DE60128414T2 - Integrierter Helixspuleninduktor auf Silizium und Herstellungsverfahren - Google Patents

Integrierter Helixspuleninduktor auf Silizium und Herstellungsverfahren Download PDF

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DE60128414T2
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Description

  • Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft die Herstellung von integrierten Schaltungsvorrichtungen und insbesondere ein Verfahren und eine Struktur zur Erzeugung eines Hoch-Q-Helix-Spuleninduktors, der für Complementary Metal Oxide Semiconductors (SMOS) sowohl für Very Large Scale Integration (VLSI) als auch Ultra Large Scale Integration (ULSI) Technologien verlässlich erzeugt werden kann.
  • Stand der Technik
  • Die moderne Halbleitertechnologie erfordert die Erzeugung von Halbleitervorrichtungen mit hoher Leistung, die zu wettbewerbsfähigen Preisen hergestellt werden. Ein direktes Ergebnis dieser Anforderungen ist, dass die Vorrichtungsdichte und die Packungsdichte zwischen den Vorrichtungen sich kontinuierlich erhöht von dem, was direkt direkt dem Erfordernis folgt, dass der Oberflächenbereich oder Raum, der an der Oberfläche eines Halbleitersubstrats verfügbar ist, vorsichtig angeordnet wird und in seiner Benutzung maximiert wird.
  • Während die Mehrzahl der Halbleitervorrichtungen das Gebiet der digitalen Datenverarbeitung betrifft, kann die elektronische Schaltkreistechnik dennoch in zwei weite Bereiche unterteilt werden. Ein Bereich befasst sich mit der digitalen Verarbeitung, während der zweite Bereich sich mit der Manipulation von analogen Signalen befasst. Digitale Halbleitervorrichtungen haben als Funktion die Manipulation und Speicherung von digitalen Informationen. Die Funktionen analoger elektronischer Schaltkreistechnik wurden in den vergangenen Jahren üblicherweise durch getrennte Komponenten abgewickelt, wie beispielsweise relativ große Kondensatoren oder relativ große Induktoren. Die getrennten Komponenten können in Kombination mit digitalen Verarbeitungskapazitäten angewandt worden sein, wobei jedoch ein wesentlicher Teil der funktionalen Implementierung durch die Verwendung beispielsweise kapazitiver und induktiver Komponenten zusätzlich zu und funktionell zusammenarbeitend mit den digitalen Komponenten realisiert worden ist.
  • Schaltkreisanforderungen, die den Komponenten auferlegt wurden, welche für die analoge Verarbeitung erforderlich sind, wurden in der Vergangenheit durch die Integration derartiger Komponenten in typische halbleiterintegrierte Schaltungsvorrichtungen begrenzt.
  • Moderne mobile Kommunikationsanwendungen gruppieren sich um eine kompakte Hochfrequenzausstattung. Mit den fortgesetzten Verbesserungen der Leistungscharakteristiken dieser Ausstattungen, wird eine fortgesetzte Betonung auf die kleine Größe der Anwendungen, geringem Stromverbrauch, erhöhten Frequenzanwendungen und geringen Rauschpegeln liegen. Halbleitervorrichtungen werden im Bereich der mobilen Kommunikation für die Erzeugung von Radiofrequenz-(RF)-Verstärker verwendet. Eine Hauptkomponente eines typischen RF-Verstärkers ist ein abgestimmter Schwingkreis, der induktive und kapazitive Komponenten enthält. Der abgestimmte Schwingkreis hat elektrische Charakteristiken, die abhängig von und bestimmt durch die Werte seiner induktiven und kapazitiven Komponenten eine Impedanz bilden können, die frequenzabhängig ist, welche es dem abgestimmten Schwingkreis ermöglicht entweder eine hohe oder eine niedrige Impedanz für Signale einer bestimmten Frequenz zu bilden. Auf diese Weise kann der abgestimmte Schwingkreis auf Grundlage der Frequenz der Komponente entweder Komponenten eines analogen Signal zurückhalten oder durchlassen und ferner verändern. Der abgestimmte Schwingkreis kann deshalb als ein Filter benutzt werden, um Signale bestimmter Frequenzen auszufiltern oder zu entfernen, oder um ein Rauschen aus einer Schwingkreiskonfiguration, die auf das Manipulieren analoger Signale gerichtet ist, zu entfernen. Der abgestimmte Schwingkeis kann auch dazu verwendet werden, eine große elektrische Impedanz unter Verwendung der LC-Resonanz des Schwingkreises zu bilden, und dadurch dem Effekt von Parasitärkapazitäten, die Teil eines Schwingkreises sind, entgegenzuwirken. Die Eigenresonanz, die durch die Parasitärkapazitäten zwischen dem (spiralförmigen) Induktor und dem darunter liegenden Substrat bewirkt wird, wird die Verwendung des Induktors bei hohen Frequenzen begrenzen.
  • Eine der Schlüsselkomponenten, die bei der Erzeugung von hochfrequenten analogen Halbleitervorrichtungen verwendet werden, ist der Induktor, der einen Teil eines LC-Resonanzkreises bildet. Die Hauptherausforderung bei der Erzeugung des Induktors ist es unter Beibehaltung eines hohen Q-Wertes für den Induktor, den Oberflächenbereich zu minimieren, der für die Erzeugung des Induktors erforderlich ist. Herkömmliche Induktoren, die auf der Oberfläche eines Substrats erzeugt werden, haben eine spiralförmige Gestalt, wodurch die Spirale in einer Ebene erzeugt wird, die parallel zu der Ebene der Oberfläche des Substrats ist. Herkömmliche Verfahren, die verwendet werden, um den Induktor auf der Oberfläche eines Substrats zu erzeugen, leiden unter verschiedenen Beschränkungen. Die meisten Induktoren mit hohem Q-Wert bilden einen Teil einer Hybridvorrichtungsanordnung oder eines monolithisch integrierten Schaltkreises für die Mikrowellenanwendung (MMIC's) oder sind als diskrete Komponenten erzeugt, deren Erzeugung nicht einfach in ein typisches Verfahren der Herstellung von integrierten Schaltungen integriert werden kann.
  • Mittels Kombination der Erzeugung eines monolithischen Halbleitersubstrats der Schaltungstechnik, das auf die Funktion der Manipulation analoger Daten und die Speicherung analoger Daten gerichtet ist, mit den Funktionen der Manipulation digitaler Daten und der Speicherung digitaler Daten wird eine Anzahl wesentlicher Vorteile erreicht. Derartige Vorteile umfassen die Verringerung der Herstellungskosten und die Verringerung des Energiebedarfs durch die kombinierten Funktionen. Um die erforderlichen induktiven Werte für spezielle Anwendungen zu erreichen, können die Induktoren von wesentlicher physischer Größe sein und können deshalb einen wesentlichen Oberflächenbereich des Halbleitersubstrats benötigen. Um diesen Nachteil des Raumerfordernisses zu begrenzen, werden Induktoren üblicherweise an der Oberfläche eines Substrats in einer Spiralform ausgebildet. Diese Spiralform des Inuktors resultiert jedoch auf Grund der physischen Größe des Induktors in Parasitärkapazitäten zwischen der Induktorleitungsführung und dem darunter liegenden Substrat. Diese Parasitärkapazitäten haben einen schwerwiegenden, negativen Effekt auf die Funktionalität des erzeugten LC-Schwingkreises, indem sie die Resonanzfrequenz des abgestimmten Schwingkreises der Anwendung einschneidend verringern.
  • Weit verbreitet in der Industrie ist, um die Anwendbarkeit eines erzeugten Induktors zu beschreiben, der Qualitäts (Q) Faktor des Induktors. Der Qualitätsfaktor Q eines Induktors wird definiert wie folgt: Q = Es/E1, wobei Es die Energie ist, die in dem reaktiven Bereich der Komponente gespeichert ist, während E1 die Energie ist, die in dem reaktiven Bereich der Komponente verloren wird. Je besser die Qualität der Komponente ist, desto näher liegt der Wiederstandswert der Komponente bei Null, während der Q-Faktor der Komponente sich Unendlich annähert. Der Qualitätsfaktor für Komponenten unterscheidet sich von der Qualität, die im Zusammenhang mit Filtern oder Resonatoren steht. Bei Komponenten dient der Qualitätsfaktor als ein Maß der Reinheit der Reaktanz (oder der Suszeptanz) der Komponente, die sind auf Grund von Parasitäten verschlechtern kann. Bei einer tatsächlichen Ausgestaltung gibt es stets einige physische Widerstände, die Leistung aufnehmen, wodurch die Leistung verringert wird, die zurückgewonnen werden kann. Der Qualitätsfaktor Q hat keine Dimension. Ein Q-Wert größer als 100 wird als sehr groß für diskrete Induktoren erachtet, die an der Oberfläche von gedruckten Schaltungen angebracht sind. Bei Induktoren, die einen Teil einer integrierten Schaltung sind, liegen die Q-Werte üblicherweise im Bereich zwischen etwa 3 und 10.
  • Durch die Erzeugung eines Induktors auf einem monolithischen Substrat, an dem zusätzliche Halbleitervorrichtungen erzeugt werden, können die Parasitärkapazitäten, die als ein Teil dieser Erzeugung auftreten, den Qualitätsfaktor, der für den Induktor unter Verwendung eines herkömmlichen Silizium-Verfahrens erreicht werden kann, auf weniger als 5 begrenzen. Diese Begrenzung ist für viele Anwendungen nicht akzeptabel. Abhängig von der Frequenz, mit welcher der LC-Schwingkreis schwingen soll, müssen wesentlich größere Werte für den Qualitätsfaktor, wie beispielsweise 100 oder mehr, erreichbar sein. Der Stand der Technik wurde hierdurch darauf beschränkt, um Werte größerer Qualitätsfaktoren als getrennte Einheiten zu erzeugen und diese getrennten Einheiten in die umgebenden Vorrichtungsfunktionen zu integrieren. Dies negiert die Vorteile, die erreicht werden können, wenn die monolithische Ausgestaltung verwendet wird, bei der sowohl der Induktor als auch die umgebenden Vorrichtungen auf ein und dem gleichen Halbleitersubstrat erzeugt werden. Dieser nicht-monolithische Ansatz hat auch den Nachteil, dass eine zusätzliche Verdrahtung erforderlich ist, um die Subkomponenten der Einheit zu verbinden, wodurch wiederum zusätzliche Parasitärkapazitäten und Widerstandsverluste über die verbindende Vernetzung eingeführt werden. Für viele Anwendungen von RF-Verstärkern, wie tragbare, batteriebetriebene Anwendungen, steht der Energiebedarf an erster Stelle und muss daher so gering wie möglich sein. Mittels Anhebens des Energieverbrauchs können die Effekte der Parasitärkapazitäten und der Widerstandsverluste teilweise kompensiert werden, aber es gibt auch bei diesem Ansatz Begrenzungen. Diese Probleme nehmen mit der schnellen Ausbreitung von kabellosen Anwendungen, wie tragbaren Telefonen und dergleichen, eine noch größere Dringlichkeit ein. Die kabellose Kommunikation ist ein schnell expandierender Markt, wobei die Integration von RF integrierten Schwingkreisen eine der wichtigsten Herausforderungen ist. Einer der Ansätze ist, die Betriebsfrequenz wesentlich zu erhöhen, beispielsweise auf den Bereich von 10 bis 100 Ghz. Bei derartig hohen Frequenzen sind die Werte des Qualitätsfaktors, der bei siliziumbasierenden Induktoren erreicht wird, wesentlich verschlechtert. Für Anwendungen in diesem Frequenzbereich wurden monolithische Induktoren erforscht, die andere Materialien als Silizium für die Basis zur Erzeugung der Induktoren verwenden. Derartige monolithische Induktoren wurden beispielsweise unter Verwendung von Saphir oder GaAs als Basis erzeugt. Diese Induktoren haben eine wesentlich geringere Parasitärkapazität als ihre Silizium-Gegenstücke und stellen daher höhere Resonanzfrequenzen für den LC-Schwingkreis zur Verfügung. Wo jedoch eine komplexere Anwendung erforderlich ist, besteht weiterhin der Bedarf Induktoren unter Verwendung von Silizium als ein Substrat zu erzeugen. Für diese Anwendungen hat sich der Ansatz der Verwendung eines anderen Basismaterials als Silizium als zu mühsam herausgestellt, da beispielsweise GaAs als Medium für die Erzeugung von Halbleitervorrichtungen bis jetzt eine technische Herausforderung ist, die angegangen werden muss.
  • Die Integration von RF Induktoren ohne opfern der Leistung der Vorrichtung auf Grund von Substratverlusten wurde in den vergangenen Jahren intensiv erforscht. Einige der Techniken, die für diesen Ansatz genutzt wurden, umfassen:
    • – das selektive Entfernen (mittels Äzens) des Siliziums unter dem Induktor (unter Verwendung von Mikrobearbeitungsverfahren), wodurch die parasitären Effekte des Substrats entfernt werden,
    • – Verwendung einer Mehrzahl von Schichten aus Metall-(wie beispielsweise Aluminium)-Verbindungen oder Kupferdamaszenenverbindungen,
    • – Verwendung eines hochresistenten Siliziumsubstrats, wodurch die Widerstandsverluste des Siliziumsubstrats verringert werden, da die Widerstandssubstratverluste einen wesentlichen Faktor bei der Bestimmung des Q-Werts von Silizium-Induktoren sind,
    • – Verwendung von Metallen, die speziell an das Verfahren der Ausbildung des Induktors anpassbar sind, wobei jedoch Bedenken aufkommen durch die Verwendung von AlCu (einem Metall, das häufig in der Halbleitermetallisierung verwendet wird), da AlCu einen höheren spezifischen Widerstand als eine Gold-(Au)-Metallisierung hat, die häufig in der GaAs-Technologie verwendet wird,
    • – Verwendung vormagnetisierter Quellen unter einem spiralförmigen Konduktor,
    • – Einfügen verschiedener Arten von gemusterter Grundabdeckungen zwischen dem spiralförmigen Induktor und dem Siliziumsubstrat, und
    • – Erzeugung einer aktiven induktiven Komponente, welche die elektrischen Eigenschaften eines Induktors anregt, wenn sie in einem aktiven Schwingkreis verwendet wird; wobei dieser Ansatz jedoch in einem hohen Energieverbrauch durch den Induktor und in einer Rauschleistung resultiert, die bei Hochfrequenz-Anwendungen mit geringer Leistung nicht akzeptabel sind.
  • Die oben angeführte Auflistung recherchierte Alternativen beansprucht nicht vollständig oder allumfassend zu sein. Die obigen Ansätze haben als gemeinsame Zielsetzung:
    • 1) den Qualitäts-(Q)-Faktor des Induktors zu verbessern,
    • 2) die Frequenz der LC Eigenresonanz zu erhöhen, wodurch der Frequenzbereich erhöht wird, in dem der Induktor verwendet werden kann, und
    • 3) den Oberflächenbereich zu verringern, der für die Erzeugung des Induktors erforderlich ist.
  • Der Induktor der Erfindung geht die Aufgaben, die oben aufgelistet wurden, an und stellt ein Verfahren zur Herstellung eines Induktors zur Verfügung, das verlässlich in einem Herstellungsverfahren für die Erzeugung von VLSI und ULSI CMOS-Vorrichtungen einbezogen werden kann. Das Verfahren der Erfindung erzeugt einen Helixspuleninduktor, der einen verbesserten Q-Faktor hat, verglichen mit dem Q-Faktor eines typischen spiralförmigen Induktors, welcher in einer Ebene erzeugt wird, die parallel zu der Oberfläche des Substrats ist.
  • 1a zeigt eine Draufsicht auf einen horizontalen spiralförmigen Induktor 25 gemäß dem Stand der Technik. Einige der Designmerkmale des Konduktors 25 sind wie folgt hervorgehoben:
    • – 10 ist der Körper des Induktors und enthält leitendes Material,
    • – 11 ist ein Ende des leitenden Körpers 10 des Induktors 25, und es wird der Einfachheit und willkürlich hierauf als Anfang des leitenden Körpers 10 des Induktors 25 Bezug genommen,
    • – 12 ist ein leitender Verbinder, der den Anfang 11 des leitenden Körpers 10 des Induktors 25 verbindet,
    • – 13 ist das gegenüberliegende Ende des leitenden Körpers 10 des Induktors 25, und es wird Folgenden als das Ende des leitenden Körpers des Induktors 25 hierauf Bezug genommen,
    • – 14 ist eine Kontaktöffnung, die Metallstreifen 12 mit dem leitenden Körper 10 des Induktors 25 verbindet,
    • – 16 ist der Abstand zwischen den Spiralen des leitenden Körpers 10 des Induktors 25,
    • – 18 ist die Breite der Spiralen des leitenden Körpers 10 des Induktors 25,
    • – 20 ist die Länge der längsten Spirale des leitenden Körpers 10 des Induktors 25, und
    • – 22 ist die Länge der inneren Öffnung des leitenden Körpers 10 des Induktors 25.
  • Die Draufsicht auf den Induktor gemäß dem Stand der Technik, die in 1 dar gestellt ist, ist nicht dargestellt, um im ausführlichen Detail alle Parameter zu erleuchten, die in Zusammenhang mit einem derartigen Induktor gebracht werden können, sondern dient nur dazu, das Wesentliche des Induktors gemäß dem Stand der Technik aufzuzeigen, das ist:
    • – die geometrische Gestalt des Induktors ist die einer Spirale,
    • – die individuellen Abschnitte, welche die Spirale des Induktors ausmachen, schneiden sich abwechselnd in einem Winkel von 90° und haben eine Länge und Breite und sind voneinander durch einen Abstand getrennt,
    • – die Spirale, welche den Induktor bildet, endet mit zwei Enden, der Induktor ist elektrisch in dem umgebenden Schwingkreis eingebunden mittels Verbindens dieser zwei Enden, und
    • – der Körper des Induktors ist in einer Ebene enthalten, die parallel zu der Ebene der Oberfläche des Substrats ist, auf welchem der Induktor erzeugt wurde.
  • Nicht in 1 dargestellt ist die Höhe jedes der linearen Abschnitte, die zusammen den Körper des Induktors 10 bilden, diese Höhe kann als die Dicke der leitenden Schicht definiert werden, die auf der Oberfläche des Substrats zur Ausbildung des Induktors abgelagert wurde. Die untere Fläche des Induktors ist die Fläche des Induktors, die parallel zu der Oberfläche des Substrats ist, und die am dichtesten an der Oberfläche des Substrats ist, die obere Fläche des Induktors ist die Fläche des Induktors, die parallel zu der Oberfläche des Substrats ist, und die am weitesten entfernt von der Oberfläche des Substrats ist. Der Abstand zwischen der oberen Fläche und der unteren Fläche des Induktors, gemessen in eine Richtung, die senkrecht zu der Ebene des Substrats ist, ist die Höhe des Induktors. Ein Querschnitt des Induktors, der in einer Ebene zwischen der oberen und der unteren Fläche des Induktors liegt, zeigt eine geometrische Gestalt des Induktors, welche die Gestalt einer Spirale ist. Die Höhe des Induktors gemäß dem Stand der Technik ist im Wesentlichen die Gleiche entlang der Spirale des Induktors.
  • Die US 5,936,298 (Capocelli) lehrt eine Helixspule. Das Patent beansprucht anscheinend keinen größeren zentralen Radius.
  • Die US 5,576,680 (Ling) zeigt eine Helixspule mit einem Kern.
  • Die US 5,884,990 (Burghartz et al.), US 6,008,102 (Alford et al.), US 5,831,331 (Lee) und US 3,614,554 (Shield) zeigen verschiedene Helixspulen und Kerne.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Hauptaufgabe der Erfindung ist es, einen Induktor an der Oberfläche eines Siliziumsubstrats zu erzeugen, der, wenn er verglichen wird mit dem spiralförmigen Induktor herkömmlichen Designs, einen verbesserten Q-Faktor hat.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Induktor auf der Oberfläche eines Silikonsubstrats zu erzeugen, der, wenn er verglichen wird mit dem spiralförmigen Induktor herkömmlichen Designs, größere induktive Werte zur Verfügung stellt.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Induktor auf der Oberfläche eines Silikonsubstrats zu erzeugen, der, wenn er verglichen wird mit dem spiralförmigen Induktor herkömmlichen Designs, einen kleineren Siliziumoberflächenbereich für seine Implementierung benötigt.
  • Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, einen Induktor auf der Oberfläche eines Silikonsubstrats zu erzeugen, der seine Charakteristiken eines verbesserten Q-Faktors und größerer induktiver Werte und eines kleineren Siliziumoberflächenbereichs für seine Implementierung bei höherfrequenten Anwendungen ausbreitet und beibehält, wenn er verglichen wird mit dem spiralförmigen Induktor herkömmlichen Designs bei höhenfrequenten Anwendungen.
  • Gemäß den Aufgaben der Erfindung wird ein Induktor und ein Verfahren zur Herstellung eines Induktors offenbart, wie in den Ansprüchen 1 bzw. 19 wiedergegeben. Der Induktor besteht aus einer Helixspule, wobei die Ebene eines Querschnitts des Induktors, der das Helixspulendesign des Induktors wiedergibt, parallel zu der Ebene des darunter liegenden Substrats ist. Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Höhe der Helixspule, die auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats erzeugt wird, gleichmäßig. Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Höhe der Helixspule auch gleichmäßig, aber ein ferromagnetischer Kern ist zwischen den oberen und unteren Konduktoren der Helixspule eingesetzt. Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Höhe der Helixspule, die auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats erzeugt wird, ungleichmäßig. Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Höhe der Helixspule ungleichmäßig, wobei ein ferromagnetischer Kern zwischen den oberen und unteren Konduktoren der Helixspule eingesetzt ist.
  • Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt eine Draufsicht eines horizontalen spiralförmigen Konduktors gemäß dem Stand der Technik.
  • 2 nimmt wie folgt Bezug auf den Helixspuleninduktor des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, der eine gleichmäßige vertikal verbindende Konduktorhöhe verwendet:
  • 2a ist eine vergrößerte dreidimensionale Ansicht des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe.
  • 2b zeigt einen X-X' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe.
  • 2c zeigt einen Y-Y' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe.
  • 2d zeigt eine Draufsicht des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe.
  • 2e zeigt eine Draufsicht auf die geometrischen Mitten einer Probe von auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule der Erfindung.
  • 2f zeigt eine Draufsicht auf die geometrischen Mitten einer Probe von auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule der Erfindung.
  • 3 nimmt wie folgt Bezug auf den Helixspuleninduktor des zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung, der eine gleichmäßige Konduktorhöhe verwendet, wobei ferner ferromagnetisches Material integriert ist:
  • 3a ist eine vergrößerte dreidimensionale Ansicht des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material integriert ist.
  • 3b zeigt einen X-X' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material integriert ist.
  • 3c zeigt einen Y-Y' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material integriert ist.
  • 3d zeigt eine Draufsicht des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material integriert ist.
  • 4 nimmt wie folgt Bezug auf den Helixspuleninduktor des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung, der eine ungleichmäßige vertikal verbindende Konduktorhöhe verwendet:
  • 4a ist eine vergrößerte dreidimensionale Ansicht des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe.
  • 4b zeigt einen X-X' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe.
  • 4c zeigt einen Y-Y' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe.
  • 5 nimmt wie folgt Bezug auf den Helixspuleninduktor des vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung, der eine ungleichmäßige vertikal verbindende Konduktorhöhe verwendet, wobei ferromagnetisches Material integriert ist.
  • 5a ist eine vergrößerte dreidimensionale Ansicht des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material integriert ist.
  • 5b zeigt einen X-X' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material integriert Ist.
  • 5c zeigt einen Y-Y' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material integriert ist.
  • 6 zeigt eine graphische Darstellung des Q-Faktors als eine Funktion der Frequenz für einen herkömmlichen spiralförmigen Induktor und für einen Helixspuleninduktor der Erfindung.
  • 7 zeigt eine graphische Darstellung des Q-Faktors als eine Funktion der Frequenz für den spiralförmigen Induktor der Erfindung mit und ohne der Integration ferromagnetischen Materials in den Helixspuleninduktor.
  • Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels
  • Die Struktur der Erfindung wird aufgezeigt mittels Konzentration auf die geometrischen und strukturellen Details der Erzeugung des Induktors der Erfindung. Verfahrensbedingungen, die erforderlich sind, um diese strukturellen Details zu realisieren werden der Einfachheit halber nicht aufgezeigt. Unter diesen Verfahrensschritten sind Schritte der Ablagerung von Schichten aus einem Dielektrikum und dem Mustern und Äzen von Öffnungen in diesen Schichten aus einem Dielektrikum, wobei diese Öffnungen mit darunter liegenden Mustern fluchten. Um diese Verfahrensschritte in die Beschreibung der Erfindung aufzunehmen, würde es erfordern, die Bedingungen der Ablagerung, des Musterns und Äzens einzufügen, was die vorliegende Dokumentation unnötigerweise beschwerlich machen würde.
  • Das Schlüsselkonzept und der Hauptgrund, das bzw. der beim Design des Helixspuleninduktors bewirkt, eine wesentlich bessere Leistung als ein Induktor zur Verfügung zu stellen, mit Verbesserungen, die bereits unter der Zielsetzung der Erfindung aufgezeigt wurden, werden im Folgenden angegeben. Bei dem herkömmlichen Design eines Induktors, der auf der Oberfläche eines Siliziumsubstrats erzeugt wird, einem Design, das in 1 dargestellt ist, dringt das elektromagnetische Feld des Induktors in die Oberfläche des darunter liegenden Siliziumsubstrats auf Grund seiner Anordnung und Konstruktion ein. Dieses Eindringen des magnetischen Feldes des Induktors in das darunter liegende Siliziumsubstrat bewirkt einen wesentlichen Widerstandsverlust, welcher den Q-Wert, der für einen Induktor mit herkömmlichem Design erreicht werden kann, begrenzt oder verringert. Das Design der Erfindung, welches eine Helixspule als Geometrie für den Körper des Induktors verwendet, stellt einen Induktor zur Verfügung, der einen größeren Wicklungsradius in der Mitte der Spule hat, welcher die Intensität des elektromagnetischen Feldes in diesem Bereich maximiert. Zusätzlich verläuft das elektromagnetische Feld der Erfindung im Wesentlichen horizontal und über der Oberfläche des Substrats, was die Widerstandsverluste wesentlich verringert, die bei dem Induktor in der Oberfläche des Induktors anfallen. Die erhöhte Stärke des elektromagnetischen Feldes in der Mitte des Induktorkörpers in Verbindung mit der horizontalen Ausrichtung des elektromagnetischen Feldes des Induktors führt zu einem erhöhten induktiven Wert der Komponente und einem erhöhten Q-Wert des Induktors.
  • Angesichts des oben genannten und unter Berücksichtigung, dass aktuelle Trends der Halbleiterindustrie in Richtung erhöhter Verwendung von Hochleistungsbreitband RF Anwendungen in Verbindung mit der Konzentration auf Computer, nutzer- und kommunikationsbasierender Technologien neigt, wird es erwartet, dass der Induktor der Erfindung einen wesentlichen Einfluss auf gegenwärtige Breitbanddesigns und -anwendungen ausüben wird. Zusätzlich stellt der Induktor der Erfindung für den Bereich der deutlich submicronen Verfahren in Verbindung mit der Verwendung von Kupfer für Verbindungsleitungen wesentliche Verbesserungen für den Q-Faktor des Induktors zur Verfügung, während höhere induktive Werte bei verringerten Oberflächenbereichen erreicht werden können, die für die Erzeugung des Induktors erforderlich sind, wobei all diese Fortschritte und Vorteile bei hohen Frequenzen der Anwendungen gültig bleiben.
  • 2 nimmt wie folgt Bezug auf den Helixspuleninduktor des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, der eine gleichmäßige vertikal verbindende Konduktorhöhe verwendet:
  • 2a ist eine vergrößerte dreidimensionale Ansicht des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen Konduktorhöhe.
  • Um die folgenden Abhandlungen zu vereinfachen, wird das bekannte Konzept von dreidimensionalen karthesischen Koordinaten kurz unter Betonung darauf erläutert, wie diese Koordinaten für den Gegenstand der Abhandlung verwendet werden. Die karthesischen Koordinaten, die hierbei verwendet werden, haben drei Achsen, die X-, Y- und Z-Achse, wobei der Winkel zwischen jeder dieser drei Achsen und den zwei Anderen Achsen 90° beträgt. Die X- und die Y-Achse liegen in einer Ebene, die parallel zu der Oberfläche des Substrats ist, an dem der Induktor ausgebildet wird. Die Z-Achse ist deshalb senkrecht zu der Ebene des Substrats. Diese drei Achsen der karthesischen Koordinaten schneiden sich in einem Punkt, der als geometrische Mitte der karthesischen Koordinaten betrachtet wird.
  • Bezug nehmend nun im Speziellen auf 2a, so ist hierin eine dreidimensionale vergrößerte Ansicht des Helixspuleninduktors der Erfindung dargestellt, wobei die Höhe des Induktors gleichmäßig in einer Ebene ist, die parallel zu der Ebene der Oberfläche des Substrats ist, an dem der Induktor erzeugt wird. Die Helixspule des Induktors hat auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren und auf oberer Ebene angeordnete Konduktoren, sowohl die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren als auch die auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren verlaufen parallel zu der Ebene der Oberfläche des darunter liegenden Siliziumsubstrats. Die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren sind mit den auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren mittels Konduktorverbindern verbunden, die in der Z-Richtung des Helixinduktors verlaufen. Die Helixspule des Induktors der Erfindung hat eine untere Fläche und eine obere Fläche. Die untere Fläche der Helixspule ist die Fläche der Helixspule, die am nächsten der Oberfläche des darunter liegenden Substrats ist, wobei die untere Fläche der Helixspule mit der unteren Fläche der auf der unteren Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule zusammenfällt. Die obere Fläche der Helixspule ist die Fläche der Helixspule, die am weitesten entfernt von der Oberfläche des darunter liegenden Substrats ist, wodurch die obere Fläche der Helixspule mit der oberen Fläche der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule zusammenfällt.
  • Die karthesischen X- und Y-Koordinaten sind in 2a angedeutet, die dritte Koordinate Z ist senkrecht zu der Ebene, welche die X- und Y-Achse beinhaltet, wobei die letztere Ebene parallel zu der Ebene der Oberfläche des Substrats ist. Es ist aus der dreidimensionalen Ansicht, die in 2a dargestellt ist, klar, dass die Helixspule am breitesten in der Mitte des Konduktors entlang der Y-Achse und an dem Punkt, an dem die X- und die Y-Achsen sich schneiden, ist. Von diesem Punkt der maximalen Breite und einhergehend in beliebige Richtungen entlang der X-Achse haben die Y-Parameter der maximalen Erstreckung der nachfolgenden auf oberer Ebene und auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren, welche die Helixspule bilden, fortschreitend kleinere Werte. Es ist ferner klar, dass die auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule die X-Achse unter einem Winkel von 90° schneiden, während die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren die X-Achse unter einem Winkel ungleich 90° schneiden, aber einen Schnittwinkel mit der X-Achse haben, ohne den keine Helixspule eine Helixspule sein kann. Eine weitere Beobachtung ist in Bezug auf die perspektivische Ansicht der Helixspule, die in 2a dargestellt ist, relativ: die Höhe der vertikalen Verbindungen zwischen den in oberer und unterer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule ist gleichmäßig. Es ist wichtig, dies zu diesem Zeitpunkt hervorzuheben, da eines der Ausführungsbeispiele der Erfindung ein Design vorsieht, bei dem dies nicht der Fall ist.
  • In 2a ist einer der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren als Konduktor 28 bezeichnet, einer der auf der unteren Ebene angeordneten Konduktoren ist als Konduktor 26 bezeichnet, einer der vertikal Konduktorverbinder ist mit 30 bezeichnet, während die beiden Ein-/Ausgangangsverbindungen der Helixspule des Induktors mit 22 bzw. 24 bezeichnet sind. Es ist ferner klar aus der Ansicht der Helixspule des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung, dass die auf oberer Ebene (28) und auf unterer Ebene (26) angeordneten Konduktoren einen Querschnitt haben, der ein geometrisches Rechteck ist, während die vertikalen Konduktorverbinder (30) einen Querschnitt haben, der ein Kreis ist.
  • Eine Helixspule hat üblicherweise eine Achse, die Achse der Helixspule, die in 2a dargestellt ist, ist parallel zu der Ebene des darunter liegenden Halbleitersubstrats (nicht dargestellt in 1) und verläuft parallel zu der X-X'-Achse. Diese Achse der Helixspule wird üblicherweise durch die Mitte der Spule in Richtung XX', dargestellt in 2a, und in einer Ebene, welche die X-X'-Achse enthält und senkrecht zu der Oberfläche des darunter liegenden Substrats ist, und zwischen den in einer oberen Ebene angeordneten Konduktoren und den in einer unteren Ebene angeordneten Konduktoren in einer Höhe über der oberen Fläche der in einer unteren Ebene angeordneten Konduktoren verlaufen, die gleich der Hälfte der Höhe der vertikalen Kondiktorverbinder ist.
  • Das Verfahren der Herstellung des Helixspuleninduktors der Erfindung verwendet die folgenden Schritte. Die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 26 werden zuerst ausgebildet, diese Konduktoren können auf einer Schicht eines Dielektrikums ausgebildet sein, die auf der Oberfläche des darunter liegenden Substrats abgelagert wurde, oder sie können direkt auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet sein. Diese auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 26 werden unter einem relativ kleinen Winkel mit der Y-Y'-Achse ausgebildet, einem Winkel von zwischen 5 und 30°. Nachdem die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren ausgebildet wurden, wird ein Dielektrikum über der Fläche der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren bis zu einer Höhe abgelagert, die dem kombinierten Wert von der Höhe der vertikalen Verbinder 30 und der Dicke der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 28 entspricht. Das herkömmliche Doppeldamaszenenverfahren erlaubt dann die Erzeugung vertikaler Verbinder 30 gleichzeitig mit der Herstellung der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 28. Nachdem das Doppeldamaszenenverfahren abgeschlossen ist, kann die nun vervollständigte Helixspule des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer Passivierungsschicht abgedeckt werden, um die Spule vor durch die Umwelt bedingten Schäden zu schützen. Bei der Durchführung des Doppeldamaszenenverfahrens muss angemerkt werden, dass die Ein- und Ausgangsverbindungen 22/24 für die Helixspule gleichzeitig erzeugt werden müssen, um Mittel zum Zugang zur Helixspule vorzusehen.
  • Fortschreitend zu 2b ist hierin ein X-X' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen Konduktorhöhe dargestellt. Der Querschnitt, der in 2b dargestellt ist, ist entlang der X-X'-Achse genommen (als ob man die Spule entlang der Linie der X-Achse, die in 2a dargestellt ist, auf die Hälfte sägt und auf die eine oder die andere der abgesägten Flächen schaut), und deshalb zeigt sie nicht die Veränderung der Längen, die zwischen aufeinanderfolgenden und benachbarten auf oberer und unterer Ebene angeordneter Konduktoren zeigt, welche die Helixspule des Induktors bilden.
  • In 2b aufgezeigt ist einer der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 28, einer der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 26 und einer der vertikalen Verbinder 30 zwischen den auf oberer und unterer Ebene angeordneten Konduktoren. Es ist bei 2b verständlich, dass alle Querschnitte identischer Geometrie, die in der gleichen Ebene wie der Querschnitt 28 dargestellt sind, (die anderen) auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren sind, und entsprechend für die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 26 und die vertikalen Verbinder 30 der Helixspule.
  • Ferner dargestellt in dem Querschnitt, der in 2b dargestellt ist, ist das Siliziumsubstrat 05 auf der Oberfläche dessen die Helixspule der Erfindung erzeugt wurde. Die Helixspule der Erfindung wird in einer Schicht 32 eines Dielektrikums erzeugt, das zum Beispiel Oxid enthalten kann. Über der Oberfläche der Schicht 32 des Dielektrikums ist zum Schutz und Abschirmen der Helixspule der Erfindung eine Passivierungsschicht 34 abgelagert.
  • 2c zeigt einen Y-Y' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen vertikalen Konduktorhöhe. Die zuvor bezeichneten in oberer und unterer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule sind in 2c zusammen mit einem vertikalen Verbinder zwischen den in unterer und oberer Ebene angeordneten Konduktoren bezeichnet. Ferner sind die Punkte 36, 38 und 40 bezeichnet, welche jeweils die kollektiven Enden der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 26, die kollektiven Enden der vertikalen Verbinder 30 und die kollektiven Enden der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 28 der Helixspule wiedergeben, wenn man auf diese Spule vom Y-Y'-Querschnitt aus blickt. Aus Gründen der Einfachheit wurden diese kollektiven Punkte nur einmal bezeichnet, wobei es verständlich ist, dass die Gesamtheit von 36, 38 und 40 durch gleiche Querschnitte wiedergegeben wird, die in 2c mit der gleichen geometrischen Ausgestaltung und in der gleichen (horizontalen) Ebene dargestellt sind, wie die mit 36, 38 und 40 bezeichnet wurden.
  • 2d zeigt eine Draufsicht des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen Konduktorhöhe. In 2d wurde nur ein auf oberer Ebene angeordneter Konduktor (28) und ein auf unterer Ebene angeordneter Konduktor (26) schraffiert (beschränkt nur auf einen, aus Gründen der Klarheit der dargestellten Draufsicht), drei vertikale Verbinder 30, welche die hervorgehobenen auf der unteren und oberen Ebene angeordneten Konduktoren (miteinander) und zu den direkt benachbarten Konduktoren verbinden, wurden auch hervorgehoben.
  • Die Grafikdarstellungen, die in den 2e und 2f dargestellt sind, werden wiedergegeben, um spätere Erläuterungen der Struktur der Helixspule der Erfindung zu vereinfachen. Die in jeder dieser zwei Figuren gezeigten Linien sind imaginäre Mittellinien, die dadurch definiert werden, dass sie zwischen den Seitenwänden der auf oberer Ebene und unterer Ebene angeordneten Konduktoren verlaufen, und dass sie in die Richtung der Länge dieser Konduktoren verlaufen. Somit ist es hilfreich, auf diese Linien als geometrische Mittellinien in Längenrichtung oder einfach als geometrische Mitten der Konduktoren Bezug zu nehmen. Diese geometrischen Mittellinien können sowohl in der oberen der unteren Fläche sowohl des auf oberer Ebene angeordneten als auch des auf unterer Ebene angeordneten Konduktors der Helixspule der Erfindung vorkommen. Es wird hierbei bevorzugt, auf die geometrische Mitte der unteren Fläche eines auf oberer Ebene angeordneten Konduktors und auf die geometrische Mitte der oberen Fläche eines auf unterer Ebene angeordneten Konduktors Bezug zu nehmen. Der Grund hierfür ist, dass diese zwei Flächen einander gegenüberliegen, und dass die vertikale Verbindung diese Flächen kontaktiert.
  • 2e zeigt eine Draufsicht auf die geometrischen Mitten einer Probe von auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 28 der Helixspule der Erfindung. Es ist anmerkenswert, dass die geometrischen Mitten der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren die X-X'-Achse in einem Winkel von 90° schneiden, dass der längste der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren, das heißt die Linie 61' einen Punkt y+ max. und einen Punkt y- max. hat. Diese Punkte sind die Punkte, an denen die geometrische Mitte der vertikal verbindenden Konduktoren 30 jeweils die untere Fläche der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren (28) und die obere Fläche der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren (26) überlagern. Da der Querschnitt des vertikal verbindenden Konduktors ein Kreis ist, ist die geometrische Mitte des Querschnitts der vertikal verbindenden Konduktoren die Linie, welche zwei geometrische Mitten zweier unterschiedlicher Querschnitte eines vertikal verbindenden Konduktors verbindet. Ferner sei angemerkt zu 2e, dass die geometrischen Mitten der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren parallel sind, dass die auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren, die weiter von dem längsten auf oberer Ebene angeordneten Konduktor entfernt sind, von verringerter Länge sind, und dass die auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren sich von ihrer Schnittstelle mit der X-X'-Achse aus über gleiche Längen auf beiden Seiten dieser Schnittstelle erstrecken.
  • Um speziell einige Aspekte des Designs der Helixspule zu erleuchten, wurde ein weiteres Detail bei einem ausgewählten auf oberer Ebene angeordneten Konduktor 37' gezeigt. Die Linie 29', wie dargestellt, gibt die geometrische Mitte des auf oberer Ebene angeordneten Konduktors 37' mit den Endpunkten 33' und 33'' wieder. Die kreisförmigen Querschnitte der vertikalen Verbinder, die in Kontakt mit der unteren Fläche des auf oberer Ebene angeordneten Konduktors 37' sind, sind als Kreise 35' hervorgehoben, die Mitte dieser Kreise 35' ist die geometrische Mitte der vertikalen Verbinder, während 31' die beiden Linien sind, welche die Seitenwände des auf oberer Ebene angeordneten Konduktors 37' wiedergeben. Die Punkte 41' und 41'' sind Endpunkte geometrischer Mitten der Linien, die benachbart der Linie 37' angeordnet sind, welche in der Beschreibung von 2f verwendet werden.
  • 2f zeigt eine Draufsicht auf die geometrischen Mitten einer Probe von auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule der Erfindung. Die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren enthalten zwei Konduktoren 60' und 60'' von maximaler Länge, deren geometrische Mitten die Y-Y'-Achse an den zwei Punkten y+ max. und y- max. schneiden. Diese letzteren zwei Punkte sind die zwei Punkte in denen die vertikalen Verbinder für diese auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 60' und 60'' die gleichen vertikalen Verbinder sind, wie die vertikalen Verbinder, welche mit dem auf oberer Ebene angeordneten Konduktor 61' maximaler Länge verbunden sind. Diese zwei Punkte sind in anderen Worten die zwei Punkte, in denen die maximale Breite des auf oberer Ebene angeordneten Konduktors zu der maximalen Breite der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren passt. Ferner ist in 2f anmerkenswert, dass die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren nicht parallel sind und die X-X'-Achse in einem nicht konstanten Winkel schneiden, dass die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren im Falle von Konduktoren, die weiter entfernt von den zwei längsten auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 60' und 60'' sind, die Längen verringert sind, und dass die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren sich von ihrer Schnittstelle mit der X-X'-Achse über eine Distanz erstrecken, die in ihrer Länge ungleich auf beiden Seiten dieser Schnittstelle ist. Der Winkel zwischen der Richtung der Y-Y'-Achse und der Richtung der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren ist die Gleiche für die maximalen und gleich langen auf unterster Ebene angeordneten Konduktoren 60' und 60'', dieser Winkel nimmt zu für Linien geometrischer Mitten, die werter entfernt von diesen Linien geometrischer Mitten 60' und 60'' sind. Bei Paaren von Linien geometrischer Mitten, welche die Linien 60' und 60'' umgeben, sind diese Winkel gleich, beispielsweise für die Linien 43' und 61', der Winkel zwischen der Richtung dieser Linie und der Richtung der Y-Y'-Achse ist gleich, wie im Falle der Linien 62' und 45'.
  • Ferner sind in 2f zwei auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren 47' und 49' dargestellt, welche mit den auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 37' von 2e verbunden sind. Dies ist hervorgehoben mittels Gleichsetzens der Endpunkte der geometrischen Mitten 43' (zwischen Punkten 33'' und 41'') und 45' (zwischen Punkkt 41' und 33') der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 47' und 49' und der Punkte 33' und 33'', die in 2e dargestellt sind. Die Seitenwände des auf unterer Ebene angeordneten Konduktors 47' wurden mit 51' bezeichnet, die Seitenwände des auf unterer Ebene angeordneten Konduktors 49' wurden mit 53' bezeichnet. Die gestrichelten Linien, die in 2f gezeigt sind, sind die geometrischen Mitten der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren, die zuvor in 2e gezeigt wurden, einschließlich des gestrichelten Abschnitts der Y-Y'-Achse, welche der auf oberer Ebene angeordnete Konduktor 61' von maximaler Länge der 2e ist.
  • Es muss ferner angemerkt werden, dass in 2f die Linien der geometrischen Mitten der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren, die auf beiden Seiten der längsten Linien 60' und 60'' angeordnet sind, Paaren von gleicher Länge sind, wobei die Elemente jedes Paares auf einander gegenüberliegenden Seiten der Linien 60' und 60'' angeordnet sind. Beispielsweise ist die Länge der Linie 61' gleich der Länge der Linie 43', die Länge der Linie 62' ist gleich der Länge der Linie 45'. Dieses Muster würde sich bei einem Muster fortsetzten, das mehr Linien als das Beispielsmuster enthält, das in den 2e und 2f gezeigt wurde.
  • 3 nimmt Bezug auf einen Helixspuleninduktor der Erfindung, der eine gleichmäßige Konduktorhöhe verwendet, wobei ferner ferromagnetisches Material 42 integriert ist. Die Konstruktion der Helixspule der Erfindung, die in den 3a bis 3d gezeigt ist, ist mit dem großen und wesentlichen Unterschied, dass ein ferromagnetischer Kern 42 zwischen den auf oberer und unterer Ebene angeordneten Induktoren der Helixspule integriert wurde, identisch mit der Konstruktion der Helixspule der Erfindung, die in den 2a bis 3d gezeigt wurde. Die Komponenten und hervorgehobenen Merkmale, die für die jeweiligen Zeichnungen gelten, sind deshalb gleichermaßen anwendbar beispielsweise von 2a und 3a, 2b und 3b, usw., mit der bemerkenswerten Ausnahme, dass jede der 3a bis 3d die Integration des ferromagnetischen Kerns 42 zeigt.
  • 3a ist eine vergrößerte dreidimensionale Ansicht des Helixspuleninduktors eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung mit einer gleichmäßigen vertikal verbindenden Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material 42 integriert ist.
  • Das Verfahren, um die Helixspule der Erfindung auszubilden, wurde mit ferromagnetischem Material zwischen den auf oberer und unterer Ebene angeordneten Konduktoren der Spule wie folgt vorgesehen. Das Verfahren der Erzeugung des Helixspulenkonduktors der Erfindung verwendet die folgenden Schritte. Die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 26 werden zuerst ausgebildet, diese Konduktoren können auf einer Schicht eines Dielektrikums, das auf der Oberfläche des darunter liegenden Substrats abgelagert wurde, ausgebildet werden, oder sie können direkt auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet werden. Diese auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 26 werden unter einem relativ kleinen Winkel mit der Y-Y'-Achse ausgebildet, einem Winkel von zwischen 5 und 30°. Nachdem die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren ausgebildet wurden, wird ein Dielektrikum über der Fläche der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren bis zu einer Höhe abgelagert, die dem kombinierten Wert von der Höhe der vertikalen Verbinder 30 und der Dicke der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 28 entspricht. Eine Schicht aus ferromagnetischem Material wird danach selektiv abgelagert, wobei diese Schicht die Oberfläche der dielektrischen Schicht bedeckt, in welcher die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren ausgebildet wurden, wobei sie auch die Oberfläche der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren bedeckt. Das ferromagnetische Material überlagert nicht die Oberflächenbereiche der vertikalen Verbinder, die in der oberen Fläche der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren enthalten sind, aber es wird durch diese geometrischen Mitten begrenzt. Nachdem das ferromagnetische Material abgelagert wurde, wird eine Schicht eines Dielektrikums auf der Schicht ferromagnetischen Materials abgelagert, wobei die Oberflächenbereiche der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren eingeschlossen werden, die über die unteren Bereiche der Schicht aus ferromagnetischem Material überstehen. Das herkömmliche Doppeldamaszenenverfahren erlaubt dann die Erzeugung vertikaler Verbinder 30 gleichzeitig mit der Herstellung der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 28. Nachdem das Doppeldamaszenenverfahren abgeschlossen ist, kann die nun vervollständigte Helixspule der Erfindung mit einer Passivierungsschicht abgedeckt werden, um die Spule vor durch die Umwelt bedingten Schäden zu schützen. Bei der Durchführung des Doppeldamaszenenverfahrens muss angemerkt werden, dass die Ein- und Ausgangsverbindungen 22/24 für die Helixspule gleichzeitig erzeugt werden müssen, um Mittel zum Zugang zur Helixspule vorzusehen.
  • 3b zeigt einen X-X' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material 42 integriert ist.
  • 3c zeigt einen Y-Y' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer gleichmäßigen Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material 42 integriert ist.
  • 4 nimmt Bezug auf das dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein Helixspuleninduktor der Erfindung ist, der vertikale Verbinder 44 mit ungleichmäßigen Höhen verwendet. Es ist in diesem Zusammenhang wichtig, die Konzepte des auf oberer Ebene angeordneten Konduktors 28, des auf unterer Ebene angeordneten Konduktors 26 und der vertikalen Verbinder 44 zwischen dem auf oberer und auf unterer Ebene angeordneten Konduktor zu wiederholen. Der Hauptpunkt des Interesses beim dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Länge der vertikalen Verbinder 44 zwischen den auf unterer Ebene (26) und den oberer Ebene (28) angeordneten Konduktoren, welche die Helixspule der Erfindung bilden. Ein derartiger vertikaler Verbinder wurde als Verbinder 44 in 4a hervorgehoben. Mittels Beurteilung der vergleichbaren Höhen der anderen vertikalen Verbinder, die in 4a dargestellt sind, ist es klar, dass die Höhe dieser Verbinder nicht konstant ist, sondern zwischen benachbarten vertikalen Verbindern variiert, wenn man in X-X'-Richtung der Helixspule fortschreitet. Die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule sind in einer Ebene, der Abstand zwischen den auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren und den auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren (welcher die Länge der vertikalen Verbinder zwischen den auf oberer und unterer Ebene angeordneten Konduktoren ist), variiert mit einem maximalen Abstand, der in der Mitte der Spule vorhanden ist, wo sich die X-X'- und die Y-Y'-Achsen schneiden, von diesem Maximum aus nimmt der Abstand zwischen den auf oberer und auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule in gleichen Schritten zwischen benachbarten Konduktoren der Helixspule ab, wenn man ein eine beliebige Richtung der X-X'-Achse der Helixwicklung fortschreitet. Diese Struktur der variierenden Abstände zwischen benachbarten auf oberer und auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule der Erfindung konzentriert weiter das elektromagnetische Feld der Helixspule um die Mitte der Helixspule, wodurch die Mitte der Helixspule unter dem längsten auf oberer Ebene angeordneten Konduktor der Helixspule angeordnet ist, und in dem Querschnitt der Helixspule in Y-Y'-Richtung, in dem die vertikalen Verbinden eine maximale Höhe haben, wodurch der Mittelpunkt um einen Abstand von diesem längsten auf oberer Ebene angeordneten Konduktor entfernt wird, der gleich der Hälfte der mittleren Höhe der vertikalen Verbinder zwischen den auf oberer und auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule ist. Die Höhe eines vertikalen Verbinders wird hierbei als die Länge einer vertikalen Verbindung zwischen der oberen Fläche des auf unterer Ebene angeordneten Konduktors und der unteren Fläche des auf oberer Ebene angeordneten Konduktors verstanden, mit denen der vertikale Verbinder verbunden ist.
  • 4a ist eine vergrößerte dreidimensionale Ansicht des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen Konduktorhöhe. Das Konzept der unterschiedlichen Höhen der vertikalen Verbinder zwischen den auf oberer und auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule der Erfindung ist aus dieser vergrößerten Ansicht, die in 4a gezeigt ist, klar.
  • Das Verfahren der Ausbildung der Helixspule der Erfindung, die eine ungleichmäßige Höhe in einer Richtung hat, die senkrecht zur Oberfläche des darunter liegenden Substrats ist, ist wie folgt. Das Verfahren der Erzeugung des Helixspuleninduktors der Erfindung verwendet die folgenden Schritte. Die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 26 werden zuerst ausgebildet, diese Konduktoren können auf einer Schicht eines Dielektrikums ausgebildet sein, die auf der Oberfläche des darunter liegenden Substrats abgelagert wurde, oder sie können direkt auf der Oberfläche des Substrats ausgebildet sein. Diese auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 26 werden unter einem relativ kleinen Winkel mit der Y-Y'-Achse ausgebildet, einem Winkel von zwischen 5 und 30°. Nachdem die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren ausgebildet wurden, schreitet der Abgleich des Verfahrens zur Ausbildung der Helixspule, die in 4a dargestellt ist, in kleinen Schritten fort, wobei jeder der Schritte, die durchgeführt werden müssen, durch die Höhe des jeweiligen vertikalen Verbinders geregelt ist. Es muss hierbei beachtet werden, dass ein Induktor mit dem Ziel erzeugt wird, bestimmte elektrische Leistungsparameter für die Spule zu schaffen. Aus diesem folgt sofort, dass die physikalischen Parameter des Designs der Spule durch die erwarteten elektrischen Parameter der Spule bestimmt werden. Diese physikalischen Parameter des Designs sind viele, einer der Hauptparameter für die Spule, der in 4a dargestellt ist und an dieser Stelle von Interesse ist, ist die Höhe der vertikalen Verbinder, welche die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren mit den auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren verbunden. Mittels eines Beispiels von zwei auf oberer und auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren, die mit 26' (im Falle der zwei auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren), 28' (im Falle der zwei auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren) hervorgehoben sind, und die dazu gehörenden vertikalen Verbindern 44' hervorgehoben wurden, werden einige Beobachtungen betreffend diese zwei Gruppen von Konduktoren in Bezug darauf gemacht, dass
    • 1) die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren 26' in diesem Zustand des Verfahrens der Helixspule an Ort und stelle sind,
    • 2) alle vier vertikalen Verbinder 44' von gleicher Höhe sind,
    • 3) die zwei auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 28' von gleicher Länge und gleicher Dicke sind, und
    • 4) alle anderen pysikalischen Parameter des Designs, wie die Konduktorbreite, das Material, das für die Konduktoren verwendet wird, die gleichen sind für die beiden auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 28'.
  • Hieraus wird klar, dass die oben aufgezeigten Schritte der Erzeugung der Spule der Erfindung, die in 4a gezeigt ist, einen wiederholten Zyklus benötigt, wobei während jedes Zyklus eine Gruppe vertikaler Verbinder gemeinsam mit den verbindenden auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren erzeugt wird. Es ist nicht unvernünftig vorzuschlagen, dass es N verschiedene Werte für die Höhe Hv der vertikalen Verbinder gibt, wobei der Wert von Hv schrittweise von einem minimalen Wert (an den Enden der Spule in Richtung der X-X'-Achse) zu einem maximalen Wert (an dem Punkt, an dem die Spule die Y-Y'-Achse schneidet) ansteigt. Wenn angenommen wird, dass Hvmin = Hv1 der geringste Wert der Höhe der jeweiligen vertikalen Verbinder ist, dann ist der erste Schritt nach der Vervollständigung der auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren eine erste Schicht eines Dielektrikums auf den auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren abzulagern, diese Schicht des Dielektrikums hat eine Dicke, die der Summe von Hvmin plus der erforderlichen Dicke der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren entspricht. Bevor die auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren und die hiermit verbundenen vertikalen Verbinder erzeugt werden können, müssen die Ein- und Ausgangsverbindungen 22 und 24 erzeugt werden. Zu diesem Zweck wird eine erste Schicht eines Dielektrikums, die eine Dicke hat, welche gleich dem vertikalen Verbinder 44'' (der verwendet wird, um die Ein-/Ausgangsverbindungen mit der Spule zu verbinden) plus der Dicke eines auf oberer Ebene angeordneten Konduktors ist. Nachdem diese erste Schicht eines Dielektrikums abgelagert worden ist, ermöglicht ein Doppeldamaszenenverfahren die gleichzeitige Herstellung der vertikalen Verbinder 44'' (zwei an Zahl) und der Ein-/Ausgangsverbindungen 22 und 24 (zwei an Zahl). Nachdem die Ein/Ausgangsverbindungen 22/24 erzeugt worden sind, können die auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren und die hierzu gehörenden vertikalen Verbinder wieder unter Verwendung eines Doppeldamaszenenverfahrens erzeugt werden. Eine zweite Schicht eines Dielektrikums wird auf der Oberfläche der ersten Schicht des Dielektrikums abgelagert, wobei die Dicke dieser zweiten Schicht des Dielektrikums gleich der Summe der vertikalen Verbinder 44' und der Dicke des auf oberer Ebene angeordneten Konduktors ist. Das Doppeldamaszenenverfahren ermöglicht nun die Erzeugung der vertikalen Verbinder 44' (vier an Zahl) und der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 28' (zwei an Zahl). Diese Verfahrensschritte der Ablagerung einer Schicht eines Dielektrikums (mit einer Dicke, die gleich dem zusammengesetzten Wert der Höhe des vertikalen Verbinders, der in dieser Schicht des Dielektrikums enthalten sein soll, plus der Dicke des auf oberer Ebene angeordneten Konduktors, welcher die zwei zu erzeugenden vertikalen Verbinder verbindet), gefolgt von dem Doppeldamaszenenschritt des Äzens des vertikalen Verbinders und des verbindenden auf oberer Ebene angeordneten Konduktors, werden wiederholt. Mit dem Doppeldamaszenenschritt, der hier aufgezeigt wurde, wird angenommen, das als Teil dieses Schritts Metall abgelagert, wird, um die erzeugten Öffnungen zu füllen, und dass diese abgelagerte Metallschicht optional eingeebnet werden kann. Mittels Wiederholens dieser Verfahrensschritte wird ein Punkt erreicht, bei dem der letzte auf oberer Ebene angeordnete Konduktor erzeugt werden muss. Dieser verwendet im Wesentlichen die gleichen Vorgänge, die für die Erzeugung der vorhergehenden auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren angewandt wurden, mit der Ausnahme, dass nur zwei vertikale Verbinder erzeugt werden, wobei einer hiervon zum auf der oberen Ebene angeordneten Konnektor gehört, wie dies der in 4a gezeigten Spule entspricht. Es gibt keinen Grund anzunehmen, dass das Verfahren der Erfindung mit nur einem längsten, auf oberer Ebene angeordneten Konduktor enden muss, es ist durchaus möglich beispielsweise drei oder eine beliebige andere Anzahl von auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren zu haben, welche eine maximale Länge haben.
  • Nachdem das letzte Doppeldamaszenenverfahren abgeschlossen ist, kann die nun vervollständigte Helixspule der Erfindung mit einer Passivierungsschicht abgedeckt werden, um die Spule vor durch die Umwelt bedingten Schäden zu schützen.
  • 4b zeigt einen X-X' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen Konduktorhöhe. Der Querschnitt, der in 4b gezeigt ist, zeigt sehr deutlich die Variation der Höhe der vertikalen Verbinder zwischen den auf oberer und den auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren, welche die Helixspule der Erfindung bilden. Der vertikale Verbinder, der mit 44 hervorgehoben ist, ist beispielhaft für die vertikalen Verbinder der Helixspule, benachbart zum vertikalen Verbinder 44 sind Verbinder, welche von ungleichmäßiger Höhe sind.
  • 4c zeigt einen Y-Y' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen Konduktorhöhe.
  • 4c zeigt die variierenden Längen der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren 46, die Teil des Körpers des Helixspule der Erfindung sind. An der Stelle, an der der auf oberer Ebene angeordnete Konduktor mit 46 bezeichnet ist, ist diese Bezeichnung dafür gedacht, dass sie beliebige und alle der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren der Helixspule wiedergibt.
  • Die 5a bis 5c geben das vierte Ausführungsbeispiel der Erfindung wieder und zeigen eine Helixspule der Erfindung, die identisch mit der Helixspule des dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung ist (wie in den 4a bis 4c gezeigt), mit der Ausnahme, dass ein ferromagnetischer Kern 48 in die Helix der Erfindung integriert wurde. Dieser ferromagnetische Kern 48 ist zwischen die auf oberer und unterer Ebene angeordneten Konduktoren des Helixkerns eingelegt.
  • 5a ist eine vergrößerte dreidimensionale Ansicht des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material 48 integriert ist.
  • Die Verfahrensschritte, die erforderlich sind, um die Struktur der Spule, wie in 5a dargestellt, zu erzeugen, kombiniert das Verfahren der ersten Ablagerung einer Schicht eines ferromagnetischen Materials, wie es für die Erzeugung der Spule, die in 3 dargestellt ist, erfolgen muss, nach dem die unterschiedlichen Höhen der vertikalen Verbinder und der auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren, die diese vertikalen Verbinder verbinden, durchgeführt wurde, wie es zuvor im Detail unter 4a zuvor beschrieben wurde.
  • 5b zeigt einen X-X' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material 48 integriert ist.
  • 5c zeigt einen Y-Y' Querschnitt des Helixspuleninduktors der Erfindung mit einer ungleichmäßigen Konduktorhöhe, wobei ferromagnetisches Material 48 integriert ist.
  • 6 zeigt eine graphische Darstellung des Q-Faktors als eine Funktion der Frequenz für einen herkömmlichen spiralförmigen Induktor und für den Helixspuleninduktor der Erfindung. Die Benutzungsfrequenz des Induktors ist entlang der horizontalen Achse des Schaubilds geplottet (in GHz), der Q-Faktor des Induktors ist entlang der vertikalen Achse (in Einheiten des Qualitätsfaktors) geplottet. Die Kurve a gibt das Verhältnis zwischen Q und der Benutzungsfrequenz für den herkömmlichen spiralförmigen Induktor, während die Kurve b das Verhältnis zwischen Q und der Benutzungsfrequenz für den Helixspuleninduktor des ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung wiedergibt. Der Vorteil, der durch die Helixspule der Erfindung erreicht wurde, ist klar, der Q-Faktor der Helixspule der Erfindung beginnt erst nachdem eine Betriebfrequenz von 3 GHz erreicht wurde, abzunehmen.
  • 7 zeigt eine graphische Darstellung des Q-Faktors als eine Funktion der Frequenz für den Helixspuleninduktor der Erfindung und für den Helixspuleninduktor der Erfindung, bei dem ein ferromagnetischer Kern hinzugefügt wurde. Die Benutzungsfrequenz des Induktors ist entlang der horizontalen Achse des Schaubilds geplottet (in GHz), der Q-Faktor des Induktors ist entlang der vertikalen Achse (in Einheiten des Qualitätsfaktors) geplottet. Die Kurve "a" gibt das Verhältnis zwischen Q und der Benutzungsfrequenz des Helixspuleninduktors der Erfindung wieder, während die Kurve "b" das Verhältnis zwischen Q und der Benutzungsfrequenz des Helixspuleninduktors der Erfindung wiedergibt, bei dem ein ferromagnetischer Kern hinzugefügt wurde. Der Vorteil, der durch das Hinzufügen des ferromagnetischen Kerns zu der Helixspule der Erfindung erreicht wurde, ist klar, der Q-Faktor der Helixspule der Erfindung beginnt erst nachdem eine Betriebfrequenz von 3 GHz erreicht wurde, abzunehmen.
  • Die Folgenden Daten quantifizieren ferner die Ergebnisse, die durch die Schaubilder, welche in den 6 und 7 gezeigt sind, zusammengefasst wurden.
    #1 #2 #3
    #1 1.0 1.0 1.0 μm
    #2 1.0 1.0 1.0 μm
    #3 10.0 4.0 4.0 μm
    #4 2.0 1.0 1.0 μm
    #5 50.0 200 200 μm
    #6 1520 4000 4000 μm
    #7 21,868 9,500 9,500 μm2
    #8 3.48 10.70 14.84 nH
    #9 1.80 6.10 7.64
    #10 3.70 8.47 10.68
    #11 5.00 9.30 10.87
    #12 207% 326%
    #13 238% 324%
    #14 129% 188%
    #15 86% 98%
    #16 57% 57%
  • Wobei:
    • Spalte #1 den herkömmlichen spiralförmigen Induktor wiedergibt,
    • Spalte #2 den Helixspuleninduktor der Erfindung mit gleichmäßiger Höhe ohne ferromagnetischem Kern wiedergibt,
    • Spalte #3 den Helixspuleninduktor der Erfindung mit gleichmäßiger Höhe mit ferromagnetischern Kern wiedergibt, wobei:
    • Reihe #1 die Dicke des Metalls 1 wiedergibt,
    • Reihe #2 die Dicke des Metalls 2 wiedergibt,
    • Reihe #3 die Konduktorbreite wiedergibt,
    • Reihe #4 den Konduktorabstand wiedergibt,
    • Reihe #5 die kleinere (Abs. 22, 1) innere Konduktorlänge wiedergibt,
    • Reihe #6 die gesamte Konduktorlänge wiedergibt,
    • Reihe #7 die gesamte Chipoberfläche wiedergibt,
    • Reihe #8 den Induktanzwert wiedergibt,
    • Reihe #9 den Q-Wert bei 1 GHz wiedergibt,
    • Reihe #10 den Q-Wert bei 2 GHz wiedergibt,
    • Reihe #11 den Q-Wert bei 3 GHz wiedergibt,
    • Reihe #12 die prozentuale Verbesserung eines induktiven Werts angibt, verglichen mit dem herkömmlichen spiralförmigen Induktor,
    • Reihe #13 die prozentuale Verbesserung des Q-Werts bei 1 GHz angibt, verglichen mit dem herkömmlichen spiralförmigen Induktor,
    • Reihe #14 die prozentuale Verbesserung des Q-Werts bei 2 GHz angibt, verglichen mit dem herkömmlichen spiralförmigen Induktor,
    • Reihe #15 die prozentuale Verbesserung des Q-Werts bei 3 GHz angibt, verglichen mit dem herkömmlichen spiralförmigen Induktor,
    • Reihe #16 die Verringerung der gesamten Chipfläche angibt, die benötigt wird, verglichen mit dem herkömmlichen spiralförmigen Induktor.
  • Es ist aus den oben angezeigten Daten klar, dass Verbesserungen, die durch den Helixspuleninduktor der Erfindung erreicht werden, nicht nur offensichtlich sondern auch sehr bedeutend sind.

Claims (30)

  1. Induktor, angebracht auf einem Siliziumsubstrat (05), aufweisend eine Gruppe von Konduktoren (26, 28), die angeordnet sind, um eine helixförmige Spulenform zu bilden, gekennzeichnet durch einen größeren Wicklungsradius in einer Mitte besagter Spule als an den Enden besagter Spule, welche ein Magnetfeld erzeugt, das parallel zu der Oberfläche besagten Substrats (05) ist.
  2. Induktor nach Anspruch 1, aufweisend auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren (26) und auf oberer Ebene angeordnete Konduktoren (28) in Bezug auf die Oberfläche besagten Siliziumsubstrats, wobei besagte auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren (26) und besagte auf oberer Ebene angeordnete Konduktoren (28) mittels vertikal verbindender Elemente (30) zum Zwecke der Erzeugung einer helixförmigen Spule verbunden sind, die im Wesentlichen horizontal und oberhalb der Fläche besagten Substrats (05) ist.
  3. Induktor nach Anspruch 2, wobei besagte vertikal verbindende Elemente (30) eine gleichmäßige Höhe haben.
  4. Induktor nach Anspruch 2, wobei besagte vertikal verbindende Elemente (30) eine variable Höhe haben.
  5. Induktor nach Anspruch 2, wobei besagte auf oberer Ebene angeordnete Konduktoren (28) aufweisen: einen auf oberer Ebene angeordneten Konduktor mit maximaler Länge, der ein Konduktor ist, welcher eine Länge entlang einer Y-Achse besagter Helixspule hat, die länger als alle anderen Konduktoren besagter auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren ist; und eine Mehrzahl von auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren, die parallel zu besagtem auf oberer Ebene angeordneten Konduktor mit maximaler Länge sind, die in gleicher Anzahl auf beiden Seiten besagten auf oberer Ebene angeordneten Konduktors mit maximaler Länge angeordnet sind, wobei die Längen besagter Mehrzahl von auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren gleichmäßig mit zunehmendem Abstand von besagtem auf oberer Ebene angeordneten Konduktor mit maximaler Länge abnehmen.
  6. Induktor nach Anspruch 5, wobei es eine Mehrzahl von auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren mit maximaler Länge und eine Mehrzahl von auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren mit abnehmender Länge gibt.
  7. Induktor nach Anspruch 5, wobei besagte auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren (26) aufweisen: – wenigstens zwei auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren mit maximaler Länge, die Konduktoren sind, welche eine Länge haben, die länger als alle anderen Konduktoren besagter auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren ist, wobei besagte wenigstens zwei auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren mit besagtem auf oberer Ebene angeordneten Konduktor mit maximaler Länge verbunden sind; und – eine Mehrzahl von auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren, die parallel zu besagten auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren mit maximaler Länge sind, die in gleicher Anzahl auf beiden Seiten besagter auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren mit maximaler Länge angeordnet sind, wobei die Längen besagter Mehrzahl von auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren gleichmäßig mit zunehmendem Abstand von besagten auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren mit maximaler Länge abnehmen.
  8. Induktor nach Anspruch 7, wobei es eine Mehrzahl von auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren mit maximaler Länge und eine Mehrzahl von auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren mit abnehmender Länge gibt.
  9. Induktor nach Anspruch 1, wobei besagtes Magnetfeld über besagter Oberfläche des Substrats erzeugt wird.
  10. Induktor nach Anspruch 1, wobei besagtes Magnetfeld verglichen mit den Enden besagten Induktors eine erhöhte Stärke in der Mitte besagten Induktors hat.
  11. Induktor nach Anspruch 2, wobei die auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren (28) eine X-Achse besagten Induktors in einem Winkel von 90° schneiden.
  12. Induktor nach Anspruch 2, wobei die auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren (26) eine X-Achse besagten Induktors in einem Winkel von ungleich 90° schneiden.
  13. Induktor nach Anspruch 2, wobei besagte auf unterer Ebene und auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren (26, 28) einen Querschnitt eines geometrischen Rechtecks aufweisen.
  14. Induktor nach Anspruch 2, wobei besagte vertikal verbindende Elemente (30) einen Querschnitt eines geometrischen Kreises aufweisen.
  15. Induktor nach Anspruch 1, wobei besagter Induktor in ein Dielektrikum (32) eingebettet und durch eine Passivierungsschicht (34) bedeckt ist.
  16. Induktor nach Anspruch 5, wobei besagte vertikal verbindende Elemente (30) aufweisen: – ein vertikal verbindendes Element mit maximaler Höhe, das mit besagtem auf oberer Ebene angeordneten Konduktor mit maximaler Länge verbunden ist; und – eine Mehrzahl von vertikal verbindender Elemente auf beiden Seiten besagten verbindenden Elements mit maximaler Höhe, wobei die Höhen besagter Mehrzahl von vertikal verbindenden Elementen gleichmäßig mit zunehmendem Abstand von besagtem verbindenden Element mit maximaler Höhe abnimmt.
  17. Induktor nach Anspruch 2, ferner aufweisend eine oder mehrere Schichten eines ferromagnetischen Materials (42), das oder die über besagten auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren (26) liegen.
  18. Induktor nach Anspruch 2, ferner aufweisend Eingangs- und Ausgangsverbindungen (22, 24) zu besagtem Konduktor mittels Vorsehens vertikal verbindender Elemente (30) zu zwei auf oberer Ebene oder auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren an den Enden besagter Helixspule.
  19. Verfahren zur Ausbildung eines Induktors aufweisend: – Erzeugung einer Mehrzahl von N-1 auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren (26), die in einer Ebene parallel zu der Oberfläche eines Siliziumsubstrats (05) angeordnet sind, und – Erzeugung einer Mehrzahl von 2N vertikal verbindenden Elementen (30) mit einem kreisförmigen Querschnitt, der einen Radius aufweist, der in einer Ebene senkrecht zu besagter Oberfläche des Substrats (05) ist, und gleichzeitiger Erzeugung einer Mehrzahl von N auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren (28), die in einer Ebene liegen, die parallel zu besagter Oberfläche des Substrats (05) ist, gekennzeichnet durch das Ausbilden einer helixförmigen Spule, die einen größeren Wicklungsradius in einer Mitte besagter Spule als an den Enden besagter Spule hat.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, wobei besagter Helixspuleninduktor ein Magnetfeld erzeugt, das parallel zur Oberfläche besagten Substrats (05) ist.
  21. Verfahren nach Anspruch 19, wobei besagtes Erzeugen der Mehrzahl von N-1 auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren (26) aufweist: – Ablagerung einer dielektrischen Schicht (32) auf besagter Oberfläche des Substrats (05); – Ausbilden von Kanälen in besagter dielektrischer Schicht (32) für besagte Mehrzahl von auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren (26); – Auffüllen besagter Kanäle mit einer ersten Metallschicht; und – Einebnen besagter erster Metallschicht bis zu besagter Oberfläche der dielektrischen Schicht (32), um die Ausbildung besagter auf unterer Ebene angeordneter Konduktoren (26) zu vervollständigen.
  22. Verfahren nach Anspruch 21, wobei besagte Erzeugung der Mehrzahl von 2N vertikal verbindenden Elementen (30) und gleichzeitige Erzeugung besagter Mehrzahl von N auf oberer Ebene angeordneter Konduktoren (28) aufweist: – Ablagerung einer zwischenmetallischen dielektrischen Schicht auf besagter dielektrischen Schicht (32) und besagten auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren (26); – Ausbilden von Doppeldamaszenenöffnungen in besagter zwischenmetallischer dielektrischer Schicht, wobei Kontaktlöcher besagter Doppeldamaszenenöffnungen Öffnungen für besagte vertikal verbindenden Elemente (30) bilden, und wobei Kanäle besagter Doppeldamaszenenöffnungen Öffnungen für besagte auf oberer Ebene angeordnete Konduktoren bilden; – Auffüllen besagter Doppeldamaszenenöffnungen mit einer zweiten Metallschicht; und – Einebnen besagter zweiter Metallschicht bis zu besagter Oberfläche der zwischenmetallischen dielektrischen Schicht, um die Ausbildung besagter vertikal verbindender Elemente (30) und besagter auf oberer Ebene angeordneter Konduktoren (28) zu vervollständigen.
  23. Verfahren nach Anspruch 19, wobei besagte N auf oberer Ebene angeordnete Konduktoren (28) aufweisen: – einen auf oberer Ebene angeordneten Konduktor maximaler Länge, der ein Konduktor mit einer Länge in einer Y-Achse besagter Helixspule ist, die langer als alle anderen Konduktoren besagter auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren ist; und – N-1 auf oberer Ebene angeordnete Konduktoren, die parallel zu besagtem auf oberer Ebene angeordneten Konduktor mit maximaler Länge sind, die in gleicher Anzahl auf beiden Seiten besagten auf oberer Ebene angeordneten Konduktors mit maximaler Länge angeordnet sind, wobei die Längen besagter Mehrzahl von auf oberer Ebene angeordneten Konduktoren gleichmäßig mit zunehmendem Abstand von besagtem auf oberer Ebene angeordneten Konduktor mit maximaler Länge abnehmen.
  24. Verfahren nach Anspruch 23, wobei besagte N-1 auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren aufweisen: – wenigstens zwei auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren mit maximaler Länge, die Konduktoren sind, welche eine Länge haben, die länger als alle anderen Konduktoren besagter auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren ist, wobei besagte wenigstens zwei auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren mit besagtem auf oberer Ebene angeordneten Konduktor mit maximaler Länge verbunden sind; und – N-3 von auf unterer Ebene angeordnete Konduktoren, die parallel zu besagten auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren mit maximaler Länge sind, in gleicher Anzahl auf beiden Seiten besagter auf unterer Ebene angeordneter Konduktoren mit maximaler Länge angeordnet sind, wobei die Langen besagter Mehrzahl von auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren gleichmäßig mit zunehmendem Abstand von besagten auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren mit maximaler Länge abnehmen.
  25. Verfahren nach Anspruch 24, ferner aufweisend das Vorsehen von Eingangs- und Ausgangsverbindungen (22, 24) zu besagtem Induktor mittels Vorsehens vertikal verbindender Elemente (30) zu zwei auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren gleicher Länge, die eine geringere Länge als die Längen aller anderen auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren haben.
  26. Verfahren nach Anspruch 19, ferner aufweisend: Einbetten besagten Induktors in ein Dielektrikum (32); und Abdecken besagten Induktors mit einer Passivierungsschicht (34).
  27. Verfahren nach Anspruch 22, ferner aufweisend vor besagtem Schritt der Ablagerung besagter zwischenmetallischer dielektrischer Schicht: – Ablagerung einer darunter liegenden zwischenmetallischen dielektrischen Schicht auf besagter dielektrischen Schicht und besagten auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren (26); – Ausbilden von Öffnungen in besagter darunter liegenden zwischenmetallischen dielektrischen Schicht für ein ferromagnetisches Muster; – Auffüllen besagter Öffnungen in besagter darunter liegender zwischenmetallischer dielektrischer Schicht mit einer ferromagnetischen Schicht (42); – Einebnen besagter ferromagnetischer Schicht bis zur Oberfläche besagter darunter liegender zwischenmetallischer dielektrischer Schicht; und – nachfolgendem Ablagern besagter zwischenmetallischer dielektrischer Schicht auf besagter darunter liegender zwischenmetallischer dielektrischer Schicht und ferromagnetischer (42) Schicht, die auf besagter dielektrischen Sicht und besagten auf unterer Ebene angeordneten Konduktoren liegt.
  28. Verfahren nach Anspruch 19, wobei besagte 2N vertikal verbindenden Elemente (30) eine gleichmäßige Höhe haben.
  29. Verfahren nach Anspruch 19, wobei besagte 2N vertikal verbindenden Elemente (30) variable Höhen haben.
  30. Verfahren nach Anspruch 23, wobei besagte vertikal verbindenden Elemente (30) aufweisen: – ein vertikal verbindendes Element mit maximaler Höhe, das mit besagtem auf oberer Ebene angeordneten Konduktor maximaler Länge verbunden ist; und – eine Mehrzahl von vertikal verbindenden Elementen auf beiden Seiten besagten vertikal verbindenden Elements maximaler Höhe, wobei die Höhen besagter Mehrzahl von vertikal verbindenden Elemente gleichmäßig mit zunehmendem Abstand von besagtem vertikal verbindenden Element mit maximaler Höhe abnimmt.
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