[发明专利]集成层积磁性器件及其制造方法

说明书

本发明得到能源部授予的合同编号为DE-EE0002892的政府支持。政府对本发明具有特定权利。

技术领域

本领域一般涉及具有使用电镀技术形成的层积磁性-绝缘体叠层结构的例如电感器、变压器等的半导体集成磁性器件。

背景技术

在使用磁性膜来构造半导体集成磁性器件时，需要使磁性膜足够厚，以获得给定操作频率所需的操作特性。但是，磁性器件的给定操作频率所需的单个磁性层的厚度将导致操作时磁性材料中涡流的产生，由此带来某些损耗。这样，磁性膜典型地被制造地足够薄以避免涡流损耗，但是以较低的能量磁性层能力为代价。

但是，可以通过使用交替的薄磁性和绝缘膜的叠层来构建磁结构、来增加集成磁性器件的能量存储，其中，通过薄绝缘层来分离磁性层。通常，使用被绝缘材料层分离的多层磁性材料用于避免磁性材料中涡流的产生，而提供磁性材料的有效厚度，这足以获得给定操作频率想要的操作特性。

用于构建多层磁性绝缘体结构的传统技术包括溅射技术。通常，溅射工艺包括通过交替地溅射磁性材料和介电材料层、光致抗蚀层构图以形成蚀刻掩模、使用蚀刻掩模来蚀刻磁绝缘层的多层叠层并去除多层叠层不想要的区域、然后去除该蚀刻掩模，来形成多层叠层。尽管溅射可被用于构建磁绝缘层的叠层，但用于溅射的材料和制造成本却是高的。

发明内容

本发明的示例性实施例一般包括半导体集成磁性器件例如电感器、变压器等，其具有使用电镀技术来形成的层积磁性-绝缘体叠层结构。

例如，在本发明的一个示例性实施例中，一种集成层积磁性器件包括多层叠层结构，其包含在衬底上形成的交替的磁性和绝缘层，其中，多层叠层结构中的每个磁性层通过绝缘层与多层叠层结构中的另一磁性层分离。局部短接结构将多层叠层结构中的每个磁性层电连接到多层叠层结构中下伏磁性层，以使用叠层中底下伏导电层（磁性层或种子层）作为用于叠层结构中的每个电镀磁性层的电阴极/阳极来促进磁性层的电镀。局部短接结构在两个磁性层之间提供电连接，从而除了与多层叠层结构的磁通路径平行的方向之外，在两个磁性层之间不存在闭合电路径。

在本发明的另一示例性实施例中，一种用于制造集成层积磁性器件的方法包括在衬底上形成第一种子层并在第一种子层上形成掩模结构，其中，该掩模结构暴露限定了器件区域的第一种子层的部分。使用第一种子层作为电阴极或阳极，将第一磁性层电镀到器件区域中的第一种子层的暴露部分上。在器件区域的第一磁性层上形成第一绝缘层。在器件区域中的第一绝缘层上形成第二种子层。在第一绝缘层中形成向下到器件区域中的第一磁性层的开口。在第一绝缘层的开口中形成第一导电插塞，其中，该第一导电插塞将第二种子层电连接到第一磁性层。使用第一种子层作为电阴极或阳极，将第二磁性层电镀到器件区域中的第二种子层的暴露部分上，其中，第一种子层通过第一磁性层和第一导电插塞电连接到第二种子层。

在本发明的又一示例性实施例中，一种用于制造集成层积磁性器件的方法包括在衬底上形成第一种子层并在第一种子层上形成掩模结构，其中，该掩模结构暴露限定了器件区域、突部（tab）区域和场区域的第一种子层的部分。使用第一种子层作为电阴极或阳极，将第一磁性层电镀到器件区域、突部区域和场区域中的第一种子层的暴露部分上。在器件区域的第一磁性层上形成第一绝缘层。在器件区域中的第一绝缘层上以及在突部区域和场区域中的第一磁性层上形成第二种子层，其中，该第二种子层通过第一绝缘层与器件区域中的第一磁性层完全隔离。使用第一种子层作为电阴极或阳极，将第二磁性层电镀到器件区域中的第二种子层的暴露部分上，其中，第一种子层通过突部和场区域中的第一磁性层电连接到第二种子层。

根据说明性实施例的下列详细描述并结合附图，本发明的这些和其他示例性实施例将变得明显。

附图说明

图1是根据本发明的示例性实施例的用局部短接形成的具有多层磁性叠层结构的半导体集成磁性器件的示意性透视图。

图2是根据本发明的另一示例性实施例的用局部短接形成的具有多层磁性叠层结构的半导体集成磁性器件的示意性透视图。

图3示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的沿着磁性叠层结构的一个边缘来实现磁性层的局部短接的方法。

图4示意性地示出了根据本发明的另一示例性实施例的沿着磁性叠层结构的两个相对边缘来实现磁性层的局部短接的方法。

图5A、5B、5C、5D、5E和5F示意性地示出了根据本发明的示例性实施例的用磁性层的局部短接来构造磁性结构的方法，其中：