專利名稱：垂直定向的半導(dǎo)體器件及其屏蔽結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種垂直定向的半導(dǎo)體器件及其屏蔽結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體集成電路(IC)工業(yè)經(jīng)歷了快速發(fā)展。IC材料和設(shè)計(jì)的技術(shù)進(jìn)步產(chǎn)生了多代1C，其中，每一代都具有比前一代更小且更復(fù)雜的電路。然而，這些進(jìn)步增加了處理和制造IC的復(fù)雜性，并且對(duì)于將被實(shí)現(xiàn)的進(jìn)步，需要IC處理和制造中產(chǎn)生同樣的發(fā)展。在集成電路演進(jìn)過程中，功能密度(即，單個(gè)芯片面積中互連器件的數(shù)量)通常都在增加，同時(shí)幾何尺寸(即，可使用制造工藝形成的最小組件(或線))減小?？梢栽诎雽?dǎo)體器件上形成各種有源或無源電子元件。例如，可以在半導(dǎo)體IC上形·成變壓器、電感器、電容器等。然而，形成在IC上的傳統(tǒng)電子元件可能面臨多個(gè)缺點(diǎn)，例如，空間消耗過多、器件性能低劣、屏蔽不足、以及制造成本較高。因此，盡管在半導(dǎo)體IC上存在電子器件通常滿足了其預(yù)期目的，但是無法在每個(gè)方面完全令人滿意。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)中所存在的問題，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括襯底；電子器件，被設(shè)置在所述襯底上方，所述電子器件包括開口 ；以及屏蔽器件，被設(shè)置在所述襯底上方并圍繞著所述電子器件，所述屏蔽器件包括多個(gè)伸長(zhǎng)件，所述伸長(zhǎng)件的子集延伸穿過所述電子器件的所述開口 ；其中，所述電子器件和所述屏蔽器件中的至少一個(gè)形成在位于所述襯底上方的互連結(jié)構(gòu)中。在該半導(dǎo)體器件中，所述電子器件的所述開口通過線圈形成，所述線圈具有與所述襯底的表面垂直的纏繞定向，所述互連結(jié)構(gòu)形成在所述襯底的表面上。在該半導(dǎo)體器件中，所述線圈在沿著與所述屏蔽結(jié)構(gòu)的所述伸長(zhǎng)件延伸的方向垂直的方向延伸在該半導(dǎo)體器件中，所述互連結(jié)構(gòu)包括多層金屬層，所述多層金屬層均包含多條金屬線；所述電子器件包括被分別設(shè)置在第一金屬層中和第二金屬層中的第一元件和第二元件，所述第一金屬層和所述第二金屬層被所述開口分隔開；以及所述屏蔽器件的所述伸長(zhǎng)件的所述子集被設(shè)置在第三金屬層中，所述第三金屬層位于所述第一金屬層和所述第二金屬層之間。在該半導(dǎo)體器件中，所述伸長(zhǎng)件相互平行地延伸。在該半導(dǎo)體器件中，所述電子器件包括變壓器，所述變壓器具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，所述初級(jí)線圈和所述次級(jí)線圈均纏繞在與所述襯底的表面垂直的平面中，所述屏蔽器件的所述伸長(zhǎng)件的所述子集延伸穿過所述初級(jí)線圈和所述次級(jí)線圈。在該半導(dǎo)體器件中，所述初級(jí)線圈和所述次級(jí)線圈具有不同線圈寬度。
在該半導(dǎo)體器件中，所述電子器件包括電感電容(LC)振蕩回路，所述電感電容振蕩回路包含垂直纏繞的感應(yīng)線圈和相互交錯(cuò)的電容器。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種半導(dǎo)體器件，包括襯底；電子器件，被設(shè)置在所述襯底上方，所述電子器件包括沿著第一方向延伸的伸長(zhǎng)的第一元件和沿著第二方向延伸的伸長(zhǎng)的第二元件，所述第二元件被設(shè)置在所述第一元件之上；以及屏蔽結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在所述襯底上方并屏蔽所述屏蔽結(jié)構(gòu)中的所述電子器件，所述屏蔽結(jié)構(gòu)包括多條帶狀線，所述多條帶狀線均在不與所述第一方向和所述第二方向平行的方向上延伸；其中所述帶狀線的第一子集被設(shè)置在所述電子器件的所述第一元件之下；所述帶狀線的第二子集被設(shè)置在所述電子器件的所述第一元件之上并被設(shè)置在所述電子器件的所述第二元件之下；并且所述帶狀線的第三子集，被設(shè)置在所述電子器件的所述第二元件之上。在該半導(dǎo)體器件中所述第一方向和所述第二方向基本上相同；以及所述屏蔽結(jié)構(gòu)的所述帶狀線的延伸方向基本上垂直于所述第一方向和所述第二方向。在該半導(dǎo)體器件中，所述屏蔽結(jié)構(gòu)的所述帶狀線是導(dǎo)電的。 在該半導(dǎo)體器件中，所述電子器件和所述屏蔽結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)在設(shè)置在所述襯底上方的互連結(jié)構(gòu)中，所述互連結(jié)構(gòu)包含多層互連層。在該半導(dǎo)體器件中所述多層互連層包括第一互連層、第二互連層、第三互連層、第四互連層、以及第五互連層；所述第一互連層在所述第一互連層、所述第二互連層、所述第三互連層、所述第四互連層、以及所述第五互連層中被設(shè)置為距離所述襯底最近，所述帶狀線的第一子集被設(shè)置在所述第一互連層中；所述第二互連層被設(shè)置為比所述第一互連層距離所述襯底更遠(yuǎn)，所述電子器件的所述第一元件被設(shè)置在所述第二互連層中；所述第三互連層被設(shè)置為比所述第二互連層距離所述襯底更遠(yuǎn)，所述帶狀線的所述第二子集被設(shè)置在所述第三互連層中；所述第四互連層被設(shè)置為比所述第三互連層距離所述襯底更遠(yuǎn)，所述電子器件的所述第二元件被設(shè)置在所述第四互連層中；并且所述第五互連層在所述第一互連層、所述第二互連層、所述第三互連層、所述第四互連層、以及所述第五互連層中被設(shè)置為距離所述襯底最遠(yuǎn)，所述帶狀線的所述第三子集被設(shè)置在所述第五互連層中。在該半導(dǎo)體器件中，電子器件包括變壓器，所述變壓器具有第一線圈和第二線圈，所述第一線圈和所述第二線圈均具有纏繞定向，所述纏繞定向與所述襯底的表面垂直，所述電子器件被設(shè)置在所述襯底的表面上方。在該半導(dǎo)體器件中，所述電子器件包括電感電容(LC)振蕩回路，所述LC振蕩回路包括感應(yīng)線圈，纏繞在與所述襯底的所述表面垂直的平面中；以及電容器，包括相互交錯(cuò)的陽(yáng)極元件和陰極元件。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供了一種制造半導(dǎo)體器件的方法，包括提供了襯底；在所述襯底的上方形成電子器件，所述電子器件包括第一組件和與所述第一組件分隔開的第二組件；以及形成圍繞著所述電子器件的屏蔽結(jié)構(gòu)，所述屏蔽結(jié)構(gòu)包括多條伸長(zhǎng)的帶狀線；其中，所述伸長(zhǎng)的帶狀線的至少一個(gè)子集被設(shè)置在所述電子器件的所述第一組件和所述第二組件之間。在方法中，執(zhí)行形成所述電子器件和所述屏蔽結(jié)構(gòu)的步驟，使得所述電子器件和所述屏蔽結(jié)構(gòu)是形成互連結(jié)構(gòu)在所述襯底上方的部分。在方法中，所述互連結(jié)構(gòu)包括多層金屬層，并且其中，所述電子器件的所述第一組件和所述第二組件被設(shè)置在金屬層中，所述金屬層位于分別設(shè)置有所述伸長(zhǎng)的帶狀線的所述子集的金屬層之上和之下。在方法中，執(zhí)行形成所述電子組件和形成所述屏蔽結(jié)構(gòu)的步驟，使得所述伸長(zhǎng)的帶狀線與所述電子器件的所述第一組件和所述第二組件垂直。在方法中，形成所述電子器件包括形成線圈，所述線圈具有與所述襯底垂直的纏繞定向。


當(dāng)結(jié)合附圖進(jìn)行閱讀時(shí)，根據(jù)下面詳細(xì)的描述可以更好地理解本發(fā)明的多個(gè)方面。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，根據(jù)工業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)實(shí)踐，各種部件沒有被按 比例繪制。實(shí)際上，為了清楚的討論，各種部件的尺寸可以被任意增加或減少。圖IA示出了電感器器件的立體圖。圖IB-圖IC示出了變壓器器件的俯視圖和橫截面圖。圖2為變壓器器件的等效電路原理圖。圖3-圖4為處于不同制造階段的半導(dǎo)體器件的橫截面圖。圖4為根據(jù)實(shí)施例的半導(dǎo)體電容器的立體圖。圖5為根據(jù)實(shí)施例的變壓器器件的立體圖。圖6為半導(dǎo)體器件的立體圖，在該半導(dǎo)體器件中具有根據(jù)實(shí)施例實(shí)現(xiàn)圖5的變壓器器件。圖7為根據(jù)實(shí)施例的電感電容(LC)振蕩回路的立體圖。圖8為根據(jù)實(shí)施例的LC振蕩回路的電容器的立體圖。圖9為根據(jù)實(shí)施例的LC振蕩回路的電容器的立體圖。圖10為根據(jù)實(shí)施例的在其中包括有變壓器的屏蔽結(jié)構(gòu)的立體圖。圖11為根據(jù)實(shí)施例的在其中包括有LC振蕩回路的屏蔽結(jié)構(gòu)的立體圖。圖12為示出了根據(jù)實(shí)施例的制造變壓器器件的方法的流程圖。圖13為示出了根據(jù)實(shí)施例的制造LC振蕩回路器件的方法的流程圖。圖14為示出了根據(jù)實(shí)施例的制造屏蔽器件的方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式可以理解，為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)實(shí)施例的不同部件，以下公開提供了許多不同的實(shí)施例或?qū)嵗Ｒ韵旅枋隽嗽筒贾梅绞降奶囟ㄊ纠院?jiǎn)化本公開。當(dāng)然這些僅僅是實(shí)例，而并不旨在進(jìn)行限定。例如，以下描述中第一部件形成在第二部件上可以包括第一部件和第二部件通過直接接觸形成的實(shí)施例，還可以包括有額外部件形成在第一部件和第二部件之間，使得第一部件和第二部件不直接接觸的實(shí)施例。另外，本公開可在各個(gè)實(shí)例中重復(fù)參考數(shù)字和/或字母。該重復(fù)為了簡(jiǎn)明和清楚，而且其本身并不表示所描述的各個(gè)實(shí)施例和/或結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。變壓器為交流(AC)器件，該交流器件轉(zhuǎn)換了電壓、電流、以及阻抗。變壓器通常包括兩個(gè)或多個(gè)線圈，該兩個(gè)或多個(gè)線圈通過諸如鐵磁芯的共用磁心磁連接。法拉第電磁感應(yīng)定律建立了變壓器的工作原理。
圖IA為感應(yīng)線圈10的立體圖，圖IB為包括感應(yīng)線圈10的變壓器20的俯視圖。變壓器20具有多個(gè)端口(如本文中所示的端口 I至4)，并且包括跨越(span)多個(gè)水平面的導(dǎo)電線圈(或者繞組)。當(dāng)電流流過導(dǎo)電線圈時(shí)，感應(yīng)生成磁場(chǎng)，在圖IC的橫截面圖中示出了該磁場(chǎng)。參考圖1C，在互連結(jié)構(gòu)25中實(shí)現(xiàn)了變壓器20，該互連結(jié)構(gòu)包括金屬間電介質(zhì)(MD)和金屬線。在襯底30上形成了互連結(jié)構(gòu)25，該襯底可以包含半導(dǎo)體材料。在變壓器20中流動(dòng)的電流感應(yīng)生成磁場(chǎng)35，該磁場(chǎng)延伸到襯底30中。根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，由于存在磁場(chǎng)35將感應(yīng)生成潤(rùn)電流(eddy current)。該潤(rùn)電流感應(yīng)生成在互連結(jié)構(gòu)中以及在襯底30中。尤其在高頻下，這種渦電流導(dǎo)致功率損耗。因此，變壓器20的性能降低。另外，如圖IB所示的變壓器20的共面連接的線圈還導(dǎo)致了芯片面積沒有被充分利用以及耦合系數(shù)較低。 根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，以下段落將描述克服與變壓器20有關(guān)的問題的變壓器。圖2為變壓器器件的等效電路的原理圖。變壓器器件包括具有端口 I至2的初級(jí)線圈；和具有端口 3至4的次級(jí)線圈?？梢酝ㄟ^端口 I至4建立與初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的電連接。例如，將電壓V1施加在端口 I和端口 2之間，并且在端口 3和端口 4之間感應(yīng)生成電壓V2,在負(fù)載&兩端測(cè)量出該電壓V2。通過端口 I施加電流I1，并且在端口 3處感應(yīng)生成電流12。R1和R2分別表示初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的繞組電阻。初級(jí)線圈具有繞組匝數(shù)或線圈匝數(shù)N1，次級(jí)線圈具有繞組匝數(shù)或線圈匝數(shù)N2。對(duì)于理想變壓器來說(作為包括初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的器件在圖2的虛線框中示出KI1A2 = VNnVV2 = N1ZN2，并且R1 = (N1/N2)2*Rl。然而，對(duì)于非理想的變壓器來說，要考慮到存在漏磁通、非無限感應(yīng)系數(shù)、非零繞組電阻、并且存在磁滯現(xiàn)象和渦電流損耗。對(duì)于在圖2中所示的變壓器來說，X1和X2分別表示初級(jí)線圈和次級(jí)線圈的泄漏感抗。Re表示由于磁滯現(xiàn)象和渦電流作用所導(dǎo)致的功率損耗。Xe為非線性感抗，該非線性感抗表示鐵磁芯的非線性磁化行為。以下段落將根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面描述具有降低的渦電流損耗和改進(jìn)的耦合系數(shù)的變壓器。參考圖3，示出了半導(dǎo)體器件的示意性部分橫截面圖。半導(dǎo)體器件具有襯底40。在一個(gè)實(shí)施例中，襯底40為硅襯底，該硅襯底摻雜有諸如硼的P型摻雜劑，或者摻雜有諸如砷或磷的N型摻雜劑。襯底40可以由以下材料制成一些其他適當(dāng)元素半導(dǎo)體，例如，金剛石或者鍺；適當(dāng)?shù)幕衔锇雽?dǎo)體，例如，碳化硅、砷化銦、或者磷化銦；或者適當(dāng)合金半導(dǎo)體，例如，碳化娃鍺、磷化鎵砷、或者磷化鎵銦。此外，襯底40可以包括外延層(epi layer),可以為了提高性能而對(duì)該襯底40進(jìn)行應(yīng)變，并且該襯底40可以包括絕緣體上硅(SOI)結(jié)構(gòu)。盡管為了簡(jiǎn)單起見而沒有具體示出，但是可以在襯底中形成多個(gè)電子元件。例如，可以在襯底中形成FET晶體管器件的源極區(qū)域和漏極區(qū)域?？梢酝ㄟ^一次或多次離子注入或擴(kuò)散工藝形成該源極區(qū)域和漏極區(qū)域。作為另一實(shí)例，可以在襯底中形成諸如淺溝槽隔離(STI)結(jié)構(gòu)或深溝槽隔離(DTI)結(jié)構(gòu)的隔離結(jié)構(gòu)，從而為各種電子元件提供隔離?？梢酝ㄟ^在襯底40中蝕刻凹槽(或溝槽)來形成這些隔離結(jié)構(gòu)，并且此后，通過諸如氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、摻氟硅酸鹽(FSG)、和/或本領(lǐng)域中公知的低k介電材料的介電材料填充該凹槽。襯底40具有上表面50。表面50包括通過X軸和Y軸限定的二維平面，其中，X軸和Y軸相互垂直，或正交。還可以將X軸和Y軸分別稱作X方向和Y方向?，F(xiàn)在參考圖4，在襯底40的上表面50的上方形成互連結(jié)構(gòu)60。換言之，沿與垂直于表面50的Z軸(或者Z方向)在表面50的上方形成互連結(jié)構(gòu)60。互連結(jié)構(gòu)60包括多個(gè)經(jīng)過圖案化的介電層和互連導(dǎo)電層。這些互連導(dǎo)電層提供了在電路、輸入/輸出、以及形成在襯底40中的多個(gè)摻雜部件之間的互連件(例如，引線)。更具體地來說，互連結(jié)構(gòu)60可能包括多個(gè)互連層，還稱作金屬層(例如，Ml、M2、M3等)。每層互連層均包括多個(gè)互連部件(還稱作金屬線)。該金屬線可以為鋁互連線或銅互連線，并且可以包含諸如鋁、銅、鋁合金、銅合金、鋁/硅/銅合金、鈦、氮化鈦、鉭、氮化鉭、鎢、多晶硅、金屬硅化物、或者其組合的導(dǎo)電材料。金屬線可以通過包括物理汽相沉積(PVD)、化學(xué)汽相沉積(CVD)、濺射、電鍍、或者其組合的工藝形成。互連結(jié)構(gòu)60包括層間電介質(zhì)(ILD)，該層間電介質(zhì)在互連層之間提供了隔離。ILD可以包含諸如氧化物材料的介電材料。互連結(jié)構(gòu)60還包括多個(gè)通孔/接觸件，該多個(gè)通孔/接觸件在位于襯底上方的不同互連層和/或部件之間提供了電連接。為了簡(jiǎn)單起見，本文中沒有具體示出位于互連層中的金屬線、互連金屬線的通孔、以及分隔開該互連層的介電材料。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，在互連結(jié)構(gòu)60中形成變壓器。換言之，互連結(jié)構(gòu)60的各個(gè)元件構(gòu)成了本文所公開的變壓器。為了簡(jiǎn)單起見，在圖4中沒有示出變壓器，但是在圖5中更詳細(xì)地示出了各個(gè)實(shí)施例之一，并且通過以下段落更詳細(xì)地描述了各個(gè)實(shí)施例之一?，F(xiàn)在參考圖5，根據(jù)本發(fā)明的多個(gè)方面示出了變壓器100的實(shí)施例的部分立體圖。變壓器100包括線圈(或者繞組)110和線圈(或者繞組)120。在一個(gè)實(shí)施例中，線圈110為初級(jí)線圈，線圈120為次級(jí)線圈。在另一實(shí)施例中，線圈120為初級(jí)線圈，線圈110為次級(jí)線圈。通過互連結(jié)構(gòu)60的介電材料(例如，ILD)將線圈110和線圈120分隔開。
對(duì)于任何變壓器來說，線圈110和線圈120均包括多匝線圈或繞組。根據(jù)本發(fā)明的各個(gè)方面，這些多匝線圈或繞組由互連結(jié)構(gòu)60 (在圖4中所示的)的多條互連線和多個(gè)通孔組成。例如，在所示實(shí)施例中，線圈110包括屬于不同互連層的互連線130至132。互連線130至132具有伸長(zhǎng)形狀，并且沿著與Z軸垂直的軸水平延伸，與Z軸垂直的軸可以為X軸或者Y軸?；ミB線130至132還具有寬度或橫向尺寸135，沿著與互連線130至132延伸的軸相垂直的軸水平測(cè)量該寬度或橫向尺寸。通過通孔堆疊140和141將互連線130和131互連在一起。通過通孔堆疊142和143將互連線130和132互連在一起。均沿著Z軸延伸的通孔堆疊140至143均包括多個(gè)垂直對(duì)準(zhǔn)(沿著Z軸)的通孔和互連線元件。與線圈110類似地，線圈120還包括通過多個(gè)通孔堆疊互連的多條伸長(zhǎng)互連線。在所示的實(shí)施例中，線圈120包括互連線150至156和通孔堆疊160至164?；ミB線151至152通過通孔堆疊160互連在一起?；ミB線151至152通過通孔堆疊161 (其示圖被部分地阻擋)互連在一起?；ミB線152至153通過通孔堆疊(在圖5中示圖被阻擋的通孔堆疊)互連在一起?；ミB線153至154通過通孔堆疊162互連在一起?；ミB線154至155通過通孔堆疊163互連在一起。互連線155至156通過通孔堆疊164互連在一起。與線圈110相比較，線圈120的互連線的寬度基本上更窄。例如，線圈120的互連線150具有寬度175，沿著與寬度135相同的軸測(cè)量出該寬度175。寬度135是寬度175的兩倍以上。例如，寬度135可以為寬度175的兩倍、三倍、或者四倍。至少部分由于較小的寬度175，線圈120還具有比線圈110更多的繞組或線圈匝數(shù)。每個(gè)繞組都可以包括其自身的垂直對(duì)準(zhǔn)互連線和互連這些垂直對(duì)準(zhǔn)互連線的通孔的子集(subset)。例如，線圈120的這些繞組之一包括互連線150至151和通孔堆疊160，并且這些繞組中的另一個(gè)包括互連線153至154和通孔堆疊162。該兩種繞組被設(shè)置在基本上相互平行的平面上。線圈120的繞組的這些平面限定了線圈120的纏繞定向。通過類似的方式，線圈110還具有包括互連線130至132和通孔堆疊140至143的繞組。線圈110的繞組被設(shè)置在平面上，該平面基本上與線圈120的繞組的平面平行。這些平面限定出線圈110和120的纏繞定向或繞組方向。因此，可以說線圈110和120均具有與襯底40的表面50 (在圖3中所示的)相交(或者不平行)的纏繞定向或繞組方向。換言之，由于表面50位于通過X軸和Y軸所限定的平面上，因此，線圈110和120的纏繞定向位于與通過X軸和Y軸所限定的平面相交的平面上。在實(shí)施例中，通過Z軸部分地限定出線圈110和120的纏繞定向的平面，如上所述，該線圈的纏繞定向的平面與X軸和Y軸垂直或者正交?！?br> 在所示實(shí)施例中，在線圈110 “內(nèi)”實(shí)現(xiàn)線圈120，在某種意義上，線圈120的互連線被設(shè)置在位于其中設(shè)置有線圈110的互連線的互連層之間的互連層中。換言之，與線圈110相對(duì)應(yīng)的互連層可以包括Ml (在其中實(shí)現(xiàn)了互連線130)和M7(在其中實(shí)現(xiàn)互連線132)。另一方面，與線圈120相對(duì)應(yīng)的互連層可以包括M2至M5，該互連層被設(shè)置在互連層Ml和M7之間，其中，互連層M2至M5被設(shè)置在層Ml和M7之間?？梢岳斫猓@些特定層或特定層數(shù)不旨在進(jìn)行限定，并且可以在其他互連層中實(shí)現(xiàn)線圈110至120，或者在可選實(shí)施例中，線圈110和120包括不同數(shù)量的互連線和/或通孔堆疊。此外，可以理解，在其他實(shí)施例中，可以在線圈120 “內(nèi)”實(shí)現(xiàn)線圈110。參考圖2和圖5，互連線132和131的遠(yuǎn)端部分別構(gòu)成了變壓器100的端口 I和2，并且互連線150和156的遠(yuǎn)端部分別構(gòu)成變壓器的端口 3和4。在端口 I和2之間施加電壓將會(huì)在端口 3和4之間感應(yīng)生成電壓，并且在端口 I處施加電流將會(huì)在端口 3處感應(yīng)生成電流。參考圖6，當(dāng)變壓器100通電時(shí)，通過流經(jīng)線圈110的電流生成磁場(chǎng)200。將感應(yīng)生成另一磁場(chǎng)，該感應(yīng)生成的磁場(chǎng)的方向與磁場(chǎng)200的方向相平行,但是相反。在圖6中，將磁場(chǎng)200的一部分示出為虛線圓或橢圓環(huán)。與在圖IC中所示的磁場(chǎng)35 (通過電感器器件所生成的)相反，磁場(chǎng)200基本上與襯底40的表面50相平行,而不與襯底相垂直(或者相反，相交)。并且，由于磁場(chǎng)200和感應(yīng)生成的磁場(chǎng)基本上與表面50相平行，因此，在互連結(jié)構(gòu)60的介電材料中感應(yīng)生成渦電流。在襯底40中幾乎沒有感應(yīng)生成渦電流或者根本沒有感應(yīng)生成渦電流。同樣地，可以降低在線圈110至120和襯底40之間的磁相互作用，從而導(dǎo)致襯底的損耗更低。盡管諸如圖IB的變壓器20的變壓器可以稱作具有共面線圈，但是圖5的變壓器100具有立式纏繞線圈，并且可以稱作垂直定向變壓器。換言之，變壓器120的線圈110至120在與襯底40的表面50不平行的方向或定向上纏繞。變壓器100還具有可變金屬寬度線圈。例如，線圈Iio的寬度可以大于線圈120的寬度的數(shù)倍。本發(fā)明的這種垂直可變寬度變壓器提供了優(yōu)于傳統(tǒng)變壓器的優(yōu)點(diǎn)?？梢岳斫猓渌麑?shí)施例可以提供不同的優(yōu)點(diǎn)，并沒有哪個(gè)特定的優(yōu)點(diǎn)是所有實(shí)施例都要具備的。
通過本發(fā)明的變壓器所提供的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是降低了芯片面積消耗。如圖IB所示，與變壓器20類似的并且具有橫向繞組的變壓器需要大量的芯片面積。相比之下，變壓器100垂直實(shí)現(xiàn)其繞組。通過屬于通過通孔互連在一起的不同金屬層的金屬線實(shí)現(xiàn)線圈。同樣地，線圈在定向?yàn)榕c襯底的表面垂直的平面中垂直纏繞。利用互連結(jié)構(gòu)內(nèi)的垂直空間降低了線圈所需要占用水平空間。因此，可以保留寶貴的芯片面積。通過本發(fā)明的變壓器所提供的另一優(yōu)點(diǎn)是降低了襯底的損耗。在具有橫向線圈繞組的傳統(tǒng)變壓器中，感應(yīng)生成的磁場(chǎng)與襯底相垂直，從而還在襯底中感應(yīng)生成渦電流。在襯底中存在的渦電流導(dǎo)致了襯底的損耗，這是不期望的。相比之下，對(duì)于本文所公開的變壓器來說，由于線圈繞組的垂直定向，因此感應(yīng)磁場(chǎng)與襯底表面相平行。平行磁場(chǎng)轉(zhuǎn)而感應(yīng)生成渦電流，該渦電流基本上局限于互連結(jié)構(gòu)內(nèi)(并且不位于襯底中)。因此，基本上可以防止或者降低襯底的損耗。通過本發(fā)明的變壓器所提供了的另一優(yōu)點(diǎn)是其較高的阻抗變換。在具有橫向線圈繞組的傳統(tǒng)變壓器中，初級(jí)線圈和次級(jí)線圈通常具有I : I的線圈匝數(shù)比。初級(jí)繞組和次 級(jí)繞組的寬度通常也相同。因此,在次級(jí)線圈中的感應(yīng)感應(yīng)生成電流和感應(yīng)感應(yīng)生成電壓基本上與在初級(jí)線圈中的電流和電壓相同。換言之，傳統(tǒng)變壓器具有非常小的“逐步增加”或“逐步降低”能力，并且阻抗變換比可能接近I : I。相比之下，本發(fā)明的可變金屬寬度變壓器可以具有次級(jí)線圈，該次級(jí)線圈具有與初級(jí)線圈的每個(gè)繞組相對(duì)應(yīng)的多個(gè)線圈。這意味著初級(jí)線圈中的電流可能是次級(jí)線圈中的電流的數(shù)倍。另外，次級(jí)線圈的減小的寬度增大了次級(jí)線圈相對(duì)于初級(jí)線圈的電阻，這樣，還轉(zhuǎn)而降低了次級(jí)線圈相對(duì)于初級(jí)線圈的電流。因此，阻抗變換比可以大大高于傳統(tǒng)變壓器器件。為了示出以上描述，將以下表I作為實(shí)例。表I
電參數(shù)傳統(tǒng)變壓器本文所公開的變壓器~
電流I1Zl2=(I=I=I)ZlI1Zl2 = (2*3)/I
電壓V1A2 = I/(1*1)V1A2 = I/(2*3)
阻抗IJl2 = [1/(1*1)]2IJl2 = [I/(2*3)]2在與表I相對(duì)應(yīng)的變壓器中，次級(jí)線圈具有的繞組數(shù)量是初級(jí)線圈的兩倍(S卩，對(duì)于初級(jí)線圈的每匝來說，具有兩匝次級(jí)線圈)。這導(dǎo)致變換比為2。次級(jí)線圈的金屬寬度還為初級(jí)線圈的金屬寬度的1/3。這導(dǎo)致變換比為3。因此，盡管傳統(tǒng)變壓器可以具有為I I的電流變換比，但是本文中的變壓器可以具有為I1A2 = 2*3 : I或者6 : I的電流變換比。類似地，雖然傳統(tǒng)變壓器可以具有為I : I的電壓變換比，但是本文中的變壓器可以具有為V1ZiV2 = I : 2*3或者I : 6的電壓變換比。由于阻抗Z = V/I，因此將阻抗變換比有效地乘方。換言之，盡管傳統(tǒng)變壓器可以具有為I : I的阻抗變換比，但是本文中的變壓器可以具有為21/%=[1/(2*3)]2或者1 : 36的阻抗變換比。同樣地，為了獲得108歐姆的Z2，Z1可以低至3歐姆。
反之，如以下表2中所示的，可以將初級(jí)線圈和次級(jí)線圈變換為具有相反的變換比。表權(quán)利要求
1.一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底； 電子器件，被設(shè)置在所述襯底上方，所述電子器件包括開口；以及屏蔽器件，被設(shè)置在所述襯底上方并圍繞著所述電子器件，所述屏蔽器件包括多個(gè)伸長(zhǎng)件，所述伸長(zhǎng)件的子集延伸穿過所述電子器件的所述開口； 其中，所述電子器件和所述屏蔽器件中的至少一個(gè)形成在位于所述襯底上方的互連結(jié)構(gòu)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電子器件的所述開口通過線圈形成，所述線圈具有與所述襯底的表面垂直的纏繞定向，所述互連結(jié)構(gòu)形成在所述襯底的表面上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述線圈在沿著與所述屏蔽結(jié)構(gòu)的所述伸長(zhǎng)件延伸的方向垂直的方向延伸
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中， 所述互連結(jié)構(gòu)包括多層金屬層，所述多層金屬層均包含多條金屬線； 所述電子器件包括被分別設(shè)置在第一金屬層中和第二金屬層中的第一元件和第二元件，所述第一金屬層和所述第二金屬層被所述開口分隔開；以及 所述屏蔽器件的所述伸長(zhǎng)件的所述子集被設(shè)置在第三金屬層中，所述第三金屬層位于所述第一金屬層和所述第二金屬層之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述伸長(zhǎng)件相互平行地延伸。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電子器件包括變壓器，所述變壓器具有初級(jí)線圈和次級(jí)線圈，所述初級(jí)線圈和所述次級(jí)線圈均纏繞在與所述襯底的表面垂直的平面中，所述屏蔽器件的所述伸長(zhǎng)件的所述子集延伸穿過所述初級(jí)線圈和所述次級(jí)線圈。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述初級(jí)線圈和所述次級(jí)線圈具有不同線圈寬度。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的半導(dǎo)體器件，其中，所述電子器件包括電感電容(LC)振蕩回路，所述電感電容振蕩回路包含垂直纏繞的感應(yīng)線圈和相互交錯(cuò)的電容器。
9.一種半導(dǎo)體器件，包括 襯底； 電子器件，被設(shè)置在所述襯底上方，所述電子器件包括沿著第一方向延伸的伸長(zhǎng)的第一元件和沿著第二方向延伸的伸長(zhǎng)的第二元件，所述第二元件被設(shè)置在所述第一元件之上；以及 屏蔽結(jié)構(gòu)，被設(shè)置在所述襯底上方并屏蔽所述屏蔽結(jié)構(gòu)中的所述電子器件，所述屏蔽結(jié)構(gòu)包括多條帶狀線，所述多條帶狀線均在不與所述第一方向和所述第二方向平行的方向上延伸； 其中 所述帶狀線的第一子集被設(shè)置在所述電子器件的所述第一元件之下； 所述帶狀線的第二子集被設(shè)置在所述電子器件的所述第一元件之上并被設(shè)置在所述電子器件的所述第二元件之下；并且 所述帶狀線的第三子集，被設(shè)置在所述電子器件的所述第二元件之上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的半導(dǎo)體器件，其中所述第一方向和所述第二方向基本上相同；以及所述屏蔽結(jié)構(gòu)的所述帶狀線的延伸方向基本上垂直于所述第一方向和所述第二方向。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體器件。該半導(dǎo)體器件包括襯底。該半導(dǎo)體器件包括被置于襯底上方的電子器件。電子器件包括開口。該半導(dǎo)體器件包括位于襯底上方并圍繞電子器件的屏蔽器件。該屏蔽器件包括多個(gè)伸長(zhǎng)件。多個(gè)伸長(zhǎng)件的子集延伸穿過電子器件的開口。電子器件和屏蔽器件中的至少一個(gè)形成在位于襯底上方的互連結(jié)構(gòu)中。本發(fā)明還提供了一種垂直定向的半導(dǎo)體器件及其屏蔽結(jié)構(gòu)。
文檔編號(hào)H01L23/522GK102956608SQ20121011196
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2012年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月18日
發(fā)明者卓秀英 申請(qǐng)人:臺(tái)灣積體電路制造股份有限公司