形成在襯底中的電感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及形成在襯底中的電感器。具體而言，一種方法和器件，包括在第一電介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)體作為線圈的局部匝。在覆蓋所述第一電介質(zhì)層和所述第一導(dǎo)體的第二電介質(zhì)層上形成第二導(dǎo)體，所述第二導(dǎo)體形成所述線圈的局部匝；垂直互連將所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體耦合，以形成所述線圈的第一整匝。所述互連耦合可以通過嵌入一些可選的磁性材料到襯底中進行加強。
【專利說明】形成在襯底中的電感器
【背景技術(shù)】
[0001]當前的有機襯底使用對稱工藝形成，對稱工藝導(dǎo)致金屬和介電層被制造在芯材料的兩面上。在制造層的時候，同一時間制造的層具有一樣的厚度，包括用于形成圖案化導(dǎo)體的銅層。由銅形成的電感器是限制功率傳送方面的固有的限制器。將銅線做得更薄，以獲得更大的電感器，這還增加線的電阻，進一步降低有關(guān)功率傳送的性能。
[0002]一種推薦的解決方案是利用分立部件電感器，這將減少對更薄銅導(dǎo)體的依賴。然而，這種分立部件將不會提供將功率傳送至襯底中的其他功率層的能力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]一種器件，包括在第一電介質(zhì)層上形成第一導(dǎo)體作為線圈的局部匝。在覆蓋所述第一電介質(zhì)層和所述第一導(dǎo)體的第二電介質(zhì)層上形成第二導(dǎo)體，所述第二導(dǎo)體形成所述線圈的局部匝；垂直互連將所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體耦合，以形成所述線圈的第一整匝。
[0004]一種方法，包括形成第一層；在所述第一層上形成線圈的第一局部匝；在所述第一層和所述線圈的第一局部匝上方構(gòu)建(build up)第二電介質(zhì)層；穿過所述第二電介質(zhì)層至所述線圈的所述第一局部匝而形成導(dǎo)電垂直互連；以及在所述第二電介質(zhì)層上形成所述線圈的第二局部匝，所述第二局部匝經(jīng)由所述導(dǎo)電垂直互連耦合至所述第一局部匝，以形成所述線圈的整匝。
[0005]一種器件，包括在第一電介質(zhì)層上形成的作為線圈的局部匝的第一銅導(dǎo)體。在覆蓋所述第一電介質(zhì)層和所述第一導(dǎo)體的第二電介質(zhì)層上形成第二銅導(dǎo)體，所述第二導(dǎo)體形成所述線圈的局部匝；銅垂直互連將所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體耦合，以形成所述線圈的第一整匝。超薄芯將所述電介質(zhì)層和導(dǎo)體支撐在所述超薄芯的第一面上。磁芯被設(shè)置在所述線圈的所述第一整匝內(nèi)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0006]圖1是具有根據(jù)示例性實施例的嵌入式電感器的襯底的結(jié)構(gòu)圖。
[0007]圖2是由犧牲芯分開、具有根據(jù)示例性實施例的嵌入式電感器的兩個襯底的結(jié)構(gòu)圖。
[0008]圖3是示出形成根據(jù)示例性實施例的具有嵌入式電感器的襯底的工藝流程圖。
[0009]圖4是示出形成根據(jù)示例性實施例的具有嵌入式電感器的襯底的替代工藝的工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0010]在下文的說明書中，參考形成說明書的一部分的附圖，并且其中通過說明可以實施的特定實施例的方式示出。這些實施例被描述得足夠具體，以使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，并且應(yīng)當理解的是可以利用其它實施例，并且可以做那些與結(jié)構(gòu)和電相關(guān)的改變，而不會偏離本發(fā)明的范圍。因此，示例性實施例的以下描述不具有限制意義，并且本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
[0011]圖1是具有多個層的有機襯底100的截面示意圖。在一個實施例中，使用超薄芯110形成襯底100，超薄芯110具有構(gòu)建在芯的兩面上的多個對稱的層。在一個實施例中，芯110由玻璃加強樹脂形成。在一個實施例中，整個襯底100可以對稱地形成，其中使用半加成工藝將多個層添加到芯Iio的兩面。在一個實施例中，如115和116所指示，使用導(dǎo)體圖案將芯110的兩面都圖案化。然后，形成電介質(zhì)層120和121，接著形成附加導(dǎo)體圖案125、126，電介質(zhì)層130、131，導(dǎo)體圖案135、136，電介質(zhì)層140、141，導(dǎo)體圖案145、146和電介質(zhì)層150、151。在一個實施例中，芯和電介質(zhì)層都由有機材料形成，導(dǎo)體由諸如銅之類的金屬或者與有機電介質(zhì)層兼容的其他高導(dǎo)電性材料形成。
[0012]在襯底100的頂面155上，兩個多匝電感器157、158由連續(xù)電介質(zhì)層上由通孔導(dǎo)體耦接以形成電感器的完全或整匝的多個局部匝形成。在一個實施例中，每個電感器具有由嵌入在襯底中的高磁導(dǎo)率材料形成的任選的對應(yīng)磁芯160、161，高磁導(dǎo)率材料起到增加每個電感器的感應(yīng)系數(shù)的作用。磁性材料可以例如分散在嵌入在襯底中的環(huán)氧樹脂中。在一個實施例中，磁芯是鈦酸鋇BaTiO3, —種鐵電陶瓷材料。還可以使用其他磁性材料，諸如鐵素體。在進一步的實施例中，不包括磁芯，剩下這種電感器為空芯電感器?，F(xiàn)在將具體描述一個電感器的結(jié)構(gòu)，為了方便起見，從襯底100的頂部開始。注意在制造過程中，電感器可以從芯110向外而形成。
[0013]電感器157包括在165和166處指不的第一局部阻，165和166可以對應(yīng)于第一局部阻的端部。第一局部阻165、166被支撐在電介質(zhì)層140上。在一個實施例中，局部阻可以擴展180度左右的角度，以形成半個正方形或長方形。還可以形成可利用給定處理技術(shù)形成的其他圖案。
[0014]在端部166，穿過電介質(zhì)層140而形成至第二局部匝的用于垂直互連167的導(dǎo)電通孔，第二局部匝使用由電介質(zhì)層130支撐的端部170、171指示。垂直互連167將第一局部匝的端部166連接至第二局部匝的端部170。如從頂視圖所看到的，第二局部匝基本上完成了電感器的第一整匝，磁芯160穿過該整匝向芯110延伸。
[0015]以同樣的方式形成電感器的第二整匝，其中垂直互連172穿過電介質(zhì)層130而延伸至由端部175、176標識的第三局部匝。垂直互連177從端部176穿過電介質(zhì)層120延伸至由端部180和181標識的第四局部匝。端部181是一個示例電感器的端部并且可以經(jīng)由芯110上的導(dǎo)電圖案而耦合至其他電路。
[0016]在進一步的實施例中，可以在另外的電介質(zhì)層上添加更多的局部匝，以形成襯底100的總體設(shè)計參數(shù)預(yù)期和允許的更高感應(yīng)系數(shù)的電感器。空間允許的話，整匝的數(shù)目范圍可以為從一匝至大于兩匝，諸如三、四或更多匝。分接頭可以經(jīng)由每個電介質(zhì)層上的導(dǎo)體圖案從電感器的任意局部匝而延伸。更進一步，電感器局部匝可以在芯上方的層上開始或終止，或者在比層140低的電介質(zhì)層上開始或終止。這種由電介質(zhì)層分開的局部匝的使用提供了襯底Z高度的可擴展性和電感器的可擴展路徑，而不會犧牲沿著更細的線的銅厚度以及間距和設(shè)計規(guī)則調(diào)制。磁性材料的集成將有助于防止垂直互連的快速擴展，其可以限制最大通孔電流。任選的磁芯有助于補償由于使用較少匝以減小Z高度而產(chǎn)生的電感損耗的損耗。任選的雙表面涂飾(finish)允許使用襯底的較低一代設(shè)計規(guī)則。
[0017]襯底100的底面，包括電介質(zhì)層121、131、141和151，可以包括如指示的許多不同的導(dǎo)電圖案和垂直互連。
[0018]圖2示出了犧牲芯200上的封裝的示意性截面圖。在本實施例中，襯底制造工藝開始于犧牲芯，并且關(guān)于犧牲芯200對稱構(gòu)建第一級互連層，如圖所示使用構(gòu)建工藝形成具有超薄芯110的襯底100的兩個版本?？梢允褂糜梢粚踊蚨鄬觩re-peg或具有玻璃布的ABF形成的超薄芯，或者根據(jù)所需厚度構(gòu)建的層壓型芯。還可以構(gòu)建第二級互連。在構(gòu)建組成內(nèi)置電感器的第二級互連面的電介質(zhì)層之后，可以經(jīng)由在兩面上的激光器或機械鉆機而鉆出電感器的芯160、161的開口。然后，可以對芯孔表面去污，并且經(jīng)由橡膠滾軸型工藝而以具有磁性材料作為主要填充物的堵塞材料填充芯孔。考慮到任何封裝可靠性問題，由于磁性材料的導(dǎo)磁系數(shù)和成本，可以選擇磁性材料。堵塞材料可以被固化并平板研磨(bepanels ground),以在隨后的金屬施加和襯底100的最后金屬層和第二級互連的圖案化之前確保平坦。磁疇對準步驟還可以先于堵塞材料固化之前執(zhí)行。在圖3中的300處以方框流程圖的形式描述了示例工藝流程，首先利用犧牲芯并構(gòu)建了第二級互連層。在310形成并準備(pi^pped)犧牲芯，隨后在320處是第二級互連層表面涂飾的形成和焊盤的形成。然后，在330處形成內(nèi)建層，其中電介質(zhì)材料、銅圖案和互連具有選擇厚度以獲得適合于形成電感器的預(yù)期導(dǎo)電特性。然后，在340處，形成阻焊層和第一級互連層側(cè)表面涂飾。在350處，執(zhí)行激光或接觸鉆孔(contact drill)以形成任選磁芯的開口?？梢耘c一些實施例中的磁疇對準和磁性材料的固化一起完成表面去污。在360處，可以隔離犧牲芯，并且使用細尺寸(fine size)焊球形成細線以稱合至管芯和封裝。
[0019]在圖4中的400處以方框流程圖形式描述了示例工藝流程，首先利用犧牲芯并構(gòu)建了第一級互連層。在410處形成并準備犧牲芯，隨后是420處的第一級互連層表面涂飾的形成和焊盤的形成。然后，在430處形成內(nèi)建層，其中電介質(zhì)材料、銅圖案和互連具有選擇厚度以獲得適合于形成電感器的預(yù)期導(dǎo)電特性。然后，在440處，形成阻焊層和第二級互連層側(cè)表面涂飾。在450處，執(zhí)行激光或接觸鉆孔以形成任選磁芯的開口。在一些實施例中，可以與一些實施例中的磁疇對準和磁性材料的固化一起完成表面去污。在460處，可以隔離犧牲芯。在470處，執(zhí)行在`襯底的第一級互連面上的細線和凸起的形成。
[0020]示例:
[0021]1.一種器件，包括:
[0022]第一導(dǎo)體,其形成在第一電介質(zhì)層上作為線圈的局部阻;
[0023]第二導(dǎo)體，其形成在覆蓋所述第一電介質(zhì)層和所述第一導(dǎo)體的第二電介質(zhì)層上，所述第二導(dǎo)體形成所述線圈的局部匝；以及
[0024]垂直互連，其將所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體耦合，以形成所述線圈的第一整匝。
[0025]2.如示例I所述的器件，并且進一步包括設(shè)置在所述線圈的所述第一整匝內(nèi)的磁
-!-H
Λ ο
[0026]3.如示例2所述的器件，其中所述磁芯具有對準的磁疇。
[0027]4.如示例2-3中的任一個所述的器件，并且進一步包括在附加電介質(zhì)層上的兩個附加局部匝導(dǎo)體，所述附加局部匝導(dǎo)體耦合以形成所述線圈的第二整匝。
[0028]5.如示例4所述的器件，其中所述磁芯包括分散在嵌入于襯底中的環(huán)氧樹脂中的高磁導(dǎo)率材料粒子。
[0029]6.如示例1-5中的任一個所述的器件，其中所述導(dǎo)體包括銅跡線。[0030]7.如示例1-6中的任一個所述的器件，其中所述垂直互連包括銅。
[0031]8.如示例1-7中的任一個所述的器件，并且進一步包括超薄芯，所述超薄芯將所述電介質(zhì)層和所述導(dǎo)體支撐在所述超薄芯的第一面上。
[0032]9.如示例1-8中的任一個所述的器件,其中對稱的電介質(zhì)層組(a symmetric setofdielectric layers)被支撐在所述超薄芯的第二面上。
[0033]10.如示例9所述的器件，并且進一步包括犧牲芯，所述犧牲芯在其第一面上支撐所述對稱的電介質(zhì)層組并且在其第二面上支撐第二對稱的電介質(zhì)層組和導(dǎo)體。
[0034]11.如示例9-10中的任一個所述的器件，并且進一步包括穿過多個電介質(zhì)層和所述超薄芯的導(dǎo)電垂直互連。
[0035]12.—種器件，包括:
[0036]第一銅導(dǎo)體,其形成在第一電介質(zhì)層上作為線圈的局部阻;
[0037]第二銅導(dǎo)體；其形成在覆蓋所述第一電介質(zhì)層和所述第一導(dǎo)體的第二電介質(zhì)層上，所述第二導(dǎo)體形成所述線圈的局部匝；
[0038]銅垂直互連，其將所述第一導(dǎo)體和第二導(dǎo)體耦合，以形成所述線圈的第一整匝；
[0039]超薄芯，所述超薄芯在其第一面上支撐所述電介質(zhì)層和導(dǎo)體；以及
[0040]磁芯，其被設(shè)置在所述線圈的所述第一整匝內(nèi)。
[0041]13.如示例12所述的器件，其中所述磁芯具有對準的磁疇。
[0042]14.如示例12-13中的任一個所述的器件，并且進一步包括在附加電介質(zhì)層上的兩個附加局部匝導(dǎo)體，所述附加局部匝導(dǎo)體耦合以形成所述線圈的第二整匝。
[0043]15.如示例14所述的器件，其中所述磁芯包括分散在嵌入于襯底中的環(huán)氧樹脂中的高磁導(dǎo)率材料粒子。
[0044]16.如示例12-15中的任一個所述的器件，并且進一步包括犧牲芯，所述犧牲芯在其第一面上支撐所述對稱的電介質(zhì)層組并且在其第二面上支撐第二對稱的電介質(zhì)層組、超薄芯和導(dǎo)體。
[0045]17.—種方法，包括:
[0046]形成第一層；
[0047]在所述第一層上形成線圈的第一局部匝；
[0048]在所述第一層和所述線圈的第一局部匝上方構(gòu)建第二電介質(zhì)層；
[0049]穿過所述第二電介質(zhì)層至所述線圈的所述第一局部匝而形成導(dǎo)電垂直互連；以及
[0050]在所述第二電介質(zhì)層上形成所述線圈的第二局部匝，所述第二局部匝經(jīng)由所述導(dǎo)電垂直互連耦合至所述第一局部匝，以形成所述線圈的整匝。
[0051]18.如示例17所述的方法，并且進一步包括形成設(shè)置在所述線圈的所述整匝內(nèi)的磁芯。
[0052]19.如示例18所述的方法，并且進一步包括將磁性材料進行磁性對準和固化以形成所述磁芯。
[0053]20.如示例17-19中的任一個所述的方法，并且進一步包括在附加電介質(zhì)層上形成兩個附加局部匝，所述附加局部匝耦合以形成所述線圈的附加整匝。
[0054]21.如示例20所述的方法，并且進一步包括形成設(shè)置在所述線圈的所述整匝內(nèi)的磁芯。[0055]22.如示例21所述的方法，并且進一步包括將磁性材料進行磁性對準和固化以形成所述磁芯。
[0056]23.如示例17-22中的任一個所述的方法，其中所述導(dǎo)體和垂直互連包括銅跡線。
[0057]24.如示例17-22中的任一個所述的方法，其中所述第一層包括支撐電介質(zhì)層和局部匝的超薄芯。
[0058]盡管上面具體描述了一些實施例，但是其他修改也是可能的。例如，附圖中描述的邏輯流不需要所示的特定順序，或者先后順序，以實現(xiàn)預(yù)期結(jié)果?？梢蕴峁┢渌襟E，或者可以從所述流程中刪除步驟，并且可以向所述系統(tǒng)中加入其他部件或者從所述系統(tǒng)中移除部件。其他實施例可以處于下面的權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
[0059]提供摘要以遵守37 C.F.R.Section 1.72(b)，37 C.F.R.Section 1.72(b)要求摘要允許讀者確定技術(shù)公開內(nèi)容的本質(zhì)和要點。應(yīng)當理解的是，這將不會用于限制或解釋權(quán)利要求的范圍或意義。下面的權(quán)利要求以此方式并入【具體實施方式】部分中，其中每個權(quán)利要求獨立地作為單獨的實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種電子器件，包括: 第一導(dǎo)體，其形成在第一電介質(zhì)層上作為線圈的局部阻; 第二導(dǎo)體，其形成在覆蓋所述第一電介質(zhì)層和所述第一導(dǎo)體的第二電介質(zhì)層上，所述第二導(dǎo)體形成所述線圈的局部匝；以及 垂直互連，其將所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體耦合，以形成所述線圈的第一整匝。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子器件，進一步包括設(shè)置在所述線圈的所述第一整匝內(nèi)的磁芯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2中的任一項所述的電子器件，其中所述磁芯具有對準的磁疇。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中的任一項所述的電子器件，進一步包括在附加電介質(zhì)層上的兩個附加局部匝導(dǎo)體，所述兩個附加局部匝導(dǎo)體耦合以形成所述線圈的第二整匝。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中的任一項所述的電子器件，其中所述磁芯包括分散在嵌入于所述襯底中的環(huán)氧樹脂中的高磁導(dǎo)率材料粒子。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中的任一項所述的電子器件，其中所述導(dǎo)體包括銅跡線。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6中的任一項所述的電子器件，其中所述垂直互連包括銅。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-7中的任一項所述的電子器件，進一步包括超薄芯，所述超薄芯在所述超薄芯的第一面上支撐所述電介質(zhì)層和導(dǎo)體。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中的任一項所述的電子器件，其中對稱的電介質(zhì)層組被支撐在所述超薄芯的第二面上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子器件，進一步包括犧牲芯，所述犧牲芯在所述犧牲芯的第一面上支撐所述對稱的電介質(zhì)層組并且在所述犧牲芯的第二面上支撐第二對稱的電介質(zhì)層組和導(dǎo)體。
11.根據(jù)權(quán)利要求9-10中的任一項所述的電子器件，進一步包括穿過多個電介質(zhì)層和所述超薄芯的導(dǎo)電垂直互連。
12.一種電子器件，包括: 第一銅導(dǎo)體，其形成在第一電介質(zhì)層上作為線圈的局部Bi， 第二銅導(dǎo)體，其形成在覆蓋所述第一電介質(zhì)層和所述第一導(dǎo)體的第二電介質(zhì)層上，所述第二導(dǎo)體形成所述線圈的局部匝； 銅垂直互連，其將所述第一導(dǎo)體和所述第二導(dǎo)體耦合，以形成所述線圈的第一整匝； 超薄芯，其在所述超薄芯的第一面上支撐所述電介質(zhì)層和導(dǎo)體；以及 磁芯，其被設(shè)置在所述線圈的所述第一整匝內(nèi)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電子器件，其中所述磁芯具有對準的磁疇。
14.根據(jù)權(quán)利要求12-13中的任一項所述的電子器件，進一步包括在附加電介質(zhì)層上的兩個附加局部匝導(dǎo)體，所述兩個附加局部匝導(dǎo)體耦合以形成所述線圈的第二整匝。
15.根據(jù)權(quán)利要求12-14中的任一項所述的電子器件，其中所述磁芯包括分散在嵌入于所述襯底中的環(huán)氧樹脂中的高磁導(dǎo)率材料粒子。
16.根據(jù)權(quán)利要求12-15中的任一項所述的電子器件，進一步包括犧牲芯，所述犧牲芯在所述犧牲芯的第一面上支撐所述對稱的電介質(zhì)層組和超薄芯并且在所述犧牲芯的第二面上支撐第二對稱的電介質(zhì)層組、超薄芯和導(dǎo)體。
17.一種形成電子器件 的方法，包括:形成第一層； 在所述第一層上形成線圈的第一局部匝； 在所述第一層和所述線圈的所述第一局部匝上方構(gòu)建第二電介質(zhì)層； 形成穿過所述第二電介質(zhì)層至所述線圈的所述第一局部匝的導(dǎo)電垂直互連；以及 在所述第二電介質(zhì)層上形成所述線圈的第二局部匝，所述第二局部匝經(jīng)由所述導(dǎo)電垂直互連耦合至所述第一局部匝，以形成所述線圈的整匝。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的形成電子器件的方法，進一步包括形成設(shè)置在所述線圈的所述整匝內(nèi)的磁芯。
19.根據(jù)權(quán)利要求17-18中的任一項所述的形成電子器件的方法，進一步包括對磁性材料進行磁性對準和固化以形成所述磁芯。
20.根據(jù)權(quán)利要求17-19中的任一項所述的形成電子器件的方法，進一步包括在附加電介質(zhì)層上形成兩個附加局部匝，所述兩個附加局部匝耦合以形成所述線圈的附加整匝。
21.根據(jù)權(quán)利要求17-20中的任一項所述的形成電子器件的方法，進一步包括形成設(shè)置在所述線圈的所述整匝內(nèi)的磁芯。
22.根據(jù)權(quán)利要求17-21中的任一項所述的方法，進一步包括對磁性材料進行磁性對準和固化以形成所述磁芯。
23.根據(jù)權(quán)利要求17-22中的任一項所述的形成電子器件的方法，其中所述導(dǎo)體和垂直互連包括銅跡線。
24.根據(jù) 權(quán)利要求17-23中的任一項所述的形成電子器件的方法，其中所述第一層包括支撐電介質(zhì)層和局部匝的超薄芯。
【文檔編號】H01L23/522GK103872010SQ201310757157
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2013年12月11日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月11日
【發(fā)明者】M·K·羅伊, M·J·馬努沙羅, H·R·蔡斯 申請人:英特爾公司