[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

JP2007300143A - 半導体基体中に形成されたスパイラル形状インダクタ及びそのインダクタを形成するための方法 - Google Patents

半導体基体中に形成されたスパイラル形状インダクタ及びそのインダクタを形成するための方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2007300143A
JP2007300143A JP2007210590A JP2007210590A JP2007300143A JP 2007300143 A JP2007300143 A JP 2007300143A JP 2007210590 A JP2007210590 A JP 2007210590A JP 2007210590 A JP2007210590 A JP 2007210590A JP 2007300143 A JP2007300143 A JP 2007300143A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
inductor
semiconductor substrate
layer
forming
substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2007210590A
Other languages
English (en)
Inventor
Edward B Harris
ビー．ハリス エドワード
Stephen W Downey
ダブリュ．ダウニー スチーヴン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Agere Systems LLC
Original Assignee
Agere Systems LLC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agere Systems LLC filed Critical Agere Systems LLC
Publication of JP2007300143A publication Critical patent/JP2007300143A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L28/00—Passive two-terminal components without a potential-jump or surface barrier for integrated circuits; Details thereof; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L28/10—Inductors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F41/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties
    • H01F41/02—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets
    • H01F41/04—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or assembling magnets, inductances or transformers; Apparatus or processes specially adapted for manufacturing materials characterised by their magnetic properties for manufacturing cores, coils, or magnets for manufacturing coils
    • H01F41/041—Printed circuit coils
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/52—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames
    • H01L23/522—Arrangements for conducting electric current within the device in operation from one component to another, i.e. interconnections, e.g. wires, lead frames including external interconnections consisting of a multilayer structure of conductive and insulating layers inseparably formed on the semiconductor body
    • H01L23/5227—Inductive arrangements or effects of, or between, wiring layers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
    • H01F17/00—Fixed inductances of the signal type 
    • H01F17/0006—Printed inductances
    • H01F2017/0046—Printed inductances with a conductive path having a bridge
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30—Technical effects
    • H01L2924/301—Electrical effects
    • H01L2924/3011—Impedance
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S257/00—Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes
    • Y10S257/903—FET configuration adapted for use as static memory cell
    • Y10S257/904—FET configuration adapted for use as static memory cell with passive components,, e.g. polysilicon resistors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/4902—Electromagnet, transformer or inductor
    • Y10T29/49073—Electromagnet, transformer or inductor by assembling coil and core
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49117—Conductor or circuit manufacturing
    • Y10T29/49124—On flat or curved insulated base, e.g., printed circuit, etc.
    • Y10T29/49155—Manufacturing circuit on or in base

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Coils Or Transformers For Communication (AREA)
  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)

Abstract

【課題】 半導体基体中に高いＱ値のスパイラル形状インダクタを形成する。
【解決手段】 能動デバイス領域からなる半導体基体上に形成されたインダクタであって、インダクタは半導体基体に積層される誘電体層上に形成された導電線からなる。導電線は、一つの実施例においては平面スパイラル形状である所望の形状にパターン成形され、エッチング加工される。インダクタの下の基体領域はインダクタのＱ値を上げるために除去される。
【選択図】 図９

Description

本発明は一般的にはインダクタ、より具体的には、半導体基体中に形成されたスパイラル（渦巻き）形状インダクタに関する。
近年のワイアレス通信における変革と小型のワイアレス通信装置への要望は無線通信電子機器の最適化と小型化に向けられた重要な取り組みを生み出してきた。（インダクタ、コンデンサ及びトランスのような）受動素子は、それらの機器の動作において必要な役割を果たし、それゆえ、取り組みはそのような受動素子の小型化並びに性能及び製造効率の向上に向けられている。
自立インダクタ及びコンデンサは、発振器、増幅器及び信号フィルタのような交流及び無線機器において使用され、周波数依存効果を与える電磁素子である。具体的には、インダクタ電圧はインダクタンス及びインダクタ電流の時間導関数の関数となる。従来のインダクタは強磁性又は絶縁材料で構成されるコアに施された複数の巻き線からなる。インダクタのコアはなくてもよいが、例えば強磁性体コアを用いるとインダクタンス値が増加する。インダクタンスはまたコイルの巻き数（具体的には、インダクタンスは巻き数の二乗に比例する）及びコア面積の関数となる。従来の自立インダクタは螺旋（専門的にはソレノイド形状とも言われる）又はトロイダルの形状をとる。コアは標準的には複数の磁性領域からなる鉄、コバルト又はニッケル（又は強磁性合金）で形成される。インダクタへの供給電流により磁界がコア材に誘磁され、磁区配向が発生し、材質の透磁性が増加し、そのことにより今度はインダクタンスが増加する。
半導体業界における開発はここ数年、小型高性能なデバイスの作製に向けられてきた。半導体回路の設計及び作製の一つの難関は高性能コンデンサ及びインダクタを半導体デバイス中に集積化することであった。それらの素子が半導体作製技術における常套な方法やプロセスを用いて半導体基体の比較的狭い領域に形成されるのが理想的である。しかしながら、能動素子の外部寸法や線幅に比べてインダクタやコンデンサは大きく、通常ミクロン以下の外部寸法を有する半導体デバイスに簡単には集積化できない。
半導体基体表面上に形成されたインダクタの多くはスパイラル形状を有していて、スパイラル形状の水平面は基体表面に対して平行である。マスキング、パターン成形及び導電性材料層のエッチングのようなスパイラルインダクタ形成のための多くの技術が知られている。所望の導電特性を与え、及び／又は、作製プロセスを単純化するために相互に接続された複数のスパイラルインダクタを形成することもできる。例えば、複合層スパイラル形状インダクタを記載する米国特許番号６４２９５０４及び各層が２以上のコイルからなる複数の層から形成される高いＱ値を持つ高インダクタンス値インダクタを開示する米国特許番号５６１０４３３が参照される。様々な層のコイルが直列に相互接続される。
Ｑ値（即ちquality factor）――インダクタの特長を表す重要な数値――は導電リアクタンスと抵抗値の比で定義される。Ｑ値ピークはインダクタ共振周波数で観測されることから、高いＱ値のインダクタ（例えば、低い抵抗値を有すること）は入力信号周波数に関連した狭いＱ値ピークを示す。高いＱ値のインダクタは狭い帯域幅の周波数依存回路の動作において使用する場合に特に重要である。例えば、インダクタが発振器中で動作するためにＱ値を増加すれば、発振器の位相ノイズが減少し、発振周波数が狭い帯域の周波数に制限される。Ｑ値がインダクタ抵抗の逆数の関数であるから、抵抗値を極力小さくすればＱ値は増加する。抵抗値を極力小さくする一つの公知技術はインダクタを形成する導電材料の断面積を増やすことである。しかしながら、そのような導体ではエッチング、洗浄及び不動態化のステップ中に困難が生じ、そして半導体基体の貴重な空間を使ってしまう。また、金属導体間の誘電性材料にギャップを形成する時に、ギャップによって局所的に誘電体が破壊されたり、インダクタの巻き数が結果的に不足したりすることになるのでデバイスの信頼性の問題をもたらし問題となる。
半導体基体表面に形成されたスパイラル形状インダクタの磁界は基体に対して垂直である。磁界によって渦電流が半導体基体及び能動半導体領域に接続するための基体において形成される導電相互接続構造内に誘起される。それらの渦電流には損失メカニズムがあるので、それらはインダクタ抵抗を増加させ、従って、インダクタのＱ値を低くする。この損失を回避するために、比較的低い動作周波数でインダクタを能動素子に擬似することでインダクタ効果を得ることができる。しかし、能動素子は有限のダイナミック範囲を有し、動作回路に不要なノイズを注入してしまい、高い動作周波数では許容できるインダクタ効果を与えることができなくなる。
渦電流損失を抑制するための公知の技術は、導電シールドをインダクタに対して平行にかつインダクタの下に配置することである。導体は磁力線を短絡して下にある半導体基体材料中の渦電流を減らす。渦電流はまた、インダクタの下のシリコン領域を除去する深いトレンチ技術を用いて減少される。この技術は、バイポーラ及びＣＭＯＳトランジスタからなる集積回路の絶縁領域を形成するために使用されるものであり、ウエハの前面又は上面からシリコンを除去するというものである。インダクタと下にあるシリコンとの距離を大きくすると渦電流損失は低減される。これらの技術が採用されてＱ値のわずかな改善がなされていた。
半導体基体上の能動デバイスに関連してインダクタの作製をさらに発展させるために、半導体基体と基体に積層される誘電体層からなるインダクタを形成するための構造及びプロセスが提供される。インダクタからなる導電線が誘電体層の上面に形成される。導電線の下の半導体基体の領域は除去される。
半導体デバイスは半導体基体及び半導体基体に積層される誘電体層からなる。連続導体は誘電体層上に配置される。連続導体の下層領域の少なくとも一部において半導体基体はそこに開口部を画定する。
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお、通例により、記載された種々のデバイスの外形は実寸法では描かれているものではなく、本発明に関係する特定の特徴を強調している。符号は図面及び本文を通じて各要素を意味するものである。
本発明によるインダクタを形成するプロセスが集積回路の半導体基体１０を示す図１から始まる。なお、半導体基体１０は(図示されない)複数の能動素子を一般に含む。本発明の一つの実施例によると、インダクタ収容のため能動素子は領域１２及び１４内に形成されない。
誘電体層４０（標準的には厚さ３〜５ミクロン）がシリコン基体１０の上面４２上に形成され、誘電体層４０から基体１０の領域４６及び４８中の能動素子まで伸びる窓部４４の形成が続く。窓部４４は公知の光リソグラフマスキング、パターン成形及びエッチングプロセスを用いて形成される。後に続く処理ステップにおいて、導電性材料の層が上面４５の上層に形成される。図１に示されるシリコン基体の領域において、インダクタは導電性材料層に形成され、インダクタと能動素子を領域４６及び４８中で接続するために相互接続部材（例えばタングステンプラグ）が窓部４４中に形成される。
図２に示されるように、チタン層５０が窓部４４内及び作業領域５２上、即ち、誘電体層４０の上にメッキされる。窓部４４の底面５３で、チタン層５０が下にある能動領域のシリコンと反応して局所化されたチタンシリコン領域を形成する。シリコンの領域は能動領域と後に窓部４４に形成される相互接続タングステンプラグ間の向上した導電性を提供する。
次にチタン窒化物（ＴｉＮ）層５８が窓部４４内及び作業領域５２上にメッキされる。チタン窒化物は誘電体層４０のような酸化材料から層状に剥離できることが知られている。チタン層５０は接着層として作用し、チタン窒化物層５８と、作業領域５２の下の誘電体材料、側壁５６及び底面５３との間の接着を促進する。フッ化気体はチタンと高い反応性があるので、ＴｉＮ層５８は下層のチタン層と下記のタングステンメッキのステップ中で使用されるフッ化気体との間の障壁として作用する。
図３に示すように、タングステン層６０は、タングステンヘキサフッ化物（ＷＦ６）及びシラン（ＳｉＨ４）が関与する化学蒸着プロセスによって窓部４４及び作業領域５２において形成される。そして、シリコン基体１０は化学機械研磨のステップに移行してタングステンプラグ６２を形成する。図４が参照される。
図５に示すように、下層から順に、チタン層６７、チタン窒化物層６８、アルミニウム層６９及び反射防止キャップ層７０からなるアルミニウム積層６６が作業領域５２上にメッキされる。アルミニウム積層６６のチタン層６７及びチタン窒化物層６８は上述のチタン層及びチタン窒化物層５０及び５８と同じ目的を果たすものである。
アルミニウム積層６６のある領域は、従来のマスキング、パターン成形及びエッチングの工程で除去され、基体１０の一範囲において、インダクタ７１の所望の導体形状を形成し、図６に示す複数のアルミニウム導電線６６Ａからなる構成となる。
基体１０の図６に図示されない他の領域において、導電相互接続構造がアルミニウム積層６６にマスキング、パターン成形及びエッチング工程によって形成され、下にある導電性のタングステンプラグが基体１０の能動領域に接触して形成される。相互接続構造は下面のタングステンプラグに接続し、以下、金属１層又は第１金属化層と称される。当業者には分かることであるが、追加的な相互接続構造、導電経路、及び、金属層に挟まれる誘電体層がアルミニウム積層６６上に形成され完全な集積回路の相互接続システムを形成する。従って、インダクタは相互接続構造の形成と同時に形成できるので、インダクタ７１の形成がデバイスの相互接続を形成するプロセスに都合よく統合される。
図７の平面図から分かるように（図６は図７の線６−６に切った断面図である）、この実施例において導線６６Ａは直線であり、約９０度の角度で交差し、直線をつなげたスパイラル形状インダクタ７１を形成する。インダクタ７１の終端７６が、領域４６及び４８においてタングステンプラグ６２によって下にある能動デバイスに接続されることになる。
図８に示すように円形状のスパイラル形状インダクタ８０もまたアルミニウム積層６６の材料領域の適切なマスキング、パターン成形及びエッチングによって形成される。所望のインダクタンス値を持つインダクタが、インダクタ７１を形成する導体の大きさ及び幾何学図形を適切に選択することにより形成できる。
図６に示す本発明の実施例において、インダクタ７１が金属−１層、即ち、第１の金属化層に形成される。下記に説明する他の実施例では、インダクタは金属化層の上層において形成される。
本発明によると、インダクタ７１の下の基体１０の領域１２及び１４はインダクタ７１の形成後に除去され、空間８２を形成する。その結果の構造は断面図９及び上面図１０に示される。金属エッチングプロセス又はレーザー微細加工は領域１２及び１４――それらは通常約３００から５００ミクロンの厚さであるが――を除去する技術として知られている。図１０では空間８２は長方形をしているが、これは代表例に過ぎない。円形スパイラル形状インダクタの空間は、例えば円形になるであろう。一つの実施例では空間８２は、エポキシやポリイミドのような非導電性の、誘電性の又は被覆付きの材料で充填される。また、他の実施例では、空間８２はインダクタ７１の形成に先立って基体１０において形成されるが、そのような技術は空間８２を二酸化シリコンのような誘電性材料で充填して後の上層の形成ができるようにする必要があるため、より難しいものとなる。
上述のように、インダクタ７１の下に半導体や導電性材料がないことにより、インダクタに起因する渦電流が減少し、インダクタのＱ値が上がる。
図１１は、導電線６６Ａと同じ金属化層において終端７６を伸ばすための導電性部材９０からなるインダクタ８９の実施例を示すものである。この実施例では、空間８２は図９の実施例よりも大きく、従って、図９のインダクタ７１に比べてインダクタ８９のＱ値は上がる。
図１２は、図１１のインダクタ８９の上面図であり、ここで、図１１の断面図は図１２の１１−１１面で切ったものである。
図１３はインダクタ９２の断面図である。インダクタ７１とは異なり両終端７６は離され、ここで上記に記載した実施例で示すものよりも大きい空間８２が形成できるようにする。この実施例を形成するために、金属層に挟まれる誘電体層９４が導電線６６Ａ上にメッキされ、誘電体層９４上の第２の金属化層はそこに形成される導電性部材９８からなる。タングステンプラグ１０２は導電線９８を基体１０における能動領域に接続する。両終端７６はインダクタ９２が占める面の外側の能動領域に接続され、空間８２はインダクタ９２の下の領域を実質的に囲うことができる。
当業者には分かるように、集積回路は一般に、半導体基体内で形成されるデバイスの能動領域を相互接続するために複数の金属化層からなる。それらの層は通常、金属化層１（Ｍ１）のような文字「Ｍ」の後にくる数字表示で表現される。本発明の一つの実施例ではインダクタは上層の金属化層（即ち、上記のＭ１）において形成され、インダクタの終端とデバイスの能動領域又は他の導電基体と接続するために上方に及び／又は下方にタングステンプラグを引き出す。
通常、第５の金属化層（Ｍ５）は半導体基体１０から約５ミクロンのところにある。従って、そこに形成されるインダクタは基体１０から約５ミクロンのところにある。（本発明の教示によると）インダクタと基体間を５ミクロン離して下層の基体材料を除去することでインダクタのＱ値が向上することが確認された。上述の公知の損失の多い基体の効果は少なくともインダクタ直径に等しいインダクタ・基体間の距離まで及ぶことが確認されている。通常のインダクタの直径は５０〜１００ミクロンの範囲である。従って、全ての金属化層は１００ミクロン以内の半導体基体なので、インダクタがいずれかの金属化層において形成されるという本発明のやり方を用いることは都合がよい。
図１４は本発明の実施例を示す断面図であり、インダクタ１２０が集積回路デバイスの第３の金属化層Ｍ３において形成される。図１４では上述の実施例で示した一種の補助的な層（例えば、チタンや窒化チタン）は図示していない。半導体基体１２２は公知の従来技術によって形成される複数の(図示されない)能動デバイスからなる。導電経路１２４は誘電体層１２６中に形成される。第１の金属化層（Ｍ１）は、導体経路１２４を金属層に挟まれる誘電体層１３２中に形成される上層の導体経路１３０に相互接続するための導体構造物１２８からなる。当業者なら分かるように、導体構造物はまた、図１４の断面上に及び断面上から伸びている。
第２の金属化層（Ｍ２）は導体経路１３０上にあり、金属層に挟まれる誘電体層１４４中に形成される導体経路１４２に接続される導体構造物１４０からなる。第３の金属化層はインダクタ１２０及び導体構造物１４６からなり、それらは同時に上層の金属層に挟まれる誘電体層１４４で形成される導体層上で行われる公知のマスキング、パターン成形及びエッチング工程によって形成される。（図１４では示されない）追加的な金属化層及び金属層に挟まれる誘電体層は図示された構造上に形成できる。
金属層に挟まれる誘電体層１４４の形成に先立って、インダクタ１２０の下にある空間が従来のマスキング、パターン成形及びエッチング工程を用いて領域１５０に形成される。空間は、金属層に挟まれる誘電体層１４４がその上面に形成されるのに先立って、二酸化シリコン（誘電性材料）又は他の比較的低損失の材料で充填される。（図１４に図示されない）他の実施例では、インダクタ１２０の下にある基体１２２の領域もまた、上述のやり方によって除去される。前述の実施例のように、半導体及び金属化層がインダクタ１２０の下にないことによって、渦電流損失が低減され、インダクタのＱ値を向上することができる。
構造やプロセスがインダクタを半導体基体上に形成するために有用なものとして記載された。本発明の特定の適用例が示されたが、ここに開示された原理は、発明が様々な態様や様々な回路構造で実施するための基礎を提供するものである。数値の変更は発明の範疇において可能である。発明は請求項によってのみ限定される。
本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。 本発明による様々なプロセスのステップの完了後の半導体基板及びインダクタを説明する図である。
符号の説明
１０、１２２ 半導体基体
４０、１２６、１３２、１４４ 誘電体層
４４ 窓部
４６、４８ 能動領域
５０、６７ チタン層
５８、６８ 窒化チタン層
６０ タングステン層
６２ タングステンプラグ
６６ アルミニウム積層
６６Ａ アルミニウム導電線
６９ アルミニウム層
７０ キャップ
７１、８９、９２、１２０ インダクタ
７６ 終端
８２ 空間
１２４、１３０、１４２ 導体経路
１２８、１４０、１４６ 導体構造物

Claims (7)

  1. インダクタを形成する方法であって、
    半導体基体を形成するステップ、
    誘電体層を該基体の上層に形成するステップであって、該誘電体層が上表面からなるステップ、
    該上表面上の導電線を形成するステップであって、該導電線は誘電効果を持つステップ、及び、
    該半導体基体の該導電線の少なくとも一部分の下方にある領域を除去するステップからなる方法。
  2. 請求項１記載の方法であって、さらに、該半導体基体中に能動領域を形成するステップからなる方法。
  3. 請求項１記載の方法において、該導電線は第１及び第２の終端からなり、さらに、該第１及び第２の終端を能動領域に接続するために該誘電体層を貫通して導電性相互接続を形成するステップからなる方法。
  4. 請求項１記載の方法において、該半導体基体を除去するステップは該半導体基体をエッチングするステップからなる方法。
  5. 請求項１記載の方法において、該半導体基体を除去するステップは該半導体基体を微細加工するステップからなる方法。
  6. インダクタを形成する方法であって、
    半導体基体を形成するステップ、
    １以上の誘電体層を該基体の上層に形成するステップであって、該１以上の誘電体層の上側の層が上表面からなるステップ、
    該上表面上に導電線を形成するステップであって、該導電線は誘電効果を持つステップ、及び、
    該導電線の少なくとも一部分の下方にある該誘電体層の１以上の領域を除去することによって開口部を画定するステップからなる方法、
  7. 請求項６記載の方法であって、さらに、該開口部中に誘電体材料をメッキするステップからなる方法。
JP2007210590A 2003-08-22 2007-08-13 半導体基体中に形成されたスパイラル形状インダクタ及びそのインダクタを形成するための方法 Pending JP2007300143A (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US10/646,997 US7075167B2 (en) 2003-08-22 2003-08-22 Spiral inductor formed in a semiconductor substrate

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004240186A Division JP2005072588A (ja) 2003-08-22 2004-08-20 半導体基体中に形成されたスパイラル形状インダクタ及びそのインダクタを形成するための方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007300143A true JP2007300143A (ja) 2007-11-15

Family

ID=34136607

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004240186A Pending JP2005072588A (ja) 2003-08-22 2004-08-20 半導体基体中に形成されたスパイラル形状インダクタ及びそのインダクタを形成するための方法
JP2007210590A Pending JP2007300143A (ja) 2003-08-22 2007-08-13 半導体基体中に形成されたスパイラル形状インダクタ及びそのインダクタを形成するための方法

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004240186A Pending JP2005072588A (ja) 2003-08-22 2004-08-20 半導体基体中に形成されたスパイラル形状インダクタ及びそのインダクタを形成するための方法

Country Status (7)

Country Link
US (2) US7075167B2 (ja)
EP (2) EP1830402B1 (ja)
JP (2) JP2005072588A (ja)
KR (1) KR101084959B1 (ja)
CN (3) CN101794775B (ja)
SG (1) SG109577A1 (ja)
TW (2) TWI418017B (ja)

Families Citing this family (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7075167B2 (en) * 2003-08-22 2006-07-11 Agere Systems Inc. Spiral inductor formed in a semiconductor substrate
US7205632B2 (en) * 2004-04-05 2007-04-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Anti-scattering attenuator structure for high energy particle radiation into integrated circuits
US7215000B2 (en) * 2004-08-23 2007-05-08 Texas Instruments Incorporated Selectively encased surface metal structures in a semiconductor device
JP2007049115A (ja) * 2005-07-13 2007-02-22 Seiko Epson Corp 半導体装置
GB2440365A (en) * 2006-07-21 2008-01-30 X Fab Uk Ltd A semiconductor device
US7935607B2 (en) * 2007-04-09 2011-05-03 Freescale Semiconductor, Inc. Integrated passive device with a high resistivity substrate and method for forming the same
KR100947933B1 (ko) * 2007-08-28 2010-03-15 주식회사 동부하이텍 인덕터 및 그 제조 방법
CN101442048B (zh) * 2007-11-23 2010-09-08 上海华虹Nec电子有限公司 射频cmos集成电感中的接地环结构
CN101924102B (zh) * 2009-06-15 2013-07-31 慧国(上海)软件科技有限公司 半导体装置
JP2011040882A (ja) * 2009-08-07 2011-02-24 Sony Corp 高周波デバイス
JP2011049397A (ja) * 2009-08-27 2011-03-10 Sony Corp 高周波デバイス
TWI436463B (zh) * 2009-12-31 2014-05-01 Advanced Semiconductor Eng 半導體封裝結構及其製造方法
TWI412114B (zh) * 2009-12-31 2013-10-11 Advanced Semiconductor Eng 半導體封裝結構及其製造方法
US8710622B2 (en) * 2011-11-17 2014-04-29 Harris Corporation Defected ground plane inductor
US8580647B2 (en) * 2011-12-19 2013-11-12 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Inductors with through VIAS
US20160141102A1 (en) * 2014-11-14 2016-05-19 Cyntec Co., Ltd. Substrate-less electronic component and the method to fabricate thereof
US9484297B2 (en) 2015-03-13 2016-11-01 Globalfoundries Inc. Semiconductor device having non-magnetic single core inductor and method of producing the same
US9509251B2 (en) 2015-03-24 2016-11-29 Freescale Semiconductor, Inc. RF amplifier module and methods of manufacture thereof
US10075132B2 (en) 2015-03-24 2018-09-11 Nxp Usa, Inc. RF amplifier with conductor-less region underlying filter circuit inductor, and methods of manufacture thereof
US9871107B2 (en) * 2015-05-22 2018-01-16 Nxp Usa, Inc. Device with a conductive feature formed over a cavity and method therefor
US9787254B2 (en) 2015-09-23 2017-10-10 Nxp Usa, Inc. Encapsulated semiconductor device package with heatsink opening, and methods of manufacture thereof
US11373803B2 (en) * 2017-08-11 2022-06-28 Applied Materials, Inc. Method of forming a magnetic core on a substrate
US10672704B2 (en) * 2017-11-30 2020-06-02 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Ltd. Semiconductor device with polygonal inductive device
CN108133101B (zh) * 2017-12-21 2021-09-24 上海华力微电子有限公司 一种电感版图之辅助层及器件参数抽取的方法
US10535635B2 (en) * 2018-06-15 2020-01-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Second semiconductor wafer attached to a first semiconductor wafer with a through hole connected to an inductor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0677407A (ja) * 1992-04-06 1994-03-18 Nippon Precision Circuits Kk 半導体装置
JP2000022085A (ja) * 1998-06-29 2000-01-21 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2001168288A (ja) * 1999-12-13 2001-06-22 Seiko Epson Corp 半導体装置
JP2001223331A (ja) * 2000-02-07 2001-08-17 Sony Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2002009299A (ja) * 2000-04-17 2002-01-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法

Family Cites Families (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5227659A (en) * 1990-06-08 1993-07-13 Trustees Of Boston University Integrated circuit inductor
WO1994007348A1 (en) * 1992-09-24 1994-03-31 Hughes Aircraft Company Dielectric vias within multilayer 3-dimensional structures/substrates
WO1994017558A1 (en) * 1993-01-29 1994-08-04 The Regents Of The University Of California Monolithic passive component
US5370766A (en) * 1993-08-16 1994-12-06 California Micro Devices Methods for fabrication of thin film inductors, inductor networks and integration with other passive and active devices
US5446311A (en) * 1994-09-16 1995-08-29 International Business Machines Corporation High-Q inductors in silicon technology without expensive metalization
JP2904086B2 (ja) * 1995-12-27 1999-06-14 日本電気株式会社 半導体装置およびその製造方法
US6492705B1 (en) * 1996-06-04 2002-12-10 Intersil Corporation Integrated circuit air bridge structures and methods of fabricating same
US5736749A (en) * 1996-11-19 1998-04-07 Lucent Technologies Inc. Integrated circuit device with inductor incorporated therein
TW327253B (en) * 1997-05-23 1998-02-21 Vanguard Int Semiconduct Corp The manufacturing method of metallization for IC
US6160303A (en) * 1997-08-29 2000-12-12 Texas Instruments Incorporated Monolithic inductor with guard rings
US6153489A (en) * 1997-12-22 2000-11-28 Electronics And Telecommunications Research Institute Fabrication method of inductor devices using a substrate conversion technique
TW363278B (en) * 1998-01-16 1999-07-01 Winbond Electronics Corp Preparation method for semiconductor to increase the inductive resonance frequency and Q value
TW367623B (en) * 1998-02-20 1999-08-21 Winbond Electronic Corp High Q value inductor and forming method thereof
US6025261A (en) * 1998-04-29 2000-02-15 Micron Technology, Inc. Method for making high-Q inductive elements
JPH11354330A (ja) 1998-06-08 1999-12-24 Mitsubishi Materials Corp 積層チップ部品およびその使用方法
US6426267B2 (en) * 1998-06-19 2002-07-30 Winbond Electronics Corp. Method for fabricating high-Q inductance device in monolithic technology
US6249191B1 (en) * 1998-11-23 2001-06-19 Micron Technology, Inc. Monolithic integrated circuit oscillators, complementary metal oxide semiconductor (CMOS) voltage-controlled oscillators, integrated circuit oscillators, oscillator-forming methods, and oscillation methods
US6083802A (en) * 1998-12-31 2000-07-04 Winbond Electronics Corporation Method for forming an inductor
US6310387B1 (en) * 1999-05-03 2001-10-30 Silicon Wave, Inc. Integrated circuit inductor with high self-resonance frequency
US6140197A (en) * 1999-08-30 2000-10-31 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Method of making spiral-type RF inductors having a high quality factor (Q)
US6503838B1 (en) * 1999-12-31 2003-01-07 Texas Instruments Incorporated Integrated circuit isolation of functionally distinct RF circuits
US6800533B1 (en) 2000-03-06 2004-10-05 Chartered Semiconductor Manufacturing Ltd. Integrated vertical spiral inductor on semiconductor material
US6429504B1 (en) * 2000-05-16 2002-08-06 Tyco Electronics Corporation Multilayer spiral inductor and integrated circuits incorporating the same
US6420773B1 (en) * 2000-10-04 2002-07-16 Winbond Electronics Corp. Multi-level spiral inductor structure having high inductance (L) and high quality factor (Q)
JP2002164512A (ja) * 2000-11-28 2002-06-07 Fujitsu Ltd 半導体装置及びその製造方法
US6534843B2 (en) * 2001-02-10 2003-03-18 International Business Machines Corporation High Q inductor with faraday shield and dielectric well buried in substrate
US6712983B2 (en) * 2001-04-12 2004-03-30 Memsic, Inc. Method of etching a deep trench in a substrate and method of fabricating on-chip devices and micro-machined structures using the same
JP3666411B2 (ja) * 2001-05-07 2005-06-29 ソニー株式会社 高周波モジュール装置
JP4355128B2 (ja) * 2002-07-04 2009-10-28 富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
US7075167B2 (en) * 2003-08-22 2006-07-11 Agere Systems Inc. Spiral inductor formed in a semiconductor substrate

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0677407A (ja) * 1992-04-06 1994-03-18 Nippon Precision Circuits Kk 半導体装置
JP2000022085A (ja) * 1998-06-29 2000-01-21 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2001168288A (ja) * 1999-12-13 2001-06-22 Seiko Epson Corp 半導体装置
JP2001223331A (ja) * 2000-02-07 2001-08-17 Sony Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2002009299A (ja) * 2000-04-17 2002-01-11 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR101084959B1 (ko) 2011-11-23
CN101345242A (zh) 2009-01-14
CN101345242B (zh) 2010-07-21
TW201330228A (zh) 2013-07-16
CN1707806A (zh) 2005-12-14
EP1513170B1 (en) 2014-09-24
KR20050020707A (ko) 2005-03-04
JP2005072588A (ja) 2005-03-17
EP1513170A3 (en) 2005-05-25
CN101794775B (zh) 2011-12-28
CN1707806B (zh) 2010-08-18
TW200509370A (en) 2005-03-01
US20050040471A1 (en) 2005-02-24
EP1830402A3 (en) 2007-10-17
US20070107206A1 (en) 2007-05-17
EP1513170A2 (en) 2005-03-09
SG109577A1 (en) 2005-03-30
US7381607B2 (en) 2008-06-03
TWI412119B (zh) 2013-10-11
EP1830402A2 (en) 2007-09-05
EP1830402B1 (en) 2015-06-17
US7075167B2 (en) 2006-07-11
TWI418017B (zh) 2013-12-01
CN101794775A (zh) 2010-08-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2007300143A (ja) 半導体基体中に形成されたスパイラル形状インダクタ及びそのインダクタを形成するための方法
JP4948756B2 (ja) 集積回路内に形成されたインダクタ及びその製造方法
US6815220B2 (en) Magnetic layer processing
TW557583B (en) A multi-layer inductor formed in a semiconductor substrate
US7436281B2 (en) Method to improve inductance with a high-permeability slotted plate core in an integrated circuit
EP1352403B1 (en) Integrated transformer
US7064646B2 (en) Integrated inductor
JP4584533B2 (ja) 半導体基板中に形成された薄膜多層高ｑトランスフォーマ
JP2000277693A (ja) 誘導要素を組み込んだ集積回路及びこのような集積回路を製造する方法
US6924725B2 (en) Coil on a semiconductor substrate and method for its production
KR100394875B1 (ko) 집적 3차원 솔레노이드 인덕터 및 그 제조 방법

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20070813

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20100813

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110309

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20110609

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20110614

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110909

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20110909

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20111219

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120419

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20120604

A912 Re-examination (zenchi) completed and case transferred to appeal board

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A912

Effective date: 20120706

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20121122

A602 Written permission of extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A602

Effective date: 20121129