TW201042679A - Magnetic film enhanced inductor - Google Patents

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201042679 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明之實施例係關於電感器及形成電感器之方法。更 特定言之，該等實施例係關於積體磁性薄膜增強型電感 器，及形成積體磁性薄膜增強型電感器的方法。 【先前技術】 電感（以亨利（Henry)H為單位量測）為由載流導體周圍形 成之磁場產生的效應。流經導體之電流產生與該電流成比 例之磁通量。此電流之變化產生磁通量之變化，其又產生 作用與此電流之變化相反之電動勢（EMF)。電感為電流之 單位變化所產生之EMF的量度。匝圈數目、每一迴路/匝 圈之面積及其所環繞者皆影響電感。舉例而言，連接此等 匝圈之磁通量可藉由將導體圍繞高磁導率之材料捲曲而增 加。 電感器所儲存之能量等於產生流經電感器之電流（及因 此磁場）所需要之功之量。此係由下式給出： π = — LI2 ^stored 其中： L為電感；且 I為流經電感器之電流。 電感器通常建構為環繞於空氣芯或磁性材料芯的導電材 料（諸如銅導線）之線圈。具有比空氣高之磁導率的芯材料 將磁場限制成接近於電感器，由此增加電感。電感器具有 146875.doc 201042679 ^ n舉例而纟’許多常見電感器係建構為環繞鐵磁 體線車之，黍包線（enamel c〇ated wire)，其+導線暴露於外 ，、，而有些電感器之導線完全封閉於鐵磁體中，且稱作 猶’屏蔽」。有些電感器具有可調節之芯’其使電感能夠 變化。、有時製成可用來阻隔極高頻率之電感器，其十導線 穿過鐵磁體圓筒或珠粒。可藉由以螺旋圖樣安放跡線而直 接於P刷電路板上蝕刻小電感器。亦可使用與製造電晶體 所用Μ或相似之製程來在㈣電路上建置小值電感器。 在該等情況下，通常使㈣互連件作為導電材料。 0由乂下公式知到電感器之卩因子，其中R為其内 阻：

R 藉由使用磁芯’在相同量之銅下，增加電感，Q將增 加。然而，該等芯亦引入隨頻率增加而增加之損失。針對 頻帶選擇芯材料之等級以獲得最佳結果。 圓筒形線圈之基本電感公式為：

L 二 A / 其中： L =單位為亨利（η)之電感； μ〇-自由空間之磁導率=4πχ 1 〇-7 j_j/m . μι*=芯材料之相對磁導率； 146875.doc 201042679 Ν=匝圈數目； Α:單位為平方公尺(m2)之線圈橫截面面積·及 1 一單位為公尺（m)之線圈長度。 電感器廣泛地使用於類比電路及信號處理中— 及其他組件結合之電/ /、電谷益 … 電感器可用來形成可加重或濾、出特定产 號頻率之㈣電路。較小之電感it/電容器組合可提2 用於無線電接收及廣播中之調错電路。對於類比細及晶 Ο

载系統（SOC)應用，可能需要電感器為基本元件。 日日 圖1及圖2展示一習知蛇型電感器，其具有藉由通孔互連 件114而麵接至底部金屬112之電感器金屬ιι〇。如圖2之橫 截面說明中所示’罩蓋薄膜12G係在層間介電f(iLD)i22 上形成。電感器金屬110係在罩蓋薄膜12〇上形成。習知電 感器通常使用氧化物或低k值氧化物作為隔離薄膜⑽及/ 或高k值罩蓋薄膜120。 【發明内容】 本發明之實施例係針對一種電感器，及形成電感器之方 法。更特定言之，該等實施例係關於一種積體磁性薄膜增 強型電感器，及形成積體磁性薄膜增強型電感器的方法。 舉例而言，一說明性實施例係針對一種積體磁性薄膜增 強型電感器，該積體磁性薄膜增強型電感器包括：一電感 益金屬，δ亥电感益金属具有弟一部分及第二部分；及一隔 離薄膜，其安置於以下位置中之一者中：該電感器金屬之 第一部分及第二部分中之至少一者中，或該電感器金屬之 第一部分及第二部分中之至少一者上，或鄰近於該電感器 146875.doc 201042679 金屬之第-部分及第二部分中之至少_者，其中該隔離薄 膜包括磁性材料。 在另，、施例中，電感器可包括：_基板；於該基板上 形成之具有複數個匝圈之電感器金屬；及磁性材料，該磁 性材料位於以下位置中之一者中：該電感器金屬之一部分 中，或該電感器金屬之一部分上或鄰近於該電感器金屬之 一部分。 另-實施例係、針對—種形成積體磁性薄膜增強型電感器 之方法m可包括沈積且圖案化具有第—部分及第二 部分之電感器金屬’及、、女接0国安儿 及沈積且圖案化磁性材料，該磁性材 料位於以下位置中夕__ 土 + . » &』 者中.该电感器金屬之第一部分及 桌一 分中之至少一者中，或今雷片哭 “金屬之第-部分及 刀之至乂一者上’或鄰近於該電感器金屬之第一 部分及第二部分中之至少一者。 獨<弟 之方法貫：：：針對一種形成積體磁性薄膜增強型電感器 括：使用金屬沈積/光•刻製程來沈 積且圖案化底部金屬；在第一 (ILD)，且在該層間介電質上二屬二沈積第-層間介電質 程；在第一声門人 仃予機械平坦化（CMP)製 在弟層間介電質（ILD)上沈積 :罩蓋薄膜上沈積電感器金屬，且使用光== 案化電感器金屬；纟電感器金屬上先圓 在頂部罩蓋簿胺μ枯/ σ卩罩瓜溽臈，且 部罩蓋薄膜執行光/蝕列制4 ( ΜΡ)1程；對頂 位置中之一者中._ L，§亥孔位於以下 考中.电感态金屬之第—部 1刀中，或電感器金 146875.doc 201042679 Ο

屬之第一部分上，或鄰近於電感器金屬之第一部分；在頂 部罩蓋薄膜及孔上沈積磁性材料且回蝕磁性材料至頂部罩 蓋薄膜之頂部以使磁性材料位於以下位置中之一者中：電 感器金屬之第一部分中，或電感器金屬之第一部分上，或 鄰近於電感器金屬之第一部分；在磁性材料上沈積第二芦 間介電質（ILD)且在第二層間介電質（ILD)上執行化學機械 平坦化（CMP)製程；及執行垂直磁性退火以使電感器之磁 場轴沿磁性材料之易磁化軸對準。 又一實施例係針對一種形成積體磁性薄膜增強型電感器 之方法。該方法可包括：使用雙鑲嵌製程來沈積且圖案化 底部金屬；在第一金屬上沈積第一層間介電質（ILD);在 第一層間介電質（ILD)上沈積底部罩蓋薄膜；在底部罩蓋 薄膜上沈積第二層間介電質（ILD);使用光微影及蝕刻技 術在第二層間介電質（ILD)中形成溝槽；在至少該溝槽上 電鍍銅層且向下拋光該銅層至第二層間介電質（ILD)之表 面以形成電感器金屬；在第二層間介電質（ILD)及電感器 金屬上沈積頂部罩蓋薄膜且拋光頂部罩蓋薄膜；使用光微 影及姓刻技術在頂部Μ薄膜及第二層时tf(ILD)中 I成孔’纟至少言亥孔上沈積磁性材料& ;在磁性材料上沈 積第三層时電f (ILD)且在第三層間介電質（ild)上執行 化予機械平坦化（CMp)製帛；及執行磁性$火以使電感器 之磁場軸沿磁性材料之易磁化軸對準。 另-實施例係針對一種電感器，該電感器包含：電感構 件，其用於產生磁場’該電感構件具有第一部分及第二部 I46875.doc 201042679 分；及隔離構件，甘m 及第二部分中:用於經磁力隔離電感構件之第_部分 主夕一者，該隔離構件安置於以 :一：：電感構件之第-部分及第二部分中之至少―: 電感構件之第-部分及第二部分中之至少一者上 或鄰近於電感構件篦 _ v 上’ 干之苐—部分及第二部分中之至少—去 其中該隔離構件包括磁性材料。 者’ 另-貫施例係針對—種形成電感器之方法 含：形成具有第-部分及第二部分之電感器金屬的步= : = 置中之—者中形成磁性材料的步驟：電感器金 之第… 分中之至少—者卜或電感器金屬 之第二部分中之至少一者上， 金屬之第—部分及第二部分中之至少一者。 … 【實施方式】 隨附圖式經呈現以幫助描述實施例且僅提供用於說明實 施例而非對其加以限制。 、 該等貫施例之態樣揭示於以下描述及針對此類實施例之 相關圖式中。在不脫離本發明之料的情況下可設計出替 代實施例H該等實施例中所使用及應用之眾所周知 之元件將不再詳細描述或將忽略以免使相關細節含糊不 清。 詞語「例示性」在本文中用以意謂「充當一實例、例子 或說明」。*必將本文中描料「料性」之任何實施例 解釋為比其他實施例較佳或有利。同樣，術語「實施例」 'Ί H所有貝k例包括所論述之特徵、優點或操作模 146875.doc 201042679 式。 本文所使用之術語僅出於描述特定實施例之目的且並不 ^奴限制本發明。除非上下文另外清楚地指示，否則如本 文所用，單數形式「一」及「該」意欲亦包括複數形式。 . 應進一步理解，術語「包含」、「包括」在本文中使用時指 定所陳述之特徵、整數、步驟、操作、元件及/或組件的 存在，但不排除一或多個其他特徵、整數、步驟、操作、 q 疋件、組件及/或其群的存在或添加。 如圖2中所示，習知電感器通常使用氧化物或低k值氧化 物作為隔離薄膜108及/或高k值罩蓋薄膜12〇。 對於半導體整合，本發明之實施例認識到：可將諸如磁 性薄膜（例如’鐵磁性薄膜，諸如CoFe、CoFeB或NiFe， 等）之磁性材料實施於電感器金屬之表面中，或沿電感器 金屬之表面實施，或鄰近於電感器金屬之表面處實施，從 而增加電感器之電感值及/或減小電感器尺寸，該電感器 〇 金屬之表面為諸如電感器之導線之側壁。根據本發明之例 示性實施例，可將複數個磁性薄膜條帶可填充至電感器導 、、泉側壁中，或電感器導線側壁上，或鄰近於電感器導線側 壁以形成沿垂直方向之磁場。磁性薄膜之磁導率比氧化物 或真空之磁導率尚得多。因此，磁性薄膜增強型電感器之 電感相較於習知氧化物填充之電感器之電感大大增加。所 形成之磁性薄膜條帶之尺寸可能小且細。磁性薄膜條帶可 具有高電阻率。該等實施例可減少磁性薄膜條帶中之集膚 效應（skin effect)及渦電流效應（eddy current effect)。磁性 146875.doc 201042679 薄膜條帶可經圖案化為形狀各向異性 帶之長軸(亦即，易磁化轴)之磁場日強，_条 於ο雪咸；^ )之磁#磁性缚膜條帶可有助 較心金屬Γ。導線金屬可能為銘或銅或其他導電性 二:=Γ導電性較高之金屬進-步藉由減少串聯 二:::：'值。舉例而言’若需要固定之電感值， 可能減小。 型電感ϋ之尺寸 及开==1圖8’現將描述積體磁性薄膜增強型電感器， =成積體磁性薄膜增強型電感器之方法的例示性實施 對於半導體整合，可將諸 Φ> .s ’戌冷膜之磁性材料實施於 =二導線之側壁中以增加電感器之電感值及/或減小 性薄料條。根據本發明之例示性實施例，可將複數個磁 1面賴條4充至電感器金屬之表面中，或電感器金屬之 二甘或鄰近於電感器金屬之表面以形成沿垂直方向之 ::、中該電感器金屬之表面為諸如電感器導線側壁。 之磁導率比氧化物或真空之磁導率高得多。因 广生溥膜增強型電感器之電感相較於習知氧化物埴充 =感器之電感大大增加。所形成之磁性薄膜條帶之尺寸 :::::且細：磁性薄膜條帶可具有高電阻率。該等實施例 腹养*磁f生薄膜條帶中之集膚效應及涡電流效應。磁性薄 、具、可'、乂圖案化為形狀各向異性以增強沿磁性薄膜條帶 改：軸(亦即’易磁化軸)之磁場。磁性薄膜條帶可有助於 义電感及Q值。導線金屬可能為銘或銅或其他導電性較 146875.doc •10· 201042679 同之金屬。銅或導電性較高之金屬進一步藉由減少串聯電 阻而有效增加Q值。舉例而言，若需要固定之電感值，則 類比/RF或SOC應用中之磁性薄膜增強型電感器之尺寸可 . 能減小。 &圖3及圖4中料，一例示性實施例之蛇型磁性薄膜增 強型電感器可包括藉由通孔互連件314連接至底部金屬^2 之蛇型電感器金屬31〇。在另—實施例中，金屬川可在不 〇 使用底部金屬312及通孔314之情況下搞接至或連接至另一 電路。在本發明之實施例中，可將諸如磁性薄膜316之磁 性材料實施於電感器金屬31〇之表面中，或實施於電感器 金屬310之表面上，或鄰近於電感器金屬31〇之表面處實 轭彳心而增加電感器之電感值及/或減小電感器尺寸，該 電感器金屬310之表面為諸如電感器金屬31〇之導線之側 壁。在本發明之實施例中，磁性材料316可實施於電感器 之一部分中，或實施於電感器之一部分上，或鄰近於電感 〇 器之一部分處實施，該電感器之一部分為諸如電感器之最 外部分或末端部分。或者或另外，磁性材料316可（例如）作 • 為條帶而插入至電感器金屬310之第一部分與電感器金屬 3 10之第二部分之間的一或多個空間中。 如圖4之橫截面說明中所展示，罩蓋薄膜32〇係在層間介 電質（ILD)322上形成。電感器金屬31〇係在罩蓋薄膜32〇上 幵4成。在本發明之貫施例之一態樣中，磁性薄膜3 16可安 置於電感器金屬310上或鄰近於電感器金屬31〇。在另一態 樣中’磁性薄膜3 16可安置於電感器金屬3丨〇之間的空間 146875.doc -11 - 201042679 中。亦即，磁性薄膜316可介人電感器金屬31()之部分中。 再參看圖3及圖4,電感器金屬31()(亦即電感器導線）由 罩盍薄臈320包覆，該罩蓋薄膜32〇可為諸如㈣或㈣或其 他隔離材料之隔離薄膜。罩蓋薄膜32〇之厚度可經選擇以 保持足夠隔離邊限（isolation margin)。罩蓋薄膜32〇一般不 會填滿電感器金屬31G之第-部分（亦即，電感器導線）與電 感器金屬310之第二部分(例如，相鄰部分)之間的所有空 間。電感器金屬310之第一部分與第二部分之間的罩蓋薄 ^0之㈣可經氧化物填充。藉由使用氧化物回姓及光/ 蝕刻技術，可在軍蓋薄膜32〇之側壁中形成孔用於收納磁 性條帶。磁性薄膜316可沈積於罩蓋薄膜320之側壁中之孔 中。隨後可藉由執行（例如）化學機械平坦化（cMp)製程來 蝕刻或移除磁性薄膜316。接著，可應用⑽322及通孔/ 金屬製程來形成（例如）通孔互連件及金屬層。電感器可藉 由同層金屬導線來連接，或藉由通孔互連件經底部金屬声 (亦即導線）及頂層金屬層（亦即導線）來連接。如圖3中= 不，蛇形管電感器可藉由底部金屬導線連接。因此，本發 明之電感器實施例可容易地實施成具有有限額外步驟之邏 輯製程。 如上文所闡明，磁性薄膜316之磁導率比氧化物或真空 之磁導率高得多。因此，磁性薄膜增強型電感器之電二 車父於習知氧化物填充之電感器之電感大大增加。藉由使用 磁性薄膜316代替氧化物作為隔離薄膜，磁導率可增加， 且磁性薄臈增強型電感器之尺寸可減小。 曰 146875.doc 201042679 導線金屬可能為鋁或銅或其他導電性較高之金屬。銅或 導電性較咼之金屬進一步藉由減少串聯電阻而有效增加卩 值。舉例而言，若需要固定之電感值，則類比/RF或S〇C -應用中之磁性薄膜增強型電感器之尺寸可能減小。 .如圖5及圖6中所示，根據一例示性實施例之圓型磁性薄 膜增強型電感器可包括耦接至或連接至頂部金屬538及底 部金屬532之圓型電感器金屬53〇 ^在另一實施例中，金屬 〇 530可在無頂部金屬538及/或底部金屬532之情況下耦接至 或連接至另一電路。如圖6之橫截面說明中所展示，底部 罩蓋薄膜540係在層間介電質（ILD)542上形成。電感器金 屬530及；|電質544係在罩蓋薄膜54〇上形成。頂部罩蓋薄 膜546係在電感器金屬53〇及介電質544上形成。通孔534將 底部金屬532耦接至或連接至電感器金屬53〇。 在本發明之貫施例之一態樣中，磁性薄膜3丨6可安置於 電感器金屬310上或鄰近於電感器金屬31〇。在另一態樣 ❹ 中，磁性薄膜316可安置於電感器金屬31〇之間的空間中。 亦即，磁性薄膜3 1 6可介入電感器金屬3丨〇之部分中。 • 在本發明之實施例中，可將諸如磁性薄膜536之磁性材 ㈣施於電感器金屬53〇之表面中’或實施於電感器金屬 530之表面上’或鄰近於電感器金屬別之表面處實施，從 而增加電感器之電感值及/或減小電感器尺寸，該電感器 金屬530之表面為諸如電感器金屬53〇之導線之側壁。在本 發明之實施例中，可將磁性材料536實施於電感器之一部 刀中或實施於電感器之一部分上，或鄰近於電感器之一 146875.doc 201042679 部分處實施，該雷片+ 这電感益之一部分為諸 或末端部分。或者赤g冰 电级益之最外部分 A . _ Γ 一 ，磁性材料536可作為條帶而插 如斗也 間的一或多個空間巾。亦即， 在該實施例中，磁性薄臈536可 ^ J 7丨八电玖态金屬530之部分 T ° 再 > 看圖6 t感盗金屬53〇(亦即電感器導線）由罩蓋薄 :Μ包覆人該罩蓋薄膜546可為諸如SiC或SiN或其他隔離 料之隔離薄膜。罩蓋薄膜546之厚度可經選擇以保持足 々 皁现溥膜546一般不會填滿電感器金屬530之 第一部分（亦即，電感器導線）與電感器金屬530之第二部分 (立亦即，相鄰部幻之間的所有空間。電感器金屬53〇之第一 邛刀與第一部分之間的罩蓋薄膜546之接縫可經氧化物填 充。藉由使用（例如）氧化物回蝕及光/蝕刻技術，可在罩蓋 薄膜546之側壁中形成孔用於收納磁性薄膜536。磁性薄臈 536可沈積於罩蓋薄膜546之側壁中之孔中。隨後可（例如） 藉由執行化學機械平坦化（CMp)製程來蝕刻或移除磁性薄 膜536。接著，可應用ILD 548及通孔/金屬製程來形成（例 如）通孔互連件550及頂部金屬層。電感器可藉由同層金屬 導線來連接，或藉由通孔互連件經底部金屬層（亦即導線） 及頂層金屬層（亦即導線）來連接。如圖5中所示，圓形電感 器可藉由頂部金屬導線538及底部金屬導線532連接。因 此’本發明之電感器實施例可容易地實施成具有有限額外 步驟之邏輯製程。 在類比/RF或SOC應用中，藉由使用磁性薄膜536代替氡 146875.doc -14- 201042679 化物作為隔離薄膜，磁導率可增加，且磁性薄膜增強型電 感器之尺寸可減小。 電感器導線金屬可能為鋁或銅或其他導電性較高之金 . 屬。銅或導電性較高之金屬進一步藉由減少串聯電阻而有 •效增加卩值。舉例而言，若需要固定之電感值，則類比/RF 或soc應用中之磁性薄膜增強型電感器之尺寸可能減小。 參看圊4 6、7及8，現將描述形成積體磁性薄臈增強型 電感器之例示性方法。 〇 如圖7中所說明，形成積體磁性薄膜增強型電感器之例 不性方法可包括藉由執行金屬沈積/光/蝕刻製程來沈積且 圖案化諸如底部金屬312 ' 532之第一金屬（例如7〇2)。接 著’可沈積層間介電質（ILD)322、542，且可應用CMp製 程（例如704)。可在ILD 322、542上沈積底部罩蓋薄膜 320、540(例如7〇6)。例如在圖6中所說明之實施例中，可 應用通孔光/蝕刻/填充/CMP製程來形成通孔534(例如 0 708)。沈積電感器金屬31〇、53〇且例如藉由光/蝕刻製程來 圖案化該電感器金屬3 j 〇、53〇(例如7丄〇)。例如在圖6中所 說明之實施例中，可藉由通孔互連件314、534而將電感器 金屬310、53 0耦接至或連接至底部金屬312、532。 接著，可沈積罩蓋/氧化物薄膜且執行CMp製程（例如 712)。可應用光/蝕刻製程來形成用於磁性薄膜條帶之孔 (例如714)。可沈積諸如磁性薄膜3丨6、536之磁性材料層以 形成磁性材料。可回姓磁性材料之頂部至罩蓋/氧化物薄 膜之頂部（例如716)以使磁性材料實施於電感$金屬31〇、 146875.doc -15- 201042679 530之表面中，或實施於電感器金屬加、咖之表面上， 或鄰近於實施於電感器金屬31〇、 該電感器金屬31。、53。之表面為諸二之：面處實施(其中 ,衣甶為諸如電感器金屬310、530 ^ 壁），及/或介入電感器金屬训、530之第-部 分與電感器金屬310、530之第-邱八 弟一邓刀（亦即，相鄰部分）之 間。可沈積ILD薄膜，且可執行CMp製程（例如 Z直製Γ退火（例如72G)。在—實施财，可執行通關 :化f侧製程)且該通孔可(例如)經鶴填 充。隨後，可執行CMP製程以移除頂部表面上之任何額外 鶴’以形成通孔（圖中未示）（例如722)。金屬薄膜⑽中未 不)可經沈積且藉由例如光/蝕刻製程來圖案化以形成至頂 部通孔550之耦接或連接（例如724)。 、 如圖5中所說明，在另一實施例中，亦可提供頂部金屬 層以形成頂部金屬538。可藉由通孔互連件5 屬《Ο耦接至頂部金屬538。 以“ 圖8說明形成根據本發明之實施例之積體磁性薄膜增強 型電j器的另一例示性方法。該例示性方法可包括：使用 雙鑲嵌製程’圖案化溝槽且電鍍銅，及在底部金屬層上執 行化學機械平坦化（CMP)製程，以形 —…著，可沈積層間介電質二二 542(例如804)。可在ILD 322、542上沈積底部罩蓋薄膜 320、540(例如8G6)。在—實施例中，可藉由光及㈣製程 在1LD 542中形成通孔開口以形成通孔534(例如8〇8)。可在 底部罩蓋薄膜32〇 ' 54〇上沈積ILD薄膜3%、54氕例如 146875.doc 16 201042679 810) 〇 接者’該方法可包括使用光微影及I虫刻技術形成用於金 屬導線之溝槽（例如812)。該方法可包括在至少該等溝槽及 -該等通孔上電鍍銅層’隨後使用例如化學機械平坦化 (CMP)技術向下拋光該銅層至ILD 326、544之表面，以形 成電感器金屬3 10、5 3 0 (例如814)。例示性方法可包括氧化 物回餘製程（例如816)。可在ILD 326、544及電感器金屬 ❹ 310、530上沈積頂部罩蓋/氧化物薄膜328、546，隨後使 用例如化學機械平坦化（C Μ Ρ)技術拋光頂部罩蓋/氧化物薄 膜 328、546(例如 818)。 使用光微影及蝕刻技術可在頂部罩蓋薄膜328、546及 ILD薄膜326、544中形成複數個孔（例如820)。可在至少該 等#刻孔上沈積諸如磁性薄膜之磁性材料層，隨後可回蚀 該磁性材料或可執行CMP製程至頂部罩蓋薄膜us、546之 表面以形成磁性材料3 1 6、536(例如822)。 〇 接著’可在頂部罩蓋薄膜328、546及磁性材料3 16、536 上沈積ILD薄膜324、548，且使用例如化學機械平坦化 (CMP)技術拋光ILD薄膜324、548(例如824)。可執行垂直 磁性退火製程來使磁場對準磁性條帶之易磁化轴（例如 826)。 該方法可包括使用例如雙鑲嵌製程來在ILD 324、548中 形成通孔開口，從而形成將電感器金屬530耦接至或連接 至頂部金屬538之通孔550(例如828)。最後，可使用例如雙 鎮後製程在ILD 548上電鍍金屬層且圖案化該金屬層以形 146875.doc -17· 201042679 成頂部金屬538(例如83 0)。 再參看圖7及圖8，可提供置甚锋 以W〜 杈供罩盍缚膜(例如5岣之實施例 盍：臈之厚度不足以完全或全部填滿電感器金屬導 作B的空間’同時罩蓋薄膜之厚度足夠厚以提供電路操 乍之足夠隔離邊限。亦即，因為電感器之相鄰導線之電壓 ^ 以可形成❹大之罩蓋厚度製程_如恰好足 夠大）以防止分解。 根據本發明之例示性實施例’可填充氧化物於罩蓋薄膜 =接縫中。又，對於磁性薄膜沈積，磁性孔光微影及钱刻 程可為自對準式的（例如’藉由使用罩蓋層作為硬質遮 罩）°在-實施例t，磁性薄膜可為形狀各向異性的以辦 強條帶内之磁場。 曰 根據諸例示性實施例，回蝕氧化物或磁性薄膜以移除頂 部表面氧化物或磁性薄膜之製程可移除頂部磁性薄膜以使 磁性條帶之形狀各向異性較大，且打開用於頂部通孔連接 之窗。 根據本發明之諸實施例，垂直磁性退火步驟（例如Μ6) 可提供關於建立磁性薄膜（例如316、536)内之磁場且使其 沿磁性薄膜條帶之垂直方向（亦即磁性薄膜條帶之易磁化 軸）對準的重要優點。根據本發明之諸實施例’整個電感 器製程可添加於邏輯製程或MRAM製程上或部分地與邏輯 製程或MRAM製程共用。 根據本發明之諸實施例之若干特徵，可提供積體磁性薄 膜增強型電感器，及形成積體磁性薄膜增強型電感器之方 146875.doc •18· 201042679 法。 應瞭解如例如圖4至圖8中所說明之電感器，可包括於以 下之内：行動電話、攜帶型電腦、手持式個人通信系統 • (PCS)單元、諸如個人資料助理之攜帶型資料單元（PDA)、 .纟有GPS功能之裝置、導航裝置、機上盒、音樂播放機、 視訊播放機、娛樂單元、諸如儀錶讀取設備之固定位置資 料單元，或儲存或擷取資料或電腦指令之任何其他裝置， 〇 或其任何組合。因此，本發明之實施例可適當地用於包括 主動式積體電路的任何裝置中用於測試及特性化，該主動 式積體電路包括記憶體及晶片上電路。 上述本發明裝置及方法通常經設計且經組態成儲存於電 腦可讀媒體上之GDSII及GERBER電腦檔案。又提供此等 檔案給基於此等檔案來製造裝置之製造處置者。所得產品 為半導體晶圓，其隨後經切割成半導體晶粒且封裝成半導 體晶片。該等晶片隨後用於上述裝置中。 〇 熟習此項技術者應瞭解，本發明之實施例不限於所說明 之例示性結構或方法，且執行本文描述之功能之任何手段 皆包括於該等實施例中。 雖然上述揭示展示說明性實施例，但應注意，可在不脫 離如由隨附申請專利範圍所界定之本發明之範疇的情況下 對本文作出各種變化及修改。無需以任何特定次序執行根 據本文中描述之實施例的方法項（method dahn)的功能、 步驟及/或動作。此外，儘管本發明之實施例之元件可以 單數形式描述或主張，但亦涵蓋複數形式，除非明確陳述 146875.doc -19· 201042679 限制為單數。 【圖式簡單說明】 圖1為習知蛇型 電感器之俯視圖； 圖2為沿圖i中之線2Y_2Y,所截得之橫截面圖； 圖3為蛇型磁性薄膜增強型電感器之俯視圖· 圖4為沿圖3中之線4γ_4γ，所截得之橫截面圖； 圖5為圓型磁性薄膜增強型電感器之俯視圖； 圖6為沿圖5中之線6Υ_6Υ，所截得之橫載面圖； 圖7為說明形成電感器之方法的流程圖；及 圖8為說明形成電感器之方法的流程圖。 【主要元件符號說明】 2Υ-2Υ' 線 4Υ-4Υ' 線 6Υ-6Υ' 線 108 隔離薄膜 110 電感器金屬 112 底部金屬 114 通孔互連件 120 罩蓋薄膜 122 層間介電質（ILD) 310 電感器金屬/金屬 312 底部金屬 314 通孔互連件/通孔 316 磁性薄臈/磁性材料 146875.doc •20- 201042679 320 罩蓋薄膜/底部罩蓋薄膜 322 層間介電質（ILD)

324 ILD 薄膜/ILD

326 ILD 薄膜/ILD 328 頂部罩蓋薄膜/氧化物薄膜 530 電感器金屬/金屬 532 底部金屬/底部金屬導線 534 〇 536 538 540 542 544 546 548 通孔/通孔互連件 磁性薄膜/磁性材料 頂部金屬/頂部金屬導線 底部罩蓋薄膜/罩蓋薄膜 層間介電質（ILD)

介電質/ILD薄膜/ILD 頂部罩蓋薄膜/罩蓋薄膜/氧化物薄膜 ILD/ILD 薄膜

550 通孔互連件/頂部通孔/通孔 146875.doc •21 ·

Claims (1)

1. 201042679 七 、申凊專利範圍： 1· -種電感器，其包含： 5感°°金屬，其具有一第一部分及一第二部分；及 隔離薄犋’其安置於以下位置中之-者中：該電感 器金屬之該笛 . κ弟一部分及該第二部分中之至少一者中，或 該電感器金屬$ # @ ΑΙ7 \ 喝之β亥第一部分及該第二部分中之至少一者 上’或鄰近於兮番| β A s 電感盗金屬之該第一部分及該第二部分 〇 中之至少一者， 其中該隔離薄膜包括一磁性材料。 2. 如請求項1之蕾。 感器’其中該隔離薄膜介入該電感器金 屬之該第-部分與該第二部分中。 3. 如請^項1之電感器，其中該隔離薄膜係位於以下位置 中該電感器金屬之該第一部分及該第二部分 中之4至从一者之一側壁中，或該電感器金屬之該第— P刀及該第一部分中之該至少一者之一側壁上，或鄰近 於該電感器金屬之該第一部分及該第二部分令之該至少 一者之一側壁。 4. 如：求項1之電感器，其中該磁性材料係一磁性薄膜。 5. 如請求項1之電感器，其中該磁性材料係一形狀各 性磁性薄膜。 吳 6’如明求項1之電感器，其中該磁性材料之厚度經選擇以 減少該磁性材料内之一渦電流及一集膚效應，從而減少 磁場損失。 ^ 7.如請求項1之電感器，其中該電感器係一蛇型電感器。 146875.doc 201042679 玲长項1之電感器，其中該電感器係一圓型電感器。 9.如請求項1之電感器，其進一步包含： 耦接至該電感器金屬之一頂部金屬或一底部金屬。 10·如請求項丨之電感器，其進一步包含： 一輕接至該電感器金屬之電路。 U.如請求項1之電感器’其整合於至少一個半導體晶粒 中。 月求項1之電感器，其進一步包含一電子裝置，該電 子裝置係選自由以下組成之群：一機上盒、音樂播放 機視讯播放機、娛樂單元、導航裝置、通信裝置、個 人數位助理（PDA)、固定位置資料單元及一電腦，該電 感器整合至該電子裝置中。 13· —種電感器，其包含： 一基板； 電感器金屬，其具有在該基板上形成之複數個匝 圈；及 一磁性材料，其位於以下位置中之一者中：該電感器 金屬之一部分中，或該電感器金屬之一部分上，或鄰近 於該電感器金屬之一部分。 士《月求項13之電感器，其中該磁性材料係安置於該電感 器金屬之該複數個匝圈之相鄰部分之間。 如請求項13之電感器，其中該隔離薄膜係位於以下位置 中之—者中·該電感益金屬之該第一部分及該第二部分 中之該至少一者之一側壁中，或該電感器金屬之該第一 146875.doc 201042679 至少一者之—侧壁上，或鄰近 部分及該第二部分中之該至少 部分及該第二部分中之該 於該電感器金屬之該第一 一者之一側壁。 其中該磁性材料係—磁性薄膜。 其中该磁性材料係一形狀各向異 其中該磁性材料之厚度經選擇以 渦電流及一集膚效應，從而減少 16. 如請求項13之電感器 17. 如請求項13之電感器 性磁性薄膜。

   Ο 18·如請求項13之電感器， 減少該磁性材料内之一 磁場損失。 19·如請求項13之電感器，其中該電感器係“蛇型電感哭。 2〇.如請求項13之電感器，其中該電感器係1型電感器。 21. 如凊求項13之電感器，其進一步包含： 耦接至該電感器金屬之一頂部金屬或—底部金屬。 22. 如請求項13之電感器，其進一步包含： 麵接至該電感器金屬之電路。 用长項13之電感器，其整合於至少—個半導體晶粒 中。 24.如請求項13之電感器，其進一步包含一電子裝置，盆係 :自由以下：成之群：-機上盒、音樂播放機、視訊播 機、娛樂早元、導航裝置、通信裝置、個人數位助理 )固疋位置貢料單元及—電腦，該電感器整合至 該電子裝置中。 25· -種形成—電感器之方法，該方法包含： 沈積且圖案化-具有-第-部分及-第二部分之電感 146875.doc 201042679 器金屬；及 沈積且圖案化一磁性材料，該磁性材料位於以下位置 中之一者中：該電感器金屬之該第一部分及該第二部分 中之至少一者中，或該電感器金屬之該第一部分及該第 二部分中之至少-者上’或鄰近於該電感器金屬之該第 一部分及該第二部分中之至少一者。 26.如請求項25之方法’其中在該電感器金屬之該第一部分 與該第二部分之間沈積該磁性材料且圖案化該磁性材 料。 27. 如請求項25之方法’其中在以下位置中之一者中沈積該 磁性材料且圖案化該磁性材料：該電感器金屬之該第一 部分及δ亥第二部分中之該至少 . 忑^ 乂者之—側壁中，或該電 感器金屬之該第-部分及該第二部分中之該至少一者之 -側壁上，或鄰近於該電感器金屬之該第_部分及該第 二部分中之該至少—者之一側壁。 28. 如請求項25之方法，其中該磁性材料係—磁性薄膜。 29.2,項25之方法，其中該磁性材料係—形狀各向異性 磁性溥膜。 3 0.如請求項2 5之方法， 少該磁性材料内之— 場損失。 其中該磁性材料之厚度經選擇以減 渦電流及一集膚效應，從而減少磁 31. 如請求項25之方法，其進一步包含： —磁場軸沿該磁 執行-磁性退大製程以使該電感器之 性材料之—易磁化〜easy axis)對準。 I46875.doc 201042679 32. 如請求項25之方法，其進一步包含： 在該電感器金屬上沈積一罩蓋層作為一硬質遮罩以使 該磁性材料在該電感器金屬之該第一部分與該第二部八 之間自對準。 33. 如請求項25之方法，其進一步包含： 形成一编接至該電感器金屬之底部金屬；及 形成一耦接至該電感器金屬之頂部金屬。 〇 34.如請求項25之方法，其中該電感器應用於一電子裳置 中’該電子裝置係選自由以下組成之群：一機上盒、音 樂播放機、視訊播放機、娛樂單元、導航裝置、通信妒 置、個人數位助理（PDA)、固定位置資料單元及—電 腦’該電感器整合於該電子裝置中。 35. —種形成—電感器之方法，該方法包含： 使用一金屬沈積/光/蝕刻製程來沈積且圖案化一底部 金屬； 〇 在該第一金屬上沈積一第一層間介電質（ILD)且在該層 間介電質上執行一化學機械平坦化（CMp)製程； 在該第一層間介電質（ILD)上沈積一底部罩蓋薄膜； 在該底部罩蓋薄臈上沈積一電感器金屬且使用一光/蝕 刻製程來圖案化該電感器金屬； 在該電感器金屬上沈積一頂部罩蓋薄膜且在該頂部罩 盖薄膜上執行一化學機械平坦化（CMP)製程； 對該頂部罩蓋薄膜執行一光/蝕刻製程以形成一孔，該 孔位於以下位置中之一者中：該電感器金屬之一第一部 146B75.doc 201042679 分中’或該電感器金屬之一第— ^ 弟 〇p刀上’或鄰近於該電 感器金屬之一第一部分； 在該頂部罩蓋薄膜及嗜？丨 忒孔上沈積一磁性材料且回蝕該 磁性材料至該頂部罩宴竣 皁|潯膑之—頂部以使該磁性材料位 於以下位置中之一者φ . 者中.忒-¾•感器金屬之該第一部分 中’或該電感器金屬之該第一 '^刀上’或鄰近於該電感 裔金屬之5亥第一部分； 在該磁性材料上沈積—第二層間介電質卿）且在該第 -層間介電質（ILD)上執行—化學機械平坦化（c 程；及 執行一垂直磁性退火以使該電感器之一磁場軸沿該磁 性材料之一易磁化軸對準。 奪长項35之方法，其中該光/餘刻製程形成位於該電感 器金屬之該第一部分與該電感器金屬之一第二部分之間 的該孔，且 其中該磁性材料係沈積於該頂部罩蓋薄膜及該孔之上 且_至㈣部罩蓋薄膜之該頂部，以使該磁性材料位 於該電感器金屬之該第一部分與該第二部分之間。 37.如凊求項35之方法’其中該光㈣製程形成複數個孔， 該複數個孔位於以τ位置中之—者巾：該電感器金屬之 :亥第-部分中，或該電感器金屬之該第一部分上，或鄰 近於該電感器金屬之該第一部分，且 其中该磁性材料係沈積於該頂部罩蓋薄膜及該複數個 孔之上且回蝕至該頂部罩蓋薄膜之該頂部。 146875.doc 201042679 38. 如請求項35之方法，其中該光㈣製程形成位於該電感 盗金屬之該第—部分與該電感器金屬之—第二部分之間 的複數個孔，且 其中該磁性材料係沈積於該頂部罩蓋薄膜及該複數個 孔之上且㈣至該頂部罩蓋薄膜之該頂部，以使該磁性 材料位於該電感器金屬之該第-部分與該第二部分之 間。 Ο ❹ 39. 如請求項35之方法，其進一步包含： 使用-光/㈣製程在該第-層間介電f (ild)中圖案 化-第-通孔開口且用一金屬填充該第—通孔開口以形 成-底部通孔互連件，該底部通孔互連件將該電感器金 屬耦接至該底部金屬。 40. 如請求項35之方法，其進一步包含： 使用一金屬沈積/光/蝕刻製程來在該第二層間介電質 (ILD)上沈積一頂部金屬且圖案化該頂部金屬；及 使用-光/敍刻製程在該第二層間介電質（ild)中圖案 化一第二通孔開π且用-金屬填充該第二通孔開口以形 成一頂部通孔互連件，該頂部通孔互連件將該電感器金 屬耦接至該頂部金屬。 41·如請求項35之方法，其中該磁性材料係一磁性薄膜。 42. 如請求項35之方法，其中該磁性材料係一形狀各向異性 磁性薄膜。 43. 如請求項35之方法，其中該磁性材料之厚度經選擇以減 少該磁性材料内之一渦電流及一集膚效應，從而減少磁 146875.doc 201042679 場損失。 44·如請求項35之方法，其中該電感器係應用於—電子 中’該電子裝置係選自由以下組成之群：一機上… 樂播放機、視訊播放機、娱樂單元、導航裝置、通^ 置、個人數位助理（PDA)、固定位置資料單元及—°電 腦，該電感器整合至該電子裝置中。 45. —種形成一積體磁性薄膜增強型電感器之方法唁 包含： 使用一雙鑲嵌製程來沈積且圖案化一底部金屬； 在該第一金屬上沈積一第一層間介電質（ild); 在該第一層間介電質（ILD)上沈積一底部罩蓋薄膜； 在該底部罩蓋薄膜上沈積一第二層間介電質OLD); 使用光微影及蝕刻技術在該第二層間介電質（ild)中形 成一溝槽； 在至少該溝槽上電錢一銅層2向下力光該銅層至該第 二層間介電質（ILD)之表面以形成一電感器金屬； 在該第二層間介電質（ILD)及該電感器金屬上沈積一頂 部罩蓋薄膜且拋光該頂部罩蓋薄膜； 使用光微影及蝕刻技術在該頂部罩蓋薄膜及該第二層 間介電質（ILD)中形成一孔； 在至少s亥孔上沈積一磁性材料層； 在該磁性材料上沈積一第三層間介電質（ILD)且在該第 三層間介電質（ILD)上執行一化學機械平坦化（CMp)製 程；及 146875.doc 201042679 之一磁場軸沿該磁性材 執行一磁性退火以使該電感器 料之一易磁化軸對準。 46.如請求項45之方法，其包含： 使用該光微影及餘刻技術在該第-思 欢罘—層間介電質（ILD)中 形成複數個溝槽； 層且向下拋光該銅層 面以形成該電感器金 在至少該複數個溝槽上電鐘該鋼 至該第二層間介電質（ILd)之該表 爾 · 屬，

   使用s亥光微影及蚀刻技術在該頂部罩蓋薄媒及兮第一 層間介電質（ILD)中形成複數個孔； 在至少該複數個孔上沈積該磁性材料層。 47. 如請求項45之方法，其進一步包含： 使用一光/蝕刻製程在該第一層間介電質（ild)中圖案 化-第-通孔開口且用一金屬填充該第一通孔開口以形 成一底部通孔互連件，該底部通孔互連件藉由一雙鑲嵌 製程將該電感器金屬耦接至該底部金屬。 48. 如請求項45之方法，其進一步包含： 使用一雙鑲嵌製程在該第三層間介電質（ILD)上電鍍— 頂部金屬且圖案化該頂部金屬；及 使用一光/1虫刻製程在該第三層間介電質（ILd)中圖案 化一第二通孔開口且用一金屬填充該第二通孔開口以形 成一頂部通孔互連件，該頂部通孔互連件將該電感器金 屬耦接至該頂部金屬。 49_如凊求項45之方法，其中該磁性材料係一磁性薄膜。 146875.doc •9· 201042679 性 50.如請求項45之方法’其中該磁性材料係一形狀各向異 磁性薄膜。 5 1 ·如請求項45之方法，其中該磁性材料 K;度經選擇以減 少該磁性材料内之一渦電流及一集膚 木&欢應，從而減少磁 場損失。 52. 如請求項45之方法，其中該電感器係應用於一電子裝置 中，該電子裝置係選自由以下組成之群：—機上盒^音 樂播放機、視訊播放機、娛樂單元、 曰 φ . 等飢破置、通信裝 置、個人數位助理（PDA)、固定位置資一 ^ 且貝抖早兀及一電 腦’ s亥電感器整合至該電子裝置中。 53. —種電感器，其包含： 電感構件，其用於產生一磁場 -部分及-第二部分Μ構件具有—第 隔離構件，其用於磁性隔離 及兮楚_ 电琢構件之該第一部八 及》亥第二部分中之至少_ , Ρ刀 置中之^ &隔離構件安置於以下位 中之—者中··該電感構件之該第_部分及 立下位 中之至少一者中，< 弟一4分 部分中之至少一者卜 ^ /刀及該第二 ^ 者 或鄰近於該電4槿杜 分及該第二部分中之至少—者，4構件之该第-部 其中該隔離構件包括—磁 54.如請求+ + 材科。 巧'^項53之雷減哭 ^ , 夕兮& 这其中該隔離構件介入兮不 之5亥弟一部分與該第二部分 忒電感構件 %如請求項53之電感器^ t之〜去士 〃中戎隔離構件係位於 电殳構件之該 夏 146875.doc 刀及5亥弟二部分t 10- 201042679 之至少一者之一側壁中，+ —雨*摄， 或該電感構件之該第一部分及 該第二部分中之至少一者 相，丨辟μ 笮之一側壁上，或鄰近於該電感 構件之該第一部分及該第-由 第一部分中之至少一者之一側 壁。 56. 如請求項53之電感器， 57. 如請求項53之電感器， 性磁性薄膜。 58. 如請求項53之電感器， 減少該磁性材料内之— 磁場損失。 Ο 其中該磁性材料係一磁性薄膜。 其中該磁性材料係一形狀各向異 ~中s亥磁性材料之厚度經選擇以 '尚電流及一集膚效應，從而減少 59. 如請求項53之電感器 60. 如請求項53之電感器 61. 如請求項53之電感器 _ s亥電感器係—蛇型電感器。 ，其中該電感器係—圓型電感器。 ’其進一步包含： 、：一及第二電極構件’其用於電連接該電感器，該電 感器耦接至該電感構件。

   士 °月求項53之電感器’其整合於至少-個半導體晶粒 中。 63. 如請求項53之電感器，其進一步包含—電子裝置， 从下組成之群：一機上盒、音樂播放機、視訊播放 、士吳 eg - . 、樂早兀、導航裝置、通信裝置、個人數位助理 (職)、固定位置資料單元及一電腦，該電感器整合至 該電子裝置中。 64. 一種形成—電感器之方法’該方法包含： SA JL> 八有一第一部分及一第二部分之電感器金屬的 146875.doc • 11 - 201042679 步驟；及 在以下位置中之—者中形士、 感器金屬之該第一部分及該第二部==步驟者:電 或該電感器金屬之該第一部分及該第二部分二少二 者上，或鄰近於該電感器 分中之至少一者。 屬之斗部分及該第二部 65 66. 67. 68. 69. 70. .如請求項64之方法，其中 命分# _ 电U盗金屬之該第一部分 ，、以弟—部分之間沈積該 料。 何枓且圖案化該磁性材 如請求項64之方法’其中在以下位置中之—者 磁性材料且圖案化該磁性材料 :… ::及該第二部分中之該至少-者之—： |刀及β亥第—部分中之該至少一者之 一貞1壁上，或鄰近於該電 二部分中之該至少一者之一側壁屬之—該第 如明求項Μ之方法，其中該磁，時 如請求項64之方本廿丄 『生，專m。 磁性薄膜其中該磁性材料係—形狀各向異性 如請求項64之方法，其中該磁性材料 少該磁性材料内之-渦電流及一集膚效擇以減 場損失。 卡渭欢應，從而減少磁 如請求項64之方法’其進一步包含： 執仃〜磁性退火製程以使該電感器之一 性材料磁化㈣準。 〶軸沿該磁 146875.doc -12- 201042679 71.如請求項64之方法，其進—步包含： 在該電感器金屬上沈積一罩蓋層作為一硬質遮罩以使 該磁性材料在該電感器金屬之該第一部分與該第二部分 之間自對準的步驟。 72·如請求項64之方法，其進一步包含： 形成一耦接至該電感器金屬之底部金屬的步驟；及 形成一耦接至該電感器金屬之頂部金屬的步驟。 Ο 73.如請求項64之方法’其中該電感器係應用於一電子裝置 中，該電子裝置係選自由以下組成之群：一機上盒、音 樂播放機、視訊播放機、娛樂單元、導航裝置、通信二 =、個人數位助理（PDA)、固定位置資料單元及二電 腦’該電感器整合至該電子裝置中。 ❹ 146875.doc 13