片上磁性结构及其形成方法

片上磁性结构及其形成方法
【专利摘要】本公开涉及片上磁性结构及其形成方法，其中一种片上磁性结构包括磁性材料，包括基于磁性材料的总原子数、在从约80至约90原子百分比范围中的钴，基于磁性材料的总原子数、在从约4至约9原子百分比范围中的钨，基于磁性材料的总原子数、在从约7至约15原子百分比范围中的磷，以及基本上分散遍布磁性材料的钯。
【专利说明】
片上磁性结构及其形成方法
技术领域
[0001] 本发明涉及磁性材料，并且更具体地涉及用于小型化功率转换器的磁性材料。
【背景技术】
[0002] 用于功率转换器件的技术正从分立部件的板上聚集过渡至越来越小尺寸的功率 转换部件的紧凑型封装聚集。然而，可能需要采用额外的分立电感性部件补充小型化紧凑 型封装。
[0003] 片上电感性部件包括高能量密度的材料，诸如磁性材料。基于铁氧体的材料和金 属合金是磁性材料的示例。这些材料可以具有范围从数百纳米(nm)至几个微米的厚度。然 而，铁氧体材料通常在高温(例如高于800 °C)下处理，这与互补金属氧化物半导体(CMOS)芯 片布线处理温度不兼容。NiFe、CoFe和CoZrTa是磁性合金的示例。
[0004] 可以由真空沉积技术(例如溅射）、电极沉积、以及水性溶液中化学沉积而沉积磁 性材料。真空沉积方法可以用于沉积大量各种磁性材料。因为其高沉积速率、保形覆盖率和 低成本，电极沉积用于厚金属薄膜的沉积。然而，真空方法可以遭受低沉积速率、不良的保 形覆盖率，并且得到的磁性薄膜难以图案化。
[0005] 与铁氧体材料相比，磁性合金可以具有较高的磁导率和磁通量密度，这对于实现 用于片上器件的高能量密度是必需的。然而，磁性合金的电阻率可以是低的（例如小于50微 欧姆(μΩ )·厘米(cm))。此外，因为许多片上器件工作在高频率(例如高于10兆赫兹(MHz)) 下，可以在磁性核心内感应出大的涡流电流。涡流电流是在导体内由改变的磁场感应生成 的圆环电流并且导致在高频下的高AC损耗。减小涡流电流的一种方法是增大软磁材料的电 阻率以使得涡流电流被限制在每个单独磁性层内。此外较薄的磁性层具有较大的有效磁 阻，这导致较小的涡流电流。

【发明内容】

[0006] 根据本发明的实施例，一种片上磁性结构包括磁性材料，包括基于磁性材料的总 原子数目的在从约80至约90原子百分比（at. % )范围内的钴、基于磁性材料的总原子数目 的在从约4至约9at. %范围内的妈、基于磁性材料的总原子数目的在从约7至约15at. %范 围内的磷、以及基本上分散遍布磁性材料的钯。
[0007] 根据另一实施例，一种用于形成片上磁性结构的方法包括，采用钯激活磁性种子 层，磁性种子层位于半导体衬底之上；以及将磁性合金化学镀至钯上以形成Pd/C 〇WP层；其 中Pd/CoWP层包括基于磁性材料的总原子数的在从约80至约90at. %范围内的钴、基于磁性 材料的总原子数的在从约4至约9at. %范围内的钨、基于磁性材料的总原子数的在从约7至 约15at. %范围内的磷、以及基本上分散遍布磁性材料的钯。
[0008] 此外，根据另一实施例，一种用于形成片上磁性结构的方法包括，采用钯激活磁性 种子层，磁性种子层位于半导体衬底之上；以及在磁场偏置的存在下将磁性合金化学镀至 钯上以形成薄膜;其中薄膜包括基于磁性材料的总原子数的在从约80至约90at. %范围内 的钴、基于磁性材料的总原子数的在从约4至约9at. %范围内的钨、基于磁性材料的总原子 数的在从约7至约15at. %范围内的磷、以及基本上分散遍布磁性材料的钯。
【附图说明】
[0009] 在说明书的结论处特别地指出并在权利要求中清楚地要求保护了视作本发明的 主题。结合附图从以下详细说明书使得本发明的前述和其他特征以及优点变得明显，其中：
[0010] 图1是具有粘附层、种子层和保护层的衬底的截面图；
[0011] 图2是具有图案化在种子层上的光刻抗蚀剂掩模的图1的衬底的截面图；
[0012] 图3是具有已图案化的保护层、种子层和粘附层的图2的衬底的截面图；
[0013] 图4是已经移除了抗蚀剂层和保护层的图3的衬底的截面图；
[0014]图5是已经钯激活了种子层的图4的衬底的截面图；
[0015] 图6是具有形成在已钯激活的层上的化学镀层的图5的衬底的截面图；
[0016] 图7A是示出了对于所沉积的Pd/CoWP层作为所施加场的函数的磁矩的曲线图；
[0017] 图7B是示出了在以200°C退火1小时之后对于Pd/CoWP层作为所施加场的函数的磁 矩的曲线图。
【具体实施方式】
[0018] 本文公开了化学镀方法以及由该方法形成的材料。方法和材料用于形成片上磁性 结构，诸如片上电感器或变压器结构，例如闭合磁辄(yoke)或屏蔽板片结构。
[0019] 在一个实施例中，片上磁性结构包括磁性材料，包括基于磁性材料的总原子数的 在从约80至约90at. %范围内的钴、基于磁性材料的总原子数的在从约4至约9at. %范围内 的妈、基于磁性材料的总原子数的在从约7至约15at. %范围内的磷、以及基本上分散遍布 磁性材料的钯。材料称作Pd/CoWP材料或层。
[0020] 以下定义和缩写用于解释权利要求和说明书。如在此所使用的，术语"包括 comprises, comprising, includes， including， ）、 ( has, having, )、 vl 含"（〃contains〃or〃containing，〃)或其任何其他变形，意在覆盖非排他性的包含物。例如， 包括要素的列表的合成物、混合物、工艺、方法、物品、或设备不必仅限定于这些要素，而是 可以包括未明确列出或这些合成物、混合物、工艺、方法、物品、或设备所固有的其他要素。
[0021] 如在此所使用的，在要素或部件之前的冠词"一"（"a"和"an")意在非限制性的涉 及要素或部件的多个示例(也即发生的事件）。因此，"一"（〃a〃和〃an")应该解读为包括一个 或至少一个，并且要素或部件的单数形式也包括复数形式，除非数目明显地意味着为单数。
[0022] 如在此使用的，术语"发明"或"本发明"是非限定性术语，并且并非意在涉及特定 的本发明任何单个特征方面，而是包括如说明书和权利要求书中所述的所有可能特征方 面。
[0023]如在此所使用的，修饰所采用的本发明的成分、组分或反应物的数量的术语"约" 涉及数值数量的变化，其可以例如通过标准测量和用于制造浓缩物或溶液的液体处理工序 而发生。此外，变化可以由测量工序中无意的误差、用于制造成分或执行方法等等的反应物 的制造、来源或纯度中的差异而发生。在一个特征方面中，术语"约"意味着在所记录的数值 的10%内。在另一特征方面中，术语"约"意味着在所记录数值的5%内。另外，在另一特征方 面中，术语"约"意味着在所记录数值的10、9、8、7、6、5、4、3、2或1%内。
[0024]如在此所使用的，术语"原子百分比"、"原子％"和"at. 意味着纯物质的原子数 除以化合物或合成物的原子总数再乘以1 〇〇。
[0025]应该理解的是，片上磁性结构将根据具有晶圆或半导体衬底的给定示意性体系结 构而描述。然而，其他体系结构、结构、衬底材料、工艺特征和步骤可以改变。
[0026]也应该理解的是，当诸如层、区域或衬底的元件被称作是在另一元件"上"或"之 上"时，其可以直接地在另一元件上或者也可以存在插入元件。相反地，当元件被称作"直接 地在另一元件上"或"直接地在另一元件之上"时，不存在插入的元件。
[0027]也应该理解的是，当元件被称作"连接"或"耦合"至另一元件时，其可以直接地连 接或耦合至另一元件，或者可以存在插入元件。相反地，当元件被称作"直接地连接"或"直 接地親合"至另一元件时，不存在插入元件。
[0028] 可以以图形计算机编程语言而创建用于集成电路芯片的设计并且存储在计算机 存储媒介中，诸如盘、带、物理硬驱动或虚拟硬驱动(例如存储存取访问网络）。如果设计者 并未制造芯片或者用于制造芯片的光刻掩模，设计者可以通过物理机制（例如通过提供存 储了设计的存储媒介的副本)或电子地(例如通过互联网)将得到的设计直接地或间接地发 送至这些实体。所存储的设计随后转换为用于制造光刻掩模的合适的格式(例如GDSII)，其 可以包括所讨论的将要形成在晶圆上的芯片设计的多个副本。光刻掩模定义了将要被刻蚀 或另外处理的晶圆的区域(和/或其上的层）。
[0029] 如在此所述的方法可以用于制造集成电路芯片。得到的集成电路芯片可以由制造 者以原始晶圆形式而分布(作为具有多个未封装芯片的单个晶圆），作为裸片，或者以已封 装形式。当已封装时，芯片安装在单个芯片封装中（例如具有固定至母板或其他更高层级载 板的引线的塑料载板)或者在多芯片封装中（例如具有表面互连或埋设互连的任一或两者 的陶瓷载板）。依照任何制造或封装形式，芯片随后与其他芯片、分立电路元件和/或其他信 号处理器件集成作为诸如母板的中间产品或者终端产品的一部分。终端产品可以是包括集 成电路芯片的任何产品，范围从玩具和其他低端应用至具有显示器、键盘或其他输入装置 以及中央处理器的高级计算机产品。
[0030] 说明书中对本发明原理的"一个实施例"或"一实施例"以及其他变形例的参考意 味着，结合实施例所述的特定特征、结构、特性等等包括在本发明原理的至少一个实施例 中。因此，出现在说明书全文中各个位置处的短语"在一个实施例中"或"在一实施例中"以 及任何其他变形例的出现不必均涉及相同的实施例。
[0031] 如在此所使用的，术语"电阻"意味着与流过导体的电流的通道相反。在此紧接在 沉积之后以及在退火之后采用磁控管仪器M700 4点探针获得薄膜电阻测量值。利用所涉及 的总薄膜厚度而从薄膜电阻率计算平均电阻率。种子层和电镀层具有不同的电阻率，并且 层电阻率可以在单个层厚度内变化。然而，对于代表性总厚度的平均数值是在电气使用中 相关的电阻率的特性。
[0032] 如在此使用的，术语"矫顽性(coercivity)"或"H。"是铁磁材料承受外部磁场而并 未变得退磁的能力的度量。因此，矫顽性是在磁化已经驱动至饱和之后将该材料的磁化减 小至零所需的所施加磁场的强度。矫顽性以奥斯特(〇e)或安培/米为单位计量。具有高矫顽 性的铁磁材料称作"硬"磁材料。具有低矫顽性的材料是"软"磁材料。通过测量材料的磁滞 回线(也称作磁化曲线）而确定矫顽性。在此使用振动样本磁强计(VSM)MicroSense型号10 对约1平方英寸样本执行磁滞回线测量。所施加的磁场从-l〇〇〇e改变至+1000e。其中数据线 跨零所施加的磁场是矫顽性。
[0033]如在此所使用的，术语"磁各向异性"意味着材料磁性的方向相关性。取决于磁场 相对于材料晶格的朝向，较低或较高的磁场以达到饱和磁化是必需的。"易磁化轴线(easy axis)"是晶体内小的所施加磁场沿着该方向足以达到饱和磁化的方向。"难磁化轴线(hard axis)"是晶体内需要大的所施加磁场沿着该方向以达到饱和磁化的方向。
[0034] 现在参照附图，其中相同的数字表示相同或类似的元件并且初始地参照图1 一图 6,示意性地示出了用于形成片上磁性部件的无电镀工艺。磁性部件可以是电感器、变压器、 磁辄、磁体等等。
[0035] 参照图1，任选的粘附层120沉积至衬底110上，衬底可以是任何半导体衬底。粘附 层120用于改进种子层130和衬底110之间的粘附。粘附层120可以包括铬、锰、钨、钼、钌、钯、 铂、铱、铼、铑、锇、钛、钽、氮化钨、氮化钼、氮化钛、氮化钽、氮化钌、氮化铱、氮化铼、氮化铑、 氮化锇、氮化锰、或其任意组合。尽管，可以在粘附层120中使用其他材料。种子层130沉积至 衬底11 〇或粘附层120上。衬底110可以是晶圆的一部分，或者可以是独立的衬底。衬底110可 以包括硅或其他衬底材料，例如GaAs、InP、SiC或其任意组合。
[0036]种子层130可以使用物理气相沉积(PVD)工艺(例如溅射)或化学/电解沉积工艺形 成。可以在种子层130沉积期间施加偏置磁场以产生磁各向异性。种子层130包括金属，例如 金属或金属与磁性或非磁性层的组合。种子层130可以包括镍、钴、铁、锰、硼、磷、铂、钯、钌、 铱、铑、铼、钨、钼、钛、钽、铜、金或其任意组合。在一个实施例中，种子层130包括在从约60至 约95原子百分比范围内的量的镍、以及在从约5至约40原子百分比范围内的量的铁。例如， 种子层130可以包括约80wt.%的镍以及约20wt.%的铁(Ni 8QFe2Q)。种子层130可以具有至 少约60nm的厚度。因为钯激活（以下在图5中描述)刻蚀约10-20nm的种子层130,种子层130 无法太薄。当种子层太薄时，沉积其上的化学镀的薄膜甚至在低温下对矫顽力的退化更敏 感。因此，不受理论约束，相信沉积在非常薄的种子层上的薄膜的粘附和应变不足以产生稳 定的非晶微结构，导致在低温下磁性的退化。在一个实施例中，种子层130厚度从约50至约 70nm。在另一实施例中，种子层130厚度从约45至约95nm。另外，在另一实施例中，种子层130 厚度从约10至约200nm，或至少约40nm厚。
[0037] 任选地，可以利用顶层或保护层140以保护种子层130。顶层140可以包括例如钛， 尽管可以利用任何金属或非金属。可以恰好在化学镀之前移除无源顶层140以确保原始的 种子层130表面。
[0038] 参照图2,抗蚀剂210诸如光致抗蚀剂施加至种子层130或者顶层140的表面，如果 利用的话。如将要描述的，图案化抗蚀剂210以获得种子层130的所需形状。
[0039] 参照图3,执行种子层130的光刻图案化。光刻图案化包括将图案化的抗蚀剂210转 移至粘附层和顶层120、140,如果利用的话。在任何情形中，使用抗蚀剂210图案化种子层 130。可以利用湿法刻蚀以从场区域310移除种子层130(以及任选地粘附层120)。可以移除 抗蚀剂210和未处理顶层140以暴露合适形状的原始种子层，其上可以形成化学沉积的结 构。也可以利用其他方法以图案化或暴露合适的种子层130部分。
[0040] 参照图4,移除抗蚀剂210(掩模），并且移除顶层140,如果存在的话。对种子层130 执行钯激活。钯激活包括将衬底110浸没在含有钯的溶液中。例如，可以使用硫酸钯溶液。可 以使用其他含钯溶液以及钯盐和化合物。合适的钯盐的非限定性示例包括氯化钯、溴化钯、 碘化钯、醋酸钯、硝酸钯、或其任意组合。激活溶液中钯的量是在从约百万分之(ppm)50至约 百万分之60范围内的量。在另一特征方面中，激活溶液中钯的量是从约10至约1 OOppm。在示 例性实施例中，在酸的存在下，添加钯盐至种子层。合适的酸的示例包括硫酸、盐酸、硝酸、 或其任意组合。用于钯激活的复现时间和温度通常可以改变。
[0041] 参照图5,含钯溶液溶解了一部分种子层130,并且在种子层130上产生钯纳米颗粒 的薄层作为激活层510(激活种子层）。
[0042] 参照图6,在种子层130的激活层510上形成化学镀层610。化学镀层610是磁性合 金，包括钴、钨和磷，并且得到的Pd/C 〇WP材料620包括基本上分散遍布化学镀层610的钯。化 学镀层610可以选择性地化学镀在图案化种子层130上以形成片上磁性结构，诸如磁辄、线 圈或其他结构。Pd/C 〇WP材料620为非晶或基本非晶。另一方面，Pd/C〇WP材料620是软性或基 本上软性的材料，并且具有小于l.〇〇e的H。。在其他实施例中，Pd/CoWP材料620具有小于50e 的Hc。
[0043] 在另一实施例中，Pd/C〇WP材料620没有粒状结构（例如晶粒），或者基本上没有粒 状结构。然而，在其他实施例中，Pd/C 〇WP材料620没有晶状结构（例如晶体或纳米晶体），或 者基本上没有晶状结构。
[0044] 衬底110沉浸在化学镀浴中以形成化学镀层610和得到的Pd/C〇WP材料620 Wd/ CoWP材料620可以是薄膜。Pd/CoWP材料620包括在从约80至约90原子百分比范围内的钴、在 从约4至约9原子百分比范围内的钨、以及在从约7至约15原子百分比范围内的磷。在一个特 征方面中，钴以从约81至约86原子百分比范围内的量存在于Pd/C 〇WP材料620中。在另一特 征方面中，钨以从约4至约7原子百分比范围内的量存在于Pd/CoWP材料620中。在另一特征 方面中，磷以在从约9至约14原子百分比范围内的量存在于Pd/CoWP材料620中。钴可以以在 从约80、81、82、83、84、85、86、87、88、89至90原子百分比的任意范围内的量而存在。钨可以 以约为或者在从约4、5、6、7、8至9原子百分比的任意范围内的量而存在。磷可以以约为或者 在从约7、8、9、10、11、12、13、14至15原子百分比的任意范围内的量而存在。
[0045] Pd/CoWP材料620的厚度通常可以改变。在一个特征方面中，Pd/CoWP材料620的厚 度在从约1至约2微米的范围内。在另一特征方面中，Pd/CoWP材料620的厚度在从约100nm至 约2.5微米的范围内。另外，在另一特征方面中，Pd/CoWP材料620的厚度在从约200nm至约 1.2微米的范围内。
[0046] 在场偏置的存在下执行化学镀。设备可以包括用于施加场偏置的永久磁体，场偏 置通常可以改变。在一个实施例中，场偏置在镀工艺期间为从约0.9至约1.1特斯拉。化学溶 液放置在磁极之间。化学溶液可以加热至恒定的温度。将要化学镀的衬底110随后放置在化 学溶液内。随后采用种子层130、以及任选地粘附层120和顶层140涂覆衬底110的表面。在所 施加磁场的存在下沉积种子层130以制造具有磁各向异性的薄膜。沉积时间和温度通常可 以改变。
[0047] 在钯激活种子层上的钴、钨和磷的以上所公开范围提供了具有高电阻率和高磁通 量的Pd/CoWP磁性材料。通常，在具有高磁通量的材料中电阻率可以折衷。在CoWP材料中，添 加磷可以减小磁通量。尽管添加钨增大电阻率，但仅仅单独组合钴、钨和磷无法提供小型化 片上功率转换器所需的磁通量和电阻率的组合。因此，令人惊讶地，在此所述的用于以所述 比例并且在钯激活的种子层上化学镀钴、钨和磷的层的方法提供了具有所需性质的Pd/ CoWP材料。如所述的金属的缓慢沉积、以及使用钯以激活种子层提供了其中钯基本上分散 遍布CoWP化学镀层610的磁性材料。与其他已知的方法和材料相反，钯通常用作在化学镀磁 性材料层的基底上剩余的种子层。并不受限于理论，相信使得钯基本上分散遍布钴、钨和磷 层有助于磁性材料的有利性质。
[0048]在钯激活之后，钯种子成核位置也钉扎了 Pd/C〇WP的微结构，并且保持其非晶至至 少200°C的温度。Pd/C〇WP材料内晶粒或晶体形成导致磁性不稳定的薄膜。在一个实施例中， 在此所述的Pd/CoWP从约室温至200°C基本上是非晶的。在另一实施例中，Pd/CoWP从约150 至约240°C基本上是非晶的。
[0049] 化学溶液包括钴、钨和磷的来源，其可以是其任何化合物或盐。沉积时间和温度通 常可以改变。在示例性实施例中，沉积速率从约1至l〇nm每分钟，并且沉积时间从约50至约 200分钟。在另一示例性实施例中，沉积温度从约75至约120°C。
[0050] 合适的钴源的非限定性示例包括钴盐，包括硫酸钴、七水合硫酸钴、硝酸钴、醋酸 钴、碳酸钴、柠檬酸钴、乙酰丙酮络钴、羧酸钴(例如醋酸钴、甲酸钴、丙酸钴、丁酸钴、戊酸钴 和己酸钴），或其任意组合。钴源可以包括在广泛浓度范围中。在一个实施例中，浓度从约50 _摩尔(mM)至lOOmM。在另一实施例中，浓度从约60mM至80mM。
[00511合适的钨源的非限定性示例包括钨盐。在一个实施例中，钨盐包括碱金属或碱土 金属的阳离子基团。合适的钨盐的非限定性示例包括钨酸钠、钨酸钾、钨酸镁、钨酸钙、或其 任意组合。钨源可以包括在广泛浓度范围中。在一个实施例中，浓度从约200mM至约700mM。 在另一实施例中，浓度从约300mM至约500mM。
[0052] 化学镀溶液包括磷源，其也可以用作还原剂。合适的磷源/还原剂的非限定性示例 包括次磷酸钠或一水合次磷酸钠。次磷酸钠可以包括在广泛浓度范围中。在一个实施例中， 浓度从约100mM至约500mM。在另一实施例中，浓度从约250mM至约450mM。
[0053] 化学镀溶液可以包括添加剂，诸如缓冲剂、络合剂、稳定剂或表面活性剂的一个或 多个。合适的缓冲剂的非限定性示例包括硼酸、碳酸、磷酸、及其盐、以及其混合物。合适的 缓冲剂的其他示例包括哌啶盐和络合物，甲胺盐和络合物，N-环己基-3-氨基丙烷硫磺酸 (CAPS)盐和络合物，4-(环己基氨基)-1-丁烷硫磺酸(CABS)盐和络合物，或其任意组合。选 择缓冲剂的浓度以实现约8.0至10.0的所需pH。
[0054] 合适的络合剂的非限定性示例包括柠檬酸、乳酸、酒石酸、琥珀酸、草酸、氨基酸、 其盐、以及其混合物。络合剂的浓度通常可以改变。在一个实施例中，络合剂的浓度从约 250mM至750mM。在示例性实施例中，络合剂的浓度从约400至约600mM。
[0055] 合适的表面活性剂包括非离子表面活性剂。合适的非离子表面活性剂的非限定性 示例包括聚山梨醇酯、聚乙二醇(PEG)，4-(l，l，3,3-四甲基丁基)苯酚/聚(氧乙烯)聚合物， 聚(氧乙烯)-聚(氧丙烯)嵌端共聚物等等，以及其混合物。在一个实施例中，表面活性剂以 从约2.5至约7.5ppm的量而存在。在示例性实施例中，表面活性剂以从约4至约6ppm的量而 存在。
[0056] 合适的稳定剂的非限定性示例包括铅盐，诸如乙酸铅合硝酸铅，镉盐，诸如醋酸镉 合硝酸镉，或其任意组合。在一个实施例中，稳定剂以从约〇. 01至约〇. 5ppm范围内的量而存 在。在示例性实施例中，稳定剂以从约0.05至约lOppm的量而存在。
[0057]在化学镀之后，在磁场偏置的存在下在真空熔炉中执行退火。用于退火的时间和 温度通常可以改变。在一个实施例中，化学镀的衬底在从约125至250°C的温度下以从约15 至60分钟的时间而退火。额外地，化学镀的衬底进一步在形成气体或氮气气氛中退火至200 至250°C以便于诱导应力弛豫并且评估对于在退火后状态中磁性质的影响。
[0058]在200°C退火1小时之后，在此所述的Pd/C〇WP薄膜维持它们的磁性质，或是磁稳定 的。例如，在沉积之后以及在退火至200 °C之后的难磁化轴线Hc中的差异小于约0.50e。在一 些实施例中，在沉积并退火至200 °C之后难磁化轴线Hc中的差异小于0.8、0.7、0.6、0.5、 0.4、0.3、0.2和0.10e，指示了退火之后维持磁性质。在另一实施例中，难磁化轴线H。小于 1.00e。而在另一实施例中，Pd/CoWP对于至少200°C至少1小时退火是磁稳定的。
[0059] Pd/CoWP薄膜也在退火之后维持高电阻率。在一个实施例中，在退火之后电阻率至 少为ΙΙΟμΩ ·〇ιι。在另一实施例中，电阻率在退火之后至少为100μΩ ·〇ιι。而在另一实施例 中，在退火之后电阻率至少为105、至少115、至少120或至少125μΩ · cm。
[0060]
[0061 ]示例 1
[0062] 硅晶圆在永磁体的磁极之间沉浸在双层夹套的玻璃烧杯内的化学溶液中。以下的 表格1示出了化学镀浴成分。在化学镀期间施加约1特斯拉的场偏置。使用加热器以将在烧 杯的外套层中循环的水加热至恒定温度。硅晶圆相对于镀工艺表面朝向为与磁通量线一 致。采用Ni8QFe2Q的纳米厚度的气相沉积种子层涂覆娃晶圆。在施加磁场的存在下沉积NiFe 种子层。
[0063] 表格 1
[0064]
[0065] 示例 2
[0066] 在示例1中电镀之后，样本在沿着易磁化轴线施加的1特斯拉磁场的存在下在真空 熔炉中退火。将退火温度设置为200或250°C达一小时。在恒定氮气流下使用5°C/分钟的升 温速率，以及5 °C /分钟的冷却速率。
[0067] 示例 3
[0068] 评估并未施加磁场的在NiFe/Ti种子上生长的具有140nm Pd/CoWP层的样本的磁 性质。由钯溶液刻蚀NiFe种子的初始厚度的多于一半。钯离子与易于溶解的铁交换(沉积）。 因此，NiFe/Pd种子的界面稍微粗糙，这反映在并未采用磁场而沉积的140nm薄Pd/CoWP薄膜 的磁性质中。观察到对于所沉积矫顽力(?)的高数值(9.OOe)以及对于各向异性磁场(Hk)的 高数值（~250e)。当薄膜在1特斯拉磁场中在150 °C下退火时，难磁化轴线的Hc改进至 7.00e。随着进一步退火至250°C，磁性质并未退化至比所电镀薄膜的性质更差。因此，得出 结论，140nm Pd/CoWP层对于250°C也是磁稳定的。
[0069]示例4
[0070]评估了厚度范围从150至l，000nm的薄膜。表格2中示出了成分和厚度。样本?乂01_ 5、6、D3、7、8、D4在较低温度（与90 °C相比为70 °C )下处理以评估沉积温度的效应。对于CoWP 和Pd/CoWP样本测量薄膜电阻和电阻率。CoWP的电阻率测量约为73至95μΩ · cm，并且Pd/ CoWP薄膜的对应的电阻率测量在105和149μΩ · cm之间，这在对于片上电感器的所需电阻 率范围内。
[0071] 表格 2
[0072]
[0073]
[0074] 示例 5
[0075] 评估了退火至200°C并且使用乙酸铅作为稳定剂的效果。表格3示出了用于沉积 CoWP和Pd/C〇WP薄膜的试验参数。在溶液中并未采用乙酸铅作为稳定剂而电镀了一些样本。 样本在200 °C或在250 °C下退火。
[0076] 所沉积的CoWP层的电阻率约为92μΩ · cm，而所沉积的Pd/CoWP具有118μΩ · cm的 电阻率。具有Pd/C〇WP的另一样本具有ΙΙΟμΩ · cm的所沉积的电阻率。多于Ιμπι厚度的Pd/ CoWP薄膜的电阻率并未随着退火至200 °C而改变。如通过透射电子显微镜(TEM)分析所确定 的，发现非晶材料的再结晶是热不稳定性(未示出）的成因。因此，电阻率的维持指示没有发 生Pd/CoWP层的再结晶。
[0077]图7A示出了在1特斯拉磁场的存在下所沉积的800nm Pd/CoWP层的磁性测量(易磁 化轴线710，难磁化轴线720)。难磁化轴线H。是0.790e;并且
[0078]图7B示出了退火至200°C达1小时之后的Pd/CoWP层（易磁化轴线730,难磁化轴线 740)。难磁化轴线Hc是0.650e。因此，所沉积Pd/CoWP层的软磁性质随着热退火至200°C达1 小时而改进了或者保持了近似恒定。对于1.18mm厚的Pd/CoWP层获得了类似的结果（未示 出）（Hc = 0.770e如所沉积的，并且200°C的退火之后达1小时的Hc = 0.740e)。
[0079] 然而，当CoWP的化学物并未包含乙酸铅作为稳定剂时，甚至退火至200°C诱导了大 晶粒生长(未示出）JEM分析揭露晶粒生长至约300^^1.706的矫顽力H。的数值也指示了存 在晶粒。
[0080] 示例6
[0081] 为了进一步评估乙酸铅对于热稳定性和晶粒生长的影响，对存储了多于1月的镀 CoWP和Pd/C〇WP薄膜执行TEM。包含铅的薄膜是非常稳定的。薄膜也是非晶的。然而，不包含 铅的薄膜呈现出显著的晶粒生长。
[0082] 在此使用的术语仅是为了描述特定实施例的目的并且并非意在限制本发明。如在 此所使用的，单数形式"一"、"一个"和"该"意在也包括复数形式，除非上下文明确给出相反 指示。应该进一步理解的是，当在该说明书中使用时，术语"包括"（"comprises"和/或 "comprising"）规定了所述特征、整数、步骤、操作、元素和/或部件的存在，但是并未排除一 个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。
[0083]所附权利要求中的对应的结构、材料、动作和所有装置或步骤加功能要素的等价 形式意在包括用于与如具体所请求保护的其他请求保护要素结合而执行功能的任何结构、 材料或动作。已经为了示意和说明的目的展示了本发明的说明书，但是并非意在以所公开 形式穷举或限定于本发明。许多修改例和变形例对于本领域技术人员将是明显的，并未脱 离本发明的精神和范围。选择并描述实施例以便于解释本发明和特定应用的原理，并且使 得本领域技术人员能够对于具有如适用于特定预期用途的各个修改例的各个实施例而理 解本发明。
[0084] 在此所示的流程图仅是一个示例。可以存在对于在此所述该视图或步骤(或操作） 的许多修改而并未脱离本发明的精神。例如，可以以不同顺序执行步骤，或者可以添加、删 除或修改步骤。所有这些改变视作是请求保护的本发明的一部分。
[0085] 为了示意性说明目的已经展示了本发明的各个实施例的说明，但是并未意在穷举 或限定于所公开实施例。许多修改例和变形例对于本领域技术人员将是明显的，而并未脱 离所述实施例的范围和精神。选择在此所使用的术语以最佳地解释实施例的原理、实际应 用或对于市场上找到技术的技术改进，或者使得本领域其他技术人员能够理解在此所公开 的实施例。
【主权项】
1. 一种片上磁性结构，包括： 磁性材料，包括基于所述磁性材料的总原子数的在从约80至约90原子百分比范围内的 钴、基于所述磁性材料的总原子数的在从约4至约9原子百分比范围内的钨、基于所述磁性 材料的总原子数的在从约7至约15原子百分比范围内的磷、以及基本上分散遍布所述磁性 材料的钯。2. 根据权利要求1所述的片上磁性结构，其中所述磁性材料是基本上非晶的。3. 根据权利要求1所述的片上磁性结构，其中所述磁性材料的电阻率至少是100微欧 姆·厘米。4. 根据权利要求1所述的片上磁性结构，其中所述磁性材料进一步包括一个或多个金 属的种子层。5. 根据权利要求4所述的片上磁性结构，其中所述一个或多个金属是镍、钴、钯、铜、钛、 或其任意组合。6. 根据权利要求1所述的片上磁性结构，其中所述磷在从约9至约11原子百分比的范围 内。7. 根据权利要求1所述的片上磁性结构，其中所述片上磁性结构是磁辄或线圈。8. -种用于形成片上磁性结构的方法，所述方法包括： 采用钯激活磁性种子层，所述磁性种子层位于半导体衬底之上；以及 将磁性合金化学镀至所述钯上以形成Pd/C〇WP层； 其中所述Pd/C〇WP层包括基于磁性材料的总原子数的在从约80至约90原子百分比范围 内的钴、基于所述磁性材料的总原子数的在从约4至约9原子百分比范围内的钨、基于所述 磁性材料的总原子数的在从约7至约15原子百分比范围内的磷、以及基本上分散遍布所述 磁性材料的钯。9. 根据权利要求8所述的方法，其中所述磁性种子层包括镍和铁。10. 根据权利要求8所述的方法，其中所述片上磁性结构是电感器。11. 根据权利要求8所述的方法，其中所述Pd/C〇WP层是非晶的。12. 根据权利要求8所述的方法，其中所述磁性种子层的厚度至少为40nm。13. 根据权利要求8所述的方法，其中所述Pd/CoWP层在至少200 °C长达至少1小时是磁 性稳定的。14. 根据权利要求8所述的片上磁性结构，其中所述钴在从约81至约86原子百分比的范 围内。15. -种用于形成片上磁性结构的方法，所述方法包括： 采用钯激活磁性种子层，所述磁性种子层位于半导体衬底之上；以及 在磁场偏置的存在下将磁性合金化学镀至所述钯上以形成膜； 其中所述膜包括基于磁性材料的总原子数的在从约80至约90原子百分比范围内的钴、 基于所述磁性材料的总原子数的在从约4至约9原子百分比范围内的钨、基于所述磁性材料 的总原子数的在从约7至约15原子百分比范围内的磷、以及基本上分散遍布所述磁性材料 的钯。16. 根据权利要求15所述的方法，其中所述磷在从约9至约14原子百分比的范围内。17. 根据权利要求15所述的方法，其中所述钨在从约4至约7原子百分比的范围内。18. 根据权利要求15所述的方法，其中所述膜的电阻率至少为110微欧姆?厘米。19. 根据权利要求15所述的方法，其中采用包括铅的沉积溶液执行化学镀。20. 根据权利要求15所述的方法，其中所述膜是软磁材料。
【文档编号】H01F10/13GK106024266SQ201610169775
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月23日
【发明人】H·迪利吉安尼, W·J·加拉格, A·J·科洛克, E·J·奥苏利万, L·T·罗曼基乌, 王乃刚
【申请人】国际商业机器公司