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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung,
umfassend einen Halbleiterkörper,
auf dessen Oberfläche
sich eine Spule mit magnetischem Kern befindet, bei welchem Verfahren
die Oberfläche
des Halbleiterkörpers mit
einer ersten Metallisierungsschicht versehen wird, die ein erstes
Muster von Leiterzügen
aufweist, welche in Isoliermaterial eingebettet sind, wobei die Oberfläche der
Metallisierungsschicht, die vom Halbleiterkörper weg gerichtet ist, flach
ist, auf welcher flachen Oberfläche
eine Schicht eines magnetischen Materials abgelagert und durch Ätzung gemustert wird,
um den magnetischen Kern zu bilden, wonach eine zweite Metallisierungsschicht,
die ein zweites Muster von Leiterzügen aufweist, welche in ein
weiteres Isoliermaterial eingebettet sind, gebildet wird, wobei
dieses zweite Muster von Leiterzügen
so mit dem ersten Muster von Leiterzügen verbunden ist, dass Wickluugen
der Spule gebildet werden.
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Dieses
Verfahren kann besonders geeignet verwendet werden, um integrierte
Schaltungen herzustellen, die eine oder mehrere Spulen umfassen. Derartige
integrierte Schaltungen werden zum Beispiel in Mobiltelefonapparaten
verwendet. Bei der Herstellung von integrierten Schaltungen wird
der Halbleiterkörper
mit Halbleiterelementen versehen, die elektrisch miteinander verbunden
sind. Die Oberfläche
des Halbleiterkörpers
wird mit einer Anzahl von Metallisierungsschichten mit Mustern von
Leiterzügen,
die in ein Isoliermaterial eingebettet sind, versehen. Durch das
Hinzufügen
von nur ein paar Verfahrensschritten mehr können, wie im Vorhergehenden
angegeben, Spulen in integrierte Schaltungen aufgenommen werden.
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Die
Spule ist mit einem magnetischen Kern versehen. Als Ergebnis wird
eine Spule erhalten, die eine Selbstinduktion aufweist, welche um
einen Faktor der Größenordnung
der relativen magnetischen Suszeptibilität μr größer als
die Selbstinduktion einer gleich großen Spule ohne einen Kern sein
kann. Aufgrund dessen kann eine Spule, deren Selbstinduktion so
groß als
möglich
ist, auf einem Teil der Halbleiterkörperoberfläche verwirklicht werden, der
so klein als möglich
ist.
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In
der Patentschrift
US 5,576,680 wird
eine Beschreibung eines Verfahrens von der im einleitenden Absatz
erwähnten
Art gegeben, welches Verfahren verwendet wird, um eine induktive
Schaltung herzustellen, die Leiterzüge aufweist, welche in zwei Ebenen
liegen.
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In
der Patentschrift
US 3,614,554 wird
eine Beschreibung eines ähnlichen
Verfahrens gegeben, bei dem die erste Metallisierungsschicht durch
aufeinanderfolgendes Aufbringen einer Schicht eines Isoliermaterials
auf die Oberflächen
des Halbleiterkörpers,
Bilden des ersten Musters von Leiterzügen auf dieser Schicht, und
Bedecken dieses Musters und der Schicht des Isoliermaterials, die
neben diesem Muster gelegen ist, mit einer weiteren Schicht eines Isoliermaterials
gebildet wird. Der Kern wird durch Einätzen einer Schicht aus Permalloy
(einer Legierung aus Nickel, Eisen, Kobalt, Magnesium und Kupfer),
die eine Dicke von ungefähr
750 nm aufweist, gebildet. Die Spule bedeckt einen Oberflächenbereich
von ungefähr
3 mal 2,5 mm.
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In
der Praxis wurde festgestellt, dass die bekannten Verfahren zur
Herstellung von Spulen für Schaltungen,
die zum Verarbeiten von Signalen bestimmt sind, deren Frequenzen über l 00
MHz liegen, nicht sehr geeignet sind. Bei diesen hohen Frequenzen
zeigen Spulen, die mittels der herkömmlichen Verfahren hergestellt
wurden. Selbstinduktionen, die jene von Spulen, welche keinen Kern
aus magnetischem Material aufweisen, nicht übersteigen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren bereitzustellen, durch
das es möglich
ist, Spulen herzustellen, deren Selbstinduktion viel größer als
jene von gleich großen
Spulen ohne einen Kern aus magnetischem Material ist.
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Um
dies zu erreichen ist das im einleitenden Absatz erwähnte Verfahren
dadurch gekennzeichnet, dass die Schicht des magnetischen Materials
zu einer Dicke unter 50 nm abgelagert wird.
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Nach
der Erfindung wird die Dicke des Kerns der Spule so gewählt, dass
sie viel geringer als z.B. die im zweiten bekannten Verfahren erwähnte Dicke von
750 nm ist. Als Ergebnis ist die Spule im Querschnitt kleiner, weshalb
die Selbstinduktion proportional kleiner sein sollte. Es wurde jedoch
herausgefunden, dass eine dünne
Schicht bei diesen hohen Frequenzen eine relative magnetische Suszeptibilität μr aufweist,
die so viel höher
als jene einer dickeren Schicht ist, dass die gebildete Spule trotzdem
eine höhere
Selbstinduktion aufweist. Wenn die Dicke des Kerns so gewählt wird,
dass sie zum Beispiel um einen Faktor von 10 kleiner ist, wird auch
die Schnittabmessung der Spule um ungefähr einen Faktor von 10 verringert,
doch da die relative magnetische Suszeptibilität des Kerns um einen Faktor
von 500 höher sein
kann, wird eine Spule gebildet, die eine Selbstinduktion aufweist,
welche trotzdem um einen Faktor von 50 höher sein kann.
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Wenn
beim bekannten Verfahren von einer solchen viel dünneren magnetischen
Schicht Gebrauch gemacht wird, weisen die gebildeten Spulen dennoch
keine höhere
Selbstinduktion als Spulen ohne einen Kern auf. Beim Verfahren nach
der Erfindung, bei dem die Schicht des magnetischen Materials auf
eine flache Oberfläche
abgelagert wird, weisen die gebildeten Spulen eine höhere Selbstinduktion
auf. Beim zweiten bekannten Verfahren wird die Schicht des magnetischen
Materials auf eine Oberfläche
abgelagert, die nicht flach ist. Eine ungefähr 500 nm dicke Schicht eines
Isoliermaterials wird auf die ungefähr 750 nm dicken Leiterzüge des ersten Musters
von Leiterzügen
aufgebracht. Die Topographie dieser Schicht entspricht jener der
Leiterzüge. Wenn
die sehr dünne
Schicht des magnetischen Materials auf eine derartige nicht flache
Oberfläche
abgelagert wird, ist die gebildete Schicht nicht homogen. Diese
Schicht zeigt Unterschiede in der Dicke und, möglicherweise, Unterbrechungen,
die der Grund dafür
sein können,
warum der magnetische Kern nicht zu der gewünschten hohen Selbstinduktion
der Spulen führt.
Wenn die Schicht des magnetischen Materials auf eine flache Oberfläche abgelagert
wird, wird die gewünschte
homogene Schicht erhalten und werden Spulen gebildet, die die gewünschten
hohen Selbstinduktionen aufweisen.
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Eine
wesentliche Freiheit bei der Wahl des Materials, das für die Schicht
des magnetischen Materials verwendet werden soll, wird erhalten,
wenn die Leiterzüge
beider Muster von Leiterzügen
in einer solchen Weise in ein Isoliermaterial eingebettet sind, dass
der magnetische Kern elektrisch von den Leiterzügen beider Muster isoliert
ist. Das magnetische Material kann eine Legierung von elektrisch
leitenden Materialien wie etwa Eisen, Chrom, Tantal, Kobalt, Niob
und Zirkonium sein, zum Beispiel eine Legierung aus Eisen und 4,6
Atom-% Chrom, 0,2 Atom-% Tantal und 7,4 Atom-% Stickstoff. Vorzugsweise
ist die Schicht des magnetischen Materials ein Schichtpaket, das
aus magnetischen Teilschichten zusammengesetzt ist, die eine Dicke
unter 10 nm aufweisen und durch Zwischenschichten aus einem nichtmagnetischen
Material wie etwa Kupfer oder einem Isoliermaterial, die eine Dicke
unter 5 nm aufweisen, voneinander getrennt sind. Auf diese Weise
kann ein magnetischer Kern gebildet werden, der eine μr aufweist,
die bei Frequenzen über
100 MHz sehr hoch ist. Wenn, zum Beispiel, ungefähr 6 nm dicke Teilschichten
aus einer magnetischen Legierung gebildet werden, die abgesehen
von Eisen Kobalt, Niob und Zirkonium enthält, und diese Teilschichten
durch ungefähr
2 nm dicke Zwischenschichen aus Aluminiumnitrid voneinander getrennt
sind, weist ein derartiges Paket bei 100 MHz eine μr von
ungefähr
400, bei 1 GHz eine μr von 200, und bei 400 GHz eine μr von 100
auf.
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Ein
sehr kompakter Kern wird erhalten, wenn der magnetische Kern aus
einer Schicht eines magnetischen Materials gebildet wird, die elektrisch
isolierend ist, und die Leiterzüge
beider Muster von Leiterzügen
in einer solchen Weise in Isoliermaterial eingebettet sind, dass
der magnetische Kern mit den Leiterzügen beider Muster elektrisch
in Kontakt steht. Ein Beispiel für
ein derartiges Material ist Mangan-Zink-Ferrit (Mn0,5Zn0,42Fe2,03O4), das einen spezifischen Widerstand von
106 μΩcm aufweist
und im Vergleich mit Metallen wie etwa Aluminium, das einen spezifischen
Widerstand von 2,7 μΩcm aufweist, im
Wesentlichen isolierend ist.
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Um
sicherzustellen, dass die Leiterzüge des ersten Musters von Leiterzügen elektrisch
vom magnetischen Kern isoliert sind, kann die erste Metallisierungsschicht
durch aufeinanderfolgendes Aufbringen einer Schicht eines Isoliermaterials
auf die Oberfläche
des Halbleiterkörpers,
Bilden des ersten Musters von Leiterzügen auf dieser Schicht, Bedecken
dieses Musters und der Schicht des Isoliermaterials in der Nähe dieses
Musters mit einer weiteren Schicht eines Isoliermaterials, und Ebnen
dieser weiteren Schicht des Isoliermaterials erhalten werden. Diese Ebnung
kann durch eine gebräuchliche
chemisch-mechanische
Polierbehandlung oder durch Aufbringen einer Schicht eines Photoresists
gefolgt von einer Ätzbehandlung
in einem Plasma oder einem Ätzbad,
in dem das Photoresist und das Isoliermaterial mit einer gleichen
Geschwindigkeit geätzt werden,
ausgeführt
werden. Als Ergebnis verbleibt eine Schicht eines Isoliermaterials
auf den Leiterzügen
zurück.
In der Praxis weist diese verbleibende Schicht keine gleichmäßige Dicke
auf. Zusätzlich muss
diese Schicht verhältnismäßig dick
sein, um sicherzustellen, dass die darunter liegenden Leiterzüge während der
Ebnungsbehandlung nicht lokal freigelegt werden.
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Vorzugsweise
wird die erste Metallisierungsschicht durch aufeinanderfolgendes
Aufbringen einer Schicht eines Isoliermaterials auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers, Bilden
von Rillen in dieser Schicht, Ablagern einer Metallschicht auf der
Schicht des Isoliermaterials und in den Rillen, Unterziehen der
Metallschicht einer Ebnungsbehandlung, bis die Isolierschicht erneut
frei liegt, und Ablagern einer weiteren Schicht eines Isoliermaterials
gebildet. In diesem Fall weist die weitere Schicht eines Isoliermaterials,
die in einer gebräuchlichen
Weise sehr homogen abgelagert werden kann, ebenfalls eine flache
Oberfläche auf
und kann sie dünner
als, zum Beispiel, 100 nm sein. Diese dünne Schicht des Isoliermaterials
verursacht, dass die Leiterzüge
und der magnetische Kern voneinander isoliert sind.
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Diese
bevorzugte Ausführungsform
des Verfahrens nach der Erfindung weist den zusätzlichen Vorteil auf, dass
eine große
Freiheit bei der Wahl des Metalls, das für die Leiterzüge verwendet
werden soll, besteht. Zum Beispiel können die Leiterzüge in dieser
Ausführungsform
aus Kupfer hergestellt sein, damit die Spule einen kleinen elektrischen
Widerstand zeigt. Die Ebnungsbehandlung kann in einer gebräuchlichen
Weise ausgeführt
werden.
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Die
Anzahl der Materialien, die für
den Teil der Spulenwicklungen, welche durch die zweite Metallisierungsschicht
gebildet werden, gewählt
werden kann, ist ebenfalls größer, wenn
die zweite Metallisierungsschicht durch aufeinanderfolgendes Bedecken des
Kerns und des angrenzenden Teils der ersten Metallisierungsschicht
mit einer weiteren Schicht eines Isoliermaterials, Bilden von Rillen
in dieser Schicht, ohne den magnetischen Kern freizulegen, Ablagern
einer Schicht eines Metalls auf der weiteren Schicht des Isoliermaterials
und in den Rillen, und anschließendes
Unterziehen der Metallschicht einer Ebnungsbehandlung, bis die Isolierschicht
erneut frei liegt, gebildet wird. Die Genauigkeit, mit der die Rillen gebildet
werden, kann so hoch sein, dass die Leiterzüge des zweiten Musters durch
eine Schicht eines Isoliermaterials mit einer sehr kleinen Dicke
unter 100 nm vom magnetischen Kern isoliert werden können.
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Die
Leiterzüge
des ersten Musters von Leiterzügen
werden auf eine einfache Weise so in Isoliermaterial eingebettet,
dass der magnetische Kern elektrisch mit den Leiterzügen des
ersten Musters in Kontakt steht, wenn eine Schicht eines Isoliermaterials
auf der Oberfläche
des Halbleiterkörpers
bereitgestellt wird; dies wird durch aufeinanderfolgendes Bilden
von Rillen in dieser Schicht, Ablagern einer Schicht eines Metalls
auf der Schicht des Isoliermaterials und in den Rillen, und Unterziehen
der Metallschicht einer Ebnungsbehandlung, bis die Isolierschicht
erneut frei liegt, erreicht. Wenn anschließend die Schicht des isolierenden
magnetischen Materials abgelagert wird, tritt diese Schicht direkt
mit den Leitern des ersten Musters von Leitern in Kontakt.
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Die
Leiterzüge
des zweiten Musters von Leiterzügen
werden auf eine einfache Weise so in Isoliermaterial eingebettet,
dass der magnetische Kern elektrisch mit den Leiterzügen des
zweiten Musters in Kontakt steht, wenn eine weitere Schicht eines Isoliermaterials
auf dem Kern und dem angrenzenden Teil der ersten Metallisierungsschicht
bereitgestellt wird; dies wird durch aufeinanderfolgendes Bilden von
Rillen in dieser Schicht, wodurch der Kern freigelegt wird, Ablagern
einer Schicht eines Metalls auf der weiteren Schicht des Isoliermaterials
und in den Rillen, und Unterziehen der Metallschicht einer Ebnungsbehandlung,
bis die Isolierschicht erneut frei liegt, erreicht.
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Wie
im Vorhergehenden angegeben macht es dieses Verfahren möglich, das
Metall, das für
beide Muster von Leitern gewählt
wird, aus einem weiten Bereich von Metallen zu wählen, und zum Beispiel kann
Kupfer verwendet werden.
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Diese
und andere Gesichtspunkte der Erfindung werden aus der (den) nachstehend
beschriebene(n) Ausführungsform(en),
die ein nichtbeschränkendes
Beispiel bildet (bilden), offensichtlich werden und unter Bezugnahme
darauf erklärt
werden.
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In
den Zeichnungen
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ist 1 eine
diagrammatische Flachansicht eines erheblichen Teils einer ersten
Halbleitervorrichtung, die mittels des Verfahrens nach der Erfindung hergestellt
wurde,
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ist 2 eine
diagrammatische Schnittansicht der in 1 gezeigten
Halbleitervorrichtung an der Linie II-II,
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ist 3 eine
diagrammatische Schnittansicht der in 1 gezeigten
Halbleitervorrichtung an der Linie III-III,
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sind 4 bis 9 diagrammatische Schnittansichten
von mehreren Stufen bei der Herstellung der in 1 gezeigten
ersten Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Verfahrens nach
der Erfindung, und
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sind 10 bis 15 diagrammatische Schnittansichten
von mehreren Stufen bei der Herstellung einer zweiten Halbleitervorrichtung
unter Verwendung des Verfahrens nach der Erfindung.
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In
den Zeichnungen, die diagrammatisch und nicht maßstabsgetreu sind, beziehen
sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile. 1 und 2 und 3 zeigen
eine erste Halbleitervorrichtung, umfassend einen Halbleiterkörper 1,
auf dessen Oberfläche 2 sich
eine Spule 3 mit magnetischem Kern 4 befindet,
als Flachansicht bzw. im Querschnitt. Die Oberfläche 2 ist mit einer
ersten Metallisierungsschicht 5 versehen, die ein erstes
Muster von Leiterzügen 6 aufweist,
welche in ein Isoliermaterial, in diesem Beispiel drei Schichten
eines Isoliermaterials 7, 8 und 9, eingebettet
sind. Diese erste Metallisierungsschicht 5 weist eine Oberfläche 10 auf,
die vom Halbleiterkörper 1 weg gerichtet
ist, und auf der der magnetische Kern 4 gebildet ist. Auf
dem magnetischen Kern 4 und auf der angrenzenden Oberfläche 10 der
ersten Metallisierungsschicht 5 ist eine zweite Metallisierungsschicht 11 bereitgestellt, die
ein zweites Muster von Leiterzügen 12 aufweist, welche
in ein Isoliermaterial, in diesem Beispiel zwei Schichten eines
Isoliermaterials 13 und 14, eingebettet sind.
Das zweite Muster von Leitern 12 ist durch Fenster 15 mit
dem ersten Muster von Leitern 6 verbunden, so dass Wicklungen
der Spule gebildet werden.
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4 bis 9 zeigen
mehrere Stufen bei der Herstellung der in 1 gezeigten
ersten Halbleitervorrichtung im Querschnitt. Bei der Herstellung wird
von einem Halbleiterkörper 1,
in diesem Beispiel einer Scheibe aus Silizium, Gebrauch gemacht.
Die Oberfläche 2 des
Halbleiterkörpers
ist durch eine Wärmeoxidation
des Siliziums wie gebräuchlich
mit einer ungefähr
100 nm dicken Schicht aus Siliziumoxid 7 versehen.
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Die
erste Metallisierungsschicht 5 wird auf dieser Isolierschicht 7 gebildet,
indem die Oberfläche des
Halbleiterkörpers
mit einer Schicht eines Isoliermaterials 8, in diesem Beispiel
einer abgelagerten Schicht aus Siliziumoxid, die eine Dicke von
700 nm aufweist, versehen wird. Anschließend werden Rillen 16,
die eine Tiefe von ungefähr
500 nm aufweisen, in einer gebräuchlichen
Weise in diese Schicht geätzt, wobei
diese Rillen die Form der zu bildenden Leiterzüge 6 aufweisen. Anschließend wird
eine ungefähr 700
nm dicke Schicht eines Metalls 17, in diesem Beispiel Aluminium,
auf der Schicht des Isoliermaterials 8 und in den Rillen 16 abgelagert.
Als nächstes wird
diese Schicht des Metalls 17 einer Ebnungsbehandlung unterzogen,
die fortgesetzt wird, bis die Isolierschicht 8 erneut frei
liegt. Auf diese Weise werden die Leiterzüge 6 der ersten Metallisierungsschicht 5 gebildet.
Die Isolierschicht 8 und die darin gebildeten Leiterzüge 6 zeigen
eine flache Oberfläche 18. Schließlich wird
eine weitere Schicht eines Lsoliermaterials 9, in diesem
Beispiel eine ungefähr
100nm dicke Schicht aus Siliziumoxid, auf dieser Oberfläche abgelagert.
Wegen ihrer geringen Dicke ist diese Schicht ebenfalls flach.
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Nach
der Erfindung wird die erste Metallisierungsschicht 5 in
einer solchen Weise auf der Oberfläche 2 des Halbleiterkörpers 1 gebildet,
dass ihre Oberfläche 18,
die vom Halbleiterkörper
weg gerichtet ist, flach ist. Auf dieser flachen Oberfläche 18 wird die
dünne Schicht
des Isoliermaterials 9 und eine Schicht eines magnetischen
Materials, das eine Dicke von weniger als 500 nm aufweist und in
der der Kern 4 durch Ätzung
gebildet wird, abgelagert.
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Der
Kern 4 der Spule 3 weist eine Dicke unter 50 nm
auf. Es wurde herausgefunden, dass die relative magnetische Suszeptibilität μr einer
dünnen magnetischen
Schicht bei Frequenzen über
100 MHz so viel höher
als jene einer dickeren Schicht ist, dass eine Spule gebildet wird,
deren Selbstinduktion höher ist,
als sie sein würde,
wenn eine dickere Schicht des magnetischen Materials verwendet würde. Wenn
die Kerndicke so gewählt
wird, dass sie, zum Beispiel, um einen Faktor von 100 größer ist,
nimmt auch die Schnittabmessung um ungefähr einen Faktor von 100 zu,
doch da die relative magnetische Suszeptibilität des Kerns dann um einen Faktor
von 500 kleiner sein kann, wird eine Spule gebildet, deren Selbstinduktion
jener einer Spule ohne einen magnetischen Kern im Wesentlichen gleich
ist.
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Wenn
die dünne
Schicht des magnetischen Materials auf einer Oberfläche abgelagert
wird, die nicht flach ist, ist die gebildete Schicht nicht homogen.
Diese Schicht zeigt Unterschiede in der Dicke und möglicherweise
Unterbrechungen, die für
den Umstand verantwortlich sein können, dass der magnetische
Kern nicht zur gewünschten
hohen Selbstinduktion der Spulen führt. Wenn die Schicht des magnetischen
Materials auf einer flachen Oberfläche abgelagert wird, wird die
gewünschte
homogene Schicht erhalten und werden Spulen gebildet, die die gewünschte hohe
Selbstinduktion aufweisen.
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Die
zweite Metallisierungsschicht 11 wird durch Bedecken des
Kerns 4 und des angrenzenden Teils der Isolierschicht 9 mit
einer weiteren Schicht eines Isoliermaterials 13, im Beispiel
einer ungefähr 700
nm dicken Schicht aus Siliziumoxid, gebildet. Anschließend werden
in dieser weiteren Schicht des Isoliermaterials ungefähr 500 nm
tiefe Rillen 19 gebildet, die dem zweiten Muster von Leitern 12 entsprechen.
Bei diesem Vorgang wird der magnetische Kern 4 nicht freigelegt.
Zusätzlich
werden Fenster 20 in die Schicht des Isoliermaterials 13 geätzt, in
welchen Fenstern die Leiter 6 der ersten Metallisierungsschicht 5 freigelegt
werden. Anschließend
wird eine Schicht aus Metall 22, in diesem Fall eine ungefähr 700 nm
dicke Schicht aus Aluminium, auf die weitere Schicht des Isoliermaterials 13,
in den Rillen 20 und in den Fenstern 20 abgelagert.
Schließlich
wird diese Schicht einer Ebnungsbehandlung unterzogen, die fortgesetzt
wird, bis die Isolierschicht 13 erneut frei liegt. Die
metallgefüllten
Rillen 19 bilden dann die Leiterzüge 12 der zweiten
Metallisierungsschicht 11.
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Schließlich wird
das Ganze mit einer ungefähr
100 nm dicken Schicht eines Isoliermaterials 14, in diesem
Beispiel Siliziumoxid, bedeckt. Auf die im Vorhergehenden beschriebene
Weise wird die in 1 bis 3 gezeigte
Halbleitervorrichtung erhalten. In dieser Ausführungsform sind die Leiterzüge 6 und 12 beider
Muster der Metallisierungsschichten 5 und 11 in
einer solchen Weise in ein Isoliermaterial eingebettet, dass der
magnetische Kern 4 elektrisch völlig von den Leiterzügen 6 und 12 beider
Muster isoliert ist. Aufgrund dessen wird eine große Freiheit bei
der Wahl des Materials für
die Schicht des magnetischen Materials erhalten. Das magnetische
Material kann nun eine Legierung aus elektrisch leitenden Materialien
wie etwa Eisen, Kobalt, Niob und Zirkonium sein. Eine geeignete
Legierung ist zum Beispiel eine Legierung aus Eisen mit 4,6 Atom-% Chrom,
0,2 Atom-% Tantal und 7,4 Atom-% Stickstoff Wenn eine derartige
Schicht in einer Dicke abgelagert wird, die in einem Bereich zwischen
20 und 50 nm liegt, weist eine derartige Schicht bei 1 GHz eine μr von
300 auf. Wenn die Dicke 100 nm beträgt liegt die μr bei
dieser Frequenz unter 10.
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Vorzugsweise
ist die Schicht des magnetischen Materials ein nicht gezeigtes Schichtpaket, das
aus magnetischen Teilschichten zusammengesetzt ist, die eine Dicke
unter 10 nm aufweisen und durch Zwischenschichten aus Isoliermaterial
mit einer Dicke unter 5nm voneinander getrennt sind. Auf diese Weise
kann ein magnetischer Kern gebildet werden, der bei Frequenzen über 100
MHz eine sehr hohe μr aufweist. Wenn, zum Beispiel, ungefähr 6 nm dicke
Teilschichten aus einer magnetischen Legierung gebildet werden,
die zusätzlich
zu Eisen Kobalt, Niob und Zirkonium enthält, und durch ungefähr 2 nm dicke
Zwischenschichten aus Aluminiumnitrid voneinander getrennt werden,
weist ein derartiges Paket bei 100 MHz eine μr von
ungefähr
400, bei 1 GHz eine μr von 200, und bei 4 GHz eine μr von
100 auf.
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10 bis 15 sind
diagrammatische Schnittansichten von mehreren Stufen bei der Herstellung
einer zweiten Halbleitervorrichtung unter Verwendung des Verfahrens
nach der Erfindung. Die in 10 gezeigte
Stufe bei der Herstellung entspricht der in 4 gezeigten.
Die Metallschicht, die auch in diesem Fall eine Aluminiumschicht
ist, wird in den Rillen 16 in der Schicht des Isoliermaterials 8 abgelagert,
welche Rillen den Leiterzügen 6 entsprechen,
die aus der ersten Metallisierungsschicht 5 gebildet werden
sollen. Nach der Ebnung, bei welchem Vorgang die Schicht des Isoliermaterials 8 erneut
freigelegt wird, wird die Schicht des magnetischen Materials, in
dem der Kern 4 durch Ätzen
gebildet wird, direkt auf dieser Schicht 8 und auf den
gebildeten Leiterzügen 6 abgelagert.
In diesem Beispiel ist die Schicht des magnetischen Materials auch
im Wesentlichen elektrisch isolierend.
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Anschließend wird
die zweite Metallisierungsschicht 11 gebildet, indem der
Kern 4 und der angrenzende Teils der ersten Metallisierungsschicht 5 in
einer gebräuchlichen
Weise mit einer Isolierschicht 13, in diesem Beispiel einer
ungefähr
500 nm dicken Schicht aus Siliziumoxid, bedeckt wird. Rillen 19,
die dem zweiten Muster von Leitern 12 entsprechen, werden
anschließend
in dieser Schicht des Isoliermaterials 13 gebildet. In
diesen Rillen liegen der Kern 4 und die Teile 23 der
Leiter der ersten Metallisierungsschicht 5, die sich neben
dem Kern befinden, frei. Anschließend wird die Metallschicht 22,
in diesem Beispiel eine ungefähr
700 nm dicke Schicht aus Aluminium, abgelagert. Anschließend wird
eine Ebnungsbehandlung durchgeführt,
bis die Schicht des Isoliermaterials 13 erneut frei liegt.
Die metallgefüllten
Rillen 19 bilden dann die Leiterzüge 12 der zweiten
Metallisierungsschicht 11. Die beiden Muster von Leiterzügen 4 und 12 bilden
die Wicklungen der Spule 3. Schließlich wird das Ganze mit einer
Schicht aus Isoliermaterial, die nicht gezeigt ist, bedeckt.
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Im
zweiten Beispiel ist der magnetische Kern 4 in einer Schicht
eines magnetischen Materials gebildet, das im Wesentlichen elektrisch
isolierend ist, und sind die Leiterzüge 4 und 12 beider
Muster von Leiterzügen
in einer solchen Weise in Schichten des Isoliermaterials (7, 8 bzw. 12, 13)
eingebettet, dass der magnetische Kern mit den Leiterzügen 4 und 12 beider
Muster elektrisch in Kontakt steht. Ein Beispiel eines solchen Materials
ist Mangan-Zink-Ferrit (Mn0,5Zn0,42Fe2,03O4), das einen
spezifischen Widerstand von 106 μΩcm aufweist
und im Vergleich mit Metallen wie etwa Aluminium, das einen spezifischen Widerstand
von 2,7 μΩcm aufweist,
im Wesentlichen elektrisch isolierend ist. Auf diese Weise wird
eine sehr kompakte Spule erhalten, wobei der Kern 4 direkt
durch Wicklungen der Spule umgeben ist. In der gleichen Schnittabmessung
des Kerns wird die im zweiten Beispiel beschriebene Spule eine höhere Selbstinduktion
als die im ersten Beispiel beschriebene Spule aufweisen.
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In
beiden Beispielen werden die Leiterzüge 6 und 12 durch
Füllen
geätzter
Rillen mit einem Metall erhalten. Als Ergebnis können viele Metalle passend verwendet
werden, um die Leiter zu bilden. Abgesehen von Aluminium können die
Leiterzüge
zum Beispiel auch als Kupfer hergestellt werden.