1.一種集成磁性設(shè)備,包括:
硅晶片基板,有源區(qū),所述有源區(qū)在其上包括通過導(dǎo)電互連層耦合的晶體管、二極管、電容器和電阻器以形成有源電路,其中所述有源區(qū)接觸所述硅晶片基板的頂部表面,并且包括第一多個(gè)接合觸點(diǎn),其中所述導(dǎo)電互連層包括其間具有絕緣層的多個(gè)導(dǎo)電材料層,所述多個(gè)導(dǎo)電材料層通過刺穿它們的相關(guān)聯(lián)的絕緣層的第一多個(gè)通孔耦合在一起,其中所述導(dǎo)電互連層的頂部是絕緣層,具有開口以暴露第一多個(gè)接合觸點(diǎn);
氮化硅層,所述氮化硅層覆蓋并接觸所述絕緣層,也具有開口,以暴露所述第一多個(gè)接合觸點(diǎn);
第一聚合物層,所述第一聚合物層沉積在所述氮化硅層的頂部上,包括從所述第一聚合物層的頂部向下延伸到所述第一多個(gè)接合觸點(diǎn)的第一多個(gè)開口;
第一高電導(dǎo)材料層,所述第一高電導(dǎo)材料層沉積在所述第一聚合物層的頂部表面上,填充所述第一聚合物層中的所述第一多個(gè)開口,形成第二多個(gè)通孔,從而將所述第一高電導(dǎo)材料層耦合到所述第一多個(gè)接合觸點(diǎn),其中所述第一高電導(dǎo)材料層被配置為形成多個(gè)下部線圈構(gòu)件,并且還包括第二多個(gè)接合觸點(diǎn);
第二聚合物層,所述第二聚合物層接觸所述第一聚合物層和所述第一高電導(dǎo)材料層,其中所述第二聚合物層的頂部表面是平坦的,所述第二聚合物層包括從所述第二聚合物層的所述頂部表面向下延伸到所述第二多個(gè)接合觸點(diǎn)的第二多個(gè)開口,其中用第三多個(gè)通孔填充所述第二聚合物層中的所述第二多個(gè)開口;
交替的磁膜材料和絕緣材料的多個(gè)層,所述交替的磁膜材料和絕緣材料的多個(gè)層被沉積和限定在第二聚合物層的所述頂部表面上,其中如所限定的,所述交替的磁膜材料和絕緣材料的多個(gè)層不接觸暴露在所述第二聚合物層的所述頂部表面上的所述第三多個(gè)通孔;
第三聚合物層,所述第三聚合物層被沉積接觸所述第二聚合物層和交替的磁性材料和絕緣材料的多個(gè)層的頂部,所述第三聚合物層包括從所述第三聚合物層的頂部表面向下延伸到所述第三多個(gè)通孔的頂部表面的第三多個(gè)開口;
第二高電導(dǎo)材料層,所述第二高電導(dǎo)材料層被沉積在所述第三聚合物層的所述頂部表面上,其中所述第二高電導(dǎo)材料層填充所述第三聚合物層中的所述第三多個(gè)開口,形成第四多個(gè)通孔,從而將所述第二高電導(dǎo)材料層耦合到所述第一多個(gè)接合觸點(diǎn),所述第三高電導(dǎo)材料層被配置為形成多個(gè)上部線圈構(gòu)件,并且還包括第三多個(gè)接合觸點(diǎn);以及
第四聚合物層,所述第四聚合物層被沉積接觸所述第三聚合物層和所述第二高電導(dǎo)材料層的頂部,其中所述第四聚合物層包括從所述第四聚合物層的頂部表面向下延伸到所述第二高電導(dǎo)材料層的開口,用焊錫球填充所述第四聚合物層中的所述開口,其中所述焊錫球提供到外部電路系統(tǒng)的連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成磁性設(shè)備,其中所述第一聚合物層被配置為充當(dāng)電感器和硅晶片之間的應(yīng)力緩解層,其中所述第一聚合物層的厚度是在5μm-15μm之間,并且所述第一聚合物層從聚合物SU8或PI-2622的組中選取。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成磁性設(shè)備,其中所述第二聚合物層從聚合物SU8 3000或PI-2622的組中選取。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成磁性設(shè)備,其中每個(gè)磁膜層具有從0.1μm到3μm的范圍的厚度,所述每個(gè)磁膜層之間具有10nmAIN電介質(zhì),并且所述磁膜層的構(gòu)成從Ni80Fe20、Co90Ta5Zr5或FeAIN的組中選擇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成磁性設(shè)備,其中所述層壓磁芯總厚度是在5μm-15μm之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的集成磁性設(shè)備,其中所述第一高電導(dǎo)材料層和所述第二高電導(dǎo)材料層包括具有20μm的厚度的銅。
7.一種形成集成磁性設(shè)備的方法,包括:
提供常規(guī)形成的集成電路晶片,其中通過在導(dǎo)電互連層的頂部處的絕緣層中的開口暴露集成電路中的每個(gè)集成電路的接合觸點(diǎn);
在晶片上沉積和限定氮化硅層,其中所述氮化硅層接觸所述導(dǎo)電互連層的所述頂部處的所述絕緣層,并且暴露通過在所述導(dǎo)電互連層的所述頂部處的所述絕緣層中的所述開口暴露的所述接合焊盤;以及通過使用圖案化和刻蝕工藝,通過所述氮化硅層中的開口暴露所述接合觸點(diǎn);
將第一聚合物層旋涂和圖案化到所述晶片上,所述第一聚合物層從聚合物SU8或PI-2622的組中選??;
將Ti/Cu的第一籽晶層濺射到所述第一聚合物層的頂部表面上;
使用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝,將光刻膠層旋涂和圖案化到所述第一籽晶層上;
將第一高電導(dǎo)材料層電鍍到光刻膠的表面上,并且進(jìn)入由所述光刻膠限定的開口區(qū)域中,接觸所述第一籽晶層,并且限定包括第二多個(gè)觸點(diǎn)的多個(gè)下部線圈構(gòu)件,填充在所述第一聚合物層中的第一多個(gè)開口,從而將所述第一高電導(dǎo)材料層耦合到第一多個(gè)接合觸點(diǎn);
使用標(biāo)準(zhǔn)光刻膠剝離方法剝離所述光刻膠層,并且干法刻蝕所暴露的第一籽晶層;
將第二聚合物層旋涂到所述晶片上,并且烘烤所述第二聚合物層,以使所述聚合物層固化;
將圖案化的硬掩膜沉積在所述晶片上,接觸所述第二聚合物的頂部表面,其中將第二多個(gè)開口刻蝕到所述第二聚合物層中,所述第二多個(gè)開口從所述第二聚合物層的所述頂部表面向下延伸到第二多個(gè)觸點(diǎn);
移除所述硬掩膜;
將Ti/Cu的第二籽晶層濺射到所述第一聚合物層的所述頂部表面上;
使用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝,將光刻膠層旋涂和圖案化到所述第二籽晶層上;
將高電導(dǎo)材料層電鍍到由所述光刻膠限定的所述開口區(qū)域中,接觸所述第二籽晶層,并且限定第一多個(gè)通孔,從而將所述第一多個(gè)通孔耦合到所述第一多個(gè)接合觸點(diǎn);
使用標(biāo)準(zhǔn)光刻膠剝離方法剝離所述光刻膠層,并且干法刻蝕所暴露的第二籽晶層;
將鈦層濺射到所述第二聚合物層的所述頂部表面上,接觸所述第二聚合物層和所述第一多個(gè)通孔的頂部;
在磁場(chǎng)中,使用Veeco Nexus PVDi工具,將層壓磁芯沉積在所述鈦層的頂部表面上,所述層壓磁芯包括交替的磁膜材料和絕緣材料的多個(gè)層,其中交替的磁性材料和絕緣材料的多個(gè)層被限定為不接觸暴露在所述第二聚合物層的所述頂部表面上的所述第一多個(gè)通孔;
使用標(biāo)準(zhǔn)光刻膠工藝,圖案化和刻蝕所述交替的磁性材料和絕緣材料的多個(gè)層和所述鈦層,其中然后使用標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)剝離所述光刻膠;
將第三聚合物層旋涂到所述晶片上,并且烘烤所述第三聚合物層,以使所述聚合物層固化;
將圖案化的硬掩膜沉積在所述晶片上,接觸所述第三聚合物層的頂部表面,其中將第三多個(gè)開口刻蝕到所述第三聚合物層中,所述第三多個(gè)開口從所述第三聚合物層的所述頂部表面向下延伸到所述第一多個(gè)通孔;
移除所述硬掩膜;
將Ti/Cu的第三籽晶層濺射到所述第三聚合物層的所述頂部表面上;
使用標(biāo)準(zhǔn)光刻工藝,將光刻膠層旋涂和圖案化到所述第三籽晶層上;
將第二高電導(dǎo)材料層電鍍到所述光刻膠的所述表面上,并且進(jìn)入由所述光刻膠限定的所述開口區(qū)域中,接觸所述第三籽晶層,并且限定包括第二多個(gè)觸點(diǎn)的多個(gè)上部線圈構(gòu)件,以及填充所述第三聚合物層中的所述第三多個(gè)開口,從而將所述第二高電導(dǎo)材料層耦合到所述第一多個(gè)接合觸點(diǎn);
使用標(biāo)準(zhǔn)光刻膠剝離方法剝離所述光刻膠層,并且干法刻蝕所暴露的第一籽晶層;
沉積第四聚合物層,接觸所述第三聚合物層和所述第二高電導(dǎo)材料層,其中所述第四聚合物層包括從所述第四聚合物層的頂部表面向下延伸穿過所述第四聚合物層到所述第二高電導(dǎo)材料層的開口;
在磁場(chǎng)存在的情況下,其中磁場(chǎng)為0.1-1T,磁層經(jīng)受300-500C的第二退火,其中所述第二退火進(jìn)一步限定易軸/難軸;以及
在形成于所述第四聚合物層中的所述開口中形成焊接凸塊,接觸所述第二高電導(dǎo)材料層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成集成磁性設(shè)備的方法,其中所述第二聚合物層從聚合物SU8 3000或PI-2622的組中選取,其中如果選取PI-2622,則使用CMP工藝以使表面平坦化,并且其中如果使用SU8 3000替代PI-2622用于所述第二聚合物層,因?yàn)镾U8 3000大部分自平坦化到所需的容差,所以不需要CMP。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成集成磁性設(shè)備的方法,其中每個(gè)磁膜層被濺射具有從0.1μm到3μm的范圍的厚度,所述每個(gè)磁膜層之間具有10nm AIN電介質(zhì),其中總的層壓磁芯厚度是在5μm-15μm之間,在磁場(chǎng)存在的情況下完成所述濺射,以確定磁性材料的所述易軸,并且其中取向使得所述交替的磁性材料和絕緣材料的多個(gè)層中的B場(chǎng)在所述難軸的方向上。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成集成磁性設(shè)備的方法,其中所述磁膜層能夠從Ni80Fe20、Co90Ta5Zr5或FeAIN的組中選擇。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成集成磁性設(shè)備的方法,其中在濺射之后,在磁場(chǎng)的存在的情況下,所述磁膜層接收300-500℃的退火,進(jìn)一步限定所述易軸/難軸。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成集成磁性設(shè)備的方法,其中所述第一高電導(dǎo)材料層和所述第二高電導(dǎo)材料層包括具有20μm的厚度的銅。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成集成磁性設(shè)備的方法,其中所述第一聚合物層被配置為充當(dāng)電感器和硅晶片之間的應(yīng)力緩解層,其中所述第一聚合物層的厚度是在5μm-15μm之間,并且所述第一聚合物層從聚合物SU8或PI-2622的組中選取。
14.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成集成磁性設(shè)備的方法,其中所述第一聚合物層是PI-2622,并且在旋涂之后,接著烘烤所述第一聚合物層,以使所述聚合物層固化,將圖案化的硬掩膜沉積在所述晶片上,接觸所述第一聚合物層的所述頂部表面,其中將第一多個(gè)開口刻蝕到所述第一聚合物層中,所述第一多個(gè)開口從所述第一聚合物層的所述頂部表面向下延伸到多個(gè)接合觸點(diǎn),移除所述硬掩膜。
15.根據(jù)權(quán)利要求7所述的形成集成磁性設(shè)備的方法,其中所述第一聚合物層是SU8,在旋涂之后,接著軟烘烤所述第一聚合物層,將光刻膠層沉積和圖案化到所述晶片上,接觸所述第一聚合物層的所述頂部表面,其中由光源發(fā)生曝光,在所述曝光之后,執(zhí)行后曝光烘烤,其中然后顯影所述光刻膠和未曝光的SU8,其中在顯影之后,然后硬烘烤所述SU8,并且在所述顯影工藝之后,曝光于所述光源的所述SU8將保留在所述晶片上。