专利名称：变压器装置的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及变压器装置(transformer arrangement)，具体而言涉及集成的变压器装置，且具体而言涉及用于电子电路之间的信号传输的变压器装置。
背景技术：
变压器装置，特别是集成的变压器装置，可以用于在不同电压范围的电子电路之间(即在具有不同参考电位且被电解耦的电子电路之间)传输信号或信息。需要提供一种集成的变压器装置，其具有小尺寸、可以以低功耗工作以及对噪声是鲁棒的。
发明内容
第一方面涉及一种包括具有第一表面和第二表面的第一半导体主体以及具有第一表面和第二表面的第二半导体主体的变压器装置。第一半导体主体设置在第二半导体主体上，使得第一半导体主体的第一表面面对第二半导体主体的第二表面。具有第一绕组和第二绕组的变压器被感应地耦合。第一绕组被设置在第一半导体主体的第一表面的区域中。第二绕组被设置在第二半导体主体的第一表面的区域中。第二半导体主体包括邻近第二绕组设置的第一孔洞(void)。第二方面涉及一种用于形成变压器装置的方法。第一半导体装置被提供有包括第一表面和第二表面的第一半导体主体。第一绕组设置在第一半导体主体的第一表面的区域中。第二半导体装置被提供有包括第一表面和第二表面的第二半导体主体。第二绕组设置在第二半导体主体的第一表面的区域中。第一孔洞在第二半导体主体中邻近第二绕组形成。第二半导体装置安装在第一半导体装置之上，使得第一半导体主体的第一表面面对第二半导体主体的第二表面。第三方面涉及一种包括具有第一表面和第二表面的第一半导体主体和具有第一表面和第二表面的第二半导体主体的变压器装置。第一半导体主体设置在第二半导体主体上，使得第一半导体主体的第一表面面对第二半导体主体的第二表面。具有第一绕组和第二绕组的变压器被感应地耦合。第一绕组被设置在第一半导体主体的第一表面的区域中。 第二绕组被设置在第二半导体主体的第一表面的区域中。第二半导体主体具有小于50 μ m 的厚度。第四方面涉及一种用于形成变压器装置的方法。第一半导体装置被提供有包括第一表面和第二表面的第一半导体主体。第一绕组设置在第一半导体主体的第一表面的区域中。第二半导体装置被提供有包括第一表面和第二表面的第二半导体主体。第二绕组设置在第二半导体主体的第一表面的区域中。第二半导体被减薄为小于50 μ m的厚度。第二半导体装置安装在第一半导体装置之上，使得第一半导体主体的第一表面面对第二半导体主体的第二表面。
现在将参照附图解释示例。附图用于说明基本原理，使得仅说明理解该基本原理所必需的各方面。附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示同样的特征。 图1图示了包括两个半导体主体的变压器装置的第一实施例； 图2图示了在剖面A-A中通过图1的半导体装置的垂直剖面；
图3图示了变压器装置的等效电路图4图示了包括两个半导体主体的变压器装置的另一个实施例，其中集成电路集成在所述半导体主体中；
图5图示了包括两个半导体主体的变压器装置的另一个实施例； 图6包括图6A-6D，其图示了用于生产变压器装置的方法的实施例；以及图7图示了包括两个半导体主体的变压器装置的另一个实施例。
具体实施例方式图1图示了通过根据第一实施例的变压器装置的垂直剖面。该变压器装置包括两个半导体装置。具有第一半导体主体10的第一半导体装置包括彼此相对设置的第一表面 11和第二表面12。具有第二半导体主体20的第二半导体装置包括彼此相对设置的第一表面21和第二表面22。第一半导体装置进一步包括设置在第一半导体主体10的第一表面 11的区域中的第一绕组31，并且第二半导体装置进一步包括设置在第二半导体主体20的第一表面21的区域中的变压器的第二绕组32。在图1的所示的实施例中，第一绕组31设置或集成在第一介电层13中，该第一介电层13设置在第一半导体主体10的第一表面11 之上，并且第二绕组32设置或集成在第二介电层23中，该第二介电层23设置在第二半导体主体20的第一表面21之上。然而，在介电层中实现第一和第二绕组仅仅是示例。这些绕组还可以实现在第一表面11、21下面的半导体主体10、20中。在所述变压器装置中，第一和第二半导体主体10、20或半导体装置被设置在彼此之上，其中具有第二半导体主体20的第二半导体装置设置在具有第一半导体主体10的第一半导体装置之上。在图1所示的实施例中，第二半导体装置设置在第一半导体装置上，使得第一半导体主体10的第一表面11面对第二半导体主体20的第二表面22，其中第一介电层13设置在这两个表面11、22之间。可选地，附接层41(也被称为芯片附着(die attach)) 设置在第一和第二半导体装置之间。该附接层41将第二半导体装置附接到第一半导体装置。该附接层41包括例如胶水、焊料、粘合箔或片。也可以将第二半导体主体20接合(bond) 到第一半导体主体10。第二半导体装置被安装在第一半导体装置上，使得第一和第二绕组31、32被设置为在变压器装置的垂直方向上彼此远离，且在变压器装置的水平方向上至少部分重叠。变压器装置的“垂直方向”是垂直于第一和第二半导体主体10、20的表面11、12、21、22的方向，并且“水平方向”是平行于第一和第二半导体主体10、20的这些表面的方向。第一和第二绕组31、32被感应地耦合并且形成变压器。在图1所示的实施例中，这些绕组31、32是平面绕组，其意思是这些绕组中的每一个绕组由设置在一个平面中的螺旋形导体形成。形成第一和第二绕组31、32的导体包括导电材料，例如金属(比如铜、铝或钛) 或高掺杂多晶半导体材料(比如高掺杂多晶硅)。借助第一和第二绕组31、32之间的感应耦合，具有第一和第二绕组31、32的变压器可以用于在连接到第一绕组31的第一电路51 (以虚线示出)与连接到第二绕组32的第二电路52 (以虚线示出)之间传输数据。这些电路中的一个电路被实现为发送器(发射器)电路，而另一个电路被实现为接收器电路。应当注意， 这些电路中的每一个可以具有发射器和接收器功能，其中在每次这些电路中的一个电路充当发射器，而其他电路充当接收器。第一和第二电路51、52可以以传统方式实现，从而在这点上无需进一步解释。所述变压器装置的信号传输性能依赖于感应耦合因子。该感应耦合因子依赖于不同的参数，如第一和第二绕组31、32之间在垂直方向上的距离、第一和第二绕组31、32在水平方向上的重叠以及设置在第一和第二绕组31、32之间的材料的类型。当第一和第二绕组 31,32之间在垂直方向上的距离减少时且当第一和第二绕组31、32之间在水平方向上的重叠增加时，该感应耦合因子增大。根据一个实施例，第一和第二绕组31、32在水平方向上完全重叠。根据一个实施例，第一和第二绕组31、32中的一个绕组在水平平面中大于第一和第二绕组31、32中另一个绕组。将绕组31、32中的一个绕组实现为具有比绕组中另一个更大的尺寸(dimension) (即具有比另一个绕组更大的直径)减少了在将第二半导体装置定位在第一半导体装置之上以使得“较小”的绕组被“较大”的绕组完全重叠中生产容差(tolerance)的影响。为了增大耦合因子，第二半导体主体20具有减小的厚度，其低于50 μ m、低于 20 μ m、低于10 μ m或者甚至低于5 μ m。第二半导体主体20的减小的厚度例如通过在生产第二绕组32之后且在将第二半导体装置安装在第一半导体装置之上之前移除第二半导体主体20在其第二表面22的区域中的部分(section)来获得。用于移除第二半导体主体20 的部分或用于减薄第二半导体主体20的方法包括例如化学和/或机械的蚀刻或抛光过程， 如CMP过程(CMP=化学-机械-抛光)。可替代地或此外，对于具有小于50 μ m的减小的厚度的第二半导体主体20，第二半导体主体20包括邻近第二绕组且在第一和第二绕组31、32之间的孔洞24。该孔洞24被填充介电材料，如空气、氧化物、氮化物、酰亚胺或多孔硅。在孔洞24的底部处第二半导体主体20的厚度(即第一孔洞24与第一半导体主体10的第一表面21之间的厚度)是例如介于0 (或几纳米(nm))与几微米(μπι)(如1至IJ 3 μ m)之间。图2图示了图1的变压器装置的上的顶视图。如可以看到，第二半导体装置在水平平面中具有比第一半导体装置更小的尺寸。然而，这仅仅是示例。第一和第二半导体装置也可以在水平平面中具有相同的尺寸。为了更好地理解，图2中图示了第二绕组32上的顶视图。该第二绕组32被实现为平面绕组。应当注意，在该连接中，第一绕组31可以像第二绕组32那样实现。 图2所示的绕组32基本上具有带矩形几何形状的绕组剖面(section)。然而，这仅仅是示例。第一和第二绕组31、33也可以被实现为具有不同于矩形几何形状的几何形状的绕组剖面，如具有六边形、八边形或圆形几何形状的绕组剖面。图3图示了根据图1和2的变压器装置的电子电路图。参照上文所提供的解释， 第一和第二绕组31、32形成变压器30，其是第一和第二电子电路51、52之间的信号传输路径的一部分。这些电路中的一个充当经由变压器30传输数据的发射器，且这些电路中的一个充当从变压器30接收所传输的数据的接收器。该变压器特别地是无芯变压器，即不包括变压器芯的变压器。参照图4，其图示了通过根据另一个实施例的变压器装置的垂直剖面，连接到第一绕组31的第一电子电路51可以集成在第一半导体主体10中，并且连接到第二绕组32的第二电子电路52可以集成在第二半导体主体20中。这些电子电路51、52在图4中仅被示意性图示，并且可以像具有集成电子器件(如晶体管、二极管和电阻器)的传 统集成电路那样实现。在图4所示的实施例中，第一电子电路51经由第一布线装置54连接到第一绕组 31，其中第一布线装置54还将第一电子电路51的各个器件互连。第二电子电路52经由设置在第二介电层23中的第二布线装置53连接到第二绕组32，其中第二布线装置53还将第一电子电路51的各个器件互连。第一和第二布线装置53、54可以像具有设置在第一和第二介电层13、23的不同导体或金属化平面中的导体的传统布线装置那样实现，其中一个布线装置的不同金属化平面中的导体可以通过通孔彼此互连。图5图示了通过根据另一个实施例的变压器装置的垂直剖面。该变压器装置包括位于第一半导体主体10中邻近第一绕组31的第二孔洞14。第二孔洞14 (像第一孔洞24 一样)被填充介电材料，如空气、氧化物、氮化物或酰亚胺或多孔硅。填充有介电材料的该第二孔洞14帮助减少由第一绕组31在第一半导体主体10中引起的涡流。减少这些涡流有助于减少损耗并且因此有助于增加第一绕组31的线圈质量(线圈Q)，并且因此有助于增加信号传输性能。参照图5，具有第一和第二半导体装置的变压器装置可以安装在载体60上，该载体60如印刷电路板(PCB)、引线框、DCB (直接铜接合)衬底等等。现在将参照图6A-6D解释用于生产变压器装置的方法的实施例，图6A_D图示了在生产过程期间通过变压器装置的垂直剖面。图6A-6D所示的方法涉及用于生产根据图4或 5的变压器装置的方法。然而这仅仅是示例。对于上文所解释的变压器装置中的每一个的生产而言，通用方法是相同的。参照图6A，提供了具有第一半导体主体10和第一绕组31的第一半导体装置。第一半导体装置可以使用所提供的传统方法步骤来生产。第一半导体装置可以使用用于生产具有半导体主体和位于半导体主体10之上的介电层13中的平面绕组的半导体装置的传统方法步骤来生产。可选地，第二孔洞14在第一半导体主体10中产生。产生第二孔洞14包括例如蚀刻方法，该蚀刻方法各向异性地蚀刻位于邻近第一绕组31的区域中且从第一半导体主体10的第二表面12开始的第一半导体主体10的半导体材料。参照图6B，在下一个方法步骤中提供具有第二半导体主体20和第二绕组32的第二半导体装置。该第二半导体装置可以使用用于生产具有半导体主体、集成在半导体主体中的可选电子电路和设置在半导体主体20之上的介电层23中的平面绕组的半导体装置的传统方法步骤来生产。参照图6C，通过移除第二表面的区域中的第二半导体主体20的半导体材料来减小第二半导体主体20的厚度。移除第二表面22的区域中的第一半导体主体10的半导体材料包括例如抛光过程(如CMP过程)或蚀刻过程(如各向同性蚀刻过程)。可替代地或除了减小第二半导体主体20的厚度之外，在第二半导体主体20中邻近第二绕组32产生第一孔洞24。产生第一孔洞24包括例如蚀刻方法，该蚀刻方法各向异性地蚀刻位于邻近第二绕组32的区域中且从第二半 导体主体20的第二表面22开始的第二半导体主体20的半导体材料。参照图6D，随后，使用可选的附接层41将第二半导体装置安装在第一半导体装置上。在图6D所示的实施例中，附接层41在将第二半导体装置安装在第一半导体装置之上之前被设置在第一半导体装置上。然而，这仅仅是示例。附接层41也可以在所述安装过程之前被提供在第二半导体主体20的第二表面22上。在前文所示的实施例中，所述变压器装置包括一个具有一个第一绕组和一个第二绕组的变压器。然而，这仅仅是示例。上文所解释的基本原理也可适用于具有多个变压器 (这些变压器中每个变压器包括第一和第二绕组)的变压器装置。图7示意性图示了通过具有两个变压器的变压器装置的垂直剖面，其中这些变压器中的每一个变压器包括设置在第一半导体主体10的第一表面11的区域中的第一绕组31p312和设置在第二半导体主体20 的第一表面21的区域中的第二绕组32^34。这些变压器中的每一个变压器的第一和第二绕组至少部分地重叠，并且设置为在变压器装置的垂直方向上彼此远离。已经提出的与结合图1-6所解释的变压器有关的每件事情相应地适用于图7所示的第一和第二变压器中的每一个。第二半导体主体20可选地包括邻近第二绕组32p322的第一孔洞2^4。根据一个实施例，第二半导体主体20仅包括一个孔洞，其在水平平面中与第二绕组32p322中的每一个重叠。可选地，第二孔洞在第一半导体主体10中邻近第一绕组置，其中根据一个实施例在第一半导体主体10中仅提供一个与第一绕组31”312中每一个重叠的孔洞。具有第一和第二绕组31P31P32P3&的变压器可以连接到发送器和接收器电路 51、52，其中这些电路可以在第一和第二半导体主体中实现。当然，单独的发送器和接收器电路可以针对每个变压器而被提供。最后，应当提及已经结合一个实施例解释的特征可以与其他实施例中每一个的特征组合，尽管这在上文中未被明确声明。
权利要求
1.一种变压器装置，包括具有第一表面和第二表面的第一半导体主体；具有第一表面和第二表面的第二半导体主体，其中第一半导体主体设置在第二半导体主体上，使得第一半导体主体的第一表面面对第二半导体主体的第二表面；以及具有被感应地耦合的第一绕组和第二绕组的变压器，其中第一绕组被设置在第一半导体主体的第一表面的区域中，且第二绕组被设置在第二半导体主体的第一表面的区域中； 其中第二半导体主体包括邻近第二绕组设置的第一孔洞。
2.权利要求1的变压器装置，其中第二半导体主体具有小于50μ m的厚度。
3.权利要求1的变压器装置，其中第一孔洞被实现为从第二半导体主体的第二表面延伸的槽。
4.权利要求1的变压器装置，进一步包括在第一半导体主体中邻近第一绕组设置的第二孔洞。
5.权利要求4的变压器装置，其中第二孔洞被实现为从第一半导体主体的第二表面延伸的槽。
6.权利要求1的变压器装置，其中第一孔洞包括介电材料。
7.权利要求4的变压器装置，其中第二孔洞包括介电材料。
8.权利要求1的变压器装置，进一步包括设置在第一半导体主体的第一表面上的第一介电层，其中第一绕组设置在第一介电层中。
9.权利要求1的变压器装置，进一步包括设置在第二半导体主体的第一表面上的第二介电层，其中第二绕组设置在第二介电层中。
10.权利要求1的变压器装置，其中第一和第二绕组中的至少一个是平面绕组。
11.权利要求1的变压器装置，进一步包括集成在第一半导体主体中并连接到第一绕组的第一集成电路。
12.权利要求1的变压器装置，进一步包括集成在第二半导体主体中并连接到第二绕组的第二集成电路。
13.权利要求1的变压器装置，进一步包括设置在第一和第二半导体主体之间的连接层。
14.一种用于形成变压器装置的方法，该方法包括提供第一半导体装置，其具有包括第一表面和第二表面的第一半导体主体，且具有设置在第一半导体主体的第一表面的区域中的第一绕组；提供第二半导体装置，其具有包括第一表面和第二表面的第二半导体主体，且具有设置在第二半导体主体的第一表面的区域中的第二绕组； 在第二半导体主体中邻近第二绕组形成第一孔洞；以及附接第二半导体装置和第一半导体装置，使得第一半导体主体的第一表面面对第二半导体主体的第二表面。
15.权利要求14的方法，进一步包括在附接第二半导体装置和第一半导体装置之前在第一半导体主体中邻近第二绕组形成第二孔洞。
16.权利要求14的方法，其中形成第一孔洞包括在第二半导体主体中形成槽，该槽从第二表面延伸到第二半导体主体中。
17.权利要求14的方法，进一步包括 用介电材料至少部分地填充第一孔洞。
18.权利要求14的方法，其中附接第二半导体装置和第一半导体装置包括焊接或粘合过程。
19.一种变压器装置，包括具有第一表面和第二表面的第一半导体主体；具有第一表面和第二表面的第二半导体主体，其中第一半导体主体设置在第二半导体主体上，使得第一半导体主体的第一表面面对第二半导体主体的第二表面；以及具有被感应地耦合的第一绕组和第二绕组的变压器，其中第一绕组被设置在第一半导体主体的第一表面的区域中，且第二绕组被设置在第二半导体主体的第一表面的区域中； 其中第二半导体主体具有小于50 μ m的厚度。
20.权利要求19的变压器装置，其中第二半导体主体具有小于10μ m的厚度。
21.权利要求19的变压器装置，其中第二半导体主体包括邻近第二绕组设置的第一孔洞。
22.一种用于形成变压器装置的方法，该方法包括提供第一半导体装置，其具有包括第一表面和第二表面的第一半导体主体，且具有设置在第一半导体主体的第一表面的区域中的第一绕组；提供第二半导体装置，其具有包括第一表面和第二表面的第二半导体主体，且具有设置在第二半导体主体的第一表面的区域中的第二绕组； 将第二半导体主体减薄为小于50 μ m的厚度；以及将第二半导体装置安装在第一半导体装置之上，使得第一半导体主体的第一表面面对第二半导体主体的第二表面。
23.权利要求22的方法，其中所述减薄包括将第二半导体主体减薄为小于10μ m的厚度。
24.权利要求22的方法，进一步包括在第二半导体主体中邻近第二绕组形成第一孔洞。
全文摘要
本发明涉及变压器装置。公开了一种变压器装置和一种用于生产变压器装置的方法。一种变压器装置，包括具有第一表面和第二表面的第一半导体主体；具有第一表面和第二表面的第二半导体主体，其中第一半导体主体设置在第二半导体主体上，使得第一半导体主体的第一表面面对第二半导体主体的第二表面；以及具有被感应地耦合的第一绕组和第二绕组的变压器，其中第一绕组被设置在第一半导体主体的第一表面的区域中，且第二绕组被设置在第二半导体主体的第一表面的区域中；其中第二半导体主体包括邻近第二绕组设置的第一孔洞。
文档编号H01L21/02GK102446889SQ20111029255
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者瓦尔 U. 申请人:英飞凌科技奥地利有限公司