專利名稱：整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器的制作方法，尤其涉及一種與銅工藝結(jié)合的變壓器的制作方法。
背景技術(shù)：
隨著半導(dǎo)體技術(shù)的突飛猛進(jìn)與無線通信芯片需求的日益殷切下，傳統(tǒng)的電感性元件，例如電感或變壓器等，皆已被整合至單一芯片上，即，與集成電路結(jié)構(gòu)整合，以符合無線通信芯片的小體積及低成本的要求。
請參閱圖1至圖5，圖1至圖5為美國專利第6,727,138號的變壓器制作方法的示意圖。一般變壓器與集成電路結(jié)構(gòu)的整合，于半導(dǎo)體芯片后段工藝(back-end-of-the-line，BEOL)中進(jìn)行，例如于最上層的連接墊(contact pad)制作完成后，始進(jìn)行變壓器的制作。如圖1所示，一集成電路結(jié)構(gòu)100具有一基底102、一通過銅工藝形成于基底102內(nèi)的最高金屬層(topinterconnection metal layer)104，而最高金屬層的表面則覆蓋有一層保護(hù)層106及一金屬墊(metal pad)108。
請參閱圖2與圖3。隨后于基底102上形成一介電層110，于介電層110上對應(yīng)于金屬墊108的位置利用光刻暨蝕刻方法形成一孔洞(via)112，以暴露出金屬墊108。并于介電層110與孔洞112的底部與側(cè)邊形成一銅擴(kuò)散阻擋層(copper-diffusion barrier layer)114。
請參閱圖4與圖5。接著于銅擴(kuò)散阻擋層114上依序形成一主繞組層(primary winding layer)116、一絕緣層(passivation layer)118、與一填滿孔洞112的副繞組層(secondary winding layer)120。最后，如圖5所示，蝕刻部分主繞組層120、絕緣層118、副繞組層116、與銅擴(kuò)散阻擋層114，以形成一具有線圈圖案且與金屬墊108電連接的變壓器。
由此可知，現(xiàn)有的變壓器于半導(dǎo)體后段工藝，尤其是金屬墊工藝完成之后，方可進(jìn)行變壓器的制作。故此制作過程不但較為復(fù)雜，還使得集成電路結(jié)構(gòu)制作成本大為增加。另外，如圖5所示，由于變壓器的主繞組層與副繞組層暴露于外界，因此該些金屬層易受微?；蛲饨缢畾庥绊懫潆娦员憩F(xiàn)。而現(xiàn)有解決該問題的方法只能在完成電壓器的制作后，再于基底上形成一保護(hù)層，覆蓋主繞組層與副繞組層，并需再進(jìn)行一光刻暨蝕刻工藝，以暴露出各金屬墊，或直接將此載有變壓器的晶粒進(jìn)行封裝工藝等。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的為提供一種整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器的制作方法，以解決現(xiàn)有半導(dǎo)體工藝中變壓器工藝與半導(dǎo)體后段工藝需分別進(jìn)行的問題，并可簡化半導(dǎo)體工藝以增進(jìn)產(chǎn)業(yè)的利用性。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明于此提供一種整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器的制作方法，首先提供一基底，并于該基底上同時(shí)形成一最高金屬內(nèi)連線層與一主繞組層(primary winding layer)。隨后于該基底上形成一絕緣層，且該絕緣層暴露出部分該最高金屬內(nèi)連線層。接下來，于該絕緣層上同時(shí)形成一副繞組層(secondary winding layer)與至少一個(gè)金屬焊墊(bonding pads)，且該金屬焊墊通過該些開口與該最高金內(nèi)連線層電連接。
根據(jù)本發(fā)明，本發(fā)明另提供一整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器，其包括一基底、一設(shè)置于該基底上的主繞組層與一最高金屬內(nèi)連線層、一設(shè)置于該主繞組層與該最高金屬內(nèi)連線層上的絕緣層，且該絕緣層具有多個(gè)開口設(shè)置于該最高金屬內(nèi)連線層上、一設(shè)置于該絕緣層上的副繞組層與至少一個(gè)金屬焊墊，且該金屬焊墊通過該些開口電連接至該最高金屬內(nèi)連線層。其中，該主繞組層與該副繞組層構(gòu)成該變壓器。
根據(jù)本發(fā)明所提供的方法，通過同時(shí)制作變壓器的主繞組層與最高金屬內(nèi)連線層，以及同時(shí)制作變壓器的副繞組層與金屬焊墊，提供一整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器，并達(dá)到簡化半導(dǎo)體工藝的目的。


圖1至圖5為現(xiàn)有的變壓器的制作方法的示意圖；圖6至圖10為本發(fā)明所提供整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器的制作方法的一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖；圖11為本發(fā)明所提供的整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器上視圖。
簡單符號說明
100集成電路結(jié)構(gòu)102基底104最高金屬層 106保護(hù)層108金屬墊 110介電層112孔洞114銅擴(kuò)散阻擋層116主繞組層118絕緣層120副繞組層200基底210主繞組層212最高金屬內(nèi)連線層220絕緣層 222開口230金屬層 232副繞組層234金屬焊墊240變壓器250保護(hù)層 300變壓器310主繞組層320副繞組層具體實(shí)施方式
請參閱圖6至圖10，圖6至圖10為本發(fā)明所提供整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器的制作方法的一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。如圖6所示，首先提供一基底200，例如半導(dǎo)體晶片或硅覆絕緣(SOI)等基底，且其包括一有源電路(圖未示)與至少一層金屬內(nèi)連線層(圖未示)。接著再對基底200實(shí)施一銅工藝，以于基底200內(nèi)同時(shí)形成一變壓器的主繞組層210與一最高金屬內(nèi)連線層212。
請參閱圖7。接下來于基底200表面形成一厚度為100～500埃(angstrom)的絕緣層220，覆蓋住主繞組層210與最高金屬內(nèi)連線層212，且絕緣層220具有多個(gè)開口222，分別暴露出部分最高金屬內(nèi)連線層212。
請參閱圖8與圖9。隨后于基底200上形成一金屬層230，且金屬層230填滿各個(gè)開口222。金屬層230的材料包含鈦、氧化鈦、鋁，或上述金屬的合金。隨后對金屬層230實(shí)施一顯影暨蝕刻工藝，使金屬層230于主繞組層210上方形成一副繞組層232，并同時(shí)于最高金屬內(nèi)連線層212上方形成一金屬焊墊234。其中主繞組層210與副繞組層232即構(gòu)成本發(fā)明所提供的整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器240。另外，由于主繞組層210與最高金屬內(nèi)連線層212利用同一工藝形成于基底200內(nèi)；而副繞組層232與金屬焊墊234利用同一工藝形成于絕緣層220上，因此如圖9所示，主繞組層210與最高金屬內(nèi)連線層212整合于約略同一水平面；而副繞組層232與金屬焊墊234整合于約略同一水平面。
值得注意的是，金屬焊墊234通過開口222內(nèi)的金屬層230與最高金屬連線層212電連接；另外，為降低變壓器240的電阻以提升其品質(zhì)因子，副繞組層232的寬度大于主繞組層的寬度210。
請參閱圖10。最后于基底200上再形成一保護(hù)層250，覆蓋住副繞組層232與絕緣層220，并暴露出金屬焊墊234以供對外電連接，至此亦完成金屬焊墊234的制作。且保護(hù)層250的材料包含氮化硅等可有效遮蔽水氣的絕緣物質(zhì)。換句話說，本發(fā)明所提供的整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器的制作方法于完成金屬焊墊234的同時(shí)，便能使副繞組層232完全為保護(hù)層250所覆蓋而不致暴露于外界，因此更可避免副繞組層232受到微?；蛲饨缢畾獾挠绊?。
請參閱圖11。圖11為本發(fā)明所提供的整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器的上視圖，為方便說明，圖11僅繪示本發(fā)明所提供的變壓器的主繞組層與副繞組層，而省略其它部分。如圖11所示，變壓器300的主繞組層310通過一銅工藝于基底內(nèi)形成最高金屬連線層(圖未示)時(shí)，同時(shí)形成于基底內(nèi)；而變壓器300的副繞組層320于基底表面形成金屬焊墊(圖未示)時(shí)同時(shí)形成于基底表面上。另外，變壓器300還包括一絕緣層(圖未示)設(shè)于主繞組層310與副繞組層320之間。
值得注意的是，主繞組層310與副繞組層320分別具有一線圈圖案，由于副繞組層320的感應(yīng)電流為電流流過主繞組層310的線圈時(shí)因磁感應(yīng)所產(chǎn)生的，因此當(dāng)主繞組層310的線圈于通電時(shí)所產(chǎn)生的磁力線亦通過副繞組層320的線圈圖案即可產(chǎn)生副繞組層320的感應(yīng)電流，故主繞組層310與副繞組層320的線圈圖案可為完全重合或如本實(shí)施例所示的部分重疊等的布局設(shè)計(jì)；優(yōu)選者，主繞組層310與副繞組層320的線圈圖案為共軸。另外，為降低電阻提高品質(zhì)因子，主繞組層310的線寬小于副繞組層320的線寬。圖11揭示本發(fā)明所提供的整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器的主繞組層與副繞組層的線圈圈數(shù)與其線圈圖案的一種重疊方式，然其線圈圈數(shù)與兩線圈圖案重疊方式不限于此。
綜上所述，根據(jù)本發(fā)明所提供的整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器的制作方法，是通過同時(shí)制作變壓器的主繞組層與最高金屬內(nèi)連線層，以及同時(shí)制作變壓器的副繞組層與金屬焊墊的方式，進(jìn)而提供一整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器的簡化工藝。因此，根據(jù)本發(fā)明所提供的方法，可省去多個(gè)曝光顯影步驟，達(dá)到簡化工藝與降低成本的目的。另外，本發(fā)明所提供的整合于半導(dǎo)體集成電路的變壓器于完成金屬焊墊的同時(shí)提供副繞組層一保護(hù)層，因此更可有效避免副繞組層受到外界水氣的影響，提高可靠度。
以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，凡依本發(fā)明權(quán)利要求所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
權(quán)利要求
1.一種整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器的制作方法，包括以下步驟提供基底；于該基底上同時(shí)形成最高金屬內(nèi)連線層與主繞組層；于該基底表面形成絕緣層，該絕緣層覆蓋該主繞組層與該最高金屬內(nèi)連線層，且該絕緣層具有多個(gè)開口，暴露出部分該最高金屬內(nèi)連線層；以及于該絕緣層上同時(shí)形成副繞組層與至少一個(gè)金屬焊墊，且該金屬焊墊通過該些開口與該最高金屬內(nèi)連線層電連接。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該基底還包括有源電路以及至少一金屬內(nèi)連線層設(shè)于該基底上。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該絕緣層的厚度為100-500埃。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該最高金屬內(nèi)連線層與該主繞組層是通過實(shí)施銅工藝而同時(shí)形成于該基底上。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該副繞組層的材料包括鈦、氧化鈦、鋁，或上述金屬的合金。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中該主繞組層與該副繞組層分別具有線圈圖案。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該主繞組層與該副繞組層的線圈圖案為部分重疊。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中該主繞組層與該副繞組層的線圈圖案為共軸。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中該主繞組層的線寬小于該副繞組層的線寬。
10.如權(quán)利要求1所述的方法，還包括于該基底上形成保護(hù)層的步驟，該保護(hù)層覆蓋該副繞組層并暴露出該金屬焊墊。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其中該保護(hù)層的材料包括氮化硅。
12.一種整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，包括基底；主繞組層與最高金屬內(nèi)連線層設(shè)置于該基底上；絕緣層，設(shè)置于該主繞組層與該最高金屬內(nèi)連線層上，且該絕緣層具有多個(gè)開口暴露出部分該最高金屬內(nèi)連線層；以及副繞組層與至少一個(gè)金屬焊墊，該副繞組層與該金屬焊墊分別設(shè)置于該絕緣層上與該最高金屬內(nèi)連線層上，且該金屬焊墊通過該些開口電連接至該最高金屬內(nèi)連線層；其中，該主繞組層與該副繞組層構(gòu)成該變壓器。
13.如權(quán)利要求12所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該基底還包括有源電路與至少一金屬內(nèi)連線層。
14.如權(quán)利要求12所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該絕緣層的厚度為100～500埃。
15.如權(quán)利要求12所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該主繞組層的材料包括銅。
16.如權(quán)利要求12所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該副繞組層的材料包括鈦、氧化鈦、鋁，或上述金屬的合金。
17.如權(quán)利要求12所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該主繞組層與該副繞組層分別具有一線圈圖案。
18.如權(quán)利要求17所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該主繞組層與該副繞組層的線圈圖案為部分重疊。
19.如權(quán)利要求18所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該主繞組層與該副繞組層的線圈圖案為共軸。
20.如權(quán)利要求17所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該主繞組層的線寬小于該副繞組層的線寬。
21.如權(quán)利要求12所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該主繞組層與該最高金屬內(nèi)連線層整合于約略同一水平面。
22.如權(quán)利要求12所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該副繞組層與該金屬焊墊整合于約略同一水平面。
23.如權(quán)利要求12所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，還包括保護(hù)層，覆蓋該副繞組層，并暴露出該金屬焊墊。
24.如權(quán)利要求23所述的整合于半導(dǎo)體集成電路結(jié)構(gòu)的變壓器，其中該保護(hù)層的材料包括氮化硅。
全文摘要
提供一基底，于該基底上形成一最高金屬內(nèi)連線層與一主繞組層。隨后于該基底上形成一絕緣層，且該絕緣層具有多個(gè)開口暴露出部分該最高金屬內(nèi)連線層。接下來，于該絕緣層上分別形成一副繞組層與至少一個(gè)金屬焊墊，且該金屬焊墊通過該些開口與該最高金屬內(nèi)連線層電連接。
文檔編號H01F41/00GK101060097SQ20061007435
公開日2007年10月24日 申請日期2006年4月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月17日
發(fā)明者洪建州, 曾華洲, 梁其翔, 陳佑嘉, 許村來 申請人:聯(lián)華電子股份有限公司