JP2013535107A - 誘導性構造 - Google Patents
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Abstract
各々が、半導体ウエハ（１１０）の上にある厚いコイル構造（１２６）、及び改善されたインダクタンスを提供するため、厚いコイル構造（１２６）と共に統合される底部コアセクション（１２０）と頂部コアセクション（１８０）とを含む、インダクタ（１００）、取り付けられた集積回路（２１６０）を備えた集積された誘電性デバイス（２１００）、及び変圧器（３８００）。
Description
本発明は、誘導性構造に関し、更に特定して言えば、取り付けられたコア構造を備えた誘導性構造、及び取り付けられたコア構造を備えた誘導性構造を形成する方法に関連する。
インダクタは、電磁エネルギーをストアする周知の構造であり、変圧器は、電気エネルギーを一次コイルから二次コイルへ誘導的に伝達する周知の構造である。インダクタ及び変圧器は、通常、インダクタンス、及びストアされた又は一次コイルから二次コイルへ伝達されたエネルギーの量を増加させるため、コアとして知られる、磁気材料を用いる。
半導体インダクタ及び変圧器は通常、バックエンドシリコン処理の間に形成される。半導体インダクタ及び変圧器を形成するための従来技術には多くの手法があるが、半導体インダクタ及び変圧器を形成する更なる方法が必要とされている。
本発明の誘導性構造は、半導体構造の上にあるコイル構造をコア構造と統合して、改善されたインダクタンスを提供する。本発明の誘導性構造は、半導体構造に粘着的に取り付けられる第１のコア構造、及び第１のコア構造の上面に接する第１の非導電性層を含む。この誘導性構造は、第１の非導電性層に接し、第１のコア構造の上にあるコイル、コイルの上面に接する第２の非導電性層、第２の非導電性層に接する第２のコア構造を更に含む。第２のコア構造は、第１のコア構造の直上にある。
本発明の誘導性構造を形成する方法は、半導体構造に接するように第１のコア構造を配置すること、及び第１のコア構造の上面に接するように第１の非導電性層を形成することを含む。この方法は、第１の非導電性層に接し、第１のコア構造の上にあるようにコイルを形成すること、コイルの上面に接するように第２の非導電性層を形成すること、及び第２の非導電性層に接するように第２のコア構造を配置することを更に含む。
図１Ａ〜図１Ｂから図２０Ａ〜図２０Ｂは、本発明に従ってインダクタ１００を形成する方法の一例を図示する一連の図を示す。図１Ａ〜図２０Ａは一連の平面図であり、図１Ｂ〜図２０Ｂは、それぞれ図１Ａ〜図２０Ａにおける線１Ｂ〜２０Ｂによる一連の断面図である。これ以降により詳細に説明するように、コア構造が、半導体構造の上にある厚いコイル構造と統合されて、改善されたインダクタンスを提供する。
図１Ａ〜図１Ｂに図示するように、インダクタ１００を形成する方法は、従来のように形成された半導体ウエハ１１０を利用する。ウエハ１１０は、シリコンなどの導電性材料、又は石英又はＧ１０−ＦＲ４などの非導電性材料で実装され得る。図１Ａ〜図１Ｂに更に示すように、この方法は、パターニングされたフォトレジスト層１１２をウエハ１１０の上面上に形成することから始まる。
パターニングされたフォトレジスト層１１２は従来の方式で形成され、この方式は、フォトレジストの層を堆積すること、マスクとして知られるパターニングされた黒／透明ガラスプレートを介して光を投射して、光に曝されたフォトレジスト領域を軟化させるフォトレジストの層上に、パターニングされた画像を形成すること、及び軟化されたフォトレジスト領域を取り除くことを含む。
図２Ａ〜図２Ｂに図示するように、パターニングされたフォトレジスト層１１２が形成された後、ウエハ１１０の露出された領域が従来の方式でエッチングされて、ウエハ１１０内にキャビティ１１４を形成する。キャビティ１１４の形成に続いて、パターニングされたフォトレジスト層１１２が従来の方式で取り除かれる。ウエハ１１０が導電性である場合、キャビティ１１４の底面が非導電性であるようにキャビティ１１４をライニングする（line）よう、酸化物又はプラズマ窒化物などのコンフォーマル非導電性材料を、任意でウエハ１１０上に形成することができる。
次に、図３Ａ〜図３Ｂに示すように、底部コアセクション１２０が、キャビティ１１４内に配置され、キャビティ１１４の底面に取り付けられる。底部コアセクション１２０は、従来のピックアンドプレースマシンを用いてキャビティ１１４内に配置され得、例えば、ダイ取り付けフィルムなど、従来の導電性又は非導電性の接着材を用いて、従来の方式で取り付けられる。ダイ取り付けフィルムは、例えば、２５μｍの厚みであり得る。また、個別のプロセスで従来の方式で形成される底部コアセクション１２０は、例えば、（Ｃｏ）ＮｉＦｅの電気めっきされた合金又はＮｉＺｎ及びＭｎＺｎなどのソフトフェライトで実装され得る。
図４Ａ〜図４Ｂに図示するように、底部コアセクション１２０がキャビティ１１４の底面に取り付けられた後、非導電性層１２２が底部コアセクション１２０及びウエハ１１０上に堆積される。図示するように、非導電性層１２２は、キャビティ１１４の残りも充填する。非導電性層１２２が堆積された後、底部コアセクション１２０の上面を露出させるため、多数の開口１２４が非導電性層１２２内に形成される。
本例では、非導電性層１２２は、実質的に自己平坦化する、ＳＵ−８などの感光性（photoimageable）エポキシ又はポリマーの層で形成される。感光性エポキシ又は重合体が堆積されると、マスクを介して光を投射して、光に曝された非導電性層１２２の領域を軟化させる非導電性層１２２上に、パターニングされた画像を形成し、その後、非導電性層１２２の軟化された領域を取り除くことによって、開口１２４が形成される。
開口１２４の形成に続いて、図５Ａ〜図５Ｂに示すように、コイル構造１２６が、底部コアセクション１２０の一部の上にあるように、非導電性層１２２上に形成される。図６Ａ〜図６Ｂに示すように、コイル構造１２６は、まず、開口１２４をライニングしかつ底部コアセクション１２０の上面に接するように、非導電性層１２２上にシード層１３０を形成することにより形成される。
例えば、シード層１３０は、３００Åのチタン、３０００Åの銅、及び３００Åのチタンを堆積することによって形成され得る。シード層１３０が形成されると、シード層１３０の上面上にめっきモールド１３２が形成される。めっきモールド１３２は開口を有し、この開口は、シード層１３０の一部を露出させ、形成されるべきコイル構造の形状を画定する。
図７Ａ〜図７Ｂに図示するように、めっきモールド１３２の形成に続いて、頂部チタン層が剥がされ、電気めっきにより銅が堆積されて、コイル構造１２６を形成する。図８Ａ〜図８Ｂに示すように、電気めっきの後、めっきモールド１３２及び下にあるシード層１３０の領域が取り除かれる。
コイル構造１２６が形成された後、図９Ａ〜図９Ｂに示すように、コイル構造１２６と、非導電性層１２２と、底部コアセクション１２０の上面との上に非導電性層１４０が堆積される。非導電性層１４０が堆積された後、多数の開口１４２が非導電性層１４０内に形成される。
本例では、非導電性層１４０は、実質的に自己平坦化される、ＳＵ−８などの感光性エポキシ又はポリマーの層で形成される。感光性エポキシ又は重合体が堆積されると、マスクを介して光を投射して、光に曝された非導電性層１４０の領域を軟化させる非導電性層１４０上に、パターニングされた画像を形成し、その後、非導電性層１４０の軟化された領域を取り除くことによって、開口１４２が形成される。
コイル構造１２６が、要求されるインダクタンスを提供するのに充分に厚い場合、コイル構造１２６はインダクタ１００のコイルを形成する。この場合、開口１４２は、開口１２４により予め露出された底部コアセクション１２０の上面の同じ領域を露出させる開口１４２Ｅのみを含む。一方、コイル構造１２６が、要求されるインダクタンスを提供するのに充分に厚くない場合、開口１４２は、図９Ａ〜図９Ｂに示すようにコイル構造１２６を露出させるトレンチ開口１４２Ｔを更に含む。
本例では、トレンチ開口１４２Ｔは、コイル構造１２６の一端からコイル構造１２６の他端までコイル構造１２６の上面を露出させる。代替として、トレンチ開口１４２Ｔを形成するのではなく、コイル構造１２６の上面を露出するため、多数の離間したビア開口が形成されてもよい。
図１０Ａ〜図１０Ｂに図示するように、コイル構造１２６が充分に厚くない場合、コイル構造１２６上にコイル構造１４４が形成されて一層厚いコイルを提供する。図１１Ａ〜図１１Ｂに示すように、コイル構造１４４は、まず、開口１４２をライニングし、かつコイル構造１２６と底部コアセクション１２０の上面とに接するように、非導電性層１４０上にシード層１５０を形成することにより形成される。
例えば、シード層１５０は、３００Åのチタン、３０００Åの銅、及び３００Åのチタンを堆積することによって形成され得る。シード層１５０が形成されると、シード層１５０の上面上にめっきモールド１５２が形成される。めっきモールド１５２は開口を有し、この開口は、シード層１５０の一部を露出させ、形成されるべきコイル構造の形状を画定する。
図１２Ａ〜図１２Ｂに図示するように、めっきモールド１５２の形成に続いて、頂部チタン層が剥がされ、電気めっきにより銅が堆積されて、コイル構造１４４を形成する。コイル構造１４４は、トレンチ開口１４２Ｔ又は任意のビア開口内に形成される銅を含む。図１３Ａ〜図１３Ｂに示すように、電気めっきの後、めっきモールド１５２及び下にあるシード層１５０の領域が取り除かれる。
コイル構造１４４が形成された後、図１４Ａ〜図１４Ｂに示すように、コイル構造１４４と、非導電性層１４０と、底部コアセクション１２０の上面との上に非導電性層１５４が堆積される。非導電性層１５４が堆積された後、非導電性層１５４内に多数の開口１５６が形成される。
本例では、非導電性層１５４は、実質的に自己平坦化される、ＳＵ−８などの感光性エポキシ又はポリマーの層で形成される。感光性エポキシ又はポリマーが堆積されると、マスクを介して光を投射して、光に曝された非導電性層１５４の領域を軟化させる非導電性層１５４上に、パターニングされた画像を形成し、その後、非導電性層１５４の軟化された領域を取り除くことによって、開口１５６が形成される。
コイル構造１２６及びコイル構造１４４の組み合わせが、要求されるインダクタンスを提供するのに充分に厚い場合、コイル構造１２６及びコイル構造１４４の組み合わせは、インダクタ１００のコイルを形成する。この場合、開口１５６は、開口１２４及び１４２Ｅにより予め露出された底部コアセクション１２０の上面の同じ領域を露出させる開口１５６Ｅのみを含む。一方、コイル構造１２６及びコイル構造１４４の組み合わせが、要求されるインダクタンスを提供するのに充分に厚くない場合、開口１５６は、図１４Ａ〜図１４Ｂに示すようにコイル構造１４４を露出させるトレンチ開口１５６Ｔを更に含む。
本例では、トレンチ開口１５６Ｔは、コイル構造１４４の一端からコイル構造１４４の他端までコイル構造１４４の上面を露出させる。代替として、トレンチ開口１５６Ｔを形成するのではなく、コイル構造１４４の上面を露出させるための多数の離間したビア開口が形成されてもよい。
図１５Ａ〜図１５Ｂに図示するように、コイル構造１２６及びコイル構造１４４の組み合わせが充分に厚くない場合、コイル構造１４４上にコイル構造１６０が形成されて一層厚いコイルを提供する。図１６Ａ〜図１６Ｂに示すように、コイル構造１６０は、まず、開口１５６をライニングし、かつ、コイル構造１４４と底部コアセクション１２０の上面とに接するよう、非導電性層１５４上にシード層１６２を形成することによって、形成される。
例えば、シード層１６２は、３００Åのチタン、３０００Åの銅、及び３００Åのチタンを堆積することによって形成され得る。シード層１６２が形成されると、シード層１６２の上面上にめっきモールド１６４が形成される。めっきモールド１６４は開口を有し、この開口は、シード層１６２の一部を露出させ、形成されるべきコイル構造の形状を画定する。
図１７Ａ〜図１７Ｂに図示するように、めっきモールド１６４の形成に続いて、頂部チタン層が剥がされ、電気めっきにより銅が堆積されて、コイル構造１６０を形成する。コイル構造１６０は、トレンチ開口１５６Ｔ又は任意のビア開口内に形成される銅を含む。図１８Ａ〜図１８Ｂに示すように、電気めっきの後、めっきモールド１６４及び下にあるシード層１６２の領域が取り除かれる。
コイル構造１６０が形成された後、図１９Ａ〜図１９Ｂに示すように、コイル構造１６０と、非導電性層１５４と、底部コアセクション１２０の上面との上に非導電性層１７０が堆積される。非導電性層１７０が堆積された後、非導電性層１７０内に多数の開口１７２が形成される。
本例では、非導電性層１７０は、実質的に自己平坦化される、ＳＵ−８などの感光性エポキシ又はポリマーの層で形成される。感光性エポキシ又はポリマーが堆積されると、マスクを介して光を投射して、光に曝された非導電性層１７０の領域を軟化させる非導電性層１７０上に、パターニングされた画像を形成し、その後、非導電性層１７０の軟化された領域を取り除くことによって、開口１７２が形成される。
コイル構造１２６、コイル構造１４４、及びコイル構造１６０の組み合わせが、要求されるインダクタンスを提供するのに充分に厚くない場合、開口１７２は、コイル構造１６０と底部コアセクション１２０の上面との両方を露出させる。これに続き、組み合わされたコイル構造が、要求されるインダクタンスを提供するのに充分に厚いコイルを形成するまで、上に重なる非導電性の層を備えた付加的なコイル構造が上述と同じ方式で形成される。
一方、本例のように、コイル構造１２６、コイル構造１４４、及びコイル構造１６０の組み合わせが、要求されるインダクタンスを提供するのに充分に厚い場合、コイル構造１２６、コイル構造１４４、及びコイル構造１６０の組み合わせは、インダクタ１００のコイルを形成する。この場合、図１９Ａ〜図１９Ｂに示すように、開口１７２は、底部コアセクション１２０の上面のみを露出させる。
底部コアセクション１２０の上面を露出させるように頂部コイル構造に接する非導電性層内に開口が形成されると、開口内に頂部コアセクションが配置される。本例では、図２０Ａ〜図２０Ｂに示すように、頂部コアセクション１８０が、開口１７２内に配置され、非導電性層１７０の上面のセクションＳＳに沿って非導電性層１７０の上面に取り付けられて、インダクタ１００の形成を終了する。本例では、頂部コアセクション１８０は、底部コアセクション１２０に接していてもよいが、それに取り付けられない。
頂部コアセクション１８０は、従来のピックアンドプレースマシンを用いて開口１７２内に配置され得、例えば、ダイ取り付けフィルムなど、従来の導電性又は非導電性の接着材を用いて、従来の方式で取り付けられ得る。ダイ取り付けフィルムは、例えば、２０μｍの厚みであり得る。また、個別のプロセスで従来の方式で形成される頂部コアセクション１８０は、例えば、（Ｃｏ）ＮｉＦｅの電気めっきされた合金又はＮｉＺｎ及びＭｎＺｎなどのソフトフェライトで実装され得る。
頂部コアセクション１８０が、開口１７２内に配置され、非導電性層１７０の上面に粘着的に取り付けられて、インダクタ１００の形成を終了した後、製造は、上に重なるパッシベーション層の形成、及び／又は、例えば、本例ではコイル構造１６０の端部など、コイルの端部の上面を露出させる開口の形成など、従来のバックエンド処理工程で継続する。また、コイルの端部が露出されると、ワイヤボンドの接着を改善するため、ダイシング及びワイヤボンディング前に、アルミニウム、アルミニウム銅、又は金などの金属がコイルの端部上に形成され得る。
このように、底部及び頂部コアセクション１２０及び１８０を取り付けるために従来のピックアンドプレース技術を利用することにより厚いコアを、及び多数のコイル構造を利用することにより厚いコイルを形成する、インダクタを形成する方法を説明してきた。上述のように、用いられるコイル構造の数は、必要とされるコイルの厚みに依存する。このため、コイル構造１２６単独、コイル構造１２６及び１４４の組み合わせ、コイル構造１２６、１４４、及び１６０の組み合わせ、又はコイル構造１２６、１４４、１６０、及び一つ又は複数の付加的なコイル構造の組み合わせを、必要とされるコイルの厚みに応じて用いることができる。
本発明の一つの利点は、１つ又は複数のコイル構造でつくられるインダクタ１００の厚いコイルが低抵抗を有し、これにより、インダクタ１００が大きな電流を搬送することが可能となることである。また、別の利点は、大きな電流容量と組み合わされた厚いコアは、品質係数を増大させることである。
図２１Ａ〜図２１Ｄから図３７Ａ〜図３７Ｄは、本発明に従って、集積された誘電性デバイス２１００を形成する方法の一例を図示する一連の図である。図２１Ａ〜図３７Ａは一連の平面図であり、図２１Ｂ〜図３７Ｂは、それぞれ図２１Ａ〜図３７Ａにおける線２１Ｂ〜図３７Ｂによる一連の断面図であり、図２１Ｃ〜図３７Ｃは、それぞれ図２１Ａ〜図３７Ａにおける線２１Ｃ〜図３７Ｃによる一連の断面図であり、図２１Ｄ〜図３７Ｄは、それぞれ図２１Ａ〜図３７Ａにおける線２１Ｄ〜図３７Ｄによる一連の断面図である。
集積された誘電性デバイス２１００を形成する方法は、図１Ａ〜図１Ｂから図８Ａ〜図８Ｂに示す方法と同じ工程に従い、まず、非導電性層のパターニング及び頂部の次の（next-to-the-top）コイル構造の後続の形成の点で異なり、これらは、本例では非導電性層１４０及びコイル構造１４４である。
図２１Ａ〜図２１Ｄから図２４Ａ〜図２４Ｄの非導電性層のパターニング及び頂部の次のコイル構造の後続の形成は、下記の点で、図９Ａ〜図９Ｂから図１３Ａ〜図１３Ｂの非導電性層１４０のパターニング及びコイル構造１４４の後続の形成とは異なる。つまり、図２１Ａ〜図２１Ｄに示すように、非導電性層１４０をパターニングするために用いられるマスクが、トレンチ開口１４２Ｔの代わりにトレンチ開口２１２０、２１２２、及び２１２４を、及び付加的な集積回路（ＩＣ）開口２１２６を形成するように改変される。開口１４２Ｅも前述のように形成される。（代替として、トレンチ開口２１２０、２１２２、及び２１２４の代わりに、ビア開口が形成されてもよい。）
トレンチ開口２１２０は、コイル構造１２６と非導電性層１２２の上面との両方を露出させ、トレンチ開口２１２２は、非導電性層１２２の上面のみを露出させ、トレンチ開口２１２４は、コイル構造１２６のみを露出させる。また、ＩＣ開口２１２６は、非導電性層１２２の上面のみを露出させる。
また、図２２Ａ〜図２２Ｄに示すように、めっきモールド１５２が、トレンチ開口２１２０、２１２２、及び２１２４及びＩＣ開口２１２６を露出させるように、及びトレンチ開口２１２２をＡ地点でトレンチ開口２１２４の端部に接続するように、改変される。その結果、図２３Ａ〜図２３Ｄ及び図２４Ａ〜図２４Ｄに示すように、電気めっきにより、コイル構造１４４の代わりにコイルセクション２１３０及び２１３２が、及びＩＣヒートシンク２１３４が形成される。
トレンチ開口又は任意のビア開口内に形成される銅を含むコイルセクション２１３０及び２１３２は、コイル構造１２６により共に電気的に接続される。また、コイルセクション２１３０は、コイル部２１３０Ｃ及びトレース部２１３０Ｔを含み、一方、コイルセクション２１３２は、コイル部２１３２Ｃ及びトレース部２１３２Ｔを含む。
このため、図２３Ｃ及び図２４Ｃに示すように、コイルセクション２１３０及び２１３２及びコイル構造１２６を含むコイルは、コイルセクション２１３２が、Ａ地点でコイル構造１２６のループをまたいでコイル構造１２６の内側端部への接続を提供する点で、コイル構造１２６及び１４４を含むコイルとは異なる。
集積された誘電性デバイス２１００を形成する方法は、次に、非導電性層のパターニング及び頂部コイル構造の後続の形成の点で異なり、これらは、本例では、非導電性層１５４及びコイル構造１６０である。図２５Ａ〜図２５Ｄから図２８Ａ〜図２８Ｄの非導電性層のパターニング及び頂部コイル構造の後続の形成は、下記の点で、図１４Ａ〜図１４Ｂから図１８Ａ〜図１８Ｂの非導電性層１５４のパターニング及びコイル構造１６０の後続の形成とは異なる。つまり、図２５Ａ〜図２５Ｄに示すように、非導電性層１５４をパターニングするために用いられるマスクが、トレンチ開口１５６Ｔの代わりに、トレンチ開口２１４０及び２１４２を、及び付加的なＩＣ開口２１４４を形成するように改変される。開口１５６Ｅも前述のように形成される。（代替として、トレンチ開口２１４０及び２１４２の代わりにビア開口が形成されてもよい。）
トレンチ開口２１４０は、コイルセクション２１３０をコイルセクションの一端からコイルセクション２１３０の他端まで露出させ、トレンチ開口２１４２は、コイルセクション２１３２をコイルセクション２１３２の一端からコイルセクション２１３２の他端まで露出させ、ＩＣ開口２１４４は、ヒートシンク２１３４の上面を露出させる。
また、図２６Ａ〜図２６Ｄに示すように、めっきモールド１６４が、トレンチ開口２１４０及び２１４２を露出させるように改変される。このため、図２７Ａ〜図２７Ｄ及び図２８Ａ〜図２８Ｄに示すように、電気めっきにより、コイル構造１６０の代わりに、コイルセクション２１５０及び２１５２が形成される。トレンチ開口又は任意のビア開口内に形成される銅を含むコイルセクション２１５０及び２１５２は、コイルセクション２１３０及び２１３２及びコイル構造１２６により共に電気的に接続される。また、コイルセクション２１５０は、コイル部２１５０Ｃ及びトレース部２１５０Ｔを含み、コイルセクション２１５２は、コイル部２１５２Ｃ及びトレース部２１５２Ｔを含む。
集積された誘電性デバイス２１００を形成する方法は、次に、非導電性層１７０のパターニングの点で異なる。図２９Ａ〜図２９Ｄの非導電性層１７０のパターニングは、下記の点で、図１９Ａ〜図１９Ｂの非導電性層１７０のパターニングとは異なる。つまり、図２９Ａ〜図２９Ｄに示すように、非導電性層１７０をパターニングするために用いられるマスクが、開口１７２のほかにＩＣ開口２１５６及び相互接続開口２１５８を形成するように改変される。
開口１７２、２１５６、及び２１５８の形成に続いて、図３０Ａ〜図３０Ｄに示すように、頂部コアセクション１８０が、開口１７２内に配置され、図２０Ａ〜図２０Ｄに図示したのと同じ方式で非導電性層１７０の上面に取り付けられる。また、本発明に従って、図３０Ａ〜図３０Ｄに更に示すように、頂部コアセクション１８０が取り付けられた後、ＩＣ２１６０が、開口２１５６内に配置され、ヒートシンク２１３４に取り付けられる。
ＩＣ２１６０は、バック・コンバータなどのインダクタを利用する任意のＩＣで実装され得、ＩＣ２１６０を形成するダイシング前にウエハをバックグラインドすることにより必要に応じて薄化され得る。また、ＩＣ２１６０は、インダクタパッドＰ１及びＰ２、及びパッドＤ１及びＤ２を含む多数のオペレーティングパッドを有する。オペレーティングパッドは、入力／出力、電力、及び接地パッドを含む。（明確にするため２つのオペレーティングパッドのみが示されている。）
更に、ＩＣ２１６０は、従来のピックアンドプレースマシンを用いて開口２１５６内に配置され得、例えば、ダイ取り付けフィルムなどの従来の導電性又は非導電性の接着材を用いて、従来の方式で取り付けられ得る。ダイ取り付けフィルムは、例えば、２５μｍの厚みであり得る。（代替として、頂部コアセクション１８０及びＩＣ２１６０の取り付け順序は逆にされてもよい。）このため、頂部コアセクション１８０及びＩＣ２１６０を取り付けるために順次的ピックアンドプレースオペレーションが用いられ、それにより、ピックアンドプレースオペレーションを実行するために中断される必要があるプロセス・フロー回数が最小化される。
図３１Ａ〜図３１Ｄに図示するように、ＩＣ２１６０が、開口２１５６内に配置され、ヒートシンク２１３４に取り付けられた後、この方法は、非導電性層２１６２を非導電性層１７０、頂部コアセクション１８０、及びＩＣ２１６０上に堆積することにより継続する。また、非導電性層２１６２は、開口２１５６及び開口１７２も充填する。
非導電性層２１６２が堆積された後、コイルセクション２１５０及び２１５２の上面を露出させるように非導電性層２１６２内に一対の開口２１６４が形成され、パッドＰ１及びＰ２の上面を露出させるように一対の開口２１６６が形成され、パッドＤ１及びＤ２の上面を露出させるように開口２１６８が形成される。
本例では、非導電性層２１６２は、実質的に自己平坦化されるＳＵ−８などの感光性エポキシ又はポリマーの層で形成される。感光性エポキシ又はポリマーが堆積されると、マスクを介して光を投射して、光に曝された非導電性層２１６２の領域を軟化させる非導電性層２１６２上に、パターニングされた画像を形成し、その後、非導電性層２１６２の軟化された領域を取り除くことによって、開口２１６４、２１６６、及び２１６８が形成される。
この後、図３２Ａ〜図３２Ｄに示すように、開口２１６４、２１６６、及び２１６８をライニングするように、非導電性層２１６２上にシード層２１７０形成される。例えば、シード層２１７０は、３００Åのチタン、３００Åの銅、及び３００Åのチタンを堆積することによって形成され得る。シード層２１７０が形成されると、シード層２１７０の上面上にめっきモールド２１７２が形成される。
図３３Ａ〜図３３Ｄに図示するように、めっきモールド２１７２の形成に続いて、頂部チタン層が剥がされ、電気めっきにより銅が堆積されて、コイルセクション２１５０及びパッドＰ１に接続される金属ライン２１７４、コイルセクション２１５２及びパッドＰ２に接続される金属ライン２１７６、パッドＤ１に接続される金属ライン２１８０、及びパッドＤ２に接続される金属ライン２１８２を形成する。図３４Ａ〜図３４Ｄに示すように、電気めっきの後、めっきモールド２１７２及び下にあるシード層２１７０の領域が取り除かれる。
図３５Ａ〜図３５Ｄに図示するように、金属ライン２１７４、２１７６、２１８０、及び２１８２が形成された後、非導電性層２１６２の上面とライン２１７４、２１７６、２１８０、及び２１８２とに接するように、非導電性層２１８４が堆積される。非導電性層２１８４が堆積された後、パッドＤ１及びＤ２の上面を露出させるため、非導電性層２１８４内に開口２１８６が形成される。
本例では、非導電性層２１８４は、実質的に自己平坦化されるＳＵ−８などの感光性エポキシ又はポリマーの層で形成される。感光性エポキシ又はポリマーが堆積されると、マスクを介して光を投射して、光に曝された非導電性層２１８４の領域を軟化させる非導電性層２１８４上に、パターニングされた画像を形成し、その後、非導電性層２１８４の軟化された領域を取り除くことによって、開口２１８６が形成される。
これに続き、図３６Ａ〜図３６Ｄに示すように、アルミニウム、アルミニウム銅、又は金などの金属層２１９０が、非導電性層２１８４及び金属構造２１８０及び２１８２上に堆積される。図３７Ａ〜図３７Ｄに示すように、金属層２１９０が堆積された後、金属層２１９０が非導電性層２１８４の上面から取り除かれて、金属キャップ２１９２を形成し、集積されたインダクタデバイス２１００の形成を完了する。金属キャップ２１９２を形成した後、製造は、ウエハ１１０をダイシングし、はんだボール２１９４又はワイヤボンド２１９６を金属キャップ２１９２に取り付けるなど、従来のバックエンド処理工程で継続する。金属キャップ２１９２は、はんだボール２１９４又はワイヤボンド２１９６の接着を改善する。
このように、共通ウエハ上にインダクタ及びＩＣを形成する、集積された誘電性デバイスを形成する方法を説明してきた。また、この方法は、底部及び頂部コアセクション１２０及び１８０を取り付けるために従来のピックアンドプレース技術を利用することにより厚いコアを備えたインダクタを形成し、ＩＣを取り付けるためピックアンドプレース技術も用いる。
更に、この方法は、コイル構造及び多数のコイルセクションを利用することにより、厚いコイルを備えたインダクタを形成する。このため、必要とされるコイルの厚みに応じて、コイル構造１２６及びコイルセクション２１３０及び２１３２の組み合わせ、コイル構造１２６及びコイルセクション２１３０、２１３２、２１５０、及び２１５２の組み合わせ、又はコイル構造１２６、コイルセクション２１３０、２１３２、２１５０、及び２１５２、及び多数の付加的なコイルセクションの組み合わせ、を用いることができる。
本例の利点の１つは、本例が、インダクタ及びＩＣ間の非常に低抵抗接続を提供するため、厚いトレース部、即ち、コイルセクション２１３０及び２１５０のトレース部２１３０Ｔ及び上にあるトレース部２１５０Ｔ、及びコイルセクション２１３２及び２１５２のトレース部２１３２Ｔ及び上にあるトレース部２１５２Ｔ、の利用を図示することである。
このように、集積された誘電性デバイス２１００の厚いコイル及び厚いトレース部は非常に低抵抗を有し、これにより、集積された誘電性デバイス２１００が大きな電流を搬送することが可能となる。その結果、別の利点は、大きな電流容量と組み合わされた厚いコアが品質係数を増大させることである。
更に、インダクタ及びＩＣを搬送するための単一のウエハの利用は、ディスクリートデバイスに比べてデバイスを実装するため必要とされる面積を実質的に低減する。（１つのＩＣを説明するが、更なる集積デバイスを提供するため、同じ又は多数の層内の多数のＩＣを代替的にウエハ１１０に取り付けることもできる。）
図３８Ａ及び図３８Ｂは、本発明の代替の一実施例に従って変圧器３８００の一例を図示する図である。図３８Ａは平面図であり、図３８Ｂは、図３８Ａの断面図である。図３８Ａ〜図３８Ｂは、図５Ａ〜図５Ｂに類似し、そのため、両方に共通の構造を示すために同じ参照符号を用いる。
図３８Ａ〜図３８Ｂに図示するように、めっきモールド１３２を改変することにより、単一のコイル構造１２６の代わりに、第１のコイル構造３８１０及び第２のコイル構造３８１２が形成され得る。同様に、めっきモールド１５２を改変することにより、コイル構造１４４の代わりに２つのコイル構造が形成され得る。このため、インダクタを形成する図１Ａ〜図２０Ａから図１Ｂ〜図２０Ｂに示した方法の代わりに、この方法は、代替的に変圧器を形成し得る。また、集積された変圧器デバイスは、コイル構造、コイルセクション、及び金属構造の各々を１つではなく２つの要素として形成することによって形成されてもよい。
上述の説明は、本発明の例であり、本明細書に記載の本発明の種々の代替例を本発明を実施するために用いることが可能であることを理解されたい。このため、後に続く特許請求の範囲が本発明の範囲を定義すること、及びこれらの特許請求の範囲及びそれらの等価物の範囲内の構造及び方法がここに含有されることを意図している。
Claims (20)
- 誘導性構造であって、
半導体構造に粘着的に取り付けられる第１のコア構造、
前記第１のコア構造の上面に接する第１の非導電性層、
前記第１の非導電性層に接し、前記第１のコア構造の上にあるコイル、
前記コイルの上面に接する第２の非導電性層、及び
前記第２の非導電性層に接し、前記第１のコア構造の直上にある第２のコア構造、
を含む、誘導性構造。 - 請求項１に記載の誘導性構造であって、前記第１のコア構造のどの部分も前記コイルの任意のループ間にない、誘導性構造。
- 請求項２に記載の誘導性構造であって、前記コイルのループが、前記第２のコア構造の第１の部分と第２の部分との間にある、誘導性構造。
- 請求項３に記載の誘導性構造であって、前記半導体構造がキャビティを含み、前記第１のコア構造が前記キャビティ内にある、誘導性構造。
- 請求項４に記載の誘導性構造であって、前記第１の非導電性層が前記キャビティ内にある、誘導性構造。
- 請求項１に記載の誘導性構造であって、前記コイルが、
前記第１の非導電性層に接する第１のコイル構造、
前記第１のコイル構造に接する第３の非導電性層、及び
前記第３の非導電性層に接し、前記第１のコイル構造の直上にある第２のコイル構造であって、前記第１のコイル構造に電気的に接続されている前記第２のコイル構造、
を含む、誘導性構造。 - 請求項１に記載の誘導性構造であって、前記第２のコア構造が前記第２の非導電性層に粘着的に取り付けられる、誘導性構造。
- 請求項１に記載の誘導性構造であって、前記半導体構造に粘着的に取り付けられる集積回路を更に含む、誘導性構造。
- 請求項８に記載の誘導性構造であって、前記集積回路が前記コイルに電気的に接続される、誘導性構造。
- 請求項９に記載の誘導性構造であって、
前記コイルに接する第１の金属構造、
前記第１の金属構造に接し、前記第１の金属構造の直上にある第２の金属構造、及び
前記第２の金属構造及び前記集積回路に接する第３の金属構造、
を更に含む、誘導性構造。 - 誘導性構造を形成する方法であって、
半導体構造に接するように第１のコア構造を配置すること、
前記第１のコア構造の上面に接するように第１の非導電性層を形成すること、
前記第１の非導電性層に接し、前記第１のコア構造の上にあるようにコイルを形成すること、
前記コイルの上面に接するように第２の非導電性層を形成すること、及び
前記第２の非導電性層に接するように第２のコア構造を配置すること、
を含む、方法。 - 請求項１１に記載の方法であって、
前記第１のコア構造が、前記半導体構造に粘着的に取り付けられ、及び
前記第２のコア構造が、前記第２の非導電性層に粘着的に取り付けられる、
方法。 - 請求項１１に記載の方法であって、前記第１のコア構造のどの部分も前記コイルの任意のループ間にない、方法。
- 請求項１３に記載の方法であって、前記コイルのループが、前記第２のコア構造の第１の部分と第２の部分との間にある、方法。
- 請求項１４に記載の方法であって、前記半導体構造内にキャビティを形成することを更に含み、前記第１のコア構造が前記キャビティ内にある、方法。
- 請求項１１に記載の方法であって、前記コイルを形成することが、
前記第１の非導電性層に接するように第１のコイル構造を形成すること、
前記第１のコイル構造に接するように第３の非導電性層を形成すること、及び
前記第３の非導電性層に接し、前記第１のコイル構造の直上にあるように第２のコイル構造を形成することであって、前記第２のコイル構造が、前記第１のコイル構造に電気的に接続されること、
を含む、方法。 - 請求項１１に記載の方法であって、集積回路を前記半導体構造に取り付けることを更に含む、方法。
- 請求項１７に記載の方法であって、前記第１の非導電性層内に、前記第１のコア構造を露出させる開口を形成することを更に含む、方法。
- 請求項１８に記載の方法であって、前記頂部コアセクションが前記第１の開口内にある、方法。
- 請求項１９に記載の方法であって、
前記コイルに接する第１の金属構造を形成すること、
前記第１の金属構造に接し、前記第１の金属構造の直上にある第２の金属構造を形成すること、及び
前記第２の金属構造及び前記集積回路に接する第３の金属構造を形成すること、
を更に含む、方法。
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