施例可以以晶片为例进行描述。此外，在进行涂覆之前，可以进行基板制备，例如，清洗和预烘烤工艺，并且可以通过以下工艺中的一种或多种来完成：清洗基板以去除污染物、脱水烘烤以除去水分、以及添加粘附促进剂。基板制备可以促进材料(例如，固化光刻胶材料或绝缘材料)粘附到该基板。
可以在该基板上通过利用诸如溅射、电镀或化学气相沉积(chemical vapordeposition，CVD)的沉积技术形成该第一磁性材料层。例如，可以在该基板上溅射该第一磁性材料层。
1015，在该第一磁性膜层上形成绝缘材料层，以使该第一磁性膜层与至少一个导线结构绝缘。
具体地，该绝缘材料层可以是薄介电层。例如，可以在该第一磁性材料层上涂覆该绝缘材料层。该绝缘材料层可以包括任何合适的材料，包括氧化硅、蓝宝石、其他合适的绝缘材料、和/或它们的组合。该绝缘层是通过任何合适的工艺形成的，例如注入、氧化、沉积、和/或其他合适的工艺。可替代地，该绝缘层也可以是固化光刻胶材料。
1020，在该绝缘材料层上形成该至少一个导线结构。
例如，该绝缘材料层上的该至少一个导线结构可以通过传统的金属蚀刻工艺形成。该导线结构可以包括任何合适的导电材料，例如，铝、铜、钛、钽、钨、钼、氮化钽、硅化镍、硅化钴、TiN、WN、TiAl、TiAlN、TaCN、TaC、TaSiN、金属合金、和/或它们的组合。
1025，在该绝缘材料层上涂覆覆盖该导线结构的第一光刻胶层。
可以通过任何合适的工艺将该第一光刻胶层形成为任何合适的厚度。涂覆技术可以包括旋涂、喷涂、浸涂、流涂、真空沉积(例如，物理气相沉积或化学气相沉积)、蒸发或层压等。
例如，薄而均匀的光刻胶涂层可以通过旋涂工艺实现。光刻胶可以通过将固体组分溶解在溶剂中得到，并且被倾倒到该绝缘材料层上，然后在转台上高速旋转，从而生产出期望的膜。在涂覆结束时，光刻胶膜覆盖晶片，准备进行软烘烤。
1030，执行软烘烤工艺。
软烘烤，也称为预烘烤或涂后烘烤，其涉及在旋涂之后通过除去该多余溶剂来使该光刻胶干燥，例如，其被用于蒸发该光刻胶中的挥发性溶剂，并且使该光刻胶成为固体，从而增强该光刻胶的粘附力。有几种方法可以用于烘烤光刻胶，例如，烤箱烘烤，电炉烘烤和邻近式烘烤。软烘烤之后，冷却该晶片。冷却之后，该晶片已准备好进行光刻曝光。
1035，在该第一光刻胶层上执行光刻图案定义。
接触式光刻和邻近式光刻是通过被称为光掩模的主图案曝光光刻胶(例如，负性光刻胶)的最简单的方法，并且传统的曝光方法是投影印刷，其中掩模的图像被投影到晶片上。投影光刻工具有两大类——扫描系统和分步重复系统。
图11示意性地示出了根据本发明一实施例的用于制造电感器结构中的聚合物结构的示意性流程。本发明实施例以光刻胶结构为例进行描述。参考图11(a)和图11(b)，掩模1110的图像与该晶片上预先定义的图案对准，然后光刻胶1120通过该掩模1110的图像暴露于光下。在该光刻图案定义之后，可以得到曝光后的光刻胶结构1140。
1040，在该光刻图案定义之后，对该光刻胶层执行短时间沉降。
例如，在该光刻图案定义之后，将该晶片放置预设时间段，并且该预设时间段在20分钟至60分钟的范围内，例如，40分钟。
1045，在该光刻胶层上涂覆该第二光刻胶层。在该短时间沉降之后，该第二光刻胶层被涂敷在该第一光刻胶层上。
涂覆步骤可以以步骤1025中所述的方式执行，在此不再赘述。
1050，在涂覆该第二光刻胶层之后，执行长时间沉降。该沉降步骤的时间段在60分钟至180分钟的范围内，例如，90分钟。
参考图11(c)，在该长时间沉降期间，在涂覆的光刻胶层(该第二光刻胶层)和曝光后的光刻胶层(该第一光刻胶层)之间出现元素的相互扩散。具体地，该曝光后的光刻胶层的一部分分子，例如，靠近该涂覆的光刻胶层的分子，扩散到该涂覆的光刻胶层中，该涂覆的光刻胶层的一部分分子，例如，靠近该曝光后的光刻胶层的分子，扩散到该曝光后的光刻胶层中。
1055，执行另一次软烘烤工艺。在该长时间沉降之后，可以以步骤1030中所述的方式执行另一次软烘烤工艺。
1060，显影该第一光刻胶层和该第二光刻胶层，以去除不需要的部分。
1065，执行超声波清洗和硬烘烤，以得到光刻胶结构。
参考图11(d)，该曝光后的光刻胶的分子可溶于碱性显影剂中，未曝光的光刻胶的分子不溶于碱性显影剂中，由此得到如以上实施例中所述的聚合物结构。
1070，在该光刻胶结构上形成第二磁性材料层。
集成电感器或变压器的前述实施例中所述的磁性材料层能够由纳米晶磁性合金或非晶磁性合金制成，例如，NiFe、CoZrTa、CoZrNb、CoP、CoPb、CoZr、FeCoO、FeCoP、FeCoBSi、以及它们的组合。集成电感器和变压器的实施例中所述的第一磁性材料层和第二磁性材料层可以是层压薄磁性膜层的形式，其间具有绝缘层。该绝缘层材料可以是氧化硅、Al2O3或AlN。
形成集成电感器和变压器的该第一磁性材料层和该第二磁性材料层可以利用诸如溅射、电镀或化学气相沉积(chemical vapor deposition，CVD)的沉积技术。在本发明的一个实施例中，在沉积该第一磁性材料层和该第二磁性材料层之前可以溅射薄的钛膜、钽膜、TiN膜或其组合，以提高磁性膜的粘附力。
根据本发明实施例，该电感器结构可以通过以下步骤制成：在该晶片表面上涂覆光刻胶；软烘烤光刻胶；执行结构图案的光刻定义；涂覆附加的光刻胶层；将该晶片沉降一段期望的时间段；执行第二轮软烘烤；显影该光刻胶以去除不需要的部分；以及在剩余的聚合光刻胶上执行硬烘烤。所得到的聚合物结构具有不同的梯形轮廓、弯曲顶表面以及圆角过渡。这种轮廓特征使得磁性层能够在凸起的3D结构上均匀地沉积，并且对于保证所制造的电感器和变压器的高电感和电性能至关重要。
根据本发明实施例，形成了具有弯曲顶表面的梯形棱柱结构，其能够利用具有光滑表面过渡的凸起3D棱柱制造集成微电感器或变压器结构，保证了磁性层的均匀膜沉积，从而实现了微电子器件的良好电感并因此实现了电性能。
本领域技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述系统、设备和单元的具体工作过程可参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本领域技术人员可以根据本发明实施例对本发明的具体实现方式和应用范围进行修改。因此，说明书的内容不应该被解释为对本发明的限制。

Claims (25)

1.一种电感器结构，其特征在于，包括：
第一磁性材料层；
绝缘层，形成在所述第一磁性材料层上，其中所述绝缘层包括纵向长度大于横向长度的聚合物结构，并且所述聚合物结构在纵向方向上包括拱形上表面、第一侧表面、第二侧表面和底表面，其中所述拱形上表面与所述第一侧表面之间的拐角和所述拱形上表面和所述第二侧表面之间的拐角中的至少一个为圆角，并且在所述第一侧表面和所述底表面之间形成的角和在所述第二侧表面和所述底表面之间形成的角中的至少一个小于90度；
至少一个导线结构，其穿过所述绝缘层；以及
第二磁性材料层，形成在所述绝缘层上。
2.如权利要求1所述的电感器结构，其特征在于，其中所述圆角为凸形和/或所述第一侧表面和所述第二侧表面靠近所述底表面的部分为凹形。
3.如权利要求1所述的电感器结构，其特征在于，其中所述聚合物结构的横截面的底部宽度与高度之比大于或等于3。
4.如权利要求3所述的电感器结构，其特征在于，其中所述横截面的高度大于或等于10µm 。
5.如权利要求1至4中任一项所述的电感器结构，其特征在于，所述聚合物结构在聚合后具有大于200摄氏度的玻璃化转变温度。
6.如权利要求1至4中任一项所述的电感器结构，其特征在于，其中所述绝缘层的覆盖区具有大于或等于1.5的长宽比。
7.如权利要求1至4中任一项所述的电感器结构，其特征在于，其中所述拱形上表面的半径至少是至少一个所述圆角的半径的4倍。
8.如权利要求1至4中任一项所述的电感器结构，其特征在于，其中所述拱形上表面的轮廓为分段弧形和椭圆弧形中的一种。
9.如权利要求1至4中任一项所述的电感器结构，其特征在于，其中所述聚合物结构由固化光刻胶材料制成，并且所述聚合物结构通过以下步骤制成：在所述第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层；在所述第一光刻胶层上通过光刻执行图案定义；在所述至少一个导线结构与介电层上涂覆第二光刻胶层；在涂覆所述第二光刻胶层之后，执行第一预设时间段的沉降；显影所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层。
10.如权利要求9所述的电感器结构，其特征在于，所述第一预设时间段为1小时至3小时。
11.如权利要求9所述的电感器结构，其特征在于，其中所述介电层由固化光刻胶材料制成。
12.一种电感设备，其特征在于，包括：
至少一个如权利要求1至11中任一项所述的电感器结构。
13.一种形成电感器结构的方法，其特征在于，包括：
形成第一磁性材料层；
在所述第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的绝缘层，其中所述绝缘层包括纵向长度大于横向长度的聚合物结构，并且所述聚合物结构在纵向方向上包括拱形上表面、第一侧表面、第二侧表面和底表面，其中所述拱形上表面与所述第一侧表面之间的拐角和所述拱形上表面和所述第二侧表面之间的拐角中的至少一个为圆角，并且在所述第一侧表面和所述底表面之间形成的角和在所述第二侧表面和所述底表面之间形成的角中的至少一个小于90度；以及
在所述绝缘层上形成第二磁性材料层。
14.如权利要求13所述的方法，其特征在于，其中所述在所述第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的绝缘层包括：
在所述第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层；
在所述第一光刻胶层上通过光刻执行图案定义；
在所述至少一个导线结构与介电层上涂覆第二光刻胶层；
显影所述第一光刻胶层和所述第二光刻胶层。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括：
在涂覆所述第二光刻胶层之后且进行显影之前，执行第一预设时间段的沉降。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一预设时间段为1小时至3小时。
17.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述第一磁性材料层上形成介电层，其中所述在所述第一磁性材料层上形成至少一个导线结构穿过的第一光刻胶层包括：
在所述介电层上形成至少一个导线结构，
在所述至少一个导线结构与所述介电层上涂覆第一光刻胶层。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，其中所述介电层由固化光刻胶材料制成。
19.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述电感器结构中的两个磁性薄膜层由长梯形棱柱结构支撑，其中，所述长梯形棱柱结构具有拱形上表面和圆角过渡，所述圆角为凸形和/或所述长梯形棱柱结构的第一侧表面和第二侧表面靠近所述长梯形棱柱结构的底表面的部分为凹形。
20.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：执行超声波清洗和硬烘烤，去除所述第一光刻胶层，得到包含聚合物结构的电感器结构，其中，所述聚合物结构的横截面的底部宽度与高度之比大于或等于3。
21.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：执行超声波清洗和硬烘烤，去除所述第一光刻胶层，得到包含聚合物结构的电感器结构，其中，所述聚合物结构的横截面的高度大于或等于10µm 。
22.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，还包括：执行超声波清洗和硬烘烤，去除所述第一光刻胶层，得到包含聚合物结构的电感器结构，其中，所述聚合物结构在聚合后具有大于200摄氏度的玻璃化转变温度。
23.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，其中所述绝缘层的覆盖区具有大于或等于1.5的长宽比。
24.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述电感器结构中的两个磁性薄膜层由长梯形棱柱结构支撑，其中，所述长梯形棱柱结构具有拱形上表面和圆角过渡，所述拱形上表面的半径至少是至少一个所述圆角的半径的4倍。
25.如权利要求13至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述电感器结构中的两个磁性薄膜层由长梯形棱柱结构支撑，其中，所述长梯形棱柱结构具有拱形上表面和圆角过渡，所述拱形上表面的轮廓为分段弧形和椭圆弧形中的一种。
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