包括磁耦合單片集成線圈的半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及包括磁耦合單片集成線圈的半導(dǎo)體器件。一種半導(dǎo)體器件包括：第一線圈，其單片地集成在半導(dǎo)體主體的第一部分中且包括纏繞第一磁芯結(jié)構(gòu)的第一繞組。第二線圈單片地集成在半導(dǎo)體主體的第二部分中且包括纏繞第二磁芯結(jié)構(gòu)的第二繞組。所述第一和第二線圈彼此磁耦合。半導(dǎo)體主體中的絕緣體框架包圍第一部分且排除第二部分。在不對用于連接繞組的匝的背面金屬化進(jìn)行圖案化且不受限于薄襯底的情況下實(shí)現(xiàn)了第一和第二線圈之間的高介電強(qiáng)度。
【專利說明】包括磁耦合單片集成線圈的半導(dǎo)體器件
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請總體上涉及半導(dǎo)體，并且特別涉及單片集成電感器。
【背景技術(shù)】
[0002]舉例來說，磁耦合線圈或電感器被用于信號的流電去耦、芯片上電流測量和功率轉(zhuǎn)換器。期望進(jìn)一步改進(jìn)單片集成電感器。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，一種半導(dǎo)體器件包括第一線圈，所述第一芯片單片集成在半導(dǎo)體主體的第一部分中且包括第一繞組。第二線圈單片集成在半導(dǎo)體主體的第二部分中且包括第二繞組。該第一和第二線圈彼此磁耦合。半導(dǎo)體主體中的絕緣體框架沿著與該半導(dǎo)體主體的主表面平行的橫向方向包圍所述第一部分，并排除所述第二部分。
[0004]在閱讀下面的詳細(xì)描述且查看附圖后，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識到附加特征和優(yōu)點(diǎn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0005]附圖被包括以提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，且該附圖被合并在本說明書中并構(gòu)成其一部分。附圖圖示了本發(fā)明的實(shí)施例且連同該描述一起用來解釋本發(fā)明的原理。將容易地意識到本發(fā)明的其他實(shí)施例和預(yù)期優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兺ㄟ^參考下面的詳細(xì)描述而變得更好理解。
[0006]圖1A是與包括根據(jù)提供線性磁芯結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的兩個(gè)磁耦合線圈的半導(dǎo)體器件的主表面平行的示意性橫截面視圖。
[0007]圖1B是沿著圖1A中的線B-B的半導(dǎo)體器件的部分的另一示意性橫截面視圖。
[0008]圖2A是與包括根據(jù)提供連續(xù)線圈結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的兩個(gè)磁耦合線圈的半導(dǎo)體器件的一部分的主表面平行的示意性橫截面視圖。
[0009]圖2B是沿著圖2A中的線B-B的半導(dǎo)體器件的部分的另一示意性橫截面視圖。
[0010]圖3A是與包括根據(jù)提供連續(xù)絕緣體框架的實(shí)施例的兩個(gè)磁耦合線圈的半導(dǎo)體器件的一部分的主表面平行的示意性橫截面視圖。
[0011]圖3B是沿著圖3A中的線B-B的半導(dǎo)體器件的部分的另一示意性橫截面視圖。
[0012]圖4A是與根據(jù)提供具有嵌套框架結(jié)構(gòu)的絕緣體框架的實(shí)施例的半導(dǎo)體器件的主表面平行的示意性橫截面視圖。
[0013]圖4B是沿著圖4A中的線B-B的半導(dǎo)體器件的部分的另一示意性橫截面視圖。
[0014]圖5A是包括與SOI襯底有關(guān)的單片集成變壓器的半導(dǎo)體器件的一部分的示意性橫截面視圖。
[0015]圖5B是包括根據(jù)提供加固(enforcement)結(jié)構(gòu)的實(shí)施例的單片集成變壓器的半導(dǎo)體器件的一部分的示意性橫截面視圖。[0016]圖5C是包括根據(jù)與硅襯底有關(guān)的實(shí)施例的單片集成變壓器的半導(dǎo)體器件的一部分的示意性橫截面視圖。
[0017]圖是包括根據(jù)與多個(gè)SOI襯底有關(guān)的實(shí)施例的單片集成變壓器的半導(dǎo)體器件的一部分的示例性橫截面視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]在下面的詳細(xì)描述中，對附圖進(jìn)行參考，附圖形成該詳細(xì)描述的一部分，并且在附圖中，以圖示的方式示出了可以在其中實(shí)施本發(fā)明的具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不偏離本發(fā)明范圍的情況下，可以利用其他實(shí)施例且可以做出結(jié)構(gòu)或邏輯改變。例如，針對一個(gè)實(shí)施例所圖示或描述的特征可以在其他實(shí)施例上使用或者結(jié)合其他實(shí)施例使用以產(chǎn)生另外又一實(shí)施例。意圖是，本發(fā)明包括這樣的修改和變形。使用不應(yīng)被理解為限制所附權(quán)利要求的范圍的具體語言來描述示例。附圖沒有按照比例繪制并且僅用于圖示目的。為了清楚起見，如果沒有以其他方式聲明，那么在不同附圖中，相同的元件已由對應(yīng)的標(biāo)記指定。
[0019]術(shù)語“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等等是開放性的，并且這些術(shù)語指示所聲明的結(jié)構(gòu)、元件或特征的存在，但不排除附加元件或特征。意圖是，冠詞“一”、“一個(gè)”和“該”包括復(fù)數(shù)以及單數(shù)，除非上下文以其他方式清楚地指示。
[0020]術(shù)語“電連接”描述電連接元件之間的永久低電阻連接，例如所涉及的元件之間的直接接觸或者經(jīng)由金屬和/或高度摻雜半導(dǎo)體的低電阻連接。
[0021]圖1A至IB涉及包括具有主表面101的半導(dǎo)體主體190的半導(dǎo)體器件100。該半導(dǎo)體主體190由單晶半導(dǎo)體材料提供，所述單晶半導(dǎo)體材料例如是硅(Si)、碳化硅(SiC)、鍺(Ge)、硅鍺晶體(SiGe)、氮化鎵(GaN)、砷化鎵(GaAs)、磷化鎵(GaP)、磷化銦(InP)、或砷化銦(InAs)。在所圖示的部分之外，半導(dǎo)體主體190還可以包括導(dǎo)電、絕緣或有半導(dǎo)體特性的結(jié)構(gòu)，諸如例如摻雜區(qū)、淺溝槽絕緣體結(jié)構(gòu)、半導(dǎo)體元件、邏輯電路、驅(qū)動器電路、布線線路和接觸焊盤。主表面101的法向定義了垂直方向，且橫向方向是與主表面101平行的方向。
[0022]具有第一繞組112的第一線圈110單片集成在半導(dǎo)體主體190的第一部分191中。第一部分191可以具有圓形、橢圓形、多邊形形狀，例如矩形形狀?？梢栽趶闹鞅砻?01延伸到半導(dǎo)體主體190中的腔中形成第一線圈110。線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111內(nèi)襯于該腔中并覆蓋包括該腔的側(cè)壁和底部的內(nèi)表面。線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111可以包括一個(gè)或多個(gè)層，例如，將第一線圈110與半導(dǎo)體主體190電絕緣的介電層。該介電層可以包括一種或多種絕緣體材料(例如，形成半導(dǎo)體主體190的半導(dǎo)體材料的成分的氧化物或氮化物)的子層。在硅半導(dǎo)體主體190的情況下，例如，介電層可以包括例如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅的子層。線圈絕緣體層111可以包括阻擋層，其有效地作為擴(kuò)散阻擋并且阻礙原子從第一繞組112擴(kuò)散到半導(dǎo)體主體190中。該阻擋層可以包括由氮化硅(例如SiN或Si3N4)或TiW制成的一個(gè)或多個(gè)子層。
[0023]第一繞組112可以包括在具有平行于垂直方向的分量的方向上延伸的至少兩個(gè)垂直段(section)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，沿著從主表面101延伸到半導(dǎo)體主體190中的V形腔的側(cè)壁形成錐狀垂直段，其中，可以使用相對簡單的蝕刻工藝來形成該腔。根據(jù)另一實(shí)施例，垂直段與垂直方向近似平行。第一繞組112可以包括與主表面101近似平行地延伸的至少一個(gè)底部段。
[0024]垂直段沿平行于主表面101伸展的兩條線而布置。底部段平行于主表面101伸展。每個(gè)底部段沿著遠(yuǎn)離主表面101的邊緣連接沿著不同線布置的兩個(gè)垂直段。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一繞組112還包括至少一個(gè)頂部段，其在與主表面101平行的平面中伸展并且沿著面向主表面101的邊緣連接沿著不同線布置的兩個(gè)垂直段以形成一個(gè)或多個(gè)匝。
[0025]第一繞組112可以包括一個(gè)或多個(gè)子層，其包含摻雜半導(dǎo)體材料(例如多晶硅)、或者金屬(諸如銅(Cu)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈦(Ti)、銀(Ag)、金(Au)、鉬(Pt)和/或鈀(Pd)或鎢(W))作為主要成分或作為僅有成分。所述一個(gè)或多個(gè)子層可以包括金屬硅化物、金屬氮化物、導(dǎo)電金屬氧化物或金屬合金。
[0026]連接引線(未圖示)可以將第一繞組112與第一部分191內(nèi)的其他導(dǎo)電部分(例如半導(dǎo)體元件、邏輯電路、驅(qū)動器電路、傳感器電路或接觸焊盤)電連接。
[0027]第一繞組112纏繞第一磁芯結(jié)構(gòu)。第一磁芯結(jié)構(gòu)包括磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)115的部分，其中，磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)115的其他部分可以使第一繞組112的相鄰匝相對于彼此電絕緣。第一磁芯結(jié)構(gòu)可以專門由磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)115的部分形成。根據(jù)另一實(shí)施例，第一磁芯結(jié)構(gòu)包括由磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)115的部分包圍的空隙。根據(jù)另一實(shí)施例，第一磁芯結(jié)構(gòu)包括由以下各項(xiàng)構(gòu)成或包括以下各項(xiàng)的磁芯:抗磁材料、鐵磁材料、順磁材料或亞鐵磁材料?？梢赃x擇(一種或多種)磁芯材料以實(shí)現(xiàn)第一和第二繞組之間的高度磁耦合以及第一和第二繞組之間的可靠電介質(zhì)隔離(甚至在高電勢差處)二者。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，由嵌入到樹脂模具中的鐵氧體顆粒來形成磁芯以實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)效果。如果應(yīng)用提供了要被應(yīng)用于第一繞組112的高頻信號，則磁芯可以不存在，并且第一繞組112纏繞由磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)115形成或包括空隙的磁芯結(jié)構(gòu)。
[0028]磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)115可以包括一個(gè)或多個(gè)子層，其中，每個(gè)子層可以由以下各項(xiàng)構(gòu)成或者包含以下各項(xiàng):氧化硅(例如，使用TEOS(正硅酸乙酯)作為前驅(qū)體材料的氧化硅)、氮氧化硅、氮化硅、BSG (硼硅玻璃)、PSG (磷硅玻璃)、BPSG (硼磷硅玻璃)、環(huán)氧樹脂或電介質(zhì)聚合物(比如不具有任何添加劑或包含一種或多種添加劑的聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚對二甲苯)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，線圈絕緣體結(jié)構(gòu)115完全填充第一繞組112的內(nèi)部。
[0029]根據(jù)所圖示的實(shí)施例，磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)115將第一繞組112與磁芯118分離。磁芯118由以下材料構(gòu)成或包含以下材料:磁性材料、抗磁材料、順磁材料、鐵磁材料或亞鐵磁材料。磁芯118可以具有分層結(jié)構(gòu)，該分層結(jié)構(gòu)具有通過中間介電層彼此電絕緣的磁性、鐵磁或亞鐵磁層的序列。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，磁芯118包括多個(gè)層，每個(gè)層由鎳(Ni)、鐵(Fe)或鎳鐵合金(NiFe)構(gòu)成或者包含鎳(Ni)、鐵(Fe)或鎳鐵合金(NiFe)。根據(jù)另一實(shí)施例,磁芯118包含嵌入到電介質(zhì)聚合物或塑料材料中的鐵磁或亞鐵磁金屬粉末。
[0030]具有纏繞第二磁芯結(jié)構(gòu)的第二繞組122的第二線圈120單片集成在半導(dǎo)體主體190的第二部分192中。第二線圈120包括將第二繞組122與所包圍的半導(dǎo)體主體190電絕緣的線圈絕緣體結(jié)構(gòu)121。第一和第二線圈110、120的線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111、121可以被提供有相同的結(jié)構(gòu)并由相同的材料提供。第二繞組122可以具有一個(gè)或多個(gè)匝。第二繞組122的結(jié)構(gòu)和材料可以與第一繞組112的結(jié)構(gòu)和材料相同。第二繞組122可以具有與第一繞組112相同的匝數(shù)，或者可以具有比第一繞組112更多或更少的匝。磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)125的部分將第二繞組122的相鄰匝電絕緣。磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)125的其他部分可以完全填充第二繞組122的內(nèi)部或者可以留出空隙。根據(jù)所圖示的實(shí)施例，磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)125將第二繞組122與磁芯128電絕緣。一方面磁芯118、128以及另一方面第一和第二線圈110、120的磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)115、125分別可以具有相同的結(jié)構(gòu)并可以由相同的材料提供。
[0031]第一和第二線圈110、120可以被布置成使得平行于主表面101的第一線圈110的縱軸119與第二線圈120的縱軸129 —致，以使得第一和第二線圈110、120在空間上被調(diào)整至彼此。
[0032]絕緣體框架135被形成在半導(dǎo)體主體190中，沿著橫向方向包圍半導(dǎo)體主體190的具有第一線圈110的第一部分191，并排除具有第二線圈120的第二部分192。絕緣體框架135在平行于主表面101的平面中完全經(jīng)過第一部分191的每個(gè)橫截面周圍。絕緣體框架135可以在整個(gè)周邊上具有統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)。根據(jù)另一實(shí)施例，絕緣體框架135包括第一和第二線圈110、120所共享的連續(xù)公共線圈結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)中間部分。在該中間部分之外，絕緣體框架135的橫截面形狀可以變化。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，絕緣體框架135可以具有統(tǒng)一的橫截面形狀、統(tǒng)一的寬度和在垂直于主表面101的方向上統(tǒng)一的延伸。絕緣體框架135垂直于主表面的延伸大于包括線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111的第一線圈110的延伸。
[0033]絕緣體框架135可以是可在從主表面101延伸到半導(dǎo)體主體190中的腔中形成的單部分(one-part)框架。絕緣體框架135可以由熱或沉積絕緣體材料的一個(gè)或多個(gè)子層提供，所述熱或沉積絕緣體材料例如是氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、BSG、PSG、BPSG、環(huán)氧樹脂或電介質(zhì)聚合物(比如不具有任何添加劑或包含一種或多種添加劑的聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚對二甲苯)。另一實(shí)施例可以提供具有介電層的絕緣體框架135，該絕緣體框架135圍住包括多晶硅的填充部分或空隙。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，絕緣體框架135包括由碳化硅(SiC)構(gòu)成或包含碳化硅(SiC)的結(jié)構(gòu)或?qū)?。因?yàn)镾iC具有與晶體硅相似的熱膨脹系數(shù)，所以甚至對于寬絕緣體框架，熱機(jī)械應(yīng)力也保持低。根據(jù)另一實(shí)施例，絕緣體框架135包括由類金剛石碳構(gòu)成或包含類金剛石碳的結(jié)構(gòu)或?qū)?，所述類金剛石碳由化學(xué)氣相沉積金剛石(CVD金剛石)提供。類金剛石碳具有使得絕緣體框架135有助于耗散線圈/變壓器的熱耗散能量的熱導(dǎo)率。
[0034]絕緣體框架135關(guān)于主表面101的垂直延伸可以高達(dá)100微米，例如50微米。絕緣體框架135的寬度可以處于0.1微米和50微米之間，例如約10 μ m。絕緣體框架135可以包圍從約25 μ m2到IO5 μ m2的矩形面積，例如，舉例來說從5 μ mX 5 μ m至Ij 5 μ mX 1000 μ m或者從 100 μ mX 100 μ m 到 100 μ mX 1000 μ m。
[0035]絕緣體框架135在兩個(gè)線圈110、120之間提供改進(jìn)的介電絕緣。不同于旨在通過增加線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111、121的寬度來增加介電絕緣的傳統(tǒng)方法，本實(shí)施例允許實(shí)現(xiàn)更高的臨界電場強(qiáng)度。例如，專門由熱氧化物提供的線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111、121的厚度被限于些許微米，這是因?yàn)殡S著生長層厚度的增加，更少的用于形成氧化硅的硅可用。另一方面，由沉積層提供厚線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111、121顯著增加工藝復(fù)雜度，這是因?yàn)橄鄬挼那槐仨毐惶畛溆懈叨瓤煽康慕^緣體材料。
[0036]磁耦合的第一和第二線圈110、120可以形成變壓器的初級和次級繞組。在第一和第二線圈110、120之間形成的絕緣體框架135具有約為I的磁化率。磁感應(yīng)B的面向框架絕緣體135的界面表面的法向的分量是相同的。被分配給第一和第二線圈110、120的區(qū)域之間的磁感應(yīng)B未被阻礙，以使得絕緣體框架135不使第一和第二線圈110、120磁去耦。絕緣體框架135可以被看作等同于變壓器磁芯中的氣隙。
[0037]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，框架絕緣體135被提供有補(bǔ)償在晶片合成物中對半導(dǎo)體器件100的加工期間出現(xiàn)的機(jī)械應(yīng)力的空隙。此外，該空隙補(bǔ)償變形并因此減小由基于氧化硅或其他機(jī)械剛性電介質(zhì)材料的厚框架絕緣體135產(chǎn)生的半導(dǎo)體器件100中的機(jī)械應(yīng)力。另一實(shí)施例由在低溫處沉積的氧化物提供絕緣體框架135。
[0038]在第一線圈110的面向主表面101的第一側(cè)處提供第一絕緣體板131，其在被分配給半導(dǎo)體主體190的第一部分191的區(qū)域之上延伸。第一絕緣體板131可以在結(jié)構(gòu)上與絕緣體框架135連接。在第一線圈110的第二側(cè)處，第二絕緣體板132可以在被分配給半導(dǎo)體主體190的第一部分191的區(qū)域之上延伸，其中，第二側(cè)與第一側(cè)相對。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二絕緣體板132在結(jié)構(gòu)上與絕緣體框架135連接。
[0039]第一和第二絕緣體板131、132中的每一個(gè)可以由熱或沉積絕緣體材料的一個(gè)或多個(gè)子層提供，所述熱或沉積絕緣體材料例如是氧化硅、氮氧化硅、氮化硅、BSG、PSG、BPSG、環(huán)氧樹脂或電介質(zhì)聚合物(比如不具有任何添加劑或包含一種或多種添加劑的聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚對二甲苯)。
[0040]根據(jù)另一實(shí)施例，繞組的垂直部分不經(jīng)由頂部段連接，以使得“匝”是U形板。在這種情況下，僅在形成金屬結(jié)構(gòu)及其電隔離115、125之后可以提供形成磁芯118、128的鐵磁或亞鐵磁材料，以使得磁芯材料的溫度預(yù)算顯著降低。例如，鐵氧體顆?？梢员磺度氲教畛銾形板之間的腔的樹脂模具中，以形成僅經(jīng)受低溫應(yīng)力的磁芯。
[0041]舉例來說，半導(dǎo)體器件100可以是提供信號的流電去耦、芯片上電流測量和/或功率轉(zhuǎn)換的集成電路。
[0042]圖2A和2B涉及具有第一線圈結(jié)構(gòu)210和第二線圈結(jié)構(gòu)220的實(shí)施例，第一線圈結(jié)構(gòu)210包括第一繞組110和可以或可以不在第一部分191中包括磁芯118的磁芯結(jié)構(gòu)，第二線圈結(jié)構(gòu)220包括第二繞組120和可以或可以不在第二部分192中包括磁芯128的磁芯結(jié)構(gòu)。不具有繞組的中間部分在結(jié)構(gòu)上連接第一和第二線圈結(jié)構(gòu)210、220以形成公共線圈結(jié)構(gòu)200。在與主表面101平行的橫截面中，第一線圈結(jié)構(gòu)210和第二線圈結(jié)構(gòu)220 二者近似為U形。線圈結(jié)構(gòu)210、220中的每一個(gè)可以包括三個(gè)線性部分，其中，線性部分中的兩個(gè)彼此平行并且第三線性部分將這兩個(gè)平行部分相連接。根據(jù)另一實(shí)施例，線圈結(jié)構(gòu)210、220可以包括與平行部分和連接部分成角度的其他部分。可以在相應(yīng)線圈結(jié)構(gòu)210、220的一個(gè)、一些或所有線性部分中形成第一和第二繞組110、120的匝。
[0043]第一線圈結(jié)構(gòu)210的兩個(gè)平行部分的縱軸與第二線圈結(jié)構(gòu)220的兩個(gè)平行部分的兩個(gè)對應(yīng)縱軸220 —致。第一和第二線圈結(jié)構(gòu)形成連續(xù)公共線圈結(jié)構(gòu)200的部分。沿著橫向方向包圍半導(dǎo)體主體190的第一部分191的絕緣體框架135包括第一和第二磁芯結(jié)構(gòu)210,220之間的公共線圈結(jié)構(gòu)200的兩個(gè)中間部分230。該中間部分230包括例如磁芯絕緣體結(jié)構(gòu)115、125和線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111、121的部分，但不包括繞組112、122的部分。
[0044]在第一部分191的垂直投影中，在主表面101上提供的鄰接電介質(zhì)結(jié)構(gòu)131a的一部分形成第一絕緣體板131。此外，在第一部分191的垂直投影中，在后表面102上提供的鄰接電介質(zhì)結(jié)構(gòu)132a的一部分形成后側(cè)第二絕緣體板132。絕緣體框架135、第一絕緣體板131、第二絕緣體板132和中間部分230形成完全包圍第一線圈110的絕緣體盒130。在中間部分230下面，絕緣體框架135的段在結(jié)構(gòu)上連接中間部分230和第二絕緣體板132。
[0045]絕緣體框架135可以包括與磁芯結(jié)構(gòu)的線性部分平行的線性部分。公共線圈結(jié)構(gòu)200的每個(gè)中間部分230切割進(jìn)絕緣體框架135的線性部分之一的上部。
[0046]絕緣體框架135從主表面101延伸到半導(dǎo)體主體190中。垂直方向上的延伸等于或大于包括對應(yīng)線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111的第一線圈110在垂直方向上的延伸。包括線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111的第一線圈110未達(dá)到與主表面101相對的半導(dǎo)體主體190的后表面102。關(guān)于第一和第二部分191、192、第一和第二線圈110、120以及絕緣體框架135的細(xì)節(jié)，參考圖1A至IB的描述。
[0047]線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111、121和絕緣體框架135僅在相交區(qū)域中鄰接，在該相交區(qū)域中，絕緣體框架135與線圈結(jié)構(gòu)210、220的平行部分的縱軸相交。在相交區(qū)域之外，半導(dǎo)體主體190的第二部分191可以形成中間結(jié)構(gòu)140，其被形成在絕緣體框架135和第一線圈110的線圈絕緣體結(jié)構(gòu)111之間并將它們分離。中間結(jié)構(gòu)140可以包括半導(dǎo)體主體190的半導(dǎo)體材料或者由其構(gòu)成。此外，可以在中間結(jié)構(gòu)140中形成比如二極管、IGFET (絕緣柵場效應(yīng)晶體管)和/或邏輯電路之類的電子器件。
[0048]圖3A至3B涉及具有將兩個(gè)空間上分離的線圈結(jié)構(gòu)210、220分離的絕緣體框架135的實(shí)施例。絕緣體框架135形成閉環(huán)并可以具有矩形形狀，該矩形形狀具有與線圈結(jié)構(gòu)210、220的線性部分平行的線性部分。根據(jù)其他實(shí)施例，絕緣體框架135可以具有與平行于線圈結(jié)構(gòu)210、220的線性部分的部分成角度且將線性部分連接的其他部分。關(guān)于第一和第二線圈110、120以及絕緣體框架135的其他細(xì)節(jié)，參考圖1A、1B和2A、2B的描述。
[0049]圖4A和4B示出包括兩個(gè)嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b的絕緣體框架135。該兩個(gè)嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b可以是同中心的且被中間框架結(jié)構(gòu)150分離，所述中間框架結(jié)構(gòu)150由與該嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b的材料不同的材料提供，例如由形成半導(dǎo)體主體190的半導(dǎo)體材料提供。其他實(shí)施`例可以提供三個(gè)或更多個(gè)嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b、……，其中，中間框架結(jié)構(gòu)150將每兩個(gè)直接相鄰的嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b、……分離。
[0050]嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b、……可以由沉積的電介質(zhì)材料(例如通過CVD (化學(xué)氣相沉積)沉積的氧化硅)形成，并且中間框架結(jié)構(gòu)150可以由空隙或與嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、
135b、......的材料不同的材料(例如半導(dǎo)體主體190的材料)形成。根據(jù)另一實(shí)施例，中間
框架結(jié)構(gòu)150包括由形成半導(dǎo)體主體190的半導(dǎo)體材料的鰭(fin)的熱氧化產(chǎn)生的熱生長氧化硅，其中，該鰭從用于提供嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b的蝕刻腔中露出。該鰭在該腔被填充有形成絕緣體框架135的(一種或多種)材料之前被氧化。嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b可以具有不同的寬度、不同的深度且可以由不同材料或材料組合提供。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b具有近似相同的寬度和深度且包括相同材料和材料組合以及子層或者由其構(gòu)成。
[0051]嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b可以具有平行于線圈結(jié)構(gòu)210、220的線性部分延伸的線性部分。根據(jù)其他實(shí)施例，嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b可以具有與平行于線圈結(jié)構(gòu)210、220的線性部分的部分成角度的其他部分。相鄰的嵌套框架結(jié)構(gòu)可以是與彼此等間距的。相鄰嵌套框架結(jié)構(gòu)135a、135b之間的距離可以是統(tǒng)一的。
[0052]圖5A示出提供正面第一絕緣體板131的實(shí)施例，在第一線圈110的面向半導(dǎo)體主體190的主表面101的第一側(cè)處，所述正面第一絕緣體板131在被分配給半導(dǎo)體主體190的第一部分191的區(qū)域之上延伸。該第一絕緣體板131是在主表面101上提供且在半導(dǎo)體主體190的第二部分192之上延伸的鄰接電介質(zhì)結(jié)構(gòu)131a的一部分。第一絕緣體板131在結(jié)構(gòu)上與絕緣體框架135連接。電介質(zhì)結(jié)構(gòu)131a可以包括一個(gè)或多個(gè)介電層并且還可以嵌入導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，例如布線線路。電介質(zhì)結(jié)構(gòu)131a可以包括由氧化硅、氮化硅或氮氧化硅制成的鈍化層。可以與電介質(zhì)結(jié)構(gòu)131a相接觸地提供應(yīng)力消除層162。該應(yīng)力消除層162可以是電介質(zhì)聚合物且可以包含具有或不具有添加劑的聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯、聚降冰片烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯或聚對二甲苯或這些聚合物中的兩個(gè)或更多個(gè)的混合物或者可以由其構(gòu)成。
[0053]在第一線圈110的第二側(cè)處，第二絕緣體板132在被分配給半導(dǎo)體主體190的第一部分191的區(qū)域之上延伸，其中，所述第二側(cè)與第一側(cè)相對。根據(jù)所圖示的實(shí)施例，第二絕緣體板132在結(jié)構(gòu)上與絕緣體框架135連接。第二絕緣體板132可以是形成絕緣體上硅(SOI)襯底的部分的鄰接絕緣體層的一部分，其中在所述絕緣體上硅(SOI)襯底上接合了半導(dǎo)體主體190。鄰接絕緣體層132a將半導(dǎo)體主體190和半導(dǎo)體層170分離，所述半導(dǎo)體層170至少與半導(dǎo)體主體190的第二部分192相對地形成。 [0054]根據(jù)圖5A中所圖示的實(shí)施例，專門在直接面對第二部分192的處于鄰接絕緣體層132a的相對側(cè)處的區(qū)域中形成半導(dǎo)體層170。在鄰接絕緣體層132a處與半導(dǎo)體主體190的第一部分191相對的區(qū)域中形成后側(cè)絕緣體結(jié)構(gòu)172 (例如電介質(zhì)聚合物結(jié)構(gòu)或者熱氧化物和電介質(zhì)聚合物的組合)以便進(jìn)一步增加介電強(qiáng)度。
[0055]根據(jù)圖5B，在處于同絕緣體框架135相對的區(qū)域中的半導(dǎo)體層170的與絕緣體框架135相對應(yīng)的區(qū)域中提供后側(cè)絕緣體框架172a。該后側(cè)絕緣體框架172a將半導(dǎo)體層170的加固部分174圍住，所述加固部分174提高了半導(dǎo)體器件100的機(jī)械穩(wěn)定性。
[0056]圖5C涉及具有第二絕緣體板132的實(shí)施例，該第二絕緣體板132從與主表面101相對的后表面102延伸到處于與第一部分191和絕緣體框架135相對應(yīng)的區(qū)域中的半導(dǎo)體主體190中。該第二絕緣體板132可以由電介質(zhì)聚合物或者熱氧化物和電介質(zhì)聚合物(例如上文提到的電介質(zhì)聚合物之一)的組合形成。
[0057]圖提供了與第一鄰接絕緣體層132a相距一定距離的另一鄰接絕緣體層132b，其中，中間半導(dǎo)體層將這兩個(gè)鄰接絕緣體層132a、132b分離。在第一部分191中，這兩個(gè)鄰接絕緣體層132a、132b形成第二絕緣體板132。其他實(shí)施例可以提供彼此相距一定距離
的其他鄰接絕緣體層，其中，每一對相鄰的鄰接絕緣體層132a、132b、......由中間半導(dǎo)體層
170a、170b、……分離?？梢曰诒舜私雍弦约敖雍系桨ò雽?dǎo)體主體190的半導(dǎo)體襯底的多個(gè)SOI襯底來制造圖的半導(dǎo)體器件100。
[0058]可以在同一半導(dǎo)體部分中例如以嵌套的方式提供一個(gè)或多個(gè)其他變壓器。該變壓器可以串聯(lián)連接或者可以提供獨(dú)立且電氣分離的通道，其中，在同一半導(dǎo)體部分中提供初級和次級繞組二者。
[0059]盡管已經(jīng)在這里圖示和描述了具體實(shí)施例，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將意識到，在不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，可以用各種各樣的替換和/或等同實(shí)施方式來代替所示出和描述的具體實(shí)施例。該申請意圖覆蓋這里討論的具體實(shí)施例的任何改編或變形。因此，意圖是，本發(fā)明僅由權(quán)利要求及其等同物來限定。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括: 第一線圈，其單片地集成在半導(dǎo)體主體的第一部分中且包括第一繞組； 第二線圈，其單片地集成在半導(dǎo)體主體的第二部分中且包括第二繞組，第一線圈和第二線圈彼此磁耦合；以及 被形成在所述半導(dǎo)體主體中的絕緣體框架，其沿著與所述半導(dǎo)體主體的主表面平行的橫向方向包圍所述第一部分，并排除所述第二部分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，包括: 由所述第一繞組纏繞的第一磁芯結(jié)構(gòu)；以及 由所述第二繞組纏繞的第二磁芯結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一和第二磁芯結(jié)構(gòu)中的至少一個(gè)包括鐵磁或亞鐵磁磁芯。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述磁芯結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)在與所述主表面平行的橫截面中是U形的。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一磁芯結(jié)構(gòu)的一部分的縱軸與所述第二磁芯結(jié)構(gòu)的一部分的縱軸一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一磁芯結(jié)構(gòu)的兩個(gè)平行部分的兩個(gè)縱軸與所述第二磁芯結(jié)構(gòu)的兩個(gè)平行部分的兩個(gè)縱軸一致。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一和第二磁芯結(jié)構(gòu)形成鄰接公共磁芯結(jié)構(gòu)的部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣體框架包括所述第一和第二磁芯結(jié)構(gòu)之間的鄰接公共磁芯結(jié)構(gòu)的至少一個(gè)中間部分。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣體框架包括與所述第一和第二磁芯結(jié)構(gòu)的縱軸相交的段。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣體框架從所述主表面延伸到所述半導(dǎo)體主體中，一直到與所述主表面的距離等于或大于線圈在垂直于所述主表面的方向上的延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一和第二線圈中的每一個(gè)包括繞組和半導(dǎo)體主體之間的線圈絕緣體結(jié)構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中所述線圈絕緣體結(jié)構(gòu)內(nèi)襯于從所述主表面延伸到所述半導(dǎo)體主體中的腔中，所述腔還包含線圈。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的半導(dǎo)體器件，其中: 所述線圈絕緣體結(jié)構(gòu)和所述絕緣體框架彼此相交且在至少一個(gè)相交區(qū)域中彼此接觸；以及 在所述至少一個(gè)相交區(qū)域之外，由與所述絕緣體框架不同的材料提供的中間結(jié)構(gòu)將所述第一線圈的線圈絕緣體結(jié)構(gòu)與所述絕緣體框架分離。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件，其中所述中間結(jié)構(gòu)由半導(dǎo)體材料提供。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣體框架包括一個(gè)單個(gè)絕緣體框架結(jié)構(gòu)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，其中所述絕緣體框架包括兩個(gè)或更多嵌套框架結(jié)構(gòu)，每兩個(gè)相鄰的嵌套框架結(jié)構(gòu)被由與所述嵌套框架結(jié)構(gòu)不同的材料提供的中間框架結(jié)構(gòu)分離。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其中相鄰的嵌套框架結(jié)構(gòu)是與彼此等間距的。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的半導(dǎo)體器件，其中相鄰的嵌套框架結(jié)構(gòu)之間的距離是統(tǒng)一的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，包括:在所述第一線圈的第一側(cè)處分配給第一部分的區(qū)域之上延伸的第一絕緣體板，所述第一側(cè)面向所述主表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一絕緣體板在結(jié)構(gòu)上與所述絕緣體框架連接。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件，包括:在所述第一線圈的第二側(cè)處分配給第一部分的區(qū)域之上延伸的第二絕緣體板，所述第二側(cè)與所述第一側(cè)相對。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二絕緣體板在結(jié)構(gòu)上與所述絕緣體框架連接。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第二絕緣體板是在所述第一和第二部分之上延伸的鄰接絕緣體層 的一部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件，其中所述鄰接絕緣體層將所述半導(dǎo)體主體和半導(dǎo)體層分離。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的半導(dǎo)體器件，其中所述半導(dǎo)體層包括與第一部分相對的區(qū)域中的后側(cè)絕緣體結(jié)構(gòu)。
26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件，其中所述鄰接絕緣體層將所述半導(dǎo)體主體與半導(dǎo)體層分離，所述半導(dǎo)體層包括在與所述絕緣體框架相對的區(qū)域中伸展且圍住所述半導(dǎo)體層的加固部分的后側(cè)絕緣體框架。
27.根據(jù)權(quán)利要求23所述的半導(dǎo)體器件，包括:與連續(xù)絕緣體層相距一定距離的至少一個(gè)其他連續(xù)絕緣體層，相鄰的連續(xù)絕緣體層被中間半導(dǎo)體層分離。
【文檔編號】H01L25/00GK103779337SQ201310489659
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月19日
【發(fā)明者】K.比約克塔斯, F.希爾勒, A.毛德, J.韋爾斯 申請人:英飛凌科技奧地利有限公司