DE102008010070A1

DE102008010070A1 - 3D-Spule zum Einsparen von Platz, der von Induktivitäten verwendet wird

Info

Publication number: DE102008010070A1
Application number: DE102008010070A
Authority: DE
Inventors: Andreas Ishak Loza
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2008-02-19
Publication date: 2008-10-02
Also published as: US20080204183A1

Abstract

Einige erörterte Ausführungsformen betreffen eine Vorrichtung, einschließlich einer planaren Spule, die in einer Metallisierung über und senkrecht zu einem Substrat angeordnet ist. Einige Ausführungsformen enthalten mehrere planare Spulen, die in der Metallisierung über und senkrecht zu dem Substrat angeordnet sind, und die elektrisch verbunden oder nur induktiv gekoppelt sein können. Ein Prozess beinhaltet die Ausbildung der planaren Spule. Ein Verfahren beinhaltet die Verwendung der planaren Spule als eine Induktionsspule, die senkrecht zum Substrat angeordnet ist. Ein Verfahren beinhaltet mehrere beabstandete planare Spulen, die als eine Transformatorvorrichtung verwendet werden.

Description

Erfindungsgebiet
Hierin beschriebene Ausführungsformen betreffen allgemein Induktionsspulen und insbesondere die Verwendung von Induktionsspulen mit Mikroelektronikeinrichtungen.
Allgemeiner Stand der Technik
Induktionsspulen werden mit Mikroelektronikein-richtungen als passive Elemente verwendet zur Konfiguration der Einrichtungen, damit gewisse Funktionalitäten erzielt werden. Die Miniaturisierung ist der Prozeß, mehr Einrichtungen, sowohl passive als auch aktive, auf der gleichen oder einer noch kleineren Bodenfläche einer Mikroelektronikeinrichtung zu verdichten. Das Verdichten von mehr Einrichtungen in noch kleineren Bereichen wirft signifikante Herausforderungen auf.
Kurze Darstellung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung oder gemäß Anspruch 1 wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die folgendes umfaßt: ein Substrat, das eine erste Oberfläche enthält und eine planare Spule, die in einer Metallisierung über dem Substrat angeordnet ist, wobei die planare Spule senkrecht zur ersten Oberfläche angeordnet ist und wobei die planare Spule an das Substrat gekoppelt ist.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung oder gemäß Anspruch 12 wird eine Vorrichtung bereitgestellt, die folgendes umfaßt: ein Substrat, wobei das Substrat eine erste Oberfläche und mehrere darüber angeordnete Metallisierungsschichten enthält und eine an die erste Oberfläche gekoppelte planare Spule, wobei die planare Spule eine Sektion der mehreren Metallisierungsschichten ist und wobei die planare Spule senkrecht zur ersten Oberfläche konfiguriert ist.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung oder gemäß Anspruch 21 wird ein Prozeß bereitgestellt, der eine Metallisierung über einer ersten Oberfläche eines Substrats ausbildet, wobei das Ausbilden einer Metallisierung das Ausbilden einer planaren ersten Spule in der Metallisierung, die sich über und senkrecht zur ersten Oberfläche befindet, beinhaltet.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung oder gemäß Anspruch 25 wird ein Verfahren bereitgestellt, bei dem ein elektrischer Strom durch eine planare erste Spule geschickt wird, wobei die planare erste Spule über und senkrecht zu einer ersten Oberfläche eines Substrats angeordnet ist und wobei die planare erste Spule in einer Metallisierung über der ersten Oberfläche angeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichungen
1 ist eine auseinandergezogene Perspektive einer Induktionsspule im Querschnitt gemäß einiger Ausführungsformen der Erfindung.
2 ist eine Perspektivansicht eines Formfaktors für eine planare Induktionsspule gemäß einer Ausführungsform.
3 ist eine Perspektivansicht eines Formfaktors für eine planare Induktionsspule gemäß einer Ausführungsform.
4 ist eine Perspektivansicht eines Formfaktors für eine planare Induktionsspule gemäß einer Ausführungsform.
5 stellt drei Perspektivansichten einer planaren ersten Induktionsspule und einer planaren folgenden Induktionsspule gemäß gewisser Ausführungsformen dar.
6 stellt eine Perspektivansicht mehrerer beabstandeter Induktionsspulen gemäß gewisser Ausführungsformen dar.
7 ist eine Black-Box-Perspektive von zwei induktiv gekoppelten beabstandeten Induktionsspulen gemäß gewisser Ausführungsformen.
8 ist eine Black-Box-Perspektive von zwei induktiv gekoppelten beabstandeten Induktionsspulen gemäß gewisser Ausführungsformen.
9 ist eine Black-Box-Perspektive von zwei induktiv gekoppelten beabstandeten Induktionsspulen gemäß gewisser Ausführungsformen.
10 ist ein Prozeßflußdiagramm gemäß gewisser Ausführungsformen.
11 ist ein Verfahrensflußdiagramm gemäß gewisser Ausführungsformen.
Ausführliche Beschreibung
Die folgende ausführliche Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, die anhand einer Darstellung spezifische Details und Ausführungsformen zeigen, wie Ausführungsformen praktiziert werden können. Andere Ausführungsformen können genutzt und strukturelle, logische und elektrische Änderungen können vorgenommen werden, ohne von dem Schutzbereich der offenbarten Ausführungsformen abzuweichen. Die verschiedenen Ausführungsformen schließen sich nicht notwendigerweise gegenseitig aus, da einige Ausführungsformen mit einer oder mehreren anderen Ausführungsformen kombiniert werden können, um neue Ausführungsformen zu bilden.
1 ist eine auseinandergezogene Perspektive 100 einer planaren Spule 101 im Querschnitt gemäß gewisser Ausführungsformen der Erfindung. Bei einigen Ausführungsformen kann die planare Spule 101 als eine planare Induktionsspule bezeichnet werden. Ein Substrat 110, das eine erste Oberfläche 112 enthält, ist in einer Querschnittsperspektive dargestellt. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 110 eine gedruckte Schaltung, und eine Verdrahtungsschicht 111 ist über einer strukturellen Schicht 109 angeordnet. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 110 eine halbleitende Einrichtung, und eine Einrichtungsschicht 111 ist über der strukturellen Schicht 109 angeordnet. Bei einer Ausführungsform ist das Substrat 110 ein Halbleiterchip, und eine aktive Schicht 111 (was eine Schicht aus halbleitenden Einrichtungen bedeutet) ist über einer strukturellen Schicht 109 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform kann die strukturelle Schicht 109 halbleitendes Material ohne darin angeordneter Schaltungsanordnung sein.
Die planare Spule 101 ist so dargestellt, daß sie senkrecht zur ersten Oberfläche 112 angeordnet ist, so daß die planare Spule in einer X-Z-Ebene liegt und die erste Oberfläche 112 in einer X-Y-Ebene liegt. Bei einer Ausführungsform ist die planare Spule 101 mit üblichen Abweichungen von einer exakten Ausrichtung hergestellt, wie manchmal auf dem Gebiet der Chipherstellung und der Chipkapselung angetroffen wird. Jedenfalls liegt die planare Spule 101 senkrecht zur ersten Oberfläche 112, innerhalb der Abweichungen, die in der Technik anzutreffen sind. In der auseinandergezogenen Perspektive ist die planare Spule 101 so dargestellt, daß sie eine Sektion einer Metallisierung über der ersten Oberfläche 112 ist. 1 zeigt Metall-Eins (M1) bis zu Metall-Sieben (M7), doch können andere Metallisierungen, die größer oder kleiner als M7 sind, gemäß der verschiedenen offenbarten Ausführungsformen verwendet werden.
Eine erste Passivierungsschicht 114 ist über der ersten Oberfläche 112 angeordnet. Wenn das Substrat 110 ein Mikroelektronikeinzelchip ist, kann die erste Passivierungsschicht 114 aus einem Material wie etwa einem Polyimiddielektrikum oder dergleichen bestehen. Auf der ersten Passivierungsschicht 114 ist M1 angeordnet, das eine M1-Bahn 116 und mehrere M1-Umfangsdurchkontakte 118 enthält. Bei dieser Offenbarung bedeutet der Ausdruck „Durchkontakt" einen gefüllten Kontakt. Über der Ebene von M1 enthält eine M2-Ebene eine dielektrische zweite Schicht 120, eine M2-Bahn 122, mehrere M2-Umfangsdurchkontakte 124 und mehrere M2-Zwischendurchkontakte 126. Über der Ebene von M2 enthält eine M3-Ebene eine dritte dielektrische Schicht 126, eine M3-Bahn 128, mehrere M3-Umfangsdurchkontakte 130, mehrere M3-Zwischendurchkontakte 132 und mehrere M3-Mittendurchkontakte 134. Gemäß der Terminologie beginnt das Mittengebiet der planaren Spule 101 so definiert zu werden, daß es die M3-Mittendurchkontakte 134 enthält.
Über der Ebene von M3 enthält eine M4-Ebene eine dielektrische vierte Schicht 136, eine M4-Bahn 138, mehrere M4-Umfangsdurchkontakte 140, mehrere M4-Zwischendurchkontakte 142 und einen M4-Mittendurchkontakt 144. Zusätzlich zu der Struktur von M4 ist eine Spulenmittenzuleitung 146 konfiguriert, die X-Z-Ebene, in der die planare Spule 101 angeordnet ist, zu verlassen. Über der Ebene von M4 enthält eine M5-Ebene eine dielektrische fünfte Schicht 148, eine M5-Bahn 150, mehrere M5-Umfangsdurchkontakte 152 und einen M5-Zwischendurchkontakt 154. Gemäß der Terminologie wird das Mittengebiet der planaren Spule 101 durch die Spulenmittenzuleitung 146, die M4-Bahn 138, die M3-Mittendurchkontakte 134, die M3-Bahn 128, den M4-Mittendurchkontakt 144 und die M5-Bahn 150 vollständiger definiert. Diese Aufzählung der Struktur beendet eine volle Windung innerhalb der planaren Spule 101.
Über der Ebene von M5 enthält eine M6-Ebene eine sechste dielektrische Schicht 156, eine M6-Bahn 158 und einen M6-Umfangsdurchkontakt 160. Über der Ebene von M6 enthält eine M7-Ebene eine siebte dielektrische Schicht 162, eine M7-Bahn 164. Zusätzlich zu der Struktur von M7 ist eine Spulenumfangszuleitung 166 konfiguriert, die Ebene X-Z, in der die planare Spule 101 angeordnet ist, zu verlassen. Gemäß der Terminologie ist das Umfangsgebiet der planaren Spule 101 durch die Spulenumfangszuleitung 166 definiert und enthält, im Uhrzeigersinn fortschreitend, die M7-Bahn 164 und auf der rechten Seite herunter den M6-Umfangsdurchkontakt 160, den M5-Umfangsdurchkontakt 152, den M4-Umfangsdurchkontakt 140, den M3-Umfangsdurchkontakt 130, den M2-Umfangsdurchkontakt 124, den M1-Umfangsdurchkontakt 118, die M1-Bahn 116 und auf der linken Seite hoch den M1-Umfangsdurchkontakt 118, den M2-Umfangsdurchkontakt 124, den M3-Umfangsdurchkontakt 130, den M4-Umfangsdurchkontakt 140 und den M5-Umfangsdurchkontakt 152. Diese Aufzählung der Struktur vervollständigt eine ganze Windung innerhalb der planaren Spule 101.
2 ist eine Perspektivansicht eines Formfaktors für eine planare Induktionsspule 201 gemäß einer Ausführungsform. Die planare Induktionsspule 201 besitzt ein Seitenverhältnis Höhe H zu Breite W von größer als 1. Die planare Induktionsspule 201 ist senkrecht zu einer ersten Substratoberfläche 212 gezeigt, die ein Substrat darstellt, auf dem die planare Induktionsspule 201 montiert ist. Die planare Induktionsspule 201 mit einem Seitenverhältnis von über 1 wird eine geringere Induktivität L und eine höhere parasitäre Kapazität aufweisen können. Bei einer Ausführungsform liegt das Seitenverhältnis der planaren Induktionsspule 301 in einem Bereich von etwa 5:1 zu etwa 1,1:1. Bei einer Ausführungsform liegt das Seitenverhältnis der planaren Induktionsspule 301 in einem Bereich von etwa 3:1 bis etwa 2:1.
3 ist eine Perspektivansicht eines Formfaktors für eine planare Induktionsspule 301 gemäß einer Ausführungsform. Die planare Induktionsspule 301 ist senkrecht zu einer ersten Substratoberfläche 312 gezeigt, auf der die planare Induktionsspule 201 montiert ist. Die planare Induktionsspule 301 weist ein Seitenverhältnis Höhe H zu Breite W gleich 1 auf. Die planare Induktionsspule 301 mit einem Seitenverhältnis gleich 1 wird eine mittlere Induktivität L und eine mittlere parasitäre Kapazität aufweisen können.
4 ist eine Perspektivansicht eines Formfaktors für eine planare Induktionsspule 401 gemäß einer Ausführungsform. Die planare Induktionsspule 401 ist senkrecht zu einer ersten Substratoberfläche 412 gezeigt, die ein Substrat darstellt, auf dem die planare Induktionsspule 201 montiert ist. Die planare Induktionsspule 401 weist ein Seitenverhältnis Höhe H zu Breite W kleiner als 1 auf. Die planare Induktionsspule 401 mit einem Seitenverhältnis kleiner als 1 wird eine höhere Induktivität L und eine niedrigere parasitäre Kapazität aufweisen können. Bei einer Ausführungsform liegt das Seitenverhältnis der planaren Induktionsspule 401 in einem Bereich von etwa 0,1:1 bis etwa 0,9:1. Mit anderen Worten liegt der Formfaktor der planaren Induktionsspule 401 in einem Bereich von etwa 10mal so breit W wie hoch H. Bei einer Ausführungsform liegt das Seitenverhältnis der planaren Induktionsspule 401 in einem Bereich von etwa 0,25:1 bis etwa 0,75:1. Bei einer Ausführungsform liegt das Seitenverhältnis der planaren Induktionsspule 401 in einem Bereich von etwa 0,4:1 bis etwa 0,6:1.
5 stellt drei Perspektivansichten 500 einer planaren ersten Induktionsspule und einer planaren folgenden Induktionsspule gemäß gewisser Ausführungsformen dar. Ein eine erste Oberfläche 512 enthaltendes Substrat 510 ist bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform enthält das Substrat 510 eine aktive Schicht 511 und eine strukturelle Schicht 509. Die planare erste Induktionsspule 501 ist senkrecht zur ersten Substratoberfläche 512 konfiguriert. Die planare erste Induktionsspule 501 ist von der Konfiguration her ähnlich der in 1 dargestellten planaren Induktionsspule 101. Analog liegen in 5 auch keine Zwischenschichtdielektrikumsschichten vor, doch können sie der Ähnlichkeit halber auch von 1 abgebildet werden. Eine Spulenmittenzuleitung 546 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare erste Induktionsspule 501 angeordnet ist, zu verlassen. Eine Spulenumfangszuleitung 566 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare erste Spule 501 angeordnet ist, zu verlassen.
5 zeigt mehrere parallele beabstandete planare Spulen in der planaren ersten Spule 501 und der planaren folgenden Spule 502. Eine Spulenmittenzuleitung 547 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare folgende Induktionsspule 502 angeordnet ist, zu verlassen. Eine Spulenumfangszuleitung 567 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare folgende Spule 502 angeordnet ist, zu verlassen. Bei einer Ausführungsform stellen die Spulenmittenzuleitung und die Spulenmittenzuleitung 547 eine integrale Einheit dar.
In der dargestellten Ausführungsform stellen die jeweilige Spulenmittenzuleitung 546 und die Spulenumfangszuleitung 566 eine physikalische Verbindung mit der planaren folgenden Spule 502 her. Dementsprechend kann der induktive Effekt, der erzeugt werden kann, abzüglich interner Widerstand der Strukturen, größer sein als der einer einzelnen planaren Spule.
Bei einer Ausführungsform kann die Konduktanz einer gegebenen planaren Spule, zum Beispiel der planaren Spule 501, verbessert werden, indem das Bahnmerkmal F1, das als Element 568 bezeichnet ist, verbreitert wird. Bei einer Ausführungsform kann auch das Bahnmerkmal F2, das als Element 570 bezeichnet ist, zu einem niedrigeren Widerstand geändert werden. Bei einer Ausführungsform kann F1 eine andere Größe als F2 aufweisen. Ein drittes Merkmal, F3, das als Element 572 bezeichnet ist, stellt einen Abstand zwischen der planaren ersten Spule 501 und der planaren folgenden Spule 503 dar. Bei einer Ausführungsform ist F3 im wesentlichen gleich F1, und F1 und F2 sind im wesentlichen gleich. Bei einer Ausführungsform ist eine Spulbreite im Vergleich zur benachbarten anderen Spulbreite in einem Bereich von etwa 1:1 zu etwa 10:1.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine planare Spule mit Bodenflächenabmessungen von 115 Mikrometern (μm) mal 3,5 μm auf einer ersten Oberfläche eines Substrats angeordnet. Dies stellt eine Bodenfläche von etwa 402,5 μm² dar. Die planare Spule besitzt eine Länge von etwa 115 μm mit drei ganzen Windungen insgesamt in der Spule, ähnlich der in 1 gezeigten planaren Spule 101. Bei einem Ausführungsbeispiel ist eine planare Spule mit Bodenflächenabmessungen von 115 μm mal 7 μm auf einer ersten Oberfläche eines Substrats angeordnet. Dies stellt eine Bodenfläche von etwa 805 μm² dar. Die planare Spule besitzt eine Länge von etwa 115 μm mit drei ganzen Windungen in der gesamten Spule, ähnlich der in 1 gezeigten planaren Spule 101.
Eine planare erste Induktionsspule 503 ist senkrecht zur ersten Substratoberfläche 512 konfiguriert. Eine Spulenmittenzuleitung 546 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare erste Induktionsspule 503 angeordnet ist, zu verlassen. Eine Spulenumfangszuleitung 566 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare erste Induktionsspule 503 angeordnet ist, zu verlassen.
5 zeigt mehrere parallele beabstandete planare Spulen in der planaren ersten Spule 503 und der planaren folgenden Spule 504. Eine Spulenmittenzuleitung 547 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare folgende Induktionsspule 504 angeordnet ist, zu verlassen. Eine Spulenumfangszuleitung 567 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planaren folgenden Spule 502 angeordnet ist, zu verlassen. Bei einer Ausführungsform stellen die Spulenmittenzuleitung 566 und die Spulenmittenzuleitung 567 eine integrale Einheit dar.
In der dargestellten Ausführungsform stellt die Spulenumfangszuleitung 566 eine physische Verbindung zu der planaren folgenden Spule 502 her. Dementsprechend kann der induktive Effekt, der erzeugt werden kann, abzüglich interner Widerstand der Strukturen, größer sein als der einer einzelnen planaren Spule.
Bei einer Ausführungsform kann die Konduktanz einer gegebenen planaren Spule, zum Beispiel der planaren Spule 503, verbessert werden, indem das Bahnmerkmal F1, das als Element 568 bezeichnet ist, verbreitert wird. Bei einer Ausführungsform kann auch das Bahnmerkmal F2, das als Element 570 bezeichnet ist, zu einem niedrigeren Widerstand geändert werden. Bei einer Ausführungsform kann F1 eine andere Größe als F2 aufweisen. Ein drittes Merkmal, F3, das als Element 572 bezeichnet ist, stellt einen Abstand zwischen der planaren ersten Spule 503 und der planaren folgenden Spule 504 dar. Bei einer Ausführungsform ist F3 im wesentlichen gleich F1, und F1 und F2 sind im wesentlichen gleich. Bei einer Ausführungsform ist eine Spulbreite im Vergleich zur benachbarten anderen Spulbreite in einem Bereich von etwa 1:1 zu etwa 10:1.
Eine planare erste Induktionsspule 505 ist senkrecht zur ersten Substratoberfläche 512 konfiguriert. Eine Spulenmittenzuleitung 546 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare erste Induktionsspule 505 angeordnet ist, zu verlassen. Eine Spulenumfangszuleitung 566 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare erste Induktionsspule 505 angeordnet ist, zu verlassen.
5 zeigt mehrere parallele beabstandete planare Spulen in der planaren ersten Spule 505 und der planaren folgenden Spule 506. Eine Spulenmittenzuleitung 547 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare folgende Induktionsspule 506 angeordnet ist, zu verlassen. Eine Spulenumfangszuleitung 567 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planaren folgenden Spule 502 angeordnet ist, zu verlassen. Bei einer Ausführungsform stehen die Spulenmittenzuleitung 546 und die Spulenumfangszuleitung 567 durch eine Verbindung 568 in direktem physischen Kontakt.
In der dargestellten Ausführungsform stellt die Spulenumfangszuleitung 567 eine physische Verbindung zu der planaren ersten Spule 505 her. Dementsprechend kann der induktive Effekt, der erzeugt werden kann, abzüglich interner Widerstand der Strukturen, größer sein als der einer einzelnen planaren Spule.
Bei einer Ausführungsform kann die Konduktanz einer gegebenen planaren Spule, zum Beispiel der planaren Spule 505, verbessert werden, indem das Bahnmerkmal F1, das als Element 568 bezeichnet ist, verbreitert wird. Bei einer Ausführungsform kann auch das Bahnmerkmal F2, das als Element 570 bezeichnet ist, zu einem niedrigeren Widerstand geändert werden. Bei einer Ausführungsform kann F1 eine andere Größe als F2 aufweisen. Ein drittes Merkmal, F3, das als Element 572 bezeichnet ist, stellt einen Abstand zwischen der planaren ersten Spule 505 und der planaren folgenden Spule 506 dar. Bei einer Ausführungsform ist F3 im wesentlichen gleich F1, und F1 und F2 sind im wesentlichen gleich. Bei einer Ausführungsform ist eine Spulbreite im Vergleich zur benachbarten anderen Spulbreite in einem Bereich von etwa 1:1 zu etwa 10:1.
6 stellt eine Perspektivansicht mehrerer beabstandeter Induktionseulen 601, 602, 603 und 604 gemäß gewisser Ausführungsformen dar. Ein eine erste Oberfläche 612 enthaltendes Substrat 610 ist bereitgestellt. Bei einer Ausführungsform enthält das Substrat 610 eine aktive Schicht 611 und eine strukturelle Schicht 609.
Die mehreren beabstandeten Induktionsspulen enthalten eine planare erste Spule 601, eine zweite planare Spule 602, eine dritte planare Spule 603 und eine planare folgende Spule.
Eine planare erste Induktionsspule 601 ist senkrecht zur ersten Substratoberfläche 612 konfiguriert. An die planare erste Induktionsspule 601 ist eine Spulenmittenzuleitung 646 gekoppelt. Die Spulenmittenzuleitung 646 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare erste Induktionsspule 601 angeordnet ist, zu verlassen. Eine Spulenumfangszuleitung 666 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare erste Induktionsspule 601 angeordnet ist, zu verlassen.
6 zeigt auch die planare folgende Spule 604. Eine Spulenmittenzuleitung 647 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare folgende Induktionsspule 604 angeordnet ist, zu verlassen. 6 zeigt auch die planare folgende Spule 604. Eine Spulenumfangszuleitung 667 ist konfiguriert, die Ebene, in der die planare folgende Induktionsspule 604 angeordnet ist, zu verlassen. Bei einer Ausführungsform sind die Spulenmittenzuleitung 646 und die Spulenumfangszuleitung 667 durch die zweite planare Spule 602 und die dritte planare Spule 603 gekoppelt.
Bei einer Ausführungsform kann die Konduktanz einer gegebenen planaren Spule, zum Beispiel der zweiten planaren Spule 602, verbessert werden, indem das Bahnmerkmal F1, das als Element 668 bezeichnet ist, verbreitert wird. Bei einer Ausführungsform kann auch das Bahnmerkmal F2, das als Element 670 bezeichnet ist, zu einem niedrigeren Widerstand geändert werden. Bei einer Ausführungsform kann F1 eine andere Größe als F2 aufweisen. Ein drittes Merkmal, F3, das als Element 672 bezeichnet ist, stellt einen Abstand zwischen der zweiten planaren Spule 505 und der dritten planaren Spule 603 dar. Bei einer Ausführungsform ist F3 im wesentlichen gleich F1, und F1 und F2 sind im wesentlichen gleich. Bei einer Ausführungsform ist eine Spulbreite im Vergleich zur benachbarten anderen Spulbreite in einem Bereich von etwa 1:1 zu etwa 10:1.
7 ist eine Black-Box-Perspektive von zwei induktiv gekoppelten beabstandeten Induktionsspulen 701 und 703 gemäß gewisser Ausführungsformen. Auch der Einfachheit halber sind Mitten- und Umfangszuleitungen nicht dargestellt. Die beiden Induktionsspulen 701 und 703 sind in X-Z-Ebenen angeordnet gezeigt, und es wird angenommen, daß sie senkrecht zu einer ersten Oberfläche eines Substrats, auf dem sie angeordnet sind, konfiguriert sind.
Die erste Spule 701 und die folgende Spule 703 sind nicht elektrisch mit einer physischen Kopplung wie etwa einer Brücke oder einer Umfangszuleitung verbunden. Wenn eine Spule einen elektrischen Strom mit einem gegebenen Potential dorthindurch erfährt, wird folglich eine induktive Kopplung der anderen Spule auferlegt, was zu einem anderen elektrischen Strom und Potential führt. In dieser Konfiguration wird eine Transformatorvorrichtung erzielt. Der Effekt der Transformatorvorrichtung kann von den Bahnbreiten 768, 770, dem Zwischenbahnabstand 772 und sogar den Spulenmaterialen, wenn sie verschieden sind, abhängen.
8 ist eine Black-Box-Perspektive von zwei induktiv gekoppelten beabstandeten Induktionsspulen 801 und 803 gemäß gewisser Ausführungsformen. Auch der Einfachheit halber sind Mitten- und Umfangszuleitungen nicht dargestellt. Die beiden Induktionsspulen 801 und 803 sind in X-Z-Ebenen angeordnet gezeigt, und es wird angenommen, daß sie senkrecht zu einer ersten Oberfläche eines Substrats, auf dem sie angeordnet sind, konfiguriert sind.
Die erste Spule 801 ist so dargestellt, daß sie am Umfang kleiner ist als die folgende Spule 803. Bei einer Ausführungsform wird eine geringere Anzahl von Metallisierungsschichten zum Konstruieren der ersten Spule 801 im Vergleich zur folgenden Spule 803 verwendet.
Die erste Spule 801 und die folgende Spule 803 sind nicht elektrisch mit einer physischen Kopplung wie etwa einer Brücke verbunden. Wenn eine Spule einen elektrischen Strom mit einem gegebenen Potential dorthindurch erfährt, wird folglich eine induktive Kopplung der anderen Spule auferlegt, was zu einem anderen elektrischen Strom und Potential führt. In dieser Konfiguration wird eine Transformatorvorrichtung erzielt. Der Effekt der Transformatorvorrichtung kann von den Bahnbreiten, dem Zwischenbahnabstand 872 und sogar den Spulenmaterialen, wenn sie verschieden sind, abhängen.
9 ist eine Black-Box-Perspektive von zwei induktiv gekoppelten beabstandeten Induktionsspulen 901 und 903 gemäß gewisser Ausführungsformen. Auch der Einfachheit halber sind Mitten- und Umfangszuleitungen nicht dargestellt. Die beiden Induktionsspulen 901 und 903 sind in X-Z-Ebenen angeordnet gezeigt, und es wird angenommen, daß sie senkrecht zu einer ersten Oberfläche eines Substrats, auf dem sie angeordnet sind, konfiguriert sind.
Die erste Spule 901 ist mit weniger inneren Spulwindungen als die folgende Spule 903 dargestellt. Bei einer Ausführungsform wird eine geringere Anzahl von Metallisierungsschichten zum Konstruieren der ersten Spule 901 im Vergleich zur folgenden Spule 903 verwendet.
Die erste Spule 901 und die folgende Spule 903 sind nicht elektrisch mit einer physischen Kopplung wie etwa einer Brücke verbunden. Wenn eine Spule einen elektrischen Strom mit einem gegebenen Potential dorthindurch erfährt, wird folglich eine induktive Kopplung der anderen Spule auferlegt, was zu einem anderen elektrischen Strom und Potential führt. In dieser Konfiguration wird eine Transformatorvorrichtung erzielt. Der Effekt der Transformatorvorrichtung kann von den Bahnbreiten, dem Zwischenbahnabstand 972 und sogar den Spulenmaterialen, wenn sie verschieden sind, abhängen.
10 ist ein Prozeßflußdiagramm gemäß gewisser Ausführungsformen.
Bei 1010 enthält der Prozeß das Ausbilden einer planaren ersten Spule in einer Metallisierung, die auf einer ersten Oberfläche eines Substrats angeordnet ist. Die planare erste Spule verläuft senkrecht zur ersten Oberfläche.
Bei 1020 beinhaltet der Prozeß das Ausbilden einer planaren folgenden Spule in der Metallisierung. Die planare folgende Spule verläuft parallel und beabstandet von der planaren ersten Spule. Die beiden Prozeßdiagramme 1010 und 1020 sind in dem Prozeß als parallel dargestellt. Der Ausbildung der planaren Spulen wird simultan mit der Ausbildung der Metallisierung durchgeführt.
11 ist ein Verfahrensflußdiagramm gemäß gewisser Ausführungsformen.
Bei 1110 beinhaltet das Verfahren, einen elektrischen Strom durch eine planare erste Spule zu schicken, die in einer Metallisierung angeordnet ist. Die Metallisierung ist auf einer ersten Oberfläche eines Substrats angeordnet, und die planare erste Spule ist senkrecht zur ersten Oberfläche angeordnet.
Bei 1120 beinhaltet das Verfahren, den elektrischen Strom durch eine planare folgende Spule in der Metallisierung zu schicken. Die planare folgende Spule verläuft parallel und beabstandet von der planaren ersten Spule.
Bei 1130 beinhaltet das Verfahren, einen elektrischen Strom auf einer planaren folgenden Spule, die sich in der Metallisierung befindet, zu induzieren. Die planare folgende Spule verläuft parallel und beabstandet zu der planaren ersten Spule und ist nur induktiv an diese gekoppelt.
Hierin offenbarte Ausführungsformen eignen sich zur Anwendung bei Ausführungsformen von Mikroelektronikeinrichtungen, die passive Einrichtungen in der Nähe der mikroelektronischen Abschnitte erfordern. Außerdem können Ausführungsformen des erörterten Systems in einem großen Bereich von Funkkommunikationseinrichtungen wie etwa Zelltelefonen, mobilen Computern und anderen handgehaltenen digitalen Funkeinrichtungen verwendet werden.
Die beiliegenden Zeichnungen, die einen Teil hiervon bilden, zeigen veranschaulichend und nicht als Beschränkung spezifische Ausführungsformen, in denen der Gegenstand praktiziert werden kann. Die dargestellten Ausführungsformen sind in ausreichendem Detail beschrieben, damit der Fachmann die hierin offenbarten Lehren praktizieren kann. Andere Ausführungsformen können verwendet und davon abgeleitet werden, so daß strukturelle und logische Substitutionen und Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem Schutzbereich dieser Offenbarung abzuweichen. Diese detaillierte Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen.
Solche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands können hierin individuell und/oder kollektiv lediglich der Zweckmäßigkeit halber und ohne den Schutzbereich dieser Anmeldung auf irgendeine einzelne Erfindung oder ein erfindungsgemäßes Konzept freiwillig beschränken zu wollen, wenn mehr als eine Tatsache offenbart ist, durch den Ausdruck „Erfindung" bezeichnet werden. Wenngleich spezifische Ausführungsformen hierin dargestellt und beschrieben worden sind, versteht es sich somit, daß jede Anordnung, die darauf abzielt, den gleichen Zweck zu erzielen, für die gezeigten spezifischen Ausführungsformen substituiert werden kann. Diese Offenbarung soll jede und alle Adaptationen oder Variationen von verschiedenen Ausführungsformen abdecken. Kombinationen der obigen Ausführungsformen und andere hierin nicht spezifisch beschriebene Ausführungsformen ergeben sich dem Fachmann bei Betrachtung der obigen Beschreibung. In der vorausgegangenen Erörterung und in den Ansprüchen werden die Ausdrücke „enthaltend" und „umfassend" auf offene Weise verwendet und sollten deshalb nicht so ausgelegt werden, daß sie „enthaltend, aber nicht beschränkt auf..." bedeuten.
Einige erörterte Ausführungsformen betreffen eine Vorrichtung, einschließlich einer planaren Spule, die in einer Metallisierung über und senkrecht zu einem Substrat angeordnet ist. Einige Ausführungsformen enthalten mehrere planare Spulen, die in der Metallisierung über und senkrecht zu dem Substrat angeordnet sind, und die elektrisch verbunden oder nur induktiv gekoppelt sein können. Ein Prozeß beinhaltet die Ausbildung der planaren Spule. Ein Verfahren beinhaltet die Verwendung der planaren Spule als eine Induktionsspule, die senkrecht zum Substrat angeordnet ist. Ein Verfahren beinhaltet mehrere beabstandete planare Spulen, die als eine Transformatorvorrichtung verwendet werden.
Außerdem geht aus der vorausgegangenen detailierten Beschreibung hervor, daß verschiedene Merkmale in einer einzelnen Ausführungsform zusammengruppiert sind, um die Offenbarung zu rationalisieren. Dieses Verfahren der Offenbarung soll insbesondere nicht so ausgelegt werden, daß es eine Absicht widerspiegelt, daß die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale erfordern, als ausdrücklich in jedem Abschnitt angeführt ist. Vielmehr liegt, wie aus den folgenden Ansprüchen hervorgeht, der erfindungsgemäße Gegenstand in weniger als allen Merkmalen einer einzelnen offenbarten Ausführungsform. So sind die folgenden Ansprüche hierdurch in die Beschreibung aufgenommen, wobei jeder Anspruch als eine separate Ausführungsform für sich alleine steht.

Claims

Vorrichtung, umfassend: ein Substrat, das eine erste Oberfläche enthält; eine planare Spule, die in einer Metallisierung über dem Substrat angeordnet ist, wobei die planare Spule senkrecht zur ersten Oberfläche angeordnet ist und wobei die planare Spule an das Substrat gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine gedruckte Schaltung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat eine halbleitende Einrichtung ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Substrat ein halbleitender Chip ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die planare Spule ein Seitenverhältnis (AR) Höhe:Breite ausgewählt unter AR ≤ 1, AR = 1 und AR ≥ 1 aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die planare Spule ein AR in einem Bereich von etwa 0,01 ≤ AR ≤ 10 aufweist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die planare Spule eine von mehreren parallelen beabstandeten planaren Spulen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die planare Spule eine kontaktlose induktive Konfiguration oder Kopplung an eine benachbarte parallele beabstandete planare Spule aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei jede planare Spule eine Spulbreite aufweist und wobei zwei der mehreren parallelen beabstandeten planaren Spulen benachbart und in einem Bereich von einer Spulbreite zu 10 Spulbreiten beabstandet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Metallisierung Metall-1 (M1), M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthält und wobei die planare Spule eine Metallisierung belegt, die M1, M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthält.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die planare Spule eine Mitte und einen Umfang enthält, wobei die Metallisierung Metall-1 (M1), M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthält, wobei die planare Spule bei M4 in der Mitte beginnt und wobei die planare Spule bei M7 am Umfang endet.
Vorrichtung, umfassend: ein Substrat, wobei das Substrat eine erste Oberfläche und mehrere darüber angeordnete Metallisierungs-schichten enthält; eine an die erste Oberfläche gekoppelte planare Spule, wobei die planare Spule eine Sektion der mehreren Metallisierungsschichten ist und wobei die planare Spule senkrecht zur ersten Oberfläche konfiguriert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Metallisierungsschichten Metall-1 (M1), M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthalten und wobei die planare Spule eine Metallisierung belegt, die M1, M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die planare Spule eine Mitte und einen Umfang enthält, wobei die Metallisierungsschichten Metall-1 (M1), M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthalten, wobei die planare Spule bei M4 in der Mitte beginnt und wobei die planare Spule bei M7 am Umfang endet.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die planare Spule eine Mitte und einen Umfang enthält, wobei die Metallisierungsschichten Metall-1 (M1), M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthalten, wobei die planare Spule bei M4 in der Mitte beginnt und wobei die planare Spule bei M5 am Umfang endet.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die planare Spule eine Mitte und einen Umfang enthält, wobei die Metallisierungsschichten Metall-1 (M1), M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthalten, wobei die planare Spule bei M4 in der Mitte beginnt und wobei die planare Spule bei M6 am Umfang endet.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die planare Spule eine Mitte und einen Umfang enthält, wobei die Metallisierungsschichten Metall-1 (M1), M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthalten, wobei die planare Spule bei M5 in der Mitte beginnt und wobei die planare Spule bei M7 am Umfang endet.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die planare Spule eine Mitte und einen Umfang enthält, wobei die Metallisierungsschichten Metall-1 (M1), M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthalten, wobei die planare Spule bei M6 in der Mitte beginnt und wobei die planare Spule bei M7 am Umfang endet.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, wobei die planare Spule eine Mitte und einen Umfang enthält, wobei die Metallisierungsschichten Metall-1 (M1), M2, M3, M4, M5, M6 und M7 enthalten, wobei die planare Spule bei M5 in der Mitte beginnt und wobei die planare Spule bei M6 am Umfang endet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19, wobei die planare Spule eine von mehreren parallelen beabstandeten planaren Spulen ist.
Prozeß, umfassend: Ausbilden einer Metallisierung über einer ersten Oberfläche eines Substrats, wobei das Ausbilden einer Metallisierung das Ausbilden einer planaren ersten Spule in der Metallisierung, die sich über und senkrecht zur ersten Oberfläche befindet, beinhaltet.
Prozeß nach Anspruch 21, weiterhin beinhaltend das Ausbilden einer planaren folgenden Spule in der Metallisierung, die parallel-planar zu der planaren ersten Spule verläuft.
Prozeß nach Anspruch 21, weiterhin beinhaltend das Ausbilden einer planaren folgenden Spule in der Metallisierung, die parallel-planar zu der planaren ersten Spule verläuft und wobei die erste Spule und die nachfolgende Spule physisch an einer Brücke gekoppelt sind.
Prozeß nach Anspruch 21, weiterhin beinhaltend: Ausbilden einer planaren folgenden Spule in der Metallisierung, die parallel-planar zu der planaren ersten Spule verläuft; und Ausbilden einer planaren Zwischenspule zwischen der planaren ersten Spule und der planaren folgenden Spule.
Verfahren, umfassend: Schicken eines elektrischen Stroms durch eine planare erste Spule, wobei die planare erste Spule über und senkrecht zu einer ersten Oberfläche eines Substrats angeordnet ist und wobei die planare erste Spule in einer Metallisierung über der ersten Oberfläche angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 25, weiterhin beinhaltend das Schicken des elektrischen Stroms durch eine in der Metallisierung angeordnete planare folgende Spule, wobei die planare folgende Spule parallel-planer zu der planaren ersten Spule verläuft.
Verfahren nach Anspruch 25, weiterhin beinhaltend das Induzieren eines elektrischen Stroms in einer in der Metallisierung angeordneten planaren folgenden Spule, wobei die planare folgende Spule parallel-planer zu und beabstandet von der planaren ersten Spule verläuft.